關(guān)于光刻技術(shù)的幾點(diǎn)思考

關(guān)于光刻技術(shù)的幾點(diǎn)思考

隨著芯片行業(yè)發(fā)展的加快，芯片制造商不僅要追求設(shè)備的更高成本，還要追求構(gòu)建成本的經(jīng)濟(jì)性，并努力符合標(biāo)準(zhǔn)。這就使得嫻熟的光學(xué)光刻技術(shù)拒絕放棄任何可能的機(jī)會(huì),以頑強(qiáng)的生命力不斷地突破其先前認(rèn)定的極限,達(dá)到最新前沿。近年來(lái),隨著器件尺寸的不斷縮小,作為現(xiàn)有光學(xué)光刻技術(shù)的延伸,浸沒(méi)式光刻因其能獲得更高的數(shù)值孔徑而實(shí)現(xiàn)更高的分辨率深受業(yè)界青睞。在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下,光學(xué)光刻業(yè)已成功地跨越了45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)階段。目前,作為32nm芯片量產(chǎn)的唯一選擇,采用雙重圖形曝光的193nm浸沒(méi)式光刻,沖破了重重障礙,已從技術(shù)的成熟性和量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性方面以無(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)步入了32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)期。由45nm到32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn),光刻技術(shù)的突破主要表現(xiàn)在雙重圖形曝光技術(shù)的采用和曝光設(shè)備k1雙重圖形成像方案在今年的SEMICONWest的Sokudo光刻論壇上,重點(diǎn)討論了雙重圖形成像技術(shù)的挑戰(zhàn)。可以確定,雙重圖形成像技術(shù)并未解決所有難題,但即便如此,對(duì)32nm成像而言,已被認(rèn)定為最有前景的技術(shù),對(duì)22nm成像來(lái)說(shuō)也可能如此。AMD資深研究員HarryLevinson為參加討論會(huì)的供應(yīng)商提供了討論的契機(jī)。正如他所提出的,雙重圖形成像技術(shù)確實(shí)把麻煩加倍了,但采用這種路線(xiàn)的動(dòng)機(jī)則相當(dāng)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)上業(yè)界僅僅通過(guò)縮小光刻光源的波長(zhǎng)——從弧光燈到365nm,到248nm,進(jìn)而到當(dāng)前的193nmArF光源——來(lái)逐步獲得更好的線(xiàn)寬。對(duì)業(yè)界來(lái)說(shuō),進(jìn)一步縮小波長(zhǎng)到157nm沒(méi)有根本上的優(yōu)勢(shì),而縮小到極端遠(yuǎn)紫外光波長(zhǎng)13.4nm的大跳躍看來(lái)不能很快實(shí)現(xiàn)。因此業(yè)界普遍認(rèn)為,需要采用兩次圖形化成像技術(shù)來(lái)跨越鴻溝,直到下一次光源波長(zhǎng)發(fā)生變化?！叭欢?這將是非常困難的?！盠evinson特別提到這一點(diǎn)。與單次成像技術(shù)相比,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)如套刻、CD控制和線(xiàn)邊粗糙度約按0.7進(jìn)行等比例縮減。圖1給出了單次曝光、兩次曝光及EUV光刻對(duì)套刻精度要求。更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶卓炭刂剖浅晒?shí)施雙重圖形成像技術(shù)的關(guān)鍵所在。但是,另一個(gè)需要考慮的因素是成本。套刻或成本問(wèn)題的多少部分取決于所用的雙重圖形成像方案類(lèi)型。幾個(gè)論壇報(bào)告人重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了幾種可能情況。盡管意見(jiàn)并不完全一致,但他們普遍接受的方案是隔離層,雙重圖形成像(光刻-刻蝕-光刻-刻蝕)和兩次曝光成像(光刻-凍結(jié)-光刻-刻蝕)。隔離層雙重圖形成像(也有稱(chēng)之為自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形成像),因?yàn)樗挥幸淮侮P(guān)鍵曝光,沒(méi)有套刻問(wèn)題。ChrisNgai這樣解釋。然而,正如幾個(gè)報(bào)告人所指出的那樣,確實(shí)存在嚴(yán)重的成本問(wèn)題。如果試圖轉(zhuǎn)印一個(gè)SRAM單元,隔離層可能是一個(gè)很好的解決方式,ASML的BobSocha特別提到。但是隔離層技術(shù)的總體成本比其他雙重圖形成像技術(shù)高得相當(dāng)多,他補(bǔ)充說(shuō)并不是所有的設(shè)計(jì)都能從隔離層技術(shù)中獲益。實(shí)際上,選擇哪種雙重圖形成像方案是一種平衡游戲——特別是在加工復(fù)雜性和材料復(fù)雜性之間進(jìn)行權(quán)衡。例如,標(biāo)準(zhǔn)的光刻-刻蝕-光刻-刻蝕方案使用目前容易獲得的材料,但是在產(chǎn)率和加工復(fù)雜性上頗為不利。另一方面,光刻-凍結(jié)-光刻-刻蝕聽(tīng)起來(lái)像是很好的簡(jiǎn)化,可以允許在光刻工具內(nèi)進(jìn)行加工,但是這一概念的基礎(chǔ)是一些尚未普遍應(yīng)用的材料。進(jìn)行雙重圖形曝光是一個(gè)發(fā)展方向。目前芯片上最小的特征尺寸是32nm。為了得到32nm的特征圖形,需要在k采用間隔層輔助雙重圖形技術(shù)(SDDP)則可能只進(jìn)行一次曝光,加上數(shù)次沉積和刻蝕工藝,就可以將節(jié)距減半(見(jiàn)圖2)。將線(xiàn)條印刷并刻蝕成犧牲層硬質(zhì)掩模。之后在這層硬質(zhì)掩模上沉積均勻的間隔層材料,并把多余部分刻蝕掉。去除硬質(zhì)掩模之后,與最初印制的特征圖形相比,保留下來(lái)的間隔層其節(jié)距只有原先圖形的一半。這些間隔層可以作為刻蝕掩模,將圖形轉(zhuǎn)移到其下的多層材料上。沉積的間隔層的寬度決定了最終圖形的CD。采用曝光-刻蝕-曝光-刻蝕雙重圖形(LELE)方法,需要將32nm的設(shè)計(jì)分解為兩組64nm的設(shè)計(jì),而64nm通過(guò)目前最先進(jìn)的單次曝光技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。分解設(shè)計(jì)的原理是將兩組設(shè)計(jì)相重疊,這樣就可以重構(gòu)出初始的設(shè)計(jì)。兩組設(shè)計(jì)重疊的圖形化可以通過(guò)LELE的順序?qū)崿F(xiàn)(見(jiàn)圖3)。該方法的難點(diǎn)在于獲得具有可重復(fù)性的工藝,并需要采用低成本的工藝流程、自動(dòng)設(shè)計(jì)分解、掩模的設(shè)計(jì)和制造以及套刻的對(duì)準(zhǔn)精度。完整的LELE工藝比較耗時(shí)并且昂貴,昂貴是因?yàn)橐貜?fù)曝光步驟。如今光刻已經(jīng)是IC制作過(guò)程中花費(fèi)最高的工藝,占整個(gè)芯片制造成本的40%。耗時(shí)是因?yàn)樵谶M(jìn)行第二次曝光之前需要將第一次曝光的晶圓進(jìn)行一次刻蝕。為了解決成本和速度的問(wèn)題,IMEC以及研發(fā)伙伴測(cè)試了多種LELE的替代方案。在曝光中取代第一次刻蝕步驟,得到了曝光-工藝-曝光-刻蝕(LPLE)流程。該流程還是需要兩塊掩模和兩次曝光步驟,但省去了一次中間刻蝕步驟。因?yàn)椴恍枰獙⒕A從兩次曝光中中斷,這會(huì)加快整個(gè)流程(見(jiàn)圖4)。自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形(SADP),作為一種側(cè)壁間隔層轉(zhuǎn)印圖形化技術(shù),正不斷得到采用,其發(fā)展速度足以證實(shí)SADP將是未來(lái)圖形化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)確定趨勢(shì)。在過(guò)去的一年中,一些NAND(非易失閃存)制造商和業(yè)界分析人士已經(jīng)指出,將很可能使用SADP技術(shù)進(jìn)行30nm器件的制造。盡管對(duì)應(yīng)術(shù)語(yǔ)還沒(méi)有在業(yè)界得到最終統(tǒng)一,目前還擁有多個(gè)不同名字,這包括頻率加倍(frequencydoubling),節(jié)距降低(pitchreduction),間隔層掩膜圖形化(spacermaskpatterning)或者SADP。然而,它們都對(duì)應(yīng)著同一種圖形化技術(shù),這一技術(shù)牽涉到使用側(cè)壁間隔層來(lái)形成硬掩膜以實(shí)現(xiàn)襯底上線(xiàn)條密度的加倍。側(cè)壁間隔層掩膜圖形化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其有能力實(shí)現(xiàn)擁有優(yōu)異線(xiàn)寬和節(jié)距控制效果的高密度平行線(xiàn)條。對(duì)于任意給定的可以用光刻方法定義的線(xiàn)條,可以在每個(gè)側(cè)邊使用間隔層,當(dāng)去除最初的模板材料后,就可以有效實(shí)現(xiàn)線(xiàn)條密度的加倍。根據(jù)具體工藝流程(見(jiàn)圖5),可以使用間隔層在正膠模式下定義線(xiàn)條或者在負(fù)膠模式下定義槽結(jié)構(gòu)。2德國(guó)schottlithct公司的研究采用高折射率介質(zhì)浸沒(méi)式光刻果真能夠?qū)崿F(xiàn)嗎?要回答這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是在于能否研制出具有高折射率的透鏡和具有高折射率的浸沒(méi)流體材料。對(duì)于前者,最佳的候選材料是镥鋁石榴石LuAG,它基本上能夠滿(mǎn)足光刻生產(chǎn)的大部分技術(shù)要求,對(duì)光的吸收率很低。在2008年上半年,對(duì)到底選用何種材料來(lái)制作高折射率光刻透鏡將會(huì)做出最終的決定。對(duì)于浸沒(méi)流體材料的情況則更好一些,可以選用折射率n(193nm)=1.64的有機(jī)材料。將這種流體材料和新材料透鏡進(jìn)行結(jié)合使用,光刻設(shè)備的數(shù)值孔徑可達(dá)到NA=1.55,如果再結(jié)合使用雙重曝光技術(shù),那么可成為對(duì)半節(jié)距為22nm圖形進(jìn)行光刻理想的技術(shù)解決方案。SEMATECH進(jìn)行浸沒(méi)式光刻研究項(xiàng)目的主要目標(biāo)是,希望對(duì)在未來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)中采用浸沒(méi)式光刻這一解決方案作出明確的肯定或否決的結(jié)論。在過(guò)去的一年中,SEMATECH對(duì)用于高折射率介質(zhì)浸沒(méi)式光刻技術(shù)的高折射率透鏡材料、浸沒(méi)流體材料和光刻膠材料進(jìn)行了研究,在這一研究過(guò)程中既取得了一系列的成功,也遇到了一些挫折。SchottLithotec公司是一家業(yè)界處于領(lǐng)先的位于德國(guó)的光學(xué)材料供應(yīng)商,它在镥鋁石榴石LuAG材料的晶體生長(zhǎng)技術(shù)方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。他們已經(jīng)安裝和開(kāi)發(fā)出了在CZ爐和BR單晶爐中進(jìn)行镥鋁石榴石LuAG晶體生長(zhǎng)的工藝。對(duì)于CZ爐而言,Schott公司開(kāi)發(fā)出了一套能獲得“平整界面”生長(zhǎng)的獨(dú)有工藝技術(shù),他們首先使用YAG材料進(jìn)行了晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn),而后再在LuAG晶體生長(zhǎng)中采用該項(xiàng)技術(shù)。他們已制備出了擁有平整界面的280mm×80mm的镥鋁石榴石LuAG人工晶體,這是值得稱(chēng)道的巨大成就。由于在進(jìn)行此項(xiàng)目研發(fā)的第一階段[制備出具有中等吸光率(0.05/cm)的材料,以論證該材料的可行性]中,在滿(mǎn)足吸光率要求方面還存在著不少困難,因此也就延緩了第二階段(制造直徑為80mm的晶體,該單晶體材料需要能同時(shí)滿(mǎn)足在中等吸光率、同質(zhì)性和應(yīng)力雙折射方面的要求)的開(kāi)展。假如在原材料純度方面的問(wèn)題在2008年上半年能夠得到有效的解決,則第一批能夠滿(mǎn)足光刻生產(chǎn)質(zhì)量要求的高折射率透鏡元件最終產(chǎn)品有望在2009年第四季度提供給光刻設(shè)備商。在2008年5月12日至14日,BoltonLandingLakeGeorge,NY召開(kāi)的SEMATECH光刻論壇會(huì)議上,SchottLithotec公司介紹了在高折射率浸液光刻鏡頭材料LuAG(镥鋁石榴石)的工作進(jìn)展,其報(bào)告稱(chēng)材料的吸收非常接近他們所需的目標(biāo)值。另外,在材料純化方面以及80mm直徑晶體生長(zhǎng)方面也取得重大進(jìn)展,論壇副主席、SEMATECH光刻事業(yè)理事MikeLercel解釋說(shuō):“他們同樣證明殘留的吸收與材料純度有關(guān),這樣,隨著材料的進(jìn)一步純化,他們應(yīng)該可以使LuAG成功地成為鏡頭材料?！苯](méi)流體材料的開(kāi)發(fā)方面,由SEMATECH贊助正在康乃爾大學(xué)進(jìn)行另一個(gè)更有前途的研究項(xiàng)目。這項(xiàng)研究已經(jīng)取得了重大突破,得到了3~5nm線(xiàn)度的圓形金屬氧化物納米顆粒,它的折射率n(193nm)為2.9,這就意味著將這種材料與水混合,如納米顆粒在水溶液中的體積比約為37%時(shí),這種水溶液的折射率n(193nm)=1.8。納米顆粒在水溶液中的體積比只要達(dá)到22%就可以超過(guò)對(duì)第二代高折射率浸沒(méi)流體在折射率上的要求。目前已經(jīng)能夠得到納米顆粒在水溶液中的體積比為10%。研究團(tuán)隊(duì)面臨的問(wèn)題是如何將此體積比提高到37%、并降低合成過(guò)程中的殘余有機(jī)物沾污、還要提高納米顆粒制作中的單體分散性以及減小納米顆粒的直徑等問(wèn)題。采用含納米顆粒的水溶液是實(shí)現(xiàn)第三代浸沒(méi)流體材料的最優(yōu)選擇。然而更為重要的是,這些含有納米顆粒的水溶液要即能用作第二代又可被用作第三代的高折射率緊密流體材料。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)的話(huà),光刻設(shè)備提供商和半導(dǎo)體制造商就能找到一種實(shí)現(xiàn)高折射率浸沒(méi)式光刻的方法,這種新方法與目前使用的基于水的浸沒(méi)式光刻系統(tǒng)相比將有很大的改進(jìn)。浸沒(méi)式光刻和雙重成像圖形技術(shù)是目前能獲得最高分辨率的光刻技術(shù)。在32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)中采用雙重成像加上基于水的浸沒(méi)式光刻技術(shù),因?yàn)樵摷夹g(shù)已經(jīng)成熟。對(duì)于已選擇浸沒(méi)式加上雙重成像光刻的芯片制造商而言,如何把它延伸至半節(jié)距為22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)將變得非常關(guān)鍵。3nm光刻機(jī)為了實(shí)現(xiàn)45nm芯片的量產(chǎn)和32nm器件的開(kāi)發(fā),尼康公司曾率先于2006年底推出了量產(chǎn)的193nm浸沒(méi)式光刻機(jī)NSR—S610C(NA=1.30),產(chǎn)能為每小時(shí)130片的300mm晶圓。目前,尼康正在根據(jù)其技術(shù)路線(xiàn)圖(見(jiàn)圖6)致力于開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足32nm及以下節(jié)點(diǎn)器件光刻需求的工藝和設(shè)備,通過(guò)不斷完善與客戶(hù)和業(yè)內(nèi)領(lǐng)先組織之間的合作,該公司采用雙重圖形曝光技術(shù),用于32nm及以下節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)的下一代浸沒(méi)式光刻系統(tǒng)NSR-S620,將于2009年第4季度面市。2008年秋季在荷蘭Veldhoven舉辦的研究回顧會(huì)議上,ASML公司表示,為了實(shí)現(xiàn)32nm芯片的量產(chǎn),相對(duì)于上代光刻掃描機(jī),器件制造商需要新的雙重圖形技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)32nm節(jié)點(diǎn)的電路圖形,TwinscanNXT浸沒(méi)式光刻系統(tǒng)在性能和產(chǎn)能上獲得了極大的提升,通過(guò)結(jié)合更快的平臺(tái)技術(shù)和更強(qiáng)的光源材料,套刻精度要求比單次曝光更嚴(yán)格,達(dá)到2倍甚至更高。為此在2009年初,光刻機(jī)市場(chǎng)巨頭ASML宣布了其雙掃描工作臺(tái)的第6代193nm浸設(shè)式光刻機(jī)TwinscanNXT:1950i,其光學(xué)系統(tǒng)的NA達(dá)1.35,用于32nm及以下節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)每小時(shí)曝光顯影175片300mm晶圓。新一代TwinscanNXT系統(tǒng)采用了新的定位檢測(cè)系統(tǒng),將套刻控制提高了50%,≤2.5nm。從單次曝光轉(zhuǎn)入兩次曝光,CD一致性要求也變?yōu)樵瓉?lái)的1/2。ASML市場(chǎng)技術(shù)執(zhí)行副總裁MartinvandenBrink表示:新的平臺(tái)系統(tǒng)將幫助芯片制造商實(shí)現(xiàn)更小尺寸制程。TWINSCANNXT套刻精度及生產(chǎn)能力大大提高,將能夠應(yīng)用于雙圖形曝光光刻技術(shù),進(jìn)行32nm及以下先進(jìn)制造工藝的量產(chǎn)。表1所示為T(mén)winscanNXT:1950i光刻機(jī)的主要性能指標(biāo)。ASML公司的先進(jìn)技術(shù)使其193nm沉浸式光刻設(shè)備獲得良好的需求,截至目前僅Twinscan系統(tǒng)已經(jīng)售出了近900套。在全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)同比減少31.7%的2008年,ASML以35.25億美元的銷(xiāo)售額占據(jù)了全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)11.3%的份額,ASML取代了TEL位居全球第二。432nm的光學(xué)改進(jìn)2007年3月IBM的科學(xué)家宣稱(chēng)他們利用光刻技術(shù)加工出寬度僅為29.9nm的清晰而間隔均勻的圖案,一舉突破了工業(yè)上公認(rèn)的32nm的光刻技術(shù)極限。IBMAlmaden研究中心光刻材料研究部經(jīng)理RobertAllen介紹說(shuō),“這一結(jié)果最有力地證明了到目前為止,至少在7年之內(nèi)工業(yè)界不必對(duì)芯片制造技術(shù)做任何根本性的變革?！崩肐BMAlmaden研究中心自行設(shè)計(jì)并搭建的光刻試驗(yàn)設(shè)備,科學(xué)家們獲得的圖案界限分明,線(xiàn)寬和間距都達(dá)到29.9nm;所采用的新材料是他們的合作者加利福尼亞的JSRMicroofSunnyvale開(kāi)發(fā)的。JSRMicro的技術(shù)經(jīng)理MarkSlezak說(shuō):“我們相信高折射率液體成像能將目前的光刻技術(shù)推進(jìn)到45nm和32nm的水平。但是究竟哪種光刻技術(shù)能夠使我們成功獲得低于32nm的圖案?對(duì)此工業(yè)界還面臨著許多嚴(yán)峻的問(wèn)題。該結(jié)果給了我們另外一個(gè)支持光學(xué)浸沒(méi)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的理由?！睘榱酥苽溥@種圖案,IBM發(fā)展了一套干涉浸沒(méi)光刻設(shè)備,稱(chēng)為NEMO。IBM的NEMO設(shè)備利用兩束相干的激光產(chǎn)生干涉圖案,其間距比用目前的芯片制造設(shè)備所獲得的圖案間距更小。在2007年10月召開(kāi)的第四屆浸沒(méi)式光刻技術(shù)國(guó)際研討會(huì)議上,來(lái)自全球的半導(dǎo)體制造商們表示浸沒(méi)式光刻技術(shù)是他們進(jìn)行先進(jìn)光刻工藝的選擇浸沒(méi)式光刻技術(shù)已經(jīng)十分穩(wěn)定和可靠,目前業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)已集中于浸沒(méi)式光刻技術(shù)如何與其它輔助技術(shù)相結(jié)合,以用于半節(jié)距為32nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)中。目前人們所討論的主要解決方案是加上雙重成像技術(shù)的浸沒(méi)式光刻,以滿(mǎn)足窄技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求。另外一個(gè)解決方案更具吸引力,但同時(shí)也更具挑戰(zhàn)性,即是使用高折射率介質(zhì)的浸沒(méi)式光刻技術(shù),它只需進(jìn)行單次曝光。對(duì)于上述兩個(gè)解決方案,經(jīng)濟(jì)上的因素仍舊是主要的障礙,雖然兩方案對(duì)成本的影響因素各不相同。雙重成像技術(shù)需要使用額外的掩模板,還需要增加更多的工藝步驟,隨之需要更長(zhǎng)的工藝周期,這些都會(huì)大幅度地增加擁有成本CoO。高折射率介質(zhì)浸沒(méi)式光刻目前還處于研究階段,為了能夠制造這種浸沒(méi)介質(zhì)(如果這是可能的話(huà)),就需要投入資金來(lái)解決材料方面的問(wèn)題和研制第一代采用高折射率介質(zhì)的浸沒(méi)式光刻設(shè)備。522加密配合的光刻膠凍結(jié)技術(shù)光刻能力是22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上一項(xiàng)重要的指標(biāo)。193nm浸沒(méi)式光刻(NA=1.35)單步曝光工藝,k到目前為止,公開(kāi)發(fā)表的關(guān)于22nm器件的報(bào)道很少,即使是實(shí)驗(yàn)室器件也是如此。但通過(guò)對(duì)最近22nm器件的分析,可以發(fā)現(xiàn)一些22nm工藝。在2009年春季的國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM)上,IBM的研究員B.S.Haran和IBM、AMD以及Freescale的同事共同開(kāi)發(fā)了柵長(zhǎng)為25nm的器件原型,相對(duì)于前一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn),這需要將柵長(zhǎng),側(cè)墻寬度(18nm)以及接觸孔尺寸(約25nm)進(jìn)行較大比例的縮小。該小組采用四極照明兩次圖形曝光技術(shù)(兩次曝光/兩次刻蝕),圖形首先從三層光刻膠層轉(zhuǎn)移到硬掩模,最終將90nm節(jié)距的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。超小SRAM單元中的幾個(gè)核心技術(shù)包括:高k/金屬柵疊層結(jié)構(gòu)、新型的共注入技術(shù)、更薄的氧化物、氮化物側(cè)墻材料沉積和相應(yīng)的刻蝕工藝、先進(jìn)的雜質(zhì)激活技術(shù)、薄NiSi材料以及采用釕襯層的銅接觸技術(shù)等。更低的熱預(yù)算可以使源漏區(qū)和擴(kuò)展區(qū)內(nèi)雜質(zhì)的有效擴(kuò)散控制到最小。光刻能力是22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上一項(xiàng)重要的指標(biāo)。193nm浸沒(méi)式光刻(NA=1.35)單步曝光工藝,k自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形(SADP)的方法正在受到越來(lái)越多的重視,但是該方法僅局限于規(guī)則的結(jié)構(gòu)(如存儲(chǔ)器)并且需要更多的沉積和刻蝕步驟。使用更高生產(chǎn)效率的曝光機(jī),以及能夠消除中間刻蝕步驟的光刻膠凍結(jié)技術(shù),才可以降低這種技術(shù)的擁有成本(CoO)。在正膠和負(fù)膠兩種情況下,芯片和掩模版設(shè)計(jì)者在工作中都需要緊密配合,因?yàn)榫€(xiàn)條(或槽結(jié)構(gòu))并不一定在最初光刻印制的線(xiàn)條(或槽結(jié)構(gòu))區(qū)域形成。另外,側(cè)壁間隔層通常會(huì)形成閉合體,因而需要至少一步額外的切割用掩模版來(lái)完成電路的制作(見(jiàn)圖7)。這一過(guò)程類(lèi)似于當(dāng)今45nm邏輯設(shè)計(jì)中SRAM的形成。另外,使用雙掩模版SADP工藝流程將對(duì)設(shè)計(jì)者有所限制,要么在正膠模式下獲得具有可變間距的線(xiàn)條尺寸,要么在負(fù)膠模式下獲得具有可變隔離(線(xiàn)條)寬度的槽結(jié)構(gòu)尺寸。這種限制來(lái)源于這樣的事實(shí),即間隔層定義的特征結(jié)構(gòu)與間隔層沉積工藝決定的特征尺寸完全相同,而與此形成對(duì)照的特征結(jié)構(gòu)(線(xiàn)芯和間隙,參見(jiàn)圖5)則是分別由光刻膠線(xiàn)條CD(可變)和節(jié)距(可變)定義的。Intel邏輯技術(shù)研發(fā)部(Hillsboro,Ore.)工藝架構(gòu)和集成主管MarkBohr介紹說(shuō),當(dāng)開(kāi)始計(jì)劃生產(chǎn)22nm的微處理器產(chǎn)品時(shí),Intel認(rèn)為在2011年前極紫外(EUV)光刻技術(shù)都不會(huì)是一項(xiàng)具有生產(chǎn)價(jià)值的技術(shù)。“現(xiàn)實(shí)情況不利于EUV技術(shù)。第一點(diǎn):Intel計(jì)劃在2011年邁入22nm技術(shù)時(shí)代;第二點(diǎn):就這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展而言,我相信沒(méi)有人會(huì)聲稱(chēng)這項(xiàng)技術(shù)能夠在此之前達(dá)到量產(chǎn)需求。也許在一年后即2012年可能會(huì)有轉(zhuǎn)機(jī)。Intel會(huì)繼續(xù)推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展、成熟,我們并不會(huì)因此而停下邁向22nm的步伐?！盉ohr說(shuō)。22nm工藝技術(shù)的開(kāi)拓者Bohr介紹道,Inte會(huì)不遺余力地探索各種方案來(lái)延伸193nm浸沒(méi)式光刻技術(shù)的使用壽命。EUV技術(shù)將定位于一種“備選或升級(jí)”方案,但是它不會(huì)首先用于量產(chǎn)。在一一羅列了包括EUV掩模版、反射鏡光路、“高能”光源以及光刻膠等方面的技術(shù)問(wèn)題和挑戰(zhàn)后,Bohr補(bǔ)充道:“針對(duì)這些問(wèn)題的研究工作都在有條不紊的進(jìn)行著,但是并不能在2011年前取得成功?！碑?dāng)前,Intel正致力于開(kāi)發(fā)能夠適用于各種不同光刻技術(shù)的新一代設(shè)計(jì)架構(gòu),它將集相移掩模技術(shù)(PSM)、可制造性設(shè)計(jì)技術(shù)(DFM)以及光學(xué)臨近效應(yīng)修正技術(shù)(OPC)于一身進(jìn)而能將32nm浸沒(méi)式光刻技術(shù)延伸至22nm節(jié)點(diǎn)。IBM在2008年的秋季也宣布了能夠支持22nm制程的全套半導(dǎo)體光刻制造工藝解決方案,推出了22nmSRAM芯片。能夠在繼續(xù)使用當(dāng)前光刻技術(shù)的前提下,滿(mǎn)足今起直至2011年前后半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)制程進(jìn)化的工藝需求。隨后臺(tái)積電(TSMC)和聯(lián)電(UMC)也分別展示了28nm工藝的SRAM芯片,為推出28nm工藝奠定基礎(chǔ)。該技術(shù)既支持高k金屬柵也支持二氧化硅工藝,采用雙掩模193nm浸沒(méi)式光刻及應(yīng)變硅技術(shù)。IBM的新技術(shù)稱(chēng)為“運(yùn)算微縮”(ComputationScaling,CS)技術(shù),能夠在不提升光刻激光波長(zhǎng)的前提下提升工藝。IBM半導(dǎo)體研發(fā)中心副總裁GaryPatton,傳統(tǒng)的微縮投影技術(shù)過(guò)于依賴(lài)設(shè)備的光學(xué)分辨率,而“運(yùn)算微縮”技術(shù)則可以在不使用EUV極紫外等超短波長(zhǎng)技術(shù),繼續(xù)采用當(dāng)前193nm波長(zhǎng)光刻設(shè)備的前提下,滿(mǎn)足22nm工藝需求。IBM已經(jīng)為22nm工藝開(kāi)發(fā)出了整套生產(chǎn)設(shè)備及工藝。2008年8月,他們?cè)?jīng)宣布造出了首枚22nmSRAM芯片,相信就是采用的此套方案。而此次宣布整套解決方案的開(kāi)發(fā)完成,則應(yīng)當(dāng)是意味著他們已經(jīng)準(zhǔn)備好了將該系統(tǒng)出售給其他半導(dǎo)體廠(chǎng)商。2009年4月初,IBM與法國(guó)原子能委員旗下的電子信息技術(shù)研究所(CEA/Leti)宣布,雙方簽署了為期5年的合作協(xié)議,將共同致力于新型半導(dǎo)體和納米電子技術(shù)的研發(fā)。隨著45nm的普及、32nm的臨近,IBM與CEA/Leti將合作面向22nm乃至更先進(jìn)工藝(16nm),開(kāi)發(fā)CMOS制造技術(shù)所需的高級(jí)材料、設(shè)備和制程。雙方的聯(lián)合研發(fā)工作將在CEA/Leti位于法國(guó)格勒諾布爾市的300mm晶圓廠(chǎng)、IBM位于紐約州東費(fèi)西基爾的300mm晶圓廠(chǎng)、紐約州奧爾巴尼大學(xué)的納米科學(xué)與工程學(xué)院、意法半導(dǎo)體工廠(chǎng)等地展開(kāi),主要包括以下三個(gè)關(guān)鍵方面:·22nm工藝快速成型高級(jí)光刻技術(shù)·22nm工藝CMOS技術(shù)和低功耗設(shè)備·用于研究和制造協(xié)議控制的創(chuàng)新納米級(jí)表征技術(shù)。2009年7月在美國(guó)舊金山舉行的SEMICONWest展會(huì)上,展示了多種全新的光刻設(shè)備,讓芯片制造商能夠繼續(xù)縮小半導(dǎo)體器件尺寸。其中ASML公司的FlexRay(可編程照明技術(shù))和BaseLiner(反饋式調(diào)控機(jī)制)為ASML一體化光刻技術(shù)(holisticlithography)的一部分,具有高穩(wěn)定性,能夠優(yōu)化和穩(wěn)定制造工藝。ASML公司應(yīng)用產(chǎn)品部門(mén)資深副總裁BertKoek表示:“一直以來(lái),芯片廠(chǎng)商對(duì)各個(gè)制造工藝步驟的優(yōu)化都是獨(dú)立進(jìn)行的,然而當(dāng)發(fā)展至32nm及更小節(jié)點(diǎn)時(shí),這種獨(dú)立的優(yōu)化模式便不再適用。我們有效地綜合了計(jì)算光刻技術(shù)、晶圓光刻技術(shù)和工藝控制,提供了一個(gè)全面方案,針對(duì)量產(chǎn)的要求去優(yōu)化工藝窗口和光刻系統(tǒng)設(shè)置,最終實(shí)現(xiàn)更小的器件尺寸”。2009年6月,Intel宣稱(chēng)已將193nm沉浸式光刻技術(shù)延伸至15nm工藝,該技術(shù)至少已在實(shí)驗(yàn)室得到實(shí)現(xiàn)。這一突破進(jìn)一步證明193nm浸沒(méi)式光刻技術(shù)——結(jié)合雙重圖形曝光技術(shù),可延伸至比想象中更小的節(jié)點(diǎn)。同時(shí),這也意味著極紫外(EUV)光刻可能再次受到被拋棄的壓力。目前,Intel公司一直沿用干法193nm光刻技術(shù)進(jìn)行45nm節(jié)點(diǎn)的器件生產(chǎn),對(duì)于2009年年底將進(jìn)入量產(chǎn)的32nm節(jié)點(diǎn)工藝,Intel計(jì)劃采用Nikon公司的第一代193nm浸沒(méi)式掃描設(shè)備。