新工艺面临技术挑战 半导体材料时代来临

在消费电子与绿色能源需求的推动下，新型半导体材料将更多地在生产中得到应用，新材料的使用同时也是降低成本的需求。此外，新的工艺技术也会对材料提出新的要求。 

随着半导体技术向45nm、32nm延伸，越来越多的新材料将在生产中采用。2007年半导体材料的销售额已达到了420亿美元，占半导体产业的16%，与半导体设备销售额持平。据SEMI(国际半导体设备及材料协会)预测，到2010年，半导体材料的销售额将达到530亿美元。2008中国国际半导体材料研讨会3月19日-20日在上海与SEMICONChina同期召开，半导体材料越来越引起业界的关注。 

新材料研发投入与日俱增 

半导体产业2007年的销售额达到了2590亿美元，在过去的5年中平均增长率为9.5%。半导体材料的销售额占半导体产业的16%，为此，全球半导体制造公司、设备与材料公司在新材料方面的人力与资金投入都与日俱增。据了解，中芯国际45nm研发团队中就有超过一半的人在从事新材料的研发。“半导体材料是集成电路产业的基础，材料技术的发展使集成电路技术的升级成为可能。”科技部副部长曹健林在中国国际半导体材料研讨会上如是说。 

美国AirProducts先进集成材料总监DanO‘Connell认为，半导体材料时代已经来临，在消费电子与绿色能源需求的推动下，半导体产业不断发展，新材料和新元素将更多地在生产中得到应用。如何选择与鉴定最合适的材料，如何预测材料对薄膜及工艺性能的影响，如何将新材料从研发快速转入大规模生产，成为材料时代的新挑战。 

随着45nm技术时代的来临，新材料在半导体前道和后道工艺中都得到了日益广泛的应用。Praxair公司研发总监兼中国国际半导体材料研讨会技术委员会主席黄丕成介绍说，半导体制造中通常有6个典型的工艺步骤，分别为光刻、化学机械抛光(CMP)、刻蚀、电镀、薄膜淀积和离子注入工艺。在45nm技术中，新材料不仅包括新的光刻胶、更好的CMP工艺研磨液与研磨垫，也包括刻蚀工艺中的气体与试剂、电镀与薄膜淀积中的新材料与试剂。黄丕成认为，在前段工艺过程中的高k(介电常数)金属栅与应力硅材料以及后段工艺过程中的低k与阻挡层材料及相关工艺，都是当今半导体制造产业研究热点中的热点。 

亚洲是最大半导体材料市场 

中国半导体材料市场发展迅速，SEMI预计，中国半导体材料销售额2008年将达到40.3亿美元，较2007年增长23%，增长率居全球首位。 

与半导体设备行业相比，材料产业相对稳定，没有很大的跌宕起伏。最近5年的年平均增长率为11%。与设备行业类似，亚洲地区的增长速率高于全球平均水平，其中中国的增长为21%，居全球第一。 

产业对新材料的需求对供应商来说也是市场机遇所在。纳米时代，如何开发出能够满足技术性能要求的产品，如何降低材料的成本，如何实现新材料的大规模生产，如何满足环保与安全的需求，这些都是材料供应商的机遇与挑战。 

未来的半导体技术发展最离不开的就是材料的革新。碳纳米管、可印刷集成电路等在未来的几年都将逐渐走进市场。黄丕成认为，新材料研究的目标不仅在于满足技术的要求，应对技术挑战，同时降低成本也是业界的一大需求，这是追随摩尔定律的必然结果。 

与半导体相关的太阳能、FPD(平板显示器)等产业也拉动了对新材料的需求。半导体材料的销售额占半导体产业的16%，2007年的销售额为410亿美元，其中60%来自前道，40%来自后道。64%来自亚洲，13%来自北美，9%来自欧洲。因此，包括中国在内的亚洲地区是目前最大的半导体材料市场。 

新材料迎合新工艺需求 

专家认为，在光刻、CMP、刻蚀等领域都存在着一些材料与工艺技术的挑战。黄丕成介绍说，在光刻领域，为了实现更小的技术节点，提高分辨率就成为必然。浸入式光刻、EUV(远紫外线光刻)、双掩模等新技术的出现就会对光刻胶材料与结构提出更多的要求。 

黄丕成认为，介电材料的选择与集成对降低晶体管的RCDelay(电阻-电容延迟时间)也是至关重要的。因此对低k介电材料的研究与应用一直是业界的一个关注点。不仅材料公司在关注这一问题，设备公司对此也极为重视，包括应用材料、诺发等公司都有专门的研发队伍与自己独特的产品，这说明他们都认识到工艺集成中离不开材料。应用材料公司的BlackDiamond技术与诺发的Coral技术都已在实际生产中得到了广泛的应用。而且随着线宽的减小，低k材料也在不断地升级，这也为互连工艺中的铜与低k材料的CMP工艺带来了挑战。 

英特尔在45nm首先引入了高k金属栅工艺，而高k金属栅在32nm会被更多地采纳与应用。这是应对漏电问题的根本解决方案。为此，不仅材料厂商在探索与实验，积极寻找各种备选材料，英特尔、台积电、中芯国际等厂商也在研发队伍中投入了更多的人力从事材料的研发。 

中国市场较其他地区而言是独一无二的。中国的客户非常多元化，包括国有企业、中外合资公司和外商独资公司等。甚至在技术方面，中国范围内也存在较大差异，从较早的4英寸晶圆技术到尖端的45nm工艺技术，在中国都能找到足迹。无论是设备市场还是材料市场，中国无疑是最受关注的。