金属薄膜的沉积精度直接决定了器件性能的天花板。而金属钼（Mo）薄膜的低电阻、高均匀、易量产工艺一直是行业难题。

近日，九峰山实验室化合物半导体中试平台-工艺平台深度联动原子层沉积（ALD）设备厂商，实现了ALD Mo工艺新突破——以稳定、高效的MoCl₂O₂原料为前驱体，在400℃下制备出高性能金属钼薄膜，这是国内首次基于8英寸平台实现该工艺的开发。

作为实验室在化合物半导体根技术领域的重要突破，该工艺在电阻率、均匀性、台阶覆盖率等关键指标上达到量产要求，对化合物半导体器件性能提升具有底层支撑作用，为中国设备与自主工艺的协同创新提供了可行样本。

工艺平台薄膜团队工程师操作ALD机台进行工艺调试与优化

#1

金属Mo：小尺寸芯片的理想选择

随着半导体器件尺寸的不断缩小，传统互连材料如钨（W）、铜（Cu）在纳米尺度下面临电阻率急剧上升、电迁移失效等难题。金属钼（Mo）因优异的电学性能和高温稳定性，成为理想的替代方案。纳米尺度下，Mo的电阻率增长幅度远低于钨（W）和铜（Cu），且可同时应用于互连层与栅极，适配先进制程。

但高性能ALD Mo薄膜的工艺窗口窄、控制难度高，如何在大规模量产中兼顾电阻率、均匀性和台阶覆盖率，一直是半导体行业攻关的重点。

(a)ALD工作原理示意图：以三甲基铝和水制备Al2O3薄膜为例；(b)ALD系统简化示意图

#2

无氟前驱体从源头消除可靠性隐患

九峰山实验室化合物半导体中试平台采取的工艺路径突破的关键在于前驱体及反应物的选择。

传统方案多采用含氟前驱体，氟残留会带来器件可靠性隐患。本工艺方案选用MoCl₂O₂作为前驱体，完全不含氟，从源头避免了这一问题；同时其高蒸汽压特性可实现稳定高通量输送，满足量产需求。

在反应物方面，采用氢气（H₂）等离子体替代传统高温工艺，其高活性特性使之在400℃沉积温度下即可完成高效沉积，避免高温损伤衬底。既保证了薄膜质量，又兼顾了器件兼容性。

此外，本工艺省去了传统流程中制备氮化钼（MoN）种子层的步骤，可直接沉积金属Mo薄膜，减少工序、缩短周期、降低成本。

在工艺开发初期，团队面临前驱体传输不稳定、沉积速率偏低等难题。经过持续的技术攻关与设备-工艺联调，团队逐一克服了一系列技术挑战，最终成功实现了稳定可控的量产工艺。

#3

自研工艺协同中中国设备实现量产自主可控

除自研工艺开发所具备的优势以外，本套工艺的核心亮点在于基于中国设备的协同开发，针对中国ALD设备的反应腔结构、气体传输系统等核心特性，精准优化工艺参数。

这种双向适配带来两方面收益：一方面，发挥中国设备的精准控制优势，实现原子级均匀沉积；另一方面，通过工艺优化反哺设备，提升设备运行性能。该工艺稳定可控，可直接对接产业界量产需求，实现“中国设备赋能工艺、工艺反哺设备”的良性循环。

九峰山实验室ALD Mo中国设备

#4

五项核心指标直指产业要求

经系统测试，九峰山实验室化合物半导体中试平台所开发的ALD Mo薄膜在五个维度上表现突出。

• 电阻率低：控制在9 μΩ·cm以内，接近Mo体材料本征电阻率，远优于传统工艺（通常>15 μΩ·cm），可降低器件RC延迟（电阻电容延迟）、提升传输速度、减少功耗。

• 均匀性好：片内均匀性（1sigma）为2%，片间均匀性低至0.334%，确保大面积晶圆上薄膜性能一致，为量产良率提供保障。

• 台阶覆盖率优良：依托ALD保形性优势，可完美覆盖芯片复杂立体结构，适配3D NAND、高端逻辑芯片等制造场景。

• 薄膜结构致密、无明显缺陷：可阻挡杂质扩散、提升抗氧化抗腐蚀能力，减少漏电风险，延长器件寿命。

• 工艺简化：无需制备MoN种子层，直接沉积Mo薄膜，减少工序、缩短周期，降低材料与设备成本。

ALD Mo在高深宽比结构(AR＞12：1 )中台阶覆盖性良好

本次工艺的成功开发，标志着中国首次在8英寸平台实现ALD Mo工艺的开发，且在关键指标上达到量产要求。在3D NAND制造中，高台阶覆盖率可完美适配垂直沟道结构，助力提升存储容量与读写速度。在7纳米及以下逻辑芯片中，低电阻率直接带来更低的RC延迟，运算速度提升、功耗降低。在DRAM（动态随机存取存储器）制造中，高均匀性和致密结构有助于提升器件稳定性与寿命。

该工艺的成功突破也验证了一个判断：中国生产设备与自主工艺的深度协同，完全可以交出高水平的答卷。