上海2013年10月21日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計自動化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《好戲還在后頭：多重曝光的未來發(fā)展前景》的研究報告。中文版的報告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載：http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=220。
作者介紹
David Abercrombie 是明導(dǎo)高級物理驗(yàn)證方法項(xiàng)目經(jīng)理。近年來，他一直在推動EDA工具的發(fā)展，旨在解決對產(chǎn)品量率影響日益顯著的可制作設(shè)計(DFM)問題。David 擁有克萊姆森大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位和北卡羅來納州立大學(xué)電子工程碩士學(xué)位。
20nm 工藝節(jié)點(diǎn)首次向設(shè)計界推出了多重曝光技術(shù)。有源層、接觸層、過孔層和下面的金屬層開始在這個節(jié)點(diǎn)利用曝光-刻蝕-曝光-刻蝕(Litho-Etch-Litho-Etch， LELE) 間距分解雙重曝光 (DP) 工藝。LELE 需要將 DP 層分解成兩個光罩進(jìn)行生產(chǎn)制造。有些晶圓廠要求版圖設(shè)計師在流片之前自行進(jìn)行光罩層分解，這是此類晶圓廠流片工藝的一部分，還有些晶圓廠不需要版圖設(shè)計師進(jìn)行光罩分解，但是他們必須進(jìn)行專門光罩分解的嚴(yán)格檢查以確保版圖在晶圓廠流片時能夠進(jìn)行分解。無論哪種情況，版圖設(shè)計師都必須進(jìn)行與這些光罩分離相關(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(yán)格單向走線。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。
這個工藝是版圖設(shè)計人員看不到，因?yàn)樗麄儾划嬤@兩個光罩或者對這個流程進(jìn)行任何類型的特殊分解檢查。嚴(yán)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?yàn)檫@種雙重曝光版圖設(shè)計師根本看不見，因此你很少聽到有人談及。
在多重曝光方面，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。唯一重要的變化是采用鰭式場效晶體管（finFET），它不僅是一個新型的晶體管結(jié)構(gòu)而且尺寸有所縮小。除了有源層和多晶硅層之外，這個晶體管需要一個全新的魚鰭層（fin層）。fin片層本質(zhì)上是一系列與多晶硅層垂直的平行線。事實(shí)證明這些線條的間距也需要某種雙重曝光以進(jìn)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(zhǔn)雙重圖案曝光技術(shù)。與 LELE 間距分解和線條/切割工藝類似，SIM 也需要兩個光罩進(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 流程的一個示例。
除了16/14nm 中使用的所有技術(shù)，10nm 節(jié)點(diǎn)帶來了至少兩個新的多重曝光技術(shù)。第一個技術(shù)是LELELE間距分解三重圖案曝光工藝。當(dāng)然，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LELE雙重曝光十分類似，除了三重曝光工藝需要將原始層分解在三個不同的光罩。與雙重曝光工藝一樣，當(dāng)你把三個光罩中的所有形狀疊加（OR）起來時，它看起來又像原始的單層了。三重曝光工藝可用于接觸、再分配互聯(lián)和/或 M1 這樣的層。圖3顯示了三重曝光工藝分解示例。
由于這個工藝類似于 20/16/14nm雙重曝光工藝，設(shè)計師可能會發(fā)現(xiàn)很多類似之處，這會使轉(zhuǎn)變到三重曝光工藝更容易。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顯示了一個版圖示例，這個版圖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。
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。
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(xiàng)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)?，F(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）。
從這個示例中可以看出光罩分解過程分為三個主要步驟：
