Селективность и контроль затрат в процессах травления

Этапы травления нанолистовых полевых транзисторов

Наиболее важные этапы травления в процессе изготовления нанолент включают травление псевдозатвора, травление анизотропного столба, травление изотропной прокладки и этап освобождения канала. Контурное травление чередующихся слоев кремния и SiGe является анизотропным и использует химию на основе фтора. Травление внутренних прокладок (отпечатков) и этап освобождения канала оптимизированы для достижения минимальных потерь кремния в SiGe.

Этап выпуска канала имеет решающее значение. «Выпуск нанолент требует высокой селективности», — сказал Безар. «Большинство нанолент состоят из кремния, затем SiGe и снова кремния. У вас есть чередующиеся слои, и вам нужно удалить один слой, не изменяя другой». В некоторых публикациях обсуждается выполнение многоэтапного травления SiGe для уменьшения напряжения, создаваемого структурой за один этап травления.

Следующим шагом в этом процессе является формирование самовыравнивающихся контактов. «Здесь мы пытаемся вытравить оксид вместо контакта или углубления нитрида. Например, текущая спецификация предусматривает выемку в 3 микрометра, но люди требуют нулевых потерь», — сказал Безар. «В данном случае мы даже не используем слово «селективность». Мы просто говорим об остановке — и нулевой остановке».

3D NAND

Для флэш-памяти 3D NAND, поскольку количество слоев продолжает увеличиваться, существует необходимость использования нескольких слоев, расположенных друг над другом, для формирования вертикальной цепочки устройств, расположенных друг над другом. Роберт Кларк утверждает: «Кроме того, с увеличением количества слоев возникает сильное стремление масштабировать шаг строки слова или расстояние по вертикали/Z между слоями, чтобы еще больше увеличить битовую плотность». Об этом сообщили старшие члены технического персонала и технологические директора TEL. С точки зрения процесса, процессы травления и осаждения нуждаются в постоянном совершенствовании, чтобы обеспечить все более меньшие критические размеры и более высокие соотношения сторон, необходимые для масштабирования.

Кларк описывает будущие изменения, говоря: «Глядя на усовершенствованные узлы для многослойных устройств с ловушками заряда, потребуется разработать стек вентилей для достижения более коротких длин затворов, большего количества уровней энергии на ячейку и повышения эффективности программирования, что потенциально достигается за счет внедрение материалов с высоким коэффициентом k. Также может возникнуть необходимость в каналах с более высокой проводимостью для замены каналов из поли-Si».

Один из важнейших этапов травления в 3D NAND-памяти включает глубокое травление отверстий размером около 100 нм в стопке из более чем 200 слоёв оксида и нитрида, достигающее глубины 10 мкм. Безар из imec утверждает, что этот этап травления особенно дорогой.

«У нас есть физическое явление, называемое эффектом дифференциальной зарядки», — говорит он. «Для упрощения в плазме есть электроны, ионы и нейтральные частицы. Электроны движутся во всех направлениях, но ионы ускоряются вертикально к поверхности. Итак, внизу дыры есть положительные заряды, а наверху — отрицательные заряды, создающие электрическое поле, которое пытается отталкивать поступающие ионы».

В результате для полного травления траншей необходимы высокие уровни мощности. Он добавляет: «Мы работаем над поддержанием уровня мощности 30–50 киловатт без образования дуги, поэтому патрон должен быть очень хорошо отполирован и изготовлен».

Глубокое травление также приводит к напряжению, которое необходимо минимизировать, тем более что последующие этапы производства многослойной NAND включают утончение чипов, точное выравнивание и гибридное соединение со следующим слоем.

Другие процессы

Не все производители чипов производят передовые чипы, требующие EUV-литографии. Многие фабрики расширяют возможности 193-нм процессов литографии и травления.

Брайан Уилбур, директор по диверсификации полупроводниковой продукции Bruel Science Corporation, заявляет: «Недавно мы представили высокотемпературный материал SOC, который расширяет возможности формирования рисунка и может выдерживать более высокие температуры, независимо от того, используется ли он в качестве подслоя для слоев CVD или в качестве маски. ."

Ожидается, что BEOL (Back-End-of-Line), используемый для самых узких металлических линий, претерпит резкий переход от схем интеграции с двойным дамасцем к субтрактивному осаждению и травлению для межсоединений, отличных от меди. В этом отношении наиболее значительные изменения произошли в рении и молибдене. У них разные преимущества. Молибден более склонен к окислению при травлении, что делает его более совместимым со схемами с двойным дамасцем, а также дешевле по цене. Рений — драгоценный металл, поэтому у него нет таких проблем с коррозией, но он обходится гораздо дороже.

Структуры устройств также становятся менее терпимыми к ошибкам размещения ребер. Кларк из TEL утверждает, что потребуются новые подходы для достижения самовыравнивания между слоями, а также между переходными отверстиями и межсоединениями. «Первыми реализациями могут быть скрытые строки слов для DRAM и металлические слои с небольшими интервалами в MOL для логики, где требуются более высокая термическая стабильность и более низкое удельное сопротивление или нелинейные металлы».

Разработка следующего поколения

В долгосрочной перспективе в идеале отрасль перейдет на внутренние процессы с более низкими тепловыми бюджетами (ближе к 300°C вместо 400°C), чтобы обеспечить интеграцию устройств во внутренние межсетевые уровни.

Кларк из TEL заявил: «Промышленности действительно необходимо начать создавать устройства с большим количеством уровней. Это означает, что нам необходимо создавать устройства памяти и логики в пределах теплового баланса внутренней линии (BEOL).

Кларк также упомянул, что устройства, изготовленные с использованием оксида полупроводника, пока кажутся многообещающими, будь то интеграция устройств памяти в логический поток BEOL или создание CMOS-массивов на массивах хранения в DRAM.

Еще один значительный сдвиг связан с интеграцией 2D-материалов, которые начали тестировать исследовательские институты и ведущие производители чипов. Рассмотрены такие травильные материалы, как дисульфид вольфрама или дисульфид молибдена. Однако разработка процессов производства пластин, которые объединяют эти тонкие пленки, состоящие всего из одного слоя материала, создает серьезные проблемы.

Стабильность

Производители чипов и поставщики материалов ищут альтернативные химические вещества для сокращения выбросов углекислого газа. В процессах травления главным виновником являются фторированные газы с высоким потенциалом глобального потепления (ПГП).

Безар из imec заявил: «Проблема ПФАС в том, что его молекулы очень стабильны. Света или химических реакций в атмосфере недостаточно, чтобы разрушить его».

Он отметил, что многие альтернативные газовые смеси с более высоким содержанием кислорода легче диссоциируют и имеют более низкие значения потенциала глобального потепления. Однако, чтобы быть рассмотренным, любой кандидат должен продемонстрировать равную или лучшую производительность.

Но устойчивость — это не просто конкретная задача травления или осаждения. От литографии до упаковки — это комплексная отраслевая задача, в которой влияние новых материалов повлияет на производство всего устройства.