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科研案例
全球首創 All-in-One半導體先進鍍膜設備
發佈日期：2024-12-04
案例摘要：
在經濟部產業技術司科技專案支持下，工研院全球首創「高效雙模態原子層鍍膜系統」，打造先進鍍膜製程多合一(All-in-One)設備，成功寫下國產自製的新篇章，更榮獲2023年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定。
內容說明：
工研院 ▶ 打造高效雙模態原子層鍍膜系統
技術特色
首創雙向流、脈衝注入控制等專利技術，打造全球首創先進鍍膜製程多合一設備，提升半導體鍍膜製程效率及品質。
產業擴散
攜手半導體設備商旭宇騰合作開發國產ALD鍍膜設備，預期未來可攻占前段鍍膜整機設備市場。
以晶片製造為首的臺灣半導體供應鏈領先全球，但半導體前段鍍膜製程設備卻一直仰賴國際大廠。在經濟部產業技術司科技專案支持下，工研院全球首創「高效雙模態原子層鍍膜系統」，打造先進鍍膜製程多合一(All-in-One)設備，成功寫下國產自製的新篇章，更榮獲2023年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定。
鍍膜製程是晶圓加工的關鍵步驟，薄膜的覆蓋率與均勻性，都會影響最終晶圓的良率，且隨著半導體元件越發輕薄短小，對鍍膜厚度的要求，也從奈米走向原子級水準。但體積縮小了，功能卻要更強大，元件朝3D垂直結構、高深寬比發展是大勢所趨，對鍍膜製程是極大挑戰，如同在無數深孔中，都要均勻披覆材料。
▲ 工研院將半導體前段鍍膜製程步驟整合為多合一(All-in-One)系統。
十年磨一劍 整合多項獨家專利技術
傳統鍍膜需要多道製程，切換各種設備，常面臨傳輸耗時、晶圓汙染及品質下降等問題。對此，工研院開發的雙模態原子層鍍膜技術，透過腔體設計整合多道製程，只要在單一系統中即可完成鍍膜，減少晶圓傳輸汙染機會，且結合獨家專利技術，提升鍍膜品質。
工研院機械所副組長王慶鈞指出，這系統首創「雙向流」核心專利，透過垂直流與側面流兩個方向，讓材料均勻披覆，突破現有設備僅有水平流的瓶頸，成了全球第一台擁有雙向流的原子層鍍膜設備。
精準控制雙向流的關鍵，十年磨一劍，背後是多項科專成果助力。首先，鍍膜製程需考慮壓力、流量、溫度等多項參數，過去業界都是依靠操作經驗及反覆試錯，找出最佳參數組合，為此工研院建立「多重物理耦合模擬分析技術」，對應所需的薄膜品質，預先模擬不同參數組合的鍍膜結果，大幅縮短調整時間。
接著，鍍膜的腔體設備宛如黑盒子，在試驗時看不到設備裡面的變化，於是團隊打造一個接近真實鍍膜設備的腔體，首創「流場可視化」，觀察在不同參數下，腔體內的氣體流場變化，再回頭校正模擬參數，讓參數更接近真實製程狀態。
此外，材料濃度也會影響反應的時間，當雙向流控制不當，容易產生顆粒造成堵塞，工研院則開發「離散脈衝注入時序控制法」，以軟體控制注入材料的時間和間隔，滿足元件高深寬比和均勻披覆的鍍膜效果。
▲ 高效雙模態原子層鍍膜系統，榮獲2023年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)。
帶動供應鏈 提升30%國產自製率
由於採多道製程合一及精準製程控制，可大幅降低設備數量及占地面積、還有省電節能之效，約降低成本50%。這項設備不僅證明臺灣有能力開發具國際水準的半導體前段設備，將國產自製率由30%提升至逾60%，也帶動國內相關供應鏈發展。
本技術已技術移轉國內半導體設備商旭宇騰，共同開發國產化原子層鍍膜設備，預期未來將可攻占前段鍍膜整機設備市場，為臺灣次世代半導體鍍膜設備提供強力後盾。
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