La-FMD ALD предшественик за бъдещи водещи продукти за логика и памет
Редкоземните елементи навлязоха в производството на голям обем за усъвършенствани логически устройства след 32 nm възел (IBM, Samsung и Globalfoundries – Chipworks 2010). Специално за лантан (La) - епонимът на серията лантаниди в периодичната таблица е внедрен като добавка в купчината метални затвори с високо к. Лантанов оксид (La2O3, диелектрична константа ~ 27), например, е изследван в продължение на две десетилетия като диелектрик с високо k-затвор за замяна на конвенционалния силициев диоксид (SiO2) гейт диелектрик в следващото поколение транзистори в логиката, както и в динамичните памети с произволен достъп (DRAM).
Сегментиране по ключови думи на патентни заявки за последните 20 години за Lanthanum и„Отлагане на атомен слой“ [търсене в Patbase 15 ноември 2018 г.]
Отлагането на атомен слой е най-обещаващият метод за отглеждане на ултратънки филми от базирани на La затвор диелектрици и следователно е обект на обширни изследвания и подаване на патентни заявки през последните 20 години. Усилията за научноизследователска и развойна дейност са фокусирани върху области, свързани с диелектрични и високо-k диелектрични приложения в полупроводниковата индустрия (вижте сегментирането на ключови думи по-горе). Растежът на атомния филм слой по слой, улеснен от самоограничаващи се повърхностни реакции в ALD, осигурява атомно прецизен контрол на дебелината на филма, добра равномерност в субстрат с голяма площ и отлична конформност в случай на структури с високо аспектно съотношение като модерни FinFETs и кондензатор с памет тип стълбови конструкции. Въпреки това, за да работи безупречно, той изисква ALD прекурсори, които имат специфични свойства (ВРЪЗКА):
1. Достатъчно летливи (най-малко ~ 0.1 Torr равновесно налягане на парите при температура, при която не се разлагат термично).
2. Бързо изпаряване и с възпроизводима скорост (условия, които обикновено са изпълнени за течни прекурсори, но не и за твърди вещества).
3. Не реагира самостоятелно или се разлага на повърхността или в газовата фаза (за самопрекратяващи се повърхностни реакции).
4. Силно реактивен с другия реагент, предварително прикрепен към повърхността, което води до относително бърза кинетика и по този начин по-ниски температури на ALD и времена на цикъла.
5. Летливи странични продукти, които могат лесно да бъдат пречистени, за да се подготвят за следващия полуцикъл.
6. Некорозивни странични продукти за предотвратяване на нееднородности поради ецване на филма и корозия на инструмента.
През 2007 г. Intel Corporation включи HfO2в диелектричен стек с високо k gate при 45 nm технологичен възел. Въпреки това, чист HfO2страда от проблем с интерфейсния слой с нисък k със Si, ограничаващ по-ниските стойности на еквивалентната дебелина на оксида (EOT). Освен това кристализира лесно при температури до ~500 градуса. Поради това все още се търсят аморфни диелектрици с висока термична стабилност поради липса на присъщи дефекти (напр. граници на зърната), при условие че все още предлагат предимствата на HfO2, като висока диелектрична константа, широка забранена лента и нисък ток на утечка. Базирани на лантан трикомпонентни оксиди, като лантанов скандат (LaScO3) и лантанов лутециев оксид (LaLuO3), депозирани чрез ALD процес, включващ метални амидинатни прекурсори, според съобщенията показват желани структурни и електрически свойства. Всъщност LaLuO3е потенциално най-добрият аморфен фазов затворен диелектрик с диелектрична константа k~32. Той не образува ниско-k междинни слоеве със Si, което позволява стойности на ефективната дебелина на оксида (EOT) < 1 nm със значително нисък ток на утечка. Друг фактор, допринасящ за ниския ток на утечка през ALD, изтънен LaLuO3диелектрикът на портата е голямото отместване на лентата (2,1 eV) по отношение на Si; отместването на симетричната проводимост и валентната лента води до равни токове на утечка в NMOSFET, управлявани от електрони, и PMOSFET, управлявани от дупки. Той остава аморфен и не образува сплави със Si или Ge след съответните отгрявания за активиране на източника/изтичането.
Като съвсем скорошен пример за действително приложение с високо аспектно съотношение върху 300 mm вафли, изискващи всички характеристики на прекурсора на ALD, описани по-горе (1 до 6), можем да видим доклада, който Imec представи на тази известна конференция IEDM, относно използването на LaSiOx слой като дипол вмъкнат в стека HKMG. Imec успя да подреди пълния FinFET преден модул върху "стандартен" обемен силициев FinFET модул, демонстрирайки също добра настройка на праговото напрежение, надеждност и производителност при ниски температури. Предполага се, че най-вероятно е бил депозиран чрез ALD процес, тъй като ще трябва да покрие конформно ребрата и да осигури прецизен контрол на дебелината и еднородност: IEDM2018 Paper #7.1, „Първа демонстрация на 3D подредени FinFETs при 45nm стъпка на перките и 110nm технология на стъпка на вратата върху 300 mm пластини," A. Vandooren et al, Imec.
Както в този случай и много други, строгите квалификации за прекурсорите на ALD ги поставят в категорията на висококачествени специални химикали - избрани материали или молекули за специфични характеристики или функции. Свойствата на отложения филм са силно повлияни от физичните и химичните свойства на отделна молекула или формулирана смес от молекули, както и от нейния химичен състав. Следователно това оказва голям натиск върху производителя и доставчика на специални химикали с висока чистота по отношение на качество, чистота, процедури за документиране, обслужване на клиенти и т.н.
Tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthanum(III), (99.999+%-La) La-FMD е един от прекурсорите на метални амидинати за La ALD. Материалът е бял до почти бял прах. Химичната формула и молекулното тегло на La-FMD са C21H45ЛАН6и 520.53, съответно. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (впоследствие Dow Chemical) съобщава за La-FMD като най-летливия прекурсор на La, известен досега. Налягането на парите при дадена температура, придадено от La-FMD, е по-високо от това от La(Cp)3и La(thd)3. Нещо повече, Рой Г. Гордън от Харвардския университет съобщава, че амидинатните прекурсори са термично по-стабилни от техните амидни двойници поради хелатиращия амидинатен лиганд и липсата на MC връзка. La амидинатите са силно реактивни със Si-H връзки, което води до много по-малко време за повърхностно насищане и на свой ред бързо самопрекратяване на ALD полуреакцията; като по този начин съкращава времето на ALD цикъла. Също така, отлично покритие на повърхността се осигурява от La амидинатни прекурсори върху Si с водороден край.
Произход от: https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_оферти_ново_la-fmd{{ 7}}ald_предшественик_за_бъдеще_водеща_предност_логика_и{{15} }памет_продукти