奈米片 FET 的蝕刻步驟

奈米帶製造過程中最關鍵的蝕刻步驟包括偽閘極蝕刻、各向異性柱蝕刻、各向同性間隔物蝕刻和通道釋放步驟。矽和 SiGe 交替層的輪廓蝕刻是各向異性的，並採用氟基化學物質。內部間隔物（凹痕）的蝕刻和通道釋放步驟經過最佳化，以實現 SiGe 中的最小矽損失。

頻道發布步驟至關重要。 「奈米帶的釋放需要高選擇性，」貝札德說。 “大多數奈米帶由矽組成，然後是 SiGe 和矽。你有交替的層，你需要去除一層而不修改另一層。”一些出版物討論了執行多步驟 SiGe 蝕刻，以減少單一蝕刻步驟在結構上引起的應力。

此工藝的下一步是形成自對準觸點。 「在這裡，我們嘗試做的基本上是蝕刻氧化物，而不是接觸或凹陷氮化物。例如，目前的規格是 3 微米凹陷，但人們要求零損失，」Bézard 說。 “在這種情況下，我們甚至不使用選擇性這個詞。我們只是談論停止和零停止。”

3D NAND

對於3D NAND快閃記憶體來說，隨著層數不斷增加，需要採用多個堆疊層來形成垂直串堆疊元件。 Robert Clark 表示：“此外，隨著層數的增加，有強烈的動力來縮放字線間距或層的垂直/Z 間距，以進一步增加位元密度。”這來自於TEL的資深技術人員和技術總監。從製程角度來看，蝕刻和沈積製程需要不斷改進，以適應微縮所需的越來越小的關鍵尺寸和更高的深寬比。

克拉克描述了未來的變化，他說：「著眼於多層電荷陷阱元件的先進節點，需要對閘極堆疊進行設計，以實現更短的閘極長度、每單元更多的能階以及更高的編程效率，這可能通過採用高 k 材料可能還需要更高電導率的通道來取代多晶矽溝道。

3D NAND 中最關鍵的蝕刻步驟之一是在超過 100 層氧化物和氮化物堆疊層上進行深度蝕刻，形成直徑約 200 奈米的孔，深度可達 10μm。 imec 的 Bézard 表示，這項蝕刻步驟成本極高。

「我們有一種稱為差異充電效應的物理現象，」他說。 「在等離子體中，我們有電子、離子和中性物質來簡化事情。電子向各個方向移動，但離子垂直加速到表面。因此，在孔的底部，有正電荷，在頂部，負電荷，產生一個試圖排斥傳入離子的電場。

因此，需要高功率等級來完全蝕刻溝槽。他補充道，“我們正在努力保持 30-50 千瓦的功率水平而不產生電弧，因此卡盤必須經過良好的拋光和製造。”

深蝕刻也會產生需要最小化的應力，特別是因為多層 NAND 製造的後續步驟涉及晶片減薄、精確對準以及與下一層的混合鍵合。

其他工藝

並非所有晶片製造商都生產需要 EUV 光刻的尖端晶片。許多晶圓廠正在擴展其 193nm 光刻和蝕刻製程。

Bruel Science Corporation 半導體產品多元化總監Brian Wilbur 表示：「我們最近推出了一種高溫SOC 材料，無論是用作CVD 層的底層還是用作掩模，它都可以擴展其圖案化能力並能夠承受更高的溫度。

用於最緊密金屬線的BEOL（後端生產線）預計將經歷從雙鑲嵌整合方案到銅以外的互連的減法沉積和蝕刻的巨大轉變。在這方面，錸和鉬的發展最為顯著。他們有不同的優勢。鉬在蝕刻過程中更容易氧化，使其與雙鑲嵌方案更相容，而且價格也更便宜。錸是一種貴金屬，因此不存在同樣的腐蝕問題，但成本要高得多。

裝置結構對邊緣放置錯誤的容忍度也越來越低。 TEL 的 Clark 表示，需要新的方法來實現層之間以及通孔和互連之間的自對準。 “第一個實現可能是用於 DRAM 的掩埋字線和用於邏輯的 MOL 中的小間距金屬層，其中需要更高的熱穩定性和更低的電阻率或非線性金屬。”

下一代開發

展望未來，理想情況下，產業將過渡到熱預算較低的後端製程（接近 300°C，而不是 400°C），以實現將裝置整合到後端互連層。

TEL 的 Clark 表示：“業界確實需要開始在更多層中建立裝置。這意味著我們需要在後端生產線 (BEOL) 熱預算內建立記憶體和邏輯裝置。”

Clark 也提到，到目前為止，使用半導體氧化物製造的設備似乎很有前景，無論是將儲存設備整合到邏輯 BEOL 流程中，還是在 DRAM 儲存陣列上建立 CMOS 陣列。

另一個重大轉變涉及二維材料的集成，研究機構和領先的晶片製造商已經開始測試。考慮蝕刻材料，例如二硫化鎢或二硫化鉬。然而，開發整合這些僅由單層材料組成的薄膜的晶圓製造流程提出了重大挑戰。

晶片製造商和材料供應商正在尋找替代化學品來減少碳排放。在蝕刻過程中，罪魁禍首是具有高全球暖化潛勢（GWP）的氟化氣體。

imec 的 Bézard 表示：“PFAS 的問題在於其分子高度穩定。大氣中的光或化學反應不足以將其分解。”

他提到，許多含氧量較高的替代氣體混合物更容易離解，並且具有較低的全球暖化潛勢值。然而，任何候選人都必須表現出同等或更好的表現才能被考慮。

但可持續性不僅僅是蝕刻或沉積的具體挑戰。從光刻到封裝，這是一個綜合性的行業挑戰，新材料的影響將影響整個裝置製造。