שלבי התחריט עבור FETs של גיליונות ננו

שלבי התחריט הקריטיים ביותר בתהליך ייצור הננו-סרט כוללים תחריט פסאודו-שער, תחריט עמודים אנזוטרופי, תחריט מרווח איזוטרופי ושלב שחרור הערוץ. תחריט קווי המתאר של שכבות מתחלפות של סיליקון ו-SiGe הוא אנזוטרופי ומשתמש בכימיה מבוססת פלואור. תחריט של מרווחים פנימיים (חריצים) ושלב שחרור הערוץ מותאמים להשגת אובדן סיליקון מינימלי ב-SiGe.

שלב שחרור הערוץ הוא קריטי. "שחרור סרטי ננו דורש סלקטיביות גבוהה", אמר בזארד. "רוב סרטי הננו מורכבים מסיליקון, ואז מ-SiGe וסיליקון שוב. יש לך שכבות מתחלפות, ואתה צריך להסיר שכבה אחת מבלי לשנות את השנייה." פרסומים מסוימים דנים בביצוע תחריט SiGe רב-שלבי כדי להפחית את הלחץ המושרה על המבנה על ידי שלב תחריט בודד.

השלב הבא בתהליך הוא יצירת קשרים מיושרים עצמיים. "כאן, מה שאנחנו מנסים לעשות הוא בעצם לחרוט תחמוצת במקום ליצור קשר עם ניטריד או לשקוע. לדוגמה, המפרט הנוכחי הוא שקע של 3 מיקרומטר, אבל אנשים מבקשים אפס הפסד", אמר בזארד. "במקרה הזה, אנחנו אפילו לא משתמשים במילה סלקטיביות. אנחנו רק מדברים על עצירה — ואפס עצירה".

תלת מימד NAND

עבור פלאש NAND 3D, ככל שמספר השכבות ממשיך לגדול, יש צורך לאמץ מספר רב של שכבות מוערמות כדי ליצור את המחרוזת האנכית של התקנים מוערמים. רוברט קלארק קובע, "יתר על כן, עם העלייה בשכבות, ישנה דחף חזק להרחיב את גובה קו המילים או את המרווח האנכי/Z של השכבות על מנת להגדיל עוד יותר את צפיפות הסיביות." זה מגיע מבכירי הצוות הטכני ומנהלי הטכנולוגיה של TEL. מנקודת מבט של תהליך, תהליכי תחריט ותצהיר זקוקים לשיפור מתמיד כדי להכיל את הממדים הקריטיים הקטנים יותר ויותר ויחסי רוחב-גובה גבוהים יותר הנדרשים לשינוי קנה מידה.

קלארק מתאר את השינויים העתידיים באומרו, "בהסתכלות על צמתים מתקדמים עבור התקני לוכד טעינה רב-שכבתיים, יהיה צורך בהנדסת ערימת השער כדי להשיג אורכי שער קצרים יותר, יותר רמות אנרגיה לכל תא ויעילות תכנות משופרת, שפוטנציאלית מושגת באמצעות אימוץ של חומרים גבוהים עשוי להיות גם צורך בתעלות מוליכות גבוהה יותר כדי להחליף ערוצי poly-Si."

אחד משלבי האיכול הקריטיים ביותר ב-NAND תלת-ממדי כרוך באיכול עמוק של חורים בקוטר של כ-3 ננומטר דרך ערימה של למעלה מ-100 שכבות של תחמוצת וניטריד, עם עומקים המגיעים ל-200 מיקרומטר. בזארד מ-imec מציין כי שלב האיכול הזה יקר במיוחד.

"יש לנו תופעה פיזיקלית שנקראת אפקט הטעינה הדיפרנציאלית", הוא אומר. "בפלזמות, יש לנו אלקטרונים, יונים ומינים ניטרליים כדי לפשט דברים. אלקטרונים נעים לכל הכיוונים, אבל יונים מאיצים אנכית אל פני השטח. אז, בתחתית החור, יש לך מטענים חיוביים, ובחלק העליון, מטענים שליליים, יוצרים שדה חשמלי שמנסה להדוף יונים נכנסים."

כתוצאה מכך, יש צורך ברמות הספק גבוהות כדי לחרוט את התעלות במלואן. הוא מוסיף, "אנחנו עובדים על שמירה על רמות הספק של 30-50 קילוואט מבלי ליצור קשתות, כך שהצ'אק חייב להיות מלוטש ומיוצר היטב".

חריטה עמוקה גם גורמת ללחץ שיש למזער, במיוחד מכיוון שהשלבים הבאים בייצור NAND רב-שכבתי כוללים דילול השבבים, יישור מדויק והדבקה היברידית עם השכבה הבאה.

תהליכים אחרים

לא כל יצרני השבבים מייצרים שבבים חדישים הדורשים ליטוגרפיה EUV. מותגים רבים מרחיבים את תהליכי הליטוגרפיה והתחריט שלהם ב-193nm.

בריאן ווילבר, מנהל גיוון מוצרי מוליכים למחצה בחברת Bruel Science Corporation, אומר, "הצגנו לאחרונה חומר SOC בטמפרטורה גבוהה שמרחיב את יכולת הדפוס שלו ויכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות יותר, בין אם הוא משמש כשכבת תחתית לשכבות CVD או כמסכה. ."

ה-BEOL (Back-End-of-Line) המשמש לקווי המתכת ההדוקים ביותר צפוי לעבור שינוי דרמטי מתכניות אינטגרציה דו-דמאסצ'נית לתצהיר חיסור וחריטה עבור חיבורים אחרים מלבד נחושת. בהקשר זה, רניום ומוליבדן ראו את ההתפתחויות המשמעותיות ביותר. יש להם יתרונות שונים. מוליבדן נוטה יותר לחמצון במהלך התחריט, מה שהופך אותו לתואם יותר עם תוכניות דמסצ'ניות כפולות וגם זול יותר במחיר. רניום היא מתכת יקרה, ולכן אין לה את אותן בעיות קורוזיה, אבל היא מגיעה עם עלויות גבוהות בהרבה.

מבני התקנים גם הופכים פחות סובלניים לשגיאות מיקום קצה. קלארק מ-TEL מצהיר כי יהיה צורך בגישות חדשות כדי להשיג התאמה עצמית בין שכבות, כמו גם בין דרך וחיבורים. "המימושים הראשונים עשויים להיות קווי מילים קבורים עבור DRAM ושכבות מתכת מרווחות קטנות ב-MOL עבור לוגיקה, שבהן נדרשות יציבות תרמית גבוהה יותר והתנגדות נמוכה יותר או מתכות לא ליניאריות."

פיתוח הדור הבא

במבט קדימה בטווח הארוך, באופן אידיאלי, התעשייה תעבור לתהליכים אחוריים עם תקציבים תרמיים נמוכים יותר (קרוב יותר ל-300 מעלות צלזיוס במקום 400 מעלות צלזיוס) כדי לאפשר שילוב של מכשירים בשכבות החיבור האחורי.

קלארק מ-TEL הצהיר, "התעשייה אכן צריכה להתחיל לבנות התקנים בשכבות נוספות. זה אומר שאנחנו צריכים לבנות התקני זיכרון והיגיון במסגרת התקציב התרמי האחורי של הקו (BEOL).

קלארק גם הזכיר שהתקנים המיוצרים באמצעות תחמוצת מוליכים למחצה נראים מבטיחים עד כה, בין אם מדובר בשילוב התקני זיכרון בזרימת BEOL הלוגית או בבניית מערכי CMOS על מערכי אחסון ב-DRAM.

שינוי משמעותי נוסף כרוך באינטגרציה של חומרים דו-ממדיים, שמוסדות מחקר ויצרני שבבים מובילים החלו לבדוק. ניתנת התחשבות בחומרי תחריט כגון טונגסטן דיסולפיד או מוליבדן דיסולפיד. עם זאת, פיתוח תהליכי ייצור פרוסות המשלבים את הסרטים הדקים הללו, המורכבים משכבה אחת של חומר בלבד, מציב אתגרים משמעותיים.

קיימות

יצרני שבבים וספקי חומרים מחפשים כימיקלים חלופיים כדי להפחית את פליטת הפחמן. בתהליכי תחריט, האשם העיקרי הוא גזים מופלרים בעלי פוטנציאל התחממות כדור הארץ (GWP) גבוה.

בזארד מ-imec הצהיר, "הבעיה עם PFAS היא שהמולקולות שלו יציבות מאוד. תגובות קלות או כימיות באטמוספרה אינן מספיקות כדי לפרק אותו".

הוא הזכיר שתערובות גזים אלטרנטיביות רבות בעלות תכולת חמצן גבוהה יותר קלות לנתק ובעלות ערכי פוטנציאל התחממות כדור הארץ נמוכים יותר. עם זאת, כל מועמד חייב להפגין ביצועים שווים או טובים יותר כדי להיחשב.

אבל קיימות היא לא רק אתגר ספציפי לחריטה או לתצהיר. מליטוגרפיה ועד אריזה, זהו אתגר מקיף בתעשייה שבו ההשפעה של חומרים חדשים תשפיע על ייצור המכשיר כולו.