應用材料公司：以材料工程創新推動AI時代

　　基于人工智能和大數據的新興應用有賴于芯片在計算能力、功耗、面積成本（PPAC）等方面的顯著改善。與此同時，作為過去50多年來半導體行業進步的主要推手，傳統摩爾定律的技術演進正不斷受到挑戰。未來，半導體行業急需探索持續改進PPAC的新方法，以加速從材料到系統的創新。

　　作為全球領先的半導體設備公司，50多年來應用材料公司一直推動基于材料工程的技術創新與產業變革。2018年，應用材料公司寫下了幾項重要的里程碑。應用材料公司提出了一種集成材料解決方案，通過使用一種新材料（鈷）作為晶體管接觸和互聯的新導電材料來幫助克服晶體管性能的主要瓶頸。此外，應用材料公司宣布成立"材料工程技術推動中心"（META中心），該中心預計將于今年在美國紐約州開幕啟用。META中心的主要目標是加速為客戶提供新的芯片制造材料和工藝技術的可行性，從而實現半導體在PPAC上的突破，同時它也將輔助并拓展應用材料公司硅谷梅丹技術中心的綜合實力。在接受記者采訪時，應用材料公司集團副總裁、應用材料中國公司總裁余定陸表示："隨著2019年的到來，應用材料公司將在'人工智能-大數據時代'發揮更加關鍵的作用，引領技術拐點的前行，推動行業向前發展。"

　　摩爾定律受到新挑戰

　　人工智能和大數據無疑是行業當中的最熱話題。IDC預測，到2024年，目前基于顯示屏的應用將有1/3被采用人工智能技術的用戶界面和過程自動化所取代。而在這新一輪以人工智能的未來為核心的技術發展中，半導體技術將不出所料地扮演關鍵的角色。清華大學微電子學院教授魏少軍曾指出："如今的人工智能、大數據、云計算背后的真正支撐點是芯片，這是人工智能技術繞不開的話題。"

　　然而，作為過去50年來驅動半導體發展的主要動力，經典摩爾定律的微縮正不斷受到挑戰，僅靠縮小線寬的辦法已經無法同時滿足性能、功耗、面積以及信號傳輸速度等多方面的要求。舉例而言，目前晶圓制造商的先進工藝已經推進到7/10納米，不斷遭遇成本上升、功耗增加、工藝復雜度提升、成品率下降等方面的挑戰，維持摩爾定律繼續推進變得越來越困難。

　　因此，尋找能滿足人工智能需求的半導體技術成為未來半導體行業的主要挑戰。這也是半導體技術變革的主要方向之一。"算法必須借助芯片才能夠運行，由于不同芯片在不同場景中的計算能力不同，算法的處理速度、能耗也就不同。在人工智能市場高速發展的今天，人們需要開發能夠以更快速、更低能耗運行并且能適應人工智能工作量的芯片。"余定陸表示。

　　從材料工程做起提供解決方案

　　2018年11月，應用材料公司宣布，在紐約州奧爾巴尼的紐約州立大學理工學院，設立材料工程技術推動中心（Materials Engineering Technology Accelerator， META中心）。中心將配備公司最先進的工藝系統，以及新的芯片材料和結構所需的輔助技術，以方便在客戶現場進行大批量試生產。預計于 2019 年開放的META中心將使得應用材料公司以新的方式與系統架構師、芯片設計人員和制造界合作，同時拓展該公司硅谷梅丹技術中心的綜合實力。

　　在新聞稿中，應用材料公司總裁兼首席執行官蓋瑞·狄克森指出："實現人工智能和大數據的巨大潛能需要在端和云計算的性能、能耗和成本方面進行重大改進。半導體行業需要通過創新的材料和微縮方法實現新的計算架構和芯片。META中心創建了一個與客戶合作的新平臺，通過各方合作來加速從材料到系統的創新。"

　　應用材料中國公司首席技術官趙甘鳴博士進一步解釋："在人工智能時代，半導體制造工藝將變得日趨復雜，同時也將更加依賴創新的材料工程解決方案。為了在芯片的性能、功率和面積成本等方面達到必要的提升，行業需要一套技術'新劇本'，包括開發新的芯片架構、開發芯片內的新3D結構、應用集成新的材料、開發縮小特征幾何尺寸的新方法、采用先進封裝技術等。而上述這些方面的改進，都需要材料工程的重大突破才能實現。這些也都是應用材料公司投入大量精力的發展方向。"

　　過去的10年，應用材料公司平均每年的研發投入約10億美元，2018財年的研發投入達到了20億美元。在不斷投入的同時，應用材料公司也取得了一系列顯著成果。2018年6月，應用材料公司宣布在材料工程應用方面取得重大突破，將大幅提升大數據和人工智能時代的芯片性能。

　　資料顯示，過去半導體廠商根據經典的摩爾定律，微縮加工就可以改善芯片的性能、功耗和面積成本。但是隨著線寬的不斷微縮，現今諸如鎢和銅之類的材料已無法在10nm節點以下進行微縮，因為它們的電學性能已達到晶體管通孔和本地互連的物理限制，這已經成為無法發揮FinFET器件全部性能的主要瓶頸。使用鈷材料作為晶體管的接觸和互聯雖然可以消除這一瓶頸，但卻需要在工藝系統上進行策略性的改變。隨著業界將器件結構微縮到極限尺寸，材料的性能表現會有所不同，因而必須在原子層面系統地進行工程，這通常需要在真空環境下進行。

　　為了能夠在晶體管接觸和互聯中使用鈷作為新的導電材料，應用材料公司在Endura平臺上整合了多個材料工程步驟，包括預清潔、PVD、ALD以及CVD。此外，應用材料公司還推出了一套集成的鈷套件，其中包括Producer平臺上的退火技術、Reflexion LK Prime CMP平臺上的平坦化技術、PROVision平臺上的電子束檢測技術。芯片制造商可以使用這一經過驗證的集成材料解決方案加快產品面市時間，并提高在7納米節點及以下芯片的性能。

　　應用材料公司在中國

　　2018年，應用材料公司舉辦了半導體技術系列講座，通過與復旦大學等中國國內知名學府開展學術合作，將產業實踐與學術理論以深入淺出的方式向高校專業學生普及，加深學生對材料工程與先進工藝的認知。應用材料公司正持續幫助中國半導體行業尋找和培養未來的人才，而全球人才的發展是人工智能行業未來成長必須依靠的發展方向。

　　作為第一家進入中國市場的國際半導體設備公司，應用材料公司在中國發展的30余年里始終助力培養本土科技人才和推動科技教育發展。除上述高校技術系列講座之外，應用材料公司還有多元化的人才培養和發展實踐，包括在西安設立全球技術培訓中心，該中心設有千余門行業專業課程，擁有百余名專家級講師；針對高校優秀學子的新銳計劃（New Star Program），旨在通過專業培訓與活動，為行業注入新鮮活力；舉辦工程師"芯光大道"技術大賽，鼓勵工程師提出技術創新與變革；對于青少年，長期支持上海科普教育發展基金會的"明日科技之星"項目，將人才培養與科教發展有機結合，助力提升青少年科技創新精神和實踐能力。展望未來，應用材料公司將持續專注在材料工程的技術創新，繼續攜手學界、產業協會和政府，為全球高科技人才培養持續助力。（記者 陳炳欣）

　　轉自：中國電子報

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