Ilmuwan menemukan cara yang mengubah permainan untuk mengetsa ingatan 3D NAND
Untuk meningkatkan penyimpanan data, para peneliti menyempurnakan memori 3D NAND Flash, yang menumpuk sel untuk memaksimalkan ruang.
Para peneliti telah menemukan cara yang lebih cepat, lebih efisien untuk mengetsa lubang dalam di 3D NAND Flash Memory menggunakan Advanced plasma proses. Dengan mengubah kimia, mereka telah menggandakan kecepatan etsa dan meningkatkan presisi, mengatur panggung untuk penyimpanan memori yang lebih padat dan berkapasitas lebih tinggi.
Menjelajahi masa depan penyimpanan data
Karena perangkat elektronik terus menyusut sambil menangani jumlah data yang terus tumbuh, meningkatkan cara memori digital diproduksi menjadi penting. Para peneliti dalam kemitraan publik-swasta sedang mengeksplorasi metode baru untuk membuat memori digital pada skala atom, yang bertujuan untuk memenuhi meningkatnya permintaan penyimpanan data yang lebih padat.
Salah satu fokus utama adalah memperbaiki proses produksi untuk memori 3D NAND Flash, sebuah teknologi yang menumpuk data secara vertikal untuk memaksimalkan kapasitas penyimpanan. Sebuah studi terbaru, yang diterbitkan di Jurnal Sains & Teknologi Vakum amenemukan bahwa menggunakan kombinasi yang tepat dari plasma dan bahan kunci lainnya dapat menggandakan kecepatan di mana lubang yang dalam dan sempit penting untuk memori ini terukir. Studi ini dilakukan melalui simulasi dan eksperimen oleh para ilmuwan dari LAM Research, University of Colorado Boulder, dan Laboratorium Fisika Plasma Princeton Departemen Energi AS (Pppl).
NAND Flash Memory adalah jenis penyimpanan nonvolatile, artinya menyimpan data bahkan ketika daya hilang. “Kebanyakan orang akrab dengan memori NAND Flash karena itu adalah jenis yang ada di kartu memori untuk kamera digital dan drive ibu jari. Ini juga digunakan di komputer dan ponsel. Membuat jenis memori ini lebih padat – sehingga lebih banyak data dapat dikemas ke dalam jejak yang sama – akan semakin penting karena kebutuhan penyimpanan data kami tumbuh karena penggunaan kecerdasan buatan”Kata Igor Kaganovich, seorang fisikawan penelitian utama di PPPL.
Menumpuk sel memori untuk menghemat ruang
Memori digital menyimpan informasi dalam unit yang disebut sel. Data disimpan sebagai keadaan sel, di mana setiap sel hidup atau mati. Dengan memori flash NAND tradisional, sel -sel disusun dalam satu lapisan. Dalam memori 3D NAND flash, banyak sel memori ditumpuk di atas satu sama lain agar sesuai dengan lebih banyak data dalam jejak yang lebih kecil. Ini mirip dengan mengganti bungalo dengan apartemen 10 lantai untuk menampung lebih banyak orang.
Langkah penting dalam menciptakan tumpukan ini melibatkan lubang ukiran menjadi lapisan bolak -balik silikon oksida dan silikon nitrida. Lubang dapat diukir dengan mengekspos bahan berlapis ke bahan kimia dalam bentuk plasma (sebagian gas terionisasi). Atom dalam plasma berinteraksi dengan atom dalam bahan berlapis, mengukir lubang.
Para peneliti ingin memperbaiki bagaimana mereka membuat lubang ini sehingga masing -masing dalam, sempit dan vertikal, dengan sisi yang halus. Mendapatkan resep yang tepat sangat sulit, sehingga para ilmuwan terus menguji bahan dan suhu baru.
Menggunakan plasma untuk membuat saluran yang dalam dan sempit
“Proses-proses ini menggunakan plasma sebagai sumber ion berenergi tinggi,” kata Yuri Barsukov, mantan peneliti PPPL yang sekarang bekerja di LAM Research. Menggunakan partikel bermuatan yang ditemukan dalam plasma adalah cara termudah untuk menciptakan lubang melingkar yang sangat kecil tetapi dalam yang diperlukan untuk mikroelektronika, katanya. Namun, prosesnya, yang dikenal sebagai etsa ion reaktif, tidak sepenuhnya dipahami dan dapat ditingkatkan. Satu perkembangan baru -baru ini melibatkan menjaga wafer – lembaran bahan semikonduktor untuk diproses – pada suhu rendah. Pendekatan yang muncul ini disebut etsa cryo.
Secara tradisional, etsa cryo menggunakan gas hidrogen dan fluor terpisah untuk membuat lubang. Para peneliti membandingkan hasil dari proses ini dengan proses cryo-etching yang lebih canggih yang menggunakan gas hidrogen fluoride untuk membuat plasma.
“Cryo Etch dengan plasma hidrogen fluoride menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam laju etsa dibandingkan dengan proses cryo-etch sebelumnya, di mana Anda menggunakan sumber fluor dan hidrogen terpisah,” kata Thorsten Lill dari LAM Research. Berkantor pusat di Fremont, California, Lam Research Supplies Wafer Fabrication Equipment and Services to Chipmakers.
Menggandakan tingkat etsa dengan pendekatan baru
Ketika silikon nitrida dan silikon oksida diuji secara terpisah, laju etsa meningkat untuk nitrida dan lapisan oksida menggunakan plasma hidrogen fluorida alih -alih gas hidrogen dan fluor yang terpisah. Sementara efek untuk silikon nitrida lebih jelas daripada untuk silikon oksida, etsa kedua bahan secara bersamaan menghasilkan peningkatan yang paling signifikan. Faktanya, laju etsa untuk silikon oksida dan silikon nitrida bergantian lebih dari dua kali lipat, meningkat dari 310 nanometer per menit menjadi 640 nanometer per menit. (Rambut manusia kira -kira 90.000 nanometer lebarnya.)
“Kualitas etsa tampaknya telah membaik juga, dan itu penting,” kata Lill.
Para peneliti juga mempelajari dampak fosfor trifluorida, bahan penting ketika mengetsa silikon dioksida pada tingkat yang signifikan. Meskipun telah digunakan sebelumnya, para peneliti ingin lebih memahami dan mengukur dampaknya. Mereka menemukan bahwa menambahkan fosfor trifluorida empat kali lipat dari laju etsa untuk silikon dioksida, meskipun hanya sedikit meningkatkan laju etsa nitrida silikon.
Senyawa kimia lain yang dipelajari para peneliti adalah amonium fluorosilikat, yang terbentuk selama proses etsa ketika silikon nitrida bereaksi dengan hidrogen fluorida. Penelitian menunjukkan bahwa amonium fluorosilikat dapat memperlambat etsa, tetapi air dapat mengimbangi efek ini. Menurut simulasi Barsukov, air melemahkan ikatan amonium fluorosilikat. “Garam dapat terurai pada suhu yang lebih rendah saat air hadir, yang dapat mempercepat etsa,” kata Barsukov.
Meletakkan dasar untuk penelitian masa depan
Kaganovich mengatakan penelitian ini juga penting karena menunjukkan bagaimana para ilmuwan di industri, akademisi, dan laboratorium nasional dapat bekerja sama untuk menjawab pertanyaan penting di bidang mikroelektronika. Ini juga menyatukan informasi yang dikumpulkan dari para eksperimentalis dan ahli teori.
“Kami sedang membangun jembatan ke komunitas yang lebih besar,” katanya. “Ini adalah langkah penting dalam mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang proses manufaktur semikonduktor untuk semua orang.”
Lill mengatakan dia menghargai bekerja dengan PPPL pada penelitian manufaktur semikonduktor karena PPPL Research menawarkan berbagai kemampuan dalam simulasi plasma untuk mikroelektronika.
Referensi: “etsa silikon oksida silikon dan silikon nitrida dengan hidrogen fluorida” oleh Thorsten Lill, Mingmei Wang, Dongjun Wu, Youn-Jin OH, Tae Won, Mark Wilcoxson, Harmeet Singh, Vahid Ghodsi, Steven M. George, Yurcoxson, Harmet Singh, Vahid Ghodsi, Steven M. George, Yurcoxson, Yuruket, Vahid Ghodsi, Steven M. George, Yurcoxson, Yurokon, Vahid Ghodsi, Steven M. George, Yurcoxson, Yuruket, Vahid Baror, Vahid Ghodsi, Steven M. George, Yurcoxson, Yurokson, Yuruket, Vahid Ghodsi yang sama ”Steven M. Jurnal Sains & Teknologi Vakum a.
Doi: 10.1116/6.0004019
Pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh program penelitian dan pengembangan yang diarahkan laboratorium PPPL.
