خطوات النقش لأوراق النانو FETs

تتضمن خطوات النقش الأكثر أهمية في عملية تصنيع الشريط النانوي حفر البوابة الزائفة، وحفر الأعمدة متباين الخواص، وحفر الفاصل المتناحي، وخطوة تحرير القناة. إن النقش الكفافي للطبقات المتناوبة من السيليكون وSiGe متباين الخواص ويستخدم كيمياء قائمة على الفلور. تم تحسين حفر الفواصل الداخلية (المسافات البادئة) وخطوة تحرير القناة لتحقيق الحد الأدنى من فقدان السيليكون في SiGe.

تعتبر خطوة إصدار القناة أمرًا بالغ الأهمية. وقال بيزارد: "إن إطلاق الشرائط النانوية يتطلب انتقائية عالية". "تتكون معظم الأشرطة النانوية من السيليكون، ثم SiGe والسيليكون مرة أخرى. لديك طبقات متناوبة، وتحتاج إلى إزالة طبقة واحدة دون تعديل الأخرى." تناقش بعض المنشورات إجراء حفر SiGe متعدد الخطوات لتقليل الضغط الناتج على الهيكل من خلال خطوة حفر واحدة.

الخطوة التالية في العملية هي تكوين جهات اتصال ذاتية الانحياز. وقال بيزارد: "هنا، ما نحاول القيام به هو حفر الأكسيد بشكل أساسي بدلاً من ملامسة النتريد أو عزله. على سبيل المثال، المواصفات الحالية هي فجوة تبلغ 3 ميكرومتر، لكن الناس يطالبون بخسارة صفر". "في هذه الحالة، نحن لا نستخدم حتى كلمة الانتقائية. نحن نتحدث فقط عن التوقف - والتوقف الصفري."

3D NAND

بالنسبة لفلاش NAND ثلاثي الأبعاد، مع استمرار زيادة عدد الطبقات، هناك حاجة إلى اعتماد طبقات مكدسة متعددة لتشكيل السلسلة الرأسية للأجهزة المكدسة. يقول روبرت كلارك: "علاوة على ذلك، مع زيادة الطبقات، هناك دافع قوي لتوسيع نطاق خط الكلمة أو التباعد الرأسي/Z للطبقات من أجل زيادة كثافة البت." يأتي هذا من كبار أعضاء الطاقم الفني ومديري التكنولوجيا في TEL. من منظور العملية، تحتاج عمليات الحفر والترسيب إلى تحسين مستمر لاستيعاب الأبعاد الحرجة الأصغر حجمًا ونسب العرض إلى الارتفاع الأعلى المطلوبة للقياس.

يصف كلارك التغييرات المستقبلية قائلاً: "بالنظر إلى العقد المتقدمة لأجهزة مصيدة الشحن متعددة الطبقات، ستكون هناك حاجة إلى هندسة مجموعة البوابة لتحقيق أطوال بوابة أقصر، ومستويات طاقة أكبر لكل خلية، وتحسين كفاءة البرمجة، وهو ما يمكن تحقيقه من خلال اعتماد مواد عالية k. قد تكون هناك حاجة أيضًا إلى قنوات موصلية أعلى لتحل محل قنوات poly-Si.

من أهم خطوات الحفر في تقنية NAND ثلاثية الأبعاد حفر ثقوب بعمق حوالي 3 نانومتر عبر طبقة من أكثر من 100 طبقة من الأكسيد والنتريد، بأعماق تصل إلى 200 ميكرومتر. ويشير بيزارد من شركة imec إلى أن هذه الخطوة مكلفة للغاية.

يقول: "لدينا ظاهرة فيزيائية تسمى تأثير الشحن التفاضلي". "في البلازما، لدينا إلكترونات، أيونات، وأنواع محايدة لتبسيط الأمور. تتحرك الإلكترونات في كل الاتجاهات، لكن الأيونات تتسارع عموديًا إلى السطح. لذلك، في أسفل الحفرة، لديك شحنات موجبة، وفي الأعلى، الشحنات السالبة، مما يخلق مجالًا كهربائيًا يحاول صد الأيونات الواردة."

ونتيجة لذلك، هناك حاجة إلى مستويات طاقة عالية لحفر الخنادق بالكامل. ويضيف: "نحن نعمل على الحفاظ على مستويات طاقة تتراوح بين 30-50 كيلووات دون توليد انحناء، لذا يجب أن يكون ظرف الظرف مصقولًا ومصنعًا بشكل جيد للغاية."

يؤدي الحفر العميق أيضًا إلى إجهاد يجب تقليله، خاصة وأن الخطوات اللاحقة في تصنيع NAND متعدد الطبقات تتضمن ترقق الرقائق، والمحاذاة الدقيقة، والترابط الهجين مع الطبقة التالية.

عمليات أخرى

لا تنتج جميع الشركات المصنعة للرقائق شرائح متطورة تتطلب الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية. تقوم العديد من الشركات المصنعة بتوسيع عمليات الطباعة الحجرية والحفر الخاصة بها بطول 193 نانومتر.

يقول بريان ويلبر، مدير تنويع منتجات أشباه الموصلات في شركة Bruel Science Corporation: "لقد قدمنا مؤخرًا مادة SOC عالية الحرارة تعمل على توسيع قدرتها على التنميط ويمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة، سواء تم استخدامها كطبقة سفلية لطبقات الأمراض القلبية الوعائية أو كقناع. ".

من المتوقع أن يشهد BEOL (نهاية الخط الخلفي) المستخدم في أضيق الخطوط المعدنية تحولاً جذرياً من مخططات التكامل الدمشقي المزدوج إلى الترسيب الطرحي والحفر للوصلات البينية غير النحاس. وفي هذا الصدد، شهد الرينيوم والموليبدينوم أهم التطورات. لديهم مزايا مختلفة. الموليبدينوم أكثر عرضة للأكسدة أثناء الحفر، مما يجعله أكثر توافقاً مع المخططات الدمشقية المزدوجة وأرخص سعراً أيضاً. الرينيوم معدن ثمين، لذلك لا يعاني من نفس مشاكل التآكل، لكنه يأتي بتكلفة أعلى بكثير.

أصبحت هياكل الأجهزة أيضًا أقل تسامحًا مع أخطاء وضع الحافة. يقول كلارك من TEL أنه ستكون هناك حاجة إلى أساليب جديدة لتحقيق المحاذاة الذاتية بين الطبقات، وكذلك بين المنافذ والوصلات البينية. "قد تكون التطبيقات الأولى عبارة عن سطور كلمات مدفونة لـ DRAM وطبقات معدنية صغيرة المسافات في MOL للمنطق، حيث يتطلب الأمر استقرارًا حراريًا أعلى ومقاومة أقل أو معادن غير خطية."

تطوير الجيل القادم

وبالنظر إلى المستقبل على المدى الطويل، من الناحية المثالية، ستنتقل الصناعة إلى العمليات الخلفية بميزانيات حرارية أقل (أقرب إلى 300 درجة مئوية بدلاً من 400 درجة مئوية) لتمكين دمج الأجهزة في طبقات التوصيل البيني الخلفية.

صرح كلارك من TEL، "تحتاج الصناعة إلى البدء في بناء الأجهزة في طبقات أكثر. وهذا يعني أننا بحاجة إلى بناء أجهزة الذاكرة والمنطق ضمن الميزانية الحرارية للخط الخلفي (BEOL)."

ذكر كلارك أيضًا أن الأجهزة المصنعة باستخدام أكسيد أشباه الموصلات تبدو واعدة حتى الآن، سواء كان ذلك من خلال دمج أجهزة الذاكرة في تدفق BEOL المنطقي أو بناء مصفوفات CMOS على مصفوفات تخزين في DRAM.

وهناك تحول مهم آخر يتضمن دمج المواد ثنائية الأبعاد، والتي بدأت المؤسسات البحثية والشركات الرائدة في تصنيع الرقائق في اختبارها. يتم إيلاء الاعتبار لحفر المواد مثل ثاني كبريتيد التنغستن أو ثاني كبريتيد الموليبدينوم. ومع ذلك، فإن تطوير عمليات تصنيع الرقائق التي تدمج هذه الأغشية الرقيقة، والتي تتكون من طبقة واحدة فقط من المواد، يفرض تحديات كبيرة.

الاستدامة

يبحث مصنعو الرقائق وموردو المواد عن مواد كيميائية بديلة لتقليل انبعاثات الكربون. في عمليات الحفر، يكون السبب الرئيسي هو الغازات المفلورة ذات القدرة العالية على الاحتباس الحراري (GWP).

قال بيزارد من imec: "مشكلة PFAS هي أن جزيئاته مستقرة للغاية. والتفاعلات الضوئية أو الكيميائية في الغلاف الجوي ليست كافية لتفكيكه."

وذكر أن العديد من مخاليط الغاز البديلة التي تحتوي على نسبة عالية من الأكسجين يسهل فصلها ولها قيم محتملة منخفضة للاحتباس الحراري. ومع ذلك، يجب على أي مرشح إظهار أداء متساوٍ أو أفضل ليتم أخذه في الاعتبار.

لكن الاستدامة ليست مجرد تحدي محدد للحفر أو الترسيب. من الطباعة الحجرية إلى التعبئة والتغليف، يعد هذا تحديًا صناعيًا شاملاً حيث سيؤثر تأثير المواد الجديدة على تصنيع الجهاز بأكمله.