'Fabricage-onvolkomendheden chips zijn weg te smelten'

In een poging de opbrengst tijdens chipproductie te maximaliseren, zijn twee onderzoekers erin geslaagd onvolkomenheden in chips, die tijdens de fabricage ontstaan, te repareren.

Doctor Stephen Y. Chou en zijn student Qiangfei Xia van het Nanostructure Laboratory van de universiteit van Princeton hebben een methode ontwikkeld om imperfecties in chips na fabricage weg te smelten. Aangezien het verbeteren van het fabricageproces en het gebruik van clean rooms slechts tot op zekere hoogte de productie kan verbeteren, sloegen Chou en zijn collega een andere weg in. De afwijkingen die door etsen en lithografische bewerkingen ontstaan, zijn niet te voorkomen, zo redeneerden zij: de elektronen en fotonen die tijdens de productie van een halfgeleiderstructuur gebruikt worden, hebben een inherente afwijking, waardoor de gevormde structuren op nanoschaal niet perfect kunnen worden. Hun oplossing is simpel, doeltreffend en betaalbaar: laat de structuren zichzelf repareren.

Hiertoe ontwikkelden Chou en Xia een techniek die zij 'self-perfection by liquefaction' of 'spel' noemen. Daarmee kunnen structuren op een chip gerepareerd worden, zonder dat het noodzakelijk is voor elke fout een specifieke aanpak te ontwikkelen, zoals nu gebruikelijk is. De spel-methode laat delen van de chip kortstondig smelten en na stolling nemen ze beter de beoogde vorm aan. Zo kan een lijn van halfgeleidermateriaal met daarin bobbels en deuken bijna volmaakt recht en even dik worden na smelten en stolling.

De onderzoekers moesten voor hun spel-oplossing twee problemen oplossen: de warmte die nodig is om halfgeleiders en metalen te smelten, zou de hele chip beschadigen en het smelt- en stolproces rondt de structuren op de chip af en maakt ze lager, wat de prestaties negatief beïnvloedt. Door van een excimerlaser, die korte pulsen afgeeft, gebruik te maken, slaagden Chou en zijn team erin het materiaal zeer lokaal en gecontroleerd te laten smelten, zonder onderliggende materialen te beschadigen. Door een plaat boven de te smelten structuren te plaatsen, werden de siliconen- en metalen structuren zelfs hoger in plaats van platter: door capillaire werking trok de plaat gesmolten stucturen omhoog en werden randen rechter. De onderzoekers wisten afwijkingen in lijnen van 8,4nm te verbeteren naar slechts 1,5nm in een 70nm-brede chromiumlijn; de breedte van een siliconenbaan werd gereduceerd van 285 naar 175nm, terwijl de hoogte toenam van 50 naar 90 nanometer. De techniek kan er wellicht voor zorgen dat de Wet van Moore langer kan blijven gelden: diverse halfgeleiderfabrikanten zouden al interesse in de techniek getoond hebben.

Reacties (34)

[BartS12]

Alhoewel dit natuurlijk een bijzonder boeiende en veelbelovende aanpak lijkt, mis ik wel informatie op 1 detail: je wilt niet elk individueel spoortje afzonderlijk met een laser moeten 'nabewerken'.

Als je ~100 miljoen transistoren op een chip hebt zitten, is het volstrekt ondoenlijk (en toch in ieder geval een onbetaalbaar, en langdurig proces) om dat 1 voor 1 aan te pakken. Dus - kan dit parallel? (met honderden/duizenden lasers tegelijk?)

[NoepZor]

Repareren van onvolkomenheden is denk ik goedkoper dan het gewoonweg weggooien van "mislukte" chips. En daarnaast als die laser zeer snel werkt en er veel meer chips uit een wafer gehaald kunnen worden en de chip zuiniger is (kleiner procedé mogelijk?) wat is dan het probleem om het niet toe te passen.

[TERW_DAN]

Repareren van onvolkomenheden is denk ik goedkoper dan het gewoonweg weggooien van "mislukte" chips.

Dat vraag ik me dus af. Je moet immers weten waar de fout zit, dit moet worden gefixed en dit is per chip afhankelijk Het hangt natuurlijk af van de hoeveelheid chips die defect raken, de tijd die het kost om te testen, de tijd die het kost om het probleem te lokaliseren en de tijd die het kost om het te repareren.

Ik kan me echter voorstellen dat chips die steeds geavanceerder worden ook steeds duurder worden in de productie en dat het daardoor dus zeker interessant is om het te gaan fixen op deze manier.

[Jiriki]

Nee, dat is net het voordeel van dit procedee:

Daarmee kunnen structuren op een chip gerepareerd worden, zonder dat het noodzakelijk is voor elke fout een specifieke aanpak te ontwikkelen, zoals nu gebruikelijk is.

Dus je kunt per laag de eigenschappen optimaliseren, en niet specifieke fouten repareren.

[arjankoole]

Repareren van onvolkomenheden is denk ik goedkoper dan het gewoonweg weggooien van "mislukte" chips.

Een imperfecte chip is niet perse een mislukte. Het is wel van invloed op de chip als geheel. De betere chips zijn de high-end versies, de mindere de low-end versies. Allemaal uit 1 lijn.

[Rob Coops]

Uit de bron:

The structures need to be melted for only a fraction of a millionth of a second, because molten metal and semiconductors can flow as easily as water and have high surface tension, which allows them to change shapes very quickly.

The conventional approach to fixing chip defects is to measure the exact shape of each defect, and provide a correction precisely tailored to it -- a slow and expensive process, Chou said. In contrast, Chou's guided melting process fixes all defects on a chip in a single quick and inexpensive step. "Regardless of the shape of each defect, it always gets fixed precisely and with no need for individual shape measurement or tailored correction," Chou said.

Dus het lijkt er op dat gewoon de hele halfgeleider en metaal laag gesmolten wordt en dan recht getrokken.

Dit betekent dus dat niet logische defects worden opgelost maar dat de kleine onvolkomendheden die het verschil maken tussen een chip die gewoon werkt en een waar er te veel overspraak is tussen componenten door afwijkingen tussen het filter en het eind resultaat.
Logische defects zoals een design fout is gewoon jammer, een designert ontslagen en een nieuwe achter de teken tafel.

Edit: ik kan gewoon niet spellen

[Reactie gewijzigd door Rob Coops op 23 juli 2024 15:04]

[base_]

Als je het artikel goed leest staat er duidelijk dat niet ieder defect afzonderlijk bewerkt hoeft te worden. Er wordt een laser gebruikt om alleen het (hele) oppervlak nauwkeurig te smelten

[Thomix]

Je bewerkt ook niet ieder spoortje los (daar is je laser niet nauwkeurig voor), je verhit een (flink) oppervlak.
Ik zie wel problemen in gebruik van verschillende materialen (Al, SiO, etc): bij verhitting zetten ze allemaal anders uit wat na stolling tot mechanische spanningen leidt. Ik ben benieuwd hoe ze dat aanpakken.

[Verwijderd]

Kan ook juist andersom.. Vaak hebben materialen juist door hun huidige productie process spanningen, die je er juist door verhitting uit kunt halen. ("gloeien")

Het is maar de vraag in hoeverre opdampen wat gebruikt wordt om de metalen er uberhaupt te deponeren niet juist meer stress oplevert, dan deze methode. Ik heb in ieder geval wel eens de vacuum klok gestript met door stress compleet omkrullend cobalt... (Was de verantwoordelijk voor die machine niet blij mee.... )

[Punkie]

Waarom niet?
De laser moet slechts een heel klein oppervlak opwarmen en heeft dus zeer weinig tijd nodig per lopende meter (of nanometer). M.a.w. het kan zeer snel gebeuren. Als ik het mag vergelijken met een simpele DVD die je schrijft, dan kan ik opmerken dat het oppervlak van een DVD vele keren groter is dan een gemiddelde chip en dat het opwarmen van het schrijflaagje heel snel kan gebeurt: enkele minuten per DVD.

[JelleMan]

Oud nieuws :-)

Als ik me goed herinner deden mensen dit jaren geleden op GOT al. CPU inbranden in de oven om imperfecties weg te branden.

edit:
Gevonden!!
[DOC] Inbranden van de CPU

Of het effect heeft is maar de vraag, maar een soortgelijk idee bestond al.

Meer info:
http://freenet-homepage.de/s.urfer/conditioning.htm

[Reactie gewijzigd door JelleMan op 23 juli 2024 15:04]

[Mathijs]

Dat draadje op GoT is natuurlijk niet te vergelijken met deze vinding.
Het verschil tussen 2 prutsers die verwachten een processor heel uit de magnetron terug te zien en twee onderzoekers die zoiets op nanoschaal voor elkaar kunnen krijgen, vind ik dermate groot dat je dat niet met elkaar kunt vergelijken.

[Toff]

Goed gezien JelleMan!
Lijkt ernstig op "prior art", ware het niet dat deze heren een methode met snelle laserverwarming gebruiken, ipv een oven (en geen magnetron, zoals hierboven denigrerend werd opgemerkt, dat was een foutje in de gebruiksaanwijzing).

[tweakerbee]

Ze hadden het eerst ook geprobeerd op microwave stand. Dat ging niet goed. De ovenstand bleek vervolgens ook een klein beetje microgolfstraling af te geven: proc nummer 2 kapot.

Of hetzelfde effect optreedt durf ik niet te zeggen. Interessant is het wel.

[ocdaan]

Je vraagt je af waarom ze hier niet eerder op gekomen zijn nietwaar

Maar als de banen hoger worden na het correctie-process veranderden daarmee dan ook niet de eigenschappen van chip vraag ik me af?

[High-Voltage2]

De karakteristieke impedantie van de baantjes zal wel lichtjes wijzigen, maar die wijziging lijkt me zo nihil dat ze verwaarloosbaar is. Men spreekt immers van de onzekerheid in nauwkeurigheid waardoor kleine afwijkingen ontstaan. Als deze afwijkingen al geen invloed hebben op dat soort eigenschappen, dan zal de correctie ervan ook geen invloed hebben.

[airell]

Anders kun je er altijd nog rekening mee houden als dit een vast proces is in de fabricage.

[merethan]

idd, dit trucje kennen we al jaren van het soldeerwerk

[kzin]

Men was er al wel eerder op gekomen, maar de markt was er nog niet klaar voor (m.a.w.: de noodzaak bestond nog niet.
Er was al een (Nederlands) systeem waarbij een wafer 'drijvend' tussen gaslagen in een seconde tot een paar honderd graden werd verhit. Had een soortgelijk effect.

[Reactie gewijzigd door kzin op 23 juli 2024 15:04]

[Amanoo]

Dit is idd erg simpel. Net popcorn
Je stopt slechte chips in de magnetron, en je haalt er geperfectioneerde uit.
Hoewel ik ze liever niet in de magnetron zou stoppen xD.

[Verwijderd]

Maak jij van chips popcorn?

Maar dit soort technieken gebruiken ze ook bij het maken van glas door het te laten drijven op lood ofzo iets kan ik me vaag herrinneren.

En het auto's doen ze het ook deukje? Verhitten, zuignap (of soms klein spijkertje vast lassen), PLONG! en het zit vrij wel weer in de orginele vorm, poetsen en spuiten maar!

[Toontje_78]

Vlakglas word tegenwoordig vrijwel alleen geproduceert door op tinbaden te gieten. (Lood is een beetje giftig.)

proces

[joepHDW]

Het is nog maar de vraag of je met deze techniek de Wet van Moore langer kan blijven gelden. Je zult namelijk nog steeds eerst de niet-perfecte laag aan moeten brengen, die daarna wordt gecorrigeerd. Als de structuren op de niet-perfecte laag te dicht bij elkaar komt zullen ze bij de correctie samensmelten tot een structuur.

Kunnen natuurkundigen dit bevestigen?

[leuk_he]

Ik denk dat je fouten in het proces kunt corrigeren voordat het een probleem is.

Het proces om de structuur in chips aan te brengen bestaat uit meerdere lagen. Als een laag gecorrigeerd wordt voordat de volgende laag wordt aangebracht is het nog geen fout.

PS, ik denk dat je een nanokundige nodig hebt.

[beascob]

idd, in een chip heb je meerdere lagen (lay ers) ,als iedere laag 285/175 keer zo scherp te definiëren is dan heeft dat bij 10 lagen al zeer veel winst.

[Verwijderd]

Niet helemaal...

Joep heeft gelijk... De lijnen in het voorbeeld zijn inderdaad dunner... maar de hoeveelheid lijnen per mm blijft wel gelijk.

Je hebt dus wel een beter gedefinieerde chip... maar niet meer transistoren per oppervlak. In die zin, helpt het dus niet om Moore in stand te houden....

Misschien dat die betere definitie, en dunnere lijnen wel helpen om hogere frequenties te halen, en minder lekstroom, en dat zou dan wel helpen om Moore aan te houden...

[Kalief]

Die structuren worden bij smelten toch lager door de zwaartekracht? Hef die dan op door het proces in een roterende trommel uit te voeren (of draai de chip om).

[veldmuis]

In het artikel staat dat dat al gebeurd door capillaire werking.

[freaq]

klopt maar kalief stelt een andere manier voor...
echter of dat werkt is de vraag, de aantrekkingskracht van de bodem zal sterker werken op het gesmolten materiaal dan de zwaartekracht zelf ( druppel aan de vinger idee weet niet hoe het heet....)

[Toontje_78]

Op zo een kleine schaal is zwaartekracht van geenerlij invloed; Brownse beweging, oppervlaktespanning en vast meer waar 'k zo niet op kom van veel groter belang bijvoorbeeld.

Dat brengt ons wel bij de vraag of verlaging van de oppervlaktespanning door surfactanten de lijntjes beter zou definieren.

[Verwijderd]

Ik neem aan dat er silicium bedoeld wordt in plaats van siliconen (Veelgemaakte fout tijdens de vertaling, in het Engels is het silicon)

[Verwijderd]

@kalief

zwaartekracht is zo'n zwakke kracht in verhouding met de kracht die deeltjes samenhoud dat op nanometer schaal het ontzettend weinig boeit, zeker bij verhitting van fracties van seconden.

[MikeVM]

nl. de adhesie en cohesie krachten,

[Verwijderd]

zo dit is een hele vooruit gang. het zou natuurlijk enorm veel winst extra opleveren voor cpu en gpu bakkers als zei gedeeltelijk mislukte chips kunnen maken en als nog als high end kunnen verkopen. zo zouden bijv grote cpu's zoals de phenom bijv minder chips hoeven te verkopen als triple core. en zou je ook makklijker de clocks wat kunnen opvoeren omdat dit dan voor meer van de cpus haal baar is die op de waffer gebakken zijn.