Οι διεργασίες Etch ωθούν προς υψηλότερη επιλεκτικότητα, έλεγχο κόστους

Η χάραξη πλάσματος είναι ίσως η πιο ουσιαστική διαδικασία στην κατασκευή ημιαγωγών, και πιθανώς η πιο περίπλοκη από όλες τις εργασίες fab δίπλα στη φωτολιθογραφία. Σχεδόν τα μισά από όλα τα fab βήματα βασίζονται σε ένα πλάσμα, ένα ενεργειακό ιονισμένο αέριο, για να κάνουν τη δουλειά τους.

Παρά τις διαρκώς συρρικνούμενες κυψέλες τρανζίστορ και μνήμης, οι μηχανικοί συνεχίζουν να παρέχουν αξιόπιστες διαδικασίες χάραξης.

«Για τη βιώσιμη δημιουργία τσιπ με ακρίβεια σε επίπεδο νανοκλίμακας και τη σωστή δομή κόστους, οι κατασκευαστές εξοπλισμού γκοφρετών πρέπει να ξεπεράσουν τα όρια της φυσικής πλάσματος, της μηχανικής υλικών και της επιστήμης δεδομένων για να προσφέρουν τις απαραίτητες λύσεις εξοπλισμού», δήλωσε ο Thomas Bondur, εταιρικός αντιπρόεδρος για Etch Product Group marketing στο Lam Research. Πουθενά αυτό δεν είναι πιο εμφανές όσο στην χάραξη πλάσματος, η οποία λειτουργεί χέρι-χέρι με τη λιθογραφία για να δημιουργήσει απαιτητικά, επαναλαμβανόμενα χαρακτηριστικά σε γκοφρέτες.

Αυτή η αναφορά εξετάζει βασικά βήματα χάραξης σε τρισδιάστατα NAND, DRAM, FET νανοφύλλων και διασυνδέσεις, με μια μπροστινή ματιά στις συσκευές 3D και στην επεξεργασία back-end χαμηλού προϋπολογισμού. Η βιομηχανία επιδιώκει επίσης πιο βιώσιμες χημείες χάραξης για τη μείωση του ισοδύναμου CO₂ εκπομπές από τα εργοστάσιά του.

Για πολλούς κατασκευαστές εργαλείων, η μοντελοποίηση διεργασιών παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη της διαδικασίας etch. Ο στόχος είναι να μειωθεί ο χρόνος κυκλοφορίας στην αγορά με ταυτόχρονη μείωση του κόστους γκοφρέτας και μάσκας.

«Η βελτιστοποίηση της διαδικασίας Etch σε μερικά από τα πιο δύσκολα βήματα μπορεί να διαρκέσει ένα χρόνο ή περισσότερο για να ολοκληρωθεί», δήλωσε ο Barrett Finch, ανώτερος διευθυντής μάρκετινγκ στη Lam Research. «Πρόσφατα ολοκληρώσαμε κάποιες εργασίες προσομοίωσης διεργασιών σε τρεις εβδομάδες που αναμενόταν να διαρκέσουν τρεις μήνες χρησιμοποιώντας τυπικές δοκιμές και ανάπτυξη με βάση το πυρίτιο».

Αυτό μπορεί να ανέλθει σε εκατοντάδες χιλιάδες, ακόμη και εκατομμύρια δολάρια, μόνο για το κόστος της μάσκας και της γκοφρέτας για έναν κατασκευαστή συσκευής.

Βασικά στοιχεία χάραξης
Η διαδικασία χάραξης λειτουργεί χέρι-χέρι με τη λιθογραφία. Τυπικά, η χάραξη προηγείται από εναπόθεση φιλμ (με επιταξία, χημική ή φυσική εναπόθεση ατμού, κ.λπ.). Τυπικά, α CVD η μεμβράνη είναι επικαλυμμένη με φωτοανθεκτικό και στη συνέχεια εκτίθενται μέσω ενός μοτίβου δικτυωτό (μάσκα) χρησιμοποιώντας οπτική λιθογραφία (248nm ή 193nm UV, 13.5nm EUV). Αντισταθείτε στην ανάπτυξη στη συνέχεια αποκαλύπτει το μοτίβο. Σε έναν ενιαίο θάλαμο χάραξης πλάσματος πλάσματος, τυπικά τα χημικά και τα ιόντα χάραξης βομβαρδίζουν και αφαιρούν το φιλμ CVD όπου λείπει το φωτοανθεκτικό (σε αντίσταση θετικού τόνου). Μετά την χάραξη, αντισταθείτε στην τέφρα, τον υγρό χημικό καθαρισμό ή/και την υγρή χάραξη αφαιρέστε τα υπολείμματα.

Οι διεργασίες χάραξης πλάσματος μπορούν να ομαδοποιηθούν χονδρικά ως χάραξη διηλεκτρικού, πυριτίου ή αγωγού. Διηλεκτρικά όπως το διοξείδιο του πυριτίου και το νιτρίδιο του πυριτίου είναι καλύτερα να χαραχθούν χρησιμοποιώντας φθοριούχα αέρια, ενώ τα στρώματα πυριτίου και μετάλλων αντιδρούν καλύτερα με χημικές ουσίες χλωρίου. Υπάρχουν ουσιαστικά τρεις τρόποι ξηρής χάραξης — χάραξη αντιδραστικών ιόντων, χάραξη πλάσματος και χάραξη διασκορπισμού (δέσμη ιόντων). Οι διαδικασίες χάραξης αφορούν τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των χημικών αντιδραστηρίων, του πλάσματος και των υλικών πλακιδίων. Όταν εφαρμόζεται μεροληψία ραδιοσυχνοτήτων σε ένα αντιδραστικό αέριο, τα ηλεκτρόνια και τα θετικά φορτισμένα ιόντα βομβαρδίζουν τη γκοφρέτα για να αφαιρέσουν φυσικά (χαράξει) υλικό ενώ τα χημικά είδη και οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με το εκτεθειμένο υλικό για να σχηματίσουν πτητικά υποπροϊόντα. Η χάραξη μπορεί να είναι είτε ισότροπη (αντιδρά εξίσου κάθετα και οριζόντια), ανισότροπη (μόνο κατακόρυφα) ή κάπου ενδιάμεσα.

Εικ. 1: Η μετάβαση από το finFET στο GAA οδηγεί σε κρίσιμες ισότροπες εκλεκτικές απαιτήσεις χάραξης. Πηγή: Lam Research

Οι μετρήσεις για τις οποίες ενδιαφέρονται περισσότερο οι μηχανικοί χαρακτικής είναι ο ρυθμός χάραξης, ο έλεγχος προφίλ, η ομοιομορφία (σε όλη τη γκοφρέτα) και η επιλεκτικότητα χάραξης, επειδή αυτά επηρεάζουν την απόδοση και την παραγωγικότητα. Η επιλεκτικότητα χάραξης είναι απλώς η αναλογία αφαίρεσης του υλικού που θέλετε να χαράξετε σε σχέση με το υπόστρωμά του - για παράδειγμα, SiO₂ σε πυρίτιο. Κατά τη χάραξη, είναι επίσης πλεονεκτικό να μην αφαιρείτε πολύ φωτοανθεκτικό. Αλλά όταν συμβαίνει αυτό, συχνά το σχέδιο μεταφέρεται σε μια σκληρή μάσκα (διοξείδιο του πυριτίου, νιτρίδιο του πυριτίου, SiOC, TiN) πριν μεταφερθεί στο υποκείμενο φιλμ.

Οι προδιαγραφές επιλεκτικότητας ποικίλλουν από 2:1 έως και 1,000:1 (υψηλά επιλεκτική χάραξη). Με κάθε νέο κόμβο, αυτές οι προδιαγραφές γίνονται πιο αυστηρές. «Με το EUV υψηλού NA που αρχίζει να αντικαθιστά το κανονικό EUV μέσα στα επόμενα τέσσερα χρόνια, η εστίαση είναι πολύ χαμηλότερη, έτσι δεν μπορείτε πλέον να εκθέσετε παχύ φωτοανθεκτικό – και λέγοντας παχύ εννοώ 30 νανόμετρα», δήλωσε ο Philippe Bézard, μηχανικός R&D dry etch στο imec. «Αλλά πρέπει ακόμα να σχεδιάσετε το ίδιο πάχος φιλμ παρακάτω. Τώρα λοιπόν ζητάτε πολύ υψηλότερη επιλεκτικότητα με την έννοια ότι αντί για 2:1 πρέπει να φτάσουμε περισσότερο στο 10:1, που είναι μια ξαφνική βελτίωση επιλεκτικότητας 4Χ έως 5Χ.»

Από την απόδειξη της ιδέας (POC) στην κατασκευή μεγάλου όγκου (HVM)
Ο Bézard περιγράφει τρεις φάσεις ανάπτυξης της διαδικασίας etch:

• Προσδιορισμός του τι χάραξη, αέρια, βοηθητικές στρώσεις, κ.λπ., χρειάζονται για την εκτέλεση της χάραξης.
• Επίδειξη απόδοσης στην πλήρη αφαίρεση μεμβράνης σύμφωνα με τις προδιαγραφές με ομοιομορφία διαδικασίας σε μία γκοφρέτα και
• Καθορισμός του τρόπου με τον οποίο η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί σε χιλιάδες wafers στο HVM με υψηλή απόδοση και μικρή μετατόπιση.

Συνήθως, οι ειδικευμένοι μηχανικοί χάραξης και ολοκλήρωσης χειρίζονται τις δύο πρώτες φάσεις ανάπτυξης. Η τρίτη φάση μπορεί να χρησιμοποιήσει και πάλι την τεχνογνωσία της μηχανικής, αλλά η μηχανική μάθηση θα μπορούσε να βοηθήσει.

«Η μηχανική μάθηση και η ανάλυση δεδομένων γενικά είναι χρήσιμες μόνο στην τρίτη φάση», είπε. «Είναι πολύ ισχυρό γιατί έχει πρόσβαση σε έναν τόνο δεδομένων και μπορεί να δώσει νόημα σε ένα εκατομμύριο μικροσκοπικά, απλά πράγματα που όλα αλληλεπιδρούν. Έτσι, για έναν ανθρώπινο εγκέφαλο να προσπαθήσει να το καταλάβει αυτό είναι πολύ δύσκολο, αλλά είναι πιο διαχειρίσιμο για ένα πρόγραμμα υπολογιστή. Αλλά σε περιπτώσεις όπου έχετε μια νέα εφαρμογή, νέο υλικό που χαράσσεται ή μια νέα ενσωμάτωση, δεν δείχνει καμία βελτίωση σε σχέση με τους ανθρώπους».

Η χρήση ML σχετίζεται επίσης με το κόστος κατασκευής επειδή χιλιάδες γκοφρέτες χρησιμοποιούνται στη φάση τρία — τουλάχιστον μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή που χρησιμοποιούνται στις φάσεις ένα και δύο.

Ο Barrett Finch, ανώτερος διευθυντής της Ομάδας Προϊόντων Etch στη Lam Research, περιγράφει τη νέα διεργασία εύρεσης μονοπατιού ως τη λήψη μιας απόδειξης της ιδέας από μια ονομαστική ροή και διάταξη διαδικασίας και την ανάπτυξη μιας ή περισσότερων συσκευών εργασίας σε μια γκοφρέτα. Αυτό το POC μεταφέρεται στη συνέχεια σε μια ομάδα ανάπτυξης προϊόντος στο fab για να κλιμακώσει τη διαδικασία και να βελτιώσει την απόδοση.

«Ο όγκος της εργασίας που απαιτείται για τη μετατροπή μιας ονομαστικής απόδειξης ιδέας σε προϊόν βιώσιμης απόδοσης συχνά υποτιμάται και αυτό δημιουργεί ένα μεγάλο χάσμα στην κερδοφορία», είπε ο Finch. «Η μοντελοποίηση παραθύρων διαδικασιών επιδιώκει να κλείσει αυτό το κενό εισάγοντας την εξαιρετική παραλλαγή στα αρχικά στάδια της εύρεσης μονοπατιών Ε&Α». Προτείνει ότι τα εικονικά DOE και η ανάλυση που βασίζεται στο Monte Carlo σε έναν αριθμό παραμέτρων διεργασίας δοκιμάζει ένα POC προσομοιώνοντας την αναμενόμενη μεταβλητότητα.

"Η μοντελοποίηση παραθύρου διεργασίας μπορεί να απαντήσει στην ερώτηση, "Ποιο CD ή ποιο επίπεδο μεταβλητότητας πρέπει να διατηρήσω για να φτάσω στην ελάχιστη απόδοση και απόδοση της συσκευής;" Ολοκληρώσαμε δοκιμές παραθύρων εικονικής διεργασίας με πάνω από 1 εκατομμύριο εικονικές γκοφρέτες σε λίγες μέρες, κάτι που θα ήταν αδύνατο να πραγματοποιηθεί στην πραγματική ζωή», είπε.

Πολλαπλές παράμετροι επηρεάζουν τον ρυθμό χάραξης, το προφίλ και την επιλεκτικότητα. Ένα βασικό είναι η θερμοκρασία. «Οι επιπτώσεις των θερμικών επιδράσεων στην επεξεργασία χάραξης φαίνονται από τους πελάτες μας καθώς ελέγχουν τους ρυθμούς χάραξης, τις επιλεκτικότητες και τα χαραγμένα προφίλ. Όλες αυτές οι παράμετροι μπορούν να επηρεάσουν τόσο την απόδοση της συσκευής όσο και την εξαιρετική παραγωγικότητα», δήλωσε ο Benjamin Vincent, ανώτερος διευθυντής για τη μηχανική διαδικασίας ημιαγωγών και ολοκλήρωσης στη Lam Research. Υποστηρίζει ότι η προσομοίωση μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν ένα βήμα διεργασίας έχει πολλαπλές πιθανές διαμορφώσεις (ο χώρος διεργασίας είναι μεγάλος) ή όπου τα κατάντη αποτελέσματα από το βήμα είναι εξαιρετικά απρόβλεπτα.

«Η διαδικασία χάραξης βασίζεται στη θερμοκρασία της επιφάνειας της γκοφρέτας, η οποία εξαρτάται από πολλές ροές θερμότητας - συμπεριλαμβανομένης της θερμικής αγωγιμότητας, των ενεργειών πρόσκρουσης ιόντων, των επιφανειακών αντιδράσεων και των ροών θερμότητας ακτινοβολίας πλάσματος», δήλωσε ο Alex Guermouche, διευθυντής μάρκετινγκ προϊόντων στην Esgee Technologies. Lam Research Company. «Ως αποτέλεσμα, τα μοντέλα πλάσματος πρέπει να ενσωματώνουν όλα αυτά τα φυσικά χαρακτηριστικά για να απεικονίζουν με ακρίβεια τις αλλαγές θερμοκρασίας στην επιφάνεια της γκοφρέτας. Το λογισμικό προσομοίωσης διεργασιών μπορεί να μοντελοποιήσει μια σειρά από χαρακτηριστικά etch, επιτρέποντάς μας να έχουμε ένα καλύτερο αποτέλεσμα χαρακτικής γρηγορότερα και να επιταχύνουμε την ικανότητα του πελάτη να αυξήσει την παραγωγή ή να βελτιστοποιήσει την απόδοση."

Ακριβής χρονισμός της διαδικασίας χάραξης
Με πιο σφιχτές γεωμετρίες και λεπτότερα φιλμ, υπάρχει ανάγκη εξισορρόπησης του ρυθμού χάραξης με εξαιρετικό έλεγχο σε άλλες παραμέτρους λειτουργίας.

«Με συρρικνούμενους κανόνες σχεδιασμού, πολλές διεργασίες χάραξης κινούνται σε πολύ γρήγορα στάδια διαδικασίας χάραξης πλάσματος που απαιτούν εξαιρετικά ακριβή έλεγχο όλων των εισροών αντίδρασης: ισχύς, πίεση, χημεία και θερμοκρασία», είπε ο Finch, σημειώνοντας επίσης ότι υπάρχει μια τάση προς βελτιστοποιημένο πλάσμα. παλμική συμπεριφορά για τη δημιουργία μιας συγκεκριμένης αναλογίας ιόντων προς ουδέτερο και, στη συνέχεια, σκουπίστε τα παραπροϊόντα. "Η προηγμένη μοντελοποίηση τέτοιων συνθηκών θα είναι κρίσιμης σημασίας για την περαιτέρω κλιμάκωση της συσκευής."

Οι κατασκευαστές συστημάτων χάραξης χρησιμοποιούν λογισμικό μοντελοποίησης εδώ και αρκετό καιρό για να επιταχύνουν την ανάπτυξη του επόμενου κόμβου ή τις αποδόσεις ράμπας. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, δεδομένης της απόλυτης πολυπλοκότητας της διαδικασίας και όλων των μεταβλητών της.

«Απλώς δεν υπάρχει αρκετός χρόνος ή αρκετές γκοφρέτες για να εκτελεστούν όλα τα πιθανά πειράματα διαδικασίας κατά την ανάπτυξη τεχνολογιών επόμενου κόμβου», είπε ο Finch. «Ο αριθμός των συνδυασμών ρύθμισης εξοπλισμού etch μπορεί να φτάσει τα εκατομμύρια, ή ακόμα και τα δισεκατομμύρια, και η ανάπτυξη γκοφρέτας ωμής βίας χρησιμοποιώντας όλες τις δυνατότητες διαδικασίας είναι απλά αδύνατη».

Φυσικά, όλα τα καλά μοντέλα επαληθεύονται σε πραγματικές μάρκες. «Ένα ακριβές μοντέλο θα πρέπει να είναι προγνωστικό και θα πρέπει να λύνει το στοχευμένο πρόβλημα που θέλει να λύσει ένας χρήστης», είπε ο Finch. «Κάθε φορά που προτείνεται μια αλλαγή διαδικασίας ή σχεδιασμού βάσει εργασιών προσομοίωσης, τα πραγματικά δεδομένα fab θα πρέπει να αντικατοπτρίζουν τα αποτελέσματα της σύστασης. Στην περίπτωσή μας, μπορέσαμε να προβλέψουμε με ακρίβεια την επίδραση των αλλαγών της διαδικασίας χρησιμοποιώντας αποτελέσματα που βασίζονται σε μοντέλα και να λύσουμε γρήγορα δύσκολα προβλήματα ανάπτυξης διεργασιών και τεχνολογίας».

Οι προμηθευτές εργαλείων εργάζονται επίσης σε προηγμένες διεργασίες χάραξης για να ενσωματώσουν πιο στενά τις γραμμές και να μετατρέψουν αυτό που κάποτε ήταν μια διαδικασία επιπέδου δύο μάσκας (δύο βήματα λιθογραφίας) σε μία για απλοποίηση της διαδικασίας και μείωση του κόστους.

«Αντί να προσαρμόσουν το υπάρχον υλικό για να κάνουν το ελβετικό μαχαίρι ακόμη πιο εξοπλισμένο, οι εταιρείες εισάγουν τεχνολογίες που αφορούν συγκεκριμένες εφαρμογές, όπως νέα συστήματα για την αντιμετώπιση προβλημάτων από άκρη σε άκρη», είπε ο Bézard. Ο στόχος είναι να γίνουν δύο γραμμές που αντικρίζουν η μία την άλλη πιο κοντά, κάτι που επί του παρόντος περιλαμβάνει ένα βήμα σχεδίασης γραμμής που ακολουθείται από μια μάσκα κοπής. «Αυτό που εισάγουν τα Applied Materials και άλλοι είναι ένας τρόπος άμεσης χάραξης στην οριζόντια κατεύθυνση». Τέτοιες διεργασίες μπορούν επίσης να διευρυνθούν μέσω οπών.

Βήματα χάραξης για FET νανοφύλλων
Τα πιο κρίσιμα βήματα χάραξης νανοφύλλο Οι ροές διεργασίας περιλαμβάνουν την χάραξη εικονικής πύλης, την ανισότροπη χάραξη πυλώνα, την ισότροπη χάραξη διαχωριστή και το βήμα απελευθέρωσης καναλιού. [1] Η χάραξη προφίλ μέσω εναλλασσόμενων στρωμάτων πυριτίου και SiGe είναι ανισότροπη και χρησιμοποιεί φθοριωμένη χημεία. Η εσωτερική χάραξη διαχωριστή (εσοχή) και το βήμα απελευθέρωσης καναλιού έχουν βελτιστοποιηθεί για την αφαίρεση του SiGe με εξαιρετικά χαμηλή απώλεια πυριτίου.

Το βήμα απελευθέρωσης καναλιού είναι κρίσιμο. «Η απελευθέρωση του νανοφύλλου απαιτεί εξαιρετικά υψηλή επιλεκτικότητα», είπε ο Bézard. «Τα περισσότερα νανοφύλλα είναι πυρίτιο, μετά πυρίτιο-γερμάνιο και πυρίτιο. Έχετε εναλλασσόμενα στρώματα και πρέπει να αφαιρέσετε το ένα χωρίς να τροποποιήσετε καθόλου το άλλο." Ορισμένες δημοσιεύσεις έχουν συζητήσει την εκτέλεση μιας χάραξης SiGe πολλαπλών βημάτων για τη μείωση της πίεσης στη δομή που προκαλείται από ένα μόνο βήμα χάραξης.

Επόμενο στη διαδικασία είναι ο σχηματισμός αυτοευθυγραμμισμένων επαφών. «Εδώ αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε είναι βασικά να χαράξουμε το διοξείδιο του πυριτίου και να μην αγγίξουμε ή να υποχωρήσουμε το νιτρίδιο του πυριτίου. Οι τρέχουσες προδιαγραφές είναι, ας πούμε, εσοχή 3 nm, αλλά οι άνθρωποι ζητούν μηδενική απώλεια», είπε ο Bézard. «Σε αυτή την περίπτωση δεν χρησιμοποιούμε καν τη λέξη επιλεκτικότητα. Μιλάμε μόνο για εσοχή – και μηδενική εσοχή.

3D NAND
Για 3D NAND flash, ο αριθμός των επιπέδων συνεχίζει να αυξάνεται και καθιστά αναγκαία την υιοθέτηση πολλαπλών στοιβαγμένων επιπέδων στο μέλλον, δημιουργώντας τελικά κάθετες σειρές στοιβαγμένων συσκευών. «Επίσης, υπάρχει μεγάλη ώθηση για να κλιμακωθεί το βήμα της γραμμής λέξης ή το κάθετο/Z-pitch των επιπέδων καθώς ο αριθμός των στρώσεων αυξάνεται προκειμένου να συνεχιστεί η αύξηση της πυκνότητας bit», δήλωσε ο Robert Clark, ανώτερο μέλος του τεχνικού προσωπικού και διευθυντής τεχνολογίας στο ΤΗΛ. «Από τη σκοπιά της διαδικασίας, οι διαδικασίες χάραξης και εναπόθεσης θα χρειάζονται συνεχή βελτίωση για να προσαρμόζονται οι ολοένα υψηλότερες αναλογίες διαστάσεων σε όλο και μικρότερες κρίσιμες διαστάσεις που απαιτεί η συνεχής κλιμάκωση».

Ο Clark περιέγραψε τις μελλοντικές αλλαγές. «Σε ό,τι αφορά τους προηγμένους κόμβους συσκευών παγίδας φορτίου με πολλαπλά επίπεδα, θα απαιτηθεί η μηχανική των στοίβων πύλης για να επιτευχθούν μικρότερα μήκη πύλης, περισσότερα επίπεδα ανά κυψέλη και βελτιωμένη απόδοση προγραμματισμού — ενδεχομένως μέσω της υιοθέτησης υλικών υψηλής ποιότητας. Πιθανότατα θα απαιτηθούν κανάλια υψηλότερης αγωγιμότητας για να αντικαταστήσουν τα κανάλια poly-Si στο μέλλον», είπε.

Ένα από τα πιο κρίσιμα χαρακτικά στο 3D NAND περιλαμβάνει βαθιά χάραξη οπών περίπου 100 nm μέσω στοίβων οξειδίου-νιτριδίου πολλαπλών στρωμάτων (200+ στρώματα), που μπορεί να έχουν βάθος έως και 10 μm. Ο Bézard της Imec είπε ότι αυτό το βήμα χάραξης είναι ιδιαίτερα ακριβό.

«Έχουμε ένα φυσικό φαινόμενο που εμφανίζεται, που ονομάζεται φαινόμενο διαφορικής φόρτισης», είπε. «Στο πλάσμα έχουμε ηλεκτρόνια, ιόντα και ουδέτερα είδη για να απλοποιήσουμε πολλά. Τα ηλεκτρόνια κινούνται προς κάθε κατεύθυνση, αλλά τα ιόντα επιταχύνονται κάθετα προς την επιφάνεια. Έτσι, έχετε θετικό φορτίο στο κάτω μέρος της τρύπας και αρνητικά φορτία στην κορυφή, και λαμβάνετε ένα ηλεκτρικό πεδίο που προσπαθεί να απωθήσει τα εισερχόμενα ιόντα».

Ως αποτέλεσμα, απαιτούνται υψηλά επίπεδα ισχύος για την πλήρη χάραξη της τάφρου. «Προσπαθούμε να διατηρήσουμε ισχύ 30 έως 50 γιγαβάτ χωρίς τόξο, και έτσι το τσοκ πρέπει να είναι εξαιρετικά γυαλισμένο και καλά κατασκευασμένο», είπε.

Οι βαθιές χαράξεις προκαλούν επίσης τάσεις που πρέπει να ελαχιστοποιηθούν, ειδικά επειδή η κατασκευή πολλαπλών επιπέδων NAND απαιτεί στη συνέχεια λέπτυνση του πλακιδίου, ακριβή ευθυγράμμιση και υβριδική συγκόλληση στην επόμενη βαθμίδα.

Άλλες διαδικασίες
Δεν παράγουν όλοι οι κατασκευαστές τσιπ τσιπ αιχμής που απαιτούν λιθογραφία EUV. Πολλές fabs επεκτείνουν τις διεργασίες litho και etch των 193 nm.

«Έχουμε ένα υλικό SOC υψηλής θερμοκρασίας που ξεκινήσαμε πρόσφατα να εισάγουμε, το οποίο επεκτείνει την ικανότητά του να σχεδιάζει και μπορεί να αντέξει υψηλότερες θερμοκρασίες, είτε χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα για ένα στρώμα CVD είτε ως μάσκα», δήλωσε ο Brian Wilbur, διευθυντής διαφοροποίησης προϊόντων ημιαγωγών στο Brewer Science.

ΜΠΟΛ για τις πιο σφιχτές μεταλλικές γραμμές αναμένεται να υποστεί μια δραματική μετάβαση από τα σχήματα διπλής δαμασκηνής ολοκλήρωσης στην αφαιρετική εναπόθεση και χάραξη διασύνδεσης εκτός από χαλκό. Εδώ, δύο μέταλλα - το ρουθήνιο και το μολυβδαίνιο - έχουν αναπτυχθεί καλύτερα. Ωστόσο, το μολυβδαίνιο είναι πιο πιθανό να οξειδωθεί κατά τη χάραξη, καθιστώντας το πιο συμβατό με σχήματα διπλού δαμασκηνού. Το ρουθήνιο είναι ένα ευγενές μέταλλο, επομένως δεν έχει τα ίδια προβλήματα διάβρωσης, αλλά είναι πιο δαπανηρό.

Οι δομές των συσκευών γίνονται επίσης δυσανεκτικές σφάλματα τοποθέτησης άκρων. Θα χρειαστούν νέα σχέδια για αυτοευθυγράμμιση από στρώμα σε στρώμα και μεταξύ vias και γραμμών, σύμφωνα με τον Clark της TEL. «Οι πρώτες υλοποιήσεις πιθανότατα θα είναι για πράγματα όπως οι θαμμένες γραμμές λέξεων σε DRAM και τα μεταλλικά στρώματα MOL μικρού βήματος για λογική όπου υπάρχουν ανάγκες για υψηλότερη θερμική σταθερότητα καθώς και χαμηλότερη ειδική αντίσταση ή μέταλλα χωρίς επένδυση».

Εξελίξεις επόμενης γενιάς
Μακροπρόθεσμα, ο κλάδος ιδανικά θα μεταβεί σε διεργασίες χαμηλού θερμικού προϋπολογισμού (πιο κοντά στους 300°C από 400°C) προκειμένου να ενσωματώσει συσκευές σε στρώματα διασύνδεσης back-end.

«Η βιομηχανία έχει πραγματική ανάγκη να αρχίσει να χτίζει συσκευές σε περισσότερα επίπεδα», είπε ο Clark της TEL. "Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε συσκευές μνήμης και λογικής που έχουν κατασκευαστεί εντός του BEOL σε θερμικούς προϋπολογισμούς BEOL."

Μέχρι στιγμής, οι συσκευές που κατασκευάζονται με χρήση ημιαγώγιμων οξειδίων φαίνονται πολλά υποσχόμενες, τόσο για την ενσωμάτωση συσκευών μνήμης σε μια λογική ροή BEOL, όσο και για τη δημιουργία συστοιχιών CMOS πάνω από τη συστοιχία μνήμης σε DRAM.

Μια άλλη ουσιαστική αλλαγή περιλαμβάνει την ενσωμάτωση υλικών 2D, τα οποία ήδη αρχίζουν να δοκιμάζουν ερευνητικοί οίκοι και κορυφαίοι κατασκευαστές τσιπ. Εξετάζονται διαδικασίες χάραξης για υλικά όπως το δισουλφίδιο του βολφραμίου ή το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου. Οι μεμβράνες αποτελούνται από μία μόνο στρώση υλικού, επομένως η ανάπτυξη fab διεργασιών για την ενσωμάτωσή τους είναι εξαιρετικά δύσκολη.

Βιωσιμότητα
Οι κατασκευαστές τσιπ και οι προμηθευτές υλικών επιδιώκουν εναλλακτικές χημικές ουσίες για τη μείωση των εκπομπών άνθρακα. Στη χάραξη, οι κύριοι ένοχοι είναι τα φθοριούχα αέρια με υψηλό δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη.

«Ένας λόγος για τον οποίο έχετε PFOS (υπερφθοροκτάνιο σουλφονικό οξύ), το οποίο είναι προβληματικό, είναι επειδή το μόριο είναι τόσο σταθερό», είπε ο Bézard της imec. «Το φως ή οι χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα δεν επαρκούν για τη διάσπασή της».

Είπε ότι ορισμένα εναλλακτικά μείγματα αερίων με υψηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο διαχωρίζονται πιο εύκολα και έχουν χαμηλότερο GWP. «Ωστόσο, οποιοσδήποτε υποψήφιος πρέπει να έχει εξίσου καλές ή και υψηλότερες επιδόσεις για να ξεκινήσει».

Αλλά η βιωσιμότητα δεν είναι ιδιαίτερα μια πρόκληση χάραξης ή εναπόθεσης. Είναι μια ολιστική πρόκληση της βιομηχανίας από τη λιθογραφία έως τη συσκευασία, όπου η επίδραση ενός νέου υλικού επηρεάζει το σύνολο της επεξεργασίας της συσκευής.

Αναφορά
1. K. Derbyshire, "Τι διαφορετικό υπάρχει στα τρανζίστορ επόμενης γενιάς", Μηχανική Ημιαγωγών, 20 Οκτωβρίου 2022.

Σχετικές Ιστορίες
Εξαιρετικά επιλεκτική χάραξη κυκλοφορεί για μάρκες επόμενης γενιάς
Η κατασκευή τρισδιάστατων δομών θα απαιτεί έλεγχο σε ατομικό επίπεδο του τι αφαιρείται και τι παραμένει σε μια γκοφρέτα.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• Minting the Future με την Adryenn Ashley. Πρόσβαση εδώ.
• Αγορά και πώληση μετοχών σε εταιρείες PRE-IPO με το PREIPO®. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://semiengineering.com/etch-processes-push-toward-higher-selectivity-cost-control/