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存储芯片制造:DRAM process flow(3)
昨天 15:22   浏览:21   来源:小萍子
连接电容与晶体管的接触垫(Landing Pad) 形成、承载全局互连的第一层金属(M1) 制造,以及构建电荷存储单元的电容蚀刻(Capacitor Etch) 工艺。这三个步骤紧密衔接,共同实现了从晶体管到存储电容再到外围电路的三维电气互联。

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接触垫形成:电容与晶体管的桥梁构建

存储节点接触制备完成后,需要在电容结构与下方晶体管之间建立稳固且低电阻的连接点,即接触垫。该工艺始于在已平坦化的存储节点接触阵列表面,沉积一层关键的氮化钛薄膜。这层薄膜通过物理气相沉积形成,具有优异的导电性和扩散阻挡特性,将作为电容底部电极的成核层和电气连接层。

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随后进行接触垫的光刻与图形化。首先在氮化钛薄膜上涂覆光刻胶,通过先进的光刻技术定义出接触垫图形,该图形需与下方的存储节点接触精确对准。接着进行干法刻蚀,将暴露区域的氮化钛完全去除,仅保留与存储节点接触直接对应的圆形或方形垫区。刻蚀后去除光刻胶,晶圆表面便呈现出规则的氮化钛接触垫阵列,每个垫子都与一个存储节点接触栓精准对接,为后续电容结构的生长提供了确定的锚点。

在接触垫图形化完成后,需在其上方沉积一层氮化硅保护层,为电容蚀刻工艺准备完美的基础表面。这一保护层将在后续电容蚀刻中作为硬掩模,其平整度直接影响到电容结构的均匀性。

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电容蚀刻工艺:三维电荷存储舱室的精密切割

电容蚀刻是DRAM制造中最具挑战性的工艺之一,目标是在纳米级尺度上创造出具有极大表面积的三维结构,以最大化电荷存储容量。工艺首先在准备好的接触垫和保护层上,沉积一层厚实的非晶碳或氧化物作为牺牲层,该层的厚度决定了未来电容结构的高度。

随后进行电容孔阵列的光刻。采用分辨率最高的多重图形化技术,在光刻胶上形成极其密集的孔洞图案,其密度和尺寸直接决定了DRAM的存储密度。通过反应离子刻蚀,将图案转移到下方的牺牲层中,形成深度均匀、侧壁垂直的深孔阵列。每个深孔都精确对准下方的氮化钛接触垫,确保电气连接的连续性。

深孔形成后,开始底部电极的构建。通过原子层沉积技术在深孔的内表面保形生长一层氮化钛薄膜,作为电容的底部电极。这一步骤需要极高的均匀性控制,以确保每个电容单元的电气特性一致。随后,采用选择性蚀刻技术去除深孔底部的部分氮化钛,使其与下方的接触垫实现物理隔离,同时保留侧壁的完整电极结构。

接下来进行电容介质层的沉积。通过原子层沉积在底部电极表面生长一层均匀的高K介质材料,如氧化锆掺杂氧化铝的纳米叠层。这层介质的质量和厚度决定了电容的电荷存储能力和泄漏特性,需要精确控制到原子层级别。介质沉积完成后,再通过化学气相沉积填充多晶硅或金属材料形成顶部电极,完成电容单元的核心结构。

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