引言
低溫蝕刻在低溫下去除高縱橫比器件中的材料,盡管它一直是一個具有挑戰性的過程。低溫蝕刻難以控制,并且需要在晶圓廠中使用專門的低溫氣體,這很昂貴。(江蘇英思特半導體科技有限公司)
低溫蝕刻開發于 1980 年代,有一些優點,但它主要用于 MEMS 和其他設備的研發,而不是生產。該行業實際上并不銷售低溫蝕刻系統。但多年來,一些工具供應商銷售了具有低溫功能的蝕刻工具。純粹主義者認為,在負 100°C(負 148°F)或更低溫度下進行的蝕刻構成低溫蝕刻。(江蘇英思特半導體科技有限公司)
低溫蝕刻,有時稱為低溫蝕刻,是在設備中實現深硅或高縱橫比 (HAR) 蝕刻的兩種方法之一,其中的特征是長、窄和深。另一種也是最流行的方法是兩步博世工藝,您可以蝕刻掉結構的一部分,然后在環境溫度下對其進行鈍化。然后重復該過程,直到蝕刻完成。(江蘇英思特半導體科技有限公司)
圖 1:高縱橫比的低溫蝕刻
什么是蝕刻?
蝕刻是從晶圓上蝕刻或去除材料以創建設備特征的工藝步驟,分為濕法和干法兩類。濕法蝕刻使用液體化學品去除材料。通常,低溫蝕刻、原子層蝕刻和其他類型屬于此類。然而,低溫蝕刻不同于ALE。正在投入生產的 ALE 可以在原子尺度上選擇性地去除目標材料。(江蘇英思特半導體科技有限公司)
然而,在許多干法蝕刻系統中,晶圓位于蝕刻系統的反應器中,等離子體用作來源。系統中引入氣體,等離子體分解氣體,產生離子和反應性中性物質。然后,離子和物質轟擊晶圓的選定部分,從而去除器件中的材料。(江蘇英思特半導體科技有限公司)
等離子蝕刻系統配置有幾種類型的反應器之一,例如電容耦合等離子體 (CCP) 和電感耦合等離子體 (ICP) 等。基于 CCP 等離子源的蝕刻機由一個反應器和兩個金屬電極組成。晶圓位于兩個電極之間的平臺上。使用射頻電源,在電極之間產生電場,從而釋放離子。在工廠中,最先進的蝕刻機是基于 ICP 的。這些蝕刻機類似于 CCP 系統,但 ICP 源通過電磁感應產生能量。
凍結的內存和邏輯
然而,現在低溫蝕刻正從實驗室逐漸接近晶圓廠。該技術正在針對 3D NAND進行評估。與今天的2D結構平面NAND不同,3D NAND類似于垂直摩天大樓,其中存儲單元的水平層堆疊,然后使用微小的垂直通道連接。3D NAND 通過器件中堆疊的層數來量化。隨著添加更多層,位密度增加。
如今,3D NAND 供應商正在出貨64層設備,96層產品也在不斷增加。在幕后,供應商正在開發128層和256層產品。3D NAND 流程從襯底開始。然后,使用化學氣相沉積,在基板上沉積一層材料,然后在頂部沉積另一層。該過程重復幾次,直到給定的設備具有所需的層數。(江蘇英思特半導體科技有限公司)
然后是流程中最困難的部分——HAR蝕刻。為此,蝕刻工具必須從器件堆疊的頂部鉆出微小的圓形通道到底部基板。此步驟使用RIE蝕刻機執行。蝕刻機通過用離子轟擊表面來創建微小的通道。但隨著蝕刻工藝深入通道,離子數量可能會減少。這減慢了蝕刻速率。更糟糕的是,可能會出現不需要的 CD 變化。理論上,對于這種應用,低溫蝕刻機將在低溫下鉆出微小的孔。這使得側壁在蝕刻過程中保持低溫,從而允許離子在不中斷的情況下進一步向下移動孔。
審核編輯 黃宇
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