一场静悄悄的材料革命正在半导体行业上演，钼金属凭借其独特的性能优势，正在成为突破芯片极限的关键材料。
在半导体行业持续追求微型化的道路上，传统材料正面临物理极限的挑战。当钨和铜在纳米级制程中逐渐显露疲态时，一种曾经被忽视的金属——钼——正悄然走向舞台中央。
随着3纳米以下先进制程的加速推进，钼金属以其低电阻、无需阻挡层和更优的导热性能，成为半导体金属化工艺的理想选择，有望重塑芯片制造的未来图景。
01 行业变革：传统金属遇瓶颈，钼金属崭露头角
半导体行业近年面临严峻挑战。随着人工智能、云计算和智能设备对算力需求的爆发式增长，芯片制造商不得不持续推动制程工艺向3纳米以下节点迈进。
在这一背景下，传统金属材料已难以满足先进制程的需求。
铜互连系统随着尺寸缩小面临电阻率上升23%的问题，导致芯片性能下降。钨沉积工艺中的氟残留物会侵蚀周围的介电材料，影响芯片可靠性。
钌虽然一度被视为潜在的替代品，但其高昂的成本和制造过程中的浪费问题制约了大规模应用。
钼金属正是在这一背景下崭露头角。2025年初，泛林集团推出全球首台钼原子层沉积设备ALTUS Halo，标志着钼金属正式进入半导体制造的大规模生产阶段。
这一技术突破为钼在半导体行业的应用打开了新局面。
02 性能优势：钼金属的三大利器
钼能够在众多候选材料中脱颖而出，源于其独特的性能优势，这些优势直接针对传统金属的痛点。
低电阻特性是钼的首要优势。在纳米级线中，钼的电阻率比钨低40%以上，比传统钨金属化工艺的电阻提高50%以上。
随着芯片特征尺寸的不断缩小，这一优势变得越发明显。当晶粒直径超过20纳米时，钼的电阻率厚度依赖性降低65%，在7纳米以下膜层表现优于铜。
无需阻挡层是钼的另一关键优势。传统钨集成需要添加额外的阻挡层以防止不必要的电气相互作用，这不仅增加了工艺复杂度，还占据了宝贵的空间。
钼与电介质结合度高达98.5%，无需阻挡层即可实现无空隙集成，使芯片制造工序减少15%。
热管理优势也不容忽视。钼的导热系数达钨的1.8倍，在背面供电网络中能有效抑制热点产生。
这一特性对3D集成芯片尤为重要，因为这类芯片的背面电源网络增加了电流密度，从而增加了电迁移和过热风险。
03 应用突破：从存储器到逻辑芯片的全面进展
钼金属的应用正在半导体多个领域取得快速进展，特别是在存储器和逻辑芯片方面。
在存储器领域，钼基技术带来了显著性能提升。在3D NAND芯片中，钼材料使字线间距从65纳米缩至60纳米以下，存储单元面积缩减18%。
铠侠的数据表明，采用钼字线后，芯片比特密度提升16.3%，同时介质侵蚀率下降92%。
美光NAND开发副总裁Mark Kiehlbauch证实：“钼金属化的集成使美光能够在最新一代NAND产品中率先推出行业领先的I/O带宽和存储容量。”
在逻辑芯片领域，钼同样展现出巨大潜力。采用混合金属化方案，通过预填充钼通孔后接铜镶嵌线，可使整体电阻降低56%。
这一技术已验证于7纳米以下芯片设计，将晶圆良率提升至92%以上。
台积电已在2nm制程中导入钼合金基板，支撑半导体制造向更高端化发展。
截至2025年第三季度，采用钼基工艺的逻辑芯片良率达89.7%，存储器产品能效提升31%。
04 产业链动态：设备与材料共促产业发展
钼在半导体领域的应用拓展，离不开产业链各环节的协同推进。从设备、材料到制造工艺，一场由钼金属引领的变革正在全产业链上演。
设备领域的突破最为引人注目。泛林集团的ALTUS Halo设备实现了精确的晶粒尺寸控制，根据需要混合基于热和等离子体的工艺以达到预期结果。
该设备采用四站模块架构和ALD技术的新进展，为大批量制造提供工程化的低电阻率钼沉积。
材料工艺的优化同步推进。研究表明，通过等离子辅助沉积可使钼薄膜致密度提高至99.2%，晶界缺陷减少43%。
掺杂钴元素的钼合金在载流子迁移率方面提升19%，但杂质浓度需精确控制在0.8%以内以避免电阻反弹。
应用落地方面，领先的3D NAND制造商以及先进的逻辑晶圆厂已开始采用钼金属化技术。
随着晶圆厂设备升级完成度达64%，预计到2026年将有超过半数前沿制程芯片导入钼金属方案。
05 前沿探索：钼基新材料与未来应用
在现有应用之外，钼基新材料的探索正在为半导体行业带来更多可能性。
二硫化钼（MoS₂） 作为二维半导体材料展现出独特价值。2025年7月，南京大学王欣然教授课题组联合苏州实验室、东南大学等单位，报道了晶圆级菱方相二硫化钼的同质外延生长，并展示了铁电器件及存储应用。
该研究构建了基于双层3R-MoS₂沟道的超薄铁电晶体管阵列。器件在转移特性曲线中呈现明显的逆时针回滞行为，展现出非易失铁电调控能力。
尽管沟道材料厚度仅为1.3 nm，其仍表现出超过十年的数据保持能力、优异的电导特性以及16位多态写入能力。
钼铌靶材和钼蒸发材料也在半导体制造中扮演重要角色。QYResearch调研显示，钼铌靶材市场正稳步增长，主要应用于平板显示、集成电路和薄膜晶体管等领域。
钼蒸发材料则广泛应用于半导体沉积、化学气相沉积和物理气相沉积等工艺。
06 挑战与展望：钼金属的发展前路
尽管钼金属在半导体应用中展现出巨大潜力，但其发展道路仍面临诸多挑战。
工艺成熟度是首要问题。钼比钌更容易氧化，因此更容易被CMP（化学机械抛光）去除，这虽然简化了部分工艺，但也带来了新的集成挑战。
金属的体积特性在评估其在实际设备中的性能价值有限。对于钼——与其他纳米线一样——电、热和电迁移特性都取决于沉积薄膜的晶粒尺寸和晶界结构。
成本考量也是大规模应用的重要因素。虽然钼的材料成本仅为钌的60%，但固体前体在半导体制造中变得越来越普遍，除了钼之外，还有铪、铝和钨的氯基前体。
然而，相对于气体甚至液体前体，固体的热稳定性往往较差，并且材料通量也不太均匀。
尽管面临挑战，钼在半导体行业的前景依然广阔。从短期来看，钼将在接触和字线应用中逐步取代钨；从长期看，随着沉积技术的进一步成熟，钼有望在更多半导体工艺中发挥重要作用。
业界巨头已经行动起来。泛林集团高级副总裁Sesha Varadarajan直言：“ALTUS Halo是20多年来原子层沉积领域最重大的突破。”
在韩国和新加坡，领先的3D NAND制造商已在最新生产线中采用钼金属化工艺。
放眼未来，随着芯片制程进一步向1纳米以下节点迈进，钼金属及其化合物有望在二维半导体、铁电器件和三维集成等新兴领域发挥更重要作用。
下一个芯片时代，或许将因钼赋能而推进，从而更强更快的时代。
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