Integrovaný obvod litografie-spoločný proces leptania

Litografia a leptanie sú dva základné procesy prenosu vzorov nanometrov a ich rozlíšenie, presnosť a konzistencia spolu určujú hornú hranicu výkonu a výťažnosti zariadenia.

Tento článok systematicky triedi kľúčové mechanizmy, riadiace parametre a najnovší technologický vývoj celého procesu fotorezistového nanášania, osvitu, vyvolávania a leptania.

Podrobnosti sú nasledovné:

Litografický proces

Proces leptania

Litografický proces

Pri výrobe čipov s integrovanými obvodmi proces litografie, ako hlavná technológia prenosu vzorov, replikuje dizajn obvodu na maske vrstvu po vrstve na povrch plátku pomocou presných optických a chemických procesov a jeho technologický vývoj sa vždy točil okolo zlepšenia rozlíšenia a optimalizácie stability procesu.

Aplikácia fotorezistu

Proces začína fázou rotačného nanášania fotorezistu - po tom, čo je plátok vákuovo-adsorbovaný a upevnený na podpornom stole rotačného nanášacieho zariadenia, kvapkajúci fotorezist vytvára jednotný film pomocou odstredivej sily pri vysokej rýchlosti tisícok otáčok za sekundu a hrúbka filmu je presne kontrolovaná koloidnou viskozitou, charakteristikami rozpúšťadla a parametrami rotácie.

Keďže fotorezist je vysoko citlivý na teplotu a vlhkosť ako fotosenzitívny živicový materiál, oblasť fotorezistu je potrebné osvetliť žltým osvetlením a prísne udržiavať prostredie s konštantnou teplotou a vlhkosťou, aby sa zabránilo kolísaniu vlastností materiálu.

Typy fotorezistov

Fotorezisty sú rozdelené do dvoch kategórií podľa ich vyvolávacích charakteristík: po expozícii sa exponovaná oblasť rozpustí vo vývojke a neexponovaná oblasť zostane zachovaná; Negatívne lepidlo je opačné a neexponovaná oblasť sa odstráni. Špecifická voľba závisí od topologických požiadaviek vzoru obvodu, ako sú napríklad husté čiarové štruktúry uprednostňujúce pozitívne lepidlá, aby sa predišlo defektom premosťovania okrajov.

Predpečené-

Po odstredení sa plátok zahreje na asi 80 stupňov v dusíkovej atmosfére, aby sa podporilo prchanie zvyškového rozpúšťadla vo filme, zlepšila sa priľnavosť medzi adhéznou vrstvou a substrátom a schopnosť odolávať interferencii pri vystavení.

Expozícia

Expozičný stupeň je kritickou súčasťou prenosu vzoru, kde sa plátok vloží do krokového osvitového stroja alebo skenera. Tradičné steppery premietajú vzor masky na povrch plátku v štvornásobnej mierke cez systém šošoviek so zoomom, s rozlíšením podľa vzorca

R=kλ/NA

kde λ je vlnová dĺžka svetelného zdroja, NA je numerická apertúra šošovky a k je procesný koeficient. V súčasnosti hlavný svetelný zdroj používa ArF excimerový laser s vlnovou dĺžkou 193 nm a šošovku s vysokou NA na dosiahnutie sub-rozlíšenia vlnovej dĺžky. Na prekonanie limitov fyzickej difrakcie sa široko používajú techniky super-rozlíšenia, ako je dvojitá expozícia, masky s fázovým{5}}posunom a korekcia efektu optickej blízkosti. Skener ako vylepšená forma krokového ovládača nahrádza-úplnú šírku expozície prostredníctvom štrbinového skenovania, čím efektívne rozširuje zorné pole a znižuje vplyv aberácií šošovky a stal sa štandardným vybavením v pokročilých procesoch.

Po expozícii sa vyžaduje post{0}}expozičné vypaľovanie (PEB), ktoré aktivuje kyselinu-produkujúcu činidlo vo fotoreziste prostredníctvom ľahkého tepelného spracovania, podporuje kyslé-katalytické reakcie, znižuje efekt stojatých vĺn a zostruje obrysy hrán vzoru.

rozvoj

V procese vyvolávania sa oblasť expozície pozitívneho lepidla rozpustí v alkalickej vývojke, čím sa vytvorí reliéfny vzor konzistentný s maskou. Negatívne lepidlo je definované rozpustením neexponovanej oblasti. Po vyvinutí je potrebné ho vypáliť a vytvrdiť, aby sa zvýšila odolnosť fotorezistu proti leptaniu a poskytla ochrannú masku pre následné leptanie alebo implantáciu iónov.

V posledných rokoch prekonala technológia extrémnej ultrafialovej litografie (EUV) limit rozlíšenia tradičnej optickej litografie so svetelným zdrojom s krátkou vlnovou dĺžkou 13,5 nm- a stala sa hlavným riešením expozície pre procesy 7nm a menej. V kombinácii s viacerými technológiami vytvárania vzorov, ako je samo{4}}zarovnávacie duálne zobrazovanie (SADP) a samo{5}}zarovnávacie štvornásobné zobrazovanie (SAQP), EUV litografia dosahuje vyššiu integráciu a zároveň efektívne kontroluje náklady na proces a výnosy.

Okrem toho litografia nanoodtlačkov (NIL), ako doplnková technológia, realizuje prípravu sub-10nm vzoru s vysoko presným odtlačkom v špecifických scenároch, čo demonštruje jedinečný aplikačný potenciál. Koordinovaný vývoj týchto technológií naďalej podporuje vývoj litografických procesov smerom k vyššej presnosti a nižšej chybovosti, podporuje technologickú inováciu a iteráciu produktov v polovodičovom priemysle.

Proces leptania

V procese leptania pri výrobe integrovaných obvodov dosahuje suché a mokré leptanie vytváranie vzorov tenkých vrstiev precíznym riadením procesu odstraňovania materiálu a tieto dva sa navzájom dopĺňajú z hľadiska technických ciest a použiteľných scenárov.

Suché leptanie

Suché leptanie využíva ako jadro reaktívne iónové leptanie (RIE) a jeho vybavenie využíva štruktúru paralelných dosiek: plátok je umiestnený v spodnej elektróde vo vákuovej komore, horná elektróda je uzemnená a vstrekovaný plyn je excitovaný privedením vysoko{0}}frekvenčného napätia na vytvorenie plazmy, ktorá produkuje kladné ióny, voľné radikály a iné aktívne častice.

Tieto častice bombardujú povrch materiálu vertikálne pod zrýchlením elektrického poľa a chemicky reagujú s cieľovou vrstvou za vzniku prchavých produktov, ktoré sú vypúšťané cez vákuový systém, aby sa dosiahol efekt anizotropného leptania. Kľúčom k tomuto procesu je vysoký pomer výberu, to znamená, že rozdiel v rýchlosti leptania medzi fotorezistom a vrstvou materiálu musí byť dostatočne veľký, aby sa zabezpečila vernosť prenosu vzoru. Súčasne je potrebné inhibovať efekt mikrozáťaže, aby sa zabránilo kolísaniu rýchlosti leptania spôsobenému lokálnymi rozdielmi v hustote vzoru a aby sa znížilo elektrostatické poškodenie a vnášanie nečistôt. Na zlepšenie presnosti moderná technológia RIE často využíva zdroje s indukčne viazanou plazmou (ICP) alebo zdroje s kapacitne viazanou plazmou (CCP) v kombinácii s pulzným napájaním a technológiou zosilnenia magnetického poľa na dosiahnutie kontroly nanometrov.

Mokré leptanie

Mokré leptanie sa spolieha na priamu reakciu medzi chemickou kvapalinou a materiálom a je rozdelené do dvoch režimov: ponorenie a rotácia. Ponorný typ ponorí plátok do chemického roztoku v leptacej nádrži a riadi rýchlosť reakcie difúziou. Rotačný typ využíva mechaniku tekutín na zvýšenie účinnosti prenosu hmoty otáčaním plátku a rozprašovaním chemickej kvapaliny.

Pretože mokré leptanie je vo svojej podstate izotropné, jeho bočné vŕtacie vlastnosti obmedzujú schopnosť mikrovýroby a fotorezistová maska ​​sa ľahko eroduje chemickými kvapalinami, takže sa väčšinou používa na spracovanie veľkých- štruktúr alebo špecifických materiálov (ako je kov, hliník, oxid). Po leptaní je potrebné zvyškový fotorezist odstrániť plazmovým odformovaním alebo chemickým peelingom, pri ktorom sa pri plazmovom odformovaní využíva kyslíková plazma na rozklad adhéznej vrstvy a chemický peeling sa selektívne rozpustí špeciálnym rozpúšťadlom.

V posledných rokoch sa technológia leptania vyvinula smerom k vyššej presnosti a ochrane životného prostredia. V suchom poli dosahuje Atómové vrstvené leptanie (ALE) presné odstránenie na úrovni jedného atómu prostredníctvom striedavých samo{1}}obmedzujúcich reakcií, pričom kombinuje vysoko selektívne materiály s optimalizovanými parametrami plazmy, aby sa posunuli hranice rozlíšenia tradičného RIE. Trojrozmerná skladacia štruktúra a pokročilý dopyt po obaloch zároveň podporujú vývoj hlbokého silikónového leptania, leptania s vysokým pomerom strán dielektrickej vrstvy a ďalších technológií a používanie stratégií nízkoteplotnej plazmy a miešania plynov na zníženie poškodenia bočných stien. Pokiaľ ide o mokrý proces, výskum a vývoj ekologických chemických riešení (ako sú prípravky bez-bez fluóru a s nízkou{7}}toxicitou) sa stal trendom s online monitorovaním a systémami riadenia s uzavretým{8}}cyklom na dosiahnutie presnej kontroly rýchlosti leptania a neškodného spracovania odpadových kvapalín.

0040-09094 KOMORA 200mm

Hybridné techniky leptania, ako je kombinovaný mokrý{0}}suchý proces, navyše ponúkajú výhody v špecifických scenároch, ako je zníženie namáhania materiálu predúpravou za mokra a následným sušením formovania jemného vzoru. Tieto inovácie naďalej posúvajú proces leptania smerom k efektívnejším, ekologickejším a presnejším smerom, čím podporujú neustále zlepšovanie výkonu a integrácie polovodičových zariadení.