KrF化学增幅光刻胶在90nm逻辑工艺上的性能评价与优化的工艺条件

摘要

集成电路一直遵循着摩尔定律向前发展,特征尺寸也不断地缩小。目前,对300mm的芯片生产厂商而言,主流技术为90到45nm。在整个集成电路的发展中,光刻技术的发展是其驱动力。光刻在集成电路制造中处于非常重要的位置,是极其昂贵和复杂的关键步骤,占总制造成本的1/3以上,尤其是在技术向着90nm,65nm,45nm以及32nm的发展,光刻成本还将不断地提高。对于大多数的生产厂商,如何利用现有资源进行开发和生产,降低其运营成本,获得最大的效益是非常重要的。本文将进行利用KrF光刻技术进行90nm技术应用的研究,一方面可以为200mm芯片生产厂商新工艺的研发提供帮助,减小其研发的生产成本和时间成本,另一方面可以为300mm的生产厂商将现有的90hm的平台由ArF光刻转为KrF光刻提供参考,从而降低其生产成本,获得更大的效益。
　　 KrF化学增幅光刻胶本身是为110nm以上的图形的光刻而研发的,对于110nm以下,其相关特性还需要做确认。所以本文将从KrF光刻胶的主要特性入手,影响光刻胶性能的主要因素有:显影性能,反应阈值能量,光酸扩散,抗刻蚀性能等等,其中与线条的均匀性有关的主要是光酸扩散,所以本文将主要研究KrF光刻胶的光酸扩散特性,其扩散方式主要表现为单高斯扩散。本文将选择3种典型的,它们分别是用作线条、槽宽和孔的光刻胶,分析其工艺窗口,如掩膜版误差因子,再计算出其光酸的高斯扩散长度。同时,在90nm的光刻工艺技术时,光学邻近效应也越来越明显,对其研究也越发地重要,特别是很多复杂的情况如图形为两维的结构,即X和Y方向,这时光刻胶的两维特性如光刻胶线端缩短效应等变得十分重要,本文也将对其进行研究,以便为后面90nm工艺条件的选择提供依据。
　　 我们的研究发现,对于不同的光刻胶,其掩膜版误差因子和光酸扩散长度是不一样的。对于某一特定的光刻胶,在不同的空间周期时,其掩膜版误差因子和高斯扩散长度也是可变的。在未进行OPC修正时,在100nm线宽时,单边光刻胶的端末缩短小于100nm,在120nm线宽时小于75nm,这对于90nm工艺是可以接受的。同时发现NA的设定对密集线的影响大于孤立线的影响,而PEB的影响确是相反,且温度越低,影响越小。
　　 对于KrF化学增幅光刻胶工艺在90nm逻辑工艺时的工艺的应用,主要选择90nm逻辑工艺的三个关键层次(栅层、接触孔层和第一层金属层)的光刻能力进行确认,主要确认其工艺窗口,包括掩膜版误差因子,光学邻近效应等主要的光刻评价指标。我们的研究发现,第一层金属层的工艺窗口最大,栅层和接触孔的工艺窗口较小,但还是可以满足90nm工艺的需求,通过优化工艺参数,还可以得到一个更好工艺能力。