Integrirani proces litografije{0}}jedkanja

Litografija in jedkanje sta dva osrednja postopka prenosa vzorcev v nanometru, njuna ločljivost, natančnost in konsistentnost pa skupaj določata zgornjo mejo zmogljivosti in izkoristka naprave.

Ta članek sistematično razvršča ključne mehanizme, nadzorne parametre in najnovejši tehnološki razvoj celotnega procesa nanosa fotorezista, osvetlitve, razvijanja in jedkanja.

Podrobnosti so naslednje:

Postopek litografije

Postopek jedkanja

Postopek litografije

Pri izdelavi čipov integriranega vezja postopek litografije kot temeljna tehnologija prenosa vzorcev posnema zasnovo vezja na maski plast za plastjo na površini rezin z natančnimi optičnimi in kemičnimi postopki, njegov tehnološki razvoj pa se je vedno vrtel okoli izboljšanja ločljivosti in optimizacije stabilnosti procesa.

Uporaba fotorezista

Postopek se začne s fazo nanosa fotorezista z centrifugiranjem - po tem, ko je rezina vakuumsko-adsorbirana in fiksirana na podporni mizi centrifugalne naprave, kapljajoči fotorezist tvori enoten film s pomočjo centrifugalne sile pri visoki hitrosti na tisoče vrtljajev na sekundo, debelina filma pa je natančno nadzorovana s koloidno viskoznostjo, značilnostmi topila in vrtenjem parametri.

Ker je fotorezist kot fotoobčutljiv smolni material zelo občutljiv na temperaturo in vlago, je treba območje fotorezista osvetliti z rumeno svetlobo in strogo vzdrževati stalno temperaturo in vlažnost, da se izognemo nihanjem lastnosti materiala.

Vrste fotorezistov

Fotoreziste delimo v dve kategoriji glede na značilnosti razvijanja: po osvetlitvi se izpostavljeni del raztopi v razvijalcu, neosvetljeni del pa ostane; Negativno lepilo je nasprotno in neosvetljeno območje se odstrani. Posebna izbira je odvisna od topoloških zahtev vzorca vezja, kot so strukture z gostimi črtami, ki dajejo prednost pozitivnim lepilom, da se izognejo napakam pri premoščanju robov.

Pred-pečeno

Po centrifugiranju se rezina segreje na približno 80 stopinj v atmosferi dušika, da se pospeši izhlapevanje ostanka topila v filmu, izboljša oprijem med lepilno plastjo in substratom ter sposobnost odpornosti na motnje izpostavljenosti.

Exposure

Faza osvetljevanja je kritičen del prenosa vzorca, kjer se rezina naloži v koračni osvetljevalni stroj ali skener. Tradicionalni steperji projicirajo vzorec maske na površino rezin v štirikratnem merilu skozi sistem leč z zoomom, z ločljivostjo po formuli

R=kλ/NA

kjer je λ valovna dolžina svetlobnega vira, NA je numerična odprtina leče in k je procesni koeficient. Trenutno glavni svetlobni vir uporablja ArF excimer laser z valovno dolžino 193 nm in visoko NA lečo za doseganje ločljivosti pod-valovne dolžine. Za prebijanje meja fizičnega uklona se pogosto uporabljajo tehnike super-ločljivosti, kot so dvojna osvetlitev, maske-faznega premika in korekcija optičnega učinka bližine. Kot nadgrajena oblika steperja skener nadomešča osvetlitev-polne širine z osvetlitvijo skeniranja v režah, s čimer učinkovito razširi vidno polje in zmanjša vpliv aberacij leč, ter je postal standardna oprema v naprednih postopkih.

Po-osvetlitvenem pečenju (PEB) je potrebno po izpostavitvi, ki aktivira kislinsko-sredstvo v fotorezistu z svetlobno toplotno obdelavo, spodbuja kisle-katalitične reakcije, zmanjša učinke stoječih valov in izostri konture vzorca.

Razvoj

V procesu razvijanja se izpostavljeno območje pozitivnega lepila raztopi v alkalnem razvijalcu in tvori reliefni vzorec, skladen z masko. Negativno lepilo definiramo z raztapljanjem neosvetljene površine. Po razvoju ga je treba trdo zapeči in strditi, da povečamo odpornost fotorezista proti jedkanju in zagotovimo zaščitno masko za kasnejše jedkanje ali ionsko implantacijo.

V zadnjih letih je tehnologija ekstremne ultravijolične litografije (EUV) presegla mejo ločljivosti tradicionalne optične litografije s svetlobnim virom s kratko-valovno dolžino 13,5 nm in postala glavna rešitev osvetlitve za postopke 7 nm in nižje. V kombinaciji z več tehnologijami vzorčenja, kot sta samo-poravnavno dvojno slikanje (SADP) in samo-poravnavno štirikratno slikanje (SAQP), EUV litografija dosega višjo integracijo, hkrati pa učinkovito nadzoruje stroške in donose postopka.

Poleg tega litografija z nanoimprintom (NIL) kot dopolnilna tehnologija uresničuje pripravo vzorcev pod-10 nm z visoko natančnim vtiskovanjem v posebnih scenarijih, kar dokazuje edinstven potencial uporabe. Usklajen razvoj teh tehnologij še naprej spodbuja razvoj litografskih procesov v smeri višje natančnosti in nižjih stopenj napak, kar podpira tehnološke inovacije in ponavljanje izdelkov v industriji polprevodnikov.

Postopek jedkanja

V procesu jedkanja pri izdelavi integriranih vezij suho in mokro jedkanje dosežeta oblikovanje tankoslojnih vzorcev z natančnim nadzorom postopka odstranjevanja materiala, oba pa se dopolnjujeta v smislu tehničnih poti in uporabnih scenarijev.

Suho jedkanje

Suho jedkanje uporablja reaktivno ionsko jedkanje (RIE) kot jedro, njegova oprema pa ima vzporedno ploščato strukturo: rezina je nameščena v spodnjo elektrodo v vakuumski komori, zgornja elektroda je ozemljena, vbrizgani plin pa se vzbuja z uporabo visoko-frekvenčne napetosti, da se tvori plazma, ki proizvaja pozitivne ione, proste radikale in druge aktivne delce.

Ti delci bombardirajo površino materiala navpično pod pospeševanjem električnega polja in kemično reagirajo s ciljno plastjo, da proizvedejo hlapne produkte, ki se izpraznijo skozi vakuumski sistem, da se doseže učinek anizotropnega jedkanja. Ključ do tega postopka je visoko izbirno razmerje, kar pomeni, da mora biti razlika v hitrosti jedkanja med fotorezistom in plastjo materiala dovolj velika, da zagotovi zvestobo prenosa vzorca. Hkrati je treba zavirati učinek mikroobremenitve, da se izognemo nihanju hitrosti jedkanja, ki ga povzročajo lokalne razlike v gostoti vzorcev, ter zmanjšamo elektrostatične poškodbe in vnos nečistoč. Za izboljšanje natančnosti sodobna tehnologija RIE pogosto uporablja vire induktivno sklopljene plazme (ICP) ali vire kapacitivno sklopljene plazme (CCP) v kombinaciji s pulznim napajanjem in tehnologijo za izboljšanje magnetnega polja za doseganje nadzora na nanometru.

Mokro jedkanje

Mokro jedkanje temelji na neposredni reakciji med kemično tekočino in materialom in je razdeljeno na dva načina: potopitev in vrtenje. Potopni tip potopi rezino v kemično raztopino v rezervoarju za jedkanje in nadzoruje hitrost reakcije z difuzijo. Rotacijski tip uporablja mehaniko tekočin za izboljšanje učinkovitosti prenosa mase z vrtenjem rezine in pršenjem kemične tekočine.

Ker je mokro jedkanje po naravi izotropno, njegove lastnosti stranskega vrtanja omejujejo zmožnost mikroizdelave, masko iz fotorezista pa zlahka razjedajo kemične tekočine, zato se večinoma uporablja za obdelavo velikih-struktur ali posebnih materialov (kot so kovina, aluminij, oksid). Po jedkanju je treba ostanke fotorezista odstraniti s plazemskim razkalupljanjem ali kemičnim pilingom, pri katerem plazemsko razkalupljanje uporablja kisikovo plazmo za razgradnjo lepilne plasti, kemični piling pa se selektivno raztopi s posebnim topilom.

V zadnjih letih se je tehnologija jedkanja razvila v smeri višje natančnosti in zaščite okolja. V suhem polju atomsko plastno jedkanje (ALE) doseže natančno odstranitev na ravni posameznega atoma z izmeničnimi samo-omejevalnimi reakcijami, pri čemer združuje visoko selektivne materiale z optimiziranimi parametri plazme, da premakne meje ločljivosti tradicionalnega RIE. Hkrati tri-dimenzionalna struktura zlaganja in napredno povpraševanje po embalaži spodbujata razvoj globokega jedkanja silicija, jedkanja dielektrične plasti z visokim razmerjem stranic in drugih tehnologij ter uporabo nizko{4}}temperaturnih strategij mešanja plazme in plina za zmanjšanje poškodb stranskih sten. Kar zadeva mokre postopke, so raziskave in razvoj okolju prijaznih kemičnih rešitev (kot so formule brez-fluora in nizke{7}}toksičnosti) postale trend, s spletnim spremljanjem in nadzornimi sistemi-zanke za doseganje natančnega nadzora hitrosti jedkanja in neškodljive obdelave odpadnih tekočin.

0040-09094 KOMORA 200mm

Poleg tega hibridne tehnike jedkanja, kot je kombinirani mokro-suhi postopek, ponujajo prednosti v posebnih scenarijih, kot je zmanjšanje obremenitve materiala z mokro predobdelavo in nato sušenje finega vzorca. Te inovacije še naprej usmerjajo proces jedkanja v bolj učinkovite, okolju prijaznejše in natančnejše smeri ter podpirajo nenehno izboljševanje zmogljivosti in integracije polprevodniških naprav.