Morgondagens transistor, byggd atom för atom

Tillämpade material , världens ledande leverantör av tillverkningsutrustning till chiptillverkare, har tillkännagett ett nytt system för att göra ett av de mest kritiska lagren av transistorer som finns i logiska kretsar.

Chipstack: Den här illustrationen visar lagren som utgör en gate i en 22-nanometer transistor. De vita bollarna på botten är silikon. De ljusblå bollarna i mitten är kiseldioxidmolekyler; de större turkosa kulorna högre upp är hafniumoxid; och de gula bollarna är kväveatomer.

Applied Materials nya verktyg, som tillkännagavs vid Semicon West-konferensen i San Francisco på tisdagen, lägger ett kritiskt lager i transistorer en atom i taget, vilket ger oöverträffad precision.

Eftersom chiptillverkare skalar ner transistorer till allt mindre storlekar, vilket möjliggör snabbare och mer energieffektiv elektronik, är tillverkningsprecision i atomskala ett växande problem. De första kretsarna med transistorer på bara 22 nanometer går i produktion i år, och i den storleken kan även de minsta inkonsekvenser innebära att ett chip som är avsett att säljas till en premie istället måste användas för low-end prylar.

Transistorer består av flera lager: ett aktivt kiselmaterial toppat med ett gränsskikt och sedan ett lager av ett material som kallas dielektrikum, som utgör grinden som slår på och av transistorn.

Applied Materials säljer utrustning för att deponera dessa lager, kallad gate-stack, ovanpå kiselwafers. I bytet från dagens 32-nanometer till nästa generation av 22-nanometer-transistorer har det blivit svårare att göra grinden. Både gränssnittet och de dielektriska skikten måste bli tunnare, och skiktens beteende kan påverkas av små skavanker där materialen berörs. Och när lagren blir tunnare kan små skavanker förstoras ännu mer än i större transistorer gjorda av tjockare lager.

Tillverkningsnoggrannhet kommer att bli ännu viktigare i nästa generations tredimensionella transistorer som chiptillverkaren Intel kommer att börja tillverka senare i år. I dessa enheter är det aktiva området en upphöjd remsa som gränssnitts- och grindskikten kommer i kontakt med på tre sidor. Detta ökade kontaktområde hjälper dessa enheter att prestera bättre, men det innebär också en ökad sårbarhet för brister.

Processen använder atomskiktsavsättning, eller ALD, som lägger ner ett enda atomskikt av dielektrikumet åt gången. Den här metoden är dyrare, men den har blivit nödvändig, säger Atif Noori, global produktchef för Applied Materials ALD-division. För att hjärtat av transistorn – porten – ska fungera måste du se till att du placerar alla atomer precis där du vill ha dem.

En källa till inkonsekvenser i mikrochips är exponering för luft. I Applied Materials nya verktyg görs hela processen med att deponera grindstacken i ett vakuum, en wafer i taget. Att göra grindstacken helt under vakuum leder också till en ökning på 5 till 10 procent av hastigheten med vilken elektroner färdas genom transistorn; detta kan leda till energibesparingar eller snabbare bearbetning. Vanligtvis finns det betydande variationer i mängden effekt som krävs för att slå på en given transistor på ett chip; tillverkning under vakuum drar åt fördelningen med 20 till 40 procent.

Dölj