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近真空环境中诞生的微型晶体管

简介
应材公司发明新的晶体管制造技术,晶体管宽度缩至22纳米。

纳米晶体管变得更小了!位于圣克拉拉市的应用材料公司发明了一种新的芯片制造工艺,并造出了纳米级的微型晶体管。

应用材料公司目前可以将数十个微小的粒子集中在一起,形成可以帮助控制电脑芯片电流的基极层。制造工艺本身是最大的进展。应用材料公司发明了一种使数台互联的制造设备保持在近乎绝对真空状态的方法。在这种真空水平下,一个纳米粒偏离轨道便会前功尽弃。

氮氧化硅材料在极微小的尺寸下阻碍电子的能力很差,所以另一进展是用铪(也用于核控制棒)替代一般的氮氧化硅制造基极。(戈登·摩尔本人称这项技术是领域内40年来最大的进步。在可见的未来,这项技术或许可以让处理器与他的摩尔定律一样比肩齐飞。)

应用材料公司的系统意味着晶体管的宽度大致为22纳米,这和目前约45纳米的标准宽度截然不同,将导致更小更便宜的电脑设备出现。现在我们将揭示晶体管的小型化是如何发生的。

 Prep the wafer

准备晶圆

硅晶圆首先会受到高能粒子的轰击,这样便界定了用于晶体管基底成形的区域。一片硅晶圆起初重128克,价值100美元。在多达3000亿个晶体管制成后,硅晶圆的重量仅增加了1克,但加工好的晶圆片却可以被切割成价值10万美金的芯片。

Load it

装载晶圆

一只精密度极高的机械手将晶圆移入机器,机器的过滤系统会除去大气带来的灰尘颗粒,撒出的带负电的离子会中和静电。随后,另一只机械手会将晶圆移入下一个腔室。

Seal the chamber

封闭腔室

为了使制造环境更加洁净,真空泵几乎抽出了腔室内所有的空气。腔室内的气压此时仅为大气压的万分之一。这个腔室的设计非常细致,可以防止产生污染晶圆的冷凝和湍流。

Lay down the base

基底制造

晶圆被加热至华氏1800度的高温,并和极易反应的氧原子发生接触。氧和晶圆中的硅发生反应,形成了一层二氧化硅。这层三个原子厚的二氧化硅便是晶体管其他部分附着的基底,就像在刷最后一层漆前先要刷一层底漆。

Deposit the hafnium

铪的沉积

现在,设备将在晶圆表面的附着层上沉积一层氧化铬分子。这一过程将不断重复,直到形成大约12层原子(约三纳米后)。这层薄薄的氧化铬(非一般的氮氧化硅)行成了栅极堆栈。(栅极是控制晶体管开关的大门。)

Form nitrogen compounds

成氮混物

氧化铬和氮的混合物比单纯的氧化铬截留电荷的能力更强。氧化铬和氮在下一个腔室内混合。数股含氮气流被快速推进形成等离子体,同时晶圆被施以电压。这样,氮原子射入晶圆,在氧化铬分子间沉积。

Complete the transistor

晶体管完成

晶圆被移至快速热处理腔,并被加热至华氏1300-1800使氮原子扩散就位。这一环节完成后,其他数台设备将制作接头、导线及器件。最后,芯片的制程完毕。

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