Integrated Circuit Lithography-etching Collaborative Process

Litografi og ætsning er de to kerneprocesser for mønsteroverførsel i nanoskala, og deres opløsning, nøjagtighed og konsistens bestemmer tilsammen den øvre grænse for enhedens ydeevne og udbytte.

Dette papir sorterer systematisk nøglemekanismerne, kontrolparametrene og den seneste teknologiske udvikling i hele processen med fotoresistbelægning, eksponering, udvikling og ætsning.

Detaljerne er som følger:

Litografi proces

Ætsningsproces

Litografi proces

Ved fremstilling af integrerede kredsløbschips replikerer litografiprocessen, som kerneteknologien til mønsteroverførsel, kredsløbsdesignet på masken lag for lag til waferoverfladen gennem præcise optiske og kemiske processer, og dens teknologiske udvikling har altid drejet sig om opløsningsforbedring og optimering af processtabilitet.

Fotoresist applikation

Processen begynder med spincoating-stadiet af fotoresisten - efter at waferen er vakuum-adsorberet og fikseret på spincoaterstøttebordet, den dryppende fotoresist danner en ensartet film ved hjælp af centrifugalkraft ved en høj hastighed på tusindvis af omdrejninger pr. sekund, og filmtykkelsen styres præcist af den kolloide viskositet, opløsningsmiddelegenskaber og rotationsparametre.

Da fotoresist er meget følsom over for temperatur og fugtighed som et fotofølsomt harpiksmateriale, skal fotoresistområdet belyses med gult lys og nøje opretholde et konstant temperatur- og fugtighedsmiljø for at undgå udsving i materialeegenskaber.

Typer af fotoresists

Fotoresists opdeles i to kategorier efter deres udviklingskarakteristika: efter eksponering opløses det eksponerede område i fremkalderen, og det ueksponerede område bibeholdes; Den negative lim er det modsatte, og det ueksponerede område fjernes. Det specifikke valg afhænger af de topologiske krav til kredsløbsmønsteret, såsom tætte linjestrukturer, der foretrækker positive klæbemidler for at undgå kantbrodefekter.

For-bagt

Efter spincoating opvarmes waferen til omkring 80 grader i en nitrogenatmosfære for at fremme fordampningen af ​​det resterende opløsningsmiddel i filmen, forbedre vedhæftningen mellem klæbelaget og substratet og evnen til at modstå eksponeringsinterferens.

Exposure

Eksponeringsstadiet er en kritisk del af mønsteroverførsel, hvor waferen indlæses i en stepper eksponeringsmaskine eller scanner. Traditionelle steppere projicerer maskemønsteret på waferoverfladen i firedobbelt skala gennem et zoomlinsesystem med opløsning efter en formel

R=kλ/NA

hvor λ er lyskildens bølgelængde, NA er linsens numeriske blænde, og k er proceskoefficienten. På nuværende tidspunkt bruger den almindelige lyskilde ArF excimer-laser med en bølgelængde på 193nm og en høj NA-linse for at opnå sub-bølgelængdeopløsning. For at bryde igennem de fysiske diffraktionsgrænser bruges super-opløsningsteknikker såsom dobbelteksponering, fase-skiftmasker og optisk nærhedseffektkorrektion i vid udstrækning. Som en opgraderet form for stepper erstatter scanneren fuld-breddeeksponering gennem spaltescanningseksponering, hvilket effektivt udvider synsfeltet og reducerer påvirkningen af ​​linseaberrationer og er blevet standardudstyr i avancerede processer.

Post-exposure baging (PEB) er påkrævet efter eksponering, hvilket aktiverer det syreproducerende-middel i fotoresisten gennem lys varmebehandling, fremmer syre-katalytiske reaktioner, reducerer stående bølgeeffekter og skærper mønsterkantkonturer.

Udvikling

I udviklingsprocessen opløses eksponeringsområdet af den positive lim i den alkaliske fremkalder, hvilket danner et reliefmønster, der stemmer overens med masken. Negativ lim defineres ved at opløse det ueksponerede område. Efter udvikling skal det bages hårdt og hærdes for at øge fotoresistens ætsningsmodstand og give en beskyttende maske til efterfølgende ætsning eller ionimplantation.

I de senere år har ekstrem ultraviolet litografi (EUV)-teknologi brudt gennem opløsningsgrænsen for traditionel optisk litografi med en 13,5 nm kort-lyskilde med kort bølgelængde og er blevet kerneeksponeringsløsningen for 7 nm og derunder processer. Kombineret med flere mønsterteknologier såsom selv-aligning dual imaging (SADP) og selv-aligning quadruple imaging (SAQP), opnår EUV-litografi højere integration, samtidig med at procesomkostninger og -udbytte kontrolleres effektivt.

Derudover realiserer nanoimprint litografi (NIL), som en supplerende teknologi, sub-10nm mønsterforberedelse med højpræcisionsprægning i specifikke scenarier, hvilket demonstrerer unikt anvendelsespotentiale. Den koordinerede udvikling af disse teknologier fortsætter med at fremme udviklingen af ​​litografiprocesser i retning af højere præcision og lavere defektrater, hvilket understøtter teknologisk innovation og produktiteration i halvlederindustrien.

Ætsningsproces

I ætsningsprocessen ved fremstilling af integrerede kredsløb opnår tør og våd ætsning dannelsen af ​​tynde filmmønstre ved præcist at kontrollere materialefjernelsesprocessen, og de to komplementerer hinanden med hensyn til tekniske veje og anvendelige scenarier.

Tørætsning

Tørætsning bruger reaktiv ionætsning (RIE) som kernen, og dets udstyr vedtager en parallel pladestruktur: waferen placeres i den nederste elektrode i vakuumkammeret, den øverste elektrode er jordet, og den indsprøjtede gas exciteres ved at påføre højfrekvent spænding for at danne et plasma, der producerer positive partikler og andre aktive partikler, frie radikaler.

Disse partikler bombarderer overfladen af ​​materialet lodret under accelerationen af ​​det elektriske felt og reagerer kemisk med mållaget for at producere flygtige produkter, som udledes gennem vakuumsystemet for at opnå anisotropisk ætsningseffekt. Nøglen til denne proces er et højt udvælgelsesforhold, det vil sige, at forskellen i ætsningshastighed mellem fotoresisten og materialelaget skal være stor nok til at sikre mønsteroverførslens troværdighed. Samtidig er det nødvendigt at inhibere mikrobelastningseffekten for at undgå udsving i ætsningshastigheden forårsaget af lokale mønstertæthedsforskelle og for at reducere elektrostatisk skade og introduktion af urenheder. For at forbedre nøjagtigheden bruger moderne RIE-teknologi ofte induktivt koblede plasmakilder (ICP) eller kapacitivt koblede plasmakilder (CCP) kombineret med pulserende strømforsyning og magnetfeltforbedringsteknologi for at opnå kontrol i nanoskala.

Vådætsning

Vådætsning er afhængig af den direkte reaktion mellem kemisk væske og materiale og er opdelt i to tilstande: nedsænkning og rotation. Nedsænkningstypen nedsænker waferen i den kemiske opløsning i ætsetanken og styrer reaktionshastigheden gennem diffusion. Den roterende type bruger væskemekanik til at forbedre masseoverførselseffektiviteten ved at rotere waferen og sprøjte kemisk væske.

Fordi vådætsning er isotropisk af natur, begrænser dens laterale boreegenskaber mikrofremstillingsevnen, og fotoresistmasken eroderes let af kemiske væsker, så den bruges mest til bearbejdning af strukturer i store-størrelser eller specifikke materialer (såsom metal, aluminium, oxid). Efter ætsning skal den resterende fotoresist fjernes ved plasmaudtagning eller kemisk peeling, hvor plasmaafformning bruger oxygenplasma til at nedbryde klæbelaget, og kemisk peeling opløses selektivt med et specielt opløsningsmiddel.

I de senere år har ætsningsteknologien udviklet sig i retning af højere præcision og miljøbeskyttelse. I det tørre felt opnår atomisk lagætsning (ALE) præcis fjernelse på enkelt atomniveau gennem vekslende selv-begrænsende reaktioner, der kombinerer materialer med høj selektivitet med optimerede plasmaparametre for at skubbe opløsningsgrænserne for traditionel RIE. Samtidig fremmer den tre-dimensionelle stablestruktur og avancerede emballageefterspørgsel udviklingen af ​​dyb siliciumætsning, dielektrisk lag ætsning med højt billedformat og andre teknologier og brugen af ​​plasma- og gasblandingsstrategier med lav-temperatur for at reducere skader på sidevæggen. Med hensyn til våd proces er forskning og udvikling af miljøvenlige kemiske løsninger (såsom fluor-fri og lav-toksicitetsformler) blevet en trend med onlineovervågning og lukkede-sløjfekontrolsystemer for at opnå præcis kontrol af ætsningshastigheden og uskadelig behandling af affaldsvæsker.

0040-09094 KAMMER 200mm

Derudover tilbyder hybridætsningsteknikker, såsom den kombinerede våd-tørproces, fordele i specifikke scenarier, såsom reduktion af materialebelastning gennem våd forbehandling og derefter tørring af fint mønsterstøbning. Disse innovationer fortsætter med at drive ætsningsprocessen i retning af mere effektive, grønnere og mere præcise retninger, hvilket understøtter den løbende forbedring af halvlederens ydeevne og integration.