芯片新材料，需求旺盛！

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文章摘要

在半导体制造领域，新材料的开发是一个复杂且耗时的过程，它结合了传统与现代技术，以满足功率、性能、扩展和成本方面的不断增长的需求。材料供应商面临着巨大的压力，他们必须在从合成到开发再到大规模生产的漫长时间线中不断改进。

在制造标准逻辑半导体芯片时，主要使用的材料包括硅、氮化硅、氧化物和金属，这些材料被装入由树脂和金属片制成的封装中。然而，制造成品设备所需的其他支持材料数量远远超出了这些主要材料。这些材料中有些是临时性的，加工过程中会被去除，而有些则提供蚀刻选择性，或作为硬掩模、粘合剂等。

材料开发的过程不仅包括合成新物质，更常见的是找到更有效或更高效的工艺来创造现有物质。这些材料可能是对现有材料的改进，以适应新的要求，或者是新的元素组合。材料的专利通常涉及制造方法，而非物质本身，因为配方、材料及其应用方式构成了一个整体。

在材料开发中，性能是关键，但获取、沉积、副反应等因素也会影响材料是否适合大规模生产。例如，Brewer Science 正在改进封装底部填充材料，以提供物理稳定性，同时保持电惰性和导热性。而Atomera 则利用氧气作为一种常见材料的新应用，通过在外延硅生长过程中使用氧气，开发出具有多种用途的新型材料。

EUV薄膜和镜头涂层的制造也是材料开发的关键领域。Canatu 利用碳纳米管制造基于CNT的薄膜，这些薄膜用于EUV光刻和镜头加热器。Entegris 则开发了一种材料来解决纳米片全栅晶体管功函数的挑战，以及用于晶圆背面电力输送的蚀刻停止层。

材料开发是一个协作过程，涉及材料供应商、设备制造商和芯片制造商之间的紧密合作。客户的需求推动了开发，但他们并不总是确切地知道他们想要什么。开发过程通常需要数年时间，并且必须包括彻底的初步研究，以了解可能已经存在的专利。

材料开发过程涉及实验和模拟的结合，大多数材料是通过测量和数据得出的。机器学习和自动化在材料开发中发挥着越来越重要的作用，帮助构建和运行实验，以及通过数据挖掘来指导进一步的探索。

安全性和可持续性是材料开发中的重要考虑因素。一些公司避免使用具有危险特性的物质，如自燃物或与地缘政治和人权问题相关的材料。同时，环保考虑也导致一些材料逐步被淘汰。

将新材料从实验室规模转化为商业规模是一个挑战，需要考虑原材料的可用性、生产设备的兼容性和分析方法的适应性。扩大规模的需求表明开发新材料取得了成功，但市场的变化和材料本身的挑战都可能导致项目无法走得更远。

总之，材料开发是一个依赖于人类指导、知识和专业知识的过程，需要多学科的交叉合作和多年的经验积累。随着半导体行业面临的挑战不断增加，新材料的开发对于保持行业的进步至关重要。