אפלייד מטיריאלס פיתחה תהליך ייצור חדש למוליכים בתוך השבב

6 יוני, 2018

המוליכים החשמליים בתהליך החדש עשויים מקובלט ולא מנחושת, כדי להקטין את ההתנגדות החשמלית ואת צריכת ההספק הכוללת של שבבים בעלי גודל צומת של פחות מ-10 ננומטר, הבנויים מטרנזיסטורי FinFET

חברת אפלייד מטיריאלס (Applied Materials) הצליחה לפתח תהליך חדש המאפשר להחליף את השימוש בנחושת, אלומיניום או טונגסטן כמתכות המשמשות לקישור הטרנזיסטורים בתוך השבב, ולהשתמש במקומן במתכת קובלט (Cobalt). היא הגדירה את ההכרזה כ"התפתחות החשובה ביותר בתחום המוליכים החשמליים בתוך השבב, מאז התחלת השימוש בנחושת לפני 20 שנה".

מתכת קובלט (Co) היא מתכת חזקה מאוד, שכבר בימי קדם שימשה להקניית צבע כחול עמוק למוצרי זכוכית. בטבלה המחזורית היא קרובה מאוד לנחושת (Cu), ומספרה האטומי הוא 27 בהשוואה למספר אטומי 29 של נחושת. בשתיהן יש 4 שכבות אלקטרונים בכל אטום. להערכת אפלייד, השימוש בקובלט משפר את ביצועי השבב בכ-15% בהשוואה לשבבים שבהם המוליכים החשמליים עשויים מנחושת.

לרוב משתמשים בקובלט כדי לייצר סגסוגות על העומדות בטמפרטורות גבוהות ובעלות עמידות גבוהה מאוד בפני קורוזיה. לכן למשל היא נחשבת למרכיב חיוני בייצור חלקי מנועי מטוסים. חברת אפלייד מטיריאלס הודיעה שהמחקר שביצעה בתחום החלפת המתכות שבתוך השבב נובע מכך שכאשר גודל הצומת קטן מאוד, כמו שנעשה בטרנזיסטורי FinFET בתהליכים של כמה ננומטרים, המתכות המקובלות כיום (נחושת וטונגסטן) נעשות פחות יעילות ואינן מאפשרות להקטין את גודל הטרנזיסטור.

מחסום ה-10 ננומטר

הבעיה היא שבמימדים האלה חלה עלייה מהירה בהתנגדות החשמלית של מוליכי נחושת וטונגסטן והדבר מאט את מהירות המיתוג של הטרנזיסטור ומגדיל את צריכת האנרגיה שלו. בנוסף, קובלט מאופיין בתופעת electromigration קטנה יותר מאשר נחושת, והדבר משפר את צפיתו הזרם של המוליכים החשמליים. תופעת electromigration היא תזוזה של יונים בתוך המתכת הנובעת מהשפעות הגומלים שבין האלקטרונים נושאי הזרם לבין השריג האטומי. המשקל של התופעה גובר כאשר מעבירים זרם ישיר גבוה יחסית במוליך קטן מימדים והיא משפיעה לרעה על הביצועים של השבב.

אומנם קובלט מסיר את המגבלה הזאת, אולם דורש שינויים בתהליך הייצור הסטנדרטי. כדי לאפשר את השימוש בקובלט, בנתה אפלייד חבילת פתרון מלאה הכוללת ארבע מכונות ייצור הפועלות כיחידה אחת ומיועדות לייצור שבבים בטכנולוגיית 7 ננמוטר ופחות מכך. סגן נשיא ומנהל קבוצת השבבים של חברת אפלייד מטיריאלס, ד"ר פראבו ראג'ה, אמר שהחברה החלה את הפיתוח לפני כחמש שנים לאחר שהערכיה כי התעשייה צפויה להתמודד עם המשבר כאשר גודל הצומת יירד מ-10 ננומטר. לדבריו, מתכת קובלט מאפשרת לייצר מבנים עדינים יותר ומדוייקים יותר מנחושת וטונגסטן.

תהליך הייצור שפיתחה אפלייד מטיריאלס כולל שימוש בארבע מכונות שהחברה מייצרת: מכונת Endura Cirrus RT PVD Cobalt משמשת לבניית שכבת המתכת הראשונית שעליה תיבנה שכבת הקובלט המלאה באמצעות מערכת Endura Volta CVD. מערכת Pyra Anneal מחממת את פרוסת הסיליקון (wafer) ומלבנת את המתכת כדי לבטל קמטים בשכבת הקובלט. התהליך הזה מטהר את המתכת ומקטין את התנגדותה החשמלית. לאחר מכן נבנות שכבות נוספות באמצעות Endura Versa XT PVD, כאשר מערכת Reflexion LK Prime CMP משייפת את שכבת המתכת ומייצרת שכבה חלקה ואחידה המוכנה להמשך שלבי הבנייה הבאים של השבב המלא.

מכונת הבדיקה פותחה בישראל

תהליך הייצור כולו נבדק בכל השלבים באמצעות פלטפורמת מכונת הבדיקה (Inspection) מסדרת PROVision אשר פותחה בחברת אפלייד מטיריאלס ישראל ברחובות. המערכת מאירה את פרוסת הסיליקון באמצעות קרן אלקטרונים (e-beam) ועוקבת אחר תהליך הייצור כדי לוודא את תקינותו.

Share via Whatsapp

פורסם בקטגוריות: חדשות , סמיקונדקטורס