为什么材料和3D技术的全新使用需要工艺设备策略的改变。
在第一部分在这篇博客中，我报道了2018年行业战略研讨会(ISS)， VLSI研究公司的Dan Hutcheson领导了一个由Synopsys、NVIDIA、Intel、ASML和应用材料公司代表组成的小组。与会者讨论了业界如何专注于同时从领先节点、节点间和落后节点中挤出更多的能力，以推动计算的进步。我谈到了使用新材料和3D技术来提高器件性能、功率和面积/成本——芯片设计师称之为“PPAC”。我解释说，在NAND中，经典的摩尔定律(每mm2更多的晶体管)达到了物理极限，但NAND路线图继续得益于向3D架构的过渡(每mm3更多的晶体管)。我说过3D技术也被应用于新兴存储器(英特尔®3D XPoint™技术)，甚至在逻辑(3D FinFET)。
在这篇博客中，我将在解释应用材料公司的Prabu Raja在ISS期间提到的一种重要的新型3D自对齐技术“多色”之前，稍微绕一下行业背景。
为什么这至关重要
我们的行业面临着一个悖论:物联网(IoT)为我们提供了比以往任何时候都多的数据，而大数据和人工智能允许我们以新的方式处理这些数据，以发现有价值的隐藏模式。数据爆炸和人工智能才刚刚开始改变主要行业，从广告到农业、零售、运输、制造业、生命科学和医疗保健。
在完全错误的时间，摩尔定律正在放缓:推动前一个计算时代的引擎不再在三个气缸上都工作，以提供性能、功率和面积/成本方面所需的改进。数据的增长速度快于晶体管的萎缩速度。当涉及到性能和功率时，收缩不再像过去那样有帮助。幸运的是，新材料、材料工程和3D设计技术正在扩展这一路线图。整个行业有机会在各个层面进行合作，加快新材料和设计技术的开发，即使经典的2D缩放达到物理和经济极限，也能实现人工智能的前景。
记忆中的成功故事
在NAND中，我们达到了摩尔定律的极限，因为存储单元变得如此之小，以至于我们不再有足够数量的电子来可靠地读取、写入和保留数据。然而，工程师们很聪明，他们设计了新的材料(如图案薄膜)和材料工程技术(如楼梯蚀刻)来重新排列细胞，使其更大，但也可以以摩天大楼的方式堆叠，这样“空调”就可以继续运行。
《逻辑学中的一个新兴故事
今天，类似的思维有助于推进逻辑路线图。考虑3D finFET。将栅极三面环绕不仅提高了性能和功率:它还将栅极所需的表面积向天空弯曲，利用Z维度允许更多的单个晶体管挤进X/Y平面。这是3D设计技术走向逻辑的一个很好的例子。另一个是英特尔的“接触过有源栅极”创新，晶体管的接触被重新定位——从栅极的一侧到栅极的顶部。晶体管已经被有效地重组，以至于它的部分到达第二层，需要精确地对准第一层。摩尔定律变慢了，但通过3D技术的巧妙使用，性能、功率和面积/成本仍在继续。
高级光刻:重要但不够
正如我们在ISS上所了解到的，虽然它变得越来越困难和昂贵，但业界将继续缩小2D逻辑功能。随着光刻成本的上升被3D技术所抵消，要解决的最重要的问题是一个关键层和下一个关键层之间的特征垂直对齐。我们需要非常精确地安排触点和通孔。正如国际空间站小组成员解释的那样，2D扫描仪的改进并不能完全解决3D世界的对齐挑战。我们现在需要基于材料的自我校准技术。
三维自对准材料工程
3D自对齐的一个例子是一种被设计师称为“多色”的技术。材料工程可用于修改用于形成连接两层的通孔的夹层的性能。夹层可以精确地迭代地蚀刻和填充，以产生交替的材料图案，其中一些是蚀刻选择性的，另一些是耐蚀刻的。这样，即使在用于形成连接上层和下层的通孔的光刻步骤中存在明显的对准误差时，蚀刻也只会去除选择性材料，而使非选择性材料完好无损。因此，形成孔道形状的孔直接创建在关键特征的顶部，而孔道正好落在它想要的地方;由于材料确保自对齐，覆盖问题得到缓解。
总之，材料工程使先进光刻技术变得实用。第三维度被开发以获得更大的密度;触点对准得到改善，获得更好的电气性能和产量;工艺窗口放宽，制造更方便。随着新的选择性材料和新的选择性3D材料工程技术的补充，与经典摩尔定律缩放相关的好处得到了扩展。
材料和材料工程3D技术的全新应用要求工艺设备策略的改变。请继续关注本博客第3部分的详细内容，我将在其中解释从单元处理系统到集成系统的过渡，以及一种全新的称为“集成材料系统”的东西。
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