自对准双重图形光刻(SADP)专利技术分析

1 前言集成电路芯片在不断地微型化，从上世纪年代每个芯片上仅有几十个器件，发展到现在每个芯片上可包含约亿个器件。一直以来决定着集成电路微型化进程的重要因素就是光刻技术的发展。光刻技术不仅是集成电路产业发展的关键技术之一，同时也是整个制造工艺中最重要的经济影响因子，其成本占据了整个制造成本的随着集成电路由微米级向纳米级发展，光刻采用的光波波长也从近紫外（）区间的波长进入到深紫外（）区间的波长。然而，采用波长的光刻工艺单次曝光已经无法制备以下的器件，此时，业界提出了一系列可能的解决方案，包括电子束直写、纳米压印、双重（多重）图形光刻、光刻等等。

其中，电子束直写技术和纳米压印技术都面临低效的生产率问题，而且后者对于以下的复杂图案还存在缺陷控制的问题。采用光源的光刻能够满足线宽的制造工艺要求，被认为是将来最有竞争力的光刻工艺，且光刻技术近几年在光源功率、掩膜材料等方面有了突破性的进展。然而，其量产之路仍然面临如下的难题：

（）由于物体对极紫外光的高吸收率，目前的光刻机光源效率很低;

（）对光刻所需的光刻胶材料要求非常高;

（光刻机生产效率相对较低，且光刻机的产量每年也仅有台。而双重（多重）图形光刻工艺由于能与浸没式光刻技术很好地兼容，其技术难度相对于光刻低了许多，因此受到了业界的青睐，是目前以下尺寸芯片的主流制造工艺。

如图所示，双重（多重）图形光刻工艺真正意义上地应用于产业，应当始于年国际光膜技术大会，在此之后各大公司积极发展了该光刻技术。从年的三星量产的闪存，到年三星量产的芯片，双重（多重）图形光刻产业经历了不断发展的过程，尺寸在不断地缩小。图双重（多重）图形光刻产业技术发展路线图

2 双重（多重）图形光刻工艺的主要分支双重图形光刻工艺的构思在于，将一道光刻工艺拆解成两道光刻工艺，通过例如两次曝光和刻蚀工艺，可以将节距减半，制备出原本无法一步形成的精密图案。而多重图形光刻即在双重图形光刻的基础上，重复进行曝光和刻蚀。

双重图形光刻的主流技术分支有如下三种：曝光刻蚀曝光刻蚀双重图形光刻（)曝光冻结曝光刻蚀双重图形光刻（），以及自对准双重图形光刻（，也称间隔层辅助双重图形光刻）。

工艺通过形成第一光刻胶图案，然后将第一光刻胶图案转移至下方掩模层，再形成第二光刻胶图案，并将第一和第二图案转移至下方材料层，从而得到节距减半的图形，对光刻胶的稳定性要求较低。然而完整的工艺比较耗时并且昂贵，因为曝光步骤是制作过程中花费最高的工艺，且在进行第二次曝光之前还需要将第一次曝光的晶圆进行刻蚀，同时还存在两次光刻之间的对准问题技术主要应用于以及器件的制造工艺中，特别是结构的上述器件。

技术则是以及研发伙伴为了解决成本和速度问题，提出的技术的替代方案。与相比，在第一次曝光后对光刻胶进行处理，从而省去了一次中间刻蚀步骤，但该流程还是需要两块掩膜和两次曝光步骤。

技术通过在预先形成的光刻图形两侧形成侧墙，然后刻蚀之前形成的光刻图形从而留下两侧的侧墙，并将侧墙转移到下层材料，从而得到节距减半的图形。由于技术仅使用单次刻蚀就能很好地形成精细图案，对准精度要求相对于两次刻蚀的其它双重图形光刻技术大大降低，且形成的线宽更加均匀，是业内非常受欢迎的双重图形光刻技术，也是目前全球专利申请量最多的双重图形光刻技术技术适用于形成重复性的结构，例如的等结构，其工艺复杂性较低。图双重图形光刻工艺通过分析近年来涉及双重（多重）图形光刻工艺的专利申请，可以发现，其聚焦的主要技术分支包括同属双重图形光刻的技术、技术，以及属于多重图形光刻的重复技术（顾名思义，重复技术即通过重复执行技术，将节距减为等等）。从图可以看出，和一直是光刻技术的热点和重点，但从近些年的发展趋势来看，无论是专利申请量还是研发主体的数量，仍处在较为平稳的发展阶段；而由于成本高，套刻难度较大，因此，业界对其关注力度较少；此外，随着器件尺寸的进一步缩小，在还无法量产的情况下，重复会是非常有竞争力的光刻工艺。图双重（多重）图形光刻专利申请人和申请量变化趋势

3SADP专利技术发展路线简介在专利技术发展方面，年以前基本处于前期研发阶段，此时的关注点主要在于基本图案本身，也就是如何得到更精细化的图形，该阶段的主要申请人较为分散。从年开始，开始使用工艺制备产品例如闪存，此时产业上也开始出现以下的器件，相应地，该阶段的主要申请人集中在存储器厂商，如美光科技、三星和东芝等。从年开始，以英特尔、为代表的申请人使用双重图形工艺制备更复杂的逻辑器件等。

从图可以比较直观地看出专利技术与产业发展之间的时间关系，即宏观上专利技术的出现总是早于该技术在产业上的应用，总体上呈现一种专利先行、产业滞后的状态。而从微观技术节点的角度来看，存储器厂商例如三星、东芝等，都是先期进行专利布局，后期将其转化为市场上的产品。

例如，年三星公司申请了采用形成线宽小于的三重图形专利申请，在年成功生产了的闪存，并分别在年和年量产的闪存。

年，东芝申请了采用工艺制备闪存的专利，可沿方向进行微细化制造从而减小面积，而在年，东芝宣布生产了的闪存。

年，英特尔申请了采用工艺制备闪存栅极的专利，其特征尺寸为，同时公开了具有该闪存结构的晶圆，而在年英特尔在产业上展示了工艺的晶圆。

从上述双重（多重）图形光刻技术的相关专利申请和产业技术事件的对比中不难看出，一项技术的诞生和发展演进总是要早于该技术在产业上实际得到运用的时间。而这正好是国外对技术创新的知识产权保护极为重视的直观体现，即国外申请人在得到一个技术构思时，往往在可行性论证之后、开始研发活动之前，就已经着手申请专利，以期对这一未来的新兴技术进行保护。

从全球范围来看，双重（多重）图形光刻工艺是专利主导型的。由于双重图形光刻技术的发展周期不长，并且其容易具体运用到产业，可方便地与现有的制造工艺结合，因此从专利申请转化到产业生产的时间并不漫长，大概需要年。图双重（多重）图形光刻全球产业专利技术宏观对比图年，美国的美光科技公司提出了减少节距的光刻方法（申请号），该专利申请首次系统地公开了采用自对准的方式在芯轴材料的两侧形成侧墙，从而形成双重图形；此外，该专利申请还提出，可以在双重图形的基础上重复上述步骤，即将双重图形作为芯轴材料，再实施一遍工艺，以形成四重图形。该专利申请首次提出了如何采用技术形成半节距以及四分之一节距的图形，其被引证频次也高达，是技术的基础专利和核心专利。

多年来全球大型厂商和研究机构在技术的后续专利布局中，围绕上述核心专利进行多个方面的改进，其中，对于侧墙形成方法的技术，众多半导体厂商都有一定的专利布局；对于技术的具体工艺的技术分支，主要布局者仍旧为美光科技；对于在形成不同尺寸的器件的技术分支，主要专利申请人是以美光科技、三星、海力士为代表的存储器厂商。图技术核心专利及外围专利布局本文介绍了双重（多重）图形光刻工艺中的主要技术分支，并着重分析了重点技术分支技术的发展路线、主要研发方向和相应的申请人。通过比对相关的专利申请和产业技术事件，得出专利先行、产业滞后的结论，可为后续进一步预测技术潜在的发展方向提供参考。，男，国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心电学发明审查部，助理研究员，具有年专利审查经验，曾参与多项专利局局级、广东省局级课题和技术综述的分析和撰写工作。