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日經:推進2奈米製程 材料和化學品成半導體製造關鍵

晶圓示意圖。路透
晶圓示意圖。路透

產業供應鏈高階主管指出,隨著台積電和英特爾等業者將製程技術推向極限之際,新材料和更先進的化學品對晶片製造產業的重要性將會與日俱增。

美商英特格(Entegris)和德商默克(Merck)的高階主管與「日經亞洲」(Nikkei Asia)談到,當「摩爾定律」(Moore's law)放緩,全球晶片競賽將如何演進。

先進材料大廠英特格技術長歐尼爾(James O'Neill)表示,推動先進製程演進的核心已經不再是晶片製造設備,而是先進材料和清潔解決方案。

歐尼爾說:「30年前,一切得靠微影(Lithography)設備在晶片上製造更小的電晶體,並且提升設備性能。」微影是把積體電路圖案印製於晶圓表面的關鍵製程技術,通常根據設備轉印電路的精細度來定義晶片的先進程度。

「說性能改良主要仰賴材料創新來驅動,我認為這樣的說法站得住腳。」

默克電子科技事業體執行長貝克曼(KaiBeckmann)同意上述觀點。他說:「我們正從過去20年(晶片製造)設備是王道的時代轉向下個10年,也就是我們客戶所說的材料時代。設備固然重要,但材料才是決勝關鍵。」

貝克曼表示,當前不但是所謂「電子裝置大腦」的處理器或其他邏輯晶片的關鍵時代,也是包括動態隨機存取記憶體(DRAM)和三維儲存型快閃記憶體(3D NAND Flash)等記憶體晶片產業的時代。

就處理器晶片而言,在台積電、三星電子(Samsung)、英特爾(Intel)領頭下,於2025年以前量產2奈米晶片的競賽已經展開。從不同發展路線圖來看,更精密製程可能不久以後就會問世。

與此同時,諸如三星電子、SK海力士(SK Hynix)和美光(Micron)等記憶體晶片大廠致力在3D NAND更上層樓,並以最終生產堆疊超過500層的晶片為目標。3家公司目前可以做到230層以上,正致力於一到兩年內生產300層以上NAND記憶體。

要在邏輯晶片或記憶體晶片兩個領域繼續取得進展不僅需要先進設備,還需要一整套全新的尖端材料。舉例來說,邏輯晶片跨入2奈米製程需要一個全新的晶片架構。相較於過去的平面架構,稱為閘極全環(Gate-all-around, GAA)的架構讓電晶體以更複雜的3D架構方式堆疊。

歐尼爾表示,開發用於諸如GAA架構的材料需要「能均勻覆蓋頂部、底部和側面」的創新材料,業界正設法在「原子的尺寸」之下達成此一目標。

他指出,化學品之所以變得更重要,另一個原因在於它可以確保品質一致,尤其產品良率已經成為決定哪些業者具有商業競爭力的關鍵。而高純度化學品是確保無瑕生產、將缺陷降到最低的基本要素。

材料

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