De steeds complexere 3D-architectuur van chips stelt niet alleen hogere eisen aan lithografie, maar ook aan materialen en productieprocessen. ASM introduceert daarom Vertos Flowable Carbon, een nieuwe depositietechnologie die twee bewerkingen – het vullen en vlakmaken van structuren – in één proces combineert. Daarmee wil het Almeerse chipmachinebedrijf het aantal processtappen, de kans op defecten en de productiekosten terugbrengen. De technologie draait inmiddels in high-volume manufacturing.
De wedloop om meer rekenkracht, onder meer voor AI, dwingt chipfabrikanten om steeds complexere structuren in drie dimensies te bouwen. Dat maakt ook het productieproces ingewikkelder. Materialen moeten in steeds smallere en diepere structuren kunnen worden aangebracht, terwijl iedere extra processtap gevolgen heeft voor doorlooptijd, yield en uiteindelijk de kostprijs van een chip.
Precies daar richt ASM zich met XP8 Vertos Flowable Carbon op. Volgens het bedrijf is het de eerste flowable carbon film die met plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) wordt aangebracht. De technologie is geschikt voor zowel logic- als memorychips.
Van meerdere bewerkingen naar één proces
Bij conventionele koolstoffilms volgt het aangebrachte materiaal de vorm van de onderliggende structuren. Oneffenheden worden daardoor als het ware meegenomen naar de volgende laag. Om weer een vlak oppervlak te krijgen, zijn aanvullende bewerkingen nodig.
Vertos werkt anders. Het materiaal stroomt in de structuur, vult deze van onderaf en maakt het oppervlak tegelijkertijd vlak. Ook diepe structuren met een hoge aspectratio kunnen volgens ASM zonder naden of holtes worden gevuld.
‘Conventionele koolstoffilms zetten materiaal af dat de vorm van de structuur volgt. Daardoor worden topografieproblemen naar boven doorgegeven en zijn extra processtappen nodig om die te corrigeren’, zegt Tyler Sample, Vice President PECVD Key Product Unit bij ASM. ‘Vertos Flowable Carbon verandert dat. Het materiaal stroomt in de structuur, vult deze van onderaf en planariseert zichzelf.’
Het praktische voordeel voor chipfabrikanten zit vooral in de integratie. Het vullen en planarizeren gebeurt binnen één PECVD-systeem. Afzonderlijke stappen zoals chemical mechanical planarization (CMP) of etch-back kunnen daardoor vervallen. Minder processtappen betekenen potentieel een hogere throughput, lagere productiekosten en minder momenten waarop defecten kunnen ontstaan.
Materiaal wordt bepalender voor maakbaarheid
Daarmee illustreert de introductie ook een bredere verschuiving binnen de halfgeleiderindustrie. Verdere chipontwikkeling wordt niet alleen bepaald door kleinere structuren of nieuwe machinegeneraties. Materiaaltechnologie en de integratie van productieprocessen worden minstens zo belangrijk om nieuwe chipontwerpen daadwerkelijk op grote schaal te kunnen produceren.
‘Het vermogen van de industrie om steeds complexere devices verder te schalen, hangt net zo sterk af van materiaalinnovatie als van architectuur en ontwerp’, zegt ASM-ceo Hichem M’Saad. Volgens hem laat Vertos zien hoe materiaalontwikkeling kan worden vertaald naar oplossingen voor nieuwe integratievraagstukken in de chipfabriek.
Voor ASM is dat een belangrijk speelveld. Het bedrijf heeft een sterke positie in atomic layer deposition (ALD) en epitaxy en verbreedt met de nieuwe technologie zijn mogelijkheden binnen patterning. Naast het zelfplanariserende karakter heeft de nieuwe film volgens ASM een hogere thermische stabiliteit en eigenschappen voor area-selective deposition.
AI vergroot druk op productie
Achter die technologische ontwikkeling zit een snelgroeiende markt. De vraag naar rekenkracht voor AI en datacenters stimuleert chipfabrikanten om de prestaties en dichtheid van hun devices verder op te voeren. Tegelijkertijd moet die steeds grotere complexiteit in de fab beheersbaar blijven.
Daar komt de relatie tussen technologie en markt samen: een geavanceerder chipontwerp heeft pas economische waarde wanneer het met voldoende snelheid, betrouwbaarheid en yield in grote volumes kan worden geproduceerd.
Dat Vertos inmiddels in high-volume manufacturing wordt toegepast, is daarom relevanter dan alleen de introductie van een nieuw materiaal. Het betekent dat ASM de technologie van materiaalontwikkeling naar industriële productie heeft gebracht. Welke chipfabrikanten de technologie gebruiken en in welke specifieke chipgeneraties, maakt het bedrijf niet bekend.
