Quá trình cộng tác khắc vi mạch tích hợp-

In thạch bản và khắc là hai quy trình cốt lõi của quá trình chuyển mẫu ở cấp độ nano và độ phân giải, độ chính xác cũng như tính nhất quán của chúng cùng nhau xác định giới hạn trên của hiệu suất và năng suất của thiết bị.

Bài viết này sắp xếp một cách có hệ thống các cơ chế chính, các thông số kiểm soát và sự phát triển công nghệ mới nhất của toàn bộ quá trình phủ quang học, phơi nhiễm, phát triển và ăn mòn.

Chi tiết như sau:

quá trình in thạch bản

quá trình khắc

quá trình in thạch bản

Trong sản xuất chip mạch tích hợp, quy trình in thạch bản, với tư cách là công nghệ cốt lõi của chuyển mẫu, sao chép thiết kế mạch trên từng lớp mặt nạ lên bề mặt wafer thông qua các quy trình quang học và hóa học chính xác, đồng thời sự phát triển công nghệ của nó luôn xoay quanh việc cải thiện độ phân giải và tối ưu hóa độ ổn định của quy trình.

Ứng dụng quang điện

Quá trình bắt đầu với giai đoạn phủ quay của chất quang dẫn - sau khi tấm bán dẫn được hấp phụ chân không-và cố định trên bàn đỡ của máy phủ quay, chất quang dẫn nhỏ giọt tạo thành một màng đồng nhất với sự trợ giúp của lực ly tâm ở tốc độ cao hàng nghìn vòng quay mỗi giây và độ dày màng được kiểm soát chính xác bởi độ nhớt keo, đặc tính dung môi và các thông số quay.

Vì chất quang dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm như một vật liệu nhựa nhạy sáng nên khu vực chất quang dẫn cần được chiếu sáng bằng ánh sáng vàng và duy trì nghiêm ngặt môi trường nhiệt độ và độ ẩm không đổi để tránh biến động về tính chất vật liệu.

Các loại chất quang dẫn

Chất quang dẫn được chia thành hai loại theo đặc điểm phát triển của chúng: sau khi tiếp xúc, vùng tiếp xúc sẽ hòa tan trong chất hiện và vùng không tiếp xúc được giữ lại; Lớp keo âm thì ngược lại, phần không lộ sáng sẽ bị loại bỏ. Sự lựa chọn cụ thể phụ thuộc vào các yêu cầu cấu trúc liên kết của mẫu mạch, chẳng hạn như các cấu trúc đường dày đặc thích chất kết dính dương để tránh các khuyết tật về cầu nối cạnh.

nướng sẵn

Sau khi phủ quay, tấm wafer được làm nóng đến khoảng 80 độ trong môi trường nitơ để thúc đẩy quá trình bay hơi của dung môi còn sót lại trong màng, cải thiện độ bám dính giữa lớp dính và chất nền và khả năng chống nhiễu khi tiếp xúc.

Exposure

Giai đoạn phơi sáng là một phần quan trọng của quá trình chuyển mẫu, trong đó tấm bán dẫn được nạp vào máy phơi sáng hoặc máy quét bước. Các máy bước truyền thống chiếu mẫu mặt nạ lên bề mặt wafer ở tỷ lệ gấp bốn lần thông qua hệ thống thấu kính zoom, với độ phân giải tuân theo công thức

R=kλ/NA

Trong đó λ là bước sóng của nguồn sáng, NA là khẩu độ số của thấu kính và k là hệ số quá trình. Hiện tại, nguồn sáng phổ biến sử dụng tia laser kích thích ArF có bước sóng 193nm và thấu kính NA cao để đạt được độ phân giải bước sóng phụ. Để vượt qua các giới hạn nhiễu xạ vật lý, các kỹ thuật-siêu phân giải như phơi sáng kép, mặt nạ dịch pha- và hiệu chỉnh hiệu ứng lân cận quang học được sử dụng rộng rãi. Là một dạng bước được nâng cấp, máy quét thay thế phơi sáng toàn bộ chiều rộng thông qua phơi sáng quét khe, mở rộng trường nhìn một cách hiệu quả và giảm ảnh hưởng của quang sai ống kính, đồng thời đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trong các quy trình nâng cao.

Cần phải nướng-sau phơi nhiễm (PEB) sau khi phơi nhiễm để kích hoạt tác nhân tạo axit-trong chất quang dẫn thông qua xử lý nhiệt nhẹ, thúc đẩy phản ứng xúc tác axit-, giảm hiệu ứng sóng dừng và làm sắc nét các đường viền của hoa văn.

Phát triển

Trong quá trình phát triển, vùng tiếp xúc của keo dương được hòa tan trong chất tạo kiềm, tạo thành họa tiết phù hợp với mặt nạ. Keo âm được xác định bằng cách hòa tan khu vực không được phơi sáng. Sau khi phát triển, nó cần được nung cứng và xử lý để tăng cường khả năng chống ăn mòn của chất quang dẫn và cung cấp mặt nạ bảo vệ cho quá trình ăn mòn hoặc cấy ion tiếp theo.

Trong những năm gần đây, công nghệ in thạch bản cực tím (EUV) đã vượt qua giới hạn độ phân giải của kỹ thuật in thạch bản quang học truyền thống với nguồn sáng có bước sóng ngắn 13,5nm{1}}và trở thành giải pháp phơi sáng cốt lõi cho các quy trình 7nm trở xuống. Được kết hợp với nhiều công nghệ tạo mẫu như hình ảnh kép tự-căn chỉnh (SADP) và hình ảnh bốn nhân tự điều chỉnh (SAQP), kỹ thuật in thạch bản EUV đạt được khả năng tích hợp cao hơn đồng thời kiểm soát hiệu quả chi phí và năng suất của quy trình.

Ngoài ra, kỹ thuật in khắc dấu nano (NIL), như một công nghệ bổ sung, thực hiện việc chuẩn bị mẫu 10nm phụ với khả năng in dấu có độ chính xác cao trong các trường hợp cụ thể, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng độc đáo. Sự phát triển phối hợp của các công nghệ này tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của các quy trình in thạch bản theo hướng có độ chính xác cao hơn và tỷ lệ lỗi thấp hơn, hỗ trợ đổi mới công nghệ và lặp lại sản phẩm trong ngành bán dẫn.

quá trình khắc

Trong quy trình khắc axit của sản xuất mạch tích hợp, khắc khô và khắc ướt đạt được sự hình thành các mẫu màng mỏng bằng cách kiểm soát chính xác quy trình loại bỏ vật liệu và cả hai bổ sung cho nhau về mặt kỹ thuật và các kịch bản áp dụng.

khắc khô

Khắc khô sử dụng phương pháp khắc ion phản ứng (RIE) làm lõi và thiết bị của nó sử dụng cấu trúc tấm song song: tấm bán dẫn được đặt ở điện cực dưới trong buồng chân không, điện cực trên được nối đất và khí được bơm vào được kích thích bằng cách áp dụng-điện áp tần số cao để tạo thành plasma, tạo ra các ion dương, gốc tự do và các hạt hoạt động khác.

Các hạt này bắn phá bề mặt vật liệu theo chiều dọc dưới gia tốc của điện trường và phản ứng hóa học với lớp mục tiêu để tạo ra các sản phẩm dễ bay hơi, được thải qua hệ thống chân không để đạt được hiệu ứng ăn mòn dị hướng. Chìa khóa của quá trình này là tỷ lệ lựa chọn cao, nghĩa là sự khác biệt về tốc độ ăn mòn giữa chất quang dẫn và lớp vật liệu cần phải đủ lớn để đảm bảo độ trung thực của quá trình truyền mẫu. Đồng thời, cần phải ức chế hiệu ứng vi tải để tránh sự biến động của tốc độ ăn mòn do sự khác biệt về mật độ mẫu cục bộ và để giảm thiệt hại do tĩnh điện và đưa tạp chất vào. Để nâng cao độ chính xác, công nghệ RIE hiện đại thường sử dụng nguồn plasma ghép cảm ứng (ICP) hoặc nguồn plasma ghép điện dung (CCP), kết hợp với nguồn điện xung và công nghệ tăng cường từ trường để đạt được khả năng kiểm soát ở cấp độ nano.

khắc ướt

Khắc ướt dựa vào phản ứng trực tiếp giữa chất lỏng hóa học và vật liệu và được chia thành hai chế độ: ngâm và quay. Loại ngâm nhúng tấm bán dẫn vào dung dịch hóa học trong bể ăn mòn và kiểm soát tốc độ phản ứng thông qua khuếch tán. Loại quay sử dụng cơ học chất lỏng để nâng cao hiệu suất truyền khối bằng cách quay tấm bán dẫn và phun chất lỏng hóa học.

Do phương pháp khắc ướt có bản chất đẳng hướng nên đặc điểm khoan ngang của nó hạn chế khả năng chế tạo vi mô và mặt nạ quang học dễ bị ăn mòn bởi chất lỏng hóa học, do đó, nó chủ yếu được sử dụng để xử lý các cấu trúc có kích thước lớn{0}}hoặc vật liệu cụ thể (chẳng hạn như kim loại, nhôm, oxit). Sau khi khắc, chất quang dẫn còn sót lại cần được loại bỏ bằng cách tách plasma hoặc lột hóa học, trong đó quá trình tách plasma sử dụng plasma oxy để phân hủy lớp dính và lột hóa chất được hòa tan có chọn lọc bằng dung môi đặc biệt.

Trong những năm gần đây, công nghệ khắc đã phát triển theo hướng có độ chính xác cao hơn và bảo vệ môi trường. Trong điều kiện khô ráo, phương pháp khắc axit lớp nguyên tử (ALE) đạt được khả năng loại bỏ chính xác ở cấp độ nguyên tử đơn lẻ thông qua các phản ứng tự giới hạn-xen kẽ, kết hợp các vật liệu có tính chọn lọc cao với các thông số plasma được tối ưu hóa để đẩy giới hạn độ phân giải của RIE truyền thống. Đồng thời,-cấu trúc xếp chồng ba chiều và nhu cầu đóng gói tiên tiến đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ khắc silicon sâu, khắc tỷ lệ khung hình cao của lớp điện môi và các công nghệ khác, cũng như việc sử dụng các chiến lược trộn khí và plasma ở nhiệt độ thấp- để giảm hư hỏng thành bên. Về quy trình ướt, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp hóa học thân thiện với môi trường (chẳng hạn như công thức-không chứa flo và có-độc hại thấp) đã trở thành xu hướng, với hệ thống giám sát trực tuyến và hệ thống kiểm soát vòng-đóng để đạt được khả năng kiểm soát chính xác tốc độ ăn mòn và xử lý chất lỏng thải một cách vô hại.

0040-09094 PHÒNG 200mm

Ngoài ra, kỹ thuật khắc axit kết hợp, chẳng hạn như quy trình-khô ướt kết hợp, mang lại lợi ích trong các trường hợp cụ thể, chẳng hạn như giảm ứng suất của vật liệu thông qua xử lý sơ bộ ướt và sau đó sấy khô khuôn mẫu. Những cải tiến này tiếp tục thúc đẩy quá trình khắc theo hướng hiệu quả hơn, xanh hơn và chính xác hơn, hỗ trợ cải tiến liên tục hiệu suất và khả năng tích hợp của thiết bị bán dẫn.