Pourquoi la nouvelle technologie de photorésist est essentielle
Alors que les fabricants de puces évoluent vers des nœuds technologiques avancés, ils sont mis au défi de résoudre des fonctionnalités de plus en plus fines. L’un des principaux barrages routiers concerne le matériau utilisé pour transférer la conception de la puce sur la plaquette. Ce matériau atteint rapidement sa limite pour transférer avec précision les conceptions. Pour maintenir la mise à l’échelle des appareils de nouvelle génération sur la bonne voie, une technologie révolutionnaire a été introduite: la résistance sèche. Pour mieux comprendre cette solution, examinons d’abord de plus près le processus de création de motifs et les photoresists actuels, puis discutons des avantages potentiels de la nouvelle solution.
Patterning: création de fonctionnalités de puce
La création d’une puce avancée peut prendre plusieurs centaines d’étapes individuelles, car les caractéristiques microscopiques sont construites couche par couche. L’une des étapes les plus critiques du processus est appelée lithographie – répétée à plusieurs reprises, avec le dépôt et la gravure, ces étapes sont responsables du codage des informations contenues dans la conception en motifs sur la plaquette.
En lithographie, une plaquette est revêtue d’un matériau sensible à la lumière appelé photorésist. La lumière est ensuite diffusée à travers un photomasque (un motif de zones transparentes et opaques), exposant le photorésist à certains endroits, mais pas à d’autres. Les régions exposées sont ensuite gravées, tandis que les zones couvertes restent protégées (dans le cas d’une photorésist positive). Le résultat final est un ensemble de caractéristiques dont la taille et la densité sont déterminées par le motif de photorésist original, reproduisant la conception du dispositif sur un film sur la plaquette.
La taille de la plus petite caractéristique possible est directement proportionnelle à la longueur d’onde de la lumière utilisée. Avec sa plus petite longueur d’onde, les systèmes de lithographie ultraviolets extrêmes (EUV) peuvent créer des fonctionnalités de puce plus fines que son prédécesseur – tout comme des pixels plus petits augmentent la résolution de l’écran sur votre téléphone intelligent.
Le rôle du resist
La résine photosensible, souvent simplement appelée réserve, joue un rôle essentiel dans le processus de lithographie. Idéalement, il aurait une haute résolution, une faible rugosité de bord de ligne (LER) et une sensibilité élevée.
- La résolution fait référence à la plus petite dimension qui peut être produite par la réserve; il est déterminé par la capacité du matériau de réserve à réagir avec les photons entrants.
- La rugosité des bords de ligne décrit la distance par rapport à l’intention de conception d’une fonction imprimée; une tranchée avec des parois atomiquement droites aurait zéro LER.
- La sensibilité est une mesure de l’énergie requise pour créer une fonction; une résine à haute sensibilité est nécessaire si l’intensité de la source lumineuse est faible.
Il est difficile d’obtenir les trois en même temps, car ils sont interdépendants et les améliorations apportées à un paramètre dégradent généralement au moins l’un des autres – souvent appelée relation de compromis RLS. Pour mieux comprendre pourquoi ce compromis existe, nous devons comprendre comment fonctionne la résistance.
Comment résiste fonctionne: parler de la CAR
Ci-dessous, nous mentionnerons les photons, qui peuvent être considérés comme de minuscules particules de lumière.
Les résists amplifiés chimiquement d’aujourd’hui sont constitués de nombreux composants en plus de la matrice polymère principale, y compris des absorbeurs, des générateurs de photoacides (PAG) et des additifs pour contrôler la viscosité, l’adhérence et la stabilité au stockage. Lorsqu’un photon frappe la réserve, il déclenche une réaction en chaîne qui modifie la structure du matériau, le rendant plus soluble afin qu’il puisse être emporté lors d’une étape de développement ultérieure. Une partie de la cascade de réaction implique une amplification chimique du photon initial, où le photon est d’abord converti en plusieurs électrons, de sorte que plusieurs molécules de photoacide sont finalement générées par photon incident. Par conséquent, ces matériaux sont appelés résists chimiquement amplifiés (CAR).
L’avantage du CAR est que la sensibilité de la résistance peut être augmentée en augmentant le nombre de molécules photoacides générées par photon. Cependant, ces acides supplémentaires seront situés de plus en plus loin du site du photon d’origine, résultant en un flou d’image qui réduit la résolution et augmente la rugosité des bords de la ligne.
Alors que les CAR ont fait des progrès significatifs au cours des dernières décennies, ils sont déjà confrontés à des limitations importantes au niveau du nœud 5 nm, obligeant les fabricants de puces à faire des adaptations de conception et les usines de semi-conducteurs à incorporer plusieurs passes de lithographie pour atteindre la résolution. Pour étendre la modélisation EUV abordable et conviviale aux futurs nœuds de processus, une nouvelle solution de réserve est nécessaire.
Solution de réserve sèche
Lam, en collaboration avec ASML et Imec, a créé une technologie d’application de résistance révolutionnaire qui est fondamentalement différente des résines liquides à visser. Appliqué à l’aide de précurseurs réactifs en phase vapeur, le film résultant est uniforme et homogène.
Cette nouvelle technologie implique le dépôt à sec de petites unités organométalliques (<0,5 nm), ce qui présente plusieurs avantages. Il est important de noter que ce cadre haute densité de particules photosensibles à densité est intrinsèquement plus efficace pour capturer des photons, une caractéristique importante étant donné que les sources EUV actuelles produisent beaucoup moins de photons que leurs prédécesseurs à plus longue longueur d'onde.
La résolution est plus élevée parce que les mécanismes d’exposition sont fondamentalement différents de la réaction en chaîne impliquée dans les RAC. Lors du symposium SPIE Advanced Lithography, nous avons montré une imagerie réussie à un pas de 26 nm avec le meilleur facteur Z de sa catégorie <1 x10-8 mJ nm3.
La méthode de dépôt à sec nous donne la capacité unique de changer l’épaisseur de la réserve simplement en changeant le temps de dépôt et de développement. En revanche, changer l’épaisseur du revêtement de résine résistante à rotation est beaucoup plus difficile, car il faut à la fois traiter la viscosité et l’adhérence de surface, ce qui peut conduire à des compromis indésirables dans les performances de lithographie. Cette capacité de l’épaisseur de réserve sèche à être co-optimisée avec l’absorption de photons, la gravure par transfert et l’adhérence de la sous-couche nous permet de rompre les compromis entre la rugosité des bords de la ligne, la sensibilité et la défectuosité / le rendement du dispositif.
Le cadre de réserve sèche a d’autres avantages en plus de rompre le compromis RLS. Il n’y a pas de problèmes de viscosité, de durée de conservation des produits chimiques et d’autres limitations qui peuvent affecter les résines vissables humides. Etant donné que les additifs pour l’adhérence ou la stabilité ne sont plus nécessaires, le matériau déposé à sec est un matériau beaucoup plus pur qui est intrinsèquement plus sensible et, surtout, se prête à un processus de développement à sec.
Le nouveau processus de développement à sec a été co-optimisé pour minimiser l’effondrement des lignes et des piliers. Sans les forces capillaires inévitables pendant le traitement par voie humide, le développement à sec se traduit par une fenêtre de processus sans effondrement considérablement plus grande.
La technologie de résistance et de développement à sec de Lam accélérera la transition de l’industrie vers les futures applications de nœuds de lithographie EUV et permettra une mise à l’échelle continue pour les périphériques logiques et mémoire avancés.