線寬越來越小，ALD未來或成唯一選擇？

薄膜沉積是指在基底上沉積特定材料形成薄膜，使之具有光學(xué)、電學(xué)等方面的特殊性能。ALD技術(shù)是一種特殊的真空薄膜沉積方法，具有較高的技術(shù)壁壘。通過ALD鍍膜設(shè)備可以將物質(zhì)以單原子層的形式一層一層沉積在基底表面，每鍍膜一次/層為一個原子層，根據(jù)原子特性，鍍膜10次/層約為1nm。從半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備的細(xì)分市場上來看，根據(jù)Gartner統(tǒng)計，2020年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中PECVD、PVD、ALD設(shè)備的市場規(guī)模占比分別為34%、21%和12.8%。

在半導(dǎo)體制程進(jìn)入28nm后，由于器件結(jié)構(gòu)不斷縮小且更為3D立體化，生產(chǎn)過程中需要實現(xiàn)厚度更薄的膜層，以及在更為立體的器件表面均勻鍍膜。在此背景下，ALD技術(shù)憑借優(yōu)異的三維共形性、大面積成膜的均勻性和精確的膜厚控制等特點，技術(shù)優(yōu)勢愈加明顯，在半導(dǎo)體薄膜沉積環(huán)節(jié)的市場占有率也將持續(xù)提高。

嘉賓簡介

姓名：葉國光

任教：東南大學(xué)? 浙江工業(yè)大學(xué)? 江南大學(xué)

曾任：ALD發(fā)明人公司PICOSUN（派科森）中國區(qū)總經(jīng)理

現(xiàn)任：無錫邑文電子科技有限公司副總經(jīng)理

本期話題：

00：55“網(wǎng)紅教師”攜ALD進(jìn)高校

06：00 沒有EUV,如何做到14nm以下？

10：23 ALD設(shè)備突破兩大難點在何處?

芯片揭秘與2023年第十一屆半導(dǎo)體設(shè)備材料與核心部件展示會（CSEAC）聯(lián)名專訪十家新銳企業(yè)，精彩內(nèi)容請持續(xù)關(guān)注芯片揭秘·大咖談芯。

“網(wǎng)紅教師”攜ALD進(jìn)高校

幻實（主播）?本期節(jié)目我們邀請到了一位芯片揭秘的老粉絲，同時他也來自一家知名的公司，他是無錫邑文電子科技有限公司的副總經(jīng)理葉國光，請葉總跟大家打個招呼。

葉國光（嘉賓） 芯片揭秘的粉絲朋友們大家好，我和你們一樣也是芯片揭秘的粉絲，很高興能夠接受幻實的采訪。

芯片揭秘主播 幻實（右）對話，無錫邑文電子科技有限公司副總經(jīng)理 葉國光（左）

幻實（主播） ?葉總是我們半導(dǎo)體行業(yè)非常資深的從業(yè)人員，而且所在的公司做的產(chǎn)品非常高精尖，聽說還把我們欄目的內(nèi)容用于教學(xué)，收到這樣的反饋我也很開心。

葉國光（嘉賓） ?因為我上課的內(nèi)容其實不僅涉及半導(dǎo)體，還會講到一些國際局勢，所以我吸收了芯片揭秘欄目的內(nèi)容，然后把它轉(zhuǎn)換成科普知識再和學(xué)生講，他們就比較容易接受，慢慢地也會覺得上這堂課可以增廣見聞。

幻實（主播） ?我們欄目確實有很多受眾是學(xué)生，所以這里也想問問您，現(xiàn)在您在哪些大學(xué)兼職教課？

葉國光（嘉賓） 我目前在東南大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、江南大學(xué)這三所高校授課。現(xiàn)在我也是東南大學(xué)的研究生導(dǎo)師，大概一到兩個月會去那邊上一次課。

幻實（主播）講課也是很辛苦的一件事，尤其是現(xiàn)在的學(xué)生都很敢于提問題。

葉國光（嘉賓） 我敢于接受挑戰(zhàn)，其實我在這幾個學(xué)校里可以算是“網(wǎng)紅”老師，比較受學(xué)生歡迎。

幻實（主播） 我覺得您的工作履歷涉及到了不同的領(lǐng)域，又見識了這個行業(yè)的變革，所以很多東西講出來并不是一種經(jīng)驗主義，而是有很多實操實證的經(jīng)歷，下面還是請葉總和我們分享一下您過往的大概情況，包括現(xiàn)在所在的公司是做什么方向的，讓我們都能直觀地了解一下。

葉國光（嘉賓）我在半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)從業(yè)25年了。所以我常常跟我的學(xué)生說：“你們的年紀(jì)比我在半導(dǎo)體行業(yè)待的時間還小”，在這25年里，我有三年在日本研究學(xué)習(xí)深造，我的老師是一位諾貝爾物理獎的得主，那時候是做氮化鎵和碳化硅材料。

2003年，我回到國內(nèi)發(fā)展，那時候剛好LED非?；馃幔晕壹尤肓薒ED芯片行業(yè)。大概在2016年的時候，芬蘭的派克森公司（Picosun）剛好要在中國推廣它的設(shè)備，這家公司也剛好是ALD技術(shù)發(fā)明人所在的公司，他請我擔(dān)任他們中國區(qū)的總經(jīng)理，于是我在派克森待了4年。我曾經(jīng)有機(jī)會將他們的技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)，但由于派克森被應(yīng)用材料的收購而告吹。

那時候我選定的合作對象就是邑文科技。邑文科技的老板跟我說：“葉總，既然他們不同意，你就出來跟我們一起干吧！”考慮到當(dāng)時國內(nèi)外的局勢，我覺得是時候出來為國家做點事情了，所以我離開了派克森，加入邑文科技，把我們ALD的團(tuán)隊組建起來。我在學(xué)術(shù)界有一些比較好的資源，可以幫企業(yè)做一些市場推廣，銷售的工作。

幻實（主播） 您在邑文科技待多久了？

葉國光（嘉賓） 正式入職時間是一年半，但實際已經(jīng)工作兩年了。

幻實（主播） 所以這個過程中的轉(zhuǎn)換和變化應(yīng)該是蠻大的，因為之前是在一家歐洲的國際型的公司，然后忽然到了本土的、初創(chuàng)階段的一家公司，您有什么感受呢？

葉國光（嘉賓）? 在歐洲的公司工作會比較輕松一點，它本身的市場已經(jīng)鋪墊得差不多了，他們的渠道各方面都做得很好。在國內(nèi)的公司工作，我覺得每天都在戰(zhàn)斗，而且是非常有意義的戰(zhàn)斗，雖然辛苦，但是值得。

相較而言，可能沒有在國外公司掙得多，但是會享受到更多的成就感，尤其是看到最近國內(nèi)外的局勢之后。我們中國受到一些西方國家的不公平對待，會有一種氣吐不出來感覺。所以能夠把國產(chǎn)的東西做好。等于是把這個氣吐出來了，我覺得心里就很痛快。

沒有EUV，如何做到14nm以下？

幻實（主播）我想向您先請教一下，ALD這個行業(yè)是一個怎樣的行業(yè)，也請您給我們科普一下什么情況要用到ALD的設(shè)備，目前進(jìn)入了一個什么樣的行業(yè)階段？

葉國光（嘉賓） ?好的，ALD其實早在 1974年，由芬蘭的Tuomo Suntola博士發(fā)明，在我前一個公司的時候，我有幸和他共事過。這個技術(shù)發(fā)明之后，我認(rèn)為在2000年之前不是很普及，主要原因是當(dāng)初的芯片是微米級的，芯片的線寬要求沒那么高，后來大概在2007年的時候，芯片就開始變成納米級的結(jié)構(gòu)，尤其是3D的結(jié)構(gòu)或是深孔的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

PVD、CVD比較難滿足這個要求，所以后來英特爾就把 ALD導(dǎo)入High-K Metal Gate(HKMG)工藝，導(dǎo)入之后，不管是Fin-FET或者Gate-All-Around(GAA)，它的介質(zhì)層都要用ALD來做，否則無法做到完全覆蓋。因為ALD的臺階覆蓋率可以做到將近100%，不管你是深孔的或是3D結(jié)構(gòu)，它都可以很均勻地覆蓋在表面上。

幻實（主播）就是可以把薄膜很精確地鍍膜在一個很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)上面，現(xiàn)在傳統(tǒng)的PVD物理方法、化學(xué)方法都已經(jīng)無法達(dá)到更好的精度了。

葉國光（嘉賓）是的，ALD還具有低溫鍍膜的特性，這使得其成為了解決當(dāng)前許多器件無法承受高溫問題的有效手段。由于許多器件無法在高溫下沉積薄膜，因此PVD和CVD等傳統(tǒng)工藝方法無法提供理想的防水汽保護(hù)。然而，ALD可以在低溫下進(jìn)行鍍膜，并且其薄膜具有高致密性，因此可以提供出色的防水汽保護(hù)。實際上，ALD在許多器件性能提升和壽命延長方面發(fā)揮了重要作用，尤其是OLED器件。

根據(jù)當(dāng)前的市場情況，28納米節(jié)點以下的芯片普遍采用ALD技術(shù)，同時隨著器件可靠性要求的不斷提高，防水汽保護(hù)也變得越來越重要，因此這兩個工藝成為了ALD技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，占據(jù)了ALD市場的80%以上。

2017-2025全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模（圖源Maximize Market Research）

幻實（主播） 隨著線寬越來越小，到3納米、5納米之后，ALD就變成了唯一的選擇？

葉國光（嘉賓）是的，如果做High-K Metal Gate(HKMG)的話，它可以說是唯一的選擇了。最近,我們中國的EUV光刻機(jī)被荷蘭限制了，所以我們現(xiàn)在只能買到低配版的DUV，這個問題其實也用沉積間隔定義的雙倍暨四倍光刻圖樣（SDDP、SDQP）解決，它就是一個重復(fù)曝光、重復(fù)線寬的技術(shù)，它可以將四個pitch的器件可以做到一個pitch，相當(dāng)于只能做28納米的設(shè)備，我可以通過ALD和干法刻蝕工藝做到7納米，我覺得中芯國際，應(yīng)該就是是用這種方式來做7納米、14納米工藝的制程，因為他們沒有EUV的光刻機(jī)，早期的臺積電也是用這個工藝。

LED設(shè)備突破兩大難點在何處?

幻實（主播） 用這種方式來突破，去更小的線寬。這樣的話，其實對ALD設(shè)備的要求就很高，ALD發(fā)展目前面臨哪些困難？

葉國光（嘉賓） 目前而言，一方面是它的均勻性，因為它線寬越來越窄，所以要把它做得很均勻就非常難。另外，就是要找到相應(yīng)配套的“前驅(qū)源”，我們叫Precursor，目前國內(nèi)也在大量地研究開發(fā)，因為國外現(xiàn)在不只在禁止我們設(shè)備，連原材料都在禁。

幻實（主播） 您說的“源”指的是前驅(qū)體材料嗎？我們知道ALD會用到很多種類的前驅(qū)體材料。

葉國光（嘉賓）是的，另外Precursor的雜質(zhì)含量要做到非常低。所以總結(jié)下來，就是設(shè)備的精準(zhǔn)度和新材料的開發(fā)，是做ALD工藝非常關(guān)鍵的兩個部分。

幻實（主播） 所以這個真的很難用標(biāo)尺去衡量。

葉國光（嘉賓）因為不只是要鍍介電層，有時候也要鍍導(dǎo)電層，在這么薄的條件下，要把它的電阻率做到很低，這是一個很大的考驗，所以還是要在材料方面多下點功夫。當(dāng)然，工藝也很重要。

幻實（主播）您今天帶來了哪一款產(chǎn)品，請您重點給我們介紹一下。

葉國光（嘉賓） 我們現(xiàn)在有一款A(yù)LD設(shè)備叫C200，這個設(shè)備是一個真空互聯(lián)的設(shè)備，目前真空互聯(lián)設(shè)備會用到布魯克斯平臺，我們現(xiàn)在也在開發(fā)我們自己的平臺，我們的ALD C200可以提供客戶兩個選配，用布魯克斯平臺或者用我們的平臺，目前我們自己的平臺已經(jīng)和布魯克斯平臺的穩(wěn)定性差不多了。

這個設(shè)備基本上針對集成電路，它可以做一些High-K 的材料、金屬材料，還有一些防水汽的保護(hù)材料，它也可以做一些異質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，也就是說它可以同時在真空之下做氮化物、氧化物、金屬。這個設(shè)備目前已經(jīng)開始在一些功率半導(dǎo)體、集成電路以及存儲器（像FRAM(鐵電存儲器）或是RRAM（可變電阻式存儲器））這些客戶在使用。

幻實（主播）所以這也是行業(yè)里很可以很通用的一臺設(shè)備。

葉國光（嘉賓） 是的，它不僅可以在一個平臺里做多工藝腔體的真空互聯(lián)，甚至我們可以把這臺ALD設(shè)備跟PECVD或者是熱退火爐RTP做互聯(lián)，所以我們現(xiàn)在用我們自己的平臺來做這方面的真空互聯(lián)，然后可以給客戶做出比較高端的產(chǎn)品。

幻實（主播） 我們始終致力于推動國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展，并深知這是一項充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)。然而，我們相信信任和認(rèn)可國產(chǎn)設(shè)備對于國家科技實力的提升至關(guān)重要。在當(dāng)前國際局勢變化的關(guān)鍵時刻，我們有責(zé)任擔(dān)當(dāng)起這一重任。因此，我們非常感謝葉老師毅然從大公司離職，投身于創(chuàng)業(yè)公司的這一方向。這是一個勇敢而不易的選擇。

最后，我想問問您，今天也代表了我們粉絲的角色來做客我們欄目，有沒有什么想跟大家呼吁或者倡導(dǎo)的？

葉國光（嘉賓） 因為我現(xiàn)在的身份也是一名老師，所以我還是想呼吁一下，我覺得半導(dǎo)體行業(yè)是一個既可以讓你有情懷，又可以讓你賺錢的行業(yè)，也是一個值得年輕人去投入的工作。

幻實（主播） 別的行業(yè)可能在被不停地替代，但科技行業(yè)尤其是硬科技行業(yè)，其實是國家必須要去堅持的一個賽道，所以我們要抓住機(jī)會，迎難而上。感謝葉老師今天做客芯片揭秘，也非常期待后續(xù)有更多的機(jī)會跟您探討。