明导：多重曝光的未来发展前景

2013年10月22日09:50:40 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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电子设计自动化技术的领导厂商 Mentor Graphics近日发布一份题为《好戏还在后头：多重曝光的未来发展前景》的研究报告。中文版的报告全文可在 Mentor Graphics 的官方网站阅读和下载：http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=220 。

作者介绍

David Abercrombie 是明导高级物理验证方法项目经理。近年来，他一直在推动EDA工具的发展，旨在解决对产品量率影响日益显著的可制作设计(DFM)问题。David 拥有克莱姆森大学电子工程学士学位和北卡罗来纳州立大学电子工程硕士学位。

作者David Abercrombie

全文摘要：

20nm 工艺节点首次向设计界推出了多重曝光技术。有源层、接触层、过孔层和下面的金属层开始在这个节点利用曝光-刻蚀-曝光-刻蚀(Litho-Etch-Litho-Etch， LELE) 间距分解双重曝光 (DP) 工艺。LELE 需要将 DP 层分解成两个光罩进行生产制造。有些晶圆厂要求版图设计师在流片之前自行进行光罩层分解，这是此类晶圆厂流片工艺的一部分，还有些晶圆厂不需要版图设计师进行光罩分解，但是他们必须进行专门光罩分解的严格检查以确保版图在晶圆厂流片时能够进行分解。无论哪种情况，版图设计师都必须进行与这些光罩分离相关的任务，而之前的节点并不需要这些流程。

有趣的是20nm工艺节点的多晶硅（门）层也使用两个光罩，但是分离的方式与其它 DP 层所需的 LELE 流程不同。它使用一个线条/切割流程。多晶硅层必须严格单向走线。这些线条全部使用第一个“线条”光罩定义。无论线条里哪儿有空隙（间隔），则使用第二个“切割”光罩来定义这些空隙。图一是这个线条/切割双光罩分离流程的示例。

图 1：线条/切割双光罩分离流程示例

这个工艺是版图设计人员看不到，因为他们不画这两个光罩或者对这个流程进行任何类型的特殊分解检查。严格的分层设计规则确保在晶圆厂生成这两个光罩成为可能。因为这种双重曝光版图设计师根本看不见，因此你很少听到有人谈及。

在多重曝光方面，16/14nm技术节点的情况似乎与20nm节点非常相似。这种一致性主要由于这个节点并非从20nm真正缩至16/14nm。内部连接层跟20nm一样，因此相同的 DP流程可以用于生产他们。唯一重要的变化是采用鳍式场效晶体管（finFET），它不仅是一个新型的晶体管结构而且尺寸有所缩小。除了有源层和多晶硅层之外，这个晶体管需要一个全新的鱼鳍层（fin层）。fin片层本质上是一系列与多晶硅层垂直的平行线。事实证明这些线条的间距也需要某种双重曝光以进行生产。晶圆厂推出了一款新的 DP 工艺 spacer-is-mask (简称“SIM”)，它是一种自动校准双重图案曝光技术。与 LELE 间距分解和线条/切割工艺类似，SIM 也需要两个光罩进行生产，但是工艺与 LELE 或者线条/切割双重图案微影技术有很大不同。图2是 SIM 流程的一个示例。

图2：用于肋片层的 SIM SADP 工艺流程示例

除了16/14nm 中使用的所有技术，10nm 节点带来了至少两个新的多重曝光技术。第一个技术是LELELE间距分解三重图案曝光工艺。当然，两个不够的时候，为什么不用三个呢？这个工艺与 20/16/14nm 中使用的LELE双重曝光十分类似，除了三重曝光工艺需要将原始层分解在三个不同的光罩。与双重曝光工艺一样，当你把三个光罩中的所有形状叠加（OR）起来时，它看起来又像原始的单层了。三重曝光工艺可用于接触、再分配互联和/或 M1 这样的层。图3显示了三重曝光工艺分解示例。

图3：三个光罩三重图案微影工艺分解

由于这个工艺类似于 20/16/14nm双重曝光工艺，设计师可能会发现很多类似之处，这会使转变到三重曝光工艺更容易。即使是使用缝合这样的固定解决方案，对于这个工艺而言理论上也是可行的。图4显示了一个版图示例，这个版图在三个光罩中不能自然分解，但可以通过利用缝合成功分解。

图4：三重图案微影工艺分解错误利用缝合进行纠正

10nm 工艺也带来了 SID 版 SADP，这可用于部分金属互联层。正如 SIM 版 SADP 用于 16/14nm 工艺一样，这两个光罩和布局中原始草图形状不一样，但利用了隔离层沉积和蚀刻之间的残差来界定形状。但在 SID 版 SADP 中，隔离层并不界定行数，而是行数之间的间距。图5显示了利用 SID 版 SADP 的金属工艺示例。

图5：用于金属互联层的 SID SADP 工艺。

与用于16/14nm 肋片层的 SIM SADP 工艺不同，更复杂的双向层（例如金属互联层）所采用的 SID SADP 工艺对于设计师而言是不容忽视的。这项工艺将需要设计师了解并适应一些新要求。此外也给晶圆代工和 EDA 工具带来了新的挑战。现在，让我们简单来看看一个金属布局示例以及它如何分解成两个光罩（图6）。

图6：金属布局分解成 SID SADP 的两个光罩。

从这个示例中可以看出光罩分解过程分为三个主要步骤：

原始的单层被拆分为两种“颜色”-- 心轴和无心轴。
新增的“虚拟心轴”多边形被分配给心轴颜色。较终的心轴和虚拟心轴形状组合形成第一个“心轴光罩”。
形成的保持层较终将倒转过来，形成较终的“遮挡光罩”。现在来看，心轴和遮挡光罩如何形成类似晶圆原始导出层的东西可能还不明显，但相信我，它可以的。我们将在另一篇文章中花更多时间来介绍这个过程。

明导：多重曝光的未来发展前景

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