人工智能（AI）是預計到2030年將成為價值數萬億美元產業的關鍵驅動力，它對半導體性能提出了新的要求。在交付下一代AI能力方面，一些最復雜的問題來自于需要通過新的刻蝕技術來解決的器件制造挑戰。

為什么AI對刻蝕技術施加特殊壓力？基本原因是AI訓練所需的大量數據。這些數據需要高水平的并行處理、豐富的非易失性存儲器（如NAND）以及快速的數據傳輸速率，以將數據推入和推出存儲器。先進的設備依賴于在三維中制造的體系結構。作為一種減法過程，刻蝕是塑造這些結構的強大工具。全圍柵（GAA）晶體管、低成本每比特的3D NAND存儲器和高帶寬存儲器是AI未來的關鍵，它們都需要新的、創新的刻蝕方法來塑造它們的器件結構。

刻蝕一直是一項關鍵而具有挑戰性的工藝，但為AI提供動力的芯片將把這一挑戰推向一個新的水平。它們不僅要求前所未有的刻蝕精度，還需要能夠有選擇性地去除一種材料而保留另一種材料，修改剩余材料的表面特性，刻蝕具有越來越高縱橫比的結構，有時甚至需要進行橫向刻蝕而不僅僅是垂直刻蝕。

垂直刻蝕在AI邏輯中的應用

多年來，各向異性定向刻蝕（anisotropic directional etch）一直是集成電路制造中一種非常有價值的工具。干法等離子體反應離子刻蝕（dry plasma reactive ion etch）已被用于實現低介電常數（low-κ）的雙柱連線（dual-damascene interconnects）、高介電常數（high-κ）的金屬柵（metal gates）、FinFET、埋藏柵DRAM和多代3D NAND。但近年來，向全圍柵（GAA）晶體管架構的轉變要求采用一種新的、具有挑戰性的方法：各向同性、高選擇性刻蝕。通過各向同性刻蝕，不僅僅是從堆疊結構的頂部向下刻蝕，而是同時在多個方向上均勻去除材料，這個過程被稱為垂直刻蝕（perpendicular etch）。

垂直刻蝕是一種新的刻蝕方法，它在GAA晶體管架構中發揮著重要作用。在傳統的晶體管結構中，刻蝕只需要從頂部向下進行，但在GAA晶體管中，需要在多個方向上均勻地去除材料，以形成全圍柵結構。垂直刻蝕可以實現對多層材料的同時刻蝕，從而形成所需的結構。

垂直刻蝕的挑戰在于實現高度選擇性的刻蝕過程。由于需要在多個方向上均勻去除材料，必須確保只有目標材料被刻蝕，而其他材料保持不變。這需要精確控制刻蝕氣體、工藝參數和刻蝕時間，以實現所需的選擇性。

總之，垂直刻蝕是一種在GAA晶體管架構中必不可少的刻蝕方法。它通過各向同性刻蝕的方式，在多個方向上均勻去除材料，實現了復雜的全圍柵結構。隨著技術的發展，垂直刻蝕技術將繼續演進，以滿足未來集成電路制造的需求。

審核編輯：湯梓紅