مراحل اچینگ برای FET های نانوصفحه

حیاتی ترین مراحل اچینگ در فرآیند ساخت نانوروبان شامل اچینگ شبه گیت، حکاکی ستون ناهمسانگرد، اچینگ فاصله دهنده ایزوتروپیک و مرحله انتشار کانال می باشد. حکاکی کانتور لایه های متناوب سیلیکون و SiGe ناهمسانگرد است و از شیمی مبتنی بر فلوئور استفاده می کند. اچ کردن اسپیسرهای داخلی (تورفتگی) و مرحله انتشار کانال برای دستیابی به حداقل تلفات سیلیکون در SiGe بهینه شده است.

مرحله انتشار کانال بسیار مهم است. بزارد گفت: «انتشار نانوروبان ها به گزینش پذیری بالایی نیاز دارد. "اکثر نانوروبان ها از سیلیکون، سپس SiGe و دوباره سیلیکون تشکیل شده اند. شما لایه های متناوب دارید و باید یک لایه را بدون تغییر لایه دیگر بردارید." برخی از نشریات انجام اچینگ SiGe چند مرحله ای را برای کاهش تنش ایجاد شده بر سازه توسط یک مرحله اچینگ مورد بحث قرار می دهند.

گام بعدی در این فرآیند، ایجاد مخاطبین خود تراز است. بزارد گفت: "در اینجا، کاری که ما سعی می کنیم انجام دهیم اساساً اچ کردن اکسید به جای تماس یا فرورفتن نیترید است. به عنوان مثال، مشخصات فعلی یک فرورفتگی 3 میکرومتری است، اما مردم درخواست تلفات صفر می کنند." "در این مورد، ما حتی از کلمه انتخابی استفاده نمی کنیم. ما فقط در مورد توقف و توقف صفر صحبت می کنیم."

3D NAND

برای فلاش NAND سه بعدی، با ادامه افزایش تعداد لایه ها، نیاز به اتخاذ چندین لایه انباشته برای تشکیل رشته عمودی دستگاه های انباشته وجود دارد. رابرت کلارک میگوید: «علاوه بر این، با افزایش لایهها، انگیزه قوی برای مقیاسبندی فاصله خط واژه یا فاصله عمودی/Z لایهها به منظور افزایش بیشتر چگالی بیت وجود دارد.» این از سوی اعضای ارشد کارکنان فنی TEL و مدیران فناوری آمده است. از دیدگاه فرآیند، فرآیندهای حکاکی و رسوب به بهبود مستمر نیاز دارند تا ابعاد بحرانی کوچکتر و نسبتهای ابعادی بالاتر مورد نیاز برای مقیاسبندی را تطبیق دهند.

کلارک تغییرات آینده را تشریح می کند و می گوید: "با نگاهی به گره های پیشرفته برای دستگاه های تله بار چند لایه، مهندسی گیت پشته برای دستیابی به طول دروازه های کوتاه تر، سطوح انرژی بیشتر در هر سلول و راندمان برنامه نویسی بهبود یافته مورد نیاز است که به طور بالقوه از طریق استفاده از مواد با k بالا. همچنین ممکن است نیاز به کانالهای رسانایی بالاتر برای جایگزینی کانالهای poly-Si وجود داشته باشد.

یکی از مهمترین مراحل حکاکی در حافظههای NAND سهبعدی شامل حکاکی عمیق حفرههای تقریباً ۱۰۰ نانومتری از طریق پشتهای از بیش از ۲۰۰ لایه اکسید و نیترید است که عمق آنها به ۱۰ میکرومتر میرسد. بزارد از شرکت imec میگوید که این مرحله حکاکی بسیار پرهزینه است.

او می گوید: «ما یک پدیده فیزیکی به نام اثر شارژ دیفرانسیل داریم. "در پلاسما، ما الکترونها، یونها و گونههای خنثی داریم که چیزها را سادهسازی میکنند. الکترونها در همه جهات حرکت میکنند، اما یونها بهطور عمودی به سطح شتاب میگیرند. بنابراین، در پایین سوراخ، بارهای مثبت دارید، و در بالا، بارهای منفی، یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که سعی می کند یون های ورودی را دفع کند."

در نتیجه، سطوح توان بالا برای حکاکی کامل ترانشه ها مورد نیاز است. او می افزاید: "ما در حال کار بر روی حفظ سطح توان 30 تا 50 کیلووات بدون ایجاد قوس هستیم، بنابراین چاک باید بسیار خوب صیقل داده شده و ساخته شود."

حکاکی عمیق همچنین باعث ایجاد استرس می شود که باید به حداقل برسد، به خصوص از آنجایی که مراحل بعدی در ساخت چند لایه NAND شامل نازک کردن تراشه ها، تراز دقیق و پیوند هیبریدی با لایه بعدی است.

سایر فرآیندها

همه تولیدکنندگان تراشه تراشه های پیشرفته ای را تولید نمی کنند که نیاز به لیتوگرافی EUV دارند. بسیاری از کارخانهها در حال گسترش فرآیندهای لیتوگرافی و اچینگ 193 نانومتری خود هستند.

برایان ویلبر، مدیر تنوع محصولات نیمه هادی در شرکت Bruel Science، می گوید: "ما اخیراً یک ماده SOC با دمای بالا را معرفی کرده ایم که قابلیت الگوبرداری خود را افزایش می دهد و می تواند در دماهای بالاتر مقاومت کند، چه به عنوان لایه زیرین برای لایه های CVD یا به عنوان ماسک استفاده شود. "

انتظار میرود که BEOL (Back-End-of-Line) که برای محکمترین خطوط فلزی استفاده میشود، تغییر چشمگیری از طرحهای یکپارچهسازی دوتایی به سمت رسوبگذاری و حکاکی کاهشی برای اتصالات غیر از مس انجام دهد. در این راستا رنیوم و مولیبدن بیشترین پیشرفت را داشته اند. آنها مزایای متفاوتی دارند. مولیبدن بیشتر در معرض اکسیداسیون در حین اچ کردن است، که آن را با طرح های دوتایی دمشق سازگارتر می کند و همچنین از نظر قیمت ارزان تر است. رنیوم یک فلز گرانبها است، بنابراین مشکلات خوردگی مشابهی ندارد، اما هزینه های بسیار بالاتری دارد.

سازههای دستگاه نیز نسبت به خطاهای قرار دادن لبه کمتر تحمل میکنند. کلارک از TEL بیان می کند که رویکردهای جدیدی برای دستیابی به خود تراز بین لایه ها و همچنین بین vias و اتصالات مورد نیاز است. اولین پیادهسازیها ممکن است خطوط کلمه برای DRAM و لایههای فلزی با فاصله کوچک در MOL برای منطق، جایی که پایداری حرارتی بالاتر و مقاومت کمتر یا فلزات غیرخطی مورد نیاز است، مدفون باشد.

توسعه نسل بعدی

با نگاهی به آینده در دراز مدت، در حالت ایده آل، صنعت به فرآیندهای پشتیبان با بودجه حرارتی کمتر (نزدیک به 300 درجه سانتیگراد به جای 400 درجه سانتیگراد) تغییر خواهد کرد تا امکان ادغام دستگاه ها در لایه های اتصال پشتیبان فراهم شود.

کلارک از TEL اظهار داشت: "صنعت نیاز به شروع ساخت دستگاه ها در لایه های بیشتری دارد. این بدان معناست که ما نیاز به ساخت حافظه و دستگاه های منطقی با بودجه حرارتی پشتیبان خط (BEOL) داریم."

کلارک همچنین اشاره کرد که دستگاههایی که با استفاده از اکسید نیمهرسانا تولید میشوند، تا کنون امیدوارکننده به نظر میرسند، خواه ادغام دستگاههای حافظه در جریان منطقی BEOL یا ساخت آرایههای CMOS روی آرایههای ذخیرهسازی در DRAM باشد.

تغییر مهم دیگر شامل ادغام مواد دو بعدی است که مؤسسات تحقیقاتی و تولیدکنندگان پیشرو تراشه آزمایش آن را آغاز کرده اند. توجه به مواد اچینگ مانند دی سولفید تنگستن یا دی سولفید مولیبدن داده می شود. با این حال، توسعه فرآیندهای تولید ویفر که این لایههای نازک را که فقط از یک لایه ماده تشکیل شده است، یکپارچه میکند، چالشهای مهمی را به همراه دارد.

پایداری

تولیدکنندگان تراشه و تامین کنندگان مواد به دنبال مواد شیمیایی جایگزین برای کاهش انتشار کربن هستند. در فرآیندهای اچینگ، مقصر اصلی گازهای فلوئوردار با پتانسیل گرمایش جهانی بالا (GWP) هستند.

بزارد از imec اظهار داشت: "مشکل PFAS این است که مولکول های آن بسیار پایدار هستند. واکنش های نور یا شیمیایی در جو برای تجزیه آن کافی نیست."

او اشاره کرد که بسیاری از مخلوطهای گازی جایگزین با محتوای اکسیژن بالاتر، راحتتر تفکیک میشوند و پتانسیل گرمایش جهانی کمتری دارند. با این حال، هر نامزدی باید عملکردی برابر یا بهتر از خود نشان دهد تا در نظر گرفته شود.

اما پایداری فقط یک چالش خاص برای حکاکی یا رسوب گذاری نیست. از لیتوگرافی گرفته تا بسته بندی، این یک چالش صنعتی جامع است که در آن تأثیر مواد جدید بر کل ساخت دستگاه تأثیر می گذارد.