Технология ионно-лучевого осаждения Denton бросит вызов системе ALD прикладных материалов

крысиная стая223

Полупроводниковые логические устройства перешли от планарных транзисторов к транзисторам FinFET на узле 16-нм технологического процесса в целях снижения утечки, улучшения масштабируемости, увеличения токов возбуждения и ускорения времени переключения. Технология производства FinFET хорошо масштабируется от 22-нм чипов до 5-нм чипов.

Gate-all-around («GAA») — это полупроводниковая технология нового поколения, предлагающая два уникальных преимущества перед FinFET. Во-первых, транзисторы GAA решают многие проблемы, связанные с током утечки, поскольку каналы GAA горизонтальны. Во-вторых, транзисторы GAA окружены затворами со всех четырех сторон. Это улучшает структуру транзистора, позволяя затвору контактировать со всеми четырьмя сторонами транзистора по сравнению с тремя сторонами в нынешнем процессе FinFET.

Транзисторная архитектура GAA на 90% похожа на FinFET, а остальные 10% разницы связаны с укладкой горизонтальных нанолистов друг на друга.

Эволюция различных типов полевых транзисторов показана на диаграмме 1.

Samsung

График 1

В плоском устройстве металлическая пленка может быть нанесена сверху вниз методом PVD (напыление). Для FinFET очень сложно сформировать конформную пленку на боковой стенке ребер, используя этот метод анизотропного осаждения. Метод CVD имеет гораздо лучшую изотропию, чем PVD, и способен удовлетворить требования FinFET.

Для структуры устройства GAA осаждение HKMG требует точности на атомных уровнях. Метод ALD обеспечивает хороший контроль толщины слоев HfO2 и TiN. Плавники разделены всего 10 нм. В этом пространстве наносятся материал с высоким коэффициентом k, металл затвора и металл, определяющий работу выхода транзистора.

Однако для полевых транзисторов GAA как PVD, так и CVD будут постепенно вытеснены осаждением затворных слоев и заменены осаждением атомных слоев («ALD»), согласно нашему отчету, озаглавленному «Глобальное полупроводниковое оборудование: рынки, доли рынка и прогнозы рынка». Ключевой проблемой, связанной с GAAFET, является необходимость нанесения многослойных оксидных и металлических затворных стеков вокруг крошечных 10-нм каналов.

Система интегрированных решений по материалам в высоком вакууме компании Applied Materials (NASDAQ:AMAT) (диаграмма 2) для затворной оксидной батареи включает в себя ALD, термические этапы, этапы плазменной обработки и метрологию. По данным AMAT, эти стопки очень сложны и могут содержать более 7 слоев. К ним относятся слои интерфейса и high-k, а также слои металлических затворов. Интерфейс и масштабирование с высоким коэффициентом k имеют решающее значение для восстановления оксидов затвора, что приводит к увеличению тока возбуждения. Металлический затвор настроен так, чтобы транзистор имел правильную рабочую функцию, определяющую пороговое напряжение.

Прикладные материалы

График 2

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) оценил метод, называемый ионно-лучевым осаждением («IBD»), и сравнил пленки, также изготовленные с помощью ALD. Диаграмма 3 показывает, что оксид IBD имеет превосходящее поле пробоя (2000–3000 МВ/м) по сравнению с оксидом ALD (1300 МВ/м). Кроме того, было обнаружено, что поле пробоя не зависит от площади перехода, что убедительно свидетельствует об отсутствии точечных отверстий.

НИСТ

График 3

Напряжение пробоя изолятора — это минимальное напряжение, при котором часть изолятора подвергается электрическому пробою и становится электропроводной. В этот момент FinFET или GAA выйдут из строя.

Выводы, сделанные учеными из NIST, заключаются в том, что ионно-лучевое осаждение способно осаждать очень качественные оксиды при комнатной температуре. Этот метод позволяет контролировать толщину пленки с точностью до нанометра. Смещенная целевая версия IBD способна создавать четкие границы раздела с минимальной взаимной диффузией.

Компания Denton Vacuum разработала для заказчика-производителя полупроводников процессы ионно-лучевого осаждения тонких пленок, используемых в процессах FinFET и GAA. Данные показывают, что осаждение и травление ионным лучом низкого давления обеспечивает сверхгладкие пленки с исключительной однородностью и точностью толщины менее ангстрема: