原子級(jí)沉積可用于擴(kuò)展摩爾定律及其他

摩爾定律推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)縮小晶體管的臨界尺寸以提高器件密度。

本世紀(jì)初，傳統(tǒng)的擴(kuò)容開(kāi)始遇到瓶頸。業(yè)界相繼開(kāi)發(fā)出應(yīng)變Si/Ge、高K/金屬柵、Fin-FET，使摩爾定律得以延續(xù)。

現(xiàn)在，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的臨界尺寸已降至7納米，即一個(gè)芯片上每平方厘米有近70億個(gè)晶體管，這給鰭式結(jié)構(gòu)和納米制造方法帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。到目前為止，極紫外光刻技術(shù)已經(jīng)在一些關(guān)鍵步驟中使用，并且面臨著大批量制造的對(duì)準(zhǔn)精度和高成本問(wèn)題。同時(shí)，新材料和 3D 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的引入給自上而下的方法帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。新開(kāi)發(fā)的自下而上制造是一種很好的補(bǔ)充方法，為納米制造提供了技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。早在 1959 年，費(fèi)曼教授推測(cè)，“底部有足夠的空間”。這個(gè)演講啟發(fā)了人類(lèi)操縱原子或分子作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建塊。

原子級(jí)沉積是自下而上策略的典型代表。在第一部分中，沉積為垂直方向帶來(lái)橫向埃分辨率以及自上而下的蝕刻，例如雙圖案化。接下來(lái)，各種模板輔助選擇性沉積方法，包括介電模板、抑制劑和校正步驟，已被用于 3D 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的對(duì)齊。最后，原子級(jí)分辨率可以通過(guò)固有的選擇性沉積來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們討論了低維材料和新興應(yīng)用，包括二維材料、納米線、納米粒子等。

原子級(jí)沉積方法的特點(diǎn)是薄膜的保形性和均勻性。原子級(jí)沉積可以為具有高縱橫比的多種結(jié)構(gòu)帶來(lái)垂直方向的橫向分辨率，包括側(cè)壁、納米線、納米管等。自對(duì)準(zhǔn)雙圖案是垂直分辨率的典型示例。原子級(jí)沉積可以提高納米圖案化的精度，獲得一些特殊的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步減小特征尺寸，提高晶體管的密度，從而在短期內(nèi)促進(jìn)摩爾定律的延續(xù)。隨著器件變得越來(lái)越復(fù)雜，薄膜的定向生長(zhǎng)被認(rèn)為是納米制造過(guò)程中的一個(gè)重要方面。選擇性沉積是實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的一種有效且有前途的方法，它可以減少光刻和蝕刻等步驟。通常，使用特殊模板實(shí)現(xiàn)高選擇性沉積是有效的。借助模板，芯片制造商不僅可以在三個(gè)維度上直接疊加晶體管，還可以將傳感、儲(chǔ)能等多功能集成到芯片中，制造出超級(jí)芯片。

通過(guò)當(dāng)前自上而下的方法制備合適的模板用于選擇性沉積低維材料和復(fù)雜的 3D 結(jié)構(gòu)是非常具有挑戰(zhàn)性的，已經(jīng)研究了非模板選擇性沉積。后硅時(shí)代，原子級(jí)沉積可以制備多種替代納米材料，如二維材料、碳材料、鐵電材料、相變材料等，可以克服硅材料物理極限的限制，拓寬邊界摩爾定律。

陳榮（音譯）教授和她小組的其他研究人員已經(jīng)確定了原子級(jí)沉積領(lǐng)域的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

“原子級(jí)沉積是一種面向未來(lái)的多功能沉積技術(shù)，必將在微納制造領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。芯片制造商對(duì)這項(xiàng)技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣。除了微電子領(lǐng)域，原子級(jí)沉積在光電子、儲(chǔ)能、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用?！?/p>

“要實(shí)現(xiàn)高精度納米制造，需要深入研究原子級(jí)沉積的機(jī)理?！?/p>

“雖然表征技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，但單原子表征和操縱技術(shù)仍有很大的改進(jìn)空間。”

“為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)制造，多種材料的多工藝耦合是必不可少的。但是如何實(shí)現(xiàn)流程集成呢？”

“除了以高精度制造薄膜和納米結(jié)構(gòu)外，精度和加工效率也是相互抑制的因素。如何在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)可靠的大批量制造？”

研究人員建議，原子級(jí)沉積可用于擴(kuò)展摩爾定律及其他。原子級(jí)沉積正成為一種越來(lái)越有前途的技術(shù)，用于精確制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)，能夠創(chuàng)建等效的形貌，更好地控制薄膜厚度，而不會(huì)使表面粗糙。它被認(rèn)為是先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)和其他新興領(lǐng)域的使能技術(shù)。