突破物理极限 应用材料发布两款革命性3D芯片制造设备

《徽声在线》6月16日消息（记者 李明轩）当地时间6月15日，全球半导体设备领军企业应用材料公司正式发布两款专为3D芯片微缩技术打造的新型设备。这两款设备直击当前尖端半导体制造的核心痛点：在愈发深窄的3D立体结构中实现纳米级精密加工。

据应用材料官方披露，新设备将助力芯片制造商突破逻辑芯片与存储器的物理极限，通过三维堆叠密度提升、晶体管结构优化以及互连层数增加三大技术路径，为下一代AI计算芯片带来20%以上的性能跃升、30%的能耗降低以及15%的良率提升。

作为全球唯一具备晶圆制造全流程设备供应能力的企业，应用材料的产品矩阵覆盖从原子层沉积（ALD）到化学机械抛光（CMP）的12大核心工艺环节。其设备在台积电3nm制程、三星HBM3内存以及英伟达Hopper架构GPU的量产中均发挥关键作用，更通过与ASML光刻机的协同优化，构建起AI芯片制造的完整技术生态。

在战略布局层面，应用材料正加速推进EPIC创新平台2.0计划。2023年启动的硅谷EPIC中心投资规模达12亿美元，配备全球首个全流程300mm晶圆级验证线，预计将把新技术从实验室到量产的转化周期从5年压缩至18个月。该中心已与斯坦福、MIT等17所高校建立联合研发机制，重点攻关高k金属栅、EUV光刻胶等卡脖子技术。

随着大模型参数规模突破万亿级，芯片架构正经历革命性变革。据SEMI最新报告，2024年全球3D堆叠芯片市场规模将达480亿美元，对设备精度要求已提升至0.1nm级，相当于在头发丝直径万分之一的尺度上进行手术。

应用材料半导体产品集团总裁普拉布•拉贾（Prabu Raja）强调："当晶体管沟道进入埃米级、存储单元堆叠超过500层时，传统工艺已触及物理极限。我们开发的原子级材料操控技术，相当于在三维空间中搭建分子积木。"

此次发布的两款设备分别针对沉积与刻蚀两大核心工艺进行突破性创新：

通过设备协同工作，可实现对高深宽比结构中10:1以上纵横比的精确控制。在3nm以下制程中，该技术能使金属互连层的电阻降低40%，信号延迟减少25%，同时将化学机械抛光（CMP）工序减少3道，显著提升生产效率。

Centris pectral氮化硅ALD沉积设备：开启3D堆叠新纪元

作为芯片制造的"骨骼材料"，氮化硅（SiN）在GAA晶体管栅极氧化层、3D NAND垂直通道等关键结构中不可或缺。但传统PECVD技术在沉积20:1以上深宽比结构时，会出现顶部过厚、底部覆盖不足的"伞效应"。应用材料创新采用双频微波等离子体源技术，通过精确调控离子能量分布，在150℃低温条件下实现单层沉积速率突破100Å/min，较传统设备提升3倍。

该设备特别优化的动态气体分配系统，可针对不同深宽比结构自动调节前驱体流量，确保300mm晶圆边缘与中心的薄膜均匀性差异小于1.5%。经三星电子验证，在400层3D NAND制造中，该技术使字线电阻波动降低60%，产品耐久性提升2个数量级。

Producer Selectra钼刻蚀机：破解超高堆叠存储瓶颈

随着3D NAND堆叠层数向600层迈进，钼（Mo）因其低电阻率（5.6μΩ·cm）和高熔点（2620℃）特性成为字线材料的首选。但传统湿法刻蚀在处理50:1以上深宽比时，会出现化学试剂渗透停滞现象，导致刻蚀速率下降80%。

应用材料开发的离子束诱导刻蚀（IBIE）技术，通过精确控制氩离子能量（50-500eV）和角度（0-15°），可实现原子级选择性刻蚀。在美光科技512层3D NAND验证中，该设备使字线间距缩小至18nm，同时将刻蚀偏差控制在±0.8nm以内，较湿法工艺提升5倍精度。

值得关注的是，该设备通过实时终点检测系统，可动态监测刻蚀过程中钼与阻挡层的信号强度比，当达到预设阈值时自动停止工艺，将过刻蚀量控制在3nm以内。经测试，在1000次循环读写后，采用该技术制造的芯片数据保持率仍高达99.9999%。

据应用材料透露，这两款设备已获得台积电、三星、SK海力士等头部企业的订单，首批设备将于2025年第二季度在Fab 21等先进制程工厂投产。相关技术细节将在2026年IEEE VLSI研讨会上以全息投影方式进行动态演示。

（徽声在线 李明轩）