Um immer mehr Daten in elektronischen Geräten gleicher Größe zu speichern, müssen die Herstellungsprozesse für diese Geräte ausführlicher untersucht werden. Durch die Untersuchung neuer Ansätze zur Erstellung digitaler Gedächtnis auf Atomic-Skala möchten die Forscher, die sich mit einer öffentlich-privaten Partnerschaft befassen, die endlose Nachfrage nach dichterer Datenspeicherung befriedigen.
Eine solche Anstrengung hat sich darauf konzentriert, den idealen Herstellungsprozess für eine Art digitaler Speicher zu entwickeln, das als 3D -NAND -Flash -Speicher bezeichnet wird und die Daten vertikal stapelt, um die Speicherdichte zu erhöhen. Die schmalen, tiefen Löcher, die für diese Art von Speicher erforderlich sind Journal of Vacuum Science & Technology a. Die Studie umfasste Simulationen und Experimente, die von Wissenschaftlern an der LAM Research, der University of Colorado Boulder und dem Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des US -Energieministeriums durchgeführt wurden.
Der NAND -Flash -Speicher ist eine Art nichtflüchtiger Datenspeicherung, was bedeutet, dass Daten auch dann beibehalten, wenn die Stromversorgung des Geräts ausgeschaltet ist. „Die meisten Menschen kennen den NAND -Flash -Speicher, weil es die Art in den Speicherkarten für Digitalkameras und Daumenantriebe ist. Sie wird auch in Computern und Mobiltelefonen verwendet. Diese Art von Speicherdichte immer noch – so dass mehr Daten können können in den gleichen Fußabdruck verpackt sein – wird immer wichtiger sein, da unsere Datenspeicheranforderungen aufgrund der Verwendung künstlicher Intelligenz wachsen „, sagte Igor Kaganovich, ein Hauptforschungsphiliker bei PPPL.
Speicherzellen stapeln, um Platz zu sparen
Das digitale Speicher speichert Informationen in Einheiten, die als Zellen bezeichnet werden. Daten werden als Zustand der Zelle gespeichert, in dem sich jede Zelle entweder ein- oder ausgeschaltet hat. Mit dem traditionellen NAND -Flash -Speicher sind die Zellen in einer einzigen Schicht angeordnet. Im 3D -NAND -Flash -Speicher sind viele Speicherzellen übereinander gestapelt, um mehr Daten in einen kleineren Fußabdruck zu passen. Es ist vergleichbar mit dem Ersetzen eines Bungalows durch eine 10-stöckige Wohnung, um mehr Menschen zu unterbringen.
Ein kritischer Schritt bei der Erstellung dieser Stapel besteht darin, Löcher in abwechselnde Schichten von Siliziumoxid und Siliziumnitrid zu schnitzen. Die Löcher können geätzt werden, indem das geschichtete Material Chemikalien in Form von Plasma (teilweise ionisierte Gase) ausgesetzt wird. Atome im Plasma interagieren mit Atomen im geschichteten Material und schnitzen die Löcher aus.
Forscher wollen verfeinern, wie sie diese Löcher machen, so dass jeder tief, schmal und vertikal ist, mit glatten Seiten. Das Rezept genau richtig zu machen, war schwierig, daher haben die Wissenschaftler weiterhin neue Zutaten und Temperaturen getestet.
Verwenden von Plasma, um tiefe, schmale Kanäle zu erzeugen
„Diese Prozesse verwenden Plasma als Quelle für energiereiche Ionen“, sagte Yuri Barsukov, ein ehemaliger PPPL-Forscher, der derzeit bei LAM Research arbeitet. Die Verwendung der geladenen Partikel, die im Plasma gefunden wurden, ist der einfachste Weg, um die sehr kleinen, aber tiefen, kreisförmigen Löcher zu erzeugen, die für die Mikroelektronik benötigt werden, sagte er. Der Prozess, der als reaktives Ionen -Radieren bezeichnet wird, ist jedoch nicht vollständig verstanden und könnte verbessert werden. Eine jüngste Entwicklung besteht darin, den Wafer – das Blatt des zu verarbeitenden Halbleitermaterials – bei niedriger Temperatur zu halten. Dieser aufkommende Ansatz wird als Kryo -Radierung bezeichnet.
Traditionell verwendet das Kryo -Ätzen getrennte Wasserstoff- und Fluorgase, um die Löcher zu erstellen. Die Forscher verglichen die Ergebnisse dieses Prozesses mit einem fortschrittlicheren Kryo-Ketching-Prozess, bei dem Wasserstofffluoridgas zur Herstellung des Plasmas verwendet wird.
„Kryoätzer mit dem Wasserstofffluoridplasma zeigte einen signifikanten Anstieg der Ätzrate im Vergleich zu früheren Kryo-Ech-Prozessen, bei denen Sie separate Fluor- und Wasserstoffquellen verwenden“, sagte Thorsten Lill von LAM-Forschung. Lam hat seinen Hauptsitz in Fremont, Kalifornien, und liefert Wafer Herstellungsgeräte und Dienstleistungen für Chiphersteller.
Verdoppelung der Ätzrate
Wenn Siliziumnitrid und Siliziumoxid getrennt getestet wurden, erhöhte sich die Ätzrate für das Nitrid und die Oxidschicht unter Verwendung des Wasserstofffluoridplasmas anstelle der separaten Wasserstoff- und Fluorgase. Während der Effekt auf Siliziumnitrid stärker ausgeprägt war als bei Siliziumoxid, ergab die Ätzen beider Materialien gleichzeitig den signifikantesten Anstieg. Tatsächlich hat sich die Ätzrate für die alternierenden Siliziumoxid- und Silizium -Nitridschichten mehr als verdoppelt und stieg von 310 Nanometern pro Minute auf 640 Nanometer pro Minute. (Ein menschliches Haar ist ungefähr 90.000 Nanometer in Breite.)
„Die Qualität des Ätzes scheint sich ebenfalls verbessert zu haben, und das ist von Bedeutung“, sagte Lill.
Die Forscher untersuchten auch den Einfluss von Phosphor -Trifluorid, einem wesentlichen Bestandteil beim Ätzen von Siliziumdioxid in einem signifikanten Maße. Während es zuvor verwendet wurde, wollten die Forscher ihre Auswirkungen besser verstehen und quantifizieren. Sie fanden heraus, dass das Hinzufügen von Phosphor -Trifluorid die Ätzrate für Siliziumdioxid vervierfachte, obwohl sie die Siliziumnitrid -Ätzrate nur geringfügig erhöhte.
Eine andere chemische Verbindung, die die untersuchten Forscher untersuchten, war Ammoniumfluorosilikat, das sich während des Ätzprozesses bildet, wenn das Siliziumnitrid mit dem Wasserstofffluorid reagiert. Die Untersuchungen zeigten, dass Ammoniumfluorosilikat die Ätzen verlangsamen kann, aber Wasser diesen Effekt ausgleichen kann. Laut Barsukovs Simulationen schwächte Wasser die Ammoniumfluorosilikat -Bindungen. „Das Salz kann sich bei vorhandener Wasser bei einer niedrigeren Temperatur zersetzen, was das Ätzen beschleunigen kann“, sagte Barsukov.
Grundlage für die zukünftige Forschung
Kaganovich sagte, die Forschung sei auch wichtig, da sie zeigt, wie Wissenschaftler in der Industrie, in der Wissenschaft und in den nationalen Labors zusammenarbeiten können, um wichtige Fragen im Bereich Mikroelektronik zu beantworten. Es vereint auch Informationen, die von Experimentalisten und Theoretikern gesammelt wurden. „Wir bauen Brücken für die größere Gemeinschaft auf“, sagte er. „Dies ist ein wesentlicher Schritt, um ein besseres Verständnis der Semiconductor -Herstellungsprozesse für alle zu erlangen.“
Lill sagte, er schätze die Zusammenarbeit mit PPPL an der Semiconductor Manufacturing Research, da PPPL -Forschung eine Reihe von Fähigkeiten zur Plasmasimulation für die Mikroelektronik bietet.
Die Finanzierung für diese Forschung wurde durch das Labor -Labor -Forschungs- und Entwicklungsprogramm von PPPL bereitgestellt.
