Sarà il cobalto a far progredire l'industria dei semiconduttori. "Il più grande cambiamento da 15 anni a questa parte nel mondo delle interconnessioni dei microchip", l'ha definito Applied Materials, famosa azienda che realizza macchinari, usati da Intel e non solo, per la produzione di chip elettronici.
Applied Materials ha messo a punto un nuovo macchinario chiamato "Applied Endura Volta CVD Cobalt" che può essere usato per realizzare chip fino a 10 nanometri continuando a usare il rame per collegare i transistor. Il materiale è un buon conduttore di elettroni, ed è per questo che è ampiamente usato in elettronica, ma può causare tanti problemi se non è correttamente schermato dagli altri materiali che costituiscono il chip.
I macchinari Endura, usati fino ai 28 nanometri
Per questo l'azienda statunitense ha messo a punto due applicazioni, chiamate "conformal cobalt liner" e "selective cobalt capping layer", che permettono di isolare i fili di rame e migliorare l'affidabilità di almeno 80 volte. L'uso del cobalto come metallo "incapsulatore", piuttosto che il tantalio, è uno sviluppo importantissimo che potrebbe consentire alla "Legge di Moore" di rimanere ancora attuale. "Le prestazioni dei processori, e il numero di transistor ad esso relativo, raddoppiano ogni 18 mesi", diceva il fondatore di Intel oltre 50 anni fa, esprimendo una teoria valida almeno fino ai giorni nostri.
L'avanzamento dei processi produttivi, i limiti del silicio e non solo stanno mutando la situazione. Sono in molti a ritenere che la "legge" sia già morta, o sia destinata a perdere peso nei prossimi anni. L'affidabilità e le prestazioni dei collegamenti tra i miliardi di transistor che compongono un chip è critica per il raggiungimento di rese produttive elevate. Le interconnessioni, sempre più piccole, possono dare vita a diversi problemi come l'elettromigrazione, che possono portare a malfunzionamenti e guasti.
Come cambia la produzione con l'adozione del cobalto per incapsulare i fili di rame
Il macchinario di Applied Materials consente di superare queste complicazioni. Ma come funziona? Anzitutto è bene capire come lavorano i precedenti macchinari Endura. Per prima cosa si effettua un passaggio di pulitura per rimuovere le particelle rimaste dopo l'incisione del wafer. Poi si usa la deposizione fisica da vapore (PVD) per aggiungere uno strato di nitruro di tantalio/tantalio (TaN/T) che agisce da barriera per impedire la diffusione del rame nel dielettrico. Successivamente si deposita, sempre tramite PVD, uno strato sottile di rame sulla barriera. Infine, il wafer è sottoposto a galvanostegia e lucidatura.
Con la nuova soluzione Endura Volta CVD, il cobalto viene depositato sopra una barriera TaN prima dello strato di rame. Poi, effettuata la galvanostegia e la lucidatura, un processo di deposizione CVD selettivo isola il rame con il cobalto, in modo che il collegamento sia completamente incapsulato, così da impedire interferenze non volute. Applied Materials ha già inviato 75 i macchinari Endura Volta CVD Cobalt ai propri clienti, in modo che possano testare il nuovo sistema di produzione.