Tiền thân của La-FMD ALD cho các sản phẩm bộ nhớ và logic tiên tiến trong tương lai
Các nguyên tố đất hiếm đã đi vào sản xuất hàng loạt cho các thiết bị logic tiên tiến kể từ nút 32 nm (IBM, Samsung và Globalfoundries – Chipworks 2010). Đặc biệt đối với Lanthanum (La) - tên gọi của chuỗi lanthanide trong bảng tuần hoàn đã được triển khai như một chất pha tạp trong ngăn xếp cổng kim loại k cao. Lanthanum oxide (La2O3, hằng số điện môi ~ 27), ví dụ, đã được khám phá trong hai thập kỷ như một chất điện môi cổng k cao để thay thế silicon dioxide thông thường (SiO2) là chất điện môi cổng trong các bóng bán dẫn thế hệ tiếp theo trong logic cũng như trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM).
Phân khúc từ khóa của các đơn xin cấp bằng sáng chế trong 20 năm qua cho Lanthanum và"Lắng đọng lớp nguyên tử" [Tìm kiếm Patbase ngày 15 tháng 11 năm 2018]
Lắng đọng lớp nguyên tử là phương pháp triển vọng nhất để phát triển màng siêu mỏng của điện môi cổng La và do đó đã được nghiên cứu và nộp đơn xin cấp bằng sáng chế rộng rãi trong 20 năm qua. Nỗ lực R&D đã tập trung vào các lĩnh vực liên quan đến ứng dụng điện môi và điện môi k cao trong ngành công nghiệp bán dẫn (xem phân đoạn từ khóa ở trên). Sự phát triển màng từng lớp nguyên tử được tạo điều kiện thuận lợi bởi các phản ứng bề mặt tự giới hạn trong ALD cung cấp khả năng kiểm soát độ dày màng chính xác đến mức nguyên tử, tính đồng nhất tốt trên một chất nền diện tích lớn và tính phù hợp tuyệt vời trong trường hợp các cấu trúc có tỷ lệ khung hình cao như FinFET hiện đại và các cấu trúc trụ loại tụ điện bộ nhớ. Tuy nhiên, để hoạt động hoàn hảo, nó đòi hỏi các tiền chất ALD có các đặc tính cụ thể (LIÊN KẾT):
1. Dễ bay hơi (ít nhất là ~ 0.1 Torr áp suất hơi cân bằng ở nhiệt độ mà chúng không bị phân hủy nhiệt).
2. Bay hơi nhanh chóng và ở tốc độ có thể tái tạo (điều kiện thường đáp ứng được đối với tiền chất dạng lỏng, nhưng không đáp ứng được đối với chất rắn).
3. Không tự phản ứng hoặc phân hủy trên bề mặt hoặc trong pha khí (đối với phản ứng bề mặt tự kết thúc).
4. Có khả năng phản ứng cao với chất phản ứng khác đã bám vào bề mặt trước đó, dẫn đến động học tương đối nhanh và do đó nhiệt độ ALD và thời gian chu kỳ thấp hơn.
5. Các sản phẩm phụ dễ bay hơi có thể dễ dàng được loại bỏ để chuẩn bị cho nửa chu kỳ tiếp theo.
6. Sản phẩm phụ không ăn mòn để ngăn ngừa sự không đồng nhất do quá trình khắc màng và ăn mòn dụng cụ.
Năm 2007, Tập đoàn Intel đã thành lập HfO2vào ngăn xếp điện môi cổng high-k tại nút công nghệ 45 nm. Tuy nhiên, HfO tinh khiết2gặp vấn đề về lớp giao diện k thấp với Si, hạn chế các giá trị độ dày oxit tương đương (EOT) thấp hơn. Nó cũng dễ dàng kết tinh ở nhiệt độ thấp tới ~500 độ. Do đó, chất điện môi vô định hình có độ ổn định nhiệt cao vẫn được tìm kiếm vì không có khuyết tật nội tại (ví dụ ranh giới hạt), miễn là chúng vẫn mang lại lợi thế của HfO2, chẳng hạn như hằng số điện môi cao, khoảng cách dải rộng và dòng rò rỉ thấp. Các oxit ba thành phần gốc lanthanum, chẳng hạn như lanthanum scandate (LaScO3) và lanthanum lutetium oxide (LaLuO3), được lắng đọng bằng quy trình ALD liên quan đến tiền chất amidinate kim loại được báo cáo là thể hiện các đặc tính cấu trúc và điện mong muốn. Trên thực tế, LaLuO3có khả năng là điện môi cổng pha vô định hình tốt nhất với hằng số điện môi k~32. Nó không tạo thành các lớp giao diện k thấp với Si cho phép các giá trị độ dày oxit hiệu dụng (EOT) < 1 nm với dòng rò rỉ thấp đáng kể. Một yếu tố khác góp phần vào dòng rò rỉ thấp trên ALD phát triển LaLuO mỏng3Điện môi cổng là độ lệch băng tần lớn (2,1 eV) so với Si; độ lệch băng tần dẫn điện và hóa trị đối xứng tạo ra dòng rò rỉ bằng nhau trong NMOSFET điều khiển bằng electron và PMOSFET điều khiển bằng lỗ. Nó vẫn ở trạng thái vô định hình và không tạo thành hợp kim với Si hoặc Ge sau khi ủ hoạt hóa nguồn/cống tương ứng.
Là một ví dụ rất gần đây về ứng dụng tỷ lệ khung hình cao thực tế trên các tấm wafer 300 mm yêu cầu tất cả các đặc điểm tiền thân của ALD được mô tả ở trên (1 đến 6), chúng ta có thể xem bài báo mà Imec trình bày tại hội nghị IEDM nổi tiếng này, về việc sử dụng lớp LaSiOx làm lưỡng cực được chèn vào ngăn xếp HKMG. Imec đã thành công trong việc xếp chồng toàn bộ mô-đun mặt trước FinFET lên trên một mô-đun FinFET silicon khối "chuẩn" cũng cho thấy khả năng điều chỉnh điện áp ngưỡng tốt, độ tin cậy và hiệu suất nhiệt độ thấp. Có lẽ nó rất có thể đã được lắng đọng bằng quy trình ALD vì nó sẽ phải phủ lớp phủ phù hợp với các vây và đảm bảo kiểm soát độ dày chính xác và tính đồng nhất: Bài báo IEDM2018 số 7.1, "Trình diễn đầu tiên về FinFET xếp chồng 3D ở bước vây 45nm và công nghệ bước cổng 110nm trên các tấm wafer 300mm", A. Vandooren và cộng sự, Imec.
Như trong trường hợp này và nhiều trường hợp khác, các tiêu chuẩn nghiêm ngặt đối với tiền chất ALD đưa chúng vào danh mục hóa chất chuyên dụng chất lượng cao - vật liệu hoặc phân tử cụ thể về hiệu suất hoặc chức năng được lựa chọn. Các đặc tính của màng lắng đọng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các đặc tính vật lý và hóa học của một phân tử đơn lẻ hoặc hỗn hợp các phân tử được pha chế cũng như thành phần hóa học của nó. Do đó, nó gây ra rất nhiều áp lực cho nhà sản xuất và nhà cung cấp các hóa chất chuyên dụng có độ tinh khiết cao về mặt chất lượng, độ tinh khiết, quy trình lập tài liệu, dịch vụ khách hàng, v.v.
Tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthanum(III), (99.999+%-La) La-FMD là một trong những sản phẩm tiền chất amidinate kim loại cho La ALD. Vật liệu là bột màu trắng đến trắng ngà. Công thức hóa học và trọng lượng phân tử của La-FMD là C21H45Lan6và 520,53, tương ứng. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (sau này là Dow Chemical) báo cáo La-FMD là tiền chất La dễ bay hơi nhất được biết đến cho đến nay. Áp suất hơi ở một nhiệt độ nhất định do La-FMD truyền cao hơn áp suất hơi của La(Cp)3và La(thd)3. Hơn nữa, Roy G. Gordon từ Đại học Harvard báo cáo rằng các tiền chất amidinate ổn định nhiệt hơn so với các chất tương ứng amidinate của chúng do có phối tử amidinate chelat và không có liên kết MC. Các amidinate La có phản ứng cao với các liên kết Si-H tạo ra thời gian bão hòa bề mặt nhỏ hơn nhiều và do đó tự kết thúc nhanh chóng phản ứng bán phần ALD; do đó rút ngắn thời gian chu kỳ ALD. Ngoài ra, các tiền chất amidinate La cung cấp khả năng phủ bề mặt tuyệt vời trên Si kết thúc bằng hydro.
Nguồn gốc từ: https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_cung cấp_mới_la-fmd_ald_tiền thân_cho_tương lai_hàng đầu_logic_và_bộ nhớ_sản phẩm