एचिंग प्रक्रियाओं में चयनात्मकता और लागत नियंत्रण

नैनोशीट एफईटी के लिए नक़्क़ाशी चरण

नैनोरिबोन निर्माण प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण नक़्क़ाशी चरणों में छद्म-गेट नक़्क़ाशी, अनिसोट्रोपिक स्तंभ नक़्क़ाशी, आइसोट्रोपिक स्पेसर नक़्क़ाशी और चैनल रिलीज़ चरण शामिल हैं। सिलिकॉन और SiGe की वैकल्पिक परतों की समोच्च नक़्क़ाशी अनिसोट्रोपिक है और फ्लोरीन-आधारित रसायन शास्त्र को नियोजित करती है। आंतरिक स्पेसर्स (इंडेंटेशन) की नक़्क़ाशी और चैनल रिलीज़ चरण को SiGe में न्यूनतम सिलिकॉन हानि प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया गया है।

चैनल रिलीज़ चरण महत्वपूर्ण है. बेज़ार्ड ने कहा, "नैनोरिबन्स की रिहाई के लिए उच्च चयनात्मकता की आवश्यकता होती है।" "अधिकांश नैनोरिबन्स में सिलिकॉन, फिर SiGe और फिर से सिलिकॉन होता है। आपके पास वैकल्पिक परतें होती हैं, और आपको दूसरे को संशोधित किए बिना एक परत को हटाने की आवश्यकता होती है।" कुछ प्रकाशन एकल नक़्क़ाशी चरण द्वारा संरचना पर प्रेरित तनाव को कम करने के लिए बहु-चरण SiGe नक़्क़ाशी करने पर चर्चा करते हैं।

प्रक्रिया में अगला चरण स्व-संरेखित संपर्क बनाना है। "यहाँ, हम जो करने की कोशिश कर रहे हैं वह अनिवार्य रूप से नाइट्राइड से संपर्क करने या पीछे हटने के बजाय ऑक्साइड को खोदना है। उदाहरण के लिए, वर्तमान विनिर्देश 3-माइक्रोमीटर अवकाश है, लेकिन लोग शून्य हानि के लिए पूछते हैं," बेज़ार्ड ने कहा। "इस मामले में, हम चयनात्मकता शब्द का भी उपयोग नहीं करते हैं। हम केवल रुकने और शून्य रुकने की बात करते हैं।"

3D नंद

3डी नंद फ्लैश के लिए, जैसे-जैसे परतों की संख्या बढ़ती जा रही है, स्टैक्ड उपकरणों की ऊर्ध्वाधर स्ट्रिंग बनाने के लिए कई स्टैक्ड परतों को अपनाने की आवश्यकता होती है। रॉबर्ट क्लार्क कहते हैं, "इसके अलावा, परतों में वृद्धि के साथ, बिट घनत्व को और बढ़ाने के लिए वर्डलाइन पिच या परतों के ऊर्ध्वाधर/जेड रिक्ति को स्केल करने के लिए एक मजबूत ड्राइव है।" यह TEL के तकनीकी स्टाफ के वरिष्ठ सदस्यों और प्रौद्योगिकी निदेशकों से आता है। प्रक्रिया के दृष्टिकोण से, स्केलिंग के लिए आवश्यक छोटे महत्वपूर्ण आयामों और उच्च पहलू अनुपात को समायोजित करने के लिए नक़्क़ाशी और जमाव प्रक्रियाओं में निरंतर सुधार की आवश्यकता होती है।

क्लार्क भविष्य के परिवर्तनों का वर्णन करते हुए कहते हैं, "मल्टी-लेयर चार्ज ट्रैप उपकरणों के लिए उन्नत नोड्स को देखते हुए, गेट-स्टैक की इंजीनियरिंग के लिए छोटी गेट लंबाई, प्रति सेल अधिक ऊर्जा स्तर और बेहतर प्रोग्रामिंग दक्षता प्राप्त करने की आवश्यकता होगी, जो संभावित रूप से इसके माध्यम से प्राप्त की जा सकती है। उच्च-के सामग्रियों को अपनाने से पॉली-सी चैनलों को बदलने के लिए उच्च चालकता चैनलों की भी आवश्यकता हो सकती है।"

3D NAND में सबसे महत्वपूर्ण एचिंग चरणों में से एक में ऑक्साइड और नाइट्राइड की 100 से ज़्यादा परतों के ढेर में लगभग 200nm के छेदों की गहरी एचिंग शामिल है, जिसकी गहराई 10μm तक पहुँचती है। imec के बेज़ार्ड का कहना है कि यह एचिंग चरण विशेष रूप से महंगा है।

वे कहते हैं, "हमारे पास एक भौतिक घटना है जिसे डिफरेंशियल चार्जिंग प्रभाव कहा जाता है।" "प्लाज्मा में, हमारे पास चीजों को सरल बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन, आयन और तटस्थ प्रजातियां हैं। इलेक्ट्रॉन सभी दिशाओं में चलते हैं, लेकिन आयन सतह पर लंबवत गति करते हैं। इसलिए, छेद के नीचे, आपके पास सकारात्मक चार्ज है, और शीर्ष पर, नकारात्मक चार्ज, एक विद्युत क्षेत्र बनाता है जो आने वाले आयनों को पीछे हटाने की कोशिश करता है।"

परिणामस्वरूप, खाइयों को पूरी तरह से खोदने के लिए उच्च शक्ति स्तर की आवश्यकता होती है। वह आगे कहते हैं, "हम आर्किंग उत्पन्न किए बिना 30-50 किलोवाट के बिजली स्तर को बनाए रखने पर काम कर रहे हैं, इसलिए चक को बहुत अच्छी तरह से पॉलिश और निर्मित किया जाना चाहिए।"

गहरी नक़्क़ाशी भी तनाव को जन्म देती है जिसे कम करने की आवश्यकता होती है, खासकर जब से मल्टी-लेयर NAND निर्माण में बाद के चरणों में चिप्स को पतला करना, सटीक संरेखण और अगली परत के साथ हाइब्रिड बॉन्डिंग शामिल होती है।

अन्य प्रक्रियाएं

सभी चिप निर्माता अत्याधुनिक चिप्स का उत्पादन नहीं करते हैं जिनके लिए ईयूवी लिथोग्राफी की आवश्यकता होती है। कई फैब अपनी 193nm लिथोग्राफी और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं का विस्तार कर रहे हैं।

ब्रुएल साइंस कॉरपोरेशन में सेमीकंडक्टर उत्पाद विविधीकरण के निदेशक ब्रायन विल्बर कहते हैं, "हमने हाल ही में एक उच्च तापमान वाली एसओसी सामग्री पेश की है जो इसकी पैटर्निंग क्षमता को बढ़ाती है और उच्च तापमान का सामना कर सकती है, चाहे इसका उपयोग सीवीडी परतों के लिए अंडरलेयर के रूप में किया जाए या मास्क के रूप में किया जाए। ।"

सबसे मजबूत धातु लाइनों के लिए उपयोग की जाने वाली बीईओएल (बैक-एंड-ऑफ-लाइन) से तांबे के अलावा अन्य इंटरकनेक्ट्स के लिए दोहरे-दमिश्क एकीकरण योजनाओं से घटाव जमाव और नक़्क़ाशी में एक नाटकीय बदलाव से गुजरने की उम्मीद है। इस संबंध में, रेनियम और मोलिब्डेनम में सबसे महत्वपूर्ण विकास देखा गया है। उनके अलग-अलग फायदे हैं. मोलिब्डेनम में नक़्क़ाशी के दौरान ऑक्सीकरण की संभावना अधिक होती है, जिससे यह दोहरे-डेमास्किन योजनाओं के साथ अधिक अनुकूल हो जाता है और कीमत में भी सस्ता हो जाता है। रेनियम एक कीमती धातु है, इसलिए इसमें समान संक्षारण समस्याएं नहीं होती हैं, लेकिन यह बहुत अधिक लागत के साथ आती है।

डिवाइस संरचनाएं भी एज प्लेसमेंट त्रुटियों के प्रति कम सहनशील होती जा रही हैं। टीईएल के क्लार्क का कहना है कि परतों के बीच, साथ ही विया और इंटरकनेक्ट के बीच आत्म-संरेखण प्राप्त करने के लिए नए दृष्टिकोण की आवश्यकता होगी। "पहला कार्यान्वयन तर्क के लिए डीआरएएम और एमओएल में छोटी-दूरी वाली धातु परतों के लिए शब्द रेखाओं को दफन कर सकता है, जहां उच्च तापीय स्थिरता और कम प्रतिरोधकता या गैर-रेखीय धातुओं की आवश्यकता होती है।"

अगली पीढ़ी का विकास

लंबी अवधि में आगे देखते हुए, आदर्श रूप से, उद्योग बैक-एंड इंटरकनेक्ट परतों में उपकरणों के एकीकरण को सक्षम करने के लिए कम थर्मल बजट (300 डिग्री सेल्सियस के बजाय 400 डिग्री सेल्सियस के करीब) के साथ बैक-एंड प्रक्रियाओं में बदलाव करेगा।

टीईएल के क्लार्क ने कहा, "उद्योग को अधिक परतों में उपकरणों का निर्माण शुरू करने की आवश्यकता है। इसका मतलब है कि हमें बैक-एंड ऑफ लाइन (बीईओएल) थर्मल बजट के भीतर मेमोरी और लॉजिक उपकरणों का निर्माण करने की आवश्यकता है।"

क्लार्क ने यह भी उल्लेख किया कि सेमीकंडक्टर ऑक्साइड का उपयोग करके निर्मित उपकरण अब तक आशाजनक प्रतीत होते हैं, चाहे वह मेमोरी उपकरणों को लॉजिक बीईओएल प्रवाह में एकीकृत करना हो या डीआरएएम में स्टोरेज एरेज़ पर सीएमओएस एरेज़ का निर्माण करना हो।

एक अन्य महत्वपूर्ण बदलाव में 2डी सामग्रियों का एकीकरण शामिल है, जिसका अनुसंधान संस्थानों और अग्रणी चिप निर्माताओं ने परीक्षण शुरू कर दिया है। टंगस्टन डाइसल्फ़ाइड या मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड जैसी नक़्क़ाशी सामग्री पर विचार किया जाता है। हालाँकि, सामग्री की केवल एक परत से युक्त इन पतली फिल्मों को एकीकृत करने वाली वेफर निर्माण प्रक्रियाओं को विकसित करना महत्वपूर्ण चुनौतियाँ पैदा करता है।

स्थिरता

चिप निर्माता और सामग्री आपूर्तिकर्ता कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए वैकल्पिक रसायनों की तलाश कर रहे हैं। नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं में, मुख्य अपराधी उच्च ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (जीडब्ल्यूपी) वाली फ्लोराइडयुक्त गैसें हैं।

आईएमईसी के बेज़ार्ड ने कहा, "पीएफएएस के साथ समस्या यह है कि इसके अणु अत्यधिक स्थिर हैं। वायुमंडल में प्रकाश या रासायनिक प्रतिक्रियाएं इसे तोड़ने के लिए पर्याप्त नहीं हैं।"

उन्होंने उल्लेख किया कि उच्च ऑक्सीजन सामग्री वाले कई वैकल्पिक गैस मिश्रणों को अलग करना आसान होता है और ग्लोबल वार्मिंग संभावित मूल्य कम होते हैं। हालाँकि, किसी भी उम्मीदवार को विचार किए जाने के लिए समान या बेहतर प्रदर्शन करना होगा।

लेकिन स्थिरता केवल नक़्क़ाशी या निक्षेपण के लिए एक विशिष्ट चुनौती नहीं है। लिथोग्राफी से लेकर पैकेजिंग तक, यह एक व्यापक उद्योग चुनौती है जहां नई सामग्रियों का प्रभाव पूरे उपकरण निर्माण को प्रभावित करेगा।