На конференции VLSI Technology and Circuits компании ASML и TSMC, а также бельгийский исследовательский центр IMEC совместно представили техпроцесс массового производства 2D-транзисторов на 300-мм кремниевых пластинах. Его внедрение произойдёт не завтра и не послезавтра, но точно будет востребовано после исчерпания ресурсов обычных кремниевых транзисторов нанометрового масштаба. По крайней мере, TSMC уже знает, куда ей двигаться дальше.
Источник изображения: IMEC
Транзисторы масштаба 2D с атомарно тонкими проводящими каналами — это очевидное будущее электроники. Снижение масштабов технологических процессов делает транзисторные каналы всё короче и короче, что начинает мешать управляемости этими электронными приборами. Атомарно тонкие каналы можно надёжно перекрывать или открывать ничтожными токами на уровне статики, что также сделает такие полупроводники менее прожорливыми и более холодными.
Проблемой оставалось производство 2D-транзисторов обоих типов (полярностей) в рамках экосистемы 300-мм пластин, с чем успешно справились IMEC, ASML и TSMC. По крайней мере, они заявили об этом в совместном пресс-релизе.
Как сообщается в документе, на 300-мм кремниевой пластине партнёры продемонстрировали «масштабируемую интеграцию» nFET- и pFET-транзисторов с каналами из TMD-материалов — дихалькогенидов переходных металлов. Для nFET использовался MoS2 (дисульфид молибдена), а для pFET — WS2 (дисульфид вольфрама) или WSe2 (диселенид вольфрама). Все представленные транзисторные структуры изготовлены с шагом CPP (contacted poly pitch) 50 нм, что примерно соответствует 3-нм технологическому процессу.
По данным IMEC, новые транзисторы показали хорошие вольт-амперные характеристики, низкий ток утечки в выключенном состоянии и работоспособность обоих типов проводимости — n- и p-типа — на одной 300-мм пластине.
Более того, инновационные 2D-транзисторы можно производить на обратной стороне пластины, куда стало модно переносить питание и часть интерфейса, разгружая лицевую сторону для чего-то полезного. Для этого предложено решение в виде канавок с вольфрамовой металлизацией на обратной стороне пластины, на которые впоследствии осаждаются 2D-материалы. Такой подход позволяет уменьшить контактную область транзисторов, не ухудшая их характеристик. Изготовление 2D-транзисторов, что также важно для экономии средств, происходит с использованием только одной маски на слой (при однократном экспонировании).
Впрочем, нужно ещё раз уточнить, что пока это не готовый коммерческий техпроцесс TSMC, а демонстрация возможности его переноса «из лаборатории на фабрику». Потенциально такие 2D-транзисторы могут использоваться в сверхмасштабируемой логике и для заполнения обратных сторон пластин, включая интерфейсы для стековой компоновки или подвода питания с тыла.