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IMEC实现极紫外光刻单次曝光工艺极限突破
2018-03-01


[据物理学组织网站2018226日报道] 比利时微电子研究中心(IMEC)是世界顶尖的微纳电子和数字技术研究和创新中心。近年来,IMEC一直致力于发展和推进极紫外(EUV)光刻技术,尤其关注5纳米技术节点(N5)逻辑集成电路制造中用以形成金属互联层和高密度孔阵列的极紫外光刻单次曝光技术的研究。为在上述维度实现极紫外光刻单次曝光技术的实际应用,IMEC对材料、计量、设计规格、后处理等与之密切相关的技术进行了协同优化,并对极紫外光刻关键工艺过程进行了深入的理论研究。研究结果将在本周的2018年国际光学工程学会先进光刻技术大会上发布,旨在对近期逻辑和内存集成电路制造技术节点技术发展路线图和晶圆成本产生重要影响。



随着业界极紫外光刻基础设备制造技术的显著改善,极紫外光刻在晶圆代工厂大批量生产中找到了首个应用切入点,预计将会被首先应用于7纳米技术节点(N7)逻辑集成电路制造关键的后端金属层工艺和通孔层工艺中,以实现36纳米~40纳米的金属互联线节距。IMEC的研究主要聚焦极紫外光刻的下一个技术节点即光刻节距不大于32纳米的技术节点,这需要考虑各种可能的图形化方案。这些方案在复杂程度、晶圆成本和时间收益率等方面存在着差异,包括极紫外光刻多重曝光、极紫外光刻和浸润式光刻混合多重曝光、极紫外光刻单次曝光等方案。今年,IMEC及其合作者在极紫外单次曝光技术方面获得了重大进展。



IMEC的方案是对各种光刻技术进行协同优化,包括抗蚀剂材料、堆栈和后处理、计量、计算光刻和设计技术协同优化、极紫外光刻抗蚀剂反应机理和随机性效应研究等。基于这种综合性研究方案,IMEC5纳米技术节点逻辑电路制造过程中的极紫外应用研究已经取得了重要的进展,如将极紫外光刻用于32纳米节距M2金属互联层工艺和36纳米节距接触孔阵列制造工艺的两个实验案例均得到了较好的初始电性测试结果。



IMEC与众多材料供应商进行合作,对不同的抗蚀剂材料使用方案进行了评估,涉及的抗蚀剂类型包括化学增强型抗蚀剂、金属掺杂抗蚀剂、感光抗蚀剂等。研究人员特别关注的是对抗蚀剂粗糙度和纳米桥接、断线或接触孔缺失等由极紫外图形化工艺随机性引起的纳米级失效原理的研究。当前,正是由于这些随机性失效状况的发生限制了单次曝光极紫外光刻的最小尺度。在此基础上,IMEC对随机性过程进行了深入的研究,并对与失效状况发生相关的主要因素进行了确定。此外,IMEC还采用了不同的计量技术和综合性方案对随机性失效过程的实际情况进行了准确描述。IMEC将对以上工作情况进行汇报,并展示各种先进抗蚀剂材料使用方案在金属互联层和接触孔阵列制造过程中的性能优势。



由于单靠在抗蚀剂材料应用方面所取得的进展还不足以满足要求,IMEC还尝试将光罩、薄膜堆叠、极紫外曝光和蚀刻等技术协同优化为一个整合的工艺流程来实现结构的完整图形化。要实现这一目的需要计算光刻技术的支持,如光学临近效应校正(OPC)和源光罩优化(SMO)等,并借助设计技术的协同优化来缩小标准库单元区域的面积。最后,IMEC在以蚀刻技术为基础的后期处理技术方面也获得了令人鼓舞的结果。先进的后期处理技术可以保证在在光刻步骤之后得到平滑的图形。对这些重要技术的协同优化是实现图形优化和边缘放置误差(EPE)控制的关键所在。



研究人员指出,当前所取得的这些进展意义重大。这些技术进步,有望使更小维度的极紫外光刻单次曝光成为现实,将对未来集成电路制造技术节点图形化工艺的成本效益产生深远的影响。(工业和信息化部电子第一研究所  李铁成)



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