蚀刻工艺的选择性和成本控制

从概念验证 (POC) 到大批量制造 (HVM)

Bézard描述了蚀刻技术发展的三个阶段：

1、确定蚀刻所需的蚀刻剂、气体、辅助层。

2. 展示在指定范围内完全去除薄膜并在晶圆上实现均匀性的能力。

3. 确定如何在大批量制造 (HVM) 中以高产量和低漂移的方式在数千个芯片上重复该过程。

通常，熟练的蚀刻和集成工程师负责开发的前两个阶段。第三阶段需要工程专业知识，但机器学习可能会有所帮助。

“机器学习和数据分析通常只在第三阶段有用，”贝扎德说。 “它非常强大，因为它可以访问大量数据并理解数以百万计的微小而简单的交互。因此，人脑很难理解，但计算机程序更容易管理。但是，在处理时随着新的应用、新材料的蚀刻或新的集成场景，它并没有表现出比人类有任何进步。”

机器学习的使用也与制造成本有关，因为第三阶段涉及数千个晶圆，这比第一阶段和第二阶段使用的数量大一个数量级。

Lam Research 蚀刻产品组高级总监 Barrett Finch 将新工艺路径描述为从标称工艺流程和布局中获得概念验证，并在晶圆上开发一个或多个工作器件。然后，该概念验证 (POC) 会被转移到晶圆厂的产品开发团队，以扩大工艺规模并提高产量。

Finch 表示：“将名义上的概念验证转变为可盈利的创收产品所需的工作量常常被低估，从而导致盈利能力上的巨大差距。工艺窗口建模试图通过在开发的早期阶段引入晶圆厂变化来弥补这一差距。”寻找路径。”他建议可以使用虚拟实验设计（DOE）和基于蒙特卡罗的多参数分析来模拟预期变化并测试POC。

Finch 补充道：“工艺窗口建模可以回答诸如‘我需要保持多少 CD 或可变性才能实现最低的器件性能和良率？’之类的问题。”我们在几天内完成了对超过一百万个虚拟晶圆的模拟，以进行工艺窗口测试，这在现实生活中是不可能实现的。”

多个参数影响蚀刻速率、轮廓和选择性。一个关键因素是温度。 Lam Research 半导体工艺和集成工程高级经理 Benjamin Vincent 表示，客户可以观察热效应对蚀刻速度、选择性和轮廓的影响。所有这些参数都会影响器件良率和晶圆厂的生产率。他认为，当工艺步骤具有多种可能的配置（较大的工艺空间）或该步骤的下游结果高度不可预测时，模拟特别有用。

Lam Research子公司Esgee Technologies的产品营销经理Alex Guermouche提到：“蚀刻过程取决于芯片的表面温度，而芯片的表面温度受到各种热通量的影响，包括热传导、离子冲击能、表面反应和等离子体辐射热通量。”他进一步解释说：“因此，等离子体模型需要结合所有这些物理特性，以准确描述芯片表面的温度变化。工艺仿真软件允许我们对一系列蚀刻属性进行建模，使我们能够更快、更准确地获得更好的蚀刻结果。”加快我们客户提高或优化产量的能力。”

在蚀刻过程中实现精确定时

对于更紧密的几何形状和更薄的薄膜，需要在蚀刻速率和对其他操作参数的良好控制之间取得平衡。

Finch 表示：“随着设计规则的缩小，许多蚀刻工艺正在转变为非常快速的等离子蚀刻工艺步骤，这需要对所有反应输入进行高度精确的控制：功率、压力、化学物质和温度。”他指出，还有一种优化等离子体脉冲行为的趋势，即产生特定的离子与中性比，然后清除副产物。 “这种情况的高级建模对于进一步扩大设备规模至关重要。”

一段时间以来，蚀刻系统制造商一直在使用建模软件来加快下一个节点的开发或提高产量。考虑到这个过程的复杂性及其所有变量，这并不奇怪。

芬奇表示：“在开发下一个节点技术的过程中，根本没有足够的时间或足够的晶圆来进行所有可能的工艺实验。” “蚀刻设备配置的数量可能达到数百万甚至数十亿，这使得具有所有工艺可能性的完整晶圆开发变得不可能。”

当然，所有好的模型都是在实际芯片上进行验证的。芬奇说，“一个好的模型应该具有预测性，并且应该解决用户想要解决的特定问题。” “每次基于模拟工作建议工艺或设计变更时，实际晶圆厂数据都应反映推荐结果。在我们的案例中，我们能够使用基于模型的结果准确预测工艺变更的影响，并快速解决困难的工艺和技术开发问题。”

工具供应商也在开发先进的蚀刻工艺，以更紧密地集成其生产线，将两道掩模级工艺（两个光刻步骤）转变为一个工艺，从而简化工艺并降低成本。

贝扎德说：“公司并没有对现有硬件进行改造以使瑞士军刀变得更加复杂，而是引入了针对特定应用的技术，例如解决尖端问题的新系统。”目标是使彼此面对的两条线更加靠近，目前需要先进行线路图案化步骤，然后进行切割掩模。 “应用材料公司和其他公司正在推出一种水平方向直接蚀刻的方法。”此工艺还可以扩大通孔。

继续......