Hai Hệ Thống Mới của Applied Materials Mở Khóa Thế Hệ Chip 3D Tiếp Theo

Centris Spectral SiN ALD: Lắng Đọng Màng Điện Môi Đồng Đều Trong Không Gian 3D Chật Hẹp

Silic Nitride (SiN) là một vật liệu điện môi nền tảng trong chế tạo chip, đóng vai trò như lớp thụ động hóa, đệm cách ly, và tường bảo vệ bên hông transistor. Khi kiến trúc bóng bán dẫn thu nhỏ xuống 2nm và sử dụng thiết kế GAA, các rãnh 3D trở nên sâu và hẹp đến mức công nghệ lắng đọng plasma thông thường không thể phủ màng đồng đều vào sâu bên trong . Chất lượng màng kém dẫn đến suy giảm hiệu năng điện hoặc thậm chí hỏng hóc linh kiện.

Hệ thống Centris Spectral SiN ALD giải quyết triệt để vấn đề này bằng cách khai thác công nghệ plasma vi sóng cải tiến, thay vì các nguồn plasma điện dung hay cảm ứng truyền thống . Plasma vi sóng tạo ra mật độ gốc tự do (radical) cực cao nhưng không kèm theo sự bắn phá ion năng lượng lớn – nguyên nhân chính gây hư hại cho các cấu trúc nano.

Nhờ đó, hệ thống có thể tạo ra những lớp màng SiN dày đặc, đồng nhất bên trong các kiến trúc có tỉ lệ chiều cao/chiều rộng cực lớn (high-aspect-ratio), chẳng hạn như các miếng đệm bên trong và điện môi cổng của bóng bán dẫn dạng tấm nano xếp chồng. Toàn bộ quá trình diễn ra ở nhiệt độ đủ thấp để bảo vệ các vật liệu nhạy cảm xung quanh .

Phá Bỏ Rào Cản Trong Sản Xuất Chip Logic và Bộ Nhớ

Đối với chip logic, hệ thống này là chìa khóa cho phép hình thành màng điện môi đồng đều trong các hình học siêu nhỏ của transistor GAA. Khi Samsung, TSMC, và Intel đang dốc toàn lực cho tiến trình 2nm và nhỏ hơn, khả năng đặt chính xác các lớp cách điện vào cấu trúc cổng bao quanh trở thành yếu tố sống còn. Nếu thiếu công cụ như Centris Spectral, hiện tượng rò rỉ transistor, độ tin cậy và tỉ lệ thành phẩm (yield) sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng .

Đối với bộ nhớ, hệ thống cũng hỗ trợ lắng đọng SiN bám theo bề mặt (conformal) trong các khối 3D NAND đa lớp. Khi nhà sản xuất vượt qua con số 200 lớp, các kênh dọc ngày càng sâu hơn, đòi hỏi chất lượng màng phải đồng nhất từ trên xuống dưới .

Producer Selectra Mo Etch: Khắc Chọn Lọc Molybdenum, Không Gây Tổn Thương Phụ

Hệ thống thứ hai, Producer Selectra Mo Etch, giải quyết một thách thức khó nhằn không kém: loại bỏ có chọn lọc Molybdenum (Mo) – kim loại đang được chọn làm dòng từ (wordline) trong chip 3D NAND tiên tiến – với độ chính xác cấp nguyên tử, trong khi vẫn giữ nguyên vẹn mọi vật liệu lân cận .

Hệ thống sử dụng các hợp chất hóa học gốc tự do được thiết kế đặc biệt, chỉ phản ứng với Mo mà không ảnh hưởng đến các lớp điện môi, kim loại khác, hay chất bán dẫn xung quanh. Điều này cho phép quá trình khắc không phá hủy tại các vị trí khuất và lõm vào trong, nơi mà phương pháp phún xạ vật lý hay hóa chất ướt dễ gây ra hiện tượng xói mòn chân (undercutting), ăn mòn, hoặc sập đổ cấu trúc .

Phá Bỏ Rào Cản Trong Sản Xuất Bộ Nhớ và Chip Logic

Ứng dụng chính của hệ thống này là phân tách dòng từ trong 3D NAND. Khi các nhà sản xuất bộ nhớ chồng hơn 200 lớp, các đường dẫn Molybdenum phải được cách ly sạch sẽ với nhau bên trong khối nhớ. Bất kỳ sự ăn mòn phụ nào lên lớp cách điện hay cổng nổi (floating gate) lân cận cũng sẽ phá hủy ô nhớ. Khả năng "khoét lõm" Mo một cách chính xác tại đúng vị trí trong khối xếp chồng của hệ thống Selectra chính là yếu tố giúp cho cuộc đua tăng số lớp 3D NAND có thể tiếp tục .

Trong mảng chip logic, hệ thống cung cấp khả năng loại bỏ màng kim loại ở cấp nguyên tử mà không gây hư hại trong các cấu trúc 3D phức tạp. Khi thiết kế transistor chuyển từ FinFET sang GAA, độ chính xác cần thiết để xác định các điểm tiếp xúc, cổng và kết nối trở nên khắt khe hơn bao giờ hết .

Vì Sao Những Công Cụ Này Quan Trọng Trong Cuộc Đua Chip AI?

Sự ra đời của bộ đôi hệ thống này nằm ở tâm điểm của một bước ngoặt lớn trong ngành. Cơn khát sức mạnh tính toán cho AI đang thúc đẩy các nhà thiết kế chip đồng thời áp dụng kiến trúc logic GAA và bộ nhớ 3D NAND với số lớp cao kỷ lục, tạo ra một nút thắt về thiết bị mà riêng công nghệ in thạch bản (lithography) không thể giải quyết .

Hiệu năng, hiệu suất năng lượng, và tỉ lệ sản xuất thành công giờ đây phụ thuộc không kém vào kỹ thuật vật liệu—ví dụ, nhà máy có thể lắng đọng một lớp cách điện dày 2nm tốt đến đâu, hay "bào" lùi một đường kim loại chính xác đến từng nguyên tử—so với khả năng phân giải quang học. Bản thân Applied Materials đã định hình rõ ràng đây là những công cụ hỗ trợ đắc lực cho chip AI, khi lưu ý rằng lộ trình của khách hàng đã phụ thuộc vào chúng cho sản xuất hàng loạt .

Bằng cách giải quyết những thách thức về độ chính xác có giá trị cao nhất trong cả logic và bộ nhớ, hai hệ thống này định vị Applied Materials ở vị trí lý tưởng để nắm bắt làn sóng chi tiêu thiết bị khổng lồ gắn liền với quá trình chuyển đổi đồng thời của ngành tại nút logic 2nm và bộ nhớ 3D NAND hàng trăm lớp .