Aşındırma İşlemlerinde Seçicilik ve Maliyet Kontrolü

Nanosheet FET'ler için aşındırma adımları

Nanoşerit üretim sürecindeki en kritik aşındırma adımları arasında sahte geçit aşındırma, anizotropik sütun aşındırma, izotropik aralayıcı aşındırma ve kanal serbest bırakma adımı yer alır. Alternatif silikon ve SiGe katmanlarının kontur aşındırması anizotropiktir ve flor bazlı kimyayı kullanır. Dahili aralayıcıların aşındırılması (girintiler) ve kanal serbest bırakma adımı, SiGe'de minimum silikon kaybı elde etmek için optimize edilmiştir.

Kanal yayınlama adımı çok önemlidir. Bézard, "Nanoribbonların salınımı yüksek seçicilik gerektirir" dedi. "Nanoribbonların çoğu silikondan, ardından SiGe ve tekrar silikondan oluşuyor. Alternatif katmanlarınız var ve bir katmanı diğerini değiştirmeden kaldırmanız gerekiyor." Bazı yayınlar, tek bir aşındırma adımıyla yapı üzerinde oluşan stresi azaltmak için çok adımlı SiGe aşındırma işleminin gerçekleştirilmesini tartışmaktadır.

Süreçteki bir sonraki adım, kendi kendine hizalanan temaslar oluşturmaktır. Bézard, "Burada yapmaya çalıştığımız şey, nitrürü temas ettirmek veya gömmek yerine esasen oksidi aşındırmaktır. Örneğin, mevcut spesifikasyon 3 mikrometrelik bir girintidir, ancak insanlar sıfır kayıp istiyor" dedi. "Bu durumda seçicilik kelimesini bile kullanmıyoruz. Sadece durmaktan ve sıfır duraktan bahsediyoruz."

3D NAND

3D NAND flash için katman sayısı artmaya devam ettikçe, yığılmış aygıtların dikey dizisini oluşturmak için birden çok yığılmış katmanın benimsenmesine ihtiyaç vardır. Robert Clark şöyle diyor: "Ayrıca, katmanlardaki artışla birlikte, bit yoğunluğunu daha da artırmak için kelime satırı aralığını veya katmanların dikey/Z aralığını ölçeklendirme yönünde güçlü bir istek var." Bu, TEL'in teknik personelinin üst düzey üyelerinden ve teknoloji direktörlerinden geliyor. Süreç perspektifinden bakıldığında, gravür ve biriktirme süreçlerinin, ölçeklendirme için gereken giderek daha küçük kritik boyutlara ve daha yüksek en boy oranlarına uyum sağlamak için sürekli olarak iyileştirilmesi gerekir.

Clark gelecekteki değişiklikleri şöyle açıklıyor: "Çok katmanlı şarj tuzağı cihazları için gelişmiş düğümlere bakıldığında, daha kısa geçit uzunlukları, hücre başına daha fazla enerji seviyesi ve daha iyi programlama verimliliği elde etmek için geçit yığınının tasarlanması gerekecek; bu potansiyel olarak yüksek-k malzemelerin benimsenmesi. Ayrıca poli-Si kanalların yerini alacak daha yüksek iletkenliğe sahip kanallara da ihtiyaç duyulabilir."

3D NAND'deki en kritik aşındırma adımlarından biri, 100'den fazla oksit ve nitrür katmanından oluşan bir yığında yaklaşık 200 nm'lik deliklerin derin aşındırılmasını içerir ve derinlikleri 10 μm'ye ulaşır. imec'ten Bézard, bu aşındırma adımının özellikle pahalı olduğunu belirtiyor.

"Diferansiyel şarj etkisi adı verilen fiziksel bir olgumuz var" diyor. "Plazmalarda, işleri basitleştirmek için elektronlarımız, iyonlarımız ve nötr türlerimiz var. Elektronlar her yönde hareket eder, ancak iyonlar yüzeye dikey olarak hızlanır. Yani deliğin alt kısmında pozitif yükler bulunur ve üst kısmında ise, negatif yükler, gelen iyonları itmeye çalışan bir elektrik alanı yaratıyor."

Sonuç olarak hendekleri tamamen kazımak için yüksek güç seviyelerine ihtiyaç vardır. Şöyle ekliyor: "Ark oluşturmadan 30-50 kilovatlık güç seviyelerini korumaya çalışıyoruz, bu nedenle aynanın çok iyi cilalanması ve üretilmesi gerekiyor."

Derin aşındırma ayrıca, özellikle çok katmanlı NAND üretimindeki sonraki adımlar talaşların inceltilmesini, hassas hizalamayı ve bir sonraki katmanla hibrit bağlanmayı içerdiğinden, en aza indirilmesi gereken strese de yol açar.

Diğer işlemler

Tüm çip üreticileri EUV litografi gerektiren son teknoloji çipler üretmez. Birçok fabrika 193nm litografi ve gravür süreçlerini genişletiyor.

Bruel Science Corporation Yarı İletken Ürün Çeşitlendirme Direktörü Brian Wilbur şunları söylüyor: "Yakın zamanda, ister CVD katmanları için alt katman olarak ister maske olarak kullanılsın, desen oluşturma kapasitesini artıran ve daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen yüksek sıcaklıklı bir SOC malzemesini piyasaya sürdük. "

En sıkı metal hatlar için kullanılan BEOL'un (Hat Arkası Sonu), bakır dışındaki ara bağlantılar için ikili damassen entegrasyon şemalarından çıkarımlı biriktirme ve aşındırmaya doğru çarpıcı bir değişim geçirmesi bekleniyor. Bu bağlamda en önemli gelişmeler renyum ve molibdende görüldü. Farklı avantajları var. Molibden aşındırma sırasında oksidasyona daha yatkındır, bu da onu ikili damassen şemalarıyla daha uyumlu hale getirir ve fiyatı da daha ucuzdur. Renyum değerli bir metal olduğundan aynı korozyon sorunlarına sahip değildir ancak çok daha yüksek maliyetlere sahiptir.

Cihaz yapıları ayrıca kenar yerleştirme hatalarına karşı daha az toleranslı hale geliyor. TEL'den Clark, katmanlar arasında ve ayrıca yollar ve ara bağlantılar arasında kendi kendini hizalamayı sağlamak için yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyulacağını belirtiyor. "İlk uygulamalar, daha yüksek termal kararlılığın ve daha düşük direncin veya doğrusal olmayan metallerin gerekli olduğu mantık için DRAM için gömülü kelime satırları ve MOL'de küçük aralıklı metal katmanlar olabilir."

Yeni nesil geliştirme

Uzun vadede ileriye bakıldığında, ideal olarak endüstri, cihazların arka uç ara bağlantı katmanlarına entegrasyonunu sağlamak için daha düşük termal bütçelere (300°C yerine 400°C'ye daha yakın) sahip arka uç süreçlerine geçiş yapacaktır.

TEL'den Clark şunu belirtti: "Sektörün daha fazla katmanda cihaz oluşturmaya başlaması gerekiyor. Bu, hattın arka ucu (BEOL) termal bütçesi dahilinde bellek ve mantık cihazları oluşturmamız gerektiği anlamına geliyor."

Clark ayrıca, ister bellek cihazlarını mantıksal BEOL akışına entegre etmek, ister DRAM'deki depolama dizileri üzerinde CMOS dizileri oluşturmak olsun, yarı iletken oksit kullanılarak üretilen cihazların şu ana kadar umut verici göründüğünü belirtti.

Bir diğer önemli değişim, araştırma kurumlarının ve önde gelen çip üreticilerinin test etmeye başladığı 2 boyutlu malzemelerin entegrasyonunu içeriyor. Tungsten disülfür veya molibden disülfür gibi aşındırma malzemeleri dikkate alınır. Ancak, yalnızca tek bir malzeme katmanından oluşan bu ince filmleri entegre eden levha üretim süreçlerinin geliştirilmesi, önemli zorluklar doğurmaktadır.

Sürdürülebilirlik

Çip üreticileri ve malzeme tedarikçileri karbon emisyonlarını azaltmak için alternatif kimyasallar arıyor. Aşındırma işlemlerinde ana suçlu, yüksek küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip florlu gazlardır.

imec'ten Bézard şunları söyledi: "PFAS'ın sorunu, moleküllerinin son derece kararlı olmasıdır. Atmosferdeki ışık veya kimyasal reaksiyonlar onu parçalamak için yeterli değildir."

Daha yüksek oksijen içeriğine sahip birçok alternatif gaz karışımının ayrışmasının daha kolay olduğunu ve daha düşük küresel ısınma potansiyeli değerlerine sahip olduğunu belirtti. Ancak, herhangi bir adayın dikkate alınabilmesi için eşit veya daha iyi performans göstermesi gerekir.

Ancak sürdürülebilirlik yalnızca gravür veya biriktirme için spesifik bir zorluk değildir. Litografiden ambalajlamaya kadar, yeni malzemelerin etkisinin tüm cihaz imalatını etkileyeceği kapsamlı bir endüstri mücadelesidir.