Verdict結論
ALE與RIE最大的差異在於「能否藉由自我限制反應以原子層為單位進行控制」。ALE交替重複表面改質步驟與離子移除步驟,可達到0.1~數Å/循環的原子層級控制,並藉由自我限制特性獲得高選擇比,且使用低能量離子,損傷也能壓低。RIE以電漿連續蝕刻,速度快、產能高,但高能量離子容易對底層造成損傷。
主要差異
| 比較項目 | 原子層蝕刻(ALE) | 電漿蝕刻(RIE) |
|---|---|---|
| 蝕刻控制單位 | 原子層~數Å/循環(自我限制反應) | 連續蝕刻(以蝕刻速率控制) |
| 蝕刻精度 | 極高(原子層級的均勻性) | 精度低於ALE,但速度快、產能高 |
| 選擇比(對底層材料的影響) | 容易實現高選擇比(因自我限制而停止) | 部分材料難以確保選擇比 |
| 電漿損傷 | 使用低能量離子,損傷少 | 高能量離子容易對底層造成損傷 |
| 產能(處理速度) | 慢(需要多次循環) | 快(連續蝕刻,產能高) |
| 設備成本・複雜度 | 高(需要精密的氣體切換與控制) | 設備成熟,成本已最佳化 |
| 主要應用位置 | GAA奈米片釋放、EUV圖案修正、FinFET輪廓修整 | 溝槽、接觸窗、閘極堆疊、通孔形成等全面應用 |
| 主要設備廠商 | 科林研發(EOS・Vector ALE)、東京威力科創、應用材料 | 科林研發、東京威力科創(Tactras)、應用材料、日立高新技術 |
GAA奈米片製造為何必須使用ALE
在GAA(閘極全環)電晶體的奈米片通道形成中,需要從Si/SiGe疊層膜中選擇性移除SiGe、使矽奈米片釋出的「奈米片釋放」製程。此製程必須以原子層為單位僅選擇性移除SiGe,並將對矽通道的損傷降到最低。連續電漿蝕刻難以確保選擇比,因此採用ALE(尤其是熱ALE)。在台積電N2、Intel 18A、三星3GAE之後採用GAA的節點中,ALE已成為標準製程。
EUV圖案修整與ALE的組合
EUV曝光後的光阻圖案含有線邊緣粗糙度(LER)、線寬粗糙度(LWR)等尺寸變異。以ALE(尤其是等向性ALE)將光阻圖案均勻削去數Å,可使粗糙度平滑化並提高最終尺寸精度,此用途(Smoothing ALE)已經實用化。在High-NA EUV中,隨機性缺陷的影響增大,因此EUV後的ALE處理對確保圖案品質愈發重要。
常見問題
未來ALE會取代所有RIE蝕刻製程嗎?
一般認為不會。ALE適用於要求精度的特定製程(奈米片釋放、EUV後處理、閘極修整等),但由於產能低、成本高,在精度要求可容許的大部分製程中仍會繼續使用RIE。ALE與RIE的最佳組合,正是先進製程的設計重點。
熱ALE與電漿ALE有什麼不同?
熱ALE僅使用熱能,透過化學吸附與熱脫附進行原子層移除。其電漿損傷為零、選擇比高,但處理溫度高、製程設計較複雜。電漿ALE使用電漿離子與自由基,可適用於更廣的材料與溫度範圍。GAA的SiGe釋放多採用熱ALE。
科林研發與應用材料,哪一家在蝕刻設備市場居領先地位?
蝕刻設備市場由科林研發以全球45~50%的市占率領先,在ALE設備方面也居先。應用材料的強項在於薄膜沉積(CVD、ALD、PVD),而非蝕刻。東京威力科創(TEL)以亞洲市場為中心具有強大影響力,並以Tactras系列等持續擴大市占率。