Spacer udara untuk chip 10nm

Ini adalah seri ketiga dari empat bagian tentang makalah unggulan IBM di IEDM 2016.

Pertemuan Perangkat Elektron Internasional tahunan adalah "forum terkemuka di dunia untuk melaporkan terobosan teknologi di bidang semikonduktor dan teknologi perangkat elektronik, desain, manufaktur, fisika, dan pemodelan." Jadi para peneliti IBM membawa termometer probe pemindai mereka, pengatur jarak udara mereka untuk chip 10 nanometer, chip 7 nm mereka, dan tidak mau kalah dengan silikon, mereka juga membawa nanotube karbon mereka. Makalah dan presentasi oleh IBMers dan banyak mitra ini akan ambil bagian dalam konferensi minggu ini di San Francisco.

IEDM menampilkan empat makalah IBM sebagai beberapa contoh terbaik konferensi tentang penggambaran ulang komputasi ini — memperluas Hukum Moore, dan membangun arsitektur baru, dan menggunakan materi baru untuk melampauinya. Berikut adalah melihat lebih dekat pada makalah ini, dan para ilmuwan di balik pekerjaan tersebut. Bagian ketiga adalah tentang makalah “Air Spacer untuk 10nm FinFET CMOS and Beyond”, oleh Dr. Kangguo Cheng, anggota staf teknis senior dan Master Inventor di IBM Research.

Sementara chip node 14 nm dapat diproduksi hari ini, tantangan signifikan tetap ada dalam membuat lompatan ke node berikutnya. Ketika transistor semakin kecil, kapasitansi parasit (muatan listrik yang tidak diinginkan) menyebabkan dua masalah:peralihan sinyal antar transistor melambat, sementara konsumsi daya meningkat. Cheng dan timnya di IBM's Albany Nanotech Center mengeksplorasi cara menggunakan udara sebagai isolator dalam transistor 10 nm. Spacer udara mereka telah terbukti mengurangi kapasitansi pada tingkat transistor sebanyak 25 persen, dan mengurangi kapasitansi dalam rangkaian uji osilator cincin sebanyak 15 persen.

Transistor memiliki empat elemen penting:saluran, dua reservoir (disebut sumber dan saluran) di dua ujung saluran, dan gerbang yang mengontrol saluran untuk menghidupkan atau mematikan transistor. Kontak (paduan logam) digunakan untuk menghubungkan sumber, saluran, dan gerbang ke kabel di atas transistor yang kemudian terhubung untuk melengkapi rangkaian lainnya. Ketika transistor semakin kecil dan semakin kecil, serta semakin dekat dan berdekatan, begitu juga celah antara kontak transistor. Sebagian muatan listrik, alih-alih mengalir ke saluran untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat, disimpan di celah ini. Ketika transistor beralih, muatan yang tersimpan keluar lagi, membuang-buang energi. Karena lebih banyak daya yang dibutuhkan untuk memindahkan elektron tambahan ini bolak-balik, lebih banyak energi diperlukan untuk membuat chip bekerja – yang juga membuatnya lebih panas, terkadang sampai tidak dapat digunakan.

Kiri atas: Gambar TEM dari transistor FinFET dengan spacer udara (ruang putih) pada dimensi 10nm. Kanan atas: Kerusakan setelah proses pulldown spacer yang agresif; khususnya, erosi sirip dan epitaksi sumber/saluran. Tengah bawah: Skema struktur spacer udara parsial. Spacer udara dibentuk hanya di atas sirip atas untuk meminimalkan dampak pada tumpukan gerbang. Liner dielektrik digunakan untuk lebih melindungi tumpukan gerbang selama proses fabrikasi pengatur jarak udara.

Jadi, bahan baru diperlukan untuk diletakkan di antara kontak terdekat untuk membantu mencegah elektron sial itu menempel di antara kontak. Ternyata bahan terbaik bukanlah bahan sama sekali — itu udara. Jadi tim IBM bekerja untuk mencari cara membuat ruang kecil yang diisi dengan udara di antara kontak transistor untuk membantu mengontrol berapa banyak elektron yang disimpan di celah. Proses yang dikembangkan menghasilkan transistor yang menggunakan daya 25 persen lebih sedikit, dan dengan perluasan, daya 15 persen lebih sedikit untuk seluruh rangkaian.

Spacer udara akan membantu mencapai chip 10 dan 7 nm, serta chip 14 nm yang berpotensi lebih efisien, untuk sistem generasi berikutnya.

Baca bagian pertama:Memetakan hot spot
Baca bagian kedua:Jenis chip lain dengan karbon nanotube