明导推出了20nm工艺节点多重曝光技术

作者：David Abercrombie

　　明导首次向设计界推出了20nm 工艺节点多重曝光技术。有源层、接触层、过孔层和下面的金属层开始在这个节点利用曝光-刻蚀-曝光-刻蚀(Litho-Etch-Litho-Etch，LELE) 间距分解双重曝光(DP) 工艺。LELE 需要将DP层分解成两个光罩进行生产制造。有些晶圆厂要求版图设计师在流片之前自行进行光罩层分解，这是此类晶圆厂流片工艺的一部分，还有些晶圆厂不需要版图设计师进行光罩分解，但是他们必须进行专门光罩分解的严格检查以确保版图在晶圆厂流片时能够进行分解。无论哪种情况，版图设计师都必须进行与这些光罩分离相关的任务，而之前的节点并不需要这些流程。

　　有趣的是20nm工艺节点的多晶硅（门）层也使用两个光罩，但是分离的方式与其它DP层所需的 LELE 流程不同。它使用一个线条/切割流程。多晶硅层必须严格单向走线。这些线条全部使用第一个“线条”光罩定义。无论线条里哪儿有空隙（间隔），则使用第二个“切割”光罩来定义这些空隙。图一是这个线条/切割双光罩分离流程的示例。

图 1：线条/切割双光罩分离流程示例

这个工艺是版图设计人员看不到，因为他们不画这两个光罩或者对这个流程进行任何类型的特殊分解检查。严格的分层设计规则确保在晶圆厂生成这两个光罩成为可能。因为这种双重曝光版图设计师根本看不见，因此你很少听到有人谈及。

　　在多重曝光方面，16/14nm技术节点的情况似乎与20nm节点非常相似。这种一致性主要由于这个节点并非从20nm真正缩至16/14nm。内部连接层跟20nm一样，因此相同的 DP流程可以用于生产他们。唯一重要的变化是采用鳍式场效晶体管（finFET），它不仅是一个新型的晶体管结构而且尺寸有所缩小。除了有源层和多晶硅层之外，这个晶体管需要一个全新的鱼鳍层（fin层）。fin片层本质上是一系列与多晶硅层垂直的平行线。事实证明这些线条的间距也需要某种双重曝光以进行生产。晶圆厂推出了一款新的 DP 工艺 spacer-is-mask (简称“SIM”)，它是一种自动校准双重图案曝光技术。与 LELE 间距分解和线条/切割工艺类似，SIM 也需要两个光罩进行生产，但是工艺与 LELE 或者线条/切割双重图案微影技术有很大不同。图2是 SIM 流程的一个示例。

图2：用于肋片层的 SIM SADP 工艺流程示例

除了16/14nm 中使用的所有技术，10nm 节点带来了至少两个新的多重曝光技术。第一个技术是LELELE间距分解三重图案曝光工艺。当然，两个不够的时候，为什么不用三个呢？这个工艺与 20/16/14nm 中使用的LELE双重曝光十分类似，除了三重曝光工艺需要将原始层分解在三个不同的光罩。与双重曝光工艺一样，当你把三个光罩中的所有形状叠加（OR）起来时，它看起来又像原始的单层了。三重曝光工艺可用于接触、再分配互联和/或 M1 这样的层。图3显示了三重曝光工艺分解示例。

图3：三个光罩三重图案微影工艺分解