گزینش‌پذیری و کنترل هزینه در فرآیندهای اچینگ

حکاکی پلاسما ممکن است حیاتی ترین فرآیند در تولید نیمه هادی ها باشد، و همچنین می تواند یکی از پیچیده ترین عملیات در تمام فرآیندهای ساخت ویفر باشد، پس از لیتوگرافی. تقریباً نیمی از مراحل تولید ویفر برای انجام وظایف خود به پلاسما، یک گاز یونیزه شده با انرژی بالا متکی هستند.

با وجود کوچک شدن مداوم ترانزیستورها و واحدهای ذخیره سازی، مهندسان همچنان در حال کار بر روی ارائه فرآیندهای اچینگ قابل اعتماد هستند.

توماس بوندور، معاون رئیس بازاریابی گروه محصولات اچینگ لام ریسرچ، اظهار داشت: «برای تولید پایدار تراشهها با دقت در سطح نانومتر و ساختارهای صحیح، تولیدکنندگان تجهیزات برای کارخانههای نیمههادی باید از مرزهای فیزیک پلاسما، مهندسی مواد و علوم داده عبور کنند تا راهحلهای تجهیزات مورد نیاز را ارائه دهند.» این امر به ویژه در اچینگ پلاسما مشهود است که با لیتوگرافی برای ایجاد ویژگیهای دقیق و تکرارپذیر روی ویفرها همکاری میکند.

این گزارش مراحل کلیدی اچینگ را در NAND سه بعدی، DRAM، FET نانوصفحه، و اتصالات بررسی میکند و همچنین به دستگاههای دو بعدی و پردازش باطنی نگاه میکند. این صنعت همچنین شیمی حکاکی پایدارتری را دنبال میکند تا میزان انتشار دی اکسید کربن معادل تولید ویفر خود را کاهش دهد.

برای بسیاری از سازندگان ابزار، مدل سازی فرآیند نقش مهمی در توسعه فرآیند اچ دارد. هدف کوتاه کردن زمان عرضه به بازار و در عین حال کاهش هزینه های ویفر و ماسک است.

بارت فینچ، مدیر ارشد بازاریابی در Lam Research، میگوید: «بهینهسازی فرآیند اچ برای برخی از چالشبرانگیزترین مراحل ممکن است یک سال یا بیشتر طول بکشد. ما اخیراً برخی از شبیهسازیهای فرآیند را در عرض سه هفته تکمیل کردیم، که انتظار میرفت با استفاده از آزمایش و توسعه مبتنی بر سیلیکون، سه ماه طول بکشد.

از نظر هزینه ماسک و ویفر به تنهایی، این می تواند صدها هزار یا حتی میلیون ها دلار برای تولید کنندگان تجهیزات باشد.

اصول اچینگ

فرآیندهای اچینگ و تکنیک های لیتوگرافی با هم در تولید نیمه هادی کار می کنند. اچ کردن معمولاً قبل از رسوب لایه های نازک (از طریق اپیتاکسی، رسوب شیمیایی یا فیزیکی بخار و غیره) انجام می شود. به طور کلی، یک فیلم CVD با مقاومت نوری پوشانده می شود و سپس از لیتوگرافی نوری (248 نانومتر یا 193 نانومتر UV، 13.5 نانومتر EUV) برای نشان دادن الگو از طریق یک ماسک نوری استفاده می شود. سپس مقاومت ایجاد می شود تا الگو را آشکار کند. در یک محفظه اچ پلاسما تک ویفر، مواد شیمیایی اچینگ و بمباران یونی معمولاً برای برداشتن فیلم CVD با ماسک فوتوریست به عنوان راهنما (در رزیست های با رنگ مثبت) استفاده می شود. پس از اچ کردن، رزیست خاکستر می شود و به دنبال آن تمیز کردن شیمیایی مرطوب و/یا اچ مرطوب برای حذف باقی مانده انجام می شود.

فرآیندهای حکاکی پلاسما را می توان تقریباً به اچ دی الکتریک، سیلیکونی یا هادی طبقه بندی کرد. دی الکتریک ها مانند دی اکسید سیلیکون و نیترید سیلیکون بهتر است با استفاده از گازهای مبتنی بر فلوئور اچ شوند، در حالی که لایه های سیلیکونی و فلزی بهترین واکنش را با کلر نشان می دهند. اساساً سه حالت اچ خشک وجود دارد - حکاکی یونی واکنشی، اچ پلاسما و اچ کردن با پاشش (پرتو یون). فرآیندهای اچینگ شامل فعل و انفعالات پیچیده بین گونه های فعال، پلاسما و مواد تراشه است. هنگامی که یک بایاس RF به گاز راکتیو اعمال می شود، الکترون ها و یون های دارای بار مثبت به طور فیزیکی مواد را از طریق بمباران حذف می کنند (اچ) در حالی که گونه های شیمیایی و رادیکال ها با مواد در معرض واکنش واکنش می دهند تا محصولات فرعی را تشکیل دهند. اچینگ می تواند همسانگرد (میزان واکنش عمودی و جانبی برابر)، ناهمسانگرد (فقط عمودی) یا چیزی در این بین باشد.

شکل 1: انتقال از finFET به GAA نیاز حیاتی به اچ انتخابی ایزوتروپیک را تحریک می کند. منبع: Lam Research.

معیارهای کلیدی که مهندسان اچ بیشتر نگران آن هستند عبارتند از نرخ اچ، کنترل پروفیل، یکنواختی (در کل ویفر)، و انتخاب پذیری اچ، زیرا این عوامل بر بازده و بهره وری تأثیر می گذارند. انتخاب پذیری اچ به سرعت حذف مواد در حال حک شدن در مقایسه با لایه زیرین آن مانند SiO2 روی سیلیکون اشاره دارد. همچنین حذف نور مقاوم بیش از حد در طول فرآیند اچ مفید است. با این حال، در چنین مواردی، معمولاً قبل از انتقال الگو به لایه زیرین، به یک ماسک سخت (دی اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون، SiOC، TiN) منتقل می شود.
مشخصات انتخابی از 2:1 تا 1000:1 (حکاکی بسیار انتخابی) متغیر است. با هر گره جدید، این مشخصات دقیقتر میشوند. فیلیپ بزارد، مهندس تحقیق و توسعه حکاکی خشک در imec، گفت: «با جایگزینی EUV با NA بالا به جای EUV معمولی در چهار سال آینده، فوکوس بسیار کمتر خواهد شد، بنابراین دیگر نمیتوانید فتورزیستهای ضخیم را در معرض نور قرار دهید -- وقتی میگویم ضخیم، منظورم 30 نانومتر است.» «اما شما هنوز هم باید با همان ضخامت فیلم زیرین الگودهی کنید. بنابراین اکنون به انتخابپذیری بالاتری نیاز دارید زیرا ما باید به جای 10:1 به 2:1 برسیم، که افزایش ناگهانی انتخابپذیری 4 تا 5 برابر است.»

ادامه دارد...