應(yīng)用材料公司：以材料工程創(chuàng)新推動(dòng)AI時(shí)代

　　基于人工智能和大數(shù)據(jù)的新興應(yīng)用有賴于芯片在計(jì)算能力、功耗、面積成本（PPAC）等方面的顯著改善。與此同時(shí)，作為過去50多年來半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)步的主要推手，傳統(tǒng)摩爾定律的技術(shù)演進(jìn)正不斷受到挑戰(zhàn)。未來，半導(dǎo)體行業(yè)急需探索持續(xù)改進(jìn)PPAC的新方法，以加速?gòu)牟牧系较到y(tǒng)的創(chuàng)新。

　　作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備公司，50多年來應(yīng)用材料公司一直推動(dòng)基于材料工程的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)變革。2018年，應(yīng)用材料公司寫下了幾項(xiàng)重要的里程碑。應(yīng)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(lián)的新導(dǎo)電材料來幫助克服晶體管性能的主要瓶頸。此外，應(yīng)用材料公司宣布成立"材料工程技術(shù)推動(dòng)中心"（META中心），該中心預(yù)計(jì)將于今年在美國(guó)紐約州開幕啟用。META中心的主要目標(biāo)是加速為客戶提供新的芯片制造材料和工藝技術(shù)的可行性，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在PPAC上的突破，同時(shí)它也將輔助并拓展應(yīng)用材料公司硅谷梅丹技術(shù)中心的綜合實(shí)力。在接受記者采訪時(shí)，應(yīng)用材料公司集團(tuán)副總裁、應(yīng)用材料中國(guó)公司總裁余定陸表示："隨著2019年的到來，應(yīng)用材料公司將在'人工智能-大數(shù)據(jù)時(shí)代'發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，引領(lǐng)技術(shù)拐點(diǎn)的前行，推動(dòng)行業(yè)向前發(fā)展。"

　　摩爾定律受到新挑戰(zhàn)

　　人工智能和大數(shù)據(jù)無疑是行業(yè)當(dāng)中的最熱話題。IDC預(yù)測(cè)，到2024年，目前基于顯示屏的應(yīng)用將有1/3被采用人工智能技術(shù)的用戶界面和過程自動(dòng)化所取代。而在這新一輪以人工智能的未來為核心的技術(shù)發(fā)展中，半導(dǎo)體技術(shù)將不出所料地扮演關(guān)鍵的角色。清華大學(xué)微電子學(xué)院教授魏少軍曾指出："如今的人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算背后的真正支撐點(diǎn)是芯片，這是人工智能技術(shù)繞不開的話題。"

　　然而，作為過去50年來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?jīng)典摩爾定律的微縮正不斷受到挑戰(zhàn)，僅靠縮小線寬的辦法已經(jīng)無法同時(shí)滿足性能、功耗、面積以及信號(hào)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(jìn)工藝已經(jīng)推進(jìn)到7/10納米，不斷遭遇成本上升、功耗增加、工藝復(fù)雜度提升、成品率下降等方面的挑戰(zhàn)，維持摩爾定律繼續(xù)推進(jìn)變得越來越困難。

　　因此，尋找能滿足人工智能需求的半導(dǎo)體技術(shù)成為未來半導(dǎo)體行業(yè)的主要挑戰(zhàn)。這也是半導(dǎo)體技術(shù)變革的主要方向之一。"算法必須借助芯片才能夠運(yùn)行，由于不同芯片在不同場(chǎng)景中的計(jì)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(chǎng)高速發(fā)展的今天，人們需要開發(fā)能夠以更快速、更低能耗運(yùn)行并且能適應(yīng)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(yīng)用材料公司宣布，在紐約州奧爾巴尼的紐約州立大學(xué)理工學(xué)院，設(shè)立材料工程技術(shù)推動(dòng)中心（Materials Engineering Technology Accelerator， META中心）。中心將配備公司最先進(jìn)的工藝系統(tǒng)，以及新的芯片材料和結(jié)構(gòu)所需的輔助技術(shù)，以方便在客戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大批量試生產(chǎn)。預(yù)計(jì)于 2019 年開放的META中心將使得應(yīng)用材料公司以新的方式與系統(tǒng)架構(gòu)師、芯片設(shè)計(jì)人員和制造界合作，同時(shí)拓展該公司硅谷梅丹技術(shù)中心的綜合實(shí)力。

　　在新聞稿中，應(yīng)用材料公司總裁兼首席執(zhí)行官蓋瑞·狄克森指出："實(shí)現(xiàn)人工智能和大數(shù)據(jù)的巨大潛能需要在端和云計(jì)算的性能、能耗和成本方面進(jìn)行重大改進(jìn)。半導(dǎo)體行業(yè)需要通過創(chuàng)新的材料和微縮方法實(shí)現(xiàn)新的計(jì)算架構(gòu)和芯片。META中心創(chuàng)建了一個(gè)與客戶合作的新平臺(tái)，通過各方合作來加速?gòu)牟牧系较到y(tǒng)的創(chuàng)新。"

　　應(yīng)用材料中國(guó)公司首席技術(shù)官趙甘鳴博士進(jìn)一步解釋："在人工智能時(shí)代，半導(dǎo)體制造工藝將變得日趨復(fù)雜，同時(shí)也將更加依賴創(chuàng)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(dá)到必要的提升，行業(yè)需要一套技術(shù)'新劇本'，包括開發(fā)新的芯片架構(gòu)、開發(fā)芯片內(nèi)的新3D結(jié)構(gòu)、應(yīng)用集成新的材料、開發(fā)縮小特征幾何尺寸的新方法、采用先進(jìn)封裝技術(shù)等。而上述這些方面的改進(jìn)，都需要材料工程的重大突破才能實(shí)現(xiàn)。這些也都是應(yīng)用材料公司投入大量精力的發(fā)展方向。"

　　過去的10年，應(yīng)用材料公司平均每年的研發(fā)投入約10億美元，2018財(cái)年的研發(fā)投入達(dá)到了20億美元。在不斷投入的同時(shí)，應(yīng)用材料公司也取得了一系列顯著成果。2018年6月，應(yīng)用材料公司宣布在材料工程應(yīng)用方面取得重大突破，將大幅提升大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的芯片性能。

　　資料顯示，過去半導(dǎo)體廠商根據(jù)經(jīng)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(xiàn)今諸如鎢和銅之類的材料已無法在10nm節(jié)點(diǎn)以下進(jìn)行微縮，因?yàn)樗鼈兊碾妼W(xué)性能已達(dá)到晶體管通孔和本地互連的物理限制，這已經(jīng)成為無法發(fā)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(lián)雖然可以消除這一瓶頸，但卻需要在工藝系統(tǒng)上進(jìn)行策略性的改變。隨著業(yè)界將器件結(jié)構(gòu)微縮到極限尺寸，材料的性能表現(xiàn)會(huì)有所不同，因而必須在原子層面系統(tǒng)地進(jìn)行工程，這通常需要在真空環(huán)境下進(jìn)行。

　　為了能夠在晶體管接觸和互聯(lián)中使用鈷作為新的導(dǎo)電材料，應(yīng)用材料公司在Endura平臺(tái)上整合了多個(gè)材料工程步驟，包括預(yù)清潔、PVD、ALD以及CVD。此外，應(yīng)用材料公司還推出了一套集成的鈷套件，其中包括Producer平臺(tái)上的退火技術(shù)、Reflexion LK Prime CMP平臺(tái)上的平坦化技術(shù)、PROVision平臺(tái)上的電子束檢測(cè)技術(shù)。芯片制造商可以使用這一經(jīng)過驗(yàn)證的集成材料解決方案加快產(chǎn)品面市時(shí)間，并提高在7納米節(jié)點(diǎn)及以下芯片的性能。

　　應(yīng)用材料公司在中國(guó)

　　2018年，應(yīng)用材料公司舉辦了半導(dǎo)體技術(shù)系列講座，通過與復(fù)旦大學(xué)等中國(guó)國(guó)內(nèi)知名學(xué)府開展學(xué)術(shù)合作，將產(chǎn)業(yè)實(shí)踐與學(xué)術(shù)理論以深入淺出的方式向高校專業(yè)學(xué)生普及，加深學(xué)生對(duì)材料工程與先進(jìn)工藝的認(rèn)知。應(yīng)用材料公司正持續(xù)幫助中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)尋找和培養(yǎng)未來的人才，而全球人才的發(fā)展是人工智能行業(yè)未來成長(zhǎng)必須依靠的發(fā)展方向。

　　作為第一家進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備公司，應(yīng)用材料公司在中國(guó)發(fā)展的30余年里始終助力培養(yǎng)本土科技人才和推動(dòng)科技教育發(fā)展。除上述高校技術(shù)系列講座之外，應(yīng)用材料公司還有多元化的人才培養(yǎng)和發(fā)展實(shí)踐，包括在西安設(shè)立全球技術(shù)培訓(xùn)中心，該中心設(shè)有千余門行業(yè)專業(yè)課程，擁有百余名專家級(jí)講師；針對(duì)高校優(yōu)秀學(xué)子的新銳計(jì)劃（New Star Program），旨在通過專業(yè)培訓(xùn)與活動(dòng)，為行業(yè)注入新鮮活力；舉辦工程師"芯光大道"技術(shù)大賽，鼓勵(lì)工程師提出技術(shù)創(chuàng)新與變革；對(duì)于青少年，長(zhǎng)期支持上海科普教育發(fā)展基金會(huì)的"明日科技之星"項(xiàng)目，將人才培養(yǎng)與科教發(fā)展有機(jī)結(jié)合，助力提升青少年科技創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。展望未來，應(yīng)用材料公司將持續(xù)專注在材料工程的技術(shù)創(chuàng)新，繼續(xù)攜手學(xué)界、產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)和政府，為全球高科技人才培養(yǎng)持續(xù)助力。（記者 陳炳欣）

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