La-FMD ALD Précurseur pour les futurs produits de mémoire et de logique de pointe
Les éléments de terres rares sont entrés dans la fabrication en grande série de dispositifs logiques avancés depuis le nœud 32 nm (IBM, Samsung et Globalfoundries – Chipworks 2010). En particulier pour le lanthane (La) - l'éponyme de la série des lanthanides dans le tableau périodique a été mis en œuvre comme dopant dans la pile de grilles métalliques à haute k. Oxyde de lanthane (La2O3, constante diélectrique ~ 27), par exemple, a été exploré pendant deux décennies comme diélectrique de grille à haute constante diélectrique pour le remplacement du dioxyde de silicium conventionnel (SiO2) diélectrique de grille dans les transistors de nouvelle génération en logique ainsi que dans les mémoires dynamiques à accès aléatoire (DRAM).
Segmentation par mots-clés des demandes de brevets des 20 dernières années pour le lanthane et« Dépôt de couche atomique » [Recherche Patbase 15 novembre 2018]
Le dépôt de couches atomiques est la méthode la plus prometteuse pour la croissance de films ultra-minces de diélectriques de grille à base de La et a donc fait l'objet de recherches approfondies et de dépôts de demandes de brevet au cours des 20 dernières années. Les efforts de R&D se sont concentrés sur les domaines liés aux applications diélectriques et diélectriques à haute constante k dans l'industrie des semi-conducteurs (voir la segmentation des mots-clés ci-dessus). La croissance de films atomiques couche par couche facilitée par des réactions de surface auto-limitantes dans l'ALD permet un contrôle de l'épaisseur du film atomiquement précis, une bonne uniformité sur un substrat de grande surface et une excellente conformité dans le cas de structures à rapport hauteur/largeur élevé comme les FinFET modernes et les structures à piliers de type condensateur mémoire. Cependant, pour fonctionner parfaitement, il faut des précurseurs ALD qui ont des propriétés spécifiques (LIEN) :
1. Suffisamment volatils (pression de vapeur à l’équilibre d’au moins ~ 0.1 Torr à une température à laquelle ils ne se décomposent pas thermiquement).
2. Vaporisation rapide et à un rythme reproductible (conditions généralement réunies pour les précurseurs liquides, mais pas pour les solides).
3. Ne réagit pas spontanément ni ne se décompose à la surface ou en phase gazeuse (pour les réactions de surface auto-terminées).
4. Hautement réactif avec l'autre réactif précédemment attaché à la surface, ce qui entraîne une cinétique relativement rapide et donc des températures ALD et des temps de cycle plus faibles.
5. Sous-produits volatils qui peuvent être facilement purgés afin de préparer le demi-cycle suivant.
6. Sous-produits non corrosifs pour éviter les irrégularités dues à la gravure du film et à la corrosion de l'outil.
En 2007, Intel Corporation a incorporé HfO2dans une pile diélectrique de grille à haute constante diélectrique au nœud technologique de 45 nm. Cependant, le HfO pur2souffre d'un problème de couche d'interface à faible k avec le Si, limitant les valeurs d'épaisseur d'oxyde équivalente (EOT) inférieures. Il cristallise également facilement à des températures aussi basses que ~ 500 degrés. Par conséquent, les diélectriques amorphes à haute stabilité thermique sont toujours recherchés pour l'absence de défauts intrinsèques (par exemple, les joints de grains), à condition qu'ils offrent toujours les avantages du HfO2, tels qu'une constante diélectrique élevée, une large bande interdite et un faible courant de fuite. Oxydes ternaires à base de lanthane, tels que le scandate de lanthane (LaScO3) et l'oxyde de lanthane et de lutétium (LaLuO3), déposés par le procédé ALD impliquant des précurseurs d'amidinate métallique, présenteraient des propriétés structurelles et électriques intéressantes. En fait, LaLuO3est potentiellement le meilleur diélectrique de grille de phase amorphe avec une constante diélectrique k~32. Il ne forme pas de couches interfaciales à faible k avec le Si, ce qui permet des valeurs d'épaisseur d'oxyde effective (EOT) < 1 nm avec un courant de fuite considérablement faible. Un autre facteur contribuant au faible courant de fuite à travers le LaLuO mince développé par ALD3Le diélectrique de grille présente un grand décalage de bande (2,1 eV) par rapport au Si ; les décalages symétriques de conduction et de bande de valence se traduisent par des courants de fuite égaux dans les NMOSFET pilotés par électrons et les PMOSFET pilotés par trous. Il reste amorphe et ne forme pas d'alliages avec le Si ou le Ge après les recuits d'activation source/drain respectifs.
Comme exemple très récent d'une application réelle à rapport hauteur/largeur élevé sur des wafers de 300 mm nécessitant toutes les caractéristiques du précurseur ALD décrites ci-dessus (1 à 6), nous pouvons voir l'article qu'Imec a présenté à cette célèbre conférence IEDM, sur l'utilisation d'une couche de LaSiOx comme dipôle inséré dans la pile HKMG. Imec a réussi à empiler le module frontal FinFET complet sur un module FinFET en silicium massif « standard », démontrant également un bon réglage de la tension de seuil, une bonne fiabilité et des performances à basse température. Il est très probable qu'il ait été déposé par un procédé ALD car il devra revêtir de manière conforme les ailettes et assurer un contrôle précis de l'épaisseur et de l'uniformité : IEDM2018 Paper #7.1, "First Demonstration of 3D Stacked FinFETs at a 45nm Fin Pitch and 110nm Gate Pitch Technology on 300mm Wafers", A. Vandooren et al, Imec.
Comme dans ce cas et dans bien d'autres, les qualifications rigoureuses des précurseurs ALD les placent dans la catégorie des produits chimiques de spécialité de haute qualité - les matériaux ou molécules spécifiques aux performances ou aux fonctions de choix. Les propriétés du film déposé sont fortement influencées par les propriétés physiques et chimiques d'une molécule unique ou d'un mélange formulé de molécules ainsi que par sa composition chimique. Par conséquent, cela met beaucoup de pression sur le fabricant et le fournisseur de produits chimiques de spécialité de haute pureté en termes de qualité, de pureté, de procédures de documentation, de service client, etc.
Le tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthanum(III), (99.999+%-La) La-FMD est l'un des précurseurs d'amidinate métallique pour La ALD. Le matériau est une poudre blanche à blanc cassé. La formule chimique et le poids moléculaire du La-FMD sont C21H45LaN6et 520,53, respectivement. Rohm and Haas Electronic Materials LLC (par la suite Dow Chemical) indique que le La-FMD est le précurseur de La le plus volatil connu à ce jour. La pression de vapeur à une température donnée conférée par le La-FMD est supérieure à celle du La(Cp)3et La(thd)3. De plus, Roy G. Gordon de l'Université Harvard rapporte que les précurseurs d'amidinate sont thermiquement plus stables que leurs homologues amides en raison du ligand amidinate chélateur et de l'absence de liaison MC. Les amidinates La sont très réactifs avec les liaisons Si-H, ce qui donne un temps de saturation de surface beaucoup plus court et, à son tour, une auto-terminaison rapide de la demi-réaction ALD ; raccourcissant ainsi le temps du cycle ALD. De plus, une excellente couverture de surface est fournie par les précurseurs d'amidinate La sur Si terminé par un hydrogène.
Origine : https://www.strem.com/catalog/product_blog/160/1/strem_offre_un_nouveau_précurseur_la-fmd_ald_pour_les_futurs_produits_de_logique{{16}et{{17}}mémoire{{18}}de{{19}}pointe{{20}}