行业与公司概览 * 行业: 半导体芯片制造，特别是先进逻辑芯片（如CFET、2D材料、互连技术）和存储芯片（3D NAND）领域 [1][5][6] * 涉及公司: SK海力士、三星、美光、闪迪/铠侠、台积电、IMEC、Lam Research、东京电子、应用材料公司等 [5][33][42][66][111] 行业现状与挑战 * 超级周期与产能瓶颈: 行业正经历有史以来最大的超级周期，先进逻辑芯片、DRAM、NAND需求旺盛，但产能扩张受限于洁净室空间和潜在的晶圆厂设备供应瓶颈 [2] * 技术演进放缓: 制程微缩、功耗、成本等方面的技术进步已大幅放缓，海量研发投入仅带来微小的渐进式提升，摩尔定律面临“摩尔之墙”的挑战 [2] * NAND行业的特殊挑战: 在需求激增但洁净室空间受限的背景下，内存生产商无法新建产能，只能通过升级现有产线来增加供应，因此工艺密度（即单位晶圆存储容量）成为关键制约因素 [8] 3D NAND技术进展与竞争格局 * SK海力士 321层 V9 NAND: * 技术核心: 相比前代238层V8，V9通过增加第三个“甲板层”（deck）和“插塞结构”（plug）来实现321层堆叠，这导致整体工艺步骤增加30%，蚀刻步骤增加20% [22][23][28] * 密度提升: 321层工艺相比238层，每片晶圆存储容量提升44% [10] * 商业挑战: 其存储密度为21 Gb/mm²，虽与美光2层结构的276L G9（21 Gb/mm²）相当，但美光的双层结构成本显著更低；同时，闪迪/铠侠即将推出的3层结构332L BiCS10密度更高（TLC 29 Gb/mm²，QLC >37 Gb/mm²）[33] * 三星钼（Mo）字线技术: * 性能提升: 在现有286层V9 NAND中，将字线金属从钨（W）改为钼（Mo），使接触电阻降低40%，读取时间缩短超过30%，寿命测试故障率降低94% [35][37][38] * 工艺难点: 钼的原子层沉积工艺不成熟，易氧化，且沉积应力变化大，可能导致晶圆翘曲或破裂 [36] * 设备影响: Lam Research在钼沉积设备领域占据主导地位，正从应用材料的钨设备中夺取份额 [42] * SK海力士多址单元/每单元5比特技术: * 创新架构: 通过将每个存储通道精确分割为两个半圆柱形“位点”，使每个位点只需存储6个不同的阈值电压状态，两个位点组合即可实现36种状态，从而以更易实现的方式达到每单元5比特的存储目标 [48][49][52] * 制造挑战: 该工艺需要在极高深宽比、非对称的孔洞中精确分割并沉积薄膜，制造复杂，目前不具备成本效益 [52][53] 先进逻辑技术：互连与材料 * 超越铜的互连金属——钌（Ru）: * 三星的钌互连技术: 通过晶粒取向工程，制备出（001）晶向占比达99%的高织构钌薄膜。在横截面积仅为300 nm²的超精细互连中，电阻降低46%。在GAA FET结构中，使用高织构钌M1线可实现26%的RC延迟缩减 [59][60][61] * IMEC的路线图与16nm钌互连: 根据IMEC路线图，A14至A10节点将从铜转向钌（至少从M0层开始）；A7节点将引入16nm间距，这可能是单次曝光High-NA EUV光刻的实用极限。IMEC已成功实现16nm间距的双层钌互连，良率超过80% [66][76] * 二维材料（2D TMDs）替代硅的潜力与挑战: * 核心价值: 在栅极长度进入10nm以下时，2D材料因其更大的带隙和更高的有效质量，能有效抑制源漏隧穿，从而控制关态漏电流，被视为延续摩尔定律的潜在路径 [78][79][94][95] * 主要挑战: 1. 集成与制造: 大规模量产是首要挑战。高质量2D薄膜的生长温度可能超过800°C，且存在前驱体安全问题。在300mm晶圆上直接生长是长期目标，但当前更可行的路径是低温转移集成 [80] 2. 接触电阻: 在低电压操作（|VGS| < 1 V，|VDS| < 0.1 V）下实现接触电阻Rc < 100 Ω·µm是产品化的关键目标，目前仍具挑战 [82][83] 3. P型性能瓶颈: P型TMD FET性能远逊于N型，主要受费米能级钉扎和界面偶极子等物理效应影响，导致空穴注入困难，接触电阻高，这是实现CMOS功能的一阶瓶颈 [85][86][87] 4. 阈值控制与掺杂: 缺乏可量产的替代掺杂技术。离子注入会损伤2D材料。当前主要依赖功函数工程、界面物理和栅介质电荷转移效应来调节阈值电压 [97] 5. 变异性与层控: 薄膜质量、转移损伤、层数控制（单层vs多层）会引入显著的器件性能变异性 [90][91] 6. 物理建模: 缺乏针对2D器件的、参数定义明确的专用TCAD模型，阻碍了从实验室到产品周期的快速迭代 [107][108] * 台积电进展: 在2D FET研究中，通过在沟道与高k栅介质间插入中间层（IL）并优化表面处理，提升了p型器件性能，在单层WSe₂中实现了超过100 cm²/V·s的空穴迁移率 [98][99] 下一代晶体管架构：CFET * 台积电CFET路线图: 台积电在IEDM上宣布了CFET技术的目标时间表，计划在2030年代实现商业化量产，成为首家明确承诺CFET路线的晶圆代工厂 [111] * CFET优势: CFET（互补场效应晶体管）是GAA之后的下一个重大转折点，通过将NMOS层堆叠在PMOS层之上，结合背面供电，可将标准单元中的晶体管面积密度提升1.5至2倍 [111][112] 其他重要信息 * NAND微缩路径: 提升存储密度主要有四大途径：逻辑缩放（每单元比特数）、垂直缩放（堆叠层数）、横向缩放（单元尺寸/数量）、架构缩放（提升密度/降低损耗）[11][12][13] * 设备供应商动态: 在3D NAND的高深宽比蚀刻设备领域，Lam Research传统上占据主导，但东京电子正在渗透；在钼沉积设备领域，Lam Research正从应用材料手中夺取份额 [27][42]