确定ALD厚度，最大限度地减少SAQP图案偏移和蚀刻过程中的结构不均匀性。
尽管人们对EUV光刻越来越感兴趣，但自对准四重图案(SAQP)在图案一致性、简单性和成本方面仍然具有许多技术优势。这尤其适用于非常简单和周期性的模式，如线和空间模式或孔阵列。SAQP最大的挑战是固有的不对称掩模形状。这种不对称性会在蚀刻过程中产生结构不均匀性，这是由于依赖于角度的蚀刻效应所产生的复杂蚀刻速率可变性。当一系列SAQP过程需要相互叠加时，这些挑战会进一步加剧，例如当需要在网格状模式中创建交叉点或孔时。在本文中，我们将讨论使用SEMulator3D工艺建模来确定ALD厚度，以最大限度地减少这种类型的图案偏移和器件不均匀性。
我们首先开发了一个虚拟设备结构来测试ALD厚度如何影响孔尺寸均匀性和CD。我们通过使用两个纵横交错的SAQP过程开始了我们的虚拟实验，并将孔网格图案转移到SiO2层上。起始堆栈包含60nm SiO2掩膜，20nm SiN掩膜(图1a)，以及第一个SAQP层Si 60nm /碳60nm / SiARC (25nm) /光刻胶(PR) 80 nm。在形成最后一组SAQP掩模后(图1b)，整个设备被埋在碳中，并沉积另一层SAQP，这一次是垂直方向(图1c)。在上层SAQP层形成后，蚀刻去除埋没的碳材料，最后蚀刻下面的SiN和SiO2层。所有蚀刻过程都使用内置在SEMulator3D中的角度依赖蚀刻模拟工具。利用实际的扫描电镜腐蚀数据，确定了蚀刻模型中的角分布输入参数。对于SAQP掩模蚀刻，在过程模型中还包含了轻微的恒定蚀刻速率溅射效应，以解释蚀刻的倾斜性质。所有沉积步骤，包括原子层沉积，都使用SEMulator3D中发现的保形沉积特征再现。
实现SAQP方案的最大挑战是最大限度地减少pitch walk，它会由于不对称蚀刻而产生不均匀的掩模间距。当两个SAQP掩模重叠以创建网格图案时，间距偏移的影响可以表现为孔CD不均匀性和孔定位偏离所需间距(见图2)。这种间距偏移可以通过调整ALD间隔厚度来缓解。幸运的是，ALD沉积在化学上是自我限制的，它是一个持续控制的过程，可以在过程模型中非常精确地建模。SAQP工艺流程包括两个ALD工艺，一个在碳芯棒上(用ALD 1厚度表示)，另一个在硅芯棒上(用ALD 2厚度表示)。在这个虚拟实验中，顶部和底部SAQP过程都使用相同的ALD 1和ALD 2厚度。
图3a显示了在SEMulator3D中蒙特卡罗模拟结果的接触面积标准差热图。结果是通过在较宽的范围内改变ALD厚度得到的。在图3b中，我们观察了ALD厚度范围较窄且具有低标准差的结果。在宽范围蒙特卡罗热图(图3a)中，可以在ALD 1厚度为16nm的区域和ALD 2厚度为14nm的区域(图3b)中发现一个接触面积标准偏差小于80 nm^2的小区域。然后使用ALD 1和ALD 2厚度的较小范围进行第二次蒙特卡罗模拟，以图3a所示的近似最低变化区域为中心。结果表明，当ALD 1厚度为16.9935 nm, ALD 2厚度为13.537 nm时，小孔标准偏差最小为60。
通过改变顶部和底部SAQP工艺之间的厚度可以进一步改进。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，可以显著改善孔尺寸均匀性。本研究表明，通过对ALD厚度的模拟和控制，可以改善SAQP工艺中孔CD均匀性。这些结果可应用于提高许多关键半导体器件制造应用中的成品率。
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