这是一个物质的世界

由马克LaPedus
在最近的一次活动中,英特尔的工厂材料专家描述了噩梦般的出现,几乎把芯片巨头。

主任蒂姆·亨得利工厂材料和英特尔技术和制造业集团的副总裁,说公司获得一个关键材料从一个秘密的供应商。“这大的次级供应商,一个非常大的化工公司,必须收到一些输入的(前)客户:“我们真的想更纯的物质。你能消除这一特定污染物从这个材料吗?一路走来,他们最终所做的,”亨德里说。

不知道供应商调整公式,英特尔公布了材料的工艺流程。但事实证明,污染物是一个必要的过程的一部分。“那个小污染物需要为了创建整个晶体反应在材料的形态,”他说。“当它不再有污染物,形态是完全不同的。”

问题显然引起了不可预见的破坏,或所谓的偏移,流。最终,英特尔的工厂材料集团解决了这个问题,但不是没有一些头痛。“我们最终算出来,”他说。“这是六个月,我很惊讶我的发际线仍在今天的。”

回顾这段插曲,亨德利说,这个问题是可以避免的。”这种特殊原料从来没有指纹。我的供应商不知道污染物“x”甚至在那里,”他说。“这就是描述。你需要知道什么是在你的材料。如果你不知道什么是在你的材料,没有办法你可以控制方法。”

拯救摩尔定律
虽然也许在英特尔的一个孤立的案例,事件说明了材料在芯片制造的重要性日益上升。,光刻芯片扩展背后的推动力量,但最近,这个技术落后,威胁到传统cost-per-transistor曲线。

在现实中,转移到新材料使摩尔定律的行业,虽然转换困难。大多数芯片制造商,例如,还记得痛苦的电介质材料迁移到性能在130 nm / 90 nm和high-k /金属门在45 nm制程/ 28 nm。

在20 nm,材料的挑战将继续升级。“我们的基本材料的认识,以及他们如何相互作用在晶圆表面,以及他们如何相互作用过程中流动,是相对不成熟,”James O ' neill表示,高级副总裁在ATMI电子材料。“有许多挑战开始检测。它更容易检测晶圆片表面缺陷比检测缺陷的材料流本身。”

解决这些问题在20 nm,芯片制造商可能需要增加的步骤过程控制高达30%到40%。”还有一个令人担忧的产量预测,芯片,即使在成熟点,可能低于上一代,“警告鸡翅木,在Entegris营销副总裁。“问题是该行业将如何得到更低的缺陷和提高产量?”

随着行业尤其如此移动到新设备架构,如finFETs、3 d NAND和2.5 d / 3 d堆叠死去。这些架构内,都有大量的例子,这个行业是搬到新的和复杂的材料。

应变工程就是这样一个例子。“首先,有引入应变硅锗在90 nm,”舒伯特Chu说,产品外延产品主管单位应用材料。“PMOS (epi)、我们沉积硅锗。本质上,我们试图将一定量的硅锗原子。因为有一个晶格不匹配,我们对通道区域的压缩PMOS晶体管。反过来,这又增加了流动性。”

然后,突然改变32 nm。”除了硅锗存入source-drain,我们的一些客户在英吉利海峡地区沉积硅锗pmo,”朱说。“和过去几个节点,硅锗不断提高到一个点,你可以看到PMOS性能实际上超越了NMOS性能。”

从22纳米,芯片制造商正在向NMOS epi压力来提高芯片的性能。“掺杂剂包含在本例中是碳或磷,”他说。“碳相当棘手。碳沉积,所以它在一组置换硅,不是一个间隙位置。”

今天的finFETs可能会扩展到10纳米。7海里,finFETs可能需要III-V材料的渠道来提高芯片的流动性。举一个例子,一个finFET可能锗PFET和InGaAs场效应电晶体。当前III-V设备使用黄金人脉,但黄金是不兼容的硅,这意味着行业必须找到一个新的接触材料。

互连是另一个例子。在一个互连结构的一部分,用于形成衬钽阻挡层和氮化钽。解决阻容(RC)延迟问题在14 nm,芯片制造商正在考虑替换tantalum-based班轮与钴或钌。

所需新突破
这只是冰山一角的迁移对新材料。新设备的结构和材料的转变将责任过程控制工具来解决问题。“今天,它并不少见,我们在先进的节点要求看小缺陷的10 nm (300 mm晶圆),”布赖恩说Trafas, KLA-Tencor首席营销官。

“如果我把这个翻译成一个谷歌地图图像,就像看旧金山和洛杉矶之间的区域,和检查,基本上在一个小时内,找到100个随机散射角,“Trafas说。“这就是我们所做的与我们今天先进的模式检测系统。我们抽样大约17万亿像素在一小时内,把这些信息,然后确定这些角分布在那个地区。”

检测系统还必须确定哪些角着陆正面或反面,并破译给定日期的硬币,他说。保持领先的缺陷曲线,过程控制工具将需要更先进的硬件、算法和软件。在硬件方面,KLA-Tencor光明的来源,发展更好的目标和速度传感器。“在过去的几年,我们发明了非常高强度激光泵浦光源。基本上,强度比太阳更亮,”他说。

KLA-Tencor也拥抱design-for-manufacturing (DFM)。“我们开始将设计信息。我们正在与设计者理解关键模式问题在哪里,”他补充道。

从英特尔的角度来看,与此同时,回去几代的挑战。五年前,英特尔的计量和检验组经历了大量的偏移速度,或无法控制的事件,在直线上。”层和步骤的数目,游览,你很少有操作线,”英特尔的亨得利回忆道。“你每天在交火。”