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Mar 28, 2023

Utilizzando una nuova generazione di bassi altamente sintonizzabili

Upgraded dielectric performance at the most fundamental level of ICs can have

Le prestazioni dielettriche migliorate al livello più fondamentale dei circuiti integrati possono avere un'enorme leva strategica nello sviluppo di memorie e circuiti logici, oggi e domani

Immagina di trovarti in una grande stanza piena di persone, ognuna delle quali ha un'informazione importante di cui hai bisogno. Tutti ti diranno volentieri quello che sanno, ma c'è un problema: parlano tutti contemporaneamente. Più la stanza è densa, più difficile sarà distinguere le parole della persona su cui stai cercando di concentrarti dalla cacofonia circostante.

Il problema è la diafonia, definita da Wikipedia come "qualsiasi fenomeno mediante il quale un segnale trasmesso su un circuito o canale di un sistema di trasmissione crea un effetto indesiderato in un altro circuito o canale". E se ti occupi della produzione di dispositivi di memoria e logici con miliardi di celle DRAM o transistor logici estremamente vicini, ti trovi di fronte a una situazione molto simile a quella stanza piena di persone loquaci.

Considera la tipica cella DRAM: un condensatore, che mantiene una carica che rappresenta 1 o 0; un transistor d'accesso; e una bitline, attraverso la quale viene letta la carica del condensatore. Nel corso del tempo, nella ricerca di maggiore densità, velocità e consumo energetico ridotto al minimo, queste strutture sono diventate più piccole e negli ultimi anni si sono evolute in progetti 3D. Parallelamente, sia la tensione di rilevamento (∆V) che la capacità della cella (Cs) sono state ridotte con ogni generazione tecnologica, rendendo quindi necessaria una riduzione simile della capacità della bitline (CBL).

Nella nostra analogia con una stanza piena di persone, queste riduzioni equivalgono alla persona che stai ascoltando che parla in modo meno distinto, rendendo ancora più difficile isolare le sue parole. E dinamiche simili sono all'opera nel settore logico, dove capacità parassite sempre maggiori (sia tra gate che tra gate e contatti di gate) hanno aumentato il rischio di diafonia.

La diafonia ci accompagna fin dagli albori dell'elettronica e fortunatamente esiste un modo ben noto per affrontarla: l'isolamento. Nella nostra stanza affollata ciò potrebbe comportare il posizionamento di un pannello acustico attorno a ciascuna persona; su un circuito integrato, spesso può essere ottenuto con film dielettrici migliori.

"Migliore" in questo caso non significa solo una costante dielettrica (k) inferiore, sebbene questo sia un fattore importante. Le pellicole devono inoltre depositarsi senza rischio di danni ad altri elementi del circuito ed essere in grado di sopravvivere ai successivi trattamenti termici, incisione, pulizia e altre fasi senza alcun cambiamento nelle loro proprietà. Devono essere esenti da difetti ed uniformi. E in quest'era di caratteristiche dei circuiti 3D, l'uniformità dello spessore non è sufficiente: anche le proprietà di una pellicola devono essere uniformi anche quando depositata nella dimensione verticale.

C'è anche un ulteriore fattore che entra in gioco: ogni organizzazione avanzata di produzione di chip deve affrontare una forte concorrenza e si sforza di sviluppare i propri metodi unici per ottenere un po' più di rendimento qui, un po' più di prestazioni là. Gli ingegneri responsabili di queste modifiche al processo beneficiano della versatilità e della flessibilità delle pellicole con cui lavorano: la capacità di mettere a punto la composizione di una pellicola per ottenere proprietà diverse, inclusa la selettività dell'attacco. Inoltre, la maggiore densità e complessità di ogni nuova generazione tecnologica rende questi miglioramenti in termini di prestazioni e rendimento più difficili da raggiungere. Per rivisitare l'analogia della stanza piena di persone, è come se la stanza diventasse sempre più piccola, mentre le persone parlavano più forte. C'è meno spazio per l'isolamento ma ne è più necessario.

Nell'era pre-3D, gli ingegneri di processo e di integrazione alla ricerca di soluzioni di isolamento potevano rivolgersi a metodi ben collaudati per la deposizione di dielettrici planari sintonizzabili o SiO2 e nitruri conformi. Ma oggi c'è bisogno sia di sintonizzabilità che di conformità, nonché della capacità di depositare film contenenti legami Si-C, come l'ossicarburo di silicio (SiCO). Questi sono necessari per una maggiore selettività di attacco, che è un fattore sempre più importante in molte applicazioni, dai distanziatori gate-all-around (GAA) ai dielettrici BEOL fino ai processi di litografia avanzati. Allo stesso tempo, cresce la preoccupazione per i danni causati dal plasma alle caratteristiche dei circuiti.