加速實現(xiàn)3D：泛林集團推出開創(chuàng)性的選擇性刻蝕解決方案

作者：泛林集團高級副總裁兼刻蝕業(yè)務部總經(jīng)理Vahid Vahedi

近日，泛林集團推出三款開創(chuàng)性的選擇性刻蝕產(chǎn)品：Argos?、Prevos?和Selis?。

這些突破性產(chǎn)品旨在補充和擴展泛林集團行業(yè)領先的刻蝕解決方案組合，使芯片制造商能夠以超高的選擇性和埃米級的精度刻蝕和修改薄膜，以實現(xiàn)最先進的集成電路（IC）性能并加速其3D路線圖。

在我分享泛林集團特有的選擇性刻蝕方法之前，讓我們先來了解一下，在3D時代創(chuàng)造下一代芯片所面臨的復雜挑戰(zhàn)。

對精度的需求

微縮（即縮小芯片中的微小器件，如晶體管和存儲單元）從來都不是容易的事情，但要想讓下一代先進邏輯和存儲器件成為現(xiàn)實，就需要在原子級的尺度上創(chuàng)造新的結構。當處理這么小的維度時，可以變化的空間微乎其微。

更為復雜的是，需要各向同性地、或者說在所有方向上均勻地去除材料。因此，為了芯片的更優(yōu)性能而改變器件架構，就需要新的工藝。例如，在環(huán)柵（GAA）結構中，犧牲的SiGe層需要通過各向同性刻蝕來部分或全部去除，但又不能對相鄰的硅層造成損失或破壞。

從finFET到GAA的過渡驅(qū)動了關鍵的各向同性選擇性刻蝕要求

精密選擇性刻蝕和表面處理

如下圖所示，精密選擇性刻蝕的挑戰(zhàn)在下列四種材料示例中能夠得到最好的呈現(xiàn)，在滿足控制各向同性輪廓角的情況下，精確地刻蝕下圖中的材料（綠色部分），而不刻蝕或損壞任何其他層。

精密表面處理需要對其中一層的材料屬性進行修改，以保證在不損壞或修改其他層的情況下提高器件性能。

新材料需要精確的能量調(diào)諧

如今在創(chuàng)建器件結構時，一個比較常見的處理步驟是去除硅（Si）層，同時留下氧化硅（SiO2）層。在基于離子的刻蝕中，我們通過使用可以保護不需要被去除層的掩膜來控制去除哪些薄膜。

通過使用我們的選擇性刻蝕產(chǎn)品，我們可以選擇性地僅去除硅并留下氧化硅，方法是制造能量極低的刻蝕劑，其能量僅大于Si-Si鍵合能（3.4 eV）、但小于硅和氧（Si-O）鍵合能（8.3 eV），使其在相對較小的范圍內(nèi)（4.9 eV）。

然而，新材料的能量范圍要小得多。例如，在GAA器件中僅去除SiGe層而不去除相鄰的Si層需要在小于0.3 eV的范圍內(nèi)的能量調(diào)諧。

真正精確的選擇性刻蝕需要先進的高分辨率能量調(diào)諧作為系統(tǒng)設計的基本部分。這種能力遠遠超過了傳統(tǒng)“塊狀”刻蝕方法所支持的性能水平。此外，它需要增加步驟、工藝和腔室的復雜組合，以滿足原子層精度的嚴格要求，這是泛林集團選擇性刻蝕產(chǎn)品設計的核心。

新材料推動了對高分辨率能量調(diào)諧的需求

Argos、Prevos和Selis選擇性刻蝕提升到新的水平

泛林集團全新的精密選擇性刻蝕和表面處理設備組合有望加速芯片制造商的3D邏輯和存儲路線圖，這是半導體行業(yè)一次重大的進化式飛躍。

· Argos能提供革命性全新選擇性表面處理方式，其創(chuàng)新的MARS?（亞穩(wěn)態(tài)活性自由基源）可以產(chǎn)生非常溫和的自由基等離子體，這是先進邏輯應用中高度選擇性表面改性所必需的。

· Prevos采用化學蒸汽反應器，用于極低能量下高精度的選擇性刻蝕。泛林集團開發(fā)了一種全新專有化學催化劑，專門用于要求極高選擇性的應用，如天然氧化物突破、精密修整和凹槽。

· Selis通過使用低能量自由基源控制等離子體，將能量調(diào)諧提升到一個全新的水平。它還具有極低的能量處理模式，專為選擇性必須超高的極端應用而設計，例如對于形成GAA結構非常關鍵的SiGe選擇性刻蝕步驟。這個過程十分精確，Selis可以在不損壞關鍵硅層的前提下刻蝕SiGe層。

通過協(xié)作實現(xiàn)更大的創(chuàng)新

為了支持客戶的3D路線圖，我們需要在源技術、化學成分、材料科學和其他重要的腔室硬件設計方面進行大膽的新開發(fā)。我為泛林集團的團隊感到非常自豪，他們讓這些產(chǎn)品成為現(xiàn)實，其中包括一些頂級的技術專家，他們專注于開發(fā)源技術和顛覆性的腔室硬件設計；一群出色的化學家，他們致力于開發(fā)新的化學成分，以支持我們在刻蝕工藝和表面處理方面的創(chuàng)新方法。通過與客戶、技術專家和產(chǎn)品團隊的合作，他們已經(jīng)在選擇性刻蝕創(chuàng)新方面實現(xiàn)突破，這將使世界領先的芯片制造商得以提供下一代3D邏輯和存儲設備。