IMEC EUV ist reif für die Serienfertigung

Strukturierung von metal2 mit 32-nm Pitch durch 'SAQP plus EUV' Block (XSEM-Abbildung).
Strukturierung von metal2 mit 32-nm Pitch durch 'SAQP plus EUV' Block (XSEM-Abbildung).

Auf der 2017 SPIE Advanced Lithography Conference hat das belgische Forschungszentrum Imec in enger Partnerschaft mit Zulieferern eine neue Plattform für die Strukturierung der fortschrittlichsten BEOL-Layer (BEOL: back-end-of-line) vorgestellt. Sie entspricht dem N5 Foundry-Technologie-Node.

Die neue Imec-Lösung umfasst zwei Szenarien für die Einführung der EUV-Lithographie, sowie Vorschläge für Designregeln, Masken, Photoresists, Ätzung, Metrologie und Abschätzung der Prozessvariationen. Eines der Szenarien sieht die Kombination einer Self-aligned Vierfachbelichtung mithilfe der Immersion-Lithographie und einer Block-Belichtung mithilfe von EUV vor. Damit lassen sich Metalllagen mit einem Pitch bis hinunter zu 32 nm erzeugen (Teaser-Bild). Zur Abschätzung des Potenzials der Plattform für die hochvolumige industrielle Fertigung werden die Uniformität der Layer und ihre lokalen Varianzen gezeigt.

BEOL-Layer für modernste Logikschaltungen

Mit dem Übergang auf neue Knoten mit immer aggressiverem Pitch (z.B. 32 nm) wird die Strukturierung der kritischen BEOL-Metalllagen zu einer echten Herausforderung. In diese BEOL-Lagen werden typischerweise zunächst die Gräben eingebracht, die im letzten Metallisierungsschritt mit Metall gefüllt werden. Um Unterbrechungen in den kontinuierlich verlaufenden Gräben zu erzeugen, werden rechtwinklig zu ihnen verlaufende Block-Layer hinzugefügt.

In der Halbleiterindustrie wird eine Reihe verschiedener Optionen für die Strukturierung der höchst anspruchsvollen BEOL-Layer und Blocks diskutiert. Eine dieser Optionen ist der Einsatz von Immersion-Lithographie in Verbindung mit dem so genannten Self-aligned Quadruple Patterning (SAQP) für die metallischen Leiter und ein Triple-Patterning für die Block-Layer. Allerdings erfordert diese Option eine dreifache Blockmaske und einen dreifachen Litho-Ätz-Prozess. Das erhöht die Kosten und die Komplexität der vorgeschlagenen Lösung.

Eine andere Option ist die direkte Strukturierung der metallischen BEOL-Layer mithilfe der EUV-Lithographie (EUVL) und in einem einzigen Belichtungsschritt. Obwohl diese direkte EUVL-Integration sehr einfach und kosteneffektiv ist, stellt die genaue Form der Strukturen (pattern fidelity) bei den zu erwartenden Prozessvarianzen eine extreme Herausforderung dar, was auch für die Maskenherstellung gilt.

Eine der Alternativen, die bei Imec evaluiert werden, ist eine hybride Option. Sie kombiniert das Immersion-basierte SAQP für die metallischen Leiter mit einem direkten EUV-Printing des Block-Layers. Dazu wird der ASML NXE:3300 Scanner eingesetzt.