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作者：明導高級物理驗證方法項目經(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)。我認為是時(shí)候開(kāi)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(tīng)過(guò)或者讀過(guò)的一樣，極紫外光微影(EUV Lithography)技術(shù)似乎趕不上10nm節點(diǎn)的進(jìn)度，甚至無(wú)法達到7nm。這意味著(zhù)為了保持行業(yè)向前發(fā)展，必須采用替代型方法來(lái)拓展現有的微影工具集。 20nm工藝節點(diǎn)首次向設計界推出了多重圖案微影技術(shù)�；钚詫�、接觸層、過(guò)孔層和下面的金屬層開(kāi)始在這個(gè)節點(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(chǎng)，設計師需要形成這兩個(gè)分離的光罩層，這是晶圓廠(chǎng)流片工藝的一部分。在其它晶圓廠(chǎng)，設計師無(wú)需進(jìn)行分離，但是他們進(jìn)行嚴格部署時(shí)必須進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的雙重圖案微影檢查，確保當設計在晶圓廠(chǎng)流片時(shí)能夠進(jìn)行雙層分離。無(wú)論哪種情況，設計師都必須進(jìn)行與這些將要分離成兩個(gè)光罩的層相關(guān)的任務(wù)，而之前的節點(diǎn)并不需要這些流程。 有趣的是20nm工藝節點(diǎn)的多晶硅（門(mén)）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(xiàn)條/切割流程。多晶硅層必須嚴格包含單向運行線(xiàn)路。這些線(xiàn)條全部使用第一個(gè)“線(xiàn)條”光罩定義。無(wú)論線(xiàn)條里哪兒有空隙（間隔），則使用第二個(gè)“切割”光罩來(lái)定義這些空隙。圖一是這個(gè)線(xiàn)條/切割雙光罩分離流程的示例。 
圖1：線(xiàn)條/切割雙光罩分離流程示例 這個(gè)工藝設計人員看不到，因為他們不畫(huà)這兩個(gè)光罩或者對這個(gè)流程進(jìn)行任何類(lèi)型的特殊分離檢查。嚴格的分層設計規則確保在晶圓廠(chǎng)生成這兩個(gè)光罩成為可能。因為這個(gè)雙重圖案微影設計師根本看不見(jiàn)，因此你很少聽(tīng)到有人談及。 在多重圖案微影方面，16/14nm技術(shù)節點(diǎn)的情況似乎與20nm節點(diǎn)非常相似。這種一致性主要由于這個(gè)節點(diǎn)并非從20nm真正縮至16/14nm。內部連接層跟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(xiàn)。事實(shí)證明這些線(xiàn)條的強度（線(xiàn)條/間隔）還需要一些DP類(lèi)型進(jìn)行生產(chǎn)。晶圓廠(chǎng)推出了一款新的DP工藝spacer-is-mask(簡(jiǎn)稱(chēng)“SIM”)，它是一種自動(dòng)校準雙重圖案微影技術(shù)。與LELE間距分割和線(xiàn)條/切割工藝類(lèi)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(xiàn)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(lái)和作為設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(jìn)行16/14nm布局的設計師而言，整個(gè)一代肋片層是隱藏的。設計師只需畫(huà)出傳統的主動(dòng)區和非主動(dòng)區（“柵極”）層。盡管在以前節點(diǎn)中沒(méi)出現的這些層有其它限制，這些主動(dòng)區層只能是不同長(cháng)度的離散單元，這些限制根據傳統的設計規則實(shí)施。這些嚴格受限的布局層限制確保了晶圓廠(chǎng)能夠輕松導出完成新晶體管結構所需的相應肋片層。 至于10nm工藝節點(diǎn)，多重圖案的變化并不利于設計師。除了16/14nm中使用的所有技術(shù)，10nm節點(diǎn)帶來(lái)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(lèi)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，當你結合三個(gè)光罩中的所有形狀時(shí)，它看起來(lái)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(lèi)似于20/16/14nm雙重圖案微影工藝，設計師可能會(huì )發(fā)現很多類(lèi)似之處，這會(huì )使轉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(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(guò)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(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，因此對設計師、代工廠(chǎng)和電子設計自動(dòng)化工具而言帶來(lái)了巨大的挑戰。我將在今后的文章后詳細介紹這些挑戰。 10nm工藝也帶來(lái)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(lái)界定形狀。但在SID版SADP中，隔離層并不界定行數，而是行數之間的間距。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，更復雜的雙向層（例如金屬互聯(lián)層）所采用的SID SADP工藝對于設計師而言是不容忽視的。這項工藝將需要設計師了解并適應一些新要求。此外也給晶圓代工和EDA工具帶來(lái)了新的挑戰。別擔心——我在接下來(lái)的文章中將進(jìn)一步討論這些挑戰�，F在，讓我們簡(jiǎn)單來(lái)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(guò)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(wú)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過(guò)來(lái)，形成最終的“遮擋光罩”�，F在來(lái)看，心軸和遮擋光罩如何形成類(lèi)似晶圓原始導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(lái)介紹這個(gè)過(guò)程。 我只想說(shuō)，如果您想要著(zhù)手進(jìn)行任何10nm設計工作，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(yōu)解難。至少，關(guān)于可預見(jiàn)的未來(lái)，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)習的過(guò)程�，F在，讓我來(lái)簡(jiǎn)單概括一下多重圖案微影領(lǐng)域每個(gè)工藝節點(diǎn)的相關(guān)知識。 ●20nm： 用于多晶層的線(xiàn)條/切割雙光罩工藝（對設計師無(wú)影響） 用于活性層、接觸層、通孔層和金屬層的LELE DP工藝（對設計師有影響） ●16nm： 用于肋片層的SIM SADP（對設計師無(wú)影響） ●10nm： 用于一些接觸層和互聯(lián)層的LELELE TP工藝（對設計師有影響） 用于一些金屬互聯(lián)層的SID SADP（對設計師有影響） |
