应用材料公司发布2纳米GAA晶体管制造系统，芯片技术再迎重大突破！
半导体设备巨头应用材料公司于14日重磅发布了两款全新制造系统，专门用于构建尖端逻辑芯片的微观结构。此次推出的新技术能以原子级精度控制材料沉积。公司宣称：“我们将助力芯片制造商，紧跟全球AI基础设施建设步伐，大规模生产速度更快、能效更高的晶体管。”
随着AI需求激增，业界正多方尝试提升集成在半导体中的数千亿晶体管的能效表现。近期，在2纳米以下制程中，全新的全环绕栅极晶体管已开始引入。
GAA晶体管能在相同功耗下实现性能的显著跃升。然而，其工艺复杂度也大幅增加。构建GAA晶体管内部复杂的3D结构需要超过500道工艺步骤。其中许多步骤都要求采用新方法，在接近单个原子尺寸的容差范围内，对材料进行精确且可重复的控制与沉积。
应用材料公司此次揭秘的两款芯片制造系统，正是利用材料创新来构建GAA晶体管中最复杂的结构。新技术聚焦于金属与绝缘介电质的沉积，这两者是GAA不可或缺的关键材料。
◇ 狙击“信号干扰”：防患于未然的黑科技
正在研发的下一代AI图形处理器，预计将在邮票大小的面积内集成超过3000亿个晶体管。这大幅增加了“寄生电容”的风险——即电子极易扩散至相邻晶体管，导致意外的电气干扰，从而造成信号速度下降和功耗浪费。
浅沟槽隔离技术用于电气隔离相邻晶体管。该技术在晶体管间的表面蚀刻出沟槽，并填入二氧化硅等绝缘介电材料，以束缚电荷、防止泄漏。这些狭窄的绝缘沟槽是GAA器件中最精微的结构之一，在大规模量产中保持其品质是一大挑战。因为在沟槽形成后，芯片还需经历多道后续工艺，二氧化硅绝缘材料可能逐渐劣化，拖累整体芯片性能。
应用材料的Producer™ Precision设备，是一款选择性氮化硅PECVD系统。它采用业界首创的选择性自下而上沉积工艺，仅在沟槽内所需位置形成氮化硅薄膜。通过在二氧化硅上沉积一层致密的氮化硅层，有效防止了STI材料在后续工艺步骤中被侵蚀。
该工艺在低温下进行，避免损伤下层薄膜或结构。Precision选择性氮化硅技术能保持绝缘沟槽的原始形状与高度，确保稳定的电气特性，从而减少寄生电容、降低泄漏，全面提升器件性能。
◇ 一体化材料解决方案：精准拿捏晶体管“开关”
GAA晶体管是由多层金属构成的栅极堆栈控制的开关，该堆栈决定了晶体管开启或关闭所需的阈值电压。为满足从数据中心到边缘设备的AI算力需求，芯片制造商为设计者提供了多种晶体管选项：有的为追求极致性能而优化开关速度，有的则为节省功耗而调校。实现这些性能权衡，关键在于基于高精度金属沉积来优化金属栅极堆栈。
在GAA晶体管中，栅极堆栈必须完全包裹多个间距仅约10纳米的水平纳米片。堆栈中的任何间隙或不均匀都会导致晶体管开关特性波动，对芯片性能、功耗、可靠性和良率产生负面影响。传统的金属沉积方法难以满足这些极端要求。
应用材料的Endura Trillium系统集成了ALD技术。公司将其描述为“专为在最复杂的GAA晶体管栅极堆栈上精确沉积金属而设计的集成材料解决方案”。
该系统将多个金属沉积步骤整合到单一平台，使芯片制造商能灵活调节各类晶体管的阈值电压。Trillium基于可产生并维持超高真空的金属沉积平台Endura打造。
真空环境至关重要，能在硅纳米片之间的极微细空间中沉积多种材料时，保护晶圆免受洁净室环境中杂质的影响。通过对金属栅堆栈厚度进行埃米级控制，Trillium ALD为先进GAA晶体管提供了所需的调节灵活性与可靠性，同时提升了晶体管性能、能效和可靠性。
应用材料公司半导体产品事业部总裁普拉布·拉贾表示：“半导体行业正进入一个快速、非线性的变革期，仅靠传统的光刻技术推动芯片微缩已触及瓶颈。在埃米级的先进逻辑节点上，性能与能效如今由材料创新决定。基于应用材料在独特材料工程领域的领导地位，我们的新型沉积系统将助力客户实现支撑AI计算蓝图的核心晶体管技术转型。”
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