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Der Transistor von morgen, gebautes Atom von Atom
Angewandte Materialien , der weltweit führende Anbieter von Fertigungsausrüstung für Chiphersteller, hat ein neues System zur Herstellung einer der kritischsten Schichten von Transistoren in Logikschaltungen angekündigt.
Chipstapel: Diese Abbildung zeigt die Schichten, aus denen ein Gate in einem 22-Nanometer-Transistor besteht. Die weißen Kugeln auf der Unterseite sind aus Silikon. Die hellblauen Kugeln in der Mitte sind Siliziumdioxid-Moleküle; die größeren türkisfarbenen Kugeln weiter oben sind Hafniumoxid; und die gelben Kugeln sind Stickstoffatome.
Das neue Werkzeug von Applied Materials, das am Dienstag auf der Semicon West-Konferenz in San Francisco angekündigt wurde, scheidet Atom für Atom eine kritische Schicht in Transistoren ab und bietet so beispiellose Präzision.
Da Chiphersteller Transistoren auf immer kleinere Größen skalieren, was eine schnellere und energieeffizientere Elektronik ermöglicht, wird die Fertigungspräzision im atomaren Maßstab immer wichtiger. Die ersten Chips mit nur 22 Nanometer großen Transistoren gehen noch in diesem Jahr in Produktion, und bei dieser Größe können selbst kleinste Inkonsistenzen dazu führen, dass ein Chip, der teuer verkauft werden soll, stattdessen für Low-End-Geräte verwendet werden muss.
Transistoren bestehen aus mehreren Schichten: einem aktiven Siliziummaterial mit einer Zwischenschicht und einer Schicht aus einem Material namens Dielektrikum, das das Gate bildet, das den Transistor ein- und ausschaltet.
Applied Materials verkauft Geräte zum Abscheiden dieser Schichten, die als Gate-Stapel bezeichnet werden, auf Siliziumwafern. Beim Wechsel von den heutigen 32-Nanometer- auf die nächste Generation von 22-Nanometer-Transistoren wird es schwieriger, das Gate herzustellen. Sowohl die Grenzflächen- als auch die dielektrischen Schichten müssen dünner werden, und das Verhalten der Schichten kann durch winzige Fehler an den Berührungspunkten der Materialien beeinflusst werden. Und wenn die Schichten dünner werden, können winzige Fehler noch stärker vergrößert werden als bei größeren Transistoren aus dickeren Schichten.
Die Fertigungsgenauigkeit wird bei den dreidimensionalen Transistoren der nächsten Generation, die der Chiphersteller Intel noch in diesem Jahr produzieren wird, noch wichtiger. Bei diesen Geräten ist der aktive Bereich ein erhabener Streifen, den die Grenzflächen- und Gateschichten auf drei Seiten berühren. Diese vergrößerte Kontaktfläche trägt zu einer besseren Leistung dieser Geräte bei, bedeutet aber auch eine erhöhte Anfälligkeit für Fehler.
Der Prozess verwendet Atomlagenabscheidung oder ALD, die jeweils eine einzelne Atomlage des Dielektrikums ablegt. Diese Methode ist teurer, aber notwendig geworden, sagt Atif Noori, globaler Produktmanager der ALD-Abteilung von Applied Materials. Damit das Herz des Transistors – das Gate – funktioniert, müssen Sie sicherstellen, dass Sie alle Atome genau dort platzieren, wo Sie sie haben möchten.
Eine Quelle für Inkonsistenzen bei Mikrochips ist die Exposition gegenüber Luft. Im neuen Tool von Applied Materials erfolgt der gesamte Prozess der Abscheidung des Gate-Stacks im Vakuum, Wafer für Wafer. Wenn der Gate-Stapel vollständig unter Vakuum gesetzt wird, erhöht sich auch die Geschwindigkeit, mit der Elektronen durch den Transistor wandern, um 5 bis 10 Prozent; Dies kann zu Energieeinsparungen oder schnellerer Verarbeitung führen. Normalerweise gibt es erhebliche Unterschiede in der Energiemenge, die zum Einschalten eines bestimmten Transistors auf einem Chip erforderlich ist. die Fertigung unter Vakuum verschärft diese Verteilung um 20 bis 40 Prozent.