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फरवरी 2021 में आयोजित SPIE एडवांस्ड लिथोग्राफी कॉन्फ्रेंस में, एप्लाइड मैटेरियल्स के रेजिना पेंडुलम ने "मॉड्यूल-लेवल मटेरियल इंजीनियरिंग फॉर कंटीन्यूस्ड DRAM स्केलिंग" शीर्षक से भाषण दिया।भाषण में, रेजिना ने जोर दिया कि DRAM का सिकुड़ना धीमा हो रहा है, और घनत्व को बढ़ाने के लिए नए समाधानों की आवश्यकता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्रा 1. DRAM नोड और बिट घनत्व रुझान।

उनके परिचय के अनुसार, DRAM के लघुकरण ने कई चुनौतियों का सामना किया है:

पैटर्निंग-कैसे तेजी से घने पैटर्न बनाने के लिए।

कैपेसिटर-एक सिलेंडर से स्तंभ स्तंभ की संरचना में विकसित होता है, जिसके लिए एक उच्च पहलू अनुपात की आवश्यकता होती है।

रेसिस्टर / कैपेसिटेंस-बिट लाइन और वर्ड लाइन को एक्सेस स्पीड बढ़ाने के लिए रेसिस्टेंस / कैपिसिटी बढ़ाने की जरूरत है।

पेरिफेरल (पेरी) ट्रांजिस्टर-पॉलीसिलिकॉन गेट से सिलिकॉन-ऑक्साइड से विकास उच्च-के धातु के गेट (एचकेएमजी) से होता है।

चित्रा 2. डीआरएएम विस्तार चुनौती।

यह लेख पैटर्निंग और कैपेसिटर पर केंद्रित होगा।

संधारित्र पैटर्निंग को हाल ही में क्रॉस सेल्फ-एलाइनड डबल पैटर्निंग (XSADP) द्वारा पूरा किया गया है, लेकिन अब इसे और भी अधिक जटिल क्रॉस सेल्फ-एलाइनेड डबल पैटर्निंग ((XSADP) में विकसित किया जा रहा है, लेकिन अब और भी अधिक जटिल: XSAQP) में विकसित हो रहा है।जैसा कि सैमसंग द्वारा खुलासा किया गया है, एक अन्य विकल्प स्पेसर-असिस्टेड पैटर्निंग है, जो 3 के कारक द्वारा मास्क पर छेद के घनत्व को बढ़ा सकता है, लेकिन छेद के आकार को समान बनाने के लिए नक़्क़ाशी की आवश्यकता होती है।हाल ही में, EUV ने DRAM के उत्पादन के लिए आवेदन करना शुरू कर दिया है।

लेखक ने बताया कि सैमसंग 1z DRAM के प्रथम-स्तरीय प्रांत के लिए EUV का उपयोग कर रहा है, और अब बहु-परत 1α DRAM के लिए EUV का उपयोग करने की उम्मीद है।SK Hynix को भी इस साल EUV लिथोग्राफी मशीन का उपयोग करके अपने 1α DRAM को लॉन्च करने की उम्मीद है।

हालाँकि, DRAM के लिए EUV के कार्यान्वयन में निम्नलिखित चुनौतियाँ हैं:

लोकल क्रिटिकल डायमेंशन यूनिफ़ॉर्मिटी (LCDU), इस बदलाव से इलेक्ट्रिकल परफॉर्मेंस और ईचिंग आस्पेक्ट रेश्यो में बदलाव होगा।

होल आकार-ईयूवी छेद आकार के प्रति संवेदनशील है और इसमें एक संकीर्ण प्रसंस्करण खिड़की है।

पतली प्रतिरोध-ईयूवी प्रतिरोध बहुत पतला है और इसे कठोर करने की आवश्यकता है।

पतली जमा का उपयोग प्रतिरोध को कठोर कर सकता है, और मोटी जमा का उपयोग महत्वपूर्ण आयाम (सीडी) को कम कर सकता है।पैटर्न के शीर्ष पर स्थानिक चयनात्मक बयान लाइन एज रफनेस (एलईआर) / लाइन चौड़ाई रफनेस (एलडब्ल्यूआर) में सुधार कर सकता है, जो ईयूवी पैटर्न गठन में एक महत्वपूर्ण नुकसान है।चित्र 3 देखें।

चित्रा 3. जमा फोटोरिस्ट का उपयोग कर सुधार।

सक्रिय क्षेत्र स्केलिंग के लिए, EUV को बड़ी सीडी पर दोष समस्या है।इसके बजाय, आप छोटे छेद खोद सकते हैं और फिर एक दिशा में सुविधा को खोलने के लिए सटीक पार्श्व नक़्क़ाशी का उपयोग कर सकते हैं, जिससे टिप-टू-टिप दूरी कम हो सकती है।यह तकनीक सीडी और उपज के बीच के व्यापार को समाप्त करती है, और अंडाकारों को एक बड़ा संपर्क पैड क्षेत्र बनाने में सक्षम बनाती है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है।

चित्रा 4. सक्रिय पैटर्न के लिए सटीक पार्श्व नक़्क़ाशी।

EUV की मुख्य समस्याओं में से एक संकीर्ण प्रक्रिया विंडो है, जो स्वीकार्य यादृच्छिक दोषों को स्वीकार कर सकती है।दिशात्मक नक़्क़ाशी प्रक्रिया डिजाइन के लिए एक अतिरिक्त knobs प्रदान करता है।यदि प्रक्रिया विंडो के मध्य को खोला और ब्रिज किया जाता है, तो आप पुल के साथ खिड़की के किनारे पर जा सकते हैं, और फिर पुल को हटाने के लिए दिशात्मक नक़्क़ाशी का उपयोग कर सकते हैं, चित्र 5 देखें।

चित्रा 5. यादृच्छिक दोष को खत्म करने के लिए दिशात्मक नक़्क़ाशी।

आज की कैपेसिटर पिच की सीमा 40nm से अधिक है, जो वर्तमान संधारित्र पैटर्निंग के लिए ईयूवी सीमा भी है।भविष्य में, छोटी पिचों की आवश्यकता होगी, और स्केलिंग को प्राप्त करने के लिए प्रक्रिया परिवर्तनशीलता को 30% से अधिक बढ़ाने की आवश्यकता है, चित्र 6 देखें।

चित्रा 6. संधारित्र स्केलिंग परिवर्तनों द्वारा सीमित है।

हार्ड मास्क की मोटाई कम करना और नक़्क़ाशी की एकरूपता में सुधार करना इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए सभी आवश्यक हैं।

आजकल, अनाकार सिलिकॉन (ए-सी) का उपयोग हार्ड मास्क के रूप में किया जाता है।भविष्य में, डोप किए गए सिलिकॉन बेहतर चयनात्मकता प्रदान कर सकते हैं, ताकि पतले हार्ड मास्क को महसूस किया जा सके, लेकिन यह उन उत्पादों का उत्पादन करेगा जिन्हें निकालना मुश्किल है।चित्र 7 देखें।

चित्र 7. संधारित्र स्केलिंग के लिए बेहतर हार्ड मास्क।

हार्ड मास्क के लिए डोप किए गए सिलिकॉन के साथ समस्या यह है कि इसके लिए विशेष नक़्क़ाशी की आवश्यकता होती है, और अगली पीढ़ी की प्रक्रिया उच्च तापमान नक़्क़ाशी का उपयोग करती है।ऑक्साइड हार्ड मास्क को पैटर्न करने के लिए फोटोरिस्ट का उपयोग किया जाता है;तब डोप किए गए पॉलीसिलिकॉन हार्ड मास्क को उच्च तापमान वाले एचर में ऑक्साइड हार्ड मास्क का उपयोग करके पैटर्न किया जाता है, और अंत में डोप किए गए पॉलीसिलिकॉन हार्ड मास्क का उपयोग संधारित्र के रूप में किया जाता है।नक़्क़ाशी और जमाव चरणों के बीच स्विच करने वाली स्टेपवाइज़ पल्स्चिंग कैपेसिटर के उच्च गति वाले नक़्क़ाशी के कट्टरपंथी रासायनिक उपयोग के लिए अनुमति देता है, चित्र 8 देखें।

चित्रा 8. बेहतर प्रदर्शन और उत्पादकता।

यह उम्मीद की जाती है कि उपर्युक्त प्रक्रिया नवाचार वर्तमान DRAM वास्तुकला के निरंतर स्केलिंग को प्राप्त कर सकते हैं।

लेकिन भाषण से हमने देखा कि 3 से 5 वर्षों में, हमें एक नए DRAM आर्किटेक्चर की आवश्यकता होगी।इसमें शामिल एक दिलचस्प विकल्प 3 डी है, जो एक ऊर्ध्वाधर संरचना से स्टैक्ड क्षैतिज संरचना में संधारित्र को बदलता है।