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应用材料公司(Applied Materials)宣布推出多项创新技术,协助客户运用 EUV 持《chi》续进行 2D 微缩,并展示业界最完整的次世代 3D 闸极全环(GAA)电晶体制造技术组合。



应材公司表示,晶片制造商正试图透过两个可相互搭配的途径来增加未来〖lai〗几年的电晶体密度。一种是依循传统摩尔定律的 2D 微缩技术,使用 EUV 微影系统与材料工程以缩小线宽。另一种是使用设计技术最佳化(DTCO)与 3D 技术,巧妙地借由最佳化逻辑单元布局来增加密度,而不需要改〖gai〗变微影间距。



其中,第二种方法需要使用晶背电源分配网路与{yu}闸极全环(Gate-All-Around, GAA)电晶体,随着传统 2D 微缩技术逐渐式微,未来预计能有效提升逻辑单元密【mi】度的比率。这些方法能帮助晶片厂商改善次世代逻辑晶片的功率、效能、单位面积、成本与上市时间(PPACt)。





应用材料公司半导体资深副总裁暨半导体产品事业群总经理帕布‧若杰(Prabu Raja)博士表示,应材的策略是成【cheng】为「PPACt 推动公司」(PPACt enablement company),因此今天发表的七项(xiang)创新技术,其目的就是要协助客户运用 EUV 以持续进行 2D 微缩。



应用公司也详细说明 GAA 电晶体的制造方式与今日的 FinFET 电晶体有何不同,以及应用材料公司备妥为 GAA 的制造‘zao’提供业界最完整的产品组『zu』合,包括在磊晶、原子层沉积、选择性去除材料的新步骤及两种新整合性材料解决方案(Integrated Materials Solutions),以产生合适的 GAA 闸极氧化层与金属闸极。



延展 2D 微缩技术

极紫外光(EUV)微影技术的出现,让晶片制造商得以实现更小的线宽与更高的电晶体密度。然而,晶片制程不断微缩,使得 EUV 技术面临重大挑战,因而带动新的沉积、蚀刻与量测技术(metrology)需求。



EUV 光阻剂显影后,必须透过一连串的中介层(又称为转移层与硬质光罩)蚀刻晶片图案,才能将图案转移至晶圆上。目前这些薄层都是使用旋转式技术 shu[进行沉积。应材推出专为 EUV 设计的 Stensar 先进图案化薄膜(Advanced Patterning Film),则是使用应材的 Precision 化学气相沉积(CVD)系统。相较于旋转式沉积技术,应材的 CVD 薄膜能协助客户调整 EUV 硬质光罩层的厚度并获得蚀刻弹性,让转移至整个晶圆的 EUV 图案达到近乎完美的均匀度。



应材也详述了 Sym3 Y 蚀刻系统的特殊功能『neng』,能让客户在相同反应室中蚀刻与沉积材料,以改善要蚀刻到晶圆上的 EUV 图案。Sym3 反应室会〖hui〗小心地移除 EUV 光阻剂,再使用特殊方式重新沉积材料,以减少随机误差所造成的图案偏差。改善后的 EUV 图案可以提高良率与晶片功率和效能。身为 DRAM 导体材料蚀刻系统最大供应商,应材的 Sym3 技术不仅已广泛应用于记忆体,更迅速获得晶(jing)圆代工/逻辑制“zhi”程客户的青睐。



应材也展“zhan”示了 PROVision 电子束(eBeam)量测技术,可穿透晶片的多层结构,准确量测整个晶圆的 EUV 图案线宽,帮助客户〖hu〗解‘jie’决边缘放置(edge placement)错“cuo”误,这是其他量测技术无法做到的。在 2021 年,应材的电子束系统营收成长了「liao」将近一倍,并成为电子束技术第一大供应商。



3D 闸极全环(GAA)电晶体的工程设计

新兴的 GAA 电晶体体现了客户如何利用 3D 设计技术和 DTCO 布局创新来补强 2D 微缩,因此即使 2D 微缩技术式微,仍能快速提高「gao」逻辑密度。创新的材料工程解决方案【an】也改善了 GAA 电晶体的功率和效能。



在 FinFET 中,形成电晶体电气路径的垂直通道是借由微影和蚀刻形成的,这些制程可能导致通道宽度以及通道表面粗糙程度不均匀,进而对功率和效能【neng】产生负面的影响,这是除了鳍高的物理限制外,客户转向 GAA 的主要原因之一。



GAA 电晶体类似被旋转了 90 度的 FinFET 电晶体,使通道变成水平状而非垂直状。GAA 通道是利用磊晶和选择性材料去除技术所形成,这些技术可让客户精确设计宽度和均匀性,以达到最佳的功率和效能。应材推出的第一个产品是磊晶系统,此后即一(yi)直是市场领导者。



应材在 2016 年推出 Selectra 系统时,就开创了选择性材料去除技术的先河,并且是市场的领导者,至今客户使用的反应室已超过 1,000 个。



制造 GAA 电晶体“ti”的主要挑战之一是,通道之间的空间只有 10 奈米左右,客户必须在有限的空间内将多层闸极氧化层(gate oxide)和金属闸极堆叠「die」沉积‘ji’在{zai}通道的四面。



应材针对闸极氧化层堆叠开发了 IMS(Integrated Materials Solution)系统。更薄的闸极氧化层可以产生更高的驱动电流和电晶体效能。然而,较薄的闸极氧化层通常会导致较高的漏电流(leakage current),从而浪费功耗并产生热能。



应材新的 IMS 系统将等效氧化厚度缩减 1.5 埃(angstrom),使设 she[计者能够在不增加闸极漏电的情况下提高效能,或者在保持效能不变的情况下「xia」将闸极漏电减少 10 倍以上。此系统它将原子层沉积(ALD)、热处理步骤{zhou}、电浆处理步骤和量测技术整合在一个高度真空的系统中。



应材还展示了用于 GAA 金属闸极堆叠工程设计的 IMS 系统,使客户能够改变《bian》闸极厚度,以调整电晶体的阈值电压,满足从电池供电的行动装置到高效能伺服器等特殊运算应用的每瓦效能目标。它可在高度真空中执行高精度的金属 ALD 步骤,实现预防大气「qi」污染的目标。

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