Transistores 2D baseados em materiais 2D têm sido demonstrados em ambientes acadêmicos e de laboratório há mais de uma década, mas nenhuma dessas demonstrações era compatível com a produção em larga escala. Elas dependiam de ferramentas de pesquisa especializadas e etapas de processo delicadas. Mas esta semana, a Intel Foundry e o Imec demonstraram um processo de fabricação de transistores de efeito de campo 2D (2DFET) pronto para 300 mm.
Tecnologias de processo avançadas modernas — como Intel 18A, Samsung SF3E e TSMC N2 — são baseadas em transistores com porta envolvente (GAA). Atualmente, todos os principais fabricantes de chips estão desenvolvendo transistores de efeito de campo complementares (CFETs) com a capacidade de empilhá-los verticalmente para aumentar a densidade além das capacidades do GAA.
Os CFETs são considerados o próximo passo além dos transistores com porta completa e espera-se que apareçam na próxima década. No entanto, a Intel e outros fabricantes de chips argumentam que a miniaturização adicional acabará por atingir os limites físicos dos canais de silício, onde o controle eletrostático e a mobilidade dos portadores se degradam devido às suas dimensões extremamente pequenas. Para solucionar esse problema, a indústria está avaliando cada vez mais materiais bidimensionais que podem formar canais com apenas alguns átomos de espessura, mantendo um controle de corrente confiável.
A Intel e a Imec apresentaram um artigo na IDM detalhando seu trabalho em uma família de dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) — materiais promissores para…A produção de chips de cristal ultrafinos. Nas estruturas demonstradas, sulfeto de tungstênio (WS2) e sulfeto de molibdênio (MoS2) foram usados para criar transistores do tipo n, enquanto seleneto de tungstênio (WSe2) serviu como material para os canais do tipo p. Esses compostos vêm sendo estudados há muitos anos, mas adaptá-los aos processos de fabricação de chips existentes em wafers de 300 mm provou ser difícil. O principal desafio eram os canais frágeis, que são facilmente danificados. Outro obstáculo para os desenvolvedores era a impossibilidade de implementar de forma confiável as soluções propostas anteriormente na produção em massa moderna.
A principal inovação apresentada pela Intel e pelo Imec é um esquema de integração compatível com a fabricação para contatos e camadas de porta. A Intel cultivou cristais 2D de alta qualidade e os revestiu com uma pilha multicamadas de óxidos de alumínio (Al2O3), háfnio (HfO2) e silício (SiO2). Em seguida, usando uma técnica de corrosão seletiva cuidadosamente controlada, conceitualmente semelhante a uma etapa na fabricação tradicional de chips, os contatos superiores foram formados. Isso garantiu a integridade dos canais 2D subjacentes, que são altamente sensíveis à contaminação e a danos físicos.
A principal inovação apresentada pela Intel e pelo imec é um esquema de integração de estrutura de contato e porta compatível com a fabricação de wafers de 300 mm. Essa abordagem resolve um dos aspectos mais desafiadores do desenvolvimento de transistores 2D: a formação de contatos escaláveis e de baixa resistência usando processos compatíveis com os equipamentos de fabricação. Além dos contatos, a Intel e o imec também…demonstrou a possibilidade de fabricação de módulos com estrutura de porta.
Fonte da imagem: imec
A importância deste trabalho conjunto entre a Intel e o imec não reside na adoção imediata em produção, visto que os transistores 2D baseados em materiais 2D são uma perspectiva de longo prazo, possivelmente na segunda metade da década de 2030 ou mesmo na década de 2040. Em vez disso, o valor desta pesquisa reside na mitigação de riscos no projeto e na subsequente produção de chips que utilizarão materiais 2D.
Ao validar a tecnologia em condições reais de produção, a Intel Foundry permite que clientes e equipes de projeto internas avaliem suas capacidades usando suposições de processo realistas e escaláveis, em vez de condições de laboratório idealizadas. Essa abordagem visa acelerar os testes de dispositivos, a simulação compacta e a pesquisa inicial de projeto.
Esta pesquisa é de particular importância para a Intel Foundry. Em primeiro lugar, a Intel Foundry continua a realizar pesquisas de longo prazo em tecnologias que serão necessárias daqui a anos, senão décadas, o que significa que a empresa terá soluções para a indústria de semicondutores nas décadas de 2030 ou 2040 e, portanto, continuará sendo uma parceira confiável. Em segundo lugar, a Intel enfatiza que, mesmo na fase de pesquisa, os novos conceitos de transistores devem ser desenvolvidos levando em consideração a viabilidade de fabricação, algo que poucas empresas conseguem alcançar.