探索新的扩展方法

在最近有光掩模技术+极端紫外线光刻2017会议,半导体工程坐下来讨论半导体技术刘Tsu-Jae王在微电子,台积电特聘教授电气工程和计算机科学系的加州大学伯克利分校。更具体地说,刘讨论一些新的芯片制造业和替代方法,探索在加州大学伯克利分校。显然,这个行业需要考虑新的想法与传统芯片扩展正在放缓,而变得更加复杂。这里是节选的谈话。

SE:在会上表示,你谈到了另一种方法称为倾斜离子注入(TII)光刻。背后的想法是什么?

刘:我们的想法是继续允许该行业定义特性比光的波长小,但在合理的成本。这是与多个模式的挑战。所以在四和八倍的模式,成本的挑战是要升级过快的行业呆两年摩尔定律的节奏。

SE:在论文中,TII光刻技术描述作为一个替代方法自对准双模式(SADP)。它可以用于规模特征到10 nm半个球场,但它比SADP便宜。离子注入光刻技术是什么?

刘:倾斜的离子注入是一个成熟的过程。它可以用于现有的多模式技术进一步提高的密度特性。它是帮助使产业规模。它可以被纳入SADP流。所以做SADP两次,而不是像做太空人的侧壁间距器,您可以使用间隔器,然后植入倾斜功能密度的两倍。逆电流器来靠近,他们互相崩溃的可能性风险,因为表面粘附力和毛细力的应用过程。倾斜的离子注入没有这个问题。这将有助于双重功能的密度的极限之外甚至传统的自对准双模式。

SE:需要哪些类型的离子离子注入机吗?

刘:这涉及到一个非常低能和温和的剂量。小于10个每平方厘米(15)。source-drain植入物,通常10(15)每平方厘米以上。这就像一半剂量。所以它是medium-current离子注入机。这是标准的移植工具。它还使用现有的材料和流程,该行业已经使用今天在量产阶段。

SE:这项研究,加州大学伯克利分校获得一些资金从应用材料和林研究。行业看这个吗?

刘:这个行业已经很多他们的努力关注自对准双重模式,因为它是自对准和它的特征尺寸。但当他们实现自对准双模式是有限的,他们需要看互补方法像倾斜的植入。

SE:接下来是什么?

刘:我想要做的是进一步做一些自对准双模式不能做。这是回到使二维布局。这将对整个行业产生重大影响。我知道EUV是终极目标。但可能需要几年,甚至可制造的高收益和二维特性。

SE:你可以使用离子植入得病的EUV吗?

刘:是的,当然可以。

SE:在演示期间,你可还谈到重新配置互联backend-of-the-line (BEOL)过程。这就是金属层和小铜互联芯片制造的。你能描述一下你正在做的工作吗?

刘:与所有的金属层,我们实际上已经有了一个三维结构。我们有很多层的材料在CMOS晶体管。所以我们为什么不更好地利用堆叠3 d层的金属互联。这是这个想法。关键是要加强的功能在一个合理的成本函数。如果我们能使金属互联比现在更多的功能,因为该行业已经学会了如何让空气间隙,我们可以利用这一趋势修改backend-of-the-line过程使一些连接配置。它实际上是更加节能。

SE:这是如何工作的呢?

刘:让我解释一下。在现场可编程门阵列设备,您可以重新编程。但FPGA的功能是由一些配置内存。首先,你必须加载的配置从非易失性存储芯片到FPGA互联。所以你的信息加载到存储器。基本上,在一个FPGA配置一个互连的,你需要一个晶体管进行互连。晶体管的状态由SRAM细胞,决定你的程序。所以,你需要6个晶体管连接。如果你允许导线移动,可以消除需要这些额外的晶体管来确定如何互连线。你只是身体改变连接的电线。

SE:还有什么?

刘:你利用金属形成的较低层驱动电子。你有五、六层。您可以实现一个驱动电极。你施加一个电压和静电吸引金属线的一种方式或另一个。所以你可以用非常低的能量动态重新配置你的关键互连芯片。这是一个未来芯片的新功能。就在3 d集成的徒劳。

SE:我也注意到你进行研究nano-electro-mechanical (NEM)和MEMS中继设备。我们的想法是创建一个机械开关,对吧?

刘:我做的一些工作是旨在使用所有机械设备进行计算。只有一个机械开关可以真正实现工作电压很低。我们的目标是10毫伏。不管你什么晶体管,它不能在10毫伏范围广泛的温度与零断开的电流和良好的开态电流。对于某些应用程序(如物联网、机械开关应具有说服力。

SE:去年,劳伦斯伯克利国家实验室设计了一个晶体管工作1海里。关键是使用碳纳米管和二硫化钼(监理)。研究人员设计了一个监理与碳纳米管晶体管的大门,对吧?

刘:这是一个概念。这些过渡金属的挑战dichalcogenide材料如何形成他们对这些300 mm晶圆有良好的一致性。现在,它们生长在硅衬底和转移到最好。目前还不清楚如果将成本效益。但这是对工程师进行调查。

原理与二硫化钼通道晶体管和1纳米碳纳米管门。(来源:苏杰德赛/加州大学伯克利分校)

SE:显然,finFETs将扩展到7,也许5 nm。然后,业界正致力于纳米线场效应晶体管或gate-all-around场效应晶体管为下一个节点。你看好纳米线场效应晶体管?

刘:是的。我也被出版另一种方法,它不是相当gate-all-around。这是几乎所有。更容易制造。我有一些出版物,我们描述一种进化又高又窄的finFET鳍与一些氧化层结构插入鳍。想象一下,如果你有鳍有氧化层的定期插入。那些氧化层做的是它们允许电领域从大门进入通道区域来帮助提高门的控制。晶体管扩展的关键是提高闸门控制。

SE:这不是到底gate-all-around设备,对吧?

刘:我提议有点像纳米线的形状,但是你不需要包装门口身体周围。你只需要给门通过一些氧化物能够有边缘电场穿透进入渠道加强门控制。

SE:有很多谈论放缓晶体管扩展。有什么想法吗?

刘:我们还有很长的路从晶体管小型化的基本物理限制。