3 d内存计算取得进展

铟化合物显示了3 d的巨大希望内存计算和射频集成,但仍需进行更多的研究工作。

研究人员继续取得进展到3 d设备集成特别是铟锡氧化物(ITO),这是广泛应用于显示制造业。最近的研究表明,不同化合物的掺锡氧化铟,镓,或锌组合可能提高晶体管特性像高载流子迁移率和稳定的阈值电压。但氧化物空置控制仍是可靠的关键设备与BEOL金属化和CMP过程的集成。

3 d FEOL BEOL,包装
整体三维集成描述构建两个或两个以上的设备层的过程”,“在一块硅。这个用3 d与3 d包装概念,结合几个芯片完成在一个包中,使用层传输技术中设备层分别制作,然后结合。几种不同的方法属于“铁板一块”的伞,不过,这取决于特定设备的需求。单片集成电路也并不排除使用不同基质下的传输层。

CFETs例如,堆栈硅或SiGe-based PMOS和NMOS FEOL设备层,任何互连金属化之前发生。层传输层CFETs常用组合不同。CFETs减少一对互补的足迹晶体管,整个晶体管密度增加。

然而,3 d集成还可以用来缩小电路的相关部分之间的距离,减少连接路径的阻力,提高整体的速度。例如,内存中计算模块,经常提出解决内存带宽瓶颈,可能直接放置高于主CPU逻辑。射频设备不自己需要积极扩展,但仍然可以受益于电路路径越短,3 d集成可以提供。

在这些内存中的计算和射频集成应用程序,设备BEOL流程的一部分,因此面对严格的热约束。防止铜扩散过程的温度不能超过400°C。碳纳米管和二维半导体研究人员提出,但这些技术仍相对不成熟。

然而,氧化铟半导体今天相对成熟并广泛应用于显示应用程序。这些氧化铟半导体可能包括锡(Sn)、镓和/或锌掺杂物。这些层通常由溅射沉积(物理气相沉积),因为这个过程容易实现过程所需温度较低。

伊藤从显示芯片
氧化铟锡(ITO)也许是最成熟的indium-based半导体、显示行业几十年的生产历史。在最近的工作在VLSI技术研讨会,Yuye Kang在新加坡国立大学和他的同事们调查了设备数据的优点和通道厚度之间的关系。他们气急败坏的ITO到准备基质钨后门和氧化铪闸极介电层。[1]使用3.5纳米ITO通道,提高ITO源极和栅极,他们似乎有效载流子迁移率稳定在72厘米²/ V-sec。

虽然这载流子迁移率低的硅标准,72厘米²/ V-sec明显比值报告之前ITO设备。进一步减少通道厚度2 nm改进了阈下和阈值电压,但是设备流动性恶化。

图1:测试结构展示正形ALD,伊藤和高频振荡器₂潜在的钝化氧气比溅射空缺而使更深层次的结构。来源:2023年VLSI研讨会[2]

界面散射,降低流动性非常薄的半导体通道,包括硅。indium-based氧化物中氧空缺也会导致流动性退化和阈值电压不稳定。Kaito Hikake东京大学和他的同事们使用氧化铟镓(IGO),建议周围的氧气也可以扩散到通道,创造深陷阱。[2]控制氧含量和钝化oxygen-related缺陷是一个基本的挑战对于这些材料,和研究人员正在采取一些不同的方法。一个单独的新加坡国立大学集团工作了Sonu Hooda (Devi),使用一个ITO / IGZO(铟镓氧化锌)异质结构。[3]在他们的工作,ITO厚度控制通道载体浓度、氧缺陷的补偿。同时,异质结构避免了党卫军退化和阈值电压变化在ITO孤单。有效的流动,在110厘米²/ V-sec,既优于其他结果,重要的是,独立的通道厚度。

氧化铟和镓
Kaito Hikake集团关注的ga在部分In-Ga-Zn三元相图。纯氧化铟达到更高的流动性;纯氧化镓允许一个更大的带隙。在这两个之间,氧化铟镓(IGO)最大化热稳定性。虽然IGO因此非常有趣的理论上,很少有先前的报道的实用设备。

东京大学的研究人员,在决定₃遗传算法₂O_x提供最好的流动性之间的权衡,阈值电压,和稳定性。而由溅射沉积是可行的,研究人员特别感兴趣的垂直列场效应晶体管结构和选择ALD的保形性和优秀的厚度和成分控制。通过交替高_x和进气阀打开_xsub-cycles,他们定义了电影作品。接下来,他们重复这ALD异质结构沉积根据需要多次生产所需的总厚度。

研究人员制作单和双闸门装置,与ITO电极和氧化铪登机口电介质。双栅器件实现驱动电流和机动性比单扇设备,显然由于钝化通道的介电层顶部。具体来说,ALD高频振荡器₂使用一个臭氧(O₃)来源稳定的漏极电流和流动性而不改变阈值电压。其他钝化过程,包括气急败坏的SiO₂和退化的高频振荡器₂与一个H₂O氧气源,导致强烈的负面阈值电压变化。

最后,张Zhuocheng普渡大学和他的同事们发现镓确实有助于稳定这些设备,但仍会降低电气性能相对于纯在₂O₃。[4]他们指责阈值电压不稳定在氧化铟的生成氧栅偏压应力下的空缺,职位空缺作为浅捐助者。O₂退火可以使钝化这些潜在的捐赠者网站,他们建议,没有引入锌或Ga掺杂的负面影响。

实用性和BEOL设备
这里讨论的设备都与前缘CMOS竞争。然而,他们是在同一个小区,非晶硅(αSi)和其他半导体,可以使用低温过程。不管具体的材料,不过,很明显,基于铟氧化物半导体对氧浓度非常敏感,在制造和使用。适当的封装的实际设备将是必要的保护他们在湿法净化,CMP和其他流程步骤可能随之而来晶体管制造和BEOL步骤。还有待观察的灵活的成分是否这些材料将是一个优势,给工艺工程师很多方面来优化设备为他们的特定需求,或基本一致的障碍,可靠的行为。

引用

1. 康等,“Thickness-Engineered极薄通道高性能ITO日前提出了S / D架构:低取代,最高Moblity(₄海里总胆固醇政权),和高VTH可调性,“2023年IEEE研讨会VLSI技术和电路(VLSI技术和电路),京都,日本,2023年,页1 - 2,doi: 10.23919 / VLSITechnologyandCir57934.2023.10185421。
2. Hikake et al .,“Nanosheet氧化物半导体场效应晶体管使用ALD InGaOx通道和InSnOx电极常关操作,高机动性和可靠性对3 d集成设备,“2023年IEEE研讨会VLSI技术和电路(VLSI技术和电路),京都,日本,2023年,页1 - 2,doi:10.23919 / VLSITechnologyandCir57934.2023.10185234。
3. Hooda等,“克服负面场效应电晶体由Defect-Compensated VTH低热预算ITO-IGZO Hetero-Oxide通道实现创纪录的流动性和增强模操作,“2023年IEEE研讨会VLSI技术和电路(VLSI技术和电路),京都,日本,2023年,页1 - 2,doi:10.23919 / VLSITechnologyandCir57934.2023.10185266。
4. 张等,“超高偏见制程稳定性研究场效应晶体管通过高温氧气退火,“2023年IEEE研讨会VLSI技术和电路(VLSI技术和电路),京都,日本,2023年,页1 - 2,doi:10.23919 / VLSITechnologyandCir57934.2023.10185292。