Une nouvelle machine pour graver en 22 nm

Applied Materials, célèbre équipementier, vient de présenter une nouvelle machine permettant de graver des transistors en 22 nm. Elle introduit une nouvelle méthode de fabrication de la couche d’oxyde de la grille, un des grands défis de cette nouvelle finesse de gravure

Comme nous le mentionnions dans notre chapitre « Miniaturisation et défis technologiques à venir », cette nouvelle finesse de gravure devrait marquer l’apparition de couches isolantes « high-k utilisant du dioxyde de hafnium (comme on le fait depuis le 45 nm) dopé avec du dioxyde de silicium ou de l’oxyde d’yttrium ». À cette époque, nous parlions déjà de la nécessité de mettre à jour les méthodes de fabrication pour optimiser la permittivité électrique.

C’est ce que montre aujourd’hui Applied Materials avec sa nouvelle machine, nommée Applied Centura Integrated Gate Stack. Selon l’équipementier, l’un des points forts de son système est la possibilité de fabriquer la couche isolante entière sous vide. Ce procédé demande généralement quatre étapes qui obligeaient auparavant de l’exposer à l’air ambiant, ce qui augmente les risques de dommages. Les quatre étapes sont le dépôt de la couche qui va jouer le rôle d'interface entre le silicium et le reste de la grille, le dépôt de la couche high-k, la nitruration qui consiste à plonger l'ensemble dans un alliage ferreux pour améliorer ses propriétés et enfin la recuite. En fabricant tout sous vide, Applied Materials offre de meilleurs rendements et de meilleures performances. Selon le communiqué, ce processus de fabrication améliore la mobilité au sein du transistor de 10 % et accroît l’uniformité des transistors. Auparavant la puissance nécessaire pour changer l’état du transistor pouvait grandement varier. Avec ce nouveau processus, les disparités sont réduites de 20 % à 40 %.

Pour arriver à ses fins, la machine dépose une couche isolante de moins de 2 nm d’épaisseur à la fois. C’est un niveau de précision encore inégalé aujourd’hui. Cette méthode permet une meilleure uniformité de la couche isolante.

Très schématiquement, la grille d’un transistor joue le rôle d’interrupteur entre la source et le drain. Elle permet au courant de passer ou pas. Depuis le 45 nm chez Intel et le 32 nm chez la grande majorité des autres fondeurs, la grille est composée d’une électrode métallique et d’une couche d’oxyde à base de hafnium qui dispose d’une plus grande permittivité diélectrique. On parle souvent de diélectrique high-k. Avec l’augmentation de la finesse de gravure, les couches isolantes en dioxyde de silicium, précédemment utilisées, devenaient inadéquates, car elles étaient sujettes à un effet tunnel. Pour faire simple, la couche isolante avait du mal à bloquer les électrons. Les courants de fuite augmentaient considérablement la consommation du transistor et menaçaient son fonctionnement. En modifiant la constitution de la grille, il fut possible de pallier ce problème et obtenir des transistors plus efficaces et plus performants.