211service.com
Tworzenie okablowania, które nie powoduje potknięcia się chipów komputerowych
Ponieważ producenci chipów agresywnie zmniejszają liczbę układów scalonych, aby zapewnić coraz większą moc obliczeniową, wiele uwagi poświęcono ulepszaniu tranzystorów. Ale wydajność była również ograniczona przez miedziane okablowanie, które przesyła informacje wokół chipów.
Dziś w Semicon Zachód konferencja w San Francisco, producent sprzętu półprzewodnikowego Zastosowane materiały ogłosił narzędzie, które według niego rozwiązuje część tego problemu, tworząc przewody chipowe, które mają mniej błędów. Obserwatorzy branży twierdzą, że nowa technologia może w krótkim okresie zapobiec kosztownym problemom produkcyjnym.
Tranzystory stały się lepsze, ponieważ stały się mniejsze, a przewody miedziane pogorszyły się, mówi Robert Geer , profesor nauk w nanoskali na Uniwersytecie Stanowym Nowego Jorku w Albany. Ponieważ przewody te, zwane również interkonektami, stają się cieńsze, wzrasta ich opór elektryczny. Przewody, które przenoszą sygnały wokół najnowocześniejszych układów scalonych, są obecnie wiodącymi źródłami poboru mocy, gromadzenia się ciepła i opóźnień sygnału.
Ponieważ interkonekty się skurczyły, ich budowa stała się również trudniejsza. To właśnie ten problem produkcyjny obiecują rozwiązać nowe maszyny Applied Materials. Dzisiejsze najpotężniejsze chipy komputerowe są wypełnione miliardami 20-nanometrowych tranzystorów. Na tranzystorach ułożone są dziesiątki warstw izolacyjnych, nawleczonych miedzianym okablowaniem. W swoim najmniejszym punkcie, gdzie przewody łączą się z tranzystorami, przewody te również mają około 20 nanometrów.
Druty te są budowane jedna warstwa na raz poprzez osadzanie miedzi w cylindrycznych otworach w warstwie izolacyjnej. Gdy miedź przesuwa się do maleńkich, ale głębokich otworów potrzebnych do następnej generacji chipów, zwykle tworzą się małe pęcherzyki, co jest katastrofalną wadą.
Dzisiejsze chipy zawierają około 100 kilometrów przewodów miedzianych, więc potencjał błędów jest ogromny. A jeśli jeden z tych przewodów nie działa z powodu błędu w jednej warstwie — coś, czego nie można wykryć, dopóki chip nie zostanie ukończony i przetestowany — należy go wyrzucić. Drobne błędy niosą ze sobą dużą cenę: defekty w tempie jeden na miliard prowadzą do 25-procentowego spadku wydajności, mówi Sree Kesapragada, globalny menedżer produktu ds. produktów do osadzania metali firmy Applied Materials.
Firma twierdzi, że jej nowa maszyna do osadzania miedzi, o nazwie Endura Amber, może wytwarzać miedziane interkonekty mniejsze niż 10 nanometrów bez wpływu na wydajność. Podobnie jak poprzednie maszyny, wykorzystuje proces zwany fizycznym osadzaniem jonów z fazy gazowej, aby pokryć chip warstwą miedzi. Nowością jest to, że maszyna podgrzewa chip, aby miedź wpłynęła do otworu, zmniejszając prawdopodobieństwo defektów. Przeprowadzanie etapów osadzania i podgrzewania w tej samej komorze nie jest trywialne i było czymś, co inżynierowie w firmie początkowo uważali za pomysł na kokamami, mówi Kevin Moraes, który zarządza produktami do osadzania metali firmy Applied Materials.
Ten dziwaczny pomysł może pomóc producentom wykorzystać istniejącą infrastrukturę do produkcji chipów dla następnej generacji chipów. Ale to nie rozwiąże większego problemu: faktu, że mniejsze przewody miedziane powodują poważne problemy z wydajnością. Każdy przyrostowy postęp podkreśla fakt, że musisz popracować nad tymi dużymi rozwiązaniami, dzięki czemu możesz nadążyć za ogromną poprawą wydajności obliczeniowej, do której jesteśmy przyzwyczajeni, mówi Geer.
Rozwiązaniem, które spowodowałoby najmniejsze zakłócenia w infrastrukturze produkującej chipy, byłoby znalezienie innego metalu, który pozostanie przewodzący nawet po uformowaniu bardzo cienkich przewodów i który nie nagrzewa się tak bardzo jak miedź, mówi Jonathan Candelaria, dyrektor ds. interkonektów. na Korporacja badawcza półprzewodników . Naukowcy przyglądają się różnym stopom, wolframowi lub możliwości powrotu do aluminium, preferowanego materiału na interkonekty jeszcze około 20 lat temu.
Przez jakiś czas naukowcy pokładali wielką nadzieję w nowych nanomateriałach węglowych, w tym grafenu. Część problemu z miedzią polega na tym, że elektrony rozpraszają niedoskonałości materiału. Natomiast nanorurki i grafen zapewniają płynną żeglugę elektronom. Ale naukowcy wciąż uczą się, jak pracować z tymi materiałami. Geer próbuje więc opracować nowe sposoby strukturyzacji konwencjonalnych metali, tak aby, podobnie jak nanorurki i grafen, przewodziły bez rozpraszania. Saroj Nayak , profesor fizyki w Rensselaer Polytechnic Institute w Troy w stanie Nowy Jork, również pracuje nad sztuczkami, które mają ulepszyć metalowe przewodniki. Opracowuje nowe materiały izolacyjne, które obciążają metalowe okablowanie w celu poprawy przewodności.
Ale nie jest jasne, które z tych rozwiązań, jeśli w ogóle, zadziała. Applied Materials nie skomentowałby tego, na co jest przygotowany, poza miedzią. Ta niepewność jest dużym problemem, mówi Candelaria, ponieważ zazwyczaj wprowadzenie nowego materiału do produkcji półprzewodników zajmuje od siedmiu do dziesięciu lat. Tymczasem problemy z wydajnością miedzi staną się nie do pokonania za pięć do 10 lat. Widzimy przed sobą tę czerwoną ceglaną ścianę nadciągającej zagłady, mówi Candelaria.