סלקטיביות ובקרת עלויות בתהליכי איכול

תחריט פלזמה עשוי להיות התהליך הקריטי ביותר בייצור מוליכים למחצה, והוא יכול להיות גם אחת הפעולות המורכבות ביותר בכל תהליכי ייצור הפרוסות, שנית רק לליתוגרפיה. כמעט מחצית משלבי ייצור הפרוסים מסתמכים על פלזמה, גז מיונן עתיר אנרגיה, לביצוע משימותיהם.

למרות הכיווץ המתמשך של טרנזיסטורים ויחידות אחסון, מהנדסים עדיין עובדים על אספקת תהליכי תחריט אמינים.

תומס בונדור, סגן נשיא לשיווק של קבוצת מוצרי Etch של Lam Research, הצהיר, "כדי לייצר שבבים באופן בר-קיימא עם דיוק ברמת ננומטר ומבנים נכונים, יצרני ציוד למוצרי מוליכים למחצה צריכים לפרוץ את גבולות הפיזיקה של פלזמה, הנדסת חומרים, ומדע נתונים כדי לספק את פתרונות הציוד הנדרשים״. זה בולט במיוחד בתחריט פלזמה, הפועל יד ביד עם ליטוגרפיה כדי ליצור תכונות מדויקות וניתנות לשחזור על פרוסות.

דוח זה בוחן את שלבי התחריט העיקריים ב-NAND 3D, DRAM, Nanosheet FET, וחיבורים הדדיים, וכן מסתכל קדימה אל התקני 2D ועיבוד עורפי. התעשייה גם רודפת אחר כימיות תחריט בנות קיימא יותר כדי להפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני המקבילה ממוצרי הפרוסים שלהם.

עבור יצרני כלים רבים, מודל תהליכים ממלא תפקיד קריטי בפיתוח תהליכי תחריט. המטרה היא לקצר את זמן היציאה לשוק תוך הפחתת עלויות פרוסות ומסכות.

בארט פינץ', מנהל שיווק בכיר ב-Lam Research, אמר, "ביצוע אופטימיזציה של תהליך הצריבה עבור כמה מהשלבים המאתגרים ביותר עשויה להימשך שנה או יותר. לאחרונה השלמנו כמה סימולציות תהליכיות בתוך שלושה שבועות, שצפויות להימשך שלושה חודשים באמצעות בדיקות ופיתוח טיפוסיות מבוססות סיליקון״.

במונחים של עלויות מסכות ורקיקות בלבד, זה יכול להסתכם במאות אלפי ואפילו מיליוני דולרים עבור יצרני הציוד.

יסודות תחריט

תהליכי איכול וטכניקות ליתוגרפיה פועלים יחד בייצור מוליכים למחצה. איכול מתבצע בדרך כלל לפני הצבת שכבות דקות (באמצעות אפיטקסיה, שקיעת אדים כימית או פיזיקלית וכו'). באופן כללי, סרט CVD מצופה בפוטורזיסט, ולאחר מכן משתמשים בליתוגרפיה אופטית (248 ננומטר או 193 ננומטר UV, 13.5 ננומטר EUV) כדי לחשוף את התבנית דרך פוטומסיכה. לאחר מכן, הרזיסט מפותח כדי לחשוף את התבנית. בתא איכול פלזמה בעל פרוסה בודדת, בדרך כלל משתמשים בכימיקלים לאיכול והפגזת יונים כדי להסיר את סרט ה-CVD כאשר מסיכת הפוטורזיסט משמשת כמדריך (ברזיסטים בעלי גוון חיובי). לאחר האיכול, הרזיסט עובר אפר, ולאחר מכן ניקוי כימי רטוב ו/או איכול רטוב להסרת שאריות.

תהליכי איכול בפלזמה ניתנים לסווג באופן גס לאיכול דיאלקטרי, סיליקון או מוליך. חומרים דיאלקטריים כמו סיליקון דיאוקסיד וסיליקון ניטריד נחרטים בצורה הטובה ביותר באמצעות גזים מבוססי פלואור, בעוד ששכבות סיליקון ומתכת מגיבות בצורה הטובה ביותר עם כלור. ישנם בעיקרון שלושה מצבי איכול יבש - איכול יונים ריאקטיביים, איכול בפלזמה ואיכוב התזה (קרן יונים). תהליכי איכול כוללים אינטראקציות מורכבות בין המינים הריאקטיביים, הפלזמה וחומרי השבב. כאשר מופעל הטיה RF על הגז הריאקטיבי, אלקטרונים ויונים טעונים חיוביים מסירים פיזית (חורטים) חומר באמצעות הפצצה, בעוד שהמינים הכימיים והרדיקלים מגיבים עם חומרים חשופים ליצירת תוצרי לוואי נדיפים. איכול יכול להיות איזוטרופי (קצבי תגובה אנכיים וצידיים שווים), אניזוטרופי (אנכי בלבד), או משהו בין לבין.

איור 1: המעבר מ-finFET ל-GAA מניע את הצורך הקריטי בתחריט סלקטיבי איזוטרופי. מקור: לאם מחקר.

מדדי המפתח שמהנדסי תחריט מודאגים ביותר מהם הם קצב חריטה, בקרת פרופיל, אחידות (על פני כל הפרוסה) וסלקטיביות חריטה, שכן גורמים אלה משפיעים על התפוקה והפרודוקטיביות. סלקטיביות תחריט מתייחסת לקצב ההסרה של החומר שנחרט בהשוואה לשכבה הבסיסית שלו, כגון SiO2 על סיליקון. זה גם יתרון לא להסיר photoresist מוגזם במהלך תהליך התחריט. עם זאת, במקרים כאלה, זה בדרך כלל מועבר למסכה קשה (סיליקון דו חמצני, סיליקון ניטריד, SiOC, TiN) לפני העברת התבנית על הסרט הבסיסי.
מפרטים סלקטיביים נעים בין 2:1 ל-1000:1 (איכול סלקטיבי ביותר). עם כל צומת חדש, מפרטים אלה הופכים מחמירים יותר. פיליפ בזארד, מהנדס מחקר ופיתוח באיכול יבש ב-imec, אמר, "עם EUV בעל NA גבוה שיחליף את EUV הקונבנציונלי בארבע השנים הקרובות, המיקוד יהיה נמוך בהרבה, כך שלא ניתן עוד לחשוף פוטורזיסטים עבים - כשאני אומר עבה, אני מתכוון ל-30 ננומטר." "אבל עדיין צריך ליצור דפוס באותו עובי שכבה מתחת. אז עכשיו נדרשת סלקטיביות גבוהה יותר כי אנחנו צריכים להשיג 10:1 במקום 2:1, שזו עלייה פתאומית בסלקטיביות פי 4 עד 5."

המשך יבוא...