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Il transistor di domani, Atom costruito da Atom
Materiali applicati , il principale fornitore mondiale di apparecchiature di produzione per i produttori di chip, ha annunciato un nuovo sistema per realizzare uno degli strati più critici dei transistor presenti nei circuiti logici.
Pila di chip: Questa illustrazione mostra gli strati che compongono un gate in un transistor a 22 nanometri. Le palline bianche sul fondo sono in silicone. Le palline azzurre al centro sono molecole di biossido di silicio; le palline turchesi più grandi più in alto sono ossido di afnio; e le palline gialle sono atomi di azoto.
Il nuovo strumento di Applied Materials, annunciato martedì alla conferenza Semicon West a San Francisco, deposita uno strato critico nei transistor un atomo alla volta, fornendo una precisione senza precedenti.
Poiché i produttori di chip ridimensionano i transistor fino a dimensioni sempre più piccole, consentendo un'elettronica più veloce ed efficiente dal punto di vista energetico, la precisione della produzione su scala atomica è una preoccupazione crescente. I primi chip con transistor di soli 22 nanometri di dimensione entreranno in produzione quest'anno e, a quelle dimensioni, anche le più piccole incongruenze possono significare che un chip destinato a vendere a un prezzo superiore deve invece essere utilizzato per gadget di fascia bassa.
I transistor sono costituiti da più strati: un materiale di silicio attivo sormontato da uno strato di interfaccia e quindi uno strato di un materiale chiamato dielettrico, che costituisce il gate che accende e spegne il transistor.
Applied Materials vende apparecchiature per depositare questi strati, chiamati gate stack, sopra i wafer di silicio. Nel passaggio dagli attuali 32 nanometri alla prossima generazione di transistor a 22 nanometri, è diventato più complicato realizzare il gate. Sia l'interfaccia che gli strati dielettrici devono diventare più sottili e il comportamento degli strati può essere influenzato da piccoli difetti nei punti in cui i materiali vengono a contatto. E man mano che gli strati si assottigliano, i piccoli difetti possono essere ingranditi ancora di più rispetto ai transistor più grandi realizzati con strati più spessi.
La precisione di produzione sarà ancora più importante nei transistor tridimensionali di prossima generazione che il produttore di chip Intel inizierà a produrre entro la fine dell'anno. In questi dispositivi, l'area attiva è una striscia rialzata che l'interfaccia e gli strati di gate entrano in contatto su tre lati. Questa maggiore area di contatto aiuta questi dispositivi a funzionare meglio, ma significa anche una maggiore vulnerabilità ai difetti.
Il processo utilizza la deposizione di strati atomici, o ALD, che depone un singolo strato atomico del dielettrico alla volta. Questo metodo è più costoso, ma è diventato necessario, afferma Atif Noori, global product manager della divisione ALD di Applied Materials. Perché il cuore del transistor, il gate, funzioni, devi assicurarti di mettere tutti gli atomi esattamente dove vuoi.
Una fonte di incongruenze nei microchip è l'esposizione all'aria. Nel nuovo strumento di Applied Materials, l'intero processo di deposito del gate stack viene eseguito nel vuoto, un wafer alla volta. Rendere lo stack di gate interamente sotto vuoto porta anche ad un aumento del 5-10% della velocità con cui gli elettroni viaggiano attraverso il transistor; questo può tradursi in risparmio energetico o elaborazione più rapida. Normalmente, c'è una variazione significativa nella quantità di energia necessaria per accendere un determinato transistor su un chip; la produzione sottovuoto restringe tale distribuzione dal 20 al 40%.