半導體材料的更替，往往不是因為舊材料突然失去價值，而是器件結構變了，原本成熟的工藝開始遇到新的限制。鉬（Mo）進入先進晶片製造，就是一個典型例子。
10月22日，德國默克在韓國忠清北道陰城啓用了新的鉬前驅體生產設施，生產二氯二氧化鉬（MoO₂Cl₂）。這項佈局的意義，不僅在於增加一種半導體材料的供應能力，更在於鉬正在從候選材料走向實際應用。隨著3D NAND堆疊層數不斷增加，傳統字線材料鎢面臨的電阻問題日益突出，鉬開始進入記憶體晶片製造商的視野。默克也將其潛在應用指向DRAM和邏輯晶片。
鉬為何在這個時候受到關注？
在3D NAND中，記憶體單元通過垂直堆疊來提高記憶體密度。層數增加上後，字線等結構需要在更狹窄的空間內完成製造，金屬材料不僅要具備良好的導電性能，還必須適應複雜結構中的沉積要求。
過去，鎢是這類結構中的重要材料。但隨著尺寸縮小，金屬薄膜的有效電阻會受到尺寸效應影響，電子散射帶來的影響也越來越明顯。對於高層數NAND而言，字線電阻上升會影響信號傳輸，因此，如何在更小的結構中維持較低電阻，成為材料選擇需要解決的問題。
鉬的優勢在於，在某些微細結構中，它有望實現比鎢更低的有效電阻。與此同時，鉬在特定工藝中還具有減少阻擋層需求的潛力。傳統鎢互連通常需要額外的襯層或阻擋層，而這些材料會佔據有限的結構空間。如果能夠減少這部分佔用，就有機會為導電金屬留出更多空間。
這也是鉬受到關注的原因之一。不過，材料的塊體電阻率並不能直接決定其在奈米尺度下的表現，最終效果仍取決於薄膜厚度、沉積方式、結構尺寸以及具體工藝條件。
目前，這一變化已經在3D NAND中有所體現。報導顯示，三星電子已於2024年在200層級NAND中開始採用鉬，SK海力士也在300層級NAND中將部分字線材料替換為鉬。鉬由此不再只是材料研發中的一個選項，而是開始進入實際製造流程。
難點不止是導電性能
默克此次建設的生產設施，生產的並不是直接加工成晶片字線的金屬鉬，而是用於薄膜沉積的前驅體。
在化學氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）工藝中，前驅體提供形成目標薄膜所需的材料。經過相應的化學反應，金屬薄膜才能沉積到晶圓表面。對於高深寬比結構，如何讓薄膜在狹窄、深邃的空間中形成連續且均勻的覆蓋，是製造過程中的重要挑戰。
ALD通過交替進行表面反應來控制薄膜生長，適用於對厚度和覆蓋能力要求較高的結構。但採用ALD並不意味著所有材料都能輕易實現量產，前驅體的化學性質、反應條件和薄膜質量仍然需要經過優化。
鉬前驅體還有一個特殊之處：默克此次生產的MoO₂Cl₂在室溫下為固態，必須通過加熱使其昇華，再以氣態形式輸送至沉積設備。這使得材料輸送系統成為工藝鏈條中不可忽視的一環。
如果輸送過程中溫度或壓力控制不穩定，材料供應就可能受到影響，進而影響沉積過程的穩定性。因此，鉬的產業化不只是找到合適的化學材料，還需要配套的容器、加熱、輸送和工藝控制系統。
默克將鉬前驅體與其安山工廠生產的CHEMKEEPER Vapor 200供應系統結合，正是圍繞這一問題展開。公司表示，該方案的材料利用率可超過99%。這類系統的價值，在於讓材料能夠更穩定地進入製造流程，並儘可能減少材料浪費。
從這個角度看，先進半導體材料的競爭，早已不只是比較材料本身的電學性能。前驅體能否穩定供應、薄膜能否滿足結構要求，以及工藝能否在量產中保持一致，都會影響新材料最終能否被採用。
仍要跨過工藝門檻
鉬的應用前景並不侷限於NAND。默克方面表示，隨著器件結構進一步縮小，其應用有望擴展至DRAM和邏輯晶片。
但這並不意味著鉬可以直接替代所有晶片中的鎢或銅。不同器件的結構、材料組合和製造流程存在差異，一種材料在NAND字線中表現出優勢，並不能證明它在DRAM或邏輯晶片的所有互連結構中都同樣適用。
尤其是在先進邏輯晶片中，金屬互連尺寸不斷縮小，材料的有效電阻、薄膜連續性以及與周圍材料的相容性都需要綜合考慮。鉬能否在特定結構中帶來實際收益，還需要通過工藝開發和客戶驗證來判斷。
DRAM同樣如此。其製造結構與3D NAND並不相同，鉬若要進入相關工藝，需要找到明確的應用位置，並證明相較現有方案具有足夠的技術價值。應用擴展的速度，也會受到前驅體開發和沉積工藝成熟度的影響。
因此，默克在韓國佈局鉬前驅體，值得關注的並非單純增加了多少產能，而是產業鏈正在為這種新材料建立從化學品生產、材料輸送到晶圓沉積的完整條件。對於一種仍在拓展應用範圍的材料而言，這些基礎能力將影響它能否從部分NAND工藝進一步走向更多晶片類型。
隨著先進記憶體器持續增加堆疊層數、邏輯晶片繼續推進微縮，半導體製造對材料的要求還會發生變化。鉬能否成為更廣泛使用的互連材料，最終仍要由具體工藝中的性能、可靠性和量產結果決定。但從默克此次佈局可以看到，圍繞下一代金屬材料展開的競爭，已經不再停留在實驗室層面，而是開始深入前驅體供應和製造工藝的每一個環節。(半導體行業觀察)