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作者：明導(dǎo)高級物理驗證方法項目經(jīng)理David Abercrombie 曾經(jīng)，我花了大量時間談?wù)撾p重圖案微影技術(shù)。我認為是時候開始展望多重圖案微影的發(fā)展前景了（不要驚慌！）。正如您可能聽過或者讀過的一樣，極紫外光微影(EUV Lithography)技術(shù)似乎趕不上10nm節(jié)點的進度，甚至無法達到7nm。這意味著為了保持行業(yè)向前發(fā)展，必須采用替代型方法來拓展現(xiàn)有的微影工具集。 20nm工藝節(jié)點首次向設(shè)計界推出了多重圖案微影技術(shù)。活性層、接觸層、過孔層和下面的金屬層開始在這個節(jié)點利用雙微影蝕刻(LELE)間距分割法雙重圖案微影(DP)工藝。這就是我的所有其它博客談?wù)摰腄P工藝流程。LELE需要將DP層分割（分離）成兩個光罩進行生產(chǎn)制造。在一些晶圓廠，設(shè)計師需要形成這兩個分離的光罩層，這是晶圓廠流片工藝的一部分。在其它晶圓廠，設(shè)計師無需進行分離，但是他們進行嚴格部署時必須進行專門的雙重圖案微影檢查，確保當設(shè)計在晶圓廠流片時能夠進行雙層分離。無論哪種情況，設(shè)計師都必須進行與這些將要分離成兩個光罩的層相關(guān)的任務(wù)，而之前的節(jié)點并不需要這些流程。 有趣的是20nm工藝節(jié)點的多晶硅（門）層也使用兩個光罩，但是分離的方式與其它DP層所需的LELE流程不同。它使用一個線條/切割流程。多晶硅層必須嚴格包含單向運行線路。這些線條全部使用第一個“線條”光罩定義。無論線條里哪兒有空隙（間隔），則使用第二個“切割”光罩來定義這些空隙。圖一是這個線條/切割雙光罩分離流程的示例。 
圖1：線條/切割雙光罩分離流程示例 這個工藝設(shè)計人員看不到，因為他們不畫這兩個光罩或者對這個流程進行任何類型的特殊分離檢查。嚴格的分層設(shè)計規(guī)則確保在晶圓廠生成這兩個光罩成為可能。因為這個雙重圖案微影設(shè)計師根本看不見，因此你很少聽到有人談及。 在多重圖案微影方面，16/14nm技術(shù)節(jié)點的情況似乎與20nm節(jié)點非常相似。這種一致性主要由于這個節(jié)點并非從20nm真正縮至16/14nm。內(nèi)部連接層跟20nm一樣，因此相同的DP流程可以用于生產(chǎn)他們。唯一重要的變化是新的finFET晶體管，它不僅是一個新型的晶體管而且尺寸有所縮小。除了活性層和多晶硅層之外，這個晶體管需要一個全新的層（肋片層 ）。肋片層本質(zhì)上是一系列與多晶硅層垂直的平行線。事實證明這些線條的強度（線條/間隔）還需要一些DP類型進行生產(chǎn)。晶圓廠推出了一款新的DP工藝spacer-is-mask(簡稱“SIM”)，它是一種自動校準雙重圖案微影技術(shù)。與LELE間距分割和線條/切割工藝類似，SIM也需要兩個光罩進行生產(chǎn)，但是工藝與LELE或者線條/切割雙重圖案微影技術(shù)有很大不同。圖2是SIM流程的一個示例。
圖2：用于肋片層的SIM SADP工藝流程示例 正如你在工藝流程圖上看到的一樣，兩個光罩（“心軸”和“遮擋”）看起來和作為設(shè)計師布局草圖一部分的最終理想形狀極為不同。這種差異是因為最終形狀并不是直接由光罩形狀界定。隔離層沉積和蝕刻之間的殘差形成了最終的“光罩”模式。幸運的是，對于進行16/14nm布局的設(shè)計師而言，整個一代肋片層是隱藏的。設(shè)計師只需畫出傳統(tǒng)的主動區(qū)和非主動區(qū)（“柵極”）層。盡管在以前節(jié)點中沒出現(xiàn)的這些層有其它限制，這些主動區(qū)層只能是不同長度的離散單元，這些限制根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則實施。這些嚴格受限的布局層限制確保了晶圓廠能夠輕松導(dǎo)出完成新晶體管結(jié)構(gòu)所需的相應(yīng)肋片層。 至于10nm工藝節(jié)點，多重圖案的變化并不利于設(shè)計師。除了16/14nm中使用的所有技術(shù)，10nm節(jié)點帶來了至少兩個新的多重圖案技術(shù)。第一個技術(shù)是三重雙微影蝕刻間距分割法三重圖案微影工藝。是的，兩個不夠的時候，為什么不用三個呢？這個工藝與20/16/14nm中使用的雙微影蝕刻間距分割法工藝十分類似，除了三重圖案微影工藝需要原始層在三個不同的光罩中分解這點。與雙重圖案微影工藝一樣，當你結(jié)合三個光罩中的所有形狀時，它看起來又像原始的單層了。三重圖案微影工藝可用于接觸、再分配互聯(lián)和/或M1這樣的層。圖3顯示了三重圖案微影工藝分解示例。
圖3：三個光罩三重圖案微影工藝分解 由于這個工藝類似于20/16/14nm雙重圖案微影工藝，設(shè)計師可能會發(fā)現(xiàn)很多類似之處，這會使轉(zhuǎn)變到三重圖案微影工藝更容易。即使是使用縫合這樣的固定解決方案，對于這個工藝而言理論上也是可行的。圖4顯示了一個布局示例，這個布局在三個光罩中不能自然分解，但可以通過利用縫合成功分解。
圖4：三重圖案微影工藝分解錯誤利用縫合進行糾正 盡管三重圖案微影和雙重有相似之處，但也有很多不同，因此對設(shè)計師、代工廠和電子設(shè)計自動化工具而言帶來了巨大的挑戰(zhàn)。我將在今后的文章后詳細介紹這些挑戰(zhàn)。 10nm工藝也帶來了SID版SADP，這可用于部分金屬互聯(lián)層。正如SIM版SADP用于16/14nm工藝一樣，這兩個光罩和布局中原始草圖形狀不一樣，但利用了隔離層沉積和蝕刻之間的殘差來界定形狀。但在SID版SADP中，隔離層并不界定行數(shù)，而是行數(shù)之間的間距。圖5顯示了利用SID版SADP的金屬工藝示例。
圖5：用于金屬互聯(lián)層的SID SADP工藝。 與用于16/14nm肋片層的SIM SADP工藝不同，更復(fù)雜的雙向?qū)樱ɡ缃饘倩ヂ?lián)層）所采用的SID SADP工藝對于設(shè)計師而言是不容忽視的。這項工藝將需要設(shè)計師了解并適應(yīng)一些新要求。此外也給晶圓代工和EDA工具帶來了新的挑戰(zhàn)。別擔心——我在接下來的文章中將進一步討論這些挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，讓我們簡單來看看一個金屬布局示例以及它如何分解成兩個光罩（圖6）。
圖6：金屬布局分解成SID SADP的兩個光罩。 從這個示例中可以看出光罩分解過程分為三個主要步驟： 原始的單層被拆分為兩種“顏色”——心軸和無心軸。 新增的“虛擬心軸”多邊形被分配給心軸顏色。最終的心軸和虛擬心軸形狀組合形成第一個“心軸光罩”。 形成的保持層最終將倒轉(zhuǎn)過來，形成最終的“遮擋光罩”。現(xiàn)在來看，心軸和遮擋光罩如何形成類似晶圓原始導(dǎo)出層的東西可能還不明顯，但相信我，它可以的。我們將在另一篇文章中花更多時間來介紹這個過程。 我只想說，如果您想要著手進行任何10nm設(shè)計工作，您可能需要再學(xué)習一些有關(guān)多重圖案微影的知識。很幸運，我可以為您排憂解難。至少，關(guān)于可預(yù)見的未來，我有很多想法可以與您分享！我期待幫助您完成這個學(xué)習的過程。現(xiàn)在，讓我來簡單概括一下多重圖案微影領(lǐng)域每個工藝節(jié)點的相關(guān)知識。 ●20nm： 用于多晶層的線條/切割雙光罩工藝（對設(shè)計師無影響） 用于活性層、接觸層、通孔層和金屬層的LELE DP工藝（對設(shè)計師有影響） ●16nm： 用于肋片層的SIM SADP（對設(shè)計師無影響） ●10nm： 用于一些接觸層和互聯(lián)層的LELELE TP工藝（對設(shè)計師有影響） 用于一些金屬互聯(lián)層的SID SADP（對設(shè)計師有影響） |
