Точность осаждения металлических пленок напрямую определяет предельные характеристики приборов. Низкое сопротивление, высокая однородность и технологичность массового производства пленок металлического молибдена (Mo) долгое время оставались сложной отраслевой задачей.

Недавно платформа опытно-промышленного производства сложных полупроводников — технологическая платформа Лаборатории Цзюфэншань в тесном взаимодействии с производителем оборудования для атомно-слоевого осаждения (ALD) совершила новый прорыв в технологии ALD Mo — используя стабильный и эффективный прекурсор MoCl₂O₂, при температуре 400°C были получены высокопроизводительные пленки металлического молибдена. Это первая в Китае разработка данного технологического процесса на базе 8-дюймовой платформы.

Являясь важным прорывом лаборатории в области фундаментальных технологий сложных полупроводников, данный процесс по таким ключевым показателям, как удельное сопротивление, однородность и покрытие ступенек, соответствует требованиям массового производства, играет фундаментальную роль в повышении производительности приборов на сложных полупроводниках и служит реальным примером совместных инноваций на китайском оборудовании и с использованием собственных технологий.

Инженеры команды по тонким пленкам технологической платформы управляют установкой ALD для отладки и оптимизации процесса

#1

Металлический Mo: идеальный выбор для малогабаритных чипов

По мере постоянного уменьшения размеров полупроводниковых приборов традиционные материалы межсоединений, такие как вольфрам (W) и медь (Cu), сталкиваются в наномасштабе с проблемами резкого роста удельного сопротивления и отказов из-за электромиграции. Металлический молибден (Mo) благодаря превосходным электрическим свойствам и высокой температурной стабильности становится идеальной альтернативой. В наномасштабе рост удельного сопротивления Mo значительно ниже, чем у вольфрама (W) и меди (Cu), и он может одновременно применяться в межсоединениях и затворах, адаптируясь к передовым техпроцессам.

Однако технологическое окно для высокопроизводительных ALD-пленок Mo узкое, а контроль затруднен. Как в условиях массового производства одновременно обеспечить низкое удельное сопротивление, высокую однородность и хорошее покрытие ступенек, долгое время было ключевой задачей полупроводниковой отрасли.

(a) Принципиальная схема работы ALD: на примере получения пленки Al2O3 из триметилалюминия и воды; (b) Упрощенная схема системы ALD

#2

Бесфторный прекурсор устраняет источник проблем с надежностью

Ключ к прорыву в технологическом маршруте, реализованном платформой опытно-промышленного производства сложных полупроводников Лаборатории Цзюфэншань, заключается в выборе прекурсора и реагентов.

В традиционных решениях часто используются фторсодержащие прекурсоры, остаточный фтор создает риски для надежности приборов. В данном технологическом решении в качестве прекурсора выбран MoCl₂O₂, который полностью не содержит фтор, что позволяет избежать этой проблемы в корне; в то же время его высокое давление пара обеспечивает стабильную высокопроизводительную подачу, удовлетворяя требованиям массового производства.

Что касается реагентов, использование водородной (H₂) плазмы вместо традиционного высокотемпературного процесса благодаря ее высокой реакционной способности позволяет проводить эффективное осаждение при температуре 400°C, избегая повреждения подложки высокими температурами. Это гарантирует как качество пленки, так и совместимость с прибором.

Кроме того, данный процесс исключает этап формирования затравочного слоя нитрида молибдена (MoN), характерный для традиционной схемы, позволяя напрямую осаждать пленку металлического Mo, сокращая количество операций, уменьшая цикл и снижая затраты.

На начальном этапе разработки процесса команда столкнулась с такими проблемами, как нестабильная подача прекурсора и низкая скорость осаждения. Благодаря непрерывным техническим изысканиям и совместной настройке оборудования и процесса команда одна за другой преодолела ряд технических вызовов и в итоге успешно реализовала стабильный и контролируемый процесс массового производства.

#3

Собственная технология в сочетании с китайским оборудованием обеспечивает независимый и контролируемый выпуск продукции

Помимо преимуществ, связанных с разработкой собственной технологии, ключевой особенностью данного процесса является совместная разработка на базе китайского оборудования, с точной оптимизацией технологических параметров под основные характеристики китайского ALD-оборудования, такие как конструкция реакционной камеры и система подачи газов.

Такая двусторонняя адаптация приносит двойную выгоду: с одной стороны, используются преимущества точного контроля китайского оборудования для достижения атомарно-равномерного осаждения; с другой стороны, оптимизация процесса, в свою очередь, улучшает эксплуатационные характеристики оборудования. Данный процесс стабилен и контролируем, может быть напрямую использован для нужд массового производства в промышленности, реализуя благоприятный цикл «китайское оборудование расширяет возможности технологии, технология совершенствует оборудование».

Китайское оборудование ALD Mo в Лаборатории Цзюфэншань

#4

Пять ключевых показателей, напрямую отвечающих требованиям промышленности

По результатам системных испытаний, пленки ALD Mo, разработанные на платформе опытно-промышленного производства сложных полупроводников Лаборатории Цзюфэншань, демонстрируют выдающиеся результаты по пяти параметрам.

• Низкое удельное сопротивление: контролируется в пределах 9 мкОм·см, что близко к собственному удельному сопротивлению объемного Mo и значительно лучше, чем у традиционных процессов (обычно >15 мкОм·см), позволяет снизить RC-задержку (резистивно-емкостную задержку) прибора, повысить скорость передачи и уменьшить энергопотребление.

• Хорошая однородность: внутрипластинная однородность (1 сигма) составляет 2%, межпластинная однородность достигает 0,334%, что обеспечивает одинаковые характеристики пленки на пластинах большой площади и гарантирует выход годных при массовом производстве.

• Отличное покрытие ступенек: благодаря конформности, присущей ALD, позволяет идеально покрывать сложные трехмерные структуры чипов, адаптируясь к таким производственным сценариям, как 3D NAND и высокопроизводительные логические микросхемы.

• Плотная структура пленки без явных дефектов: способна блокировать диффузию примесей, повышать стойкость к окислению и коррозии, снижать риск утечек и продлевать срок службы прибора.

• Упрощенный процесс: отсутствие необходимости в формировании затравочного слоя MoN, прямое осаждение пленки Mo сокращает количество операций, уменьшает цикл и снижает затраты на материалы и оборудование.

ALD Mo демонстрирует хорошее покрытие ступенек в структурах с высоким аспектным соотношением (AR > 12:1)

Успешная разработка данного процесса знаменует собой первую в Китае реализацию технологии ALD Mo на 8-дюймовой платформе с достижением ключевых показателей, соответствующих требованиям массового производства. В производстве 3D NAND высокое покрытие ступенек идеально подходит для структур с вертикальными каналами, способствуя увеличению емкости памяти и скорости чтения/записи. В логических микросхемах с нормами 7 нм и менее низкое удельное сопротивление напрямую обеспечивает меньшую RC-задержку, повышение скорости вычислений и снижение энергопотребления. В производстве DRAM (динамической памяти с произвольным доступом) высокая однородность и плотная структура способствуют повышению стабильности и срока службы приборов.

Этот успешный прорыв также подтверждает тезис: глубокая синергия китайского производственного оборудования и собственных технологий вполне способна давать результаты высочайшего уровня.