原子层蚀刻终于出现了

迁移对finFETs 20 nm节点和其他设备,除了需要一个新的数组芯片技术。多个模式,混合计量和新奇的互连方案所需的只是几个技术未来的扩展。

此外,行业还需要新的技术,可以处理结构在原子水平。例如,晶体管栅极宽度只能由20原子7 nm节点,而140原子在20海里。所以,将来帮助操纵原子设备,芯片制造商可能会需要一个新的颠覆性技术称为原子层腐蚀。

原子层蚀刻,有时被称为啤酒,是新一代等离子蚀刻技术,使分层技术,或一个原子,蚀刻IC设计。啤酒也是相关的原子层沉积(ALD)。ALD一直在IC生产多年,但啤酒一直是寻找一个问题的解决方案,在近二十年的研发实验室。

现在,经过多年的炒作,啤酒似乎从实验室到工厂。事实上,等离子体蚀刻工具巨头,如应用材料、林研究、电话等,为客户准备ALE-enabled工具技术。

“人们一直在问关于原子层蚀刻很多年了,但这是一个困难的事情,”布拉德利说霍华德,蚀刻技术先进单位的副总裁应用材料。“最后,行业有能力使它发生。在逻辑中,例如,当你开始到10纳米,你将开始看到过程,包括啤酒或ALE-like技术。在7海里,这是一个很大的转折点对插入这些类型的功能。”

啤酒不会取代传统的等离子体刻蚀机的工厂,但将需要更新的技术最先进的结构,托尔斯滕莉儿,新兴技术和系统集团副总裁林研究。“我们是在原子尺度的时代维度,“莉儿说。“我们说原子水平忠诚和sub-10nm结构需要等离子体腐蚀的新方法。所以我们认为啤酒是必要的。某些应用程序只能使用啤酒。没有它,我们不能前进。”

更具体地说,啤酒是一种选择性和精确删除目标材料。“这可能是用于诸如假门切除鳍替代随着行业新门InGaAs等材料,或简单地创造更多完美的外形,鳍支持继续扩展,”韦斯顿Twigg说,Pacific Crest Securities的分析师。”也可能是非常有用的在为潜在的创造纳米线5 nm插入通过删除所有的材料,在终点线。这是非常有趣的东西,但它的早期,我们期望一个权衡,在吞吐量可能。”

表面腐蚀
腐蚀,流程步骤,可去除材料的晶片来创建一个设备的特点,是一个重要的但是有些工厂的未被承认的工具。整个等离子体蚀刻市场代表总数的12%到14%的晶圆工厂设备(WFE)业务,据林研究。总的来说,WFE市场预计在2014年达到308亿美元,从273亿年的2013美元上涨了13%,据Gartner。

展望未来,腐蚀在流动正变得越来越重要。例如,极端的紫外线(EUV)光刻仍然拖延,迫使芯片制造商部署多个模式技术从20海里。多个模式,进而增加了30%的蚀刻步骤的逻辑流程,根据Pacific Crest Securities。

几十年来,与此同时,芯片制造商使用相同的基本等离子腐蚀装置,有时被称为反应离子刻蚀(RIE),在工厂。一般来说,腐蚀装置是用于两个主要和独立applications-conductor和介质。导线腐蚀帮助形状活性材料,而介电绝缘材料腐蚀雕刻模式创建壁垒。

在RIE,工具结合了许多气体反应堆在同一时间。基本上,啤酒也提供导体和介质腐蚀,但新奇的技术处理这些函数在细尺度或在原子水平。与RIE不同,啤酒执行单一单元步骤达到设定的结果,这可能影响过程的整体吞吐量。

今天的等离子体腐蚀装置保持工厂的主力工具,但也有一些新的挑战芯片制造商迁移到finFETs和其他设备。在finFET的生产,例如,一个挑战是使鳍结构在腐蚀过程中一致的高度。错误的蚀刻步骤可能导致与鳍结构可变性。

“这是开车的人看原子层蚀刻的必要性,”霍华德说。“地形(鳍结构)驱动一个腐蚀。如果你在腐蚀清除更多的地形,你暴露你的设备潜在的更大的伤害。”

啤酒,理论上,减少腐蚀破坏的流。“如果你正在谈论一个45纳米晶体管和纳米两边的损害,这可能不是一个大问题。但是如果你有一个10 nm或7纳米设备,和你有一个纳米的损害两边,这是一个大的大部分设备的损坏材料。你能做什么来减少损伤特点,和没有使用积极的清理之后,是未来的一个重要组成部分,”霍华德说。

啤酒的另一个司机也是明显的。该行业正朝着原子水平伸缩。“功能越来越小,”林的莉儿说。“在7海里,我们将主要有大约20个原子创建一个晶体管的宽度。如果你占设备在7海里的变化为1%,(你)占CD的预算,现在基本上7埃。现在,我们谈论的是两个原子或两个原子键。5 nm将四个原子。这是非常明显的,但最后,只剩下一个原子。”

一大杯啤酒
对于原子水平伸缩,下一代clear-ALE腐蚀解决方案。最大的问题是工厂啤酒能做什么,它会达到相同的成功“肾上腺脑白质退化症”。肾上腺白质退化症患者已经使用多年,电容器在后发展出规模开发high-k /金属门为逻辑设备堆栈。

“在原子层淀积,你进来和饱和表面反应物。然后,你与另一个反应物。变成一层材料。你循环多次创建原子层,多层”应用的霍华德说。“原子层蚀刻正在逆转。你想要腐蚀发生只在表面,有效地一次一层或一次一个原子层。你所做的是表面反应或改变。然后,您删除该反应物物质。你多次经历同样的周期。最后,原子层蚀刻给你机会伤害很低,聚合物自由表面蚀刻的尽头。”

与“肾上腺脑白质退化症”不同的是,啤酒没有进入大规模生产。在挑战啤酒一直控制在低能量脉冲电源。“现在我们知道怎么做,”他说。“已经有很多改善蚀刻处理控制、离子能量和脉冲气体。”

展望未来,应用设想,啤酒可能会出现在一个集群工具。这个工具可以有一个或几个专用酒室。相同的工具也可以专门和单独的RIE和清洁房间,啤酒,RIE和清洁是运行在一起作为一个意思执行不同的任务。

“啤酒不会接管一切腐蚀,”霍华德说。“RIE将在可预见的未来对某些应用程序。如果你有腐蚀大量材料,您可能不希望使用啤酒。这需要时间,”他说。

“另一方面,你会看到啤酒对导体和介质腐蚀。对于导体,啤酒将在常规的门和鳍的形成,或任何工程形成的鳍,”他说。”介质,当你接触,你通常是阻止层。然后你通过阻挡层。如果你能有一个非常低的损伤过程,蚀刻停止层,让你下来你的接触表面,可以改善接触电阻和设备匹配能力。”

林就是啤酒不会取代RIE莉儿同意。“我们将提供这两种技术在一个反应堆,“莉儿说。“我们认为他们会互补对某些应用程序。但我们已经看到过渡(ALE)在特定的应用程序。”

啤酒可以用于3 d NAND sub-20nm后发finFETs,但是仍有一些啤酒生产中运行之前工厂的挑战。“还有三大挑战”,莉儿说。“一是没有二次啤酒的意想不到的反应。例如,我们不希望极端紫外线辐射的反应堆。第二,我们想要离散单元的步骤。最后,我们需要自我限制的单一单元步骤。他们很难找到。”

还有其他问题。“的一个关键挑战啤酒到工厂是这项技术的智能化学方面,”克雷格·霍夫曼说,原子层Sematech腐蚀和干净的工程师。“世界半导体用高频或氢氟酸(在传统腐蚀)。高频有很好的反应与Si0²,但却几乎为零对硅的反应。如果你扩大到新的材料将用于晶体管制造前进,你可以想象化学沿着相同的路线。”

与此同时,在遥远的未来,啤酒可能有助于为未来铺平道路设备,如三世V finFETs gate-all-around场效应晶体管等。3 V finFETs定于7海里,而gate-all-around可能出现在5海里。“三世V可能的一个材料,啤酒将发挥关键作用,”Dae-Hyun Kim表示在Sematech啤酒项目经理。“在纳米线中,物理维度低于10 nm左右。这将是非常重要的控制任何情况下的几何。失去1纳米的纳米意味着10%的改变或变异。”

啤酒,根据金,可用于未来的发展二维材料,如石墨烯,氮化硼,过渡金属dichalcogenides (tmd)。两个TMD材料,钼联硒化物和二硫化钼,都是有吸引力的材料用于未来的场效应晶体管。

“有申请我们会描述为香草氧化物氮化物等材料到异国情调的材料,”理查德·希尔补充道,在Sematech技术经理。“那么,啤酒曾经是一个寻找问题的解决方案。这个问题已经走向成熟。我们看到一个漫长而健康的未来啤酒。”