Данный метод потенциально способствует уменьшению издержек производства и снижению вероятности брака в чипах. Нидерландская организация разработала инновационную углеродную технологию, позволяющую ликвидировать микроскопические промежутки в усложняющихся трехмерных чипах, объединяя два ключевых производственных этапа в единый цикл.
Ирина Медведева
Иллюстрация: установка компьютерного процессора на материнскую плату. Narumon Bowonkitwanchai / Getty Images
ASM International, компания-производитель полупроводникового оборудования из Нидерландов, во вторник 22 сентября обнародовала текучий углерод XP8 Vertos. Данный продукт заявлен как первая в отрасли пленка на основе текучего углерода, создаваемая с помощью плазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD).
Руководство ASM International полагает, что это изобретение способно упростить процесс выпуска интегральных схем. Оно совмещает в себе процедуру заполнения зазоров и планаризацию (создание ровной плоскости) в рамках единой установки PECVD. Подобный подход может уменьшить сложность технологического процесса, производственные расходы и вероятность появления дефектов в условиях перехода производителей к более сложным объемным архитектурам.
«Продолжающееся масштабирование все более совершенных устройств в индустрии определяется не только архитектурой и конструктивными решениями, но и новшествами в области материаловедения», — прокомментировал Хишем М’Саад, главный исполнительный директор. Эта методика уже используется в серийном производстве и применима как к логическим чипам, так и к модулям памяти.
Заполнение пустот в чипах
Хотя углеродные пленки применяются изготовителями микросхем уже более двадцати лет, как отмечает М’Саад, подобные материалы не рассчитаны на работу с усложняющимися структурами, характерными для актуальных 3D-чипов. Проблема заключается в том, что они повторяют очертания элементов, на которые наносятся. Вследствие этого при добавлении очередных слоев могут возникать неровности. Чтобы их устранить, изготовителям приходится проводить дополнительные операции по обработке.
Для преодоления этой сложности в ASM применили иной принцип с использованием материала Vertos Flowable Carbon. Он способен проникать в сложные фрагменты чипа и наполнять их снизу вверх. Параллельно с этим происходит его самовыравнивание, в итоге создается гладкая однородная поверхность, готовая к последующему нанесению рисунка.
Кроме того, он эффективно заполняет труднодоступные конфигурации с высоким аспектным соотношением, не оставляя при этом пустот и швов. Материал также показывает улучшенную термостойкость и избирательность при осаждении.
С точки зрения физики процесса, принципиальное отличие нового материала заключается в механизме его роста. Вместо того чтобы осаждаться сверху, повторяя топографию нижележащих элементов, он начинает полимеризоваться непосредственно в глубине зазоров, равномерно поднимаясь к поверхности.
Это достигается за счет специального прекурсора и контролируемого режима плазмы, которые обеспечивают низкую вязкость пленки на начальной стадии. В результате материал, по сути, «течет» в самые узкие каналы, заполняя их без образования пустот, а затем затвердевает, формируя идеально плоскую верхнюю границу. Такое поведение особенно ценно при создании памяти с вертикальной архитектурой, где глубина каналов постоянно увеличивается, а ширина сокращается, делая традиционное заполнение все более рискованным.
Упрощенный подход к созданию чипов
Ключевое достоинство этой технологии заключается в возможности исключить лишние этапы обработки. Поскольку углеродный материал самостоятельно выравнивается при осаждении, изготовители могут не применять последующую химико-механическую полировку или обратное травление, традиционно необходимые для получения нужной поверхности.
«Совмещение управляемой текучести, термической стабильности и селективных характеристик в одной PECVD-платформе — это то, с чем рынок еще не сталкивался. Это дает возможность создавать такие конфигурации устройств, которые недостижимы при использовании существующих углеродных пленок», — подытожил Тайлер Сэмпл, вице-президент и глава направления PECVD в ASM, в официальном сообщении.
Сокращение числа операций может привести к уменьшению производственных расходов и снижению риска появления бракованных изделий. Данная разработка появилась на фоне все более активного использования производителями сложных 3D-структур для роста производительности.
Преимущества инновации и задачи
Для производителей логических микросхем это открывает новые возможности в области гетерогенной интеграции и создания композитных структур, где требуется сочетать материалы с различными электрическими и тепловыми свойствами.
Возможность наносить углеродный слой с заданной селективностью позволяет избегать нежелательного осаждения на определенных участках, что упрощает процессы самосборки и упрощает создание сложных многослойных соединений.
Одновременно улучшенная термостойкость пленки делает ее пригодной для использования в качестве защитного барьера при последующих высокотемпературных циклах обработки, что снижает риск деградации нижележащих структур. Это позволяет инженерам более агрессивно масштабировать транзисторы, не опасаясь потери целостности изолирующих слоев.
Внедрение подобных решений также меняет экономику производства в долгосрочной перспективе. Сокращение числа операций автоматически ведет к уменьшению потребления химикатов и энергии на каждую пластину, что напрямую снижает углеродный след предприятий.
Кроме того, уменьшение количества этапов уменьшает количество потенциальных источников брака: каждая дополнительная операция с пластиной — это вероятность появления дефекта, требующего отбраковки или повторной обработки.
В условиях, когда стоимость передовых узлов измеряется десятками миллионов долларов, даже небольшое повышение выхода годных кристаллов может окупить затраты на разработку нового материала. Поэтому объявление ASM следует рассматривать не только как технический прорыв, но и как стратегический шаг для укрепления своих позиций в цепочке поставок передовых полупроводников.
Перспективы развития
Однако практическая реализация технологии сопряжена и с рядом вызовов. Во-первых, требуется адаптация существующих рецептур под конкретные архитектуры заказчиков, поскольку поведение углеродной пленки может варьироваться в зависимости от ширины зазоров и типа нижележащего материала.
Во-вторых, необходимо тщательно верифицировать совместимость нового слоя с последующими процессами литографии и травления, чтобы избежать непредвиденных взаимодействий.
В-третьих, переход к серийному использованию потребует от производителей обновления квалификации инженеров и пересмотра технологических маршрутов. Тем не менее, учитывая давление со стороны рынка и растущую сложность чипов, индустрия проявляет высокую готовность к подобным инновациям, и, вероятно, в ближайшие годы мы увидим дальнейшее распространение этого подхода в арсенале ведущих фабрик мира.
Появление материала XP8 Vertos знаменует собой не просто улучшение отдельного этапа производства, а сдвиг в самой парадигме построения многослойных структур. Традиционная логика предполагала последовательное выполнение операций: сначала заполнение рельефа, затем его механическое или химическое выравнивание, и только после этого — нанесение следующего слоя.
Каждый из этих шагов требовал отдельного оборудования, строгого контроля параметров и времени, что неизбежно увеличивало стоимость кристалла. Интеграция двух функций в одной PECVD-камере сокращает не только количество установок, но и число перегрузок пластины между ними, что критически важно для минимизации риска загрязнений и механических повреждений, особенно при работе с хрупкими и тонкими подложками.
Параллельно растущие запросы на вычислительные ресурсы, особенно в области искусственного интеллекта, стимулируют изготовителей чипов к созданию новых технологий и материалов. В связи с этим Ассоциация полупроводниковой промышленности (SIA) прогнозирует достижение мировым рынком полупроводников отметки в 1,5 триллиона долларов США к 2026 году.
«Согласно ожиданиям, глобальные продажи чипов в 2026 году превысят 1,5 триллиона долларов США, при этом показатели за второй квартал 2026 года будут существенно выше данных первого квартала 2026 года», — сообщил Джон Ньюффер, президент и генеральный директор SIA. По его словам, высокие объемы реализации в Северной и Южной Америке, Азиатско-Тихоокеанском регионе и Китае продолжают поддерживать общемировой рост полупроводникового рынка.
