Precursore La-FMD ALD per prodotti di memoria e logica all'avanguardia del futuro
Gli elementi delle terre rare sono entrati nella produzione ad alto volume per dispositivi logici avanzati a partire dal nodo a 32 nm (IBM, Samsung e Globalfoundries – Chipworks 2010). In particolare, il lantano (La), l'eponimo della serie dei lantanidi nella tavola periodica, è stato implementato come drogante nello stack di gate metallici ad alto k. L'ossido di lantano (La2O3, costante dielettrica ~ 27), ad esempio, è stato esplorato per due decenni come dielettrico di gate ad alto k per la sostituzione del biossido di silicio convenzionale (SiO2) dielettrico di gate nei transistor di nuova generazione, sia nella logica che nelle memorie dinamiche ad accesso casuale (DRAM).
Segmentazione delle parole chiave delle domande di brevetto degli ultimi 20 anni per Lantano e"Deposizione di strati atomici" [Ricerca Patbase 15 novembre 2018]
La deposizione di strati atomici è il metodo più promettente per la crescita di film ultrasottili di dielettrici di gate a base di La ed è quindi stata oggetto di ampie ricerche e di deposito di domande di brevetto negli ultimi 20 anni. Gli sforzi di R&S si sono concentrati su campi relativi alle applicazioni dielettriche e dielettriche ad alto k nell'industria dei semiconduttori (vedere la segmentazione delle parole chiave sopra). La crescita di film atomici strato per strato facilitata da reazioni superficiali autolimitanti in ALD fornisce un controllo atomicamente preciso dello spessore del film, una buona uniformità su un substrato di ampia area e un'eccellente conformabilità in caso di strutture ad alto rapporto di aspetto come i moderni FinFET e le strutture a pilastro di tipo condensatore di memoria. Tuttavia, per funzionare in modo impeccabile richiede i precursori ALD che hanno proprietà specifiche (LINK):
1. Sufficientemente volatili (almeno ~ 0.1 Torr di pressione di vapore all'equilibrio a una temperatura alla quale non si decompongono termicamente).
2. Vaporizzazione rapida e a velocità riproducibile (condizioni solitamente soddisfatte per i precursori liquidi, ma non per i solidi).
3. Non autoreagenti o decompositori in superficie o in fase gassosa (per reazioni superficiali autoterminanti).
4. Altamente reattivo con l'altro reagente precedentemente attaccato alla superficie, il che determina una cinetica relativamente rapida e quindi temperature ALD e tempi di ciclo più bassi.
5. Sottoprodotti volatili che possono essere facilmente eliminati per preparare il successivo semiciclo.
6. Sottoprodotti non corrosivi per prevenire disuniformità dovute all'incisione della pellicola e alla corrosione dell'utensile.
Nel 2007, Intel Corporation ha incorporato HfO2in uno stack dielettrico di gate ad alto k al nodo tecnologico da 45 nm. Tuttavia, HfO puro2soffre di un problema di strato di interfaccia a bassa k con Si, limitando valori inferiori di spessore di ossido equivalente (EOT). Inoltre, cristallizza facilmente a temperature basse fino a ~500 gradi. Pertanto, i dielettrici amorfi con elevata stabilità termica sono ancora ricercati per l'assenza di difetti intrinseci (ad esempio i bordi dei grani), a condizione che offrano ancora i vantaggi di HfO2, come elevata costante dielettrica, ampio band-gap e bassa corrente di dispersione. Ossidi ternari a base di lantanio, come lo scandato di lantanio (LaScO3) e ossido di lutezio lantanio (LaLuO3), depositato tramite processo ALD che coinvolge precursori di amidinati metallici, si dice che presenti proprietà strutturali ed elettriche desiderabili. Infatti LaLuO3è potenzialmente il miglior dielettrico a gate di fase amorfo con costante dielettrica k~32. Non forma strati interfacciali a basso k con Si che consente valori di spessore di ossido effettivo (EOT) < 1 nm con corrente di dispersione significativamente bassa. Un altro fattore che contribuisce alla bassa corrente di dispersione attraverso ALD è il sottile LaLuO3il dielettrico di gate è il grande offset di banda (2,1 eV) rispetto al Si; gli offset simmetrici di conduzione e di banda di valenza determinano correnti di dispersione uguali negli NMOSFET azionati da elettroni e nei PMOSFET azionati da lacune. Rimane amorfo e non forma leghe con Si o Ge dopo le rispettive ricotture di attivazione di source/drain.
Come esempio molto recente di un'applicazione reale con elevato aspect ratio su wafer da 300 mm che richiede tutte le caratteristiche del precursore ALD descritte sopra (da 1 a 6), possiamo vedere il documento che Imec ha presentato a questa famosa conferenza IEDM, sull'uso di uno strato di LaSiOx come dipolo inserito nello stack HKMG. Imec è riuscita a impilare il modulo front-end FinFET completo sopra un modulo FinFET in silicio sfuso "standard", dimostrando anche una buona messa a punto della tensione di soglia, affidabilità e prestazioni a bassa temperatura. Presumibilmente è stato depositato con un processo ALD poiché dovrà rivestire in modo conforme le alette e garantire un controllo preciso dello spessore e uniformità: documento IEDM2018 n. 7.1, "Prima dimostrazione di FinFET impilati 3D con una tecnologia Fin Pitch da 45 nm e Gate Pitch da 110 nm su wafer da 300 mm", A. Vandooren et al, Imec.
Come in questo caso e in molti altri, le rigorose qualifiche per i precursori ALD li inseriscono nella categoria dei prodotti chimici speciali di alta qualità, ovvero i materiali o le molecole specifici per prestazioni o funzione di scelta. Le proprietà del film depositato sono fortemente influenzate dalle proprietà fisiche e chimiche di una singola molecola o di una miscela formulata di molecole, nonché dalla sua composizione chimica. Pertanto, ciò esercita molta pressione sul produttore e sul fornitore dei prodotti chimici speciali ad alta purezza in termini di qualità, purezza, procedure di documentazione, servizio clienti, ecc.
Tris(N,N'-di-i-propilformamidinato)lantanio(III), (99.999+%-La) La-FMD è uno dei precursori di amidinato metallico prodotto per La ALD. Il materiale è una polvere da bianca a bianco sporco. La formula chimica e il peso molecolare di La-FMD sono C21H45LAN6e 520,53, rispettivamente. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (successivamente Dow Chemical) segnala La-FMD come il precursore di La più volatile finora conosciuto. La pressione di vapore a una data temperatura impartita da La-FMD è superiore a quella di La(Cp)3e La(thd)3. Inoltre, Roy G. Gordon dell'Università di Harvard riferisce che i precursori di amidinato sono termicamente più stabili delle loro controparti ammidiche a causa del legante amidinato chelante e dell'assenza di legame MC. Gli amidinati La sono altamente reattivi con legami Si-H che producono un tempo di saturazione superficiale molto più piccolo e a sua volta una rapida auto-terminazione della semireazione ALD; riducendo così il tempo del ciclo ALD. Inoltre, un'eccellente copertura superficiale è fornita dai precursori di amidinato La su Si terminato con idrogeno.
Origine da: https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_offre_nuovi_la-fmd_ald_precursori_per_futuri_prodotti_di_logica_e_di_memoria_all'avanguardia