Moore´s Law gilt weiter Transistoren skalieren mit der EUV-Lithografie

Der selektive Wolfram-Prozess von Applied Materials umgeht den Flaschenhals, der es bisher verhindert hat, das die Transistoren die Leistungsfähigkeit  auf die Chips bringen, die sie aufgrund der Fortschritte in der Lithografie in ihren inneren Strukturen erreichen.
Der selektive Wolfram-Prozess von Applied Materials umgeht den Flaschenhals, der es bisher verhindert hat, das die Transistoren die Leistungsfähigkeit auf die Chips bringen, die sie aufgrund der Fortschritte in der Lithografie in ihren inneren Strukturen erreichen.

Applied Materials hat eine neue Methode entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der Transistoren auf den Prozessebenen unter 5 nm deutlich zu steigern und sie skalierbar zu machen.

Moore´s Law gilt weiter

Transistoren skalieren mit der EUV-Lithografie

Applied Materials hat eine neue Methode entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der Transistoren auf den Prozessebenen unter 5 nm deutlich zu steigern und sie skalierbar zu machen.

Der Trick dabei: Applied Materials füllt die Vias, die die Transistoren mit der ersten Verdrahtungsebene auf einem IC verbinden, selektiv mit Wolfram als leitendem Material.

Bisher war dazu ein mehrstufiger Prozess erforderlich: Zunächst müssen Adhäsions- und Barriere-Schichten aus Titannitrid abgeschieden werden, schließlich war eine weitere Schicht erforderlich, damit sich die Vias mit dem Wolfram in der geforderten Qualität füllen ließen.  

Schon auf der 7-nm-Prozessebene beträgt der Durchmesser eines Kontakt-Via nur mehr 20 nm. Die zuvor abgeschiedenen Schichten nehmen auf dieser Ebene 75 Prozent des Gesamtvolumens des Via in Anspruch. Dem leitenden Wolfram – an sich einem sehr guten Leiter – steht also nur noch ein Viertel des Platzes zur Verfügung. Bei weiter schrumpfenden Geometrien verschlechtert sich dieses Verhältnis zunehmend. Weil die Drähte entsprechend dünn ausfallen, steigt der ohmsche Widerstand – woraus ein Flaschenhals resultiert, der der weiteren 2D-Skalierung entgegensteht. Denn insgesamt steigt der Widerstand in den Vias auf einen Wert, der die Leistungsgewinne wieder zunichte macht, die durch die kleineren Strukturgrößen der EUV-Lithografie im Transistor erzielt werden können.

»Die Strukturen sind so klein geworden, dass wir mit den konventionellen Materialien und Techniken an physikalische Grenzen stoßen und nicht mehr wie bisher weiter arbeiten können«, sagt Kevin Moraes, Vice President der Semiconductor Products Group von Applied Materials.

 

»Weil sich über die EUV-Lithografie die Strukturgrößen weiter reduzieren lassen,  müssen wir neue Konzepte finden, um die daraus resultierenden Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit der Transistoren tatsächlich auf den Chip zu bringen«, sagt Dan Hutcheson, Chairman und CEO von VLSIreserach. »Die Barriere-Schichten in den ICs lassen sich mit den unerwünschten Ablagerungen in den Arterien eines Menschen vergleichen: Wie sie den Blutfluss behindern, so behindern die Barriere-Schichten den Fluss der Elektronen vom Transistor zur ersten Verdrahtungsebene. Deshalb stellt der selektive Wolframprozess einen Durchbruch dar.«

Deshalb hat Applied Materials ein selektives Abscheidungsverfahren entwickelt (»Endura Volta Selective Tungsten CVD«), das es erlaubt, den Kontaktwiderstand dieser Verbindung zu senken, so dass die Leistungsfähigkeit der durch die Fortschritte in der Lithografie weiter schrumpfenden Strukturgrößen der Transistoren tatsächlich auf den Chip gebracht werden kann. Gleichzeitig sinkt die Leistungsaufnahme. Damit gilt die Grundvoraussetzung für Moore´s Law für die Transistoren weiter. Deshalb eignet sich das neue Verfahren für den Aufbau von Transistoren, die mit Hilfe von 5-nm- und 3-nm-Prozesstechniken formiert werden.

In dem neuen »Endura Volta Selective Tungsten CVD System« hat Applied Materials eine Hochvakuumumgebung realisiert, in der verschiedene Prozesse ablaufen und die um ein Vielfaches reiner ist, als der Reinraum einer Fab, in dem die Maschine steht. Der Wafer wird dort Oberflächenbehandlungen auf der Ebene einzelner Atomschichten unterzogen, danach findet die eigentliche Abscheidung des Wolframs statt. Weil sie selektiv erfolgt, füllt sich das Via von unten nach oben sehr gleichmäßig mit Wolfram, ohne dass Fehlstellen entstehen.