การสร้างรูปแบบหลายรูปแบบเป็นเทคนิคในการแก้ข้อจํากัดของการทําจิป โดยการทําจิปขนาด 193nm ในปัจจุบันจะสามารถใช้งานได้ในระยะ 40nmMulti-patterning ทําให้ผู้ผลิตชิปสามารถถ่ายภาพการออกแบบ IC ในขนาด 20 นาโนเมตรและต่ํากว่า.
โดยทั่วไป การออกแบบหลายรูปแบบมี 2 ประเภทหลัก คือ การแยกระดับเสียง และการแยกระยะเสียง เป็นระยะที่รวมทั้งเทคนิคการออกแบบสองรูปแบบ และการออกแบบสามรูปแบบspacers ประกอบด้วยการปรับรูปแบบสองแบบ (SADP) และการปรับรูปแบบสี่แบบ (SAQP)ทั้งเทคนิคการแยกเสียงและเทคนิคระยะ สามารถขยายไปยังรูปแบบแปดตัว
ประเภทแรกคือการแยกระดับเสียง โดยหลักแล้วใช้ในโลจิก รูปแบบที่พบได้มากที่สุดคือการแบ่งระดับเสียงเป็นรูปแบบสองแบบการออกแบบแบบสองแบบเกือบเสมอจะหมายถึงกระบวนการแยกปริช (LELE)ในการผลิตแผ่นแผ่น LELE ต้องการสองขั้นตอนการฉลากและการฉลากที่เป็นอิสระเพื่อกําหนดชั้นเดียว. ตาม Sematech, LELE สามารถลด pitch ได้ถึง 30%LELE อาจมีค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากมันทําให้ขั้นตอนในการใช้งานในกระบวนการฉลากผงเป็นสองเท่า.
เบื้องต้นเทคนิคนี้แยกลายแบบที่ไม่สามารถพิมพ์ได้ด้วยการฉายแสงครั้งเดียวเป็น 2 หน้ากากความหนาแน่นต่ํากว่า จากนั้นใช้ 2 กระบวนการฉายแสงแยกกันนี่คือรูปแบบสองรูปแบบที่ค่อนข้างค่อนข้างค่อนข้างมันถูกรวมกันและผสมผสานกัน เพื่อให้สามารถถ่ายภาพได้ดีขึ้นบนวอเฟอร์
LELE (คือการออกแบบแบบสองแบบ) สร้างความต้องการการวางแผนใหม่ การตรวจสอบทางกายภาพ และการแก้ไขข้อผิดพลาดสําหรับนักออกแบบสีถูกมอบให้กับชั้นหน้ากากตามความต้องการระยะห่างชั้นหน้ากากถูกแยกหรือแยกออกเป็น 2 ชั้นใหม่จากแผนที่วาดเดิม
การตัดสินใจที่สําคัญในวิธีการคือว่านักออกแบบต้องการที่จะดําเนินการ "ไม่มีสี" การออกแบบกระแสทางเลือกอื่นคือการกระแสสองสีเลือกจากหลายตัวเลือกการย่อยสลายแน่นอนว่า การออกแบบแบบใดๆ ก็ต้องมีการเสี่ยง
ในจุด 20 นาโนเมตร โรงงานเหมืองทองกําลังใช้กระแสการออกแบบแบบสองแบบที่แตกต่างกันหนึ่งในกระแสทั่วไปที่จริงไม่จําเป็นต้องทีมงานออกแบบที่จะแยกชั้นของมันออกเป็นสองสี. อย่างไรก็ตามในกรณีบางครั้ง ผู้ออกแบบอาจต้องการรู้ว่าการมอบสีคืออะไร. แม้ว่านี่จะฟังดูสมเหตุสมผล แต่การเห็นสีที่มีรูปแบบคู่ อาจทําให้ประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาลดลง
ในขณะเดียวกัน, ที่โน้ด 10nm, ผู้ผลิตชิปอาจจําเป็นต้องหันไปยังเทคนิคการแยก pitch อีกแบบหนึ่งคือรูปแบบสามแบบ. รูปแบบหนึ่งของรูปแบบสามแบบคือ litho-etch-litho-etch-litho-etch (LELELE).LELELE คล้ายกับ LELEในการผลิตแผ่น LELELE ต้องการ 3 ขั้นตอนการฉลากและฉลากที่อิสระเพื่อกําหนดชั้นเดียว
การออกแบบแบบแบบสามแบบจําเป็นต้องแยกชั้นเดิมออกเป็นสามหน้ากาก รูปทรงของสามหน้ากากรวมกันระหว่างการผลิตเพื่อสร้างรูปร่างสุดท้ายการใช้รูปแบบสามแบบ อาจดูไร้อันตรายจากภายนอกการสร้างโปรแกรม EDA เพื่อแยกสี และตรวจสอบชั้นโดยอัตโนมัติด้วยรูปแบบสามแบบ เป็นความท้าทายการละเมิดรูปแบบสามประการ อาจยุ่งยากมากและการแก้ไขความผิดพลาดอาจยาก
ในขณะเดียวกัน, spacers เป็นหมวดหมู่หลักที่สองของหลายรูปแบบ. มันยังเป็นที่รู้จักกันในฐานะ SADP และ SAQP.SADP/SAQP เคยถูกใช้ในการขยาย NAND flash ไปยังโน้ด 1xnm และตอนนี้กําลังเข้าสู่สนามโลจิก.
SADP เป็นรูปแบบของการออกแบบสองแบบ บางครั้งเรียกว่าการแบ่ง pitch หรือการออกแบบสองแบบที่ได้รับการสนับสนุนจากด้านข้างกระบวนการ SADP ใช้ขั้นตอน Lithography หนึ่ง พร้อมกับขั้นตอนการฝากและการถักเพิ่มเติมเพื่อกําหนดลักษณะคล้ายกับ spacersในกระบวนการ SADP ขั้นตอนแรกคือการสร้าง mandrels บนพื้นฐาน จากนั้นชั้นฝังปกคลุมรูปแบบส่วนบนได้รับการเคลือบทางกลเคมี (CMP).
SAQP เป็นหลักการสองวัฏจักรของเทคโนโลยีการออกแบบแบบสองแบบของ spacer sidewall. รูปแบบเรียบง่าย, รวมถึงรูปแบบใน flash หรือ finFET ได้สําเร็จใน SADP หรือ SAQP. ในเทคนิคนี้,เส้นขนานถูกสร้างขึ้นก่อนขณะเดียวกันชั้นโลหะใน DRAM และชิปโลหิตชี้วัดมีความซับซ้อนมากขึ้นและไม่สามารถทําสําเร็จผ่าน SADP / SAQP. ชั้นโลหะเหล่านี้ต้องการ LELEความยืดหยุ่นในการออกแบบของ SADP/SAQP ยังต่ํากว่า LELEขณะที่เทคโนโลยีชนิด LELE ต้องการผ่านการออกแบบ
SAQP หมายถึง Self-Aligned Quadruple Patterning (การออกแบบแบบสี่แบบที่สอดคล้องกันเอง)
ตามข้อมูลที่มีอยู่ การสร้างรูปแบบสี่รูปแบบที่สอดคล้องด้วยตัวเอง (SAQP) เป็นเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสําหรับการสร้างรูปแบบของลักษณะที่มีความยาวน้อยกว่า 38 nmคาดว่าจะบรรลุความสูงถึง 19 nm. มันเน้นการบูรณาการหลายขั้นตอนกระบวนการและได้รับการใช้ในการออกแบบ FinFET และ 1X DRAM ปีก. ขั้นตอนเหล่านี้, ดังที่แสดงในรูป 1,ยอมให้เส้นที่เริ่มต้นถูกวาดห่างกัน 80 nm ส่งผลให้เส้นห่างกัน 20 nm (สามารถบรรลุความละเอียดได้ 10 nm)ซึ่งมีความสําคัญมาก เพราะมันเหนือกว่าความละเอียดของเครื่องมือการฉลากขนาดใหญ่ใด ๆ รวมถึง EUV (ที่บรรลุความละเอียด 13 nm)
กระบวนการนี้แบ่งลักษณะเป็นสามกลุ่มโดยธรรมชาติ: หลัก, เปลือก, และขอบเขต (ดูรูป 2) เปลือกจะสร้างแหวนโดยธรรมชาติที่ต้องการการตัดขอบเขตเป็นกรีดที่ยังจําเป็นต้องแบ่งแยกดังนั้นกระบวนการ SAQP ต้องสรุปด้วยขั้นตอนการฉลากผง, ซึ่งตัดหรือตัดลักษณะชั้นและลักษณะขอบเขตที่กําหนดไว้ก่อนหน้านี้. ในส่วนที่ตรงกันข้ามกระบวนการ SADP เก่ามีเพียงสองกลุ่ม:หลักและขอบเขต.
ในตัวแปรอื่นของกระแสกระบวนการ SAQP (ดูรูป 3) ลักษณะของเปลือกเป็นจริงที่เหลือวัสดุ spacer แรก ในขณะที่แกนและขอบเป็นวัสดุที่แตกต่างกันหรือสับสราตหรือวัสดุที่เต็มช่องว่างดังนั้น, พวกเขากําลังแสดงด้วยสีที่แตกต่างกันในรูป 2. ความจริงที่ว่าพวกเขาเป็นวัสดุที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเลือกถัก.นี้เปิดโอกาสสําหรับการบรรลุบางแบบแบบที่ท้าทาย.
การใช้งานที่ใช้ได้เป็นพิเศษคือการผสมผสานลักษณะ pitch ขั้นต่ําและ 2x ลักษณะ pitch ขั้นต่ํา โดยทั่วไปการผสมผสานนี้ถูกห้ามในการเผยแพร่ครั้งเดียวที่มี k1 < 0.5การผสมผสานที่ยากลําบากเป็นอย่างยิ่งคือเส้นขั้นต่ําที่มีการหยุดขั้นต่ํา 2x (ดูรูป 4 ทางซ้าย)รูปแบบการสับสนของการสับสนที่อ่อนแอมากเมื่อเทียบกับเส้นตรงเองเพราะพวกเขาอาศัยพื้นที่ที่เล็กมากการทํางานของเครื่องยังเสื่อมลงอย่างรวดเร็วมากภายใต้การหลุดส่อง การผสมผสานนี้ยังไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยคุณสมบัติการช่วย เพราะไม่มีพื้นที่ที่จะใส่มันเพื่อบรรลุเส้นการฉากขั้นต่ําด้านอื่น, ผ่านการถักคัดเลือก, ลักษณะหน้ากากสามารถผ่านเส้นระหว่าง (ดูรูป 4, ขวา).นี้ทําให้การตัดง่ายมากและหลีกเลี่ยงความผิดพลาดการวางขอบที่เป็นไปได้ที่อาจเกิดขึ้นเมื่อการตัดแยกกันในสองตําแหน่ง.
สําหรับการถักคัดเลือก จําเป็นต้องใช้หน้ากากสามแบบ - หนึ่งเพื่อกําหนดภูมิภาค A/B ที่แยกแยกกัน หน้ากากที่สองสําหรับการถักคัดเลือก A และหน้ากากที่สามสําหรับการถักคัดเลือก Bการถักคัดเลือก (รวมกับ SAQP) ยังอนุญาตให้มีความอนุญาตในการซ้อนกันที่ใหญ่กว่าและจํานวนหน้ากากขั้นต่ํา, ทําให้การรวมกันของความสูงเส้นขั้นต่ําและการหยุดที่สองเท่าของความสูงเส้นขั้นต่ํา, ทําให้หลายรูปแบบง่ายกว่าที่จะจัดการ.
สรุปทั้งหมด กระบวนการการออกแบบหลายรูปแบบที่สอดคล้องกันเองรวมถึงขั้นตอนต่อไปนี้:
การสร้างรูปแบบหลายรูปแบบเป็นเทคนิคในการแก้ข้อจํากัดของการทําจิป โดยการทําจิปขนาด 193nm ในปัจจุบันจะสามารถใช้งานได้ในระยะ 40nmMulti-patterning ทําให้ผู้ผลิตชิปสามารถถ่ายภาพการออกแบบ IC ในขนาด 20 นาโนเมตรและต่ํากว่า.
โดยทั่วไป การออกแบบหลายรูปแบบมี 2 ประเภทหลัก คือ การแยกระดับเสียง และการแยกระยะเสียง เป็นระยะที่รวมทั้งเทคนิคการออกแบบสองรูปแบบ และการออกแบบสามรูปแบบspacers ประกอบด้วยการปรับรูปแบบสองแบบ (SADP) และการปรับรูปแบบสี่แบบ (SAQP)ทั้งเทคนิคการแยกเสียงและเทคนิคระยะ สามารถขยายไปยังรูปแบบแปดตัว
ประเภทแรกคือการแยกระดับเสียง โดยหลักแล้วใช้ในโลจิก รูปแบบที่พบได้มากที่สุดคือการแบ่งระดับเสียงเป็นรูปแบบสองแบบการออกแบบแบบสองแบบเกือบเสมอจะหมายถึงกระบวนการแยกปริช (LELE)ในการผลิตแผ่นแผ่น LELE ต้องการสองขั้นตอนการฉลากและการฉลากที่เป็นอิสระเพื่อกําหนดชั้นเดียว. ตาม Sematech, LELE สามารถลด pitch ได้ถึง 30%LELE อาจมีค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากมันทําให้ขั้นตอนในการใช้งานในกระบวนการฉลากผงเป็นสองเท่า.
เบื้องต้นเทคนิคนี้แยกลายแบบที่ไม่สามารถพิมพ์ได้ด้วยการฉายแสงครั้งเดียวเป็น 2 หน้ากากความหนาแน่นต่ํากว่า จากนั้นใช้ 2 กระบวนการฉายแสงแยกกันนี่คือรูปแบบสองรูปแบบที่ค่อนข้างค่อนข้างค่อนข้างมันถูกรวมกันและผสมผสานกัน เพื่อให้สามารถถ่ายภาพได้ดีขึ้นบนวอเฟอร์
LELE (คือการออกแบบแบบสองแบบ) สร้างความต้องการการวางแผนใหม่ การตรวจสอบทางกายภาพ และการแก้ไขข้อผิดพลาดสําหรับนักออกแบบสีถูกมอบให้กับชั้นหน้ากากตามความต้องการระยะห่างชั้นหน้ากากถูกแยกหรือแยกออกเป็น 2 ชั้นใหม่จากแผนที่วาดเดิม
การตัดสินใจที่สําคัญในวิธีการคือว่านักออกแบบต้องการที่จะดําเนินการ "ไม่มีสี" การออกแบบกระแสทางเลือกอื่นคือการกระแสสองสีเลือกจากหลายตัวเลือกการย่อยสลายแน่นอนว่า การออกแบบแบบใดๆ ก็ต้องมีการเสี่ยง
ในจุด 20 นาโนเมตร โรงงานเหมืองทองกําลังใช้กระแสการออกแบบแบบสองแบบที่แตกต่างกันหนึ่งในกระแสทั่วไปที่จริงไม่จําเป็นต้องทีมงานออกแบบที่จะแยกชั้นของมันออกเป็นสองสี. อย่างไรก็ตามในกรณีบางครั้ง ผู้ออกแบบอาจต้องการรู้ว่าการมอบสีคืออะไร. แม้ว่านี่จะฟังดูสมเหตุสมผล แต่การเห็นสีที่มีรูปแบบคู่ อาจทําให้ประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาลดลง
ในขณะเดียวกัน, ที่โน้ด 10nm, ผู้ผลิตชิปอาจจําเป็นต้องหันไปยังเทคนิคการแยก pitch อีกแบบหนึ่งคือรูปแบบสามแบบ. รูปแบบหนึ่งของรูปแบบสามแบบคือ litho-etch-litho-etch-litho-etch (LELELE).LELELE คล้ายกับ LELEในการผลิตแผ่น LELELE ต้องการ 3 ขั้นตอนการฉลากและฉลากที่อิสระเพื่อกําหนดชั้นเดียว
การออกแบบแบบแบบสามแบบจําเป็นต้องแยกชั้นเดิมออกเป็นสามหน้ากาก รูปทรงของสามหน้ากากรวมกันระหว่างการผลิตเพื่อสร้างรูปร่างสุดท้ายการใช้รูปแบบสามแบบ อาจดูไร้อันตรายจากภายนอกการสร้างโปรแกรม EDA เพื่อแยกสี และตรวจสอบชั้นโดยอัตโนมัติด้วยรูปแบบสามแบบ เป็นความท้าทายการละเมิดรูปแบบสามประการ อาจยุ่งยากมากและการแก้ไขความผิดพลาดอาจยาก
ในขณะเดียวกัน, spacers เป็นหมวดหมู่หลักที่สองของหลายรูปแบบ. มันยังเป็นที่รู้จักกันในฐานะ SADP และ SAQP.SADP/SAQP เคยถูกใช้ในการขยาย NAND flash ไปยังโน้ด 1xnm และตอนนี้กําลังเข้าสู่สนามโลจิก.
SADP เป็นรูปแบบของการออกแบบสองแบบ บางครั้งเรียกว่าการแบ่ง pitch หรือการออกแบบสองแบบที่ได้รับการสนับสนุนจากด้านข้างกระบวนการ SADP ใช้ขั้นตอน Lithography หนึ่ง พร้อมกับขั้นตอนการฝากและการถักเพิ่มเติมเพื่อกําหนดลักษณะคล้ายกับ spacersในกระบวนการ SADP ขั้นตอนแรกคือการสร้าง mandrels บนพื้นฐาน จากนั้นชั้นฝังปกคลุมรูปแบบส่วนบนได้รับการเคลือบทางกลเคมี (CMP).
SAQP เป็นหลักการสองวัฏจักรของเทคโนโลยีการออกแบบแบบสองแบบของ spacer sidewall. รูปแบบเรียบง่าย, รวมถึงรูปแบบใน flash หรือ finFET ได้สําเร็จใน SADP หรือ SAQP. ในเทคนิคนี้,เส้นขนานถูกสร้างขึ้นก่อนขณะเดียวกันชั้นโลหะใน DRAM และชิปโลหิตชี้วัดมีความซับซ้อนมากขึ้นและไม่สามารถทําสําเร็จผ่าน SADP / SAQP. ชั้นโลหะเหล่านี้ต้องการ LELEความยืดหยุ่นในการออกแบบของ SADP/SAQP ยังต่ํากว่า LELEขณะที่เทคโนโลยีชนิด LELE ต้องการผ่านการออกแบบ
SAQP หมายถึง Self-Aligned Quadruple Patterning (การออกแบบแบบสี่แบบที่สอดคล้องกันเอง)
ตามข้อมูลที่มีอยู่ การสร้างรูปแบบสี่รูปแบบที่สอดคล้องด้วยตัวเอง (SAQP) เป็นเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสําหรับการสร้างรูปแบบของลักษณะที่มีความยาวน้อยกว่า 38 nmคาดว่าจะบรรลุความสูงถึง 19 nm. มันเน้นการบูรณาการหลายขั้นตอนกระบวนการและได้รับการใช้ในการออกแบบ FinFET และ 1X DRAM ปีก. ขั้นตอนเหล่านี้, ดังที่แสดงในรูป 1,ยอมให้เส้นที่เริ่มต้นถูกวาดห่างกัน 80 nm ส่งผลให้เส้นห่างกัน 20 nm (สามารถบรรลุความละเอียดได้ 10 nm)ซึ่งมีความสําคัญมาก เพราะมันเหนือกว่าความละเอียดของเครื่องมือการฉลากขนาดใหญ่ใด ๆ รวมถึง EUV (ที่บรรลุความละเอียด 13 nm)
กระบวนการนี้แบ่งลักษณะเป็นสามกลุ่มโดยธรรมชาติ: หลัก, เปลือก, และขอบเขต (ดูรูป 2) เปลือกจะสร้างแหวนโดยธรรมชาติที่ต้องการการตัดขอบเขตเป็นกรีดที่ยังจําเป็นต้องแบ่งแยกดังนั้นกระบวนการ SAQP ต้องสรุปด้วยขั้นตอนการฉลากผง, ซึ่งตัดหรือตัดลักษณะชั้นและลักษณะขอบเขตที่กําหนดไว้ก่อนหน้านี้. ในส่วนที่ตรงกันข้ามกระบวนการ SADP เก่ามีเพียงสองกลุ่ม:หลักและขอบเขต.
ในตัวแปรอื่นของกระแสกระบวนการ SAQP (ดูรูป 3) ลักษณะของเปลือกเป็นจริงที่เหลือวัสดุ spacer แรก ในขณะที่แกนและขอบเป็นวัสดุที่แตกต่างกันหรือสับสราตหรือวัสดุที่เต็มช่องว่างดังนั้น, พวกเขากําลังแสดงด้วยสีที่แตกต่างกันในรูป 2. ความจริงที่ว่าพวกเขาเป็นวัสดุที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเลือกถัก.นี้เปิดโอกาสสําหรับการบรรลุบางแบบแบบที่ท้าทาย.
การใช้งานที่ใช้ได้เป็นพิเศษคือการผสมผสานลักษณะ pitch ขั้นต่ําและ 2x ลักษณะ pitch ขั้นต่ํา โดยทั่วไปการผสมผสานนี้ถูกห้ามในการเผยแพร่ครั้งเดียวที่มี k1 < 0.5การผสมผสานที่ยากลําบากเป็นอย่างยิ่งคือเส้นขั้นต่ําที่มีการหยุดขั้นต่ํา 2x (ดูรูป 4 ทางซ้าย)รูปแบบการสับสนของการสับสนที่อ่อนแอมากเมื่อเทียบกับเส้นตรงเองเพราะพวกเขาอาศัยพื้นที่ที่เล็กมากการทํางานของเครื่องยังเสื่อมลงอย่างรวดเร็วมากภายใต้การหลุดส่อง การผสมผสานนี้ยังไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยคุณสมบัติการช่วย เพราะไม่มีพื้นที่ที่จะใส่มันเพื่อบรรลุเส้นการฉากขั้นต่ําด้านอื่น, ผ่านการถักคัดเลือก, ลักษณะหน้ากากสามารถผ่านเส้นระหว่าง (ดูรูป 4, ขวา).นี้ทําให้การตัดง่ายมากและหลีกเลี่ยงความผิดพลาดการวางขอบที่เป็นไปได้ที่อาจเกิดขึ้นเมื่อการตัดแยกกันในสองตําแหน่ง.
สําหรับการถักคัดเลือก จําเป็นต้องใช้หน้ากากสามแบบ - หนึ่งเพื่อกําหนดภูมิภาค A/B ที่แยกแยกกัน หน้ากากที่สองสําหรับการถักคัดเลือก A และหน้ากากที่สามสําหรับการถักคัดเลือก Bการถักคัดเลือก (รวมกับ SAQP) ยังอนุญาตให้มีความอนุญาตในการซ้อนกันที่ใหญ่กว่าและจํานวนหน้ากากขั้นต่ํา, ทําให้การรวมกันของความสูงเส้นขั้นต่ําและการหยุดที่สองเท่าของความสูงเส้นขั้นต่ํา, ทําให้หลายรูปแบบง่ายกว่าที่จะจัดการ.
สรุปทั้งหมด กระบวนการการออกแบบหลายรูปแบบที่สอดคล้องกันเองรวมถึงขั้นตอนต่อไปนี้:
