הצצה לזיהוי פגמים בטרנזיסטור תלת מימדי

מהו ההבדל בין טרנזיסטור מישורי לתלת מימדי ומהם האתגרים הנוגעים לזיהוי פגמים בשבב שכזה?

תמונה: flickr, cc-by, Marcin Wichary

הפוסט נכתב על ידי עמיעד קונלי, בעל תואר ראשון בהנדסת חומרים ובפיסיקה מהטכניון, ותואר שני בפיסיקה יישומית מהאוניברסיטה העברית. עמיעד הוא כיום מנהל שיווק טכני באפלייד ישראל עם אחריות על השיווק הטכני של המוצרים ותרגום צרכי שוק השבבים לדרישות עתידיות למוצרי בקרת התהליך.

הקטנת מימדי הטרנזיסטורים במעגלים משולבים, שולב באופן היסטורי עם פיתוח שיפורים תהליכיים מורכבים שמטרתם היתה הורדת מקורות הזליגה (זליגה = זרם לא רצוי שאינו נשלט על-ידי שער הטרנזיסטור). זרמי זליגה גבוהים הם בעייתים ולא רצויים, כיוון שבמוצרים בהם נדרשת מהירות עבודה גבוהה, הם יגרמו לחימום יתר ויגרמו לבעיה בפיזור החום, ובמוצרים הניידים (לפטופים, טבלטים, טלפונים סלולריים וכדומה), זרמי הזליגה יגרמו לבזבוז הספק ולכן לקיצור זמן עבודת הסוללה (ומי מאיתנו לא מקטר על סוללה שנגמרת מהר מדי).

עד לטכנולוגיית ה – 22 ננומטר עלה בידי יצרני השבבים המובילים להשיג מטרות אלה בלא צורך לשנות את המבנה המרחבי הבסיסי של הטרנזיסטור. במאי 2011 הכריזה אינטל שטכנולוגיית ה – 22 ננומטר שאמורה להיכנס לייצור במהלך 2011, תיישם טרנזיזסטורים בעלי מבנה תלת מימדי הנקראים טרייגייט (Tri-gate) או פינפט (FinFET).

מטרת הרשימה הזו היא להסביר את מבנה הטרנזיסטור החדש, ולנסות להבין קצת איך זה משפיע עלינו באפלייד ישראל – מהם אתגרי המטרולוגיה ובדיקת הפגמים הייחודיים למבנה הנ”ל.

האתגר שאמור לפתור הטרנזיסטור התלת מימדי

הקטנת המימדים הפיסיקליים של הטרנזיסטור, פירושה בראש ובראשונה הקטנת אורך התעלה בה זורמים נושאי המיטען. הקטנת אורך התעלה, מקרבת את טרמינל ה – source של הטרזיסטור לטרמינל ה – drain. קירוב זה משמעותו הגדלת זרמי הזליגה הזורמים מתחת לתעלת הטרנזיסטור. כדי להוריד את זרמי הזליגה, מתח העבודה [מתח הספק] יורד גם הוא. אך הורדת מתח הספק גורמת לכך ששער הטרנזיטור לא שולט בנעשה בתעלת הזרימה. כדי להחזיר את השער לשליטה, הקטנת המימדים מלווה גם בהקטנת עובי תחמוצת השער. הקטנה זו אמנם מורידה את זרמי הזליגה התת-ספיים (Sub-threshold leakage), אך מעלה את זרמי הזליגה הזורמים דרך תחמוצת השער.

הטרנזיסטור התלת מימדי מעלה באופן משמעותי את שליטת שער הטרנזיסטור בתעלת הזרימה (כפי שברז מים אמור לשלוט בזרימת המים) ומוריד משמעותית את זרמי הזליגה המהווים בזבוז הספק ומקור חום.

מבנה הטרנזיסטור התלת מימדי

הטרנזיסטור המישורי בנוי משער אחד מישורי, כלומר הזרימה מתרחשת אך ורק במישור האופקי של פרוסת הסיליקון תחת שער הטרנזיסטור. לעומת זאת, הטרנזיסטור התלת מימדי בנוי משלושה שערים, שניים מהם אנכיים והשלישי מישורי. כלומר הזרימה מתרחשת בשני מישורים אנכיים ובמישור אופקי אחד. האיורים הבאים (שמקורם בהכרזה של חברת אינטל מיוני 2011) ממחישים את מבנה הטרנזיזסטורים:

האתגרים המוצבים למכונות בקרת התהליך ומציאת/צילום הפגמים

כיוון שמבנה הטרנזיסטור הוא תלת-מימדי, חשיבות השליטה בזוויות של התבניות המוגדרות עולה לאין שיעור לעומת חשיבותן בטרנזיסטור המישורי. למשל הזווית בה מוגדר מה שמכונה “הסנפיר” של המבנה (Fin), ביחס לאנך קובע את רוחב הטרנזיסטור האנכי. רוחב הטרנזיסטור קורלטיבי ביחס ישר לזרם הטרנזיסטור, לכן השליטה בו היא חשובה. אתגר נוסף הוא מיפוי צפוף יותר של אורך תעלת הטרנזיסטור. מיפוי זה נדרש בשל המבנה התלת מימדי. אתגר מטרולוגי נוסף הוא מדידת עובי שכבות דקות על הקירות האנכיים של המבנה.

קושי נוסף הוא במציאת וצילום פגמים על הקירות האנכיים של המבנים התלת מימדיים. לפגמים על קירות תלת מימדיים צפויה השפעה הרסנית דומה על ביצועי הרכיב כשל פגמים במישור האופקי.

לסיכום, העולם התלת מימדי הוא אתגר גדול ליצרני השבבים, אך אתגר מורכב לא פחות למפתחי ויצרני הציוד לבקרה התהליכית.

פוסט זה נכתב על ידי עמיעד קונלי, מנהל שיווק טכני באפלייד ישראל עם אחריות על השיווק הטכני של המוצרים ותרגום צרכי שוק השבבים לדרישות עתידיות למוצרי בקרת התהליך ופורסם במקור בבלוג הרשמי של Applied Materials ישראל.


פוסט בחסות חברת Applied Materials


אפלייד מטיריאלס הינה החברה המובילה בעולם בתחום פתרונות טכנולוגיות הננו-ייצור (Nanomanufacturing Technology). החברה מספקת סל רחב של מוצרים חדשניים בתחום הציוד, התוכנה והשירות עבור יצרני השבבים המוליכים למחצה, צגים שטוחים, תאים סולריים פוטו-וולטאים, אלקטרוניקה גמישה וזכוכית יעילה אנרגטית.

מאז הקמתה בשנת 1967, אפלייד מטיריאלס מפתחת, מייצרת ומשווקת את טכנולוגיית הננו-ייצור המסייעת כיום בהפקתו של כמעט כל שבב מוליך למחצה וצג שטוח בעולם.

החברה מעסיקה כ-13,000 עובדים ב-91 אתרים הפרוסים על פני 22 מדינות ברחבי העולם. מוצרי החברה השונים מיוצרים בארה”ב, במזרח הרחוק, באירופה ובישראל. בשנת הכספים 2010 דיווחה אפלייד מטיריאלס על הכנסות בשווי 9.5 מיליארד דולר, ועד היום הגישה החברה כ-8,200 פטנטים.

החטיבה העסקית הממוקמת בישראל, PDC, Progress Diagnostics and Control משוייכת לקבוצת מערכות הסיליקון של אפלייד מטיריאלס ועוסקת בפיתוח, בייצור ובהטמעה של מוצרי בקרת איכות לתהליכי ייצור המוליכים למחצה.

כתב אורח

אנחנו מארחים מפעם לפעם כותבים טכנולוגים אורחים, המפרסמים כתבות בתחומי התמחות שלהם. במידה ואתם מעוניינים לפרסם פוסט בשמכם, פנו אלינו באמצעות טופס יצירת קשר באתר.

הגב

הגב ראשון!

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: