New-Tech Magazine | April 2021

גישהחדשה לשיפור אמינותםשלשעריםתלת-ממדיים (רבודים) בתהליכי ייצור בטמפרטורה נמוכה NBTI טיפול באמצעותאטומי מימן לשיפור אמינותה-

IMEC ,)Jean-François de Marneffe ) , ז'אן פרנסואה דה מרנף ( Jacopo Franco ג'קופו פרנקו (

NBTI פתרון לבעיית ה- בתהליכי ייצור רגילים של מעגלים משולבים Bias חוסר יציבות בהטיית טמפרטורה ( בקיצור) BTI או temperature instability היא תופעה מוכרת, המופיעה עם הזמן ועלולה MOSFET בטרנזיסטורים מסוג לפגוע באופן משמעותי בביצועי ואמינות הטרנזיסטור. בדרך כלל היא באה לידי ביטוי כעליה הדרגתית ובלתי־רצויה במתח הסף של המכשיר וירידה בזרם השפך. מקורה של הוא בפגמים בחומר הדיאלקטרי BTI תופעת ה־ שממנו בנוי השער ובנקודת המגע עם תעלת הסיליקון, והתוצאה היא לכידת המטען החשמלי שעובר בתעלת ההולכה. , N עבור טרנזיסטורים העשויים מחומר שבהם מופעל מתח חיובי על השער, הדאגה העיקרית היא הילכדות אלקטרונים בחומר הדיאלקטרי בעל המקדם הגבוה. בזכות פער האנרגיה הגדול שלה, כיום משמשת שכבה ) SiO 2 ננומטרית דקה של תחמוצת סיליקון ( בשערים ממתכת/חומר דיאלקטרי בעל מקדם גבוה, כמבודד להקטנת הילכדות האלקטרונים חיובי). PBTI ) BTI ולשיפור אמינות ה־

, P לעומת זאת, בטרנזיסטורים מחומר עצמה ובנקודת SiO 2 מלכודות בשכבת ה־ NBTI המגע בין החומרים מובילות לתופעת ה־ שלילי). באופן מסורתי, גידול שכבת ה־ ) BTI 1000° C ~( נעשה בטמפרטורות גבוהות SiO 2 ומעלה) או על ידי חשיפה לטמפרטורות גבוהות דומות במהלך הוספת מטען ('זיהום') לשערי Gate - המקור/שפך בשיטת 'תחילה השער' ( באיכות SiO 2 ). התוצאה היא שכבת first גבוהה עם שיעור פגמים זניח. על מנת לאפשר שימוש בשערים ממתכות שונות, התעשייה עברה לשיטת ייצור בשם 'החלפת שער' ברמת שבה מושתל השער הסופי רק 32 nm טכנולוגיה לאחר הוספת המטען ('זיהום'). בתהליך זה, שהפך לתקן בתעשייה, משתמשים בתהליכי )900° C ~ ליבון מהירים (בטמפרטורה של לשיפור אמינות, כדי לוודא ששכבת החומר הדיאלקטרי נחשפת לטמפרטורה הגבוהה הנחוצה להקטנת שיעור הפגמים. אבל מה קורה אם אי אפשר להשתמש בטמפרטורה גבוהה בתהליך? לאחרונה הוצעה שיטה חדשה בשם (יישום תלת- Sequential 3 D Integration (

ממדי לפי הסדר)) לייצור שבבים שתאפשר לחוק מור להמשיך להתקיים. בשיטה זאת מונחות שכבות חומר זו על גבי זו לפי הסדר במבנה המזכיר קומות מגורים. אולם, בייצור השכבות העליונות אי אפשר )600° C >( להשתמש בטמפרטורה גבוהה מכיוון שהיא תפגע בטרנזיסטורים ובחיבורים שכבר קיימים בשכבה התחתונה. מגבלות טמפרטורה מסוג זה מציבות אתגרים חדשים בפני יצרני השבבים למחצה, כולל האתגר שבייצור שער בעל רמת אמינות מספקת. כששכבת לא נחשפת לטמפרטורה גבוהה SiO 2 ה־ במהלך הגידול או ייצור הטרנזיסטור, נוצרים על פני השטח שלה פגמים בצפיפות הבלתי־ NBTI גבוהה שגורמים לתופעת ה־ רצויה. , בעזרת הקבוצה imec צוות המחקר ב־ של פרופ' טיבור גרסר מאוניברסיטת וינה לטכנולוגיה ופרופ' ו. אפאנאסב ופרופ' א. שטסמנס אוניברסיטת לוון, פיתח תהליך SiO 2 חדש לשיפור איכותן של שכבות ה־ בטמפרטורות נמוכות יותר, וכך גם משפר את אמינותם של טרנזיסטורים מסוג , ללא צורך בליבון NBTI לתופעת ה־ pMOS

New-Tech Magazine l 32