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[芯片]全球冲刺3nm芯片：最烧钱的技术战！100亿美元起( 四 )


薄膜沉积是指在硅片衬底上生成特定功能薄膜层的工艺 ， 所沉积的薄膜可以是导体、绝缘材料或半导体材料 。
刻蚀机通过干刻蚀（用等离子体进行薄膜刻蚀）及湿蚀刻（液体腐蚀）的方法 ， 根据印上去的图案刻蚀掉有图案（或没有图案）的部分 ， 留下剩余的部分 ， 芯片图案又从光刻胶涂层转移到了硅片上 。
▲刻蚀原理简示
当今的芯片使用各种原子级加工工具生产 。
原子层沉积（ALD）技术可将材料以单原子膜形式一层一层的镀在衬底表面 ， 一次只能沉积一层 。 原子层刻蚀（ALE）技术是一种用于精密去除目标材料层的工艺 。 ALD和ALE均用于逻辑和存储器 。
业界正在为3nm及更先进节点开发ALD和ALE的高级版本 。
区域选择性沉积是一种先进的自对准图案化技术 ， 将新颖的化学方法与ALD或分子层沉积（MLD）工具结合在一起 ， 涉及在精确位置沉积材料和膜的过程 ， 可减少流程中的光刻和刻蚀步骤 。
从理论上讲 ， 选择性沉积可用于在金属上沉积金属 ， 在器件上的电介质上沉积电介质 。 不过目前区域选择性沉积仍存在一系列挑战 ， 还在持续研发中 。
▲ALD区域选择性沉积Al2O3原理图
对于在低纳米节点上开发的芯片 ， 主要问题有器件的选择性增长、去除特定材料等 。
因此 ， 可以通过某种刻蚀去除出现在芯片中的异常现象 ， 但晶圆上残留的任何材料都可能引起其他问题 ， 例如掩膜堵塞 。
业界一直在将嵌段共聚物视为生产这些紧密图案化表面的一种方式 。 嵌段共聚物将多种性质不同的聚合物链段连在一起 ， 制备成一种特殊的线型聚合物 ， 得到性能更为优越的功能聚合物材料 。
过去 ， 大部分商业努力都集中在无机材料上 ， 无机材料比有机材料更致密、更薄 。 但随着越来越多的有机材料进入制造过程 ， 仅适用于无机薄膜的ALD和ALE技术就不够用了 。
分子层沉积（MLD）、分子层刻蚀（MLE）和ALD、ALE的方法类似 ， 但和ALD和ALE不同的是 ， MLD和MLE也能用于产生和去除有机薄膜 。
这种刻蚀技术可以选择性去除MLD层 ， 而不会影响到附近的ALD层 ， 为精确控制纳米级材料的几何形状打开了一扇新的大门 。
▲先进制程设备布局
五、拒绝芯片瑕疵！卡住质量防线的检测在芯片进入量产前 ， 还需使用各种系统来查找芯片中的缺陷 ， 也就是对芯片进行检测 。
晶圆检测分为两类：光学和电子束 。 光学检查工具速度快 ， 但分辨率受限；电子束检测工具分辨率更好 ， 但速度偏慢 。
因此 ， Applied Materials、KLA、ASML等公司均在开发多光束电子束检测系统 ， 理论上来说 ， 它能以较高的速度发现最困难的缺陷 。 ASML即开发了一种具有9条光束的电子束检测工具 。
▲ASML多光束晶圆检测方法
不过芯片制造商希望使用具有更多光束的工具来加快检测过程 。 这项技术目前尚且面临不少挑战 。
芯片制造商还使用各种量测系统来测量芯片内的结构 。 其中微距量测扫描式电子显微镜（CD-SEM）进行自上而下的量测 ， 光学CD系统使用偏振光来表征结构 。
十年前 ， 许多人认为CD-SEM和OCD会走到尽头 ， 因此加快了几种新型量测技术的开发 ， 包括称为临界尺寸小角X射线散射（CD-SAXS）的X射线量测技术 。
CD-SAXS是一种无损量测技术 ， 使用小光束尺寸的可变角度透射散射来提供量测结果 ， X射线的波长小于0.1nm 。 其优点是能在于小波长能提供更高的分辨率 ， 避免了OCD所具有的许多参数相关性问题 ， 并且计算更加简单 。
但在在某些情况下 ， X射线是由R＆D设施中的大型同步加速器存储环产生的 ， 这对晶圆厂来说很不切实际 。
对于Fab工具 ， CD-SAXS需要紧凑的X射线源 。 三星 ， 台积电等公司在实验室中均有CD-SAXS工具 。
基于晶圆厂的CD-SAXS的问题在于X射线源有限且速度慢 ， 会影响吞吐量 。 另外据VLSI研究公司总裁Risto Puhakka介绍 ， 其成本也是一个问题 ， “可能贵5倍或10倍” 。


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