Современная электроника №4/2024

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2024 Частицы в ультрачистой воде Статья написана по материалам международной технологической дорожной карты для полупроводников (IRDS™ 2023) и посвящена обзору технологии контроля концентрации частиц в ультрачистой воде . Владимир Смирнов , Светлана Якименко ( АО « НПК МЕДИАНА - ФИЛЬТР ») Эволюция дизайна полупроводнико - вых устройств от Planar FET ( планарные ) до FinFET 1 позволила продолжить разви - тие технологического узла до шага 24 нм к 2022 году . Ширина канала при этом составляет 6 нм : она определяет размер « частиц - убийц » модуля FIN, равный 3 нм . Высотамодуля FIN достигает 60 нм , то есть соотношение сторон у модуля FIN – 10:1, что приводит к потенциальным пробле - мамнадёжности устройства , связаннымс физическимповреждением « пиков » ираз - рушениеммодуля FIN. К 2025 году страте - гия проектирования устройств [1] потребу - ет использования транзисторов с боковым затвором GAAFET (Gate-All-Around Field- Effect Transistor) с использованием нано - трубок и нанолистов , призванных устра - нить структурные проблемы , связанные с дизайном транзисторов FIN [2]. Геоме - трический размер мельчайшей части в этой технологии составляет 3 нм . Нако - нец , к 2031 году дизайн устройств пере - йдёт к 3D- стекам с топологией 2 нм , что добавит дополнительные трудности . Про - должение процесса уменьшения размеров устройств с увеличением их сложности приводит к необходимостидальнейшего расширения возможностей обнаружения и удаления критических частиц , которые являются основным источником дефек - тов , препятствующих повышениюнадёж - ности устройств . При текущем уровне развития тех - нологий наблюдаются значительные пробелы в возможностях измерения загрязнений . Сложность современных полупроводниковых устройств и посто - янное сокращение геометрического масштаба привели к тому , что размер « частиц - убийц » стал намного меньше , чем возможности самой современной методики обнаружения частиц . Доступ - ный мониторинг частиц в ультрачистой воде ( УЧВ ) ограничен лазерными счёт - чиками частиц , способными отслежи - вать частицы размером 20 нм с ограни - ченной эффективностью счёта . В стадии разработки и коммерциализации нахо - дятся новые измерительные устройства для частиц меньшего размера , но их воз - можности ещё не полностью оценены . Присутствие предшественников частиц в УЧВ может повлиять на некоторые из этих новых инструментов , ограничивая их способность количественно опреде - лять частицы размером менее 20 нм . Такая ситуация наблюдается в систе - мах получения УЧВ уже почти десять лет : поставщики счётчиков частиц инвестиру - ют в устранениеметрологического разрыва , в то время как последний только увеличи - вается . Таким образом , в настоящее время вУЧВконтролируют размери содержание частиц , размеры которых намного превы - шают размер « частиц - убийц ». Ситуацию усугубляют также следующие факторы . 1. Самая передовая фильтрация достиг - ла предела контроля « частиц - убийц » (« частицы - убийцы » значительно меньше , чем самые маленькие раз - меры пор фильтра ). 2. Есть основания полагать , что некото - рые материалы высокой чистоты вы - деляют значительное количество « ча - стиц - убийц », которые невозможно контролировать современными метрологическими средствами . 3. Существует опасение , что высокомоле - кулярные полимеры ( ионообменные смолы , полимеры ) могут образовывать предшественников « частиц - убийц », когда они прикрепляются к пласти - не и вода испаряется . Предшественники частиц . Это новый параметр , добавленный в дорожнуюкар - ту развития технологий подготовкиУЧВ в 2021 году . Критическийразмер частицдля массового производства полупроводни - ков сейчас составляет 3,5 нм . Полупровод - никовая промышленность вступила в область , где частицы , предшествен - ники частиц и молекулы в жидкостях начинают перекрываться . Предшествен - ник частиц определяется как растворён - ное молекулярное соединение , которое может образовывать частицы на пласти - не . Возможность отличать предшествен - ников частиц от твёрдых частиц в УЧВ становится критически важной . Хотя усовершенствованная ультра - и нано - фильтрация может удалять твёрдые частицы нанометрового размера , тот же фильтр может иметь ограниченную спо - собность или вообще не удалять предше - ственников частиц . SEMI недавно разра - ботала новый стандарт для измерения количества предшественников частиц в УЧВ [3]. Следует отметить , что контроль частиц в УЧВ и жидких реагентах – не един - ственный параметр , требующий измене - ния подхода к повышению выхода год - ных к эксплуатации чипов . Однако на сегодняшний день частицы более кри - тичны , чем другие типы загрязнителей , и описанный ниже подход может быть использован для иллюстрации подхода к метрологическому обеспечению дру - гих контролируемых параметров . В условиях , когда невозможно достоверно определить содержание частицменее 20 нм в потоке УЧВ , IRDS [1] был сформулирован подход встроенного качества , так называ - емый « проактивный подход » 2 для мони - торинга частиц в УЧВ . Это означает иссле - дование закономерностей распределения частиц в модельном растворе . Например , в результате исследованийбыло выяснено , что размер частиц обратно пропорционален третьей степениих концентрации . Из это - го следует , что еслиразмер частицы 20 нм , а концентрацияС 20 , то концентрация частиц размером 10 нмбудет равнаС 10 = С 20 (20/10) 3 , то есть 8× С 20 . Уменьшение размера частиц 1 Проблемой планарных транзисторов размером от 22 нм был затвор , или ворота (Gate), который из - за своих размеров приводил к самопроизвольному туннелированию электронов от истока к стоку . Инженеры решили вытянуть канал ( который находится между истоком и стоком ) внутрь затвора в своеобразный плавник («Fin») и получить полноценную 3D- структуру . Это позволило перейти на техпроцесс 22 нм и меньше . Компания Intel была первой , кто использовал технологию FinFET в 2012 г . на процессорах Ivy Bridge. 2 «Proactive Approach» [1]. « Проактивный подход » противопоставляется активному подходу , связанному с непосредственным контролем каждого параметра качества в УЧВ . « Проактивный подход » предполагает такие технологические решения , как установленные корреляции и достоверный метрологический контроль параметров , которые обеспечивают выход качественной продукции на уровне не менее 80% от объёма выпуска .