La tecnologia di deposizione con fascio ionico di Denton metterà alla prova il sistema ALD dei materiali applicati

ratpack223

I dispositivi logici a semiconduttore sono passati dai transistor planari ai transistor FinFET nel nodo di processo da 16 nm come mezzo per ridurre le perdite, migliorare la scalabilità, rafforzare le correnti di pilotaggio e accelerare i tempi di commutazione. La tecnologia di produzione FinFET è passata bene dai chip da 22 nm fino ai chip da 5 nm.

Il gate-all-around ("GAA") è la tecnologia di processo dei semiconduttori di nuova generazione che offre due vantaggi unici rispetto ai FinFET. Innanzitutto, i transistor GAA risolvono molte sfide associate alla corrente di dispersione poiché i canali GAA sono orizzontali. In secondo luogo, i transistor GAA sono circondati da gate su tutti e quattro i lati. Ciò migliora la struttura di un transistor consentendo a un gate di contattare tutti e quattro i lati di un transistor rispetto ai tre lati dell'attuale processo FinFET.

L'architettura dei transistor GAA è simile al 90% a FinFET e il restante 10% di differenza deriva dall'impilamento di nanofogli orizzontali uno sopra l'altro.

L'evoluzione dei diversi tipi di dispositivi FET è mostrata nel Grafico 1.

SAMSUNG

Grafico 1

In un dispositivo planare, la pellicola metallica potrebbe essere depositata dall'alto verso il basso mediante PVD (sputtering). Per i FinFET, è molto difficile formare una pellicola conforme sulla parete laterale delle alette utilizzando questa tecnica di deposizione anisotropa. La tecnica CVD ha un'isotropia molto migliore rispetto al PVD ed è in grado di soddisfare i requisiti dei FinFET.

Per la struttura del dispositivo GAA, la deposizione di HKMG richiede precisione a livello atomico. La tecnica ALD offre un buon controllo dello spessore dello strato di HfO2 e TiN. Le pinne sono separate da soli 10 nm. In quello spazio vengono depositati un materiale ad alto k, un metallo di gate e un metallo che definisce la funzione di lavoro del transistor.

Per i FET GAA, tuttavia, sia il PVD che il CVD verranno gradualmente eliminati dalla deposizione degli strati di gate, sostituiti dalla deposizione di strati atomici ("ALD"), secondo il nostro rapporto intitolato Global Semiconductor Equipment: Markets, Market Shares and Market Forecasts. Una sfida chiave con i GAAFET è la necessità di depositare gli stack multistrato di ossido di gate e metallo attorno ai minuscoli canali da 10 nm.

Il sistema di soluzioni integrate di materiali ad alto vuoto di Applied Materials (NASDAQ:AMAT) (Grafico 2) per lo stack di ossido di gate integra ALD, fasi termiche, fasi di trattamento al plasma e metrologia. Secondo AMAT, queste pile sono altamente complesse e possono contenere fino a 7 strati. Questi includono l'interfaccia, gli strati high-k e gli strati del gate metallico. L'interfaccia e il ridimensionamento ad alto k sono fondamentali per la riduzione dell'ossido di gate che aumenta la corrente di pilotaggio. Il gate metallico è sintonizzato per garantire che il transistor abbia la corretta funzione di lavoro che determina la tensione di soglia.

Materiali applicati

Grafico 2

Il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha valutato una tecnica chiamata deposizione di fasci ionici ("IBD") e ha confrontato anche le pellicole realizzate con ALD. Il grafico 3 mostra che l'ossido IBD ha un campo di degradazione superiore (2.000-3.000 MV/m) a quello dell'ossido ALD (1.300 MV/m). Inoltre, il campo di rottura è risultato indipendente dall'area di giunzione, suggerendo fortemente l'assenza di fori di spillo.

NIST

Grafico 3

La tensione di rottura di un isolante è la tensione minima che fa sì che una parte di un isolante subisca un guasto elettrico e diventi elettricamente conduttiva. A quel punto, un FinFET o un GAA falliranno.

Le conclusioni tratte dagli scienziati del NIST sono che la deposizione del fascio ionico è in grado di depositare ossidi di altissima qualità a temperatura ambiente. La tecnica consente il controllo sub-nanometrico sullo spessore del film. La versione target distorta di IBD è in grado di produrre interfacce nitide con interdiffusione minima.

Denton Vacuum ha sviluppato processi di deposizione di fasci ionici di film sottili utilizzati nei processi FinFET e GAA per un cliente di semiconduttori. I dati mostrano che la deposizione e l'attacco con fascio ionico a bassa pressione forniscono pellicole ultra lisce con eccezionale uniformità e precisione dello spessore inferiore all'Angstrom: