鈷金屬取代鎢銅 有望提升15%AI晶片效能

日前，全球最大半導體設備商應用材料公司(Applied Materials)稱有望解除7納米及以下晶圓制程主要的效能瓶頸，利用鈷金屬取代鎢與銅，未來人工智慧（AI）晶片效能或提升15%，這將是20年來首樁電晶體接點與導線的重大金屬變革。

據瞭解，過去傳統摩爾定律（Moore's Law）只要微縮一小部分易於整合的材料，同時就能改善晶片的效能、功率、面積、成本(PPAC) 。如今，一些如鎢與銅金屬的材料在10納米以下的制程再無法順利微縮，因其電性在電晶體接點與局部中段金屬導線制程上已逼近物理極限，這就成為鰭式電晶體(FINFET)無法發揮完全效能的一大瓶頸。

應材表示，鈷金屬正可以消除這項瓶頸，不過也需要在制程系統的策略上進行變革。隨著產業將結構微縮到極端尺寸，這些材料的表現會有所不同，並且必須在原子級上有系統地進行工程，通常是在真空條件下進行。

運用鈷做為新的導電材料，使用於電晶體接點與銅導線上，應材已結合許多的材料工程步驟－預先清洗、物理氣相沉積、原子層沉積以及化學氣相沉積－於Endura平臺上。再者，應用材料也界定出一套整合性的鈷組合，包括Producer平臺上的退火，Reflexion LK Prime CMP平臺上的平坦化，以及PROVision平臺上的電子束檢測。客戶能運用這項經驗證過的整合材料解決方案，在7納米及以下的制程時，加速產品上市時間，同時增加晶片效能。

半導體產品事業群資深副總裁帕布．若傑 (Prabu Raja)表示，5年前，應用材料即預料電晶體接點與銅導線將面臨技術轉折，開始著手其他取代性材料的開發，才能在10納米或以下走得更久。應用材料挾帶在化學、物理、工程以及資料科學的專長，深究應用材料本身寬廣的產品線，為半導體產業開創突破性的整合材料解決方案。因應大資料與AI時代的來臨，這些技術轉折也會隨之增多。

雖然在整合上仍具挑戰，但鈷為晶片效能及晶片製造帶來顯著的好處，在較小的尺寸下具有較低的電阻和可變性，在非常精細的尺寸下改進了填溝能力，並提高可靠性。應用材料的整合鈷組合產品目前已經銷往全球的晶圓代工與邏輯客戶，市場預期台積電等龍頭業者將持續受惠。