在人工智能、边缘计算与智能设备性能升级的驱动下，2024年全球半导体芯片产量突破惊人的1万亿颗，但在这一数字背后，行业正迫切突破物理极限，以满足高性能计算需求。其中，芯片制造中的金属化工艺革新成为关键突破口，而钼作为新一代金属材料，正引领这场制造革命。
一、芯片金属化工艺的瓶颈与钼的突破
芯片制造的七大核心环节中，金属化负责在芯片上沉积金属层以形成电信号通路，其重要性随3D NAND堆叠层数增加和逻辑芯片线宽缩小而显著提升。过去25年，钨一直是互连工艺的主力材料，但在AI时代的先进制程中，其局限性日益凸显：
电阻瓶颈：纳米尺度下，钨的高电阻率导致信号延迟增加，尤其在3D NAND的字线（Wordline）连接中，电阻问题成为性能提升的主要障碍。
工艺复杂：钨互连需额外的阻挡层（Barrier Layer）防止金属扩散，增加了制造步骤和成本。
可扩展性受限：随着器件尺寸缩小和堆叠层数增加，钨的沉积均匀性和可靠性难以满足下一代芯片需求。
钼的三大核心优势使其成为理想替代材料：
1.更低的纳米级电阻率：在先进制程节点下，钼的电阻率比钨低30%以上，可显著提升信号传输速度。
2.无阻挡层工艺：钼与半导体材料的兼容性无需额外阻挡层，简化工艺流程并降低缺陷率。
3.卓越的可扩展性：适用于3D NAND、DRAM和逻辑芯片的多层堆叠与精细互连，应对未来更复杂的器件结构。
图：钼：AI时代芯片制造跃迁的关键金属
二、钼工艺的产业化突破：从技术到量产
长期以来，钼未能应用于金属化工艺的核心挑战在于原子层沉积（ALD）技术瓶颈。传统ALD难以处理钼的固态前驱体（Solid Precursor），且需满足不同芯片类型（如NAND的垂直/水平字线、逻辑芯片的低温沉积）的差异化需求。
泛林集团（Lam Research）的ALTUS® Halo设备打破了这一僵局：
全球首款钼ALD工具：通过固态前驱体输送系统与先进硬件设计，实现原子级精确沉积。
性能跃升：相比钨工艺，钼互连的字线电阻降低50%以上，同时提升沉积均匀性和产率。
量产落地：ALTUS® Halo已应用于高容量3D NAND和先进逻辑芯片工厂，美光（Micron）等行业巨头率先采用其生产下一代NAND产品，DRAM领域的应用研发也在推进中。
三、钼对半导体产业的战略意义
1.性能与经济的双重突破
对终端产品而言，钼互连芯片可提升AI推理速度、降低边缘设备功耗，直接赋能自动驾驶、智能终端等场景。
对制造端而言，简化的工艺流程和更高的良率可降低单位芯片成本，据行业预测，钼工艺在3D NAND中的普及有望使每Gb存储成本降低10-15%。
2.材料创新驱动产业变革
随着摩尔定律放缓， “材料替代”成为延续芯片性能提升的核心路径。正如研究机构Counterpoint指出：“钼的应用不仅是材料的升级，更是先进芯片制造在性能与经济性上的转折点。” 泛林集团等企业通过技术突破，正将这一转折点转化为实际生产力，推动半导体行业向“后摩尔时代”迈进。
四、未来展望：钼与AI芯片的共生演进
AI算力需求的爆发式增长，正倒逼芯片制造从“缩小线宽”转向“架构与材料创新”。钼作为兼具高性能与可扩展性的金属材料，其产业化进程将加速以下趋势：
3D芯片堆叠普及：在100层以上的3D NAND和存算一体架构中，钼互连将成为标准配置。
先进封装技术融合：与扇出型封装（Fan-Out）、系统级封装（SiP）结合，进一步提升芯片集成度。
新兴应用拓展：在量子计算、光子芯片等前沿领域，钼的低电阻和高热稳定性可能开辟全新应用场景。
结语
从硅基半导体到第三代半导体，材料创新始终是行业进步的底层驱动力。钼的崛起，标志着半导体制造从“尺寸微缩”向“材料革新”的战略转向。
