使用过程建模在自对准四重模式中增强器件均匀性

尽管人们对EUV光刻的兴趣不断增长，但自对准四重模式(SAQP)在模式一致性、简单性和成本方面仍然具有许多技术优势。对于非常简单和周期性的模式，例如线和空间模式或孔阵列，这一点尤其正确。SAQP最大的挑战是固有的不对称的面具形状。这种不对称会在蚀刻过程中产生结构的不均匀性，这是由于角依赖的蚀刻效应产生的复杂的蚀刻速率变化。当一系列SAQP过程需要相互叠加时，这些挑战会进一步复杂化，例如当需要创建交叉点或网格状模式中形成的孔时。在本文中，我们将讨论使用SEMulator3D®工艺建模来识别ALD厚度，使这种类型的模式偏移和器件不均匀性最小化。

结构

我们首先开发了一个虚拟器件结构来测试ALD厚度如何影响孔洞尺寸均匀性和CD。我们通过使用两个交叉SAQP过程并将孔洞网格图案转移到SiO2层上开始了虚拟实验。起始堆叠层包括60nm SiO2掩膜、20nm SiN掩膜(图1a)和第一SAQP层Si 60nm / Carbon 60nm / SiARC (25nm) /Photoresist (PR) 80nm。最后一套SAQP掩膜形成后(图1b)，将整个设备埋在碳中，沉积另一层SAQP层，这一次垂直方向沉积(图1c)。在形成上部SAQP层后，进行蚀刻去除埋藏的碳材料，最后蚀刻下面的SiN层和SiO2层。所有的蚀刻过程都使用SEMulator3d内置的依赖于角度的蚀刻模拟工具。利用实际的扫描电子显微镜刻蚀数据，确定了刻蚀模型中的角分布输入参数。对于SAQP掩模蚀刻，在工艺模型中还包括了一个轻微的恒定蚀刻速率溅射效应，以解释蚀刻的倾斜性质。所有的沉积步骤，包括原子层沉积，都使用SEMulator3D中的共形沉积特征再现。

挑战

实施SAQP方案的最大挑战是将间距移动最小化，这是由于非对称蚀刻造成的不均匀掩模间距。当叠加两个SAQP掩模以创建网格图案时，节距行走的影响可以表现为孔CD的不均匀性和孔定位与所需间距的偏移(见图2)。这种节距行走可以通过调整ALD垫片厚度来缓解。幸运的是，ALD沉积在化学上是自我限制的，它是一个持续可控的过程，可以在过程模型中非常精确地建模。SAQP工艺流程涉及两个ALD工艺，一个在碳芯(以ALD 1厚度表示)上，另一个在硅芯(以ALD 2厚度表示)上。在这个虚拟实验中，顶部和底部SAQP工艺使用相同的ALD 1和ALD 2厚度。

结果

图3a为SEMulator3D中蒙特卡罗模拟结果的接触面积标准差热图。结果是通过在大范围内改变ALD厚度得到的。在图3b中，我们在较窄的ALD厚度范围内观察结果，该范围具有较低的标准偏差。在宽范围蒙特卡罗热图(图3a)中，ALD 1厚度为16nm和ALD 2厚度为14nm的区域(图3b)存在小于80 nm^2的小接触面积标准差区域。然后对ALD 1和ALD 2的厚度进行了第二次蒙特卡罗模拟，以图3a所示的最小变化区域为中心。根据这些结果，当ALD 1厚度为16.9935 nm, ALD 2厚度为13.537 nm时，最小孔标准偏差为60。

进一步的改进可以通过改变顶部和底部SAQP工艺之间的厚度来实现。在图4中，我们展示了使用优化ALD厚度的逐步3D工艺模型，并将其与使用基本默认厚度的工艺结果进行了比较。通过优化ALD厚度，实现了孔尺寸均匀性的显著改善。研究表明，通过对ALD厚度的模拟和控制，SAQP工艺可以改善孔CD的均匀性。这些结果可以应用于许多关键半导体器件制造应用中，以提高模式成品率。