上海2013年10月21日電 /美通社/ -- 電子設計自動化技術的領導廠商 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 的官方網站閱讀和下載：http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=220。
作者介紹
David Abercrombie 是明導高級物理驗證方法項目經理。近年來，他一直在推動EDA工具的發(fā)展，旨在解決對產品量率影響日益顯著的可制作設計(DFM)問題。David 擁有克萊姆森大學電子工程學士學位和北卡羅來納州立大學電子工程碩士學位。
20nm 工藝節(jié)點首次向設計界推出了多重曝光技術。有源層、接觸層、過孔層和下面的金屬層開始在這個節(jié)點利用曝光-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行生產制造。有些晶圓廠要求版圖設計師在流片之前自行進行光罩層分解，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計師進行光罩分解，但是他們必須進行專門光罩分解的嚴格檢查以確保版圖在晶圓廠流片時能夠進行分解。無論哪種情況，版圖設計師都必須進行與這些光罩分離相關的任務，而之前的節(jié)點并不需要這些流程。
有趣的是20nm工藝節(jié)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解檢查。嚴格的分層設計規(guī)則確保在晶圓廠生成這兩個光罩成為可能。因為這種雙重曝光版圖設計師根本看不見，因此你很少聽到有人談及。
在多重曝光方面，16/14nm技術節(jié)點的情況似乎與20nm節(jié)點非常相似。這種一致性主要由于這個節(jié)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。唯一重要的變化是采用鰭式場效晶體管（finFET），它不僅是一個新型的晶體管結構而且尺寸有所縮小。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間距也需要某種雙重曝光以進行生產。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曝光技術。與 LELE 間距分解和線條/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。
除了16/14nm 中使用的所有技術，10nm 節(jié)點帶來了至少兩個新的多重曝光技術。第一個技術是LELELE間距分解三重圖案曝光工藝。當然，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，設計師可能會發(fā)現很多類似之處，這會使轉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，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。
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 工具帶來了新的挑戰(zhàn)。現在，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：
