📈 Аналитика. Тренды. Материалы

Лучше материалы, надежнее микросхемы

По мере уменьшения размеров технологических норм и модернизации (технологического усложнения) упаковки, использование традиционных материалов начинает приводить к физическим и эксплуатационным ограничениям. Медные линии демонстрируют нежелательный рост удельного сопротивления при снижении размеров ниже 20 нм; традиционные диэлектрики на основе SiO₂ увеличивают RC-задержки (за счет роста диэлектрической проницаемости); а высокотемпературные плазменные этапы зачастую нарушают равномерность тонких плёнок. Эти эффекты нивелируют выгоды в оптимизации показателей мощности, производительности и площади (Power-Performance-Area, PPA), которые ранее достигались «автоматически» с переходом на каждый новый техпроцесс.

Производственные среды требуют плёнок, способных выдерживать более высокие температуры отжига, агрессивные химические среды, обеспечивая при этом субангстремную равномерность. Обычные химические процессы травления и осаждения приближаются к пределам управляемости, что увеличивает вариабельность и негативно сказываются на таком ключевом показателе, как выход годных изделий (yield).

Для преодоления этих барьеров отрасль обращается к новым наборам материалов. Кобальт, рутений и другие альтернативные металлы могут обеспечить более низкое сопротивление линий и повышенную устойчивость к электромиграции в межсоединениях следующего поколения.

Для транзисторов по технормам менее 2 нм рассматриваются к применению каналы с высокой подвижностью носителей, такие как SiGe, напряжённый германий и соединения III-V групп, в то время как диэлектрики с ультранизкой диэлектрической проницаемостью (ultra-low-k) и искусственные воздушные зазоры (engineered air gaps) призваны снижать ёмкость между проводниками. В передовой упаковке подложечные материалы (underfill) с высокой теплопроводностью и новые сплавы для перераспределительных слоёв (redistribution layers) улучшают отвод тепла и повышают надёжность в трёхмерных стеках (3D stacks).

В перспективе инновации в области материалов могут оказаться столь же ключевыми для процесса производства передовых полупроводников, какими являются литография или проектирование, для поддержания прогресса в духе закона Мура. Фабрики-изготовители (foundries) и поставщики, которые освоят эти новые химические составы, смогут задавать темп перестройки отрасли в ближайшие годы.

@RUSmicro, по материалам отчета PwC Semiconductor and Beyond