211service.com
De transistor van morgen, gebouwd atoom door Atom
Toegepaste materialen , 's werelds toonaangevende leverancier van productieapparatuur aan chipmakers, heeft een nieuw systeem aangekondigd voor het maken van een van de meest kritieke lagen van de transistors in logische circuits.
Chipstapel: Deze afbeelding toont de lagen waaruit een poort in een transistor van 22 nanometer bestaat. De witte bolletjes aan de onderkant zijn van siliconen. De lichtblauwe bolletjes in het midden zijn siliciumdioxidemoleculen; de grotere turquoise ballen hogerop zijn hafniumoxide; en de gele ballen zijn stikstofatomen.
De nieuwe tool van Applied Materials, aangekondigd op de Semicon West-conferentie in San Francisco op dinsdag, deponeert een kritieke laag in transistors één atoom tegelijk, wat een ongekende precisie oplevert.
Nu chipmakers transistors opschalen naar steeds kleinere afmetingen, waardoor snellere en energiezuinigere elektronica mogelijk wordt, is productieprecisie op atomaire schaal een groeiend probleem. De eerste chips met transistors van slechts 22 nanometer groot gaan dit jaar in productie, en bij die grootte kunnen zelfs de kleinste inconsistenties betekenen dat een chip die bedoeld is om tegen een meerprijs te verkopen, in plaats daarvan moet worden gebruikt voor low-end gadgets.
Transistors zijn opgebouwd uit meerdere lagen: een actief siliciummateriaal met daarop een tussenlaag en vervolgens een laag van een materiaal dat een diëlektricum wordt genoemd, dat de poort vormt die de transistor in- en uitschakelt.
Applied Materials verkoopt apparatuur om deze lagen, de zogenaamde gate-stack, op siliciumwafels te deponeren. Bij de overgang van de huidige 32-nanometer naar de volgende generatie 22-nanometer-transistors, is het lastiger geworden om de poort te maken. De interface en diëlektrische lagen moeten beide dunner worden en het gedrag van de lagen kan worden beïnvloed door kleine gebreken waar de materialen elkaar raken. En naarmate de lagen dunner worden, kunnen kleine foutjes zelfs nog meer worden vergroot dan in grotere transistors gemaakt van dikkere lagen.
De nauwkeurigheid van de fabricage zal nog belangrijker zijn in de volgende generatie driedimensionale transistors die chipmaker Intel later dit jaar zal gaan produceren. In deze apparaten is het actieve gebied een verhoogde strook die de interface- en poortlagen aan drie zijden aanraken. Dit grotere contactgebied helpt deze apparaten beter te presteren, maar het betekent ook een grotere kwetsbaarheid voor fouten.
Het proces maakt gebruik van atomaire laagafzetting, of ALD, dat een enkele atomaire laag van het diëlektricum tegelijk neerlegt. Deze methode is duurder, maar het is noodzakelijk geworden, zegt Atif Noori, global productmanager van de ALD-divisie van Applied Materials. Om het hart van de transistor - de poort - te laten werken, moet je ervoor zorgen dat je alle atomen precies plaatst waar je ze wilt hebben.
Een bron van inconsistenties in microchips is blootstelling aan lucht. In de nieuwe tool van Applied Materials wordt het hele proces van het deponeren van de gate-stack in een vacuüm gedaan, één wafel per keer. Het volledig onder vacuüm maken van de gate-stack leidt ook tot een toename van 5 tot 10 procent in de snelheid waarmee elektronen door de transistor reizen; dit kan zich vertalen in energiebesparing of snellere verwerking. Gewoonlijk is er een aanzienlijke variatie in de hoeveelheid stroom die nodig is om een bepaalde transistor op een chip in te schakelen; fabricage onder vacuüm verscherpt die distributie met 20 tot 40 procent.