Tenter de maintenir la loi de Moore en vie
Dans le contexte: À l’approche du processus de 2 nm, certains obstacles apparaissent qui pourraient encore ralentir les progrès déjà lents de la loi de Moore. L’un des défis consiste à savoir comment distribuer efficacement l’énergie à des dizaines de milliards de minuscules transistors à l’aide de câbles en cuivre sans éroder les gains de performances. Applied Materials, un important fournisseur d’équipements de fabrication de semi-conducteurs, pense avoir trouvé la solution.
La semaine dernière, Applied Materials a dévoilé ses dernières solutions d’ingénierie des matériaux conçues pour permettre au câblage en cuivre de se réduire à des dimensions de 2 nm et moins tout en réduisant la résistance électrique et en renforçant les puces pour l’empilement 3D.
Le matériau diélectrique à faible conductivité Black Diamond de la société est proposé depuis le début des années 2000. Il entoure les fils de cuivre d'un film spécial conçu pour réduire l'accumulation de charges électriques qui augmentent la consommation d'énergie et provoquent des interférences entre les signaux électriques.
Applied Materials a désormais mis au point une version améliorée de Black Diamond, qui réduit encore davantage la valeur k minimale, permettant une mise à l'échelle du câblage en cuivre jusqu'au nœud de 2 nm tout en augmentant la résistance mécanique – une propriété essentielle alors que les fabricants de puces cherchent à empiler plusieurs matrices logiques et de mémoire verticalement.
Mais la mise à l'échelle du câblage en cuivre lui-même à mesure que les dimensions diminuent constitue un autre défi de taille. Les puces logiques les plus avancées d'aujourd'hui peuvent contenir plus de 96 kilomètres de fils de cuivre qui sont façonnés en gravant d'abord des tranchées dans le matériau diélectrique, puis en déposant une couche barrière ultra-mince pour empêcher la migration du cuivre. Une couche de revêtement est ensuite déposée pour faciliter l'adhérence du cuivre avant que le dépôt final de cuivre ne remplisse l'espace restant.
Le problème est que, dans les dimensions de 2 nm et moins, les couches barrières et de revêtement consomment un pourcentage de plus en plus important du volume de tranchée disponible, ce qui laisse peu de place pour un remplissage en cuivre suffisant et risque d'entraîner des problèmes de résistance et de fiabilité élevées. Applied Materials a résolu ce problème avec cette toute nouvelle combinaison de matériaux.
Leur dernière solution de matériaux intégrés (IMS) combine six technologies de base différentes dans un système à vide poussé, notamment une première dans l'industrie, l'association du ruthénium et du cobalt pour former un revêtement métallique binaire ultra-mince de 2 nm. Cela permet une réduction de 33 % de l'épaisseur du revêtement par rapport aux générations précédentes tout en améliorant les propriétés de surface pour une adhérence et une refusion du cuivre sans faille et sans vide. Le résultat final est une résistance électrique jusqu'à 25 % inférieure dans le câblage des puces, ce qui améliore les performances et réduit les fuites de puissance.
Applied Materials affirme que tous les principaux fabricants de puces logiques ont déjà adopté sa nouvelle technologie IMS à barrière de cuivre avec CVD au ruthénium pour la production de puces de 3 nm, avec des nœuds de 2 nm qui devraient suivre.
La société estime également que son marché total disponible pour les solutions de câblage de puces passera d'environ 6 milliards de dollars pour 100 000 plaquettes à compter d'aujourd'hui à plus de 7 milliards de dollars avec l'introduction de systèmes de distribution d'énergie par l'arrière.
