لقد نجحت صناعة أشباه الموصلات في تجاوز قيود التوسع المادي لذاكرة الفلاش NAND المستوية (ثنائية الأبعاد) من خلال الانتقال إلى البعد الرأسي.
تعتمد تقنية NAND ثلاثية الأبعاد على تكديس طبقات رقيقة متناوبة من المواد، عادةً ما تكون طبقات أكسيد عازلة (SiO2) وطبقات نتريد قابلة للتضحية (Si3N4) فوق ركيزة من السيليكون.
من خلال سلسلة من خطوات الطباعة الضوئية المتقدمة، والحفر العميق بالأيونات التفاعلية (DRIE)، والترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، يتم تصنيع أعمدة من خلايا الذاكرة العمودية تتشكل في وقت واحد.
ومع ذلك، عندما يقوم المصنعون بتوسيع كثافة الذاكرة عموديًا لتحقيق 232 أو 280 أو أكثر من 300 طبقة، فإن المظهر المادي للهياكل يتغير بشكل كبير.
تُظهر الفتحات الرأسية أو الخنادق القناةية ملامح عالية النسبة غير مسبوقة (HAR)، وغالبًا ما تتجاوز نسب العمق إلى العرض 70:1 أو 100:1.
في هذه الأشكال الهندسية المتطرفة، التلوث المجهري ما كان يُعتبر في السابق ضئيلاً على الرقاقات المستوية يتسبب الآن في فشل هيكلي كارثي وفقدان كامل في إنتاجية الجهاز.
يُصبح اكتشاف الجسيمات المجهرية في تقنية NAND ثلاثية الأبعاد تحديًا كبيرًا نظرًا لأن ثقوب الذاكرة عميقة جدًا وضيقة. الخنادق ذات النسبة العالية بين الطول والعرضيمكن للجسيمات أن تختبئ بسهولة، مما يمنع أدوات الفحص القياسية من الأعلى إلى الأسفل من اكتشافها.
مع استمرار زيادة طبقات ذاكرة NAND، يزداد خطر التلوث. يمكن أن تتسبب الجسيمات الصغيرة العالقة في الطبقات المدفونة في عيوب في الجهاز، ودوائر قصر، وفقدان في الإنتاجية. لهذا السبب، تُعد القياسات المتقدمة، والتحكم في التلوث، ومعايير المعايرة الدقيقة ضرورية لـ تصنيع ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد.
يتمثل التحدي الهيكلي الرئيسي في تصنيع ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد الحديثة في عمق فتحات الذاكرة. يجب أن تخترق فتحة الذاكرة النموذجية عدة نقاط. عدة ميكرومترات من طبقات الأغشية المتناوبة ذات التناسق الرأسي المطلق.
يؤدي هذا الشكل الهندسي المتطرف إلى تفاقم آليات التقاط العيوب والكشف عنها بطريقتين أساسيتين.
يمكن أن تستقر الجسيمات المجهرية على الجدران الجانبية لثقوب الذاكرة العميقة أثناء الترسيب أو الحفر. ولأن الفحص البصري القياسي يستخدم الرؤية من الأعلى إلى الأسفل، فإن هذه الجسيمات قد تترسب. الجسيمات قد تبقى مخفية داخل القنوات الضيقة.
في ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد، تترسب الجسيمات خلال المراحل المبكرة خطوات CVD قد تُدفن هذه الطبقات مع إضافة المزيد منها.
بمجرد دفنها، يصعب اكتشافها ويمكن أن تسبب لاحقًا عيوبًا أو تشوهات في الخطوط أو ماسًا كهربائيًا أثناء عملية الحفر.
بناء تقليديا أدوات التفتيش يواجهون صعوبة في استخدام ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد بسبب العمق الشديد والعرض الضيق لثقوب الذاكرة.
غالباً ما تفشل الأنظمة البصرية في رصد الجسيمات الصغيرة جداً نظراً لضعف إشاراتها وضياعها وسط الضوضاء الخلفية الناتجة عن طبقات الأغشية المعقدة والجدران الجانبية. يوفر فحص شعاع الإلكترون دقة أفضل، ولكنه بطيء جداً بالنسبة للإنتاج المتواصل على كامل الرقاقة.
| تقنية القياس | حدود قدرة الكشف | خصائص الإنتاجية | القيود الرئيسية في ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد |
|---|---|---|---|
| تشتت الليزر البصري | من 15 نانومتر إلى 20 نانومتر (على الأسطح المستوية) | عالي (رقاقة كاملة في دقائق) | تظليل هندسي شديد؛ لا يمكن تمييز الجسيمات داخل الخنادق ذات النسبة العالية بين الطول والعرض. |
| شعاع الإلكترون (EBI) | من 1 نانومتر إلى 3 نانومتر | منخفض جدًا (ساعات لكل شريحة/رقاقة) | تأثيرات الشحن وضعف قابلية التوسع للإنتاج الضخم المضمن. |
| الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) البصرية | من 10 نانومتر إلى 15 نانومتر | متوسط | تداخل بصري معقد ناتج عن طبقات أغشية متناوبة. |
للتغلب على الضوضاء البصرية والقيود الهندسية لـ توسيع نطاق ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاديجب معايرة أدوات فحص الرقاقات وفقًا للحدود الفيزيائية المطلقة للأداء.
يتطلب ذلك استخدام معايير رقائق معايرة موحدة للغاية. من خلال ترسيب جزيئات كروية ذات أحجام دقيقة على رقائق مراقبة متخصصة، يستطيع مهندسو مكافحة التلوث تحديد عتبات الكشف الدقيقة لأنظمة الفحص الخاصة بهم.
لقد أدى الانتقال إلى بنى NAND ثلاثية الأبعاد فائقة التوسع إلى تغيير قواعد إدارة تلوث أشباه الموصلات بشكل دائم.
تُدخل القنوات ذات النسبة العالية بين الطول والعرض ديناميكيات فيزيائية وهيكلية وبصرية تجعل نماذج الفحص المستوية الكلاسيكية غير كافية.
مع تقلص حجم المكونات إلى ما دون عتبة 20 نانومتر، يصبح الجمع بين الضبط البصري المتقدم، والفحص السريع باستخدام حزمة الإلكترونات، و أداة لا تشوبها شائبة يمثل المعايرة عبر معايير حجم السيليكا وPSL المستقرة المسار الوحيد القابل للتطبيق للحفاظ على إنتاجية عالية الحجم في تصنيع الذاكرة من الجيل التالي.
تعتمد أدوات تشتيت الليزر البصري على مسارات ضوئية من الأعلى إلى الأسفل، والتي تعاني من تظليل هندسي شديد في طبقات فائقة السماكة. ونظرًا لأن نسبة العرض إلى الارتفاع تتجاوز 70:1، لا يستطيع الضوء اختراق قاع الثقوب العميقة والضيقة في الذاكرة بكفاءة، مما يجعل التلوث دون الميكروني مخفيًا تمامًا عن أجهزة فحص الأسطح.
تنص مبادئ تشتت رايلي على أن شدة الضوء المتشتت تتناقص أُسّيًا مع القوة السادسة لقطر الجسيمعندما يتقلص التلوث المجهري إلى ما دون عتبة 20 نانومتر، تصبح إشارة الضوء ضعيفة للغاية بحيث لا يمكن تمييزها عن الضوضاء الخلفية والضباب البصري الناتج عن طبقات الأكسيد والنيتريد المتناوبة..
توفر كرات السيليكا (SiO₂) استقرارًا حراريًا وهيكليًا عاليًا تحت أشعة الليزر فوق البنفسجية العميقة المكثفة، مما يمنع تشوه الشكل أثناء المسح الآلي.علاوة على ذلك، فإن معامل انكسارها يحاكي بشكل وثيق الخصائص البصرية للعيوب الفعلية الناتجة داخل حجرات الحفر والترسيب بالبلازما..
داخل القنوات الرأسية الضيقة، يدخل نقل الغاز في نظام انتشار كنودسن، حيث تصطدم الجسيمات دون الميكرونية بالجدران الجانبية الهيكلية بشكل متكرر أكثر من اصطدامها بجزيئات الغاز الأخرى.تزيد هذه الظاهرة، بالإضافة إلى القوى الكهروستاتيكية الموضعية أثناء مراحل البلازما، من احتمالية الالتصاق الدائم للجسيمات عبر قوى فان دير فالس..
منذ 1992، Applied Physics تُعدّ شركتنا من الشركات الرائدة عالميًا في مجال توفير معايير دقيقة للتحكم في التلوث وعلم القياس. نتخصص في تصوير تدفق الهواء، ومعايير حجم الجسيمات، وحلول تطهير غرف الأبحاث في البيئات الحساسة.
