211service.com
Tranzystor jutra, zbudowany Atom przez Atom
Zastosowane materiały , wiodący na świecie dostawca sprzętu produkcyjnego dla producentów chipów, ogłosił nowy system wytwarzania jednej z najbardziej krytycznych warstw tranzystorów występujących w obwodach logicznych.
Stos żetonów: Ta ilustracja przedstawia warstwy tworzące bramkę w 22-nanometrowym tranzystorze. Białe kulki na spodzie są silikonowe. Jasnoniebieskie kulki pośrodku to cząsteczki dwutlenku krzemu; większe turkusowe kulki wyżej to tlenek hafnu; a żółte kulki to atomy azotu.
Nowe narzędzie Applied Materials, ogłoszone we wtorek na konferencji Semicon West w San Francisco, osadza krytyczną warstwę w tranzystorach jeden atom po atomie, zapewniając niespotykaną dotąd precyzję.
Ponieważ producenci mikroukładów zmniejszają tranzystory do coraz mniejszych rozmiarów, umożliwiając szybsze i bardziej energooszczędne układy elektroniczne, precyzja produkcji na skalę atomową staje się coraz większym problemem. Pierwsze chipy z tranzystorami o wielkości zaledwie 22 nanometrów wejdą do produkcji w tym roku, a przy tym rozmiarze nawet najmniejsze niespójności mogą oznaczać, że chip przeznaczony do sprzedaży po wyższej cenie musi być zamiast tego używany w tanich gadżetach.
Tranzystory składają się z wielu warstw: aktywnego materiału krzemowego pokrytego warstwą interfejsu, a następnie warstwy materiału zwanego dielektrykiem, który tworzy bramkę, która włącza i wyłącza tranzystor.
Firma Applied Materials sprzedaje sprzęt do osadzania tych warstw, zwany stosem bramek, na wierzchu płytek krzemowych. Przy przejściu z dzisiejszych 32-nanometrowych na następną generację 22-nanometrowych tranzystorów trudniej jest stworzyć bramkę. Warstwy międzyfazowe i dielektryczne muszą stać się cieńsze, a na zachowanie warstw mogą mieć wpływ drobne skazy w miejscu styku materiałów. A gdy warstwy stają się cieńsze, drobne skazy można powiększyć nawet bardziej niż w przypadku większych tranzystorów wykonanych z grubszych warstw.
Dokładność produkcji będzie jeszcze ważniejsza w przypadku trójwymiarowych tranzystorów nowej generacji, które producent mikroukładów Intel rozpocznie produkcję jeszcze w tym roku. W tych urządzeniach aktywnym obszarem jest wypukły pasek, z którym stykają się warstwy interfejsu i bramki z trzech stron. Ten zwiększony obszar kontaktu pomaga tym urządzeniom działać lepiej, ale oznacza również zwiększoną podatność na wady.
Proces wykorzystuje osadzanie warstwy atomowej lub ALD, która nakłada pojedynczą warstwę atomową dielektryka na raz. Ta metoda jest droższa, ale stała się konieczna, mówi Atif Noori, globalny menedżer produktu w dziale ALD Applied Materials. Aby serce tranzystora — bramka — działało, musisz upewnić się, że umieszczasz wszystkie atomy dokładnie tam, gdzie chcesz.
Jednym ze źródeł niespójności w mikrochipach jest kontakt z powietrzem. W nowym narzędziu Applied Materials cały proces osadzania stosu bramek odbywa się w próżni, jeden wafel na raz. Całkowite wykonanie stosu bramek pod próżnią prowadzi również do 5 do 10 procentowego wzrostu prędkości, z jaką elektrony przemieszczają się przez tranzystor; może to przełożyć się na oszczędność energii lub szybsze przetwarzanie. Zwykle istnieje znaczna różnica w ilości energii potrzebnej do włączenia danego tranzystora na chipie; produkcja pod próżnią zacieśnia tę dystrybucję o 20 do 40 procent.