芯片刻蝕，迎來鉅變 - asiasworldcity.hk

「香港飛龍」標誌

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如果您希望可以時常見面，歡迎標星收藏哦~想象一下，嘗試在指甲大小的塊體上雕刻出一箇微小而複雜的雕塑，一遍又一遍，數十億次，幾乎沒有出錯的餘地。芯片製造商在硅片上蝕刻複雜的圖案，製造出驅動我們周圍大多數電子設備和技術的半導體，正是如此。隨着我們要求更小的設備擁有更高的功率和速度，以極高的精度雕刻這些圖案的需求變得越來越迫切，也越來越具有挑戰性。爲了滿足半導體生產日益增長的精度標準，一箇研究團隊最近推出了一項名爲 DirectDrive 的突破性技術，該技術爲製造計算機芯片的等離子蝕刻工藝帶來了前所未有的精度。這項創新有望支持下一代電子產品的開發，尤其是用於人工智能系統、需要高度緊湊和超高速電路的電子產品。從廚房到實驗室DirectDrive 並非一週或一箇月研究的成果，而是耗時 20 年才成型。早在 2006 年，加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 工程師 Patrick Pribyl 就提出了一箇想法，即在芯片製造蝕刻過程中更好地控制等離子體。Pribyl 設計了一種裝置，可以快速切換驅動等離子體的射頻 (RF) 能量，從而實現更精細的蝕刻控制。爲了測試他的想法，他還在自家廚房裏搭建了一箇射頻切換系統的早期版本，雖然粗糙，但可以正常工作。然而，儘管這種方法前景光明，但企業尚未準備好採用。其背後的科學原理尚不成熟，將廚房實驗轉化爲可靠的工業技術需要多年的努力。但普里比爾並不打算放棄。他與另一位加州大學洛杉磯分校的物理學家沃爾特·格克爾曼（Walter Gekelman）合作。兩人共同籌集了資金，並安排了足夠的設備，繼續研究射頻開關係統。與此同時，其他幾位科學家也加入了這項耗時十年的研究。最初的廚房原型2015年，他們共同獲得了美國國家科學基金會（NSF）的“全球等離子激光成像”（GOALI）項目資助，用於開展這項研究。Pribyl 和他的團隊在接下來的十年裏，一直致力於研究激光和定製裝置。他們測量了離子在等離子體脈衝下的行爲，並注意到其各種特性（與運動和密度有關）的變化。他們使用與Wi-Fi和手機等設備相同的射頻能量，但功率更高，來控制等離子體。“我們很早就意識到了這一點對於工業界的重要性，” Gekelman表示，他們相信這種新方法一旦推向市場就能取得巨大成功。製造更先進芯片的限制因素是納米級電子元件能夠可靠蝕刻到何種最小尺寸才能正常工作。更快、更強大的芯片需要更微小、更復雜的結構。Pribyl 方法的關鍵在於一種簡化的流程，即快速切換（或“脈衝”）射頻電能，從而在半導體蝕刻機內產生並驅動等離子體。在相對較低的功率下，射頻能量（通常稱爲“RF”能量）可以無線傳輸短信和流媒體電影等數據。在更高的功率下，它可以產生帶電物質，即等離子體。RF 能量通常用於部分電離蝕刻機內的化學混合物，使其從氣態轉變爲等離子體。等離子體中的帶電粒子隨後降落到硅片上，侵蝕芯片上那些精心設計的未被遮蔽的區域，留下複雜而微小的電路。爲了理解射頻能量切換在半導體蝕刻中的作用，想象一下一位雕塑家在雕刻一塊大理石時，需要在不同形狀和尺寸的鑿子之間切換。雕塑家可能會用某種鑿子鑿掉大塊大理石，然後換用另一種鑿子雕刻出精緻的細節。同樣，用於在蝕刻機內產生等離子體的射頻能量必須定期停止、啓動和切換，以控制等離子體的功率和蝕刻深度。與雕塑家在想要切換工具時只需停止敲鑿即可完成不同，等離子體會持續“鑿”硅幾秒鐘，同時射頻能量會機械地切換到不同的功率水平。然而，快速切換方法可以在 50 微秒內打開或關閉電源——不到之前所需時間的萬分之一。以前，等離子工藝中不同功率等級之間的切換耗時過長，導致結果不精確。Pribyl 的方法（現稱爲 DirectDrive）可以在短短 50 微秒內完成這些切換，比以前快了數萬倍。具體而言，DirectDrive 技術每秒快速脈衝射頻能量數千次，從而可以更精確地控制等離子體，從而可靠地蝕刻更小的電子元件。實際上，在採用脈衝等離子體技術後，他們的蝕刻工藝得到了顯著改進。他們最終的成果遭到了質疑。“他們說‘這不可能’，”Pribyl 回憶起業內其他人最初的反應。“這簡直讓整個半導體界都震驚了，這竟然真的可以做到。”從實驗室到工廠車間然而，這一突破並非一蹴而就。與許多科學項目一樣，它耗費了數年艱苦的實驗和實驗室的精確測量。“本質上，我們所做的就是設計實驗並進行測量，”格克爾曼說。Pribyl 還補充道：“我們能做的比工廠車間更好。”格克爾曼和Pribyl 等人在加州大學洛杉磯分校的實驗室裏花了近 10 年時間，使用激光和定製的探測器觀察脈衝等離子體中離子的複雜 3D 運動，以及密度、溫度、電場和磁場等特性。“我們還測量了離子的運動速度，”格克爾曼說，“它們是垂直向下移動，還是稍微向側面移動，以及它們撞擊晶圓的角度在晶圓上各處是否一致。”他們詳盡的測量使人們對等離子體的基本性質有了更全面的瞭解，併爲將脈衝等離子體工藝規模化到工業水平提供了嚴謹的科學基礎。Gekelman 和 Pribyl 在密歇根大學的合作者們進一步做出了貢獻，他們利用計算機建模模擬了等離子體在加州大學洛杉磯分校實驗室無法直接觀察到的機器區域的行爲。“除了這些成果和突破能讓我們重新認識自然、奠定新技術的基礎之外，這類實驗室還能吸引和培養能夠用自己的創意推動美國產業發展的科學家和工程師，”美國國家科學基金會等離子體物理項目主任維亞切斯拉夫·盧金（Slava Lukin）說道。“這些實驗室的學生往往在開始撰寫博士論文之前就被產業界錄用了。”據介紹，這項技術目前超越了現有技術，能夠以埃級精度蝕刻更小、更密集和 3D 的半導體器件（從角度來看，單個氫原子的寬度約爲一埃）。而基於這個技術的最新等離子刻蝕設備，用於在芯片製造廠一塵不染的潔淨室中快速生產先進的電路。作爲業界首款固態等離子源，該技術的等離子體響應速度比以前的等離子體源快 100 倍，從而減少了 EUV 圖案缺陷。也正是得益於這項技術的加持，能支持環柵 (GAA) 晶體管、6F 2 DRAM 和 3D NAND 器件的微縮，並可擴展至 4F 2 DRAM、互補場效應晶體管和 3D DRAM。這些器件需要極具挑戰性的關鍵蝕刻步驟和精確的極紫外 (EUV) 光刻圖案，才能形成複雜的 3D 結構。爲了創建具有更高縱橫比的微小特徵，需要達到埃級精度，這超出了目前主流等離子蝕刻技術的能力。正如一位研究者所說，半導體技術的每一次變革背後都有多年的發展和多年的科學研究作爲後盾。https://www.yahoo.com/news/20-years-research-directdrive-plasma-161302527.html?guccounter=1https://www.nsf.gov/science-matters/now-factory-floors-ultra-precise-chip-etching-technologyhttps://investor.lamresearch.com/2025-02-19-Lam-Research-Unveils-Industrys-Most-Advanced-Conductor-Etch-Technology-to-Date半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4040期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時專業原創深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦

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