隨著芯片制造商開始轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點，愈發(fā)精細(xì)的特征成為了棘手的難題。其中一個主要難點是將芯片設(shè)計轉(zhuǎn)到晶圓上的材料，因為當(dāng)前的材料很快就無法滿足精細(xì)度要求。為了能及時滿足下一代器件的縮放要求，泛林集團(tuán)推出了一項突破性的干膜光刻膠技術(shù)。要更好地了解該解決方案，我們需要首先了解圖形化工藝和當(dāng)前使用的光刻膠，之后再探討該技術(shù)的潛在優(yōu)勢。

圖形化：創(chuàng)建芯片特征

高級芯片的制造可能需要經(jīng)歷數(shù)百個不同的步驟，因為其中的微觀特征需要一層層地構(gòu)建。光刻是其中最重要的工藝步驟之一——整個半導(dǎo)體制造過程中，需要不斷的重復(fù)，再加上沉積和刻蝕，這些步驟將芯片的設(shè)計最終呈現(xiàn)在晶圓上。

在光刻過程中，需要在晶圓上涂覆被稱為光刻膠的光敏材料，然后利用光掩膜（包含透明和不透明區(qū)域的圖案）有選擇地讓部分光刻膠暴露在光下，之后就可以針對外露的部分進(jìn)行刻蝕，其他部分則仍受（正性）光刻膠覆蓋和保護(hù)。這樣的方法讓我們能夠在覆蓋光刻膠的晶圓上刻出想要的一組特征，其尺寸和密度則由原始的器件設(shè)計圖形決定。

芯片最小特征的尺寸和光刻過程中所用光的波長成正比。基于這一特性，波長更小的極紫外(EUV)光刻系統(tǒng)能夠制造出比之前更精細(xì)的芯片特征，這一點類似于智能手機(jī)的屏幕分辨率——像素越小，顯示精細(xì)度就越高。

光刻膠的作用

光刻膠又稱光致抗蝕劑，在光刻工藝中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。優(yōu)質(zhì)的光刻膠需要具備高分辨率、靈敏度和較低的線邊緣粗糙度(LER)。

分辨率是指可生成膠膜的最小尺寸，它由光刻膠材料與入射光子發(fā)生反應(yīng)的能力決定。

線邊緣粗糙度體現(xiàn)了最終特征與設(shè)計要求之間的差距；而LER數(shù)值為零時則代表溝槽壁達(dá)到了原子層級的完全垂直。

敏感度用來衡量創(chuàng)建特征所需的能量；光源強度越低，敏感度的要求就越高。

同時做好以上三個參數(shù)是很困難的，因為它們會相互影響，提升其中一個參數(shù)往往意味著要犧牲至少另一個參數(shù)——即它們之間具有“RLS折衷關(guān)系”。為了更好地理解這種關(guān)系，我們首先需要了解光刻膠的工作原理。

CAR光刻膠的原理

除了主要的聚合物基體以外，如今的化學(xué)放大光刻膠還包含很多其他成分，包括吸收劑、光致酸產(chǎn)生劑(PAGs)以及控制粘度、粘附性和穩(wěn)定性的添加劑。光子（一種非常微小的光粒子）觸及光刻膠時會引發(fā)改變材料結(jié)構(gòu)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使受反應(yīng)影響的材料可溶性變高，隨后可通過顯影步驟將其移除。其中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)部分包括對初始光子的化學(xué)放大，指的是將光子轉(zhuǎn)換成幾個電子，并最終讓每個入射光子產(chǎn)生幾種光酸分子。采用了化學(xué)放大技術(shù)的材料就被稱為化學(xué)放大光刻膠(CAR)。

CAR的優(yōu)勢在于，只需提高每個光子產(chǎn)生的光酸分子數(shù)量就可以提升光刻膠的敏感度。但是更多的光酸分子意味著它們會愈發(fā)遠(yuǎn)離原始光子的位置，導(dǎo)致圖像更加模糊、分辨率降低并提高線邊緣粗糙度。

雖然CAR在過去幾十年間有了長足的進(jìn)步，但到了5nm節(jié)點之后該技術(shù)領(lǐng)域已面臨重大瓶頸，這就要求芯片制造商進(jìn)行設(shè)計調(diào)整、半導(dǎo)體制造廠采用多次光刻過程以滿足分辨率要求。為了能平衡EUV光刻技術(shù)的成本和設(shè)計難度，將其拓展至未來的工藝節(jié)點，我們需要一種創(chuàng)新的光刻膠解決方案。

干膜光刻膠解決方案

泛林集團(tuán)與ASML和imec合作研發(fā)出了一種完全不同于旋轉(zhuǎn)涂膠的突破性光刻膠技術(shù)。通過使用氣相的反應(yīng)前體，這種技術(shù)能夠制出均勻且一致的薄膜。

這項新的技術(shù)需要用干法沉積微小(<0.5nm)的金屬有機(jī)粒子，而這種方法具有多項優(yōu)勢。首先，現(xiàn)在的EUV光源波長更短，產(chǎn)生的光子數(shù)量成倍減少，而這項新技術(shù)的重要特征就是可以通過高密度光敏粒子框架更加有效地捕獲光子。

此外，由于采用完全不同于CAR中鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的曝光機(jī)制，新技術(shù)的分辨率也更高。在國際光學(xué)工程學(xué)會(SPIE)的先進(jìn)光刻技術(shù)研討會上，我們展示了利用該技術(shù)在26nm間距上成功實現(xiàn)成像，最佳Z因子<1x10-8 mJ nm3。

干法沉積的一大特點是只需改變沉積和顯影時間就可以改變光刻膠厚度。相比之下，改變旋轉(zhuǎn)涂膠厚度的難度要大得多，因為它必然會涉及到粘度和表面粘附問題，最終不得不做出影響光刻性能的妥協(xié)。使用干式方法，我們就可以同時優(yōu)化干膜厚度、光子吸收、轉(zhuǎn)移刻蝕和底層粘附，從而擺脫必須權(quán)衡線邊緣粗糙度、敏感度和缺陷/器件良率的難題。

除打破RLS折衷關(guān)系以外，干膜技術(shù)還有其他優(yōu)點。相對于旋轉(zhuǎn)光刻膠，該技術(shù)不受粘度、化學(xué)保質(zhì)期等限制因素的影響。由于不再需要添加用來控制粘附性或穩(wěn)定性的添加劑，干法沉積獲得的材料純度更高，因此敏感度也更高，且重要的是非常適合之后的干法顯影工藝。

新的干法顯影工藝在經(jīng)過共同優(yōu)化后能夠最大限度減少線條和柱狀圖形塌陷。不受濕法工藝所固有的毛細(xì)作用力影響，干法顯影的無塌陷工藝窗口期明顯更長。

泛林集團(tuán)的干膜光刻膠和顯影技術(shù)能加速業(yè)界轉(zhuǎn)向滿足未來節(jié)點要求的EUV光刻應(yīng)用，并且讓面向高級邏輯和內(nèi)存器件的持續(xù)縮放成為可能。