一旦再次出现低温腐蚀

经过多年研发,技术称为低温腐蚀是重新作为一个可能的选项在内存中为生产行业面临新的挑战和逻辑。

低温腐蚀去除材料设备具有高纵横比在寒冷的气温中,尽管它一直是一个挑战性的过程。低温腐蚀是很难控制,它需要专业的低温气体工厂,这是昂贵的。

发达国家早在1980年代,低温腐蚀有一些优点,但它主要用于研发,而不是在生产、微机电系统和其他设备。该行业实际上并不出售低温腐蚀系统。但多年来,一些工具厂商出售蚀刻工具与低温的能力。纯粹主义者认为一个蚀刻在一个温度- 100°C (148°F -)或低于构成低温腐蚀。

低温腐蚀,有时被称为低温腐蚀,是一种使用两种方法使深硅或高纵横比(HAR)蚀刻设备,特点是长,窄而深。另和最受欢迎的方法是两步博世的过程,在蚀刻一个结构的一部分,然后在环境温度下钝化。然后重复这个过程,直到完成腐蚀。

图1:高纵横比的低温腐蚀。来源:AZoNano.com/牛津仪器等离子体技术

而行业将坚持博世过程在大多数情况下,一些人开始看生产低温腐蚀,至少在狭窄的应用程序。简单来说,低温腐蚀是一种一步法技术过程中冷却结构,防止不必要的反应会影响腐蚀的概要文件。

低温腐蚀的缺点是需要低温冷却装置或一个昂贵的液态氮气线的工厂服务。这就是为什么技术研发。

但随着传统腐蚀问题面临挑战,尤其是3 d NAND-the继任者今天的平面NAND闪存memory-cryo腐蚀越来越严肃的表情。

“我们要做的是介绍低温腐蚀,”里克Gottscho说,首席技术官林的研究在最近的一次演讲。“这是在文献中自1980年代中期以来,但它是非常超前的。这是一个困难的技术,但我们取得了很大的进步。”

多年来,牛津仪器,Plasma-Therm和其他人出售腐蚀装置低温和non-cryogenic功能。现在,林和其他人正在看低温腐蚀3 d与非。这个行业也是发展中电介质材料的技术性能的逻辑设备。

博世的过程仍将主导生产技术。但低温腐蚀提出了一些有趣的选择,即使目前尚不清楚该行业是否能够把它投入生产。

腐蚀是什么?
腐蚀,流程步骤,蚀刻或去除材料的晶片来创建一个设备的特点,分为两个categories-wet干燥。湿蚀刻使用液体化学品去除材料。

干蚀刻是两个市场的更大。一般来说,低温腐蚀,原子层腐蚀(ALE)和其他类型适合这一类。然而,低温腐蚀是不同的啤酒。啤酒,进入生产,有选择地删除目标材料在原子尺度。

然而在许多干蚀刻系统,晶片坐在一个反应堆在一个蚀刻系统和等离子体作为源。介绍了气体系统和气体等离子体破裂,产生离子和中性活性物种。然后,离子和物种轰炸选择晶圆的一部分,消除了材料的设备。

等离子体蚀刻系统配置了几种类型的反应堆之一,如电容耦合等离子体(CCP)和电感耦合等离子体(ICP)和其他人。

老师基于CCP等离子体源由一个反应堆和两个金属电极。晶圆片坐落在两个电极之间的一个阶段。使用一个射频电源、电极之间产生电场,释放离子。

在工厂,最先进的腐蚀装置是基于ICP。这些腐蚀装置像中共系统,但通过电磁感应ICP创造能源。

中国共产党和ICP使这一过程被称为反应离子刻蚀(RIE)。“你有反应和离子刻蚀。反应是我们的化学腐蚀。你几乎可以认为这是一个潮湿的酸性腐蚀,”杰弗里•加德纳解释微软研究院的研究助理,普渡大学的访问学者。

“离子蚀刻是更多的一个机械的过程。我会给它是喷砂的类比。你是机械去除表面上的东西,”加德纳说。“当我把这些结合在一起,得到一个优势。我将增加的速度反应腐蚀发生。”

所以RIE是一个过程,离子轰击表面,并添加一个ICP刻蚀工具允许您控制过程。“当我有电感耦合等离子体,我现在可以独立调整等离子体密度,所以我可以让你更富有或更有效。与一个独立的旋钮,我可以控制我的离子能量,”加德纳说。

ICP刻蚀机可以执行一个RIE过程为各种应用程序在设备上,如面具腐蚀,哈尔腐蚀等。哈尔腐蚀也称为深硅蚀刻或深反应离子刻蚀(冲动)。

哈尔腐蚀,行业主要采用博世的过程。在1996年申请了专利,两步的过程首先是一个各向同性腐蚀使用六氟化硫(科幻小说₆),其次是一个保护膜钝化层。博世过程健壮,让哈尔100:1蚀刻。但是有时,这个过程会导致胎侧粗糙和不完美的蚀刻配置文件。

同时,低温腐蚀是另一种方式来执行HAR蚀刻。使用RIE过程,低温腐蚀使> 50:1的哈尔,根据过程。一些人声称它使100:1。

博世和低温腐蚀技术,然而,这一过程变得不那么可预测的纵横比以上30:1的,据专家。

无论如何,cyro腐蚀有一定的优势。像博世过程,低温腐蚀是在标准的ICP进行腐蚀装置。相同的腐蚀装置还可以容纳non-cryogenic流程。关键是晶圆片表腐蚀装置。如果表是系统中冷却到低温下,腐蚀装置执行cyro腐蚀。如果没有冷却,这是执行不同的腐蚀。

一般来说,腐蚀装置可能制冷机附加到它,也可以把温度- 10°C到20°C。但在一个纯低温腐蚀过程中,液化氮气注入工具,使温度低于100°C。

例如,牛津仪器卖ICP刻蚀的工具。“我们的晶圆片表有冷却和加热,并能在宽温度范围(-150°C + 400°C),”迈克·库克说,首席技术官牛津仪器等离子技术。“事实上,它可以去寒冷的超过-150°C,但在较低的温度下,它更像是一个比一个表低温泵,冻结许多腐蚀气体。”

与博世技术、低温腐蚀是一个连续的过程。一般来说,科幻小说₆和O₂气体在低温蚀刻使用。这反过来为蚀刻生产氟自由基。

“应用程序主要是深硅蚀刻,”库克说。“任何过程混合ion-stimulated腐蚀和化学腐蚀发生在同一时间可以调整调整晶片温度。”

它有一些优点在博世的过程。“与gas-chopping腐蚀/钝化周期,扇贝的侧壁是免费的,”他说。

例如,假设你想蚀刻深沟。在低温腐蚀,离子去除材料的海沟,直到他们到达底部,但轮胎保持在低温下。“我喜欢把它当做ion-assisted活性腐蚀。通过保持衬底冷,只在离子就是温度升高。热不扩散其余的晶片,”微软研究院的加德纳说。

低温腐蚀过程中防止意外事故。说:“在高温下原子移动Mahendra Pakala,过程开发的董事总经理应用材料。“如果你不想原子而腐蚀,降低气温。”

不过,低温腐蚀一直困在研发。“这差不多就是一个研发工作,但它是可能的,它被用于一些MEMS工作深沟以及直线边缘粗糙度,”迪恩·弗里曼说,Techcet分析师。“挑战是MFC控制、温度控制、湿度控制和O₂的水平。它也看起来像有一些相当紧过程窗口。”

一直在研发低温腐蚀,它需要一个液氮气服务。“成本来自不得不创建一个专线然后绝缘。可以有一个杜瓦接近蚀刻工具,但是你必须密切关注,根据需要改变它,这是一个额外的费用,”弗里曼说。

有一些niche-oriented申请cyro腐蚀,主要在研发。“低温硅结构的主要应用程序要求的粗糙度小于10纳米,非常高的纵横比,polymer-free和少量生产的纳米结构,”David骊山说Plasma-Therm首席科学家和业务发展经理。

“这是经常为最高性能的光子设备,如波导或反射表面,或微流体湍流必须至少“骊山说。”另一个潜在的应用是纳米结构时仔细的资料和尺寸控制是必要的。这方面的一个例子是主人面具nanoimprint技术。另一个司机为低温polymer-free过程。被polymer-free消除了典型post-DRIE聚合物去除过程一步。”

冻结的记忆和逻辑
然而现在,低温腐蚀从实验室到工厂已经指日可待。这项技术正在评估3 d NAND闪存。不像现在的平面与非,这是一个二维结构,3 d与非摩天大楼像一个垂直的水平层记忆细胞堆积,然后使用微小垂直连接通道。

3 d与非量化层堆叠的数量在一个设备。随着更多的层,密度增加。今天,3 d NAND闪存供应商航运与96 - 64 -层设备层产品增加。和在幕后供应商正在开发产品128 - 256层。

3 d NAND流从一个衬底。使用化学气相沉积,沉积在衬底上的一层材料,其次是在上面一层。重复这个过程几次直到给定设备所需的层数。

然后是最困难的部分flow-HAR腐蚀。为此,蚀刻工具必须钻小圆形通道从设备堆栈的顶部底部衬底。

执行这个步骤使用RIE腐蚀装置。腐蚀装置产生微小通道与离子轰击表面。但随着腐蚀过程渗透入更深的频道,离子的数量可能减少。这减缓了腐蚀速率。更糟糕的是,不必要的CD可能发生变化。

不管怎样,今天的蚀刻工具为64层,也许96工作,但系统遇到的问题超出这一点。”9 x层,一些用常规腐蚀装置。然而,更多HAR蚀刻,另一个等离子体的工具/方法是必要的。低温腐蚀是一个例子,”Jeongdong崔承哲,分析师。

理论上,对于这个应用程序,低温腐蚀装置将钻小孔在寒冷的温度下。这使胎侧冷在腐蚀过程中,离子可以进一步洞不中断。

“低温腐蚀的优点是,你得到更多的反应物在底部腐蚀前高纵横比的特性,“林Gottscho说。”,提高了腐蚀速率。这是一个昂贵的技术来实现,但利益大于这些额外成本。”

有一些挑战。”等介电层,氧化和氮化(低温腐蚀)仍然是一个持续的发展,“TechInsights Choe说。“我们可以得到一个非常垂直刻蚀剖面。很容易把这个开放区域。然而,由于残留,很难得到一个深孔刻蚀剖面SiO /罪替代介电层密集阵列细胞区域。”

可以肯定的是,这个行业可以继续大规模3 d NAND没有低温腐蚀。另一方面,技术可以简化缩放一点,如果它的工作原理。这是最大的未知数。

除了3 d NAND,这个行业也在考虑低温腐蚀的逻辑。逻辑芯片包含一个晶体管和互联。的晶体管位于底部的结构和作为开关。的互联位于顶部的晶体管,包括小铜线计划传输电信号从一个晶体管到另一个。

铜互联,工业使用dual-damascene过程。在这个流性能介电材料首先沉积在表面的装置。基于carbon-doped氧化物材料,性能电影是用来隔离装置的一部分从另一个,减少寄生电容。

下一步是模式通过和战壕膜材料的性能。结构蚀刻,形成一个通过和海沟。最后,通过/沟结构充满了铜、铜布线图。

它们面临诸多挑战。例如,今天的性能电影2.5或2.6的“k值”。该行业仍停留在这些数字在许多挑战。一段时间,目标是减少2.2“k值”,这将减少寄生电容和提高设备的性能。

但减少“增殖系数粘度值”是有问题的。性能电影由细小的毛孔。孔隙的大小增加时,k值低于2.3。因此,毛孔容易损坏在等离子体蚀刻过程中材料的性能。

为了解决这个问题,这个行业可以填补毛孔高分子材料。通过自由基受阻,从而保护材料。

这也是具有挑战性的。“它需要一个孔填料和翻译成中文的过程,这就增加了加工时间和成本,”张Quan-Zhi说,安特卫普大学的研究员。

作为回应,安特卫普大学和Imec正在开发一种新的性能过程使用低温腐蚀。最初,研究者从晶圆开始配备性能的材料。然后,他们冷却晶片在低温下。“这种气体可能凝结在毛孔液体,可防止扩散连通孔隙的激进分子在随后等离子蚀刻,”张说。

最后,晶片被带回房间温度。在-104°C结果是有前途的,但这个过程是费时的。“然而,我们发现,创建了一个新的低温腐蚀气体混合物,它只需要大约-20°C到-30°C。这提高了技术并使其可行的产业,”张说。

显然,低温腐蚀是一个具有挑战性但承诺的过程。但目前还不清楚如果行业可以让它在工厂工作。如果没有,它将继续冻结在研发在可预见的未来。

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