打破技术壁垒从存储三大核心技术起

转载: 网络整理 2020-08-28
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在2009年以后,存储半导体密度的增长趋势呈现了一时的放缓现象,而且从2016开始转向3D趋势后,这个趋势越来越明显,有业内人士表示,人们普遍期待未来3D化的NAND将会继续扩大存储的密度。


存储技术组合


以三星为例,三星的存储业务(NAND FLASH和DRAM)在世界占据了接近一半的市场份额,其中三星在半导体方面也拥有强大的研发系统,例如HKMG、EUV光刻工艺和HARC等核心技术。


HKMG技术


HK就是high-K栅介电层技术,而MG指的是metal gate--金属栅极技术,两者本来没有必然的联系。不过使用high-k的晶体管栅电场可以更强,如果继续使用多晶硅栅极,栅极耗尽问题会更麻烦。另外栅介电层已经用了新材料,栅极同步改用新材料的难度也略小一些。所以两者联合是顺理成章的事情。



不管使用Gate-first和Gate-last哪一种工艺,制造出的high-k绝缘层对提升晶体管的性能均有重大的意义。high-k技术不仅能够大幅减小栅极的漏电量,而且由于high-k绝缘层的等效氧化物厚度较薄,因此还能有效降低栅极电容。这样晶体管的关键尺寸便能得到进一步的缩小,而管子的驱动能力也能得到有效的改善。


缺点:不过采用high-k绝缘层的晶体管与采用硅氧化物绝缘层的晶体管相比,在改善沟道载流子迁移率方面稍有不利。


EUV技术


光刻机分为紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、极紫外光源(EUV)。按照发展轨迹,最早的光刻机光源即为汞灯产生的紫外光源(UV)。之后行业领域内采用准分子激光的深紫外光源(DUV),将波长进一步缩小到ArF的193 nm。由于遇到了技术发展障碍,ArF加浸入技术成为主流。



为了提供波长更短的光源,极紫外光源(EUV)为业界采用。目前主要采用的办法是将二氧化碳激光照射在锡等靶材上,激发出13.5 nm的光子,作为光刻机光源。目前仅有由荷兰飞利浦公司发展而来的ASML(阿斯麦)一家可提供可供量产用的EUV光刻机,因此ASML对于EUV光刻机的供货重要性不言而喻,同时一台EUV光刻机也是价值不菲。


HARC蚀刻技术


蚀刻是从晶圆上蚀刻或去除材料以形成器件特征的工艺步骤,分为湿法和干法两类。湿蚀刻使用液态化学物质去除材料。


干法蚀刻是两个市场中较大的一个。通常,低温蚀刻,原子层蚀刻(ALE)和其他类型都属于此类。



DRAM制造中进行HARC蚀刻以形成电容器时,应满足许多基本要求,例如CD均匀性,垂直轮廓,工艺裕度等。不仅接触孔的CD均匀性,而且相邻接触孔之间的空间的CD均匀性决定了单元电容的分布和泄漏特性。CD的均匀性主要由掩模蚀刻决定。


为了制造铜互连,行业使用双大马士革工艺。在此流程中,低k介电材料首先沉积在设备的表面上。基于碳掺杂的氧化物材料,低k膜用于将器件的一部分与另一部分绝缘,并减小寄生电容。下一步是在低k膜上构图通孔和沟槽。蚀刻该结构,形成通孔和沟槽。最后,通孔/沟槽结构填充有铜,从而形成了铜布线方案。


低温蚀刻的优势在于,在这种高深宽比功能的底部,可以在蚀刻前端处得到更多的反应物。提高了蚀刻速率。这项技术是一项昂贵的技术,带来的好处却超过了增加的成本。


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