二奈米GAA熱處理難度高 概念股來幫

文．洪寶山

隨著半導體製程邁入二奈米甚至更先進的埃米 (如 A16、A14) 時代，摩爾定律的推進已不再僅僅是縮小尺寸，而是面臨極致的物理與材料挑戰。

二奈米的電晶體密度極度增加，單位面積內產生的熱量呈指數級成長，在物理機制上形成了一個致命的熱毯效應：每一層奈米片都被 High-K Metal Gate(HKMG) 介電層包覆，熱阻極高，熱量難以向下傳導至基板。

熱量指數級成長 極致的物理與材料挑戰

再加上導入背面供電 (BSPDN) 技術後，矽基板被大幅減薄，傳統的散熱路徑被切斷。為了突破這個熱障礙，台積電與供應鏈在晶片架構、封裝材料與測試設備上進行技術革命。例如二奈米到先進封裝的流程，台廠在封裝前中段用熱＋壓力來穩定內部結構，把二奈米晶片無縫黏合，消除應力氣泡。

在二奈米與 3D SOIC、CoWoS 先進封裝的微觀戰場中，熱處理早已不是單純的把烤箱加熱，而是結合了流體力學、熱力學與材料應力學的極限工程。

熱預算極度受限 熱處理步驟拆分

二奈米的環繞式閘極 (GAA) 製程中，熱處理設備的角色遠不只是把晶圓拿去烤一下這麼簡單，而是被拆分成許多時間非常短、溫度精準可控的熱處理步驟，分別穿插在奈米片磊晶成長、摻雜植入與活化、閘極結構堆疊，以及後段金屬佈線等關鍵製程之間，目的是在整體熱預算極度受限的條件下，同時達成摻雜活化、晶體再結晶、應力釋放，以及界面與薄膜缺陷的修復，確保二奈米 GAA 元件可以兼顧效能、功耗與長期可靠度。

當二奈米晶片製造完成，進入 3D 堆疊或 2.5D 中介層接合時，熱處理的目的轉變為固化、除泡與熱壓合。這階段的重點在於利用溫度與壓力的共振，確保極微小間距 (微凸塊間距 10μm) 內的底膠完美填補，不產生應力破壞。如果載板在塗佈絕緣層 (如味之素 ABF 膜) 的烘烤過程中發生微米級的翹曲，二奈米晶片放上去時就會接點斷裂。

群翊利用精密熱風對流與紅外線，在極大的面積 (如 600x600mm 的面板或大型載板) 上進行均勻的塗佈乾燥與烘烤，解決了基底與大尺度的熱力學問題。

高階真空烤箱 進行無應力加熱固化

二奈米製程的矽晶圓會被研磨到極薄 (甚至小於 50 微米)，極其脆弱，必須先用特殊黏膠暫時貼合在玻璃載板上才能移動與加工。志聖的高階真空烤箱能在無氧、無粉塵的真空狀態下，對這些極薄晶圓與黏膠進行無應力的加熱固化。確保在鑽孔(TSV) 或電鍍時，晶圓不會因為受熱不均而滑動或破裂，是二奈米超薄晶圓在各個製程站之間安全移動與過渡的核心載具處理器。

在二奈米的 3D 堆疊中，晶片與晶片之間的縫隙極小，傳統依靠毛細現象的底膠填充會遭遇極大的流體阻力，必然產生微米級的氣泡。印能科技在加熱固化樹脂的同時，會對艙內施加極高的大氣壓力 (甚至高達 10 atm 以上)，將微米氣泡壓縮到極致，甚至直接將氣體溶解進液態高分子材料中，避免二奈米晶片在後續製程受熱膨脹產生微裂紋或爆米花效應。印能是唯一能深入晶片最深處結構，進行除泡與固化的設備。

散熱片貼合達 0.12mg 膠量精度

2.5D、3D 先進封裝後段用熱介面＋溫控來對付運算廢熱，幫二奈米晶片進行高溫壓力測試。在先進封裝中，散熱膠的厚度與均勻度是關鍵，隨著輝達 GPU 效能提升，產熱極高，對散熱片貼合的精度要求近乎苛刻。

竑騰具備處理大尺寸晶片與先進材料 (如銦片) 的能力，在 AI 晶片的散熱片貼合技術上，能做到 0.12mg 的極微膠量，有效降低氣泡產量，大幅提升散熱效率，目前在業界幾乎沒有對手。

在點膠散熱機台的全球市佔率高達 80%，點膠植片壓合機市佔也約 70%，全球前十大封測廠 (如日月光、矽品、力成、美光、台積電 oS 段等) 大多是竑騰的長期客戶。

與台積電合作歷史悠久

萬潤同樣提供點膠機、散熱片壓合設備及 AOI 檢測。雖然竑騰在點膠精度 (微膠量控制) 上目前具備領先優勢，但萬潤與台積電合作歷史悠久，在 CoWoS 後段自動化設備市佔極高。萬潤具備 Turn-key 的能力，當台積電或日月光要快速擴產時，萬潤能提供的設備總量與服務支援體系最完整。

萬潤的強項在於整線整合與點膠速度，竑騰則贏在微膠量控制 (0.12mg) 與壓合精度。如果是要蓋一條完整的自動化線，萬潤經驗豐富；如果是針對輝達 GPU 的熱管理極度要求的頂規 AI 晶片，竑騰的技術規格目前略勝一籌。

專做 ALD 前驅物的高純度材料廠

二奈米 GAA 熱處理難度高，很大一塊實際上是溫度不能太高，但又要保證表面乾淨、界面穩定，所以很多工作被轉嫁到濕製程、Rinse、ALD 前驅物、特種氣體。

二奈米以下 GAA 把通道包在閘極裡，側壁超窄，ALD 是唯一能做到四面完整包覆的成膜技術，常見前驅物包含 TMA、TEOS、WF₆、TiCl₄、SiH₄、NH₃等，要求超高純度與穩定性，才能在較低溫度下仍有足夠反應性與成膜品質。

ALD 鍍膜要完美，前驅物的純度要求極端嚴苛，必須達到 6N(99.9999%) 以上，宇川精材是專做 ALD 前驅物的高純度材料廠，純度最高可到 8N 等級 (99.999999%)，外加鋼瓶與分析的一條龍服務，直接卡位二奈米 GAA 這種低溫、高純度、薄膜均勻性要求極高的 ALD 製程需求。

清洗與界面控制難度提升

新應材在高階清洗藥水與表面調理液，負責在低溫條件下去除殘留、金屬污染與顆粒，同時保護奈米片與精細結構。

當溫度不能再往上開時，很多清潔與圖形修正要在濕製程裡完成，芝普這類圍繞 ALD 與先進製程的濕製程、蝕刻化學的特用化學品廠，透過在地化、高客製配方吃到二奈米以後清洗與界面控制難度提升的紅利。+

來源：《理財周刊》1341 期
更多精彩內容請至 《理財周刊》