在干法刻蚀中，由于与气体分子的碰撞和其他随机热效应，加速离子的轨迹是不均匀且不垂直的（图1）。这会对刻蚀结果有所影响，因为晶圆上任何一点的刻蚀速率将根据大体积腔室可见的立体角和该角度范围内的离子通量而变化。这些不均匀且特征相关的刻蚀速率使半导体工艺设计过程中刻蚀配方的研发愈发复杂。在本文中，我们将论述如何通过在SEMulator3D®中使用可视性刻蚀建模来弥补干法刻蚀这一方面的不足。
图1a：中性气体在腔室内随机流动的二维展示。气体的行进角度在图中描绘的所有方向上均等分布（图1a）。图1b：显示了带正电的离子和一个带负电的晶圆。离子会因电场而向下加速；然而，由于随机热效应和与其他离子或气体分子的碰撞，完美垂直轨迹无法实现。角速度分布可以近似为高斯函数（图1b）。
角相关刻蚀
确定材料刻蚀速率(ER)最简单的方法是在实际刻蚀前后测量晶圆的材料厚度。在刻蚀过程中使用平面晶圆可确保局部区域内的所有位置具有相同的张角和离子通量，这将带来可测量的统一刻蚀速率（图2a）。由于不同的刻蚀角度和不断变化的离子通量，在特征相关的刻蚀过程、例如沟槽和硬掩膜刻蚀中，确定该刻蚀速率是不可能的。SEMulator3D能够使用其“多刻蚀”功能模拟此类刻蚀。该软件可测量任意给定点的可见立体角并计算与该立体角范围内离子通量成比例的常态刻蚀量（图2c）。入射角的离子通量分布被假定为具有标准差的高斯分布。
图2a：在平面晶圆表面，每个位置(A、B、C、D)完全暴露在腔室中（开口角为180°），并且接收各个方向的全部离子通量。图2b：在凹坑和沟槽(E、F)底部，腔室视线内的角度范围减小。刻蚀速率可以表示为角度范围内的分布积分（垂直线之间曲线下的阴影区域）。
刻蚀配方剖析
给定刻蚀腔室设置（射频功率和压力设置）的离子角分散可以凭经验用延时刻蚀样品的扫描电镜(SEM)图像确定，随后可以在SEMulator3D中模拟出虚拟腔室内的“虚拟”结构。虚拟实验设计可以在此模型中运行——通过改变角分散，直到虚拟刻蚀建模结果与实际SEM图像轮廓相匹配。图3展示的是，在SEMulator3D中将刻蚀样品的虚拟延时SEM与几个不同厚度的模型进行了比较，显示不同角分散值下的刻蚀形状和深度。SEMulator3D中的厚度设置说明的是在大体积腔室具有完全可视性的区域内理论上最大的材料去除。该设置将与实际刻蚀腔室中样品上的最大离子通量成比例。与实际刻蚀配方最匹配的模拟设置将在每个成比增加的厚度和时间上都具有与SEM图像相匹配的模拟轮廓（3D模拟图像）。开发与相应的实际刻蚀配方相匹配的模拟配方具有重大价值，它可用于预测样品的刻蚀时间演变，并使工艺探索期间在其他应用和结构中使用虚拟刻蚀模型成为可能。
图3：模拟实验设计与延时SEM的比较。模拟实验设计使用了恒定刻蚀量和不同的角分散（高斯分布的标准差），进行模拟并显示增量材料删除步骤失效。右侧的直方图说明了角度分布与软件中数值设置的相关性（不按比例）。刻蚀工艺的实际角分散是通过找到与刻蚀轮廓最匹配的模拟实验设计结果来确定的。
使用剖面配方优化 SADP 样品
作为SEMulator3D中可视性刻蚀的示例，我们将使用剖面的二氧化硅 (SiO2)和氮化硅 (SiN) 刻蚀工艺模型来确定确保SADP柱孔关键尺寸的均匀性所需的最佳原子层沉积 (ALD) 厚度（见图4）。该样品由50nm SiN层和100nm高的碳芯轴组成，芯轴直径20nm，水平间距80nm。最终目标是使用SADP创建一个40nm间距的孔阵列。此剖面SiN / SiO2刻蚀的角分散为0.08，对所有异物的选择比为0.3。使用ALD形成的孔不对称形状呈现为带有圆形开口的菱形，与在芯轴上形成的圆柱形孔形成对比。由于此菱形孔的大小可以通过ALD进行调整，我们需要确定ALD的临界厚度，刻蚀过程中这一厚度的ALD下进入此菱形孔区域的离子总量与进入圆柱区域的离子总量相等，这将带来相等的刻蚀深度和形状。
图4：孔阵列上的菱形SADP，芯轴直径20nm，水平间距80nm。处于扩张的向外沉积形成了孔，这些孔又形成菱形并具有圆形开口。使用剖面SiO2刻蚀，可以探索不同ALD厚度刻蚀孔的形状。
SEMulator3D中可以通过ALD厚度实验设计确定这一最佳厚度。该模拟的结果如图5所示，刻蚀自上而下的形状和底部横截面也可见。随着ALD厚度的增加，SiN /基底界面处的孔形状从方形变为圆形，并且逐渐变小。在足够的ALD厚度下，菱形孔的尖端可视度有限，这会导致较低的刻蚀速率且刻蚀保持圆形。在23.5nm的ALD厚度下得到了此次剖面SiO2和SiN刻蚀工艺最均匀的孔形状。
结论
SEMulator3D中可视刻蚀特征提供了一种模拟与现实刻蚀腔室接近的刻蚀速率的方法。SEMulator3D可视性刻蚀设置，例如角分散和选择比，可以与延时SEM图像进行比较，以验证工艺模型。之后，该工艺模型可以用来探索刻蚀配方变化对不同结构和不同刻蚀次数的影响，免去实际晶圆制造和测试的时间和成本。
责编：Demi
-
微信扫一扫
一键转发 -
最前沿的电子设计资讯
请关注“电子技术设计微信公众号”
- AMD CEO苏姿丰正造访台湾，涉及台积电3纳米芯片制造技术 AMD首席执行官苏姿丰 (Lisa Su) 博士目前正在中国台湾进行访问。苏博士此行将涉及台积电的3纳米芯片制造技术。
- 芯片工程师平均月薪2.6万元，持续处于高薪职业首位 近日，智联招聘发布2023年二季度《中国企业招聘薪酬报告》，展示国内38个核心城市企业的招聘薪酬水平。从行业招聘薪酬同比增速来看，电子技术/半导体/集成电路行业薪资进一步上涨，同比增长5.9%，增速最高。
- 华为有望量产国产5G芯片，初期良品率可能低于50% 多家研究机构分析指出，华为可以利用自身在半导体设计工具方面的突破，通过与中芯国际合作量产5G芯片。华为将有可能采用中芯国际的N+1制造工艺，属于7nm级生产节点，不过，根据知情人士透露，由于生产初期良品率可能低于50%，出货量将受到一定限制。
- 高端晶圆激光切割设备实现核心部件100%国产 激光对于确保半导体芯片的性能起着重要作用。晶圆是芯片的母体，其切割和分离的精度将影响芯片性能和成本，传统的机械切割或激光切割会产生热影响和崩边，从而降低芯片质量。传统激光在10微米左右，经一年努力，华工科技半导体晶圆切割技术成功实现升级，热影响降为0，崩边尺寸降至5微米以内，切割线宽可做到10微米以内。
- 谷歌Tensor芯片未来完全自行设计，并改用台积电3nm工艺 据EDN电子技术设计引援外媒消息报道，谷歌计划放弃三星作为代工合作伙伴，转而使用台积电3nm工艺生产其自主设计的 Tensor 芯片组，或将与高通和联发科等公司采用的相同技术。据称该芯片组将于两年后推出。
- 新的可重构晶体管 人们正在寻找新材料、元件和电路。隆德大学在 III-V 材料（硅的替代品）领域处于世界领先地位。这些材料在高频技术（例如未来 6G 和 7G 网络部件）、光学应用和日益节能的电子元件的开发方面具有巨大潜力。瑞典隆德大学的研究人员已经展示了如何创造新的可重构晶体管，并在一个新的、更精确的水平上施加控制。
- 2022年台积电CEO魏哲家的收入是普通工人的276倍 台积电（TSMC）在上周（7月1日）发布了永续报告书（可持续发展报告），不仅公布了2022年的业绩绩效，专利申请情况，还公布了其毕业生和直接劳工的平均薪酬统计数据。
- 东京大学最新堆叠技术“BBCube 3D”：有潜力实现每秒1.6 这种创新的堆叠架构被命名为“BBCube 3D”，它实现了比最先进的内存技术更高的数据带宽，同时还最大限度地减少了能耗。
- 索尔维将携先进材料解决方案亮相2023 SEMICON CHINA 丰富的高性能特种聚合物和化学品，满足制造商在半导体工艺中的各种需求。
- 台积电每块2纳米晶圆售价25,000美元，但对苹果有折扣 台积电每片 N3 晶圆的平均售价为19,865美元，较2020年每片N5晶圆13,495美元的平均售价大幅上涨。分析师预测，与N3相比，台积电的N2将带来性能、功耗和晶体管密度的改进，但需要额外的资金。 SeekingAlpha认为，这家半导体合约制造商在 2025 年下半年开始量产时，每片N2晶圆的收费将达到 24,570 美元，比N3上涨近25%。
- iPhone 15 Pro上的A17仿生芯片与iPhone 16上的A17仿生 标准机型预计配备今年的A16 Bionic芯片，而iPhone 15 Pro机型将配备基于台积电3nm工艺的改进型 A17 Bionic 芯片，今年备货的iPhone15 pro与iPhone15 pro max 采用的A17 是N3B 工艺，而明年的 iPhone 机型将采用基于台积电N3E架构的低效版本。
- 麦德美爱法中国电子应用中心盛大开幕 麦德美爱法是领先全球的电子集成解决方案供应商。2023年6月2日，中国电子应用中心（China Electronics Applications Centre）盛大启动典礼于上海浦东新区公司圆满举办。
- 激发未来小小女工程师对STEM课程的兴趣，对工程界至关重要 泰克科技组合软件总经理Rick Khulman: “激发孩子们——尤其是女孩们对STEM的兴趣，对我本人乃至广大工程界
- 数据闭环——自动驾驶下半场的“入场券” 自动驾驶战争的上半场拼的是硬件和算法，下半场拼的则是数据和将数据点石成金的能力，即数据闭环能力。
- Nothing Ear（2）真无线降噪耳机拆解 在2023年3月，Nothing正式发布了全新迭代产品——Nothing Ear（2）真无线降噪耳机，在外观方面延续了家族式的透明元
- 小米Sound Move智能音箱拆解 Xiaomi Sound Move搭载4单元，采用双对称立体声学结构设计，通过高解析力双扬声器和双被动辐射器，经由小米声学金
- 射频传输线基础 今天大家一起学习一下射频传输线基础这篇讲义
- 奔驰半年成绩单：让赚钱变得更优雅！ 2023年上半年，梅赛德斯-奔驰集团呈现出强劲的财务表现和业务增长。本文详述各方面的具体表现。
- 自动驾驶对动力系统的影响 7月13日，由中国汽车工程学会、青岛市工业和信息化局主办，中汽翰思管理咨询公司协办的第十五届汽车动力系统技
- 红配绿，黑与白？什么样的配色才能俘获审稿人的芳心？ 好的科研绘图配色令人印象深刻，也能更准确地传递数据信息，今天小编就带大家看一下怎样去选择最适合自己数据，能
- AP AUTOSAR设计思想及原理 本文给大家分享一下在 AP AUTOSAR 里面我们怎么样去做一个设计，整个 AP 的设计思想及原理。
- 多合一电驱动系统设计和挑战 7月13日，由中国汽车工程学会等主办的第十五届汽车动力系统技术年会（TMC2023）在青岛举行。会上许多公司展示了引
- 电动化降价，智能化收费：未来汽车的双重变革 从2023年开始，价格战的阴影一直笼罩在汽车行业上面，“卷”是进行时，但是怎么”卷”出来是所有人考虑的问题。
- 宝华韦健TWS耳机PI7 S2评测 全新一代 Pi7 S2 的体验如何？耳机在保持上代经典「英伦风」的同时，又能带来哪些新体验呢？下面，就让我爱音频网带
- 瑞萨电子MCU和MPU产品线将支持Microsoft Visual Studio Code 客户现可以在VS Code中设计和调试瑞萨嵌入式处理器的软件，与瑞萨自有e2 Studio IDE相辅相成
- 逐点半导体IRX游戏体验品牌正式上线 从移动视觉处理方案到特定游戏调优，推动手游体验迈向新的征程
- 大联大世平集团推出基于onsemi产品的电动汽车（EV）充电桩方案 大联大控股宣布，其旗下世平推出基于安森美（onsemi）NTBG022N120M3S和NCD57084产品的电动汽车（EV）充电桩方案。
- 意法半导体发布创新红外传感器，提升楼宇自动化的人员存在和移动检 带有微加工热敏晶体管的高集成度、超低功耗传感器可取代传统的被动红外探测器
- 比科奇介绍其打造更加智能移动通信基础设施新愿景 比科奇在MWC上海世界移动通信大会期间介绍了其在引入人工智能（AI）等技术打造更加智能的移动通信基础设施方向
- WiSA E开发套件开始向全球发货，旨在统一非Sonos音频市场 面向中国、韩国、日本和美国的各大品牌发货
- 安森美和麦格纳签署战略合作协议，投资碳化硅生产以满足日益增长的 麦格纳将在其主驱逆变器方案中集成安森美的EliteSiC以增加电动汽车的续航里程和能效
- 小尺寸大功率Harwin连接器子系列可从360° EMC后壳中受益 Harwin公司宣布其Kona大功率连接器子系列现已推出带后壳的产品。
- Arm 扩大开源合作伙伴关系，加强投入开放协作 Arm 和我们的生态系统的关键信念之一是与开源社区合作，共创一个高度发达的 Arm 架构，使软件的落地更加稳定，从
- WiSA推出两款功能强大的新工具，用于实现、管理和测试WiSA技术支持 新工具可为客户提供全面支持，助其开发和制造采用WiSA E和WiSA DS设计、用于多声道音频的产品
- 艾迈斯欧司朗推出智能多像素EVIYOS 2.0 LED，适用于高精度自适应 EVIYOS 2.0具备高分辨率、完全防眩智能远光功能，在远光模式下自动降低眩光；EVIYOS 2.0将图像和安全警示投射
- 全新Arm IP Explorer平台助力SoC架构师与设计厂商加速IP选择 Arm推出全新Arm IP Explorer平台
