摘要：使用正确的食谱，将一种类型的闪存所需的狭窄，深孔的孔变成两倍，其中包括由氟化氢制成的等离子体。...
要将更多数据存储在相同尺寸的电子设备中，需要更详细地研究这些设备的制造过程。通过调查在原子量表中制作数字记忆的新方法，从事公私合作伙伴关系的研究人员旨在满足对密度数据存储的无限需求。
这样的努力集中在为一种称为3D NAND闪存的数字内存的理想制造过程开发理想的制造过程，该数字内存垂直堆叠数据以增加存储密度。根据发表在此中的一项新研究真空科学技术杂志。该研究涉及LAM研究，科罗拉多大学博尔德大学和美国能源部普林斯顿血浆物理实验室（PPPL）的科学家进行的模拟和实验。
NAND闪存是一种非易失性数据存储，这意味着即使关闭了设备的电源，它也会保留数据。 "Most people are familiar with NAND flash memory because it's the kind that is in the memory cards for digital cameras and thumb drives. It is also used in computers and mobile phones. Making this type of memory denser still -- so that more data can be packed into the same footprint -- will be increasingly important as our data storage needs grow due to the use of artificial intelligence," said Igor Kaganovich, a principal research physicist at PPPL.
堆叠存储单元以节省空间
数字记忆将信息保存在称为单元的单位中。数据被保存为单元格的状态，每个单元格在其中打开或关闭。使用传统的NAND闪存，单元格排列为单层。在3D NAND闪存中，许多内存单元彼此堆叠在一起，以在较小的足迹中拟合更多数据。这类似于用10层公寓代替平房来容纳更多的人。
创建这些堆栈的关键步骤涉及将孔雕刻成氧化硅和氮化硅的交替层。可以通过以血浆形式将分层材料暴露于化学物质（部分离子化气体）来蚀刻孔。等离子体中的原子与分层材料中的原子相互作用，划出孔。
研究人员希望完善它们如何制造这些孔，以使每个孔都深，狭窄和垂直，侧面光滑。恰到好处的食谱很难，因此科学家继续测试新的成分和温度。
使用等离子体创建深，狭窄的通道
前PPPL研究人员Yuri Barsukov说：“这些过程使用等离子体作为高能离子的来源。”他说，使用血浆中发现的带电颗粒是创建微电子所需的非常小但深的圆形孔的最简单方法。但是，该过程被称为反应离子蚀刻，尚未完全理解，并且可以改善。最近的一个发展涉及将晶片（将要处理的半导体材料纸）保持在低温下。这种新兴方法称为冷冻蚀刻。
传统上，冷冻蚀刻使用单独的氢气和氟气体制成孔。研究人员将该过程的结果与更先进的冷冻蚀刻过程进行了比较，该过程使用氟化物气体创建血浆。
Lam Research的Thorsten Lill说：“与先前使用单独的氟和氢源相比，氟化氢血浆的冷冻蚀刻显示出蚀刻速率的显着增加。” Lam Research Spection在总部位于加利福尼亚州的弗里蒙特，向芯片制造商提供了晶圆制造设备和服务。
加倍蚀刻速率
当分别测试氮化硅和氧化硅时，使用氟化氢等离子体而不是单独的氢气和氟气体，盐和氧化物层的蚀刻速率增加。虽然硝化硅的作用比氧化硅的作用更为明显，但同时蚀刻这两种材料的蚀刻效果最为显着。实际上，交替的氧化硅和氮化硅层的蚀刻速率增加了一倍以上，从每分钟310纳米增加到每分钟的640纳米。 （人头发的宽度约为90,000纳米。）
莉尔说：“蚀刻的质量似乎也有所提高，这很重要。”
研究人员还研究了三氟磷的影响，这是在任何重要程度上蚀刻二氧化硅时必不可少的成分。虽然以前使用过，但研究人员希望更好地理解和量化其影响。他们发现，添加三氟磷的磷二氧化硅的蚀刻速率却略有增加，但它仅略微增加了氮化硅蚀刻速率。
研究人员研究的另一种化合物是氟化铵，在氮化硅与氟化氢反应时，在蚀刻过程中形成。研究表明，氟硅酸铵可以减慢蚀刻速度，但水可以抵消这种作用。根据Barsukov的模拟，水削弱了氟化铵键。 Barsukov说：“在存在水时，盐会在较低的温度下分解，这可以加速蚀刻。”
为未来研究奠定基础
卡加诺维奇说，这项研究也很重要，因为它显示了工业，学术界和国家实验室中的科学家如何共同回答微电子领域的重要问题。它还汇集了从实验者和理论家那里收集的信息。他说：“我们正在为更大的社区架起桥梁。” “这是对每个人都能更好地了解半导体制造过程的重要一步。”
莉尔说，他感谢与PPPL合作进行半导体制造研究，因为PPPL研究为微电子学的血浆模拟提供了一系列功能。
PPPL的实验室指导研发计划提供了这项研究的资金。
