Что надо сделать для перехода на 22нм техпроцесс?

   На последней Международной конференции по электронным приборам (International Electron Devices Meeting, IEDM), прошедшей недавно в Сан-Франциско, бóльшая часть докладов была посвящена 32нм техпроцессу. Корпорация IBM представила один из немногих докладов, посвящённых 22нм техпроцессу. В настоящее время ведущие производители чипов начали освоение 22нм техпроцесса. Какие же задачи и проблемы связаны с производством по нормам 22нм? Группа экспертов, в которую вошли Сюй Чан (Xu Chang), Ву Хо (Vu Ho), Рамеш Кучибхатла (Ramesh Kuchibhatla) и Дон Скансен (Don Scansen), представила список важнейших изменений и проблем, которые непосредственно связаны с 22нм технологическим процессом.

1. Цена и доступность
      Стоимость научных исследований и разработок, производственных линий, проектирования и других составных частей производственного процесса продолжает расти. Смогут ли продажи разработанного продукта окупить производственные затраты?
2. Минимизация
      Предел минимизации уже близок. Надо ли изменить материал, используемый в производстве микротранзисторов? Несмотря на огромные объёмы выполненных работ, до сих пор используется тот же самый материал, который использовался много лет назад. Некоторые исследователи считают, что кремний необходимо заменить германием, характеристики которого лучше удовлетворяют требованиям сверхтонких технологических процессов.
3. Литография
      Новые технологии, в частности, литография с использованием жесткого ультрафиолета (extreme ultraviolet, EUV) и электронно-лучевая литография без применения маски, ещё долгое время не будут разработаны достаточно хорошо, чтобы заменить существующие технологии в промышленных масштабах. В 22нм технологическом процессе будет применяться 193нм иммерсионная литография с двойной экспозицией.
4. Архитектура транзистора
      Вероятно, по 22нм техпроцессу по-прежнему будут создаваться и использоваться плоские чипы. Объёмные схемы, представленные различными компаниями, в том числе Intel и IBM, имеют серьёзные проблемы, связанные с паразитными емкостями, паразитным сопротивлением, и для создания действующего прототипа требуют значительной доработки.
5. КМОП или "кремний на изоляторе" (SOI)?
      Какой принцип ляжет в основу 22нм техпроцесса: КМОП или SOI? Возможно, разными производителями будут использоваться различные принципы.
6. High-k/metal-gate
      Необходимо пересмотреть материал, используемый для создания затвора транзистора. Для создания достаточно тонкого затвора требуется использовать оксид циркония либо другой материал с лучшими характеристиками.
7. Деформации
      В современном техпроцессе используется способность некоторых материалов запоминать деформацию, кроме того, чипы должны иметь достаточную прочность и не должны ломаться при микродеформациях. Сохранится ли прочность чипов при переходе на другие материалы?
8. Диэлектрическая прослойка
      Необходимо использование диэлектрика с низкой диэлектрической постоянной либо использование в качестве изолятора воздушной прослойки. Кроме того, необходимо уменьшить паразитную ёмкость. Будет необходимо научиться использовать оксиды металлов, легированные углеродом.
9. Ультра-тонкие швы для NMOS and PMOS
      Необходимо разработать технологию, позволяющую быстро и точно выжигать тонкие линии. Кроме того, эта технология должна сочетаться с технологией внедрения ионов.
10. Новая прокладка для медных соединений
       Для повышения качества медных соединений требуется улучшенная изоляция.
11. Паразитные ёмкости и сопротивления
       Устранение паразитных емкостей и сопротивлений представляет большую проблему. Требуется рассмотреть различные варианты усовершенствования технологии производства источника и стока, использовать современные материалы и улучшить проводимость и изоляцию медных контактов.
12. Встроенная память
       Технология Z-RAM, позволяющая использовать для хранения одного бита информации ячейку, состоящую из одного транзистора, активно исследуется, но пока не готова к массовому производству. В 22нм чипах будет использоваться обычная SRAM с 6 транзисторами.
13. Общая схема взаимодействия
       Требуется принципиально изменить раскладку токов и создать удобную высокопроизводительную схему с учётом нелинейных искажений и других сопутствующих технических проблем.
14. Микроискажения
       При тонком техпроцессе требуется устранить шероховатость краёв затвора, точно отрегулировать концентрацию примесей и значительно уменьшить статистические помехи.
15. Позиционирование и контроль качества подложки
       Критическая проблема, пока не имеющая решения, применимого в производственных масштабах.