A tecnologia de deposição de feixe de íons da Denton desafiará o sistema ALD da Applied Materials

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Os dispositivos lógicos de semicondutores passaram de transistores planares para transistores FinFET no nó de processo de 16 nm como um meio de reduzir o vazamento, melhorar a escalabilidade, reforçar as correntes de acionamento e acelerar os tempos de comutação. A tecnologia de fabricação FinFET escalou bem de chips de 22 nm até chips de 5 nm.

O gate-all-around ("GAA") é a tecnologia de processo de semicondutores de última geração, oferece duas vantagens exclusivas sobre os FinFETs. Primeiro, os transistores GAA resolvem muitos desafios associados à corrente de fuga, pois os canais GAA são horizontais. Em segundo lugar, os transistores GAA são cercados por portas em todos os quatro lados. Isso melhora a estrutura de um transistor, permitindo que uma porta entre em contato com todos os quatro lados de um transistor em comparação com os três lados do atual processo FinFET.

A arquitetura do transistor GAA é 90% semelhante ao FinFET, e os 10% restantes de diferença vêm do empilhamento de nanofolhas horizontais umas sobre as outras.

A evolução dos diferentes tipos de dispositivos FET é apresentada no Quadro 1.

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Gráfico 1

Em um dispositivo planar, o filme de metal pode ser depositado de cima para baixo por PVD (sputtering). Para FinFETs, é muito difícil formar um filme conforme na parede lateral das aletas usando esta técnica de deposição anisotrópica. A técnica CVD tem uma isotropia muito melhor que a PVD e é capaz de atender aos requisitos dos FinFETs.

Para a estrutura do dispositivo GAA, a deposição de HKMG requer precisão em níveis atômicos. A técnica ALD oferece um bom controle para a espessura da camada de HfO2 e TiN. As aletas são separadas por apenas 10 nm. Nesse espaço, são depositados um material de alto k, um metal de porta e um metal que define a função trabalho do transistor.

Para GAA FETs, no entanto, tanto o PVD quanto o CVD serão eliminados da deposição de camadas de portão, substituídos pela deposição de camada atômica ("ALD"), de acordo com nosso relatório intitulado Global Semiconductor Equipment: Markets, Market Shares and Market Forecasts. Um dos principais desafios dos GAAFETs é a necessidade de depositar o óxido de multicamadas e as pilhas de portas de metal em torno dos minúsculos canais de 10 nm.

O sistema de solução de materiais integrados de alto vácuo da Applied Materials (NASDAQ:AMAT) (Quadro 2) para a pilha de óxido de porta integra ALD, etapas térmicas, etapas de tratamento de plasma e metrologia. De acordo com a AMAT, essas pilhas são altamente complexas e podem conter mais de 7 camadas. Isso inclui as camadas Interface e high-k e as camadas de porta de metal. A escala de interface e alto k é crítica para a redução de óxido de porta, que aumenta a corrente de acionamento. A porta de metal é ajustada para garantir que o transistor tenha a função de trabalho correta que determina a tensão limite.

Materiais Aplicados

Gráfico 2

O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) avaliou uma técnica chamada deposição de feixe de íons ("IBD") e comparou filmes também feitos com ALD. O gráfico 3 mostra que o óxido IBD tem um campo de degradação superior (2.000-3.000 MV/m) ao do óxido ALD (1.300 MV/m). Além disso, descobriu-se que o campo de ruptura é independente da área de junção, sugerindo fortemente a ausência de pinholes.

NIST

Gráfico 3

A tensão de ruptura de um isolador é a tensão mínima que faz com que uma parte de um isolador sofra uma ruptura elétrica e se torne eletricamente condutiva. Nesse ponto, um FinFET ou GAA falhará.

As conclusões tiradas pelos cientistas do NIST são que a deposição de feixe de íons é capaz de depositar óxidos de alta qualidade à temperatura ambiente. A técnica permite um controle subnanométrico sobre a espessura do filme. A versão alvo tendenciosa do IBD é capaz de produzir interfaces nítidas com interdifusão mínima.

A Denton Vacuum desenvolveu processos de deposição de feixe de íons de filmes finos usados ​​em processos FinFET e GAA para um cliente de semicondutores. Os dados mostram que a deposição de feixe de íons de baixa pressão e corrosão fornece filmes ultra-suaves com uniformidade excepcional e precisão de espessura sub-Angstrom: