La-FMD ALD Precursor for fremtidens førende logik og hukommelsesprodukter
Sjældne jordarters elementer er gået ind i højvolumenproduktion til avancerede logiske enheder siden 32 nm-knuden (IBM, Samsung og Globalfoundries – Chipworks 2010). Især for Lanthanum (La) - eponymet af lanthanid-serien i det periodiske system er blevet implementeret som et dopingmiddel i high-k metal gate stakken. Lanthanoxid (La2O3, dielektrisk konstant ~ 27), for eksempel, er blevet undersøgt i to årtier som et high-k gate dielektrikum til erstatning af konventionel siliciumdioxid (SiO)2) gate dielektrikum i næste generations transistorer i logik såvel som i dynamiske random access memory (DRAMs).
Søgeordssegmentering af patentansøgninger de sidste 20 år for Lanthanum og"Atomic Layer Deposition" [Patbase-søgning 15. november 2018]
Atomisk lagaflejring er den mest lovende metode til dyrkning af ultratynde film af La-baseret gate-dielektrik og har derfor været under omfattende forskning og indgivelse af patentansøgninger i de sidste 20 år. F&U-indsatsen har været fokuseret på områder relateret til dielektriske og høj-k dielektriske applikationer i halvlederindustrien (se søgeordssegmentering ovenfor). Den atomare lag-for-lag filmvækst lettet af selvbegrænsende overfladereaktioner i ALD giver atomisk præcis filmtykkelse kontrol, god ensartethed på tværs af et stort område substrat og fremragende overensstemmelse i tilfælde af strukturer med højt aspektforhold som moderne FinFET'er og hukommelseskondensator type søjlestrukturer. Men for at fungere fejlfrit kræver det ALD-prækursorerne, der har specifikke egenskaber (LINK):
1. Tilstrækkeligt flygtige (mindst ~ 0.1 Torr ligevægtsdamptryk ved en temperatur, ved hvilken de ikke nedbrydes termisk).
2. Hurtigt fordampende og med en reproducerbar hastighed (betingelser, der normalt er opfyldt for flydende prækursorer, men ikke for faste stoffer).
3. Ikke selvreagerende eller nedbrydende på overfladen eller i gasfasen (til selvterminerende overfladereaktioner).
4. Meget reaktiv med den anden reaktant, der tidligere er fastgjort til overfladen, hvilket resulterer i relativt hurtig kinetik og dermed lavere ALD-temperaturer og cyklustider.
5. Flygtige biprodukter, der let kan renses for at forberede sig til den efterfølgende halvcyklus.
6. Ikke-ætsende biprodukter for at forhindre uensartethed på grund af filmætsning og korrosion af værktøjet.
I 2007 indarbejdede Intel Corporation HfO2ind i high-k gate dielektrisk stak ved 45 nm teknologiknudepunkt. Dog ren HfO2lider af lav-k grænsefladelagsproblem med Si, hvilket begrænser lavere ækvivalent oxidtykkelse (EOT) værdier. Det krystalliserer også let ved temperaturer så lave som ~500 grader. Derfor er amorfe dielektrika med høj termisk stabilitet stadig eftertragtede uden iboende defekter (f.eks. korngrænser), forudsat at de stadig tilbyder fordelene ved HfO2, såsom høj dielektrisk konstant, bred båndafstand og lav lækstrøm. Lanthan-baserede ternære oxider, såsom lanthan scandate (LaScO3) og lanthanlutetiumoxid (LaLuO3Deponeret ved ALD-proces, der involverer metalamidinat-prækursorer, udviser efter sigende ønskelige strukturelle og elektriske egenskaber. Faktisk LaLuO3er potentielt den bedste amorfe fase gate dielektrikum med dielektrisk konstant k~32. Det danner ikke lav-k grænsefladelag med Si, hvilket muliggør effektiv oxidtykkelse (EOT) værdier < 1 nm med signifikant lav lækstrøm. En anden faktor, der bidrager til den lave lækstrøm over ALD dyrket tynd LaLuO3gate dielektrikum er den store bånd-offset (2,1 eV) i forhold til Si; de symmetriske lednings- og valensbåndforskydninger resulterer i lige store lækstrømme i elektrondrevne NMOSFET'er og huldrevne PMOSFET'er. Det forbliver amorft og danner ikke legeringer med Si eller Ge efter respektive kilde-/drænaktiveringsudglødninger.
Som et meget nyligt eksempel på en faktisk applikation med højt billedformat på 300 mm wafers, der kræver alle ALD-precursor-karakteristika beskrevet ovenfor (1 til 6), kan vi se det papir, som Imec præsenterede på denne berømte IEDM-konference, om brug af et LaSiOx-lag som en dipol indsat i HKMG-stakken. Det lykkedes Imec at stable det komplette FinFET frontend-modul oven på et "standard" bulk silicium FinFET-modul, der også demonstrerer god tærskelspændingsjustering, pålidelighed og ydeevne ved lav temperatur. Formentlig er det højst sandsynligt blevet deponeret ved en ALD-proces, da det skal belægge finnerne konformt og sikre præcis tykkelseskontrol og ensartethed: IEDM2018 Paper #7.1, "First Demonstration of 3D Stacked FinFETs at a 45nm Fin Pitch and 110nm Gate Pitch Technology på 300 mm wafers," A. Vandooren et al., Imec.
Som i dette tilfælde og mange flere, placerer de strenge kvalifikationer for ALD-prækursorer dem i kategorien af specialkemikalier af høj kvalitet - præstations- eller funktionsspecifikke materialer eller molekyler efter eget valg. De aflejrede filmegenskaber er stærkt påvirket af de fysiske og kemiske egenskaber af et enkelt molekyle eller en formuleret blanding af molekyler såvel som dets kemiske sammensætning. Derfor lægger det et stort pres på producenten og leverandøren af de højrente specialkemikalier i forhold til kvalitet, renhed, dokumentationsprocedurer, kundeservice mm.
Tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthan(III), (99.999+%-La) La-FMD er et af metalamidinat-prækursorprodukterne til La ALD. Materialet er et hvidt til råhvidt pulver. Den kemiske formel og molekylvægten af La-FMD er C21H45Lan6og 520,53 hhv. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (efterfølgende Dow Chemical) rapporterer La-FMD som den hidtil mest flygtige La-prækursor, der er kendt. Damptrykket ved en given temperatur givet af La-FMD er højere end det af La(Cp)3og La(thd)3. Desuden rapporterer Roy G. Gordon fra Harvard University, at amidinatprækursorerne er termisk mere stabile end deres amidmodstykker på grund af den chelaterende amidinatligand og fraværet af MC-binding. La-amidinater er meget reaktive med Si-H-bindinger, hvilket giver meget kortere overflademætningstid og til gengæld hurtig selvterminering af ALD-halvreaktion; dermed forkorte ALD-cyklustiden. En fremragende overfladedækning tilvejebringes også af La-amidinat-prækursorer på hydrogentermineret Si.
Oprindelse fra: https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_tilbud_nye_la-fmd{{ 7}}ald_forløber_for_fremtidig_førende_kant_logik_og{{15} }hukommelses_produkter