應用材料公司以技術(shù)助力極紫外光和三維環(huán)繞柵極晶體管實(shí)現二維微縮

●   應用材料公司利用 Stensar?CVD取代旋涂鍍膜以擴展二維極紫外光邏輯微縮

●   預覽最廣泛的三維環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)產(chǎn)品組合，包括兩種全新的IMS?系統

應用材料公司推出了旨在幫助客戶(hù)利用極紫外光（EUV）繼續推進(jìn)二維微縮的多項創(chuàng )新技術(shù)，并詳細介紹了業(yè)內最廣泛的下一代三維環(huán)繞柵極晶體管制造技術(shù)的產(chǎn)品組合。

環(huán)繞柵極（GAA）晶體管將成為自2010年FinFETs問(wèn)世以來(lái)芯片行業(yè)最大的設計轉變之一材料工程的創(chuàng )新為GAA晶體管提供了功率和性能的提升

要在未來(lái)若干年內提升晶體管密度，芯片制造商正在尋求互補的兩條道路。其一是延續傳統的摩爾定律二維微縮，也就是使用 EUV光刻和材料工程打造出更小的特征。另一條則是使用設計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（DTCO）和三維技巧，對邏輯單元布局進(jìn)行巧妙優(yōu)化，這樣無(wú)需對光刻柵距進(jìn)行任何更改即可增加密度。后一種方法包括后段連線(xiàn)和環(huán)繞柵極（GAA）晶體管，即使面臨傳統二維微縮的減緩，仍將有力推動(dòng)邏輯密度在未來(lái)幾年內的持續增長(cháng)。通過(guò)將這些技術(shù)有機結合，可以幫助芯片制造商完成邏輯芯片在未來(lái)的迭代進(jìn)化，同時(shí)實(shí)現功率、性能、面積、成本和上市時(shí)間（即 PPACt）的同步改善。

應用材料公司高級副總裁、半導體產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理珀拉布?拉賈博士表示：“應用材料公司的核心戰略是成為賦能客戶(hù)的PPACt賦能企業(yè)?，依托我們現有的七大創(chuàng )新，支持客戶(hù)利用EUV繼續推進(jìn)二維微縮。同時(shí)，我們還詳細介紹了GAA晶體管的顛覆性制造方法，該方法與現今FinFET晶體管截然不同。不僅如此，應用材料公司已經(jīng)準備好了覆蓋范圍最廣泛的GAA制造產(chǎn)品線(xiàn)，包含涉及外延生長(cháng)、原子層沉積和選擇性材料刻蝕的全新生產(chǎn)步驟，以及兩項全新的用于制造理想GAA氧化柵極和金屬柵極的集成材料解決方案（Integrated Materials Solutions?）?！?/p>

二維微縮的擴展

極紫外光（EUV）光刻的出現使芯片制造商得以產(chǎn)出更小的特征，并增加晶體管密度。但行業(yè)目前的現狀是：要繼續利用EUV進(jìn)行微縮困難重重，迫切需要全新的沉積、刻蝕和量測方法。

完成EUV光刻膠顯影后，需要先通過(guò)稱(chēng)為過(guò)渡層和硬掩模的一系列中間層對芯片圖形進(jìn)行刻蝕，隨后才能將其最終刻蝕到晶圓上。迄今為止，這些中間層都是使用旋涂技術(shù)來(lái)進(jìn)行沉積的。今日，應用材料公司推出使用該公司的Precision化學(xué)氣相沉積系統來(lái)進(jìn)行沉積，適用于EUV的 Stensar? 先進(jìn)圖形鍍膜（Stensar? Advanced Patterning Film for EUV）。相較于旋涂沉積，應用材料公司的CVD膜可幫助客戶(hù)對EUV硬掩模層進(jìn)行微調，使其達到特定厚度和刻蝕彈性，以便在整個(gè)晶圓上EUV圖形傳輸時(shí)達成接近完美的均勻性。

應用材料公司還詳解了其Sym3^? Y刻蝕系統的特殊功能，即允許客戶(hù)在相同反應腔內進(jìn)行材料刻蝕和沉積，這樣可先改善EUV圖形，再將其刻蝕到晶圓上。Sym3反應腔會(huì )輕輕移除EUV光刻膠材質(zhì)，然后以特殊方式重新進(jìn)行材料沉積，使圖形變均勻，從而消除因“隨機誤差”而產(chǎn)生的圖形易變性。改善后的EUV圖形可提高良率、降低芯片功耗并提升其性能。因此，位居DRAM市場(chǎng)中導體刻蝕系統首要供應商位置的應用材料公司，正在憑借其Sym3技術(shù)的飛速發(fā)展，將客戶(hù)群體從存儲器領(lǐng)域拓展到晶圓代工廠(chǎng)/邏輯芯片領(lǐng)域。

應用材料公司還展示了如何將其PROVision^? eBeam量測技術(shù)用于深入觀(guān)察多層芯片內部，以便精確測量整個(gè)晶圓上的EUV圖形化特征，幫助客戶(hù)解決其他量測技巧可能無(wú)法診斷的“邊緣布局錯誤”。應用材料公司2021年電子束系統的營(yíng)收幾乎翻倍，使其躍居電子束技術(shù)供應商榜首的位置。

三維環(huán)繞式柵極晶體管工藝設計

新興的GAA晶體管為客戶(hù)示范了如何利用三維設計技巧和DTCO布局創(chuàng )新來(lái)對二維微縮加以補充，即使二維微縮速度放緩，仍可快速提升邏輯密度。材料工程領(lǐng)域的創(chuàng )新同時(shí)還有助于GAA晶體管降低功耗和提升性能。

在FinFET中，構成晶體管電子路徑的垂直溝道是由光刻和刻蝕來(lái)形成的，這種工藝會(huì )導致溝道寬度不均勻。而這種不均勻性則會(huì )對功耗和性能產(chǎn)生不利影響，這也是客戶(hù)轉投GAA的另一個(gè)主要原因。

GAA晶體管看上去就像是FinFET晶體管旋轉了90度，使溝道從垂直變?yōu)樗?。GAA溝道是通過(guò)使用外延生長(cháng)和選擇性材料刻蝕來(lái)形成的，這種技術(shù)使客戶(hù)得以精確設計寬度，實(shí)現寬度均勻，從而獲得最優(yōu)功耗和性能。外延生長(cháng)系統恰恰是應用材料公司的首項產(chǎn)品，自此之后，它便一躍成為市場(chǎng)領(lǐng)頭羊。2016年，應用材料公司發(fā)布Selectra^?系統并在其中率先啟用選擇性材料刻蝕技術(shù)，迄今已提供1000余個(gè)反應腔給客戶(hù)使用，并位居市場(chǎng)領(lǐng)袖地位。

GAA晶體管的主要制造挑戰在于溝道間距僅約10納米，在如此微小的空間內，客戶(hù)必須在圍繞各溝道的全部四周進(jìn)行多層氧化柵極和金屬柵極堆疊的沉積。  

應用材料公司專(zhuān)為氧化柵極堆疊開(kāi)發(fā)了IMS?（集成材料解決方案）系統，通過(guò)將氧化柵極變薄，增加了驅動(dòng)電流并提升晶體管性能。但氧化柵極越薄，通常就會(huì )導致漏電流越高，造成功耗浪費和發(fā)熱。應用材料公司全新的IMS?系統將等效氧化層厚度降低1.5埃，使設計師無(wú)需增加柵極漏電流即可提升性能，或者在保持性能不變的前提下，使柵極漏電流減小至原先的十分之一以下。它將原子層沉積（ALD）、熱處理步驟、等離子處理步驟和量測整合到單一高真空系統內。

應用材料公司還展示了IMS系統，該系統用于GAA金屬柵極的工藝，支持客戶(hù)借由調整柵極厚度來(lái)微調晶體管閾值電壓，以滿(mǎn)足從電池供電式移動(dòng)設備到高性能服務(wù)器在內的各種特定計算應用的每瓦特功耗性能目標。它可在高度真空環(huán)境內執行高精度金屬原子層沉積步驟以防止空氣污染。

應用材料公司已經(jīng)在4月21日舉辦的“全新微縮之旅”大師課上，提供了有關(guān)其邏輯微縮解決方案的更多詳情。