211service.com
At lave ledninger, der ikke slår computerchips op
Da chipproducenter aggressivt nedskalerer integrerede kredsløb for at give stadig mere computerkraft, har meget af fokus været på at forbedre transistorer. Men ydeevnen er også blevet begrænset af kobberledningerne, der transporterer information rundt om chipsene.
I dag kl Semicon West konference i San Francisco, producent af halvlederudstyr Anvendte materialer annonceret et værktøj, som den siger løser en del af dette problem ved at lave chiptråde, der har færre fejl. Iagttagere fra industrien siger, at den nye teknologi kan afværge dyre produktionsproblemer på kort sigt.
Transistorer er blevet bedre, efterhånden som de er blevet mindre, og kobbertråde er blevet værre, siger Robert Geer , professor i nanoskalavidenskab ved State University of New York i Albany. Da disse ledninger, også kaldet sammenkoblinger, bliver tyndere, øges deres elektriske modstand. De ledninger, der bærer signaler rundt om avancerede integrerede kredsløb, er nu de førende kilder til strømudtag, varmeopbygning og signalforsinkelser.
Efterhånden som sammenkoblinger er skrumpet, er de også blevet sværere at bygge. Det er dette produktionsproblem, som Applied Materials nye maskiner lover at løse. Nutidens mest kraftfulde computerchips er pakket med milliarder af 20-nanometer transistorer. Stablet oven på transistorerne er snesevis af isolerende lag, der er gevind med kobberledninger. På deres mindste punkt, hvor ledningerne forbindes til transistorerne, er disse ledninger også omkring 20 nanometer.
Disse ledninger bygges et lag ad gangen ved at afsætte kobber i cylindriske huller i det isolerende lag. Efterhånden som kobberet bevæger sig ind i de små, men dybe huller, der er nødvendige for den næste generation af chips, har der en tendens til at danne små bobler, en katastrofal defekt.
Nutidens chips indeholder omkring 100 kilometer kobberledninger, så potentialet for fejl er enormt. Og hvis en af disse ledninger ikke virker på grund af en fejl i det ene lag - noget, der er umuligt at opdage, før chippen er færdig og testet - skal chippen smides ud. Små fejl har en stor pris: defekter med en hastighed på én pr. milliard fører til et fald på 25 procent i udbyttet, siger Sree Kesapragada, global produktchef for Applied Materials' metalaflejringsprodukter.
Virksomheden siger, at dens nye kobberaflejringsmaskine, kaldet Endura Amber, kan lave kobberforbindelser mindre end 10 nanometer uden at påvirke udbyttet. Ligesom tidligere maskiner bruger den en proces kaldet ioniseret fysisk dampaflejring til at belægge chippen med et lag kobber. Det nye er, at maskinen derefter opvarmer chippen, så kobberet flyder ind i hullet, hvilket reducerer sandsynligheden for defekter. At udføre deponerings- og opvarmningstrinene i samme kammer er ikke trivielt og var noget, som ingeniører hos virksomheden oprindeligt betragtede som en cockamamie-idé, siger Kevin Moraes, der administrerer Applied Materials' metalaflejringsprodukter.
Denne cockamamie-idé kunne hjælpe producenter med at bruge eksisterende chipfremstillingsinfrastruktur til den næste generation af chips. Men det løser ikke det større problem: det faktum, at mindre kobbertråde forårsager store ydeevneproblemer. Hver trinvis fremgang fremhæver det faktum, at du er nødt til at arbejde på disse store løsninger, så du kan følge med de enorme forbedringer i computerydelsen, vi er vant til, siger Geer.
Den løsning, der ville forårsage mindst forstyrrelse af chip-fremstillingsinfrastrukturen, ville være at finde et andet metal, der forbliver ledende, selv når det laves om til meget tynde ledninger, og som ikke opvarmes så meget som kobber, siger Jonathan Candelaria, direktør for interconnect sciences ved Semiconductor Research Corporation . Forskere ser på forskellige legeringer, wolfram eller muligheden for at vende tilbage til aluminium, det valgte sammenkoblingsmateriale indtil for omkring 20 år siden.
For et stykke tid satte forskere stort håb i nye kulstof-nanomaterialer, herunder grafen. En del af problemet med kobber er, at elektroner spreder ufuldkommenheder i materialet. Nanorør og grafen sørger derimod for jævn sejlads for elektroner. Men forskere lærer stadig, hvordan man arbejder med disse materialer. Så Geer forsøger at udvikle nye måder at strukturere konventionelle metaller på, så de ligesom nanorør og grafen leder uden at sprede sig. Saroj Nayak , professor i fysik ved Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, New York, arbejder også på tricks til at gøre metalledere bedre. Han er ved at udvikle nye isoleringsmaterialer, der belaster metalledningerne for at forbedre ledningsevnen.
Men det er ikke klart, hvilken af disse løsninger, hvis nogen, der vil fungere. Applied Materials ville ikke kommentere på, hvad det er forberedt til ud over kobber. Denne usikkerhed er et stort problem, siger Candelaria, fordi det typisk tager syv til 10 år at inkorporere et nyt materiale i halvlederfremstillingen. I mellemtiden vil kobbers ydeevneproblemer blive uoverstigelige om fem til 10 år. Vi kan se denne røde murstensvæg af forestående undergang forude, siger Candelaria.