半導體產業正從0.18微米鋁製程技術升級至0.13微米並開始了銅製程的量產；下一步將邁入的是0.10微米或100奈米製程，為「奈米晶片」世代的揭開序幕。在奈米晶片世代裡，更先進的元件將由數十億顆電晶體所推動，使廠商得以做出速度更快、效能更強大以及功能更多的晶片。應用材料正率先業界發展相關系統與製程模組，以協助客戶克服奈米晶片的障礙。

應用材料創新技術，隨著摩爾定律前進

長期以來，摩爾定律(Moore's Laws)一直深深地影響著半導體產業的發展：就技術觀點而言，摩爾定律意味著晶片的電晶體總數每18個月將增加一倍，然而摩爾定律同時意指個別功能的晶片成本會隨著時間而逐漸下降，例如當DRAM進入16MB世代後，成本就開始大幅下降，其後更以指數曲線往下滑落。這不但是推動電子產品革命的主要力量，也是推動奈米晶片製造革命的主要力量。

從Precision 5000化學氣相沉積與蝕刻平台以及Endura物理氣相沉積平台開始，應用材料公司在降低晶片製造成本的過程中始終扮演著重要的角色；推出最新的300mm設備，包括銅／低介質材料、原子層沉積(ALD)製程、Radiance快速高溫處理閘極氧化沉積設備以及SWIFT單晶圓離子植入設備等。透過這些努力，在奈米晶片世代裡將可促使功能更強大、攜帶更方便、且價格更低廉的電子產品問世。

半導體產業的三股推動力量

進入奈米晶片時代，有三股力量推動著半導體產業的發展：銅／低介電常數導線、先進電晶體以及降低成本，後者主要是透過縮小電路結構和採用更大晶圓來達成。縮小電路結構需要更高的精準度，是製程技術最大的挑戰；如果使用面積更大的300mm晶圓，半導體產業就必須提供全新的製程設備。

就晶片的導線結構製作而言，銅與低介電材料可以滿足下面兩項要求：一是提供更快的信號傳輸速度，一是使導線能夠承載更大電流。利用低介電材料，廠商可將導線做的更細，間距更小，同時減低功率損耗到最少；這些新材料與製程還能降低晶片的電力消耗，促成可攜式電子產品的不斷進步。

電晶體已經成為奈米晶片製造的一項關鍵要素，決定在未來晶片上能夠做出多小的電路結構；此外，電晶體也影響晶片的速度、功率消耗以及可靠性。

銅導線製程技術

導線結構縮小是引領微處理器進入GHz時代的重要因素；就在不久前，0.35微米元件為五層的鋁金屬，時至今日，100奈米晶片已具有八層的銅金屬設計。隨著元件電路結構的不斷縮小，長寬比又持續增加，晶片上的導線結構越來越像是一大堆密密麻麻的摩天大樓，表示同樣電流必須通過更細小的導線路徑。

為支援100奈米晶片的導線製作，應用材料提供最先進的設備來執行主要製程處理步驟，包括介質沉積與蝕刻、銅阻障層／種晶層、電化學電鍍及化學機械研磨。應用材料是介質沉積、銅阻障層／種晶層沉積以及化學機械研磨市場的領導廠商，並在其它領域提供極具競爭力的產品。

低介電材料是縮小導線結構的另一項重大挑戰，其中包括薄膜穩定性、製程整合和可支援100奈米世代的能力。應用材料已發展出Black Diamond薄膜材料，提供客戶最小的有效k值及最佳的可製造性。

目前台積電已開始採用Black Diamond材料，應用於0.13微米雙嵌刻整合處理製程，同時投入實際的晶圓生產作業。除了台積電的八層銅金屬雙嵌刻製程外，摩托羅拉與超微也決定採用應用材料Black Diamond技術製造第三代銅製程。

針對100奈米以下的製程處理，銅金屬溝道充填與導電區充填即是新的解決方案，這種整合製程模組可將不同製程技術、個別製程設備以及製程監控功能整合在一起，進而克服製程技術挑戰。

舉例來說，利用「介質沉積＋介質蝕刻＋量測與檢視＋化學氣相沉積＋金屬化學氣相沉積＋電化學電鍍＋化學機械研磨＋量測與檢視」等製程順序，就能在100奈米及其更小的元件上做出長寬比很大的銅導線結構。

應用材料將其它的多製程技術用於導電區填充製程，其中包括原子層(ALD)沉積技術，這些整合製程不但在技術上相當成功，同時也提昇了晶圓的生產良率，讓設備發揮最大的生產力。

應用材料的電晶體技術

電晶體是晶片上的基本電子開關，進入奈米晶片世代後，所面臨的困難挑戰或許還多於導線結構。針對100奈米晶片的所有重要挑戰，例如淺溝隔離層、閘極堆疊、超淺層和更精密的導電區結構等。

舉例來說，針對100奈米以下的閘極製造，利用 300mm閘極堆疊模組能夠提供一套全方位解決方案，這套系統可以把多組製程設備整合至一個平台，包括執行閘極氧化沉積的Radiance快速高溫處理設備、POLYgen多晶矽沉積設備以及「分立電漿氮化製程」(Decoupled Plasma Nitridation)反應室。

應用材料還獨家提供單晶圓高溫處理技術，能大幅改善製程的週期時間與產出，特別是在300晶圓廠內，這項技術可在許多應用中取代傳統批次式的爐管設備，因此很快就為世界各地半導體廠商所採用；單晶圓高溫處理技術亦大幅降低溫度範圍，滿足100奈米及其以下電晶體元件的嚴格要求。聯華電子已決定採用應用材料的單晶圓前端製程技術，以製造先進晶片，並用它來取代爐管步驟，聯華電子認為單晶圓熱處理反應室同時提供了技術及上市時間優勢。

至於離子植入的雙系統解決方案，則是包括：具超淺層功能的Quantum離子植入設備以及所有參數(中電流與高能量)植入功能的SWIFT單晶圓離子植入設備；另外還有DPS矽晶蝕刻設備，可將閘極蝕刻與淺溝隔離層蝕刻功能延伸至100奈米以下的電晶體元件中。

晶片製造的下一個典範：製程模組

半導體產業要沿著摩爾定律的道路繼續前進，關鍵在於下面三種技術的匯聚：元件的縮小、銅與低介電材料、以及300mm晶圓，這也是實現奈米晶片的基礎。現在又出現第四波技術--整合式製程模組，帶動半導體產業最新的典範轉移，以克服技術持續進步的各種挑戰。

應用材料發展「整合製程模組」的概念，希望提供更高效能、更快速的製程認證及產品上市時間。製程模組初期以兩套或多套作業順序相連的設備為目標，將製程加以整合，使整個製程既有高度的相容性，又可以彼此合作得到最佳結果。

目前應用材料已將製程整合及製程監控技術結合，針對通過製程設備的每一顆晶圓，精確量測各種薄膜參數與缺陷，並且採用「先進製程控制」(Advanced Process Control)軟體執行閉迴路製程控制，透過一個具有前向饋送／反向饋送能力的模組控制器，把資訊傳送給整個製程模組，使製程模組的作業就像是一套設備，且能提供極高的精準度與生產力。

雖然先進製程控制軟體可讓個別設備變得聰明，但只有利用模組控制器來提供前向饋送／反向饋送的通訊能力，整套設備才算是真正的智慧型系統。為發展200mm及300mm模組，同時向客戶進行功能展示，應用材料成立「設備及製程整合中心」(EPIC)，預計今年模組產品可開始出貨至全球各地的客戶。(作者為應用材料全球資深副總裁)