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?閃存光刻技術的新思路

2020-08-11
來源:半導體行業觀察

      當NAND閃存的半間距(half-pitch)達到20 nm時,非易失性存儲容量達到64 Gb 。到達14 nm 后,NAND閃存的半節距不再減少,現在更是已經進入了3D時代。但是,最近3D XPoint已在Optane平臺中發現了應用程序。用于圖案化構成這些存儲器的20 nm半節距線的光刻技術是另一個機會,可以查看行業中當前已知的光刻方法的基本方面和局限性。

  圖案化20 nm半間距線的方法是自對準雙圖案(SADP)。這種方法從80 nm的間距線開始,實際上僅用于支撐被稱為間隔物的側壁層(圖1)。垂直蝕刻間隔物僅留下側壁部分。然后去除原始線,并且間隔物形成40nm的節距線圖案。

  圖1.使用SADP(自對準雙圖案)時,側壁間隔物定義的線是起始光刻膠的兩倍。

  對于SADP,特征尺寸由間隔物寬度決定,而間隔物寬度又由沉積控制。光刻不影響特征尺寸,但是誤差可能會產生交替的間距誤差(“俯仰行走”);這可以通過使光刻與隨后的間隔物沉積和蝕刻同步來補償。

  40 nm線距光刻注意事項

  可以使用具有1.35數值孔徑和193 nm波長的掃描儀通過浸沒式光刻法形成80 nm的間距線。盡管在此工具上可以實現此分辨率,但必須限制照明。光源在y方向上距中心的距離會影響80 nm間距的第0和第1衍射級之間的相位差,該相位差也與散焦距離成比例。此外,為了獲得最佳結果,應限制極化。

  圖2.采用浸沒式光刻的80 nm間距需要非常有限的照明。排除偶極子的橙色部分將改善散焦窗口。

  EUV工具也可以直接實現40 nm的間距,而無需使用SADP。但是,照明仍然限于葉形偶極子區域。

  圖3. EUV光刻的40 nm間距直接受到旋轉的影響。標簽以度為單位指示0階和1階之間的相位差范圍。紅色空心圓圈表示原始目標源點的旋轉(邊緣相對于中心)。有些被旋轉到無法再產生任何圖像的位置。其他人則受到更大的散焦影響。

  這里的主要困難是EUV照明的旋轉(因為EUV投影系統必須使用離軸反射鏡),其旋轉是從弧形縫隙的中心(即,曝光場)到邊緣。在NXE:3400上,它的高度超過18度。如圖3所示,在散焦為30 nm時,旋轉可以將0階和1階之間的相位差范圍從所選源點集的30度擴展到超過60度。這是可以預期的,因為旋轉自然會在y方向上移動一段距離。如此大的范圍將導致圖像進一步退化,并且還會將光子劃分為更多的相位差倉,從而導致更差的隨機性。此外,由于將一階從數值孔徑中推出,某些點甚至旋轉到不再能夠產生圖像的位置。

  40 nm線間距的選項總結如下:

  交叉點注意事項

  3D XPoint具有一個新組件,即x和y間距為40 nm的選擇器存儲器堆棧。假設通過SADP對40 nm的間距線進行了圖案化,則堆疊的圖案化具有三種選擇。首先,可以使用2D SADP方法將堆棧圖案化為2D陣列。或者,堆棧可以從兩個交叉的1D SADP步驟中自動出現,一個用于x線,一個用于y線,如以下所示。當然,這需要一個額外的光罩。最后,堆疊甚至可能沒有單獨地圖案化。但是,由于輪廓不是筆直的,此選項存在交叉點堆棧下部合并的風險圖4)。如果選擇堆疊之間的電介質與堆疊一起蝕刻而不是選擇保留,則當然可以避免這種情況。

  圖4.在第一個方向進行蝕刻之后,回填電介質,然后在另一個方向上進行切割。然而,對于傾斜的堆疊輪廓,堆疊的下部被電介質的上部屏蔽以免切割。

  交叉點堆棧制造選項總結如下:

  假設3D XPoint使用X-SADP + Y-SADP選項,則兩層結構將需要7個SADP實例:底線,底交叉點X,底交叉點Y,中線,頂交叉點X,頂交叉點Y,頂線。轉到四層,這將增加到13(之間的交叉點層為5組線+ 4對SADP對)。但是,與生產線SADP集成可能只能使用SADP 5次才能獲得四層。

  3D NAND中的SADP

  由于20 nm位線半間距,3D NAND也最終使用了SADP。如果需要將位線半節距減小到20 nm以下,則可能需要自對準四重圖案(SAQP)。



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