多重圖案微影技術的未來發展前景

曾經，我花了大量時間談論雙重圖案微影技術。我認為是時候開始展望多重圖案微影的發展前景了（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)技術似乎趕不上10nm節點的進度，甚至無法達到7nm。這意味著為了保持行業向前發展，必須采用替代型方法來拓展現有的微影工具集。

20nm工藝節點首次向設計界推出了多重圖案微影技術。活性層、接觸層、過孔層和下面的金屬層開始在這個節點利用雙微影蝕刻(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論的DP工藝流程。LELE需要將DP層分割（分離）成兩個光罩進行生產制造。在一些晶圓廠，設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，確保當設計在晶圓廠流片時能夠進行雙層分離。無論哪種情況，設計師都必須進行與這些將要分離成兩個光罩的層相關的任務，而之前的節點并不需要這些流程。

有趣的是20nm工藝節點的多晶硅（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。嚴格的分層設計規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技術節點的情況似乎與20nm節點非常相似。這種一致性主要由于這個節點并非從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。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。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，但是工藝與LELE或者線條/切割雙重圖案微影技術有很大不同。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布局的設計師而言，整個一代肋片層是隱藏的。設計師只需畫出傳統的主動區和非主動區（“柵極”）層。盡管在以前節點中沒出現的這些層有其它限制，這些主動區層只能是不同長度的離散單元，這些限制根據傳統的設計規則實施。這些嚴格受限的布局層限制確保了晶圓廠能夠輕松導出完成新晶體管結構所需的相應肋片層。

至于10nm工藝節點，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，10nm節點帶來了至少兩個新的多重圖案技術。第一個技術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、再分配互聯和/或M1這樣的層。圖3顯示了三重圖案微影工藝分解示例。