SADP vs. SAQP vs. LELE: Pitch-Teilung beim Multi-Patterning, Überlagerungsgenauigkeit, Masken- und Prozessschritte
Multi-Patterning erzeugt Muster, deren Pitch für eine einzelne Belichtung zu fein ist, indem es sie auf mehrere Belichtungen oder Prozessschritte aufteilt. LELE teilt das Layout auf zwei Masken auf und wiederholt Belichtung und Ätzen zweimal, sodass die Linien abwechselnd nebeneinanderliegen. SADP bildet Spacer an den Seitenwänden von Kernlinien (Mandrels) und entfernt dann die Mandrels, sodass aus jedem Mandrel zwei Linien entstehen und sich der Pitch halbiert. SAQP wiederholt den Spacer-Prozess zweimal und teilt den Pitch durch vier. LELE bietet mehr Layoutfreiheit, verlangt aber eine sehr enge Überlagerung zwischen den beiden Belichtungen; bei SADP und SAQP werden die Linien selbstjustiert positioniert, dafür entstehen regelmäßige Linienfelder, und es werden Cut-Masken zum Entfernen unerwünschter Teile benötigt.
| Merkmal | SADP | SAQP | LELE |
|---|---|---|---|
| Teilung des Pitches | 1/2 (zwei Linien aus jedem Mandrel) | 1/4 (der Spacer-Prozess wird zweimal ausgeführt) | 1/2 (1/3 mit drei Masken, LELELE) |
| Typisch erreichbarer Pitch (mit ArF-Immersion) | Die Hälfte der Grenze für Einzelbelichtung (Pitch etwa 80 nm), also etwa 40 nm | Bis in den unteren 20-nm-Bereich | Prinzipiell etwa 40 nm; in der Praxis durch die Überlagerung begrenzt |
| Was die Linienpositionen bestimmt | Position der Mandrels und Dicke der Spacer-Schicht (selbstjustiert) | Position der Mandrels und Dicke der beiden Spacer-Schichten (selbstjustiert) | Die Position jeder der beiden Belichtungen; die zweite wird auf die erste überlagert |
| Empfindlichkeit gegenüber der Überlagerung | Die Positionen der Linien zueinander hängen nicht von der Überlagerung ab; Cut-Masken müssen aber auf die Linien ausgerichtet werden | Wie bei SADP hängen die Linien nicht davon ab; die Ausrichtung von Cut- und Block-Masken ist noch enger | Sehr empfindlich: Jede Verschiebung der zweiten Belichtung ändert direkt den Abstand zur Nachbarlinie |
| Schwankung von Linienbreite und Abstand | Die Linienbreite wird durch die Schichtdicke bestimmt und ist gleichmäßig; weicht die Mandrelbreite ab, werden abwechselnde Abstände ungleich (Pitch Walking) | Mehr Maße wirken mit (Mandrelbreite und zwei Schichtdicken), daher ist Pitch Walking schwerer zu beherrschen | Die Linienbreiten der beiden Belichtungen schwanken unabhängig, und die Abstände ändern sich mit dem Überlagerungsfehler |
| Masken (die die Linien bilden) | Eine Mandrel-Maske plus Cut- oder Block-Masken | Eine Mandrel-Maske plus Cut- oder Block-Masken (meist mehr als bei SADP) | Zwei (drei bei LELELE) |
| Wichtigste Prozessschritte | Belichtung → Mandrel-Ätzung → Abscheidung der Spacer-Schicht (ALD u. a.) → Rückätzen → Entfernen der Mandrels → Übertragung in die darunterliegende Schicht → Cut | Die SADP-Schritte plus eine zweite Spacer-Abscheidung, Rückätzung und Mandrel-Entfernung | Belichtung → Ätzen → Belichtung → Ätzen (nacheinander in eine Hartmaske oder Ähnliches übertragen) |
| Layoutfreiheit | Gering: im Wesentlichen regelmäßige Linien in einer Richtung, unerwünschte Teile werden durch Cuts entfernt | Noch geringer als bei SADP: auf nahezu gleichmäßige Gitter beschränkt | Hoch: auch 2D-Formen möglich, aber Anordnungen, die sich nicht in zwei Farben aufteilen lassen (etwa drei einander nahe Muster), sind unzulässig |
| Typischer Einsatz | Fins, Gates, Metallleitungen und feine Linien in Speichern | Die feinsten Fins, die dichtesten Metallebenen und Speicherlinien | Kontakte, Vias und Metallebenen mit komplexen Formen |
Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.