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推出應用材料EUV延展2D微縮與3D環繞閘極晶體管技術

（2025年5月10日更新）

大型半導體設備制造商推出了許多創新技術，幫助客戶使用極紫外線（EUV）持續進行2D微縮，展示行業最完整的次世代3D環繞閘極（Gate-All-Around，GAA）晶體管制造技術組合。
芯片制造商正試圖通過兩種相互匹配的方式來增加未來幾年的晶體管密度。一是遵循傳統摩爾定律的2D使用微縮技術EUV減小線寬的微影系統和材料工程。另一種是優化設計技術（DTCO）與3D在不改變微影間距的情況下，巧妙地通過優化邏輯單元布局來增加密度。

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第二種方法是利用晶背電源分配網絡和環繞閘極晶體管D微縮技術逐漸下降，預計未來將有效提高邏輯單元密度的比率。這些方法可以幫助芯片制造商提高下一代邏輯芯片的功率、效率、單位面積、成本和上市時間（PPACt）。
半導體資深副總裁、半導體產品業務集團總經理帕布（Prabu Raja）表示應用材料的策略是成為PPACt推動公司（PPACt enablement company），因此，今天發布的七項創新技術的目的是幫助客戶使用它們EUV以持續進行2D微縮。我們也詳細說明了GAA晶體管的制造模式及今天FinFET晶體管有什么區別，應用材料準備好了？GAA制造提供了行業內最完整的產品組合，包括雷晶、原子層沉積、選擇性去除材料的新步驟和兩種新的集成材料解決方案（Integrated Materials Solutions），產生合適的GAA閘極氧化層和金屬閘極。
極紫外光（EUV）隨著微影技術的出現，芯片制造商可以實現更小的線寬和更高的晶體管密度。然而，芯片工藝的不斷縮小使EUV技術面臨重大挑戰，帶動新的沉積、蝕刻和測量技術需求。
EUV光阻劑顯影后，必須通過一系列中介層(又稱轉移層和硬光罩)蝕刻芯片圖案，才能將圖案轉移到晶圓上。目前，這些薄層采用旋轉技術沉積，專門推出應用材料EUV設計的Stensar先進的圖案薄膜（Advanced Patterning Film），使用應用材料Precision化學氣相沉積（CVD）系統。與旋轉沉積技術相比，應用材料CVD薄膜可以幫助客戶調整EUV硬光罩層的厚度和蝕刻彈性使轉移到整個晶圓EUV圖案幾乎完美均勻。
還詳細介紹了應用材料Sym3 Y蝕刻系統的特殊功能可以使客戶在同一反應室中蝕刻和沉積材料，從而改善晶圓上的蝕刻EUV圖案。Sym反應室會小心地移除EUV光阻劑，然后以特殊的方式重新沉積材料，以減少由隨機誤差引起的圖案偏差。改善后的EUV圖案可以提高良率、芯片功率和效率。身為DRAM最大的導體材料蝕刻系統供應商，應用材料Sym該技術不僅廣泛應用于內存，而且迅速受到晶圓OEM/邏輯工藝客戶的青睞。
還展示了應用材料PROVision電子束（eBeam）測量技術，可穿透芯片的多層結構，準確測量整個晶圓EUV圖案線寬，幫助客戶解決邊緣放置問題（edge placement）錯誤，這是其他測量技術無法做到的。2021年，應用材料電子束系統收入增長近一倍，成為電子束技術最大的供應商。
新興的GAA晶體管反映了客戶如何使用3D設計技術和DTCO加強2的布局創新D因此，即使是2D微縮技術仍能快速提高邏輯密度。創新的材料工程解決方案也得到了改進GAA晶體管的功率和效率。
在FinFET在中間，晶體管電路徑的垂直通道由微影和蝕刻形成，可能導致通道寬度和通道表面粗糙度不均勻，從而對功率和效率產生負面影響，除鰭高物理限制外，Integra代理客戶轉向GAA主要原因之一。
GAA晶體管類似于旋轉90度的晶體管FinFET晶體管使通道水平而不垂直。GAA該通道由雷晶和選擇性材料去除技術組成，使客戶能夠準確地設計寬度和均勻性，從而達到最佳的功率和效率。應用材料推出的第一款產品是雷晶系統，從此一直是市場領導者。2016年推出應用材料Selectra該系統開創了選擇性材料去除技術的先例，是市場的領導者。到目前為止，客戶使用了1000多個反應室。
制造GAA晶體管的主要挑戰之一是通道之間的空間只有10奈米左右，客戶必須在有限的空間內氧化多層閘極（gate oxide）信道四面沉積著金屬閘極堆棧。
為閘極氧化層堆棧開發應用材料IMS（Integrated Materials Solution）系統。較薄的閘極氧化層可以產生更高的驅動電流和晶體管效率。然而，較薄的閘極氧化層通常會導致更高的泄漏電流，從而浪費功耗和熱能。
新的應用材料IMS等效氧化厚度降低1.5埃（angstrom），使設計師在不增加閘極漏電的情況下提高效率，或在保持效率不變的情況下將閘極漏電降低10倍以上。該系統沉積了原子層（ALD）、高真空系統集成了熱處理步驟、電漿處理步驟和測量技術。
應用材料也用于展示GAA金屬閘極堆棧工程設計IMS該系統允許客戶改變閘門的厚度，以調整晶體管的閾值電壓，以滿足從電池供電到高效服務器的特殊操作和應用的每瓦效率目標。它可以在高真空中執行高精度金屬ALD實現預防空氣污染的目標。