新式TII技術(shù)可望微縮超越9nm

最新的「傾斜離子注入」(TII)制程據(jù)稱能夠?qū)崿F(xiàn)比當(dāng)今最先進(jìn)制程更小達(dá)9nm的特征尺寸...

美國(guó)柏克萊實(shí)驗(yàn)室(Berkeley Lab)的研究人員日前發(fā)表最新的「傾斜離子注入」(tilted ion implantation，TII)制程，據(jù)稱能夠降低制造先進(jìn)芯片的成本、縮短研發(fā)時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)比當(dāng)今最先進(jìn)制程更小達(dá)的9奈米(nm)特征尺寸。

近年來(lái)，隨著芯片制造成本和復(fù)雜度的快速增加，延緩了摩爾定律(Moore’s law)的進(jìn)展，該實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果顯示利用這項(xiàng)新技術(shù)有望降低芯片的制造成本和復(fù)雜度。 不過(guò)，目前還不清楚芯片制造商是否會(huì)采用這項(xiàng)技術(shù)。

「我們利用氬離子選擇性地?fù)p壞光罩薄層的某些部份，」在最新一期《IEEE電子組件處理》(Transactions on Electron Devices;TED)發(fā)表研究論文的第一作者Peng Zheng說(shuō)：「它能自對(duì)準(zhǔn)且按照現(xiàn)有壘加光罩的特征傾斜，所以并不存在現(xiàn)有雙微影蝕刻(Litho-Etch-Litho-Etch;LELE)方法的問(wèn)題。 無(wú)法對(duì)準(zhǔn)一直是這種LELE途徑的致命傷。 」

他說(shuō)，相較于目前在16nm及更先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)廣泛使用的自對(duì)準(zhǔn)雙圖案(SADP)微印技術(shù)，這種新途徑能夠?qū)⒊杀窘档?0%，同時(shí)提高達(dá)35%的傳輸速率。

「與需要多層沉積和蝕刻制程的SADP相較，這種注入制程非常便宜，」而SADP還需要能夠承受150℃以上處理的相對(duì)昂貴材料。

在該研究報(bào)告中提及的9nm特征尺寸，意味著TII可用于產(chǎn)生18nm至20nm的間距。 相形之下，臺(tái)積電(TSMC)在最近的國(guó)際電子組件會(huì)議(IEDM)發(fā)表的論文指稱，目前，其7nm制程、M0層的最小間距為40nm。

早在2015年時(shí)，柏克萊實(shí)驗(yàn)室就曾經(jīng)向該研究計(jì)劃的兩家資助商——應(yīng)用材料(Applied Materials)和Lam Research介紹了這種技術(shù)，同時(shí)也在去年的SPIE先進(jìn)微影技術(shù)會(huì)議(SPIE Advanced Lithography conference)上展示了原型結(jié)果。

圖1：TII技術(shù)能產(chǎn)生小至9nm的特征尺寸

探索量產(chǎn)應(yīng)用之路

圖2：利用TII途徑(a)沉積薄氧化物和硬式光罩(HM)層，并以微影技術(shù)在HM上印刷特征。 然后，(b)以相反的角度注入氬離子。 蝕刻掉氧化物層的損壞部份，并移除HM(c、d)。 待移除氧化物(e，f)后，再以圖案化的氧化物層作為HM，對(duì)其下的IC層進(jìn)行圖案化

由于這種TII技術(shù)使用「相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制程...... 我很確定有些晶圓廠已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了嘗試，因?yàn)樗萐ADP技術(shù)更容易。 不過(guò)，由于這個(gè)產(chǎn)業(yè)極其競(jìng)爭(zhēng)，預(yù)計(jì)要到順利實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)之后，他們才會(huì)透露相關(guān)細(xì)節(jié)，」他說(shuō)。

不過(guò)，在采用這項(xiàng)技術(shù)以前，都必須先獲得柏克萊實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)轉(zhuǎn)移辦公室授權(quán)，目前他們也正在申請(qǐng)專利，他接著說(shuō)。

至于后續(xù)的研究方向，研究人員正在探索如何使用該技術(shù)圖案化微型孔洞。 他們還將探索如何使用這項(xiàng)技術(shù)協(xié)助放松當(dāng)前在16nm及更先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)使用SADP所要求的嚴(yán)苛設(shè)計(jì)規(guī)則。 此外，他們也會(huì)繼續(xù)嘗試新材料。

該論文還有兩位值得注意的共同作者——Axcelis首席組件科學(xué)家Laxard Rubin，以及Berkeley副校長(zhǎng)Tsu-Jae King Liu，他同時(shí)也是FinFET與SADP技術(shù)的共同發(fā)明人。 而第一作者Peng Zheng，最近取得了柏克萊大學(xué)的博士學(xué)位，即將在英特爾(Intel)從事先進(jìn)制程研發(fā)。

至于這項(xiàng)技術(shù)本身，市場(chǎng)觀察機(jī)構(gòu)VLSI Research總裁G.Dan Hutcheson評(píng)論說(shuō)：「這絕對(duì)是令人印象深刻的研究成果，」但他也指出了幾個(gè)可能阻礙該技術(shù)導(dǎo)入的商業(yè)現(xiàn)實(shí)。

Hutcheson說(shuō)，「成本大幅降低，雖然令人印象深刻，但并不足以讓業(yè)界公司『棄舊換新』——只需看看絕緣層上覆硅(SOI)的情況就清楚了。 」他指的是SOI技術(shù)經(jīng)漫長(zhǎng)市場(chǎng)化之路的過(guò)程。

此外，「還有許多懸而未決的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，例如良率以及對(duì)于基底層的損壞程度等，」他并補(bǔ)充說(shuō)，業(yè)界芯片制造商「在涉及實(shí)際建置時(shí)，通常會(huì)變得很保守。 」