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推出应用材料EUV延展2D微缩与3D环绕闸极晶体管技术
(2024年6月29日更新)

大型半导体设备制造商推出了许多创新技术,帮助客户使用极紫外线(EUV)持续进行2D微缩,展示行业最完整的次世代3D环绕闸极(Gate-All-Around,GAA)晶体管制造技术组合。
芯片制造商正试图通过两种相互匹配的方式来增加未来几年的晶体管密度。一是遵循传统摩尔定律的2D使用微缩技术EUV减小线宽的微影系统和材料工程。另一种是优化设计技术(DTCO)与3D在不改变微影间距的情况下,巧妙地通过优化逻辑单元布局来增加密度。

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第二种方法是利用晶背电源分配网络和环绕闸极晶体管D微缩技术逐渐下降,预计未来将有效提高逻辑单元密度的比率。这些方法可以帮助芯片制造商提高下一代逻辑芯片的功率、效率、单位面积、成本和上市时间(PPACt)。
半导体资深副总裁、半导体产品业务集团总经理帕布(Prabu Raja)表示应用材料的策略是成为PPACt推动公司(PPACt enablement company),因此,今天发布的七项创新技术的目的是帮助客户使用它们EUV以持续进行2D微缩。我们也详细说明了GAA晶体管的制造模式及今天FinFET晶体管有什么区别,应用材料准备好了?GAA制造提供了行业内最完整的产品组合,包括雷晶、原子层沉积、选择性去除材料的新步骤和两种新的集成材料解决方案(Integrated Materials Solutions),产生合适的GAA闸极氧化层和金属闸极。
极紫外光(EUV)随着微影技术的出现,芯片制造商可以实现更小的线宽和更高的晶体管密度。然而,芯片工艺的不断缩小使EUV技术面临重大挑战,带动新的沉积、蚀刻和测量技术需求。
EUV光阻剂显影后,必须通过一系列中介层(又称转移层和硬光罩)蚀刻芯片图案,才能将图案转移到晶圆上。目前,这些薄层采用旋转技术沉积,专门推出应用材料EUV设计的Stensar先进的图案薄膜(Advanced Patterning Film),使用应用材料Precision化学气相沉积(CVD)系统。与旋转沉积技术相比,应用材料CVD薄膜可以帮助客户调整EUV硬光罩层的厚度和蚀刻弹性使转移到整个晶圆EUV图案几乎完美均匀。
还详细介绍了应用材料Sym3 Y蚀刻系统的特殊功能可以使客户在同一反应室中蚀刻和沉积材料,从而改善晶圆上的蚀刻EUV图案。Sym反应室会小心地移除EUV光阻剂,然后以特殊的方式重新沉积材料,以减少由随机误差引起的图案偏差。改善后的EUV图案可以提高良率、芯片功率和效率。身为DRAM最大的导体材料蚀刻系统供应商,应用材料Sym该技术不仅广泛应用于内存,而且迅速受到晶圆OEM/逻辑工艺客户的青睐。
还展示了应用材料PROVision电子束(eBeam)测量技术,可穿透芯片的多层结构,准确测量整个晶圆EUV图案线宽,帮助客户解决边缘放置问题(edge placement)错误,这是其他测量技术无法做到的。2021年,应用材料电子束系统收入增长近一倍,成为电子束技术最大的供应商。
新兴的GAA晶体管反映了客户如何使用3D设计技术和DTCO加强2的布局创新D因此,即使是2D微缩技术仍能快速提高逻辑密度。创新的材料工程解决方案也得到了改进GAA晶体管的功率和效率。
在FinFET在中间,晶体管电路径的垂直通道由微影和蚀刻形成,可能导致通道宽度和通道表面粗糙度不均匀,从而对功率和效率产生负面影响,除鳍高物理限制外,Integra代理客户转向GAA主要原因之一。
GAA晶体管类似于旋转90度的晶体管FinFET晶体管使通道水平而不垂直。GAA该通道由雷晶和选择性材料去除技术组成,使客户能够准确地设计宽度和均匀性,从而达到最佳的功率和效率。应用材料推出的第一款产品是雷晶系统,从此一直是市场领导者。2016年推出应用材料Selectra该系统开创了选择性材料去除技术的先例,是市场的领导者。到目前为止,客户使用了1000多个反应室。
制造GAA晶体管的主要挑战之一是通道之间的空间只有10奈米左右,客户必须在有限的空间内氧化多层闸极(gate oxide)信道四面沉积着金属闸极堆栈。
为闸极氧化层堆栈开发应用材料IMS(Integrated Materials Solution)系统。较薄的闸极氧化层可以产生更高的驱动电流和晶体管效率。然而,较薄的闸极氧化层通常会导致更高的泄漏电流,从而浪费功耗和热能。
新的应用材料IMS等效氧化厚度降低1.5埃(angstrom),使设计师在不增加闸极漏电的情况下提高效率,或在保持效率不变的情况下将闸极漏电降低10倍以上。该系统沉积了原子层(ALD)、高真空系统集成了热处理步骤、电浆处理步骤和测量技术。
应用材料也用于展示GAA金属闸极堆栈工程设计IMS该系统允许客户改变闸门的厚度,以调整晶体管的阈值电压,以满足从电池供电到高效服务器的特殊操作和应用的每瓦效率目标。它可以在高真空中执行高精度金属ALD实现预防空气污染的目标。

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