原子级沉积可用于扩展摩尔定律及其他

摩尔定律推动半导体行业继续缩小晶体管的临界尺寸以提高器件密度。

本世纪初，传统的扩容开始遇到瓶颈。业界相继开发出应变Si/Ge、高K/金属栅、Fin-FET，使摩尔定律得以延续。

现在，场效应晶体管的临界尺寸已降至7纳米，即一个芯片上每平方厘米有近70亿个晶体管，这给鳍式结构和纳米制造方法带来了巨大的挑战。到目前为止，极紫外光刻技术已经在一些关键步骤中使用，并且面临着大批量制造的对准精度和高成本问题。同时，新材料和 3D 复杂结构的引入给自上而下的方法带来了严峻的挑战。新开发的自下而上制造是一种很好的补充方法，为纳米制造提供了技术驱动力。早在 1959 年，费曼教授推测，“底部有足够的空间”。这个演讲启发了人类操纵原子或分子作为设计结构的构建块。

原子级沉积是自下而上策略的典型代表。在第一部分中，沉积为垂直方向带来横向埃分辨率以及自上而下的蚀刻，例如双图案化。接下来，各种模板辅助选择性沉积方法，包括介电模板、抑制剂和校正步骤，已被用于 3D 复杂结构的对齐。最后，原子级分辨率可以通过固有的选择性沉积来实现。在本文中，我们讨论了低维材料和新兴应用，包括二维材料、纳米线、纳米粒子等。

原子级沉积方法的特点是薄膜的保形性和均匀性。原子级沉积可以为具有高纵横比的多种结构带来垂直方向的横向分辨率，包括侧壁、纳米线、纳米管等。自对准双图案是垂直分辨率的典型示例。原子级沉积可以提高纳米图案化的精度，获得一些特殊的结构，可以进一步减小特征尺寸，提高晶体管的密度，从而在短期内促进摩尔定律的延续。随着器件变得越来越复杂，薄膜的定向生长被认为是纳米制造过程中的一个重要方面。选择性沉积是实现对准的一种有效且有前途的方法，它可以减少光刻和蚀刻等步骤。通常，使用特殊模板实现高选择性沉积是有效的。借助模板，芯片制造商不仅可以在三个维度上直接叠加晶体管，还可以将传感、储能等多功能集成到芯片中，制造出超级芯片。

通过当前自上而下的方法制备合适的模板用于选择性沉积低维材料和复杂的 3D 结构是非常具有挑战性的，已经研究了非模板选择性沉积。后硅时代，原子级沉积可以制备多种替代纳米材料，如二维材料、碳材料、铁电材料、相变材料等，可以克服硅材料物理极限的限制，拓宽边界摩尔定律。

陈荣（音译）教授和她小组的其他研究人员已经确定了原子级沉积领域的一些关键挑战：

“原子级沉积是一种面向未来的多功能沉积技术，必将在微纳制造领域发挥越来越重要的作用。芯片制造商对这项技术表现出浓厚的兴趣。除了微电子领域，原子级沉积在光电子、储能、催化、生物医学等领域也有广泛的应用。”

“要实现高精度纳米制造，需要深入研究原子级沉积的机理。”

“虽然表征技术正在蓬勃发展，但单原子表征和操纵技术仍有很大的改进空间。”

“为了实现复杂的纳米结构制造，多种材料的多工艺耦合是必不可少的。但是如何实现流程集成呢？”

“除了以高精度制造薄膜和纳米结构外，精度和加工效率也是相互抑制的因素。如何在工业中实现可靠的大批量制造？”

研究人员建议，原子级沉积可用于扩展摩尔定律及其他。原子级沉积正成为一种越来越有前途的技术，用于精确制造复杂的纳米结构，能够创建等效的形貌，更好地控制薄膜厚度，而不会使表面粗糙。它被认为是先进半导体技术节点和其他新兴领域的使能技术。

审核编辑：彭静