מבשר La-FMD ALD למוצרי לוגיקה וזיכרון מובילים בעתיד
יסודות אדמה נדירים נכנסו לייצור בנפח גבוה עבור התקני לוגיקה מתקדמים מאז הצומת של 32 ננומטר (IBM, Samsung ו-Globalfoundries - Chipworks 2010). במיוחד עבור Lanthanum (La) - שם השם של סדרת lanthanide בטבלה המחזורית יושם כחומר דופן בערימת שער המתכת הגבוהה. תחמוצת לנתנום (La2O3, קבוע דיאלקטרי ~ 27), למשל, נחקר במשך שני עשורים כדיאלקטרי של שער גבוה-k להחלפת סיליקון דו חמצני קונבנציונלי (SiO2) דיאלקטרי שער בטרנזיסטורים מהדור הבא בלוגיקה כמו גם בזכרונות גישה אקראית דינמית (DRAM).
פילוח מילות מפתח של בקשות פטנט ב-20 השנים האחרונות עבור Lanthanum ו"תצהיר שכבה אטומית" [חיפוש Patbase 15 בנובמבר 2018]
שקיעת שכבה אטומית היא השיטה המבטיחה ביותר לגידול סרטים דקים במיוחד של דיאלקטריות שערים מבוססות La, ולכן הייתה במחקר מקיף והגשת בקשות לפטנט ב-20 השנים האחרונות. מאמץ המו"פ התמקד בתחומים הקשורים ליישומים דיאלקטריים ודיאלקטריים גבוהים בתעשיית המוליכים למחצה (ראה פילוח מילות מפתח לעיל). צמיחת הסרט האטומי שכבה אחר שכבה המאפשרת על ידי תגובות משטח מגבילות עצמית ב-ALD מספקת בקרת עובי סרט מדויקת מבחינה אטומית, אחידות טובה על פני מצע שטח גדול וקונפורמיות מצוינת במקרה של מבנים ביחס גובה-רוחב גבוה כמו FinFETs מודרניים וקבלי זיכרון. סוג מבני עמודים. עם זאת, כדי לעבוד ללא רבב זה דורש את מבשרי ALD בעלי מאפיינים ספציפיים (LINK):
1. נדיף מספיק (לפחות ~ 0.1 לחץ אדי שיווי משקל טור בטמפרטורה שבה הם אינם מתפרקים תרמית).
2. אידוי מהיר ובקצב שניתן לשחזר (תנאים שמתקיימים בדרך כלל עבור מבשרים נוזליים, אך לא עבור מוצקים).
3. לא מגיב מעצמו או מתפרק על פני השטח או בשלב הגז (לתגובות פני השטח המסתיימות מעצמן).
4. תגובתית גבוהה עם המגיב השני שהוצמד קודם לכן למשטח, מה שגורם לקינטיקה מהירה יחסית ובכך להוריד טמפרטורות ALD וזמני מחזור.
5. תוצרי לוואי נדיפים שניתן לנקות בקלות על מנת להתכונן לחצי המחזור הבא.
6. תוצרי לוואי לא קורוזיביים למניעת אי אחידות עקב תחריט סרט וקורוזיה של הכלי.
בשנת 2007 איגדה תאגיד אינטל את HfO2לתוך מחסנית דיאלקטרית של שער גבוה ב-45 ננומטר. עם זאת, HfO טהור2סובל מבעיית שכבת ממשק נמוכה עם Si, המגבילה ערכי עובי תחמוצת שווה ערך נמוך יותר (EOT). זה גם מתגבש בקלות בטמפרטורות נמוכות כמו ~ 500 מעלות. לכן, דיאלקטריים אמורפיים בעלי יציבות תרמית גבוהה עדיין מבוקשים ללא פגמים מהותיים (למשל גבולות גרגרים), בתנאי שהם עדיין מציעים את היתרונות של HfO2, כגון קבוע דיאלקטרי גבוה, פער פס רחב וזרם דליפה נמוך. תחמוצות טרינריות על בסיס לנתנום, כגון scandate lanthanum (LaScO3) ותחמוצת לנטנום לוטטיום (LaLuO3), שהופקדו בתהליך ALD הכולל מבשרי מתכת amidinate, לפי הדיווחים, מאפיינים מבניים וחשמליים רצויים. למעשה LaLuO3הוא בפוטנציה הדיאלקטרי הטוב ביותר של שער הפאזה האמורפית עם קבוע דיאלקטרי k~32. הוא אינו יוצר שכבות ממשק-ק נמוך עם Si אשר מאפשר ערכי עובי תחמוצת יעילים (EOT) < 1 ננומטר עם זרם דליפה נמוך משמעותית. גורם נוסף התורם לזרם הדליפה הנמוך על פני ALD שגדל דק LaLuO3דיאלקטרי שער הוא היסט הרצועה הגדול (2.1 eV) ביחס ל-Si; קיזוז ההולכה הסימטרי ופס הערכיות מביאים לזרמי דליפה שווים ב-NMOSFETs מונעי אלקטרונים וב-PMOSFET מונעי חורים. הוא נשאר אמורפי ואינו יוצר סגסוגות עם Si או Ge לאחר חישול הפעלת מקור/ניקוז בהתאמה.
כדוגמה עדכנית מאוד ליישום יחס גובה-רוחב גבוה בפועל על פרוסות 300 מ"מ הדורשות את כל המאפיינים המבשרים של ALD שתוארו לעיל (1 עד 6), אנו יכולים לראות את המאמר ש-Imac הציגה בכנס IEDM מפורסם זה, על שימוש בשכבת LaSiOx כדיפול. מוכנס לערימת HKMG. Imec הצליחה לערום את מודול הקצה הקדמי השלם של FinFET על גבי מודול FinFET סיליקון בתפזורת "סטנדרטי", המדגים גם כוונון מתח סף טוב, אמינות וביצועים בטמפרטורות נמוכות. ככל הנראה הוא הופקד על ידי תהליך ALD שכן הוא יצטרך לצפות בצורה מותאמת את הסנפירים ולהבטיח בקרת עובי מדויקת ואחידות: IEDM2018 Paper #7.1, "הדגמה ראשונה של FinFET מוערמים בתלת מימד ב-45nm Fin Pitch ו-110nm Gate Pitch Technology על פרוסות 300 מ"מ," A. Vandooren et al, Imec.
כמו במקרה זה ורבים נוספים, הכישורים המחמירים למבשרי ALD מכניסים אותם לקטגוריה של כימיקלים מיוחדים באיכות גבוהה - חומרים או מולקולות ספציפיות לביצוע או לתפקוד. תכונות הסרט המופקד מושפעות מאוד מהתכונות הפיזיקליות והכימיות של מולקולה בודדת או תערובת מנוסחת של מולקולות וכן מההרכב הכימי שלה. לכן, הוא מפעיל לחץ רב על היצרן והספק של הכימיקלים הייחודיים בטוהר גבוה מבחינת איכות, טוהר, נהלי תיעוד, שירות לקוחות וכו'.
Tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthanum(III), (99.999+%-La) La-FMD הוא אחד ממוצרי מבשרי מתכת amidinate עבור La ALD. החומר הוא אבקה לבנה עד אוף-וויט. הנוסחה הכימית והמשקל המולקולרי של La-FMD הם C21H45LaN6ו-520.53, בהתאמה. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (לאחר מכן Dow Chemical) מדווחת על La-FMD כמבשר ההפכפך ביותר של La הידוע עד כה. לחץ האדים בטמפרטורה נתונה שמעניק La-FMD גבוה מזה של La(Cp)3ו-La(thd)3. יתרה מכך, רוי ג'י גורדון מאוניברסיטת הרווארד מדווח שמבשרי האמידינט יציבים יותר מבחינה תרמית מאשר עמיתיהם האמידים בגלל הליגנד האמידינאט הקלתי והיעדר קשר MC. La amidinates הם מאוד תגובתיים עם קשרי Si-H המניבים זמן רוויה של פני השטח קטן בהרבה ובתור סיום עצמי מהיר של חצי תגובת ALD; ובכך לקצר את זמן מחזור ALD. כמו כן, כיסוי פני השטח מצוין מסופק על ידי מבשרי La amidinate על Si terminated מימן.
מקור מ: https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_הצעות_חדשות_la-fmd{{ 7}}ald_מבשר_ל_עתיד_היגיון_מוביל_קצה_ו{{15} מוצרי }זיכרון_