如何利用多重圖形技術，實現先進集成電路？

十多年來，微型化始終是電子工業的一大趨勢，有助封裝更多功能、延長電池壽命並降低每塊晶元的生產成本。直到最近，半導體行業才能通過縮放光刻功能來縮小集成電路的特徵尺寸，從而滿足消費者對於更加小巧而強大的產品的需求。

在傳統光刻技術中，矽片覆有一層光敏材料（稱為「光刻膠」），光線流過光掩膜（透明和不透明區域的圖案），從而僅暴露矽片的特定區域。如果是正性光刻膠，暴露的區域之後會被刻蝕，而其餘區域保持不變，從而形成根據原始光刻膠圖案確定的一系列特徵。

雖然這種技術已成功應用多年 ，但如今的先進晶元設計尺寸更小、功能更加緊湊，需要超越傳統光刻所用的光線波長限制。為了製造這些晶元，先進的圖形技術會疊加多個較大尺寸的圖案，以便減小尺寸，使功能封裝更加緊密。

多重圖形技術的基礎知識

多重圖形最基本的形式是雙重圖形，能使特徵密度加倍。最常見的雙重圖形設計之一是雙微影蝕刻(LELE)，其中涉及兩次暴露和兩次蝕刻步驟。由於對每種掩蔽材料獨立進行優化，兩次獨立的光刻步驟讓設計更加靈活。

這一過程中，整個光刻掩模圖案會分成特徵不太緊湊的兩部分。通過先光刻再刻蝕的方式將第一個圖形轉印到底層硬掩膜上，然後對第二個圖形採用同樣的製程順序。這種技術最大問題是，兩個圖形本應完美對準，但實際上仍有疊加，無法做到完美無缺。

如今，業界的主要關注領域是減少疊加錯誤。另外，形成的合并圖案可能存在嚴重的相對位移，從而導致發電問題。

改進對準效果：基於間隔層的圖形技術

自對準雙重圖形(SADP)，也稱基於間隔層的技術，能夠有效減少掩蔽材料之間因未對準而導致的差異，因此已被一些較為超前的產品設計所採用。使用最簡單的 SADP方法，通過沉積和蝕刻工藝步驟可在預定義的特徵（心軸）側壁形成間隔層。

然後，通過其他蝕刻步驟去除心軸，留下間隔層，之後要使用間隔層來確定所需的最終結構。通過此方案，特徵密度會加倍，因為每個心軸有兩個間隔層，而且每個特徵都會按初始心軸尺寸「註冊」到下一個特徵中。

SADP可應用於在finFET技術中形成鰭狀結構、互聯層級的線和間隔，及存儲器件中的位線/字線。這種技術會以其他沉積和蝕刻步驟，取代LELE雙重圖形工藝中的第二步光刻工藝。重要尺寸通過形成間隔層及去除心軸的工藝製造，並需要嚴格控制沉積及蝕刻工藝步驟，以確保形成正確的特徵間隔。

多重圖形技術促進微型化

基於間隔層的技術具有一大優勢：從理論上，它可通過重複形成間隔層和轉印圖形的過程，無限加倍圖形的密度。例如，自對準四重圖形工藝(SAQP)使用193nm浸入式光刻印刷可實現約10nm的半間距解析度，非常接近於浸入式半間距的極限40nm。

因此，對於如此小的特徵尺寸，隨著添加的步驟越多，對於製程變異性的控制也就越發重要。要利用多重圖形，製造小巧而複雜的半導體器件，提供原子級控制的先進工藝具有不可或缺的作用。

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