半导体材料的更替，往往不是因为旧材料突然失去价值，而是器件结构变了，原本成熟的工艺开始遇到新的限制。钼（Mo）进入先进芯片制造，就是一个典型例子。
10月22日，德国默克在韩国忠清北道阴城启用了新的钼前驱体生产设施，生产二氯二氧化钼（MoO₂Cl₂）。这项布局的意义，不仅在于增加一种半导体材料的供应能力，更在于钼正在从候选材料走向实际应用。随着3D NAND堆叠层数不断增加，传统字线材料钨面临的电阻问题日益突出，钼开始进入存储芯片制造商的视野。默克也将其潜在应用指向DRAM和逻辑芯片。
钼为何在这个时候受到关注？
在3D NAND中，存储单元通过垂直堆叠来提高存储密度。层数增加之后，字线等结构需要在更狭窄的空间内完成制造，金属材料不仅要具备良好的导电性能，还必须适应复杂结构中的沉积要求。
过去，钨是这类结构中的重要材料。但随着尺寸缩小，金属薄膜的有效电阻会受到尺寸效应影响，电子散射带来的影响也越来越明显。对于高层数NAND而言，字线电阻上升会影响信号传输，因此，如何在更小的结构中维持较低电阻，成为材料选择需要解决的问题。
钼的优势在于，在某些微细结构中，它有望实现比钨更低的有效电阻。与此同时，钼在特定工艺中还具有减少阻挡层需求的潜力。传统钨互连通常需要额外的衬层或阻挡层，而这些材料会占据有限的结构空间。如果能够减少这部分占用，就有机会为导电金属留出更多空间。
这也是钼受到关注的原因之一。不过，材料的块体电阻率并不能直接决定其在纳米尺度下的表现，最终效果仍取决于薄膜厚度、沉积方式、结构尺寸以及具体工艺条件。
目前，这一变化已经在3D NAND中有所体现。报道显示，三星电子已于2024年在200层级NAND中开始采用钼，SK海力士也在300层级NAND中将部分字线材料替换为钼。钼由此不再只是材料研发中的一个选项，而是开始进入实际制造流程。
难点不止是导电性能
默克此次建设的生产设施，生产的并不是直接加工成芯片字线的金属钼，而是用于薄膜沉积的前驱体。
在化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）工艺中，前驱体提供形成目标薄膜所需的材料。经过相应的化学反应，金属薄膜才能沉积到晶圆表面。对于高深宽比结构，如何让薄膜在狭窄、深邃的空间中形成连续且均匀的覆盖，是制造过程中的重要挑战。
ALD通过交替进行表面反应来控制薄膜生长，适用于对厚度和覆盖能力要求较高的结构。但采用ALD并不意味着所有材料都能轻易实现量产，前驱体的化学性质、反应条件和薄膜质量仍然需要经过优化。
钼前驱体还有一个特殊之处：默克此次生产的MoO₂Cl₂在室温下为固态，必须通过加热使其升华，再以气态形式输送至沉积设备。这使得材料输送系统成为工艺链条中不可忽视的一环。
如果输送过程中温度或压力控制不稳定，材料供应就可能受到影响，进而影响沉积过程的稳定性。因此，钼的产业化不只是找到合适的化学材料，还需要配套的容器、加热、输送和工艺控制系统。
默克将钼前驱体与其安山工厂生产的CHEMKEEPER Vapor 200供应系统结合，正是围绕这一问题展开。公司表示，该方案的材料利用率可超过99%。这类系统的价值，在于让材料能够更稳定地进入制造流程，并尽可能减少材料浪费。
从这个角度看，先进半导体材料的竞争，早已不只是比较材料本身的电学性能。前驱体能否稳定供应、薄膜能否满足结构要求，以及工艺能否在量产中保持一致，都会影响新材料最终能否被采用。
仍要跨过工艺门槛
钼的应用前景并不局限于NAND。默克方面表示，随着器件结构进一步缩小，其应用有望扩展至DRAM和逻辑芯片。
但这并不意味着钼可以直接替代所有芯片中的钨或铜。不同器件的结构、材料组合和制造流程存在差异，一种材料在NAND字线中表现出优势，并不能证明它在DRAM或逻辑芯片的所有互连结构中都同样适用。
尤其是在先进逻辑芯片中，金属互连尺寸不断缩小，材料的有效电阻、薄膜连续性以及与周围材料的兼容性都需要综合考虑。钼能否在特定结构中带来实际收益，还需要通过工艺开发和客户验证来判断。
DRAM同样如此。其制造结构与3D NAND并不相同，钼若要进入相关工艺，需要找到明确的应用位置，并证明相较现有方案具有足够的技术价值。应用扩展的速度，也会受到前驱体开发和沉积工艺成熟度的影响。
因此，默克在韩国布局钼前驱体，值得关注的并非单纯增加了多少产能，而是产业链正在为这种新材料建立从化学品生产、材料输送到晶圆沉积的完整条件。对于一种仍在拓展应用范围的材料而言，这些基础能力将影响它能否从部分NAND工艺进一步走向更多芯片类型。
随着先进存储器持续增加堆叠层数、逻辑芯片继续推进微缩，半导体制造对材料的要求还会发生变化。钼能否成为更广泛使用的互连材料，最终仍要由具体工艺中的性能、可靠性和量产结果决定。但从默克此次布局可以看到，围绕下一代金属材料展开的竞争，已经不再停留在实验室层面，而是开始深入前驱体供应和制造工艺的每一个环节。
（来源：综合自theelec）
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