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​闪存光刻技术的新思路

半导体行业观察 ·2020-08-11 08:50·半导体行业观察
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来源:内容编译自「 semiwiki 」,谢谢。


当NAND闪存的半间距(half-pitch)达到20 nm时,非易失性存储容量达到64 Gb 。到达14 nm 后,NAND闪存的半节距不再减少,现在更是已经进入了3D时代。但是,最近3D XPoint已在Optane平台中发现了应用程序。用于图案化构成这些存储器的20 nm半节距线的光刻技术是另一个机会,可以查看行业中当前已知的光刻方法的基本方面和局限性。

图案化20 nm半间距线的方法是自对准双图案(SADP)。这种方法从80 nm的间距线开始,实际上仅用于支撑被称为间隔物的侧壁层(图1)。垂直蚀刻间隔物仅留下侧壁部分。然后去除原始线,并且间隔物形成40nm的节距线图案。

图1.使用SADP(自对准双图案)时,侧壁间隔物定义的线是起始光刻胶的两倍。

对于SADP,特征尺寸由间隔物宽度决定,而间隔物宽度又由沉积控制。光刻不影响特征尺寸,但是误差可能会产生交替的间距误差(“俯仰行走”);这可以通过使光刻与随后的间隔物沉积和蚀刻同步来补偿。

40 nm线距光刻注意事项


可以使用具有1.35数值孔径和193 nm波长的扫描仪通过浸没式光刻法形成80 nm的间距线。尽管在此工具上可以实现此分辨率,但必须限制照明。光源在y方向上距中心的距离会影响80 nm间距的第0和第1衍射级之间的相位差,该相位差也与散焦距离成比例。此外,为了获得最佳结果,应限制极化。


图2.采用浸没式光刻的80 nm间距需要非常有限的照明。排除偶极子的橙色部分将改善散焦窗口。

EUV工具也可以直接实现40 nm的间距,而无需使用SADP。但是,照明仍然限于叶形偶极子区域。

图3. EUV光刻的40 nm间距直接受到旋转的影响。标签以度为单位指示0阶和1阶之间的相位差范围。红色空心圆圈表示原始目标源点的旋转(边缘相对于中心)。有些被旋转到无法再产生任何图像的位置。其他人则受到更大的散焦影响。

这里的主要困难是EUV照明的旋转(因为EUV投影系统必须使用离轴反射镜),其旋转是从弧形缝隙的中心(即,曝光场)到边缘。在NXE:3400上,它的高度超过18度。如图3所示,在散焦为30 nm时,旋转可以将0阶和1阶之间的相位差范围从所选源点集的30度扩展到超过60度。这是可以预期的,因为旋转自然会在y方向上移动一段距离。如此大的范围将导致图像进一步退化,并且还会将光子划分为更多的相位差仓,从而导致更差的随机性。此外,由于将一阶从数值孔径中推出,某些点甚至旋转到不再能够产生图像的位置。

40 nm线间距的选项总结如下:


交叉点注意事项


3D XPoint具有一个新组件,即x和y间距为40 nm的选择器存储器堆栈。假设通过SADP对40 nm的间距线进行了图案化,则堆叠的图案化具有三种选择。首先,可以使用2D SADP方法将堆栈图案化为2D阵列。或者,堆栈可以从两个交叉的1D SADP步骤中自动出现,一个用于x线,一个用于y线,如以下所示。当然,这需要一个额外的光罩。最后,堆叠甚至可能没有单独地图案化。但是,由于轮廓不是笔直的,此选项存在交叉点堆栈下部合并的风险图4)。如果选择堆叠之间的电介质与堆叠一起蚀刻而不是选择保留,则当然可以避免这种情况。

图4.在第一个方向进行蚀刻之后,回填电介质,然后在另一个方向上进行切割。然而,对于倾斜的堆叠轮廓,堆叠的下部被电介质的上部屏蔽以免切割。

交叉点堆栈制造选项总结如下:


假设3D XPoint使用X-SADP + Y-SADP选项,则两层结构将需要7个SADP实例:底线,底交叉点X,底交叉点Y,中线,顶交叉点X,顶交叉点Y,顶线。转到四层,这将增加到13(之间的交叉点层为5组线+ 4对SADP对)。但是,与生产线SADP集成可能只能使用SADP 5次才能获得四层。

3D NAND中的SADP


由于20 nm位线半间距,3D NAND也最终使用了SADP。如果需要将位线半节距减小到20 nm以下,则可能需要自对准四重图案(SAQP)。


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