自对准双重图案化技术的优势与步骤

文章来源：半导体与物理

原文作者：jjfly686

本文介绍了自对准双重图案化技术的优势与步骤。

在芯片制造中，光刻技术在硅片上刻出纳米级的电路图案。然而，当制程进入7纳米以下，传统光刻的分辨率已逼近物理极限。这时，自对准双重图案化（SADP）的技术登上舞台，氧化物间隔层切割掩膜，确保数十亿晶体管的精确成型。

光刻的困境

传统光刻机使用193 nm波长的深紫外光（DUV），理论上最小只能刻出约50 nm宽的线条。但现代5纳米芯片的晶体管鳍片（Fin）宽度已缩至10 nm，这相当于要用一把“钝刀”刻出比刀刃更细的纹路。

SADP技术的突破：通过两次图案化，将光刻分辨率提升一倍。其核心在于利用氧化物间隔层（Oxide Spacer）作为“模板的模板”，但若不对间隔层进行精细修剪，最终结构可能扭曲变形。

SADP技术

1.第一步：制作核心模板（Mandrel）

材料选择：无定形碳膜因其易刻蚀、耐高温，成为理想模板材料。光刻成型：在硅片上涂覆光刻胶，曝光显影后刻蚀出初始线条。

2.第二步：包裹氧化物间隔层

沉积工艺：通过原子层沉积（ALD）在碳模板两侧包裹一层均匀的二氧化硅（SiO₂），厚度精确控制。去除核心：用氧等离子体刻蚀掉中间的碳模板，留下成对的氧化物间隔层，间距缩小至目标尺寸。

3.缺陷

若不对间隔层两端进行修剪，后续刻蚀硅形成鳍片时，边缘会因应力不均变成椭圆形。

4.切割掩膜

为了将弯曲的间隔层变成笔直的线条，工程师引入切割掩膜（Cut Mask）技术：

1.光刻定位：在间隔层两端涂覆光刻胶，通过光刻机曝光，定义需要修剪的区域。

2.刻蚀：用等离子体刻蚀精确切除间隔层两端多余部分，确保直线结构。

3.定向扩展：修剪后的间隔层作为硬掩膜，刻蚀下方的硅衬底，形成笔直的鳍片阵列。