通过高选择性蚀刻，专用蚀刻工具在 IC 生产过程中去除或蚀刻掉微小芯片结构中的材料。此外，这些高选择性蚀刻工具能够在任何方向（各向同性）去除材料，而不会损坏器件的其他部分。在某些情况下，高选择性蚀刻工具也可以在一个方向（各向异性）去除材料。今天，一些现有的蚀刻工具可以在一定程度上进行选择性蚀刻，但它们在这方面的能力有限，无法在高级节点上创建新的器件结构。
蚀刻是晶圆厂中必不可少的工艺。在一个简单的工艺流程中，系统将二氧化硅材料沉积在晶圆上。然后，光刻系统在晶圆上每个裸片的材料上形成微小特征图案，蚀刻工具去除每个裸片上不需要的材料，以创建各种结构，以达到埃级精度 (1Å = 0.1nm) 的目标。
基本上，先进的蚀刻工具是一个带有腔室的独立系统。在操作中，将晶片插入腔室中。在一种类型的蚀刻中，等离子体（一种电离气体）在腔室中产生。“首先，我们制造等离子体。电子撞击气体分子。这会产生离子和更多的电子。它们还会产生自由基。自由基成为在等离子体蚀刻系统中进行化学蚀刻的物质。这些自由基扩散到晶片表面。它可能会与一种材料发生反应，但不会与另一种材料发生反应。
并非所有芯片工艺都需要高度选择性的蚀刻。在芯片生产中，许多蚀刻步骤很简单，并且使用现有的蚀刻工具。对于要求更高的芯片工艺，蚀刻供应商提供了涉及更复杂工具的各种选项。高选择性蚀刻就是这样一种选择。使用专有化学物质，具有这些功能的蚀刻工具可以去除目标材料，而无需修改或去除周围层。
在蚀刻过程中，腔室中的蚀刻剂（等离子体、气体/蒸汽、酸）轰击晶片。蚀刻物质对掩模材料的反应较慢，但与暴露的二氧化硅反应较快并去除。
“选择性蚀刻是指以 >1000:1 的极高选择性去除材料的过程，并且材料损失很小：<2Å 或一个单层原子。综上所述，正常的蚀刻选择性在 20:1 范围内，”Lam Research 产品营销总监 Ian Latchford 说。
尽管如此，越来越多的应用需要高度选择性的蚀刻。所有这些都需要具有复杂化学成分的专用且昂贵的选择性蚀刻工具。
蚀刻模式
从技术上讲，选择性蚀刻是一种应用，而不是一个单独的类别。它适用于湿蚀刻和干蚀刻类别。在所有情况下，目标都是在晶圆上进行具有良好均匀性的精确蚀刻。
溅射或离子束蚀刻是一个物理过程。在操作中，将芯片插入系统中。该工具以加速的速度产生离子，从而去除芯片中的材料。
每种蚀刻模式都有不同的属性，例如选择性和方向性。方向性涉及各向异性和各向同性蚀刻。
ALE 与选择性蚀刻
在 ALE 的一个示例中，晶片位于 ALE 系统的腔室中。第一步是在腔室的硅表面上注入氯气。氯分子被吸附在表面上，从而改变了表面。然后，将氩离子注入腔室，轰击表面并去除改性层。
有两种类型的 ALE——等离子和热。正在生产中的等离子 ALE 可实现各向异性蚀刻。仍在生根的热 ALE 使用热反应进行各向同性蚀刻。
“等离子或热 ALE 更多的是对蚀刻前沿的极端控制，而不是整体选择性，”Imec 的 Bézard 说。“有时它比传统的等离子蚀刻更好，有时它更糟。但选择性远低于高选择性蚀刻所需和实现的水平。”
此外，ALE 速度慢，各向同性能力有限。在某些情况下，ALE 可以对结构造成最小的损害。
无论应用程序如何，所有过程都具有挑战性。
应用
高选择性蚀刻有多种应用程序。例如，使用各向异性高选择性蚀刻形成自对准触点。在芯片中，触点是连接晶体管与器件中第一层铜互连的微小结构。
GAA 中使用了其他选择性蚀刻工艺。在 3nm和/或 2nm工艺节点，领先的代工厂及其客户最终将迁移到称为纳米片 FET 的 GAA 晶体管类型。纳米片 FET 是一种已旋转 90 度的 finFET，从而形成水平堆叠的鳍，每个鳍之间具有垂直栅极材料。每个鳍片都像一张纸，是一个通道。
结论
高选择性蚀刻是工具组合的重要补充。“这些解决方案使芯片制造商能够制造出功能越来越强大和复杂的芯片，这些芯片可以支持计算和性能密集型技术，例如自动驾驶汽车、先进的数字医疗保健和即将到来的元宇宙。
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