La-FMD ALD Prekurzor pro budoucí špičkové logické a paměťové produkty
Od 32nm uzlu (IBM, Samsung a Globalfoundries – Chipworks 2010) vstoupily prvky vzácných zemin do velkoobjemové výroby pro pokročilá logická zařízení. Speciálně pro Lanthanum (La) - eponymum řady lanthanoidů v periodické tabulce bylo implementováno jako dopant ve vysokok kovovém hradlovém zásobníku. Oxid lanthanitý (La2O3, dielektrická konstanta ~ 27), například, byl zkoumán po dvě desetiletí jako hradlové dielektrikum s vysokým kk pro náhradu konvenčního oxidu křemičitého (SiO2) hradlové dielektrikum v tranzistorech nové generace v logice i v dynamických pamětích s náhodným přístupem (DRAM).
Klíčová segmentace patentových přihlášek za posledních 20 let pro Lanthanum a"Atomic Layer Deposition" [Patbase search 15. listopadu 2018]
Depozice atomové vrstvy je nejslibnější metodou pro pěstování ultratenkých vrstev hradlových dielektrik na bázi La, a proto byla v posledních 20 letech předmětem rozsáhlého výzkumu a podávání patentových přihlášek. Výzkumné a vývojové úsilí se soustředilo na oblasti související s dielektrikem a aplikacemi dielektrika s vysokým klem v polovodičovém průmyslu (viz segmentace klíčových slov výše). Atomový růst filmu vrstva po vrstvě usnadněný samoomezujícími povrchovými reakcemi v ALD poskytuje atomově přesné řízení tloušťky filmu, dobrou uniformitu napříč velkoplošným substrátem a vynikající konformitu v případě struktur s vysokým poměrem stran, jako jsou moderní FinFET a paměťový kondenzátor. typové pilířové konstrukce. Aby však fungovala bezchybně, vyžaduje prekurzory ALD, které mají specifické vlastnosti (LINK):
1. Dostatečně těkavé (alespoň ~ 0.1 Torr rovnovážný tlak par při teplotě, při které se tepelně nerozkládají).
2. Rychle se odpařující a reprodukovatelnou rychlostí (podmínky, které jsou obvykle splněny pro kapalné prekurzory, ale ne pro pevné látky).
3. Samovolně nereagující nebo se nerozkládající na povrchu nebo v plynné fázi (pro samoukončující povrchové reakce).
4. Vysoce reaktivní s ostatními reaktanty dříve připojenými k povrchu, což má za následek relativně rychlou kinetiku a tím nižší teploty ALD a doby cyklů.
5. Těkavé vedlejší produkty, které lze snadno odstranit, aby se připravily na následující poloviční cyklus.
6. Nekorozivní vedlejší produkty, aby se zabránilo nerovnoměrnostem způsobeným leptáním filmu a korozí nástroje.
V roce 2007 společnost Intel Corporation začlenila HfO2do highk hradlového dielektrického svazku v technologickém uzlu 45 nm. Nicméně čistý HfO2trpí problémem mezivrstvy s nízkou hodnotou k s Si, což omezuje nižší hodnoty ekvivalentní tloušťky oxidu (EOT). Také snadno krystalizuje při teplotách až ~500 stupňů. Proto jsou stále vyhledávána amorfní dielektrika s vysokou tepelnou stabilitou bez vnitřních defektů (např. hranice zrn), pokud stále nabízejí výhody HfO2jako je vysoká dielektrická konstanta, široká pásmová mezera a nízký svodový proud. Ternární oxidy na bázi lanthanu, jako je skandát lanthanu (LaScO3) a oxid lanthanitý (LaLuO3), nanesené procesem ALD zahrnujícím prekurzory amidinátů kovů, údajně vykazují žádoucí strukturní a elektrické vlastnosti. Ve skutečnosti LaLuO3je potenciálně nejlepším amorfním fázovým hradlovým dielektrikem s dielektrickou konstantou k~32. Nevytváří nízkok mezifázové vrstvy s Si, což umožňuje efektivní hodnoty tloušťky oxidu (EOT) < 1 nm s výrazně nízkým svodovým proudem. Další faktor přispívající k nízkému svodovému proudu na tenkém LaLuO narostlém ALD3hradlové dielektrikum je velký pásmový posun (2,1 eV) vzhledem k Si; symetrické posuny vodivosti a valenčního pásma vedou ke stejným svodovým proudům v elektrony řízených NMOSFETech a dírách řízených PMOSFETech. Zůstává amorfní a netvoří slitiny s Si nebo Ge po příslušných aktivačních žíháních zdroje/odvodu.
Jako velmi nedávný příklad skutečné aplikace s vysokým poměrem stran na 300 mm waferech vyžadujících všechny charakteristiky prekurzoru ALD popsané výše (1 až 6) můžeme vidět článek, který Imec prezentoval na této slavné konferenci IEDM, o použití vrstvy LaSiOx jako dipólu. vložen do zásobníku HKMG. Imec uspěl ve stohování kompletního předního modulu FinFET na „standardní“ velkoobjemový křemíkový modul FinFET, což prokázalo také dobré vyladění prahového napětí, spolehlivost a výkon při nízkých teplotách. Pravděpodobně byl s největší pravděpodobností nanesen procesem ALD, protože bude muset konformně potáhnout žebra a zajistit přesnou kontrolu tloušťky a jednotnost: IEDM2018 Paper #7.1, „První ukázka 3D skládaných FinFETů při 45nm Fin Pitch a 110nm Gate Pitch Technology na 300mm waferech," A. Vandooren a kol., Imec.
Stejně jako v tomto případě a v mnoha dalších, přísné kvalifikace pro prekurzory ALD je řadí do kategorie vysoce kvalitních speciálních chemikálií - materiály nebo molekuly specifické pro výkon nebo funkci. Vlastnosti deponovaného filmu jsou silně ovlivněny fyzikálními a chemickými vlastnostmi jedné molekuly nebo formulované směsi molekul a také jejím chemickým složením. Vyvíjí proto velký tlak na výrobce a dodavatele vysoce čistých speciálních chemikálií, pokud jde o kvalitu, čistotu, postupy dokumentace, zákaznický servis atd.
Tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthanum(III), (99.999+%-La) La-FMD je jedním z kovových amidinátových prekurzorů pro La ALD. Materiál je bílý až téměř bílý prášek. Chemický vzorec a molekulová hmotnost La-FMD jsou C21H45Lokální síť6a 520,53, v tomto pořadí. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (následně Dow Chemical) uvádí La-FMD jako nejtěkavější dosud známý prekurzor La. Tlak par při dané teplotě udělovaný La-FMD je vyšší než tlak La(Cp)3a La (thd)3. Navíc Roy G. Gordon z Harvardské univerzity uvádí, že amidinátové prekurzory jsou tepelně stabilnější než jejich amidové protějšky kvůli chelatačnímu amidinátovému ligandu a absenci MC vazby. La amidináty jsou vysoce reaktivní s vazbami Si-H poskytujícími mnohem kratší dobu nasycení povrchu a následně rychlé samoukončení poloviční reakce ALD; tím se zkrátí doba cyklu ALD. Také vynikající povrchové pokrytí je zajištěno La amidinátovými prekurzory na vodíkem zakončeném Si.
Zdroj: https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_nabízí_nové_la-fmd{{ 7}}ald_předchůdce_pro_budoucí_špičkovou_hranu_logiky_a{{15} }paměťové{16}}produkty