Integroitujen piirien litografia{0}}etsausyhteistyöprosessi

Litografia ja etsaus ovat nanomittakaavan kuvion siirron kaksi ydinprosessia, ja niiden resoluutio, tarkkuus ja yhtenäisyys yhdessä määrittävät laitteen suorituskyvyn ja tuoton ylärajan.

Tässä artikkelissa selvitetään systemaattisesti tärkeimmät mekanismit, ohjausparametrit ja uusin teknologinen kehitys koko fotoresistipinnoitus-, valotus-, kehitys- ja syövytysprosessissa.

Yksityiskohdat ovat seuraavat:

Litografiaprosessi

Etsausprosessi

Litografiaprosessi

Integroidun piirisirun valmistuksessa litografiaprosessi, joka on kuvionsiirron ydintekniikka, toistaa maskin piirin rakennetta kerros kerrokselta kiekon pinnalle tarkkojen optisten ja kemiallisten prosessien avulla, ja sen teknologinen kehitys on aina pyörinyt resoluution parantamisen ja prosessin vakauden optimoinnin ympärillä.

Fotoresist sovellus

Prosessi alkaa fotoresistin spin-pinnoitusvaiheella - sen jälkeen, kun kiekko on alipaine-adsorboitu ja kiinnitetty kehruupäällystimen tukipöydälle, tippuva fotoresisti muodostaa tasaisen kalvon keskipakovoiman avulla suurella nopeudella tuhansia kierroksia sekunnissa, ja kalvon paksuutta säätelevät tarkasti kolloidisen liuottimen ominaisuudet ja viskositeetti.

Koska fotoresisti on erittäin herkkä lämpötilalle ja kosteudelle valoherkänä hartsimateriaalina, fotoresistialue on valaistava keltaisella valaistuksella ja tiukasti ylläpidettävä vakiolämpötila- ja kosteusympäristö materiaalin ominaisuuksien vaihtelujen välttämiseksi.

Fotoresistin tyypit

Fotoresistit jaetaan kahteen luokkaan niiden kehitysominaisuuksien mukaan: valotuksen jälkeen valotettu alue liukenee kehittimeen ja valottamaton alue säilyy; Negatiivinen liima on päinvastainen, ja valottamaton alue poistetaan. Tarkka valinta riippuu piirikuvion topologisista vaatimuksista, kuten tiheistä viivarakenteista, jotka suosivat positiivisia liimoja välttääkseen reunasiltaviat.

Esipaistettu-

Spin-pinnoituksen jälkeen kiekko kuumennetaan noin 80 asteeseen typpiatmosfäärissä kalvon jäännösliuottimen haihtumisen edistämiseksi, liimakerroksen ja alustan välisen adheesion parantamiseksi sekä kykyä vastustaa altistuksen häiriöitä.

Exposure

Valotusvaihe on kriittinen osa kuvion siirtoa, jossa kiekko ladataan askelvalotuskoneeseen tai skanneriin. Perinteiset stepperit heijastavat maskin kuvion kiekon pinnalle nelinkertaisessa mittakaavassa zoom-objektiivijärjestelmän kautta kaavan mukaan

R=kλ/NA

missä λ on valonlähteen aallonpituus, NA on linssin numeerinen aukko ja k on prosessikerroin. Tällä hetkellä valtavirran valonlähde käyttää ArF-eksimeerilaseria, jonka aallonpituus on 193 nm, ja korkeaa NA-linssiä saavuttaakseen sub-aallonpituuden resoluution. Fyysisten diffraktiorajojen ylittämiseksi käytetään laajalti superresoluutiotekniikoita, kuten kaksoisvalotusta, vaiheen-siirtomaskia ja optista läheisyysvaikutelman korjausta. Skanneri korvaa täyden -leveyden valotuksen rakokuvauksen avulla, laajentaen tehokkaasti näkökenttää ja vähentäen linssin poikkeamien vaikutusta, ja siitä on tullut vakiovarusteena edistyneissä prosesseissa.

Valottamisen jälkeen tarvitaan post-altistusuuni (PEB), joka aktivoi happoa-tuottavan aineen fotoresistissä kevyellä lämpökäsittelyllä, edistää happo-katalyyttisiä reaktioita, vähentää seisovan aallon vaikutuksia ja terävöittää kuvioiden reunojen ääriviivoja.

Kehitys

Kehitysprosessissa positiivisen liiman altistumisalue liuotetaan emäksiseen kehittimeen, jolloin muodostuu maskin kanssa yhdenmukainen kohokuvio. Negatiivinen liima määritellään liuottamalla valottamaton alue. Kehityksen jälkeen se on paistettava kovaksi ja kovetettava, jotta fotoresistin etsauskestävyys paranee ja suojanaamari myöhempää syövytystä tai ioni-istutusta varten.

Viime vuosina äärimmäinen ultraviolettilitografia (EUV) -tekniikka on rikkonut perinteisen optisen litografian resoluutiorajan 13,5 nm:n lyhyen aallonpituuden -valonlähteellä ja siitä on tullut ydinvalotusratkaisu 7 nm:n ja sitä pienemmille prosesseille. Yhdessä useiden kuviointitekniikoiden, kuten itse-kohdistavan kaksoiskuvauksen (SADP) ja itse-kohdistavan neljän kuvantamisen (SAQP) kanssa EUV-litografia saavuttaa paremman integraation ja hallitsee tehokkaasti prosessikustannuksia ja tuottoa.

Lisäksi nanoimprint-litografia (NIL) täydentävänä teknologiana mahdollistaa sub-10 nm:n kuvion valmistelun erittäin tarkalla painatuksella tietyissä skenaarioissa, mikä osoittaa ainutlaatuisen sovelluspotentiaalin. Näiden teknologioiden koordinoitu kehittäminen edistää edelleen litografiaprosessien kehitystä kohti korkeampaa tarkkuutta ja pienempiä vikoja, mikä tukee puolijohdeteollisuuden teknologista innovaatiota ja tuoteiteraatiota.

Etsausprosessi

Integroitujen piirien valmistuksen etsausprosessissa kuiva- ja märkäetsaus aikaansaa ohutkalvokuvioiden muodostamisen ohjaamalla tarkasti materiaalinpoistoprosessia, ja nämä kaksi täydentävät toisiaan teknisten reittien ja soveltuvien skenaarioiden suhteen.

Kuiva etsaus

Kuivaetsaus käyttää reaktiivista ionietsausta (RIE) ytimenä, ja sen laitteistossa on rinnakkaislevyrakenne: kiekko asetetaan alempaan elektrodiin tyhjökammiossa, ylempi elektrodi maadoittaa ja ruiskutettu kaasu viritetään käyttämällä korkeataajuista jännitettä plasman muodostamiseksi, mikä tuottaa positiivisia ioneja ja muita aktiivisia hiukkasia.

Nämä hiukkaset pommittavat materiaalin pintaa pystysuunnassa sähkökentän kiihtyessä ja reagoivat kemiallisesti kohdekerroksen kanssa tuottaen haihtuvia tuotteita, jotka purkautuvat tyhjiöjärjestelmän läpi anisotrooppisen syövytyksen aikaansaamiseksi. Avain tähän prosessiin on korkea valintasuhde, eli etsausnopeuden eron fotoresistin ja materiaalikerroksen välillä on oltava riittävän suuri, jotta kuvionsiirron tarkkuus voidaan varmistaa. Samanaikaisesti on tarpeen estää mikrokuormitusvaikutus, jotta vältetään etsausnopeuden vaihtelut, jotka johtuvat paikallisista kuviotiheyseroista, ja vähennetään sähköstaattisia vaurioita ja epäpuhtauksien sisäänpääsyä. Tarkkuuden parantamiseksi nykyaikainen RIE-tekniikka käyttää usein induktiivisesti kytkettyjä plasma (ICP) tai kapasitiivisesti kytkettyjä plasma (CCP) lähteitä yhdistettynä pulssivirtalähteeseen ja magneettikentän tehostusteknologiaan nanomittakaavan ohjauksen saavuttamiseksi.

Märkä etsaus

Märkäsyövytys perustuu kemiallisen nesteen ja materiaalin väliseen suoraan reaktioon, ja se on jaettu kahteen tilaan: upotus ja kierto. Upotustyyppi upottaa kiekon etsaussäiliössä olevaan kemialliseen liuokseen ja ohjaa reaktionopeutta diffuusion kautta. Pyörivä tyyppi käyttää nestemekaniikkaa parantamaan massansiirtotehokkuutta pyörittämällä kiekkoa ja ruiskuttamalla kemiallista nestettä.

Koska märkäsyövytys on luonteeltaan isotrooppista, sen sivuttaisporauksen ominaisuudet rajoittavat mikrovalmistuskykyä ja kemialliset nesteet kuluttavat helposti fotoresistimaskia, joten sitä käytetään enimmäkseen suurien -kokoisten rakenteiden tai tiettyjen materiaalien (kuten metallin, alumiinin, oksidin) käsittelyyn. Syövytyksen jälkeen jäännösfotoresisti on poistettava plasmapurkauksella tai kemiallisella kuorimalla, jossa plasmapurkaus käyttää happiplasmaa liimakerroksen hajottamiseen ja kemiallinen kuorinta liuotetaan valikoivasti erityisellä liuottimella.

Viime vuosina etsaustekniikka on kehittynyt kohti suurempaa tarkkuutta ja ympäristönsuojelua. Kuivalla kentällä atomikerrosetsaus (ALE) saavuttaa tarkan poiston yksittäisellä atomitasolla vuorottelevien itse-rajoittuvien reaktioiden avulla. Se yhdistää korkean selektiivisyyden materiaalit optimoituihin plasmaparametreihin, mikä nostaa perinteisen RIE:n resoluutiorajoja. Samaan aikaan kolmiulotteinen pinoamisrakenne ja edistynyt pakkausten kysyntä edistävät syväsyövytyksen, dielektrisen kerroksen korkean kuvasuhteen etsauksen ja muiden teknologioiden kehittämistä sekä matalan lämpötilan plasman ja kaasun sekoitusstrategioiden käyttöä sivuseinämien vaurioiden vähentämiseksi. Märkäprosessien osalta ympäristöystävällisten kemiallisten ratkaisujen (kuten fluorittomien-ja matala-myrkyllisten kaavojen) tutkimuksesta ja kehittämisestä on tullut trendi, jossa on online-seuranta ja suljetun -silmukan ohjausjärjestelmät, joilla saavutetaan tarkka etsausnopeuden hallinta ja jätenesteiden vaaraton käsittely.

0040-09094 KAMMIO 200mm

Lisäksi hybridietsaustekniikat, kuten yhdistetty märkä{0}}kuivaprosessi, tarjoavat etuja tietyissä skenaarioissa, kuten materiaalin jännityksen vähentäminen märkäesikäsittelyn avulla ja sitten kuivaus hienokuviomuovauksella. Nämä innovaatiot ohjaavat edelleen etsausprosessia kohti tehokkaampia, vihreämpiä ja tarkempia suuntia, mikä tukee puolijohdelaitteiden suorituskyvyn ja integroinnin jatkuvaa parantamista.