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明導(dǎo):多重曝光的未來發(fā)展前景

2013-10-21 15:28 11210
電子設(shè)計(jì)自動(dòng)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(bào)告。

上海2013年10月21日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)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(bào)告。中文版的報(bào)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(jí)物理驗(yàn)證方法項(xiàng)目經(jīng)理。近年來,他一直在推動(dòng)EDA工具的發(fā)展,旨在解決對(duì)產(chǎn)品量率影響日益顯著的可制作設(shè)計(jì)(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。

作者David Abercrombie
作者David Abercrombie

全文摘要:

20nm 工藝節(jié)點(diǎn)首次向設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)光罩進(jìn)行生產(chǎn)制造。有些晶圓廠要求版圖設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)能夠進(jìn)行分解。無論哪種情況,版圖設(shè)計(jì)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(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)格單向走線。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
圖 1:線條/切割雙光罩分離流程示例

這個(gè)工藝是版圖設(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解檢查。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@種雙重曝光版圖設(shè)計(jì)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(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。唯一重要的變化是采用鰭式場效晶體管(finFET),它不僅是一個(gè)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(gè)晶體管需要一個(gè)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(dòng)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(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
圖2:用于肋片層的 SIM SADP 工藝流程示例

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(gè)新的多重曝光技術(shù)。第一個(gè)技術(shù)是LELELE間距分解三重圖案曝光工藝。當(dāng)然,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(gè)不同的光罩。與雙重曝光工藝一樣,當(dāng)你把三個(gè)光罩中的所有形狀疊加(OR)起來時(shí),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。

圖3:三個(gè)光罩三重圖案微影工藝分解
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雙重曝光工藝,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)變到三重曝光工藝更容易。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)版圖示例,這個(gè)版圖在三個(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
圖4:三重圖案微影工藝分解錯(cuò)誤利用縫合進(jìn)行糾正

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。
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)?,F(xiàn)在,讓我們簡單來看看一個(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。
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。
消息來源:Mentor Graphics
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