211service.com
Morgendagens transistor, bygget atom for atom
Anvendte materialer , verdens førende leverandør af produktionsudstyr til chipproducenter, har annonceret et nyt system til fremstilling af et af de mest kritiske lag af de transistorer, der findes i logiske kredsløb.
Chip stak: Denne illustration viser de lag, der udgør en gate i en 22-nanometer transistor. De hvide kugler i bunden er silicium. De lyseblå kugler i midten er siliciumdioxid-molekyler; de større turkise kugler højere oppe er hafniumoxid; og de gule kugler er nitrogenatomer.
Applied Materials nye værktøj, der blev annonceret på Semicon West-konferencen i San Francisco tirsdag, afsætter et kritisk lag i transistorer et atom ad gangen, hvilket giver en hidtil uset præcision.
Efterhånden som chipproducenter skalerer transistorer ned til stadigt mindre størrelser, hvilket muliggør hurtigere og mere strømeffektiv elektronik, er fremstillingspræcision i atomskala en voksende bekymring. De første chip med transistorer på blot 22 nanometer er på vej i produktion i år, og i den størrelse kan selv de mindste uoverensstemmelser betyde, at en chip, der er beregnet til at sælge til en overpris, i stedet skal bruges til low-end gadgets.
Transistorer er opbygget af flere lag: et aktivt siliciummateriale toppet med et grænsefladelag og derefter et lag af et materiale kaldet et dielektrikum, som udgør porten, der tænder og slukker transistoren.
Applied Materials sælger udstyr til at afsætte disse lag, kaldet gate-stakken, oven på siliciumwafers. I skiftet fra nutidens 32-nanometer til næste generation af 22-nanometer-transistorer er det blevet sværere at lave porten. Grænsefladen og de dielektriske lag skal begge blive tyndere, og lagenes opførsel kan blive påvirket af små fejl, hvor materialerne rører ved. Og efterhånden som lagene bliver tyndere, kan små skavanker forstørres endnu mere end i større transistorer lavet af tykkere lag.
Fremstillingsnøjagtighed vil være endnu vigtigere i næste generations tredimensionelle transistorer, som chipproducenten Intel vil begynde at producere senere i år. I disse enheder er det aktive område en hævet strimmel, som grænseflade- og portlagene er i kontakt med på tre sider. Dette øgede kontaktområde hjælper disse enheder til at yde bedre, men det betyder også en øget sårbarhed over for fejl.
Processen bruger atomlagsdeposition eller ALD, som fastlægger et enkelt atomlag af dielektrikumet ad gangen. Denne metode er dyrere, men den er blevet nødvendig, siger Atif Noori, global produktchef for Applied Materials' ALD-division. For at hjertet af transistoren – porten – skal virke, skal du sørge for, at du placerer alle atomerne lige hvor du vil have dem.
En kilde til uoverensstemmelser i mikrochips er eksponering for luft. I Applied Materials’ nye værktøj foregår hele processen med at deponere gate-stakken i et vakuum, en wafer ad gangen. At lave portstablen helt under et vakuum fører også til en stigning på 5 til 10 procent i den hastighed, hvormed elektroner bevæger sig gennem transistoren; dette kan udmønte sig i strømbesparelser eller hurtigere behandling. Normalt er der betydelig variation i mængden af strøm det tager at tænde en given transistor på en chip; fremstilling under vakuum strammer denne fordeling med 20 til 40 procent.