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作者：明導(dǎo)高級(jí)物理驗(yàn)證方法項(xiàng)目經(jīng)理David Abercrombie 曾經(jīng)，我花了大量時(shí)間談?wù)撾p重圖案微影技術(shù)。我認(rèn)為是時(shí)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(diǎn)的進(jìn)度，甚至無法達(dá)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(diǎn)首次向設(shè)計(jì)界推出了多重圖案微影技術(shù)�；钚詫印⒔佑|層、過孔層和下面的金屬層開始在這個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)光罩進(jìn)行生產(chǎn)制造。在一些晶圓廠，設(shè)計(jì)師需要形成這兩個(gè)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(jì)師無需進(jìn)行分離，但是他們進(jìn)行嚴(yán)格部署時(shí)必須進(jìn)行專門的雙重圖案微影檢查，確保當(dāng)設(shè)計(jì)在晶圓廠流片時(shí)能夠進(jìn)行雙層分離。無論哪種情況，設(shè)計(jì)師都必須進(jìn)行與這些將要分離成兩個(gè)光罩的層相關(guān)的任務(wù)，而之前的節(jié)點(diǎn)并不需要這些流程。 有趣的是20nm工藝節(jié)點(diǎn)的多晶硅（門）層也使用兩個(gè)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(gè)線條/切割流程。多晶硅層必須嚴(yán)格包含單向運(yùn)行線路。這些線條全部使用第一個(gè)“線條”光罩定義。無論線條里哪兒有空隙（間隔），則使用第二個(gè)“切割”光罩來定義這些空隙。圖一是這個(gè)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(gè)工藝設(shè)計(jì)人員看不到，因?yàn)樗麄儾划嬤@兩個(gè)光罩或者對(duì)這個(gè)流程進(jìn)行任何類型的特殊分離檢查。嚴(yán)格的分層設(shè)計(jì)規(guī)則確保在晶圓廠生成這兩個(gè)光罩成為可能。因?yàn)檫@個(gè)雙重圖案微影設(shè)計(jì)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(diǎn)的情況似乎與20nm節(jié)點(diǎn)非常相似。這種一致性主要由于這個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)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(gè)晶體管需要一個(gè)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(shí)證明這些線條的強(qiáng)度（線條/間隔）還需要一些DP類型進(jìn)行生產(chǎn)。晶圓廠推出了一款新的DP工藝spacer-is-mask(簡(jiǎn)稱“SIM”)，它是一種自動(dòng)校準(zhǔn)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(gè)光罩進(jìn)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(gè)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(gè)光罩（“心軸”和“遮擋”）看起來和作為設(shè)計(jì)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?yàn)樽罱K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(yùn)的是，對(duì)于進(jìn)行16/14nm布局的設(shè)計(jì)師而言，整個(gè)一代肋片層是隱藏的。設(shè)計(jì)師只需畫出傳統(tǒng)的主動(dòng)區(qū)和非主動(dòng)區(qū)（“柵極”）層。盡管在以前節(jié)點(diǎn)中沒出現(xiàn)的這些層有其它限制，這些主動(dòng)區(qū)層只能是不同長(zhǎng)度的離散單元，這些限制根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則實(shí)施。這些嚴(yán)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(diǎn)，多重圖案的變化并不利于設(shè)計(jì)師。除了16/14nm中使用的所有技術(shù)，10nm節(jié)點(diǎn)帶來了至少兩個(gè)新的多重圖案技術(shù)。第一個(gè)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(gè)不夠的時(shí)候，為什么不用三個(gè)呢？這個(gè)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(gè)不同的光罩中分解這點(diǎn)。與雙重圖案微影工藝一樣，當(dāng)你結(jié)合三個(gè)光罩中的所有形狀時(shí)，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(gè)光罩三重圖案微影工藝分解 由于這個(gè)工藝類似于20/16/14nm雙重圖案微影工藝，設(shè)計(jì)師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)很多類似之處，這會(huì)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(duì)于這個(gè)工藝而言理論上也是可行的。圖4顯示了一個(gè)布局示例，這個(gè)布局在三個(gè)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(cuò)誤利用縫合進(jìn)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(duì)設(shè)計(jì)師、代工廠和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)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(xì)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(gè)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(duì)于設(shè)計(jì)師而言是不容忽視的。這項(xiàng)工藝將需要設(shè)計(jì)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(dān)心——我在接下來的文章中將進(jìn)一步討論這些挑戰(zhàn)�，F(xiàn)在，讓我們簡(jiǎn)單來看看一個(gè)金屬布局示例以及它如何分解成兩個(gè)光罩（圖6）。
圖6：金屬布局分解成SID SADP的兩個(gè)光罩。 從這個(gè)示例中可以看出光罩分解過程分為三個(gè)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(gè)“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”�，F(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(shí)間來介紹這個(gè)過程。 我只想說，如果您想要著手進(jìn)行任何10nm設(shè)計(jì)工作，您可能需要再學(xué)習(xí)一些有關(guān)多重圖案微影的知識(shí)。很幸運(yùn)，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(gè)學(xué)習(xí)的過程�，F(xiàn)在，讓我來簡(jiǎn)單概括一下多重圖案微影領(lǐng)域每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)。 ●20nm： 用于多晶層的線條/切割雙光罩工藝（對(duì)設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)師有影響） ●16nm： 用于肋片層的SIM SADP（對(duì)設(shè)計(jì)師無影響） ●10nm： 用于一些接觸層和互聯(lián)層的LELELE TP工藝（對(duì)設(shè)計(jì)師有影響） 用于一些金屬互聯(lián)層的SID SADP（對(duì)設(shè)計(jì)師有影響） |
