當(dāng)前，芯片制造已步入5納米節(jié)點(diǎn)，隨著集成電路不斷微縮，工藝技術(shù)面臨極大挑戰(zhàn)。

其中，原子層刻蝕工藝（atomic layer etching，ALE）成為近年重新興起的技術(shù)。ALE能夠?qū)⒖涛g精確到一個(gè)原子層（相當(dāng)于0． 4nm），要求刻蝕過(guò)程均勻地、逐個(gè)原子層地進(jìn)行，并停止在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間或位置，從而獲得極高的刻蝕選擇率。

ALE不僅具有極高的刻蝕選擇率，其刻蝕速事的微負(fù)載（Micoloadin）效應(yīng)也因?yàn)樽燥柡托?yīng)的保證而幾乎為零，不論在反應(yīng)快的部位和反應(yīng)慢的部位，每個(gè)周期僅完成一個(gè)原子層的刻蝕。另外，ALE所用到的等離子體相當(dāng)弱。有的甚至采用遠(yuǎn)程等離子體源，等離子體攜帶的紫外輻射和電荷量都很小，所以對(duì)器件的電學(xué)損傷非常小。

基于精確的刻蝕控制、良好的均勻性、小的負(fù)載效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，ALE也越來(lái)越受到重視而重新成為研究熱點(diǎn)。不過(guò)，ALE的應(yīng)用目前還處于初級(jí)階段，相應(yīng)的設(shè)備仍不成熟， 距離上述理想化的AIE應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

近日，美國(guó)能源部（DOE）的普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）則宣布加入工業(yè)界的努力以延長(zhǎng)這一過(guò)程并尋找新的技術(shù)來(lái)制造更強(qiáng)大、更高效和更經(jīng)濟(jì)的芯片。在跟全球芯片制造設(shè)備生產(chǎn)商Lam Research Corp．簽訂的合作研究與開發(fā)協(xié)議下進(jìn)行的第一項(xiàng)PPPL研究中，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家通過(guò)使用建模正確預(yù)測(cè)了原子級(jí)芯片生產(chǎn)中的一個(gè)基本階段。

其中，PPPL的科學(xué)家們則對(duì)ALE進(jìn)行了建模。這一過(guò)程可用于在硅片上的薄膜上蝕刻復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵尺寸比人的頭發(fā)還要細(xì)幾千倍。

PPPL的研究人員表示：“作為第一步，模擬結(jié)果基本上跟實(shí)驗(yàn)一致并可能導(dǎo)致對(duì)使用ALE進(jìn)行原子尺度蝕刻的理解的改進(jìn)。而這一切都始于建立我們對(duì)原子層蝕刻的基本理解。”他指出，理解的提高將使PPPL能調(diào)查諸如表面損傷的程度和ALE期間形成的粗糙度。

該模型模擬了依次使用氯氣和氬氣等離子體離子來(lái)控制原子尺度上的硅蝕刻過(guò)程。等離子體或電離氣體是一種由自由電子、帶正電的離子和中性分子組成的混合物。用于半導(dǎo)體設(shè)備加工的等離子體接近室溫，這跟核聚變實(shí)驗(yàn)中使用的超高溫等離子體相反。

Graves表示：“Lam Research的一個(gè)令人驚訝的經(jīng)驗(yàn)性發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)離子能量比我們開始時(shí)的能量高得多時(shí)，ALE過(guò)程會(huì)變得特別有效。因此，這將是我們下一步的模擬工作——看看我們是否能理解當(dāng)離子能量高得多時(shí)發(fā)生了什么及為什么它這么好。”