ความสามารถในการเลือกสรรและการควบคุมต้นทุนในกระบวนการกัดกรด

ขั้นตอนการแกะสลักสำหรับ nanosheet FET

ขั้นตอนการกัดที่สำคัญที่สุดในกระบวนการผลิตนาโนริบบอน ได้แก่ การกัดเกตเทียม การกัดเสาแอนไอโซทรอปิก การกัดตัวเว้นระยะไอโซโทรปิก และขั้นตอนการคลายช่อง การแกะสลักรูปร่างของชั้นซิลิคอนและ SiGe ที่สลับกันเป็นแบบแอนไอโซโทรปิกและใช้เคมีที่มีฟลูออรีนเป็นหลัก การแกะสลักตัวเว้นระยะภายใน (การเยื้อง) และขั้นตอนการคลายช่องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้สูญเสียซิลิคอนใน SiGe น้อยที่สุด

ขั้นตอนการเปิดตัวช่องเป็นสิ่งสำคัญ Bézard กล่าวว่า "การปล่อยนาโนริบบอนต้องใช้การคัดเลือกสูง "นาโนริบบอนส่วนใหญ่ประกอบด้วยซิลิคอน จากนั้น SiGe และซิลิคอนอีกครั้ง คุณมีเลเยอร์สลับกัน และคุณต้องเอาชั้นหนึ่งออกโดยไม่ต้องแก้ไขอีกชั้นหนึ่ง" สิ่งพิมพ์บางฉบับกล่าวถึงการดำเนินการแกะสลัก SiGe หลายขั้นตอนเพื่อลดความเครียดที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างด้วยขั้นตอนการแกะสลักเพียงขั้นตอนเดียว

ขั้นตอนต่อไปในกระบวนการนี้คือการสร้างผู้ติดต่อที่ปรับแนวได้เอง "ที่นี่ สิ่งที่เราพยายามทำคือการกัดกรดออกไซด์แทนการสัมผัสหรือทำให้ไนไตรด์หดตัว ตัวอย่างเช่น ข้อกำหนดในปัจจุบันคือความลึก 3 ไมโครเมตร แต่ผู้คนขอให้สูญเสียเป็นศูนย์" Bézard กล่าว “ในกรณีนี้ เราไม่ได้ใช้คำว่าหัวกะทิ เราแค่พูดถึงการหยุด และหยุดเป็นศูนย์”

3D NAND

สำหรับแฟลช 3D NAND เนื่องจากจำนวนเลเยอร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จึงมีความจำเป็นที่ต้องนำเลเยอร์ที่ซ้อนกันหลายชั้นมาสร้างเป็นแถวแนวตั้งของอุปกรณ์ที่ซ้อนกัน Robert Clark กล่าวว่า "ยิ่งกว่านั้น ด้วยการเพิ่มเลเยอร์ ทำให้มีแรงผลักดันที่แข็งแกร่งในการปรับขนาดระดับเสียงของเวิร์ดไลน์หรือระยะห่างแนวตั้ง/Z ของเลเยอร์เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของบิตเพิ่มเติม" ข้อมูลนี้มาจากสมาชิกอาวุโสของเจ้าหน้าที่ด้านเทคนิคและผู้อำนวยการด้านเทคโนโลยีของ TEL จากมุมมองของกระบวนการ กระบวนการกัดและการสะสมจำเป็นต้องมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเพื่อรองรับขนาดวิกฤตที่เล็กลงเรื่อยๆ และอัตราส่วนกว้างยาวที่จำเป็นสำหรับการปรับขนาด

คลาร์กอธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงในอนาคตว่า "เมื่อพิจารณาถึงโหนดขั้นสูงสำหรับอุปกรณ์ดักจับประจุแบบหลายชั้น จำเป็นต้องมีวิศวกรรมเกตสแต็กเพื่อให้ได้ความยาวเกตที่สั้นลง ระดับพลังงานต่อเซลล์มากขึ้น และประสิทธิภาพการเขียนโปรแกรมที่ดีขึ้น ซึ่งอาจประสบความสำเร็จได้ผ่านทาง การนำวัสดุ high-k มาใช้ นอกจากนี้ยังอาจจำเป็นต้องมีช่องนำไฟฟ้าที่สูงขึ้นเพื่อทดแทนช่อง poly-Si"

หนึ่งในขั้นตอนการกัดที่สำคัญที่สุดใน 3D NAND คือการกัดลึกถึงรูขนาดประมาณ 100 นาโนเมตร ผ่านชั้นออกไซด์และไนไตรด์กว่า 200 ชั้น โดยมีความลึกถึง 10 ไมโครเมตร Bézard จาก imec ระบุว่าขั้นตอนการกัดนี้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก

“เรามีปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เรียกว่าเอฟเฟกต์การชาร์จแบบดิฟเฟอเรนเชียล” เขากล่าว "ในพลาสมา เรามีอิเล็กตรอน ไอออน และสปีชีส์ที่เป็นกลางเพื่อทำให้สิ่งต่างๆ ง่ายขึ้น อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทุกทิศทาง แต่ไอออนจะเร่งความเร็วในแนวตั้งขึ้นสู่พื้นผิว ดังนั้น ที่ด้านล่างของรู คุณจะมีประจุบวก และที่ด้านบน ประจุลบ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่พยายามจะขับไล่ไอออนที่เข้ามา"

เป็นผลให้ต้องใช้ระดับพลังงานที่สูงเพื่อกัดเซาะร่องลึกทั้งหมด เขากล่าวเสริมว่า "เรากำลังดำเนินการเพื่อรักษาระดับพลังงานไว้ที่ 30-50 กิโลวัตต์โดยไม่เกิดประกายไฟ ดังนั้นหัวจับจึงต้องได้รับการขัดเงาและผลิตมาอย่างดี"

การกัดลึกยังก่อให้เกิดความเครียดที่ต้องลดให้เหลือน้อยที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขั้นตอนต่อมาในการผลิต NAND หลายชั้นเกี่ยวข้องกับการทำให้ชิปบางลง การจัดตำแหน่งที่แม่นยำ และการเชื่อมแบบไฮบริดกับชั้นถัดไป

กระบวนการอื่นๆ

ผู้ผลิตชิปบางรายไม่ได้ผลิตชิปล้ำสมัยที่ต้องใช้การพิมพ์หิน EUV โรงงานหลายแห่งกำลังขยายกระบวนการพิมพ์หินและการแกะสลักขนาด 193 นาโนเมตร

Brian Wilbur ผู้อำนวยการฝ่ายการกระจายผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ของบริษัท Bruel Science Corporation กล่าวว่า "เมื่อเร็วๆ นี้ เราได้เปิดตัววัสดุ SOC ที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งขยายความสามารถในการสร้างลวดลายและสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ ไม่ว่าจะใช้เป็นชั้นในสำหรับชั้น CVD หรือเป็นหน้ากาก ”

BEOL (Back-End-of-Line) ที่ใช้สำหรับเส้นโลหะที่แคบที่สุด คาดว่าจะได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างมากจากแผนการบูรณาการแบบ dual-damascene ไปสู่การทับถมแบบลบและการแกะสลักสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันนอกเหนือจากทองแดง ในเรื่องนี้รีเนียมและโมลิบดีนัมได้เห็นพัฒนาการที่สำคัญที่สุด พวกเขามีข้อดีที่แตกต่างกัน โมลิบดีนัมมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันมากกว่าในระหว่างการกัด ทำให้เข้ากันได้ดีกับรูปแบบ dual-damascene และยังมีราคาถูกกว่าอีกด้วย รีเนียมเป็นโลหะมีค่า ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาเรื่องการกัดกร่อนเหมือนกัน แต่มีค่าใช้จ่ายสูงกว่ามาก

โครงสร้างอุปกรณ์ยังทนต่อข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งขอบได้น้อยลงอีกด้วย Clark จาก TEL กล่าวว่าจำเป็นต้องมีแนวทางใหม่เพื่อให้เกิดการจัดตำแหน่งตนเองระหว่างเลเยอร์ ตลอดจนระหว่างจุดแวะและการเชื่อมต่อระหว่างกัน "การใช้งานครั้งแรกอาจฝังบรรทัดคำสำหรับ DRAM และชั้นโลหะที่มีระยะห่างขนาดเล็กใน MOL เพื่อเป็นตรรกะ ซึ่งจำเป็นต้องมีความเสถียรทางความร้อนที่สูงขึ้นและความต้านทานต่ำหรือโลหะที่ไม่ใช่เชิงเส้น"

การพัฒนารุ่นต่อไป

หากมองไปข้างหน้าในระยะยาว ตามหลักการแล้ว อุตสาหกรรมจะเปลี่ยนไปใช้กระบวนการแบ็คเอนด์ที่มีงบประมาณด้านความร้อนต่ำกว่า (ใกล้กับ 300°C แทนที่จะเป็น 400°C) เพื่อให้สามารถบูรณาการอุปกรณ์เข้ากับเลเยอร์การเชื่อมต่อระหว่างกันของแบ็คเอนด์

คลาร์กจาก TEL กล่าวว่า "อุตสาหกรรมจำเป็นต้องเริ่มสร้างอุปกรณ์ในเลเยอร์ต่างๆ มากขึ้น นั่นหมายความว่าเราจำเป็นต้องสร้างอุปกรณ์หน่วยความจำและลอจิกภายในงบประมาณด้านความร้อนของ back-end of line (BEOL)"

คลาร์กยังกล่าวอีกว่าอุปกรณ์ที่ผลิตโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์ดูเหมือนจะมีแนวโน้มดี ไม่ว่าจะเป็นการรวมอุปกรณ์หน่วยความจำเข้ากับลอจิกโฟลว์ BEOL หรือการสร้างอาร์เรย์ CMOS บนอาร์เรย์จัดเก็บข้อมูลใน DRAM

การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการบูรณาการวัสดุ 2D ซึ่งสถาบันวิจัยและผู้ผลิตชิปชั้นนำได้เริ่มทำการทดสอบแล้ว โดยพิจารณาถึงวัสดุแกะสลัก เช่น ทังสเตนไดซัลไฟด์หรือโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ อย่างไรก็ตาม การพัฒนากระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ที่รวมฟิล์มบางเหล่านี้ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเพียงชั้นเดียว ถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ

การพัฒนาอย่างยั่งยืน

ผู้ผลิตชิปและซัพพลายเออร์วัสดุกำลังมองหาสารเคมีทางเลือกเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน ในกระบวนการกัดกรด ผู้ร้ายหลักคือก๊าซฟลูออริเนตที่มีศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (GWP) สูง

เบซาร์ดจาก imec กล่าวว่า "ปัญหาของ PFAS ก็คือโมเลกุลของมันมีความเสถียรสูง แสงหรือปฏิกิริยาทางเคมีในบรรยากาศไม่เพียงพอที่จะทำลายมัน"

เขากล่าวว่าส่วนผสมของก๊าซทางเลือกหลายชนิดที่มีปริมาณออกซิเจนสูงกว่าจะแยกตัวออกได้ง่ายกว่าและมีค่าศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อนต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ผู้สมัครจะต้องแสดงผลการปฏิบัติงานที่เท่าเทียมกันหรือดีกว่าจึงจะได้รับการพิจารณา

แต่ความยั่งยืนไม่ได้เป็นเพียงความท้าทายเฉพาะสำหรับการแกะสลักหรือการทับถม ตั้งแต่การพิมพ์หินไปจนถึงบรรจุภัณฑ์ ถือเป็นความท้าทายในอุตสาหกรรมที่ครอบคลุม ซึ่งผลกระทบของวัสดุใหม่จะส่งผลต่อการผลิตอุปกรณ์ทั้งหมด