DesignRule的兄弟：BiasTable真不能小瞧它要是不出力可能就死定了

DesignRule的兄弟：BiasTable真不能小瞧，它要是不出力，可能就死定了！今天的主題是BiasTable，雖然它很小，也很簡單，但把它說成是DesignRule的孿生兄弟一點也不為過，甚至有的時候這位兄弟的風頭要蓋過它的大哥哦！不過，說道兄弟，上世紀90年代的“古惑仔”系列影片相信給很多人留下了很深的印象，雖然他們也不是什么好人，但是他們的兄弟義氣確是真的，關(guān)鍵時刻“打虎不離親兄弟”，更有“兄弟齊心其利斷金”的說法，都是對兄弟情的贊美；此外，另外一個現(xiàn)在不太火的“兄弟”節(jié)目雖然不太火了，但是還是擁有著大批的粉絲，“跑男”成功的復制了韓國版“RunningMan”的高人氣，可謂在中國開啟了娛樂節(jié)目的先河，現(xiàn)在回想起來，還是第一季最好看，畢竟比較新鮮，后面感覺越來越多的類似節(jié)目充斥著整個周末電視頻道，味道就有點一般了。有點跑題了，回到我們今天的主題：biastable，什么是biastable呢？要說明白它，需要先了解工藝與設(shè)計的差異問題，比如對于掩膜版上間距為a的圖形，我要把它原樣不動的轉(zhuǎn)移到硅片上，我希望的是它還是a，而不是變成了比a大或者比a小的尺寸，如果該尺寸發(fā)生了變化，那實際產(chǎn)品將于設(shè)計時的預期有一定差異，這種差異對于不敏感的層次也許沒有影響，但對于關(guān)鍵的敏感層次，很可能會造成工藝的不穩(wěn)定，甚至直接就沒有功能，因此，如何想辦法保證設(shè)計的尺寸與實際制造的尺寸一致就是我們研究的重點內(nèi)容。那么，我們該如何做才能做到設(shè)計尺寸a與生產(chǎn)出來的尺寸一致呢？這就要首先對自己的工藝有充分的了解了，下面我們詳細說明一下；1.光刻膠的偏差：工廠里對于光刻膠使用的層次一般會有差別，比如一般注入用光刻膠與Poly層次的光刻膠是不同的，這個主要是對線寬精度控制的考慮，而對于相同層次，不同工藝又有厚度又不同的時候，這個則是對臺階高低，底層厚度要求不同而設(shè)置的不同造成的，比如對于1um厚的metal和對于2um厚的metal可以用同型號的光刻膠，但是光刻膠的厚度是不同的；不論何種原因，只要光刻膠種類、厚度以及線寬要求有明顯差別的，正常光刻出來的線寬波動范圍就是不一樣的，這個波動范圍的中心值對于一般的層次都不可能與版圖設(shè)計的尺寸一致，因為為了保證光刻的完全性，即不會出現(xiàn)底膜，曝光能量一定要稍微過一些，所以，一般對于打開區(qū)域的光刻圖形，顯影完成后的線寬要大于版圖的尺寸，見下圖，b>a，也就是說光刻后對于版圖上a的尺寸，經(jīng)過光刻工序，尺寸變成了b，即單邊增加了（b-a）/2，這個增加量，我們是不希望它出現(xiàn)在最后的產(chǎn)品上的，因此我們要在制版的時候?qū)⑦@個增加量減掉，即實際制版的時候，我們?yōu)榱嗽谧罱K的尺寸上得到a（設(shè)計尺寸），我們不得不將版子上的尺寸做成a-2*(b-a)/2，即2a-b，用實際數(shù)值看可能比較清晰，如果a=1um，b=1.2um，則2a-b=0.8um，即為了做出1um的尺寸，版子上必須做成0.8um的尺寸才行，（b-a）/2=-0.1um，我們將“（b-a）/2”定義為光刻的bias，即bias使單邊的偏差尺寸，而不是整體的偏差尺寸，之所以用單邊尺寸，是因為在制版時，單邊的變化量可以直接在數(shù)據(jù)上加上去，比較容易操作，而如果變成了整個的偏差，則沒法操作，相當于重新做數(shù)據(jù)了，那就太麻煩了；2.刻蝕的偏差：不管是濕法腐蝕，還是干法刻蝕，對于已經(jīng)做好了光刻的圖形b，經(jīng)過刻蝕后，為了保證刻蝕完全，刻蝕也要有一定的過刻量，經(jīng)過刻蝕后，尺寸變成了c，則單邊變化量是（c-b）/2，這個單邊變化量就稱為刻蝕的bias，同樣，為了得到b尺寸，在制版的時候我們應該將版圖畫成b-2*（c-b）/2，即2b-c，帶入實際數(shù)值試一下，b=0.8um，c=1.1um時，2b-c=0.5um，則（c-b）/2=-0.015um；3.工藝bias：我們以有緣區(qū)的鳥嘴為例，說明一下工藝bias：本來經(jīng)過光刻刻蝕后的線寬應該是d，但是，由于鳥嘴作用，實際做出來的有效有源區(qū)尺寸變成了e，則單邊bias是（e-d）/2，如，d=1um，e=0.5um，則單邊bias=-0.25um，這個因為鳥嘴作用導致的實際尺寸變小，也要加到biastable里面。4.Totalbias：上面將常見的光刻bias，刻蝕bias，工藝bias都介紹完了，但是都是以單個工藝介紹，版子只有一個，最終到底要畫成多少尺寸呢？這個就是由最終的totalbias來決定的，我們以實際數(shù)據(jù)為例來說明：還是用下圖：對于我要做到a尺寸，光刻bias是（b-a）/2，刻蝕bias是（c-b）/2，帶入數(shù)據(jù)：如果，a=1um，b=1.2um，c=1.4um，則（b-a）/2=0.1um，（c-b）/2=0.1um，也就是說，光刻會單邊變大0.1um，刻蝕會單邊變大0.1um，我們一個個加bias，為了保證光刻做完是1um，我們就必須在版子上減掉單邊0.1um，，即版子做成0.8um時，光刻會變成1um，所以biastable里面，光刻的bias要加-0.1um，刻蝕也會單邊變大0.1um，則版子上要繼續(xù)減掉單邊0.1um，所以biastable里面，刻蝕的bias要加-0.1um，那么實際光刻版的尺寸變成了1-2*0.1-2*0.1=0.6um，即為了得到1um的尺寸，版子上要制成0.6um的尺寸才行，我們再正推一下，版子上畫0.6um尺寸，光刻單邊會變大0.1um，光刻后尺寸是0.62*0.1=0.8um，刻蝕后會在光刻的基礎(chǔ)上又單邊變大0.1um，刻蝕后的尺寸就是0.82*0.1=1um，哇！我們發(fā)現(xiàn)了什么？我們得到了1um的尺寸哎！對的，沒錯，要得到1um的尺寸，我們不得不將版子上的尺寸制成0.6um才行，差距是不是太大了？這就是biastable的意義所在，你說designrule做的再好，如果biastable做的不夠精確，尺寸偏差過大的情況下，也是無法得到想要的尺寸的，你說這位兄弟是不是更重要呢？5.Dark、Clear的差別：上面講了biastable是怎么來的，計算過程是怎么樣的，我們是以要打開的圖形為例的，設(shè)計版圖設(shè)計的時候，會有白版（Clear）和黑版（Dark）的區(qū)別，一般OD，POLY，Metal等層次要制成黑版（Dark），對于黑版，上面的尺寸就變成了我們想要的圖形變小的情況，bias還是那樣計算，但是版圖上加的bias要變成正的，我們以mask尺寸為f為例，經(jīng)過光刻刻蝕后變成了d，實際變小了（f-d）/2，這個（f-d）/2是光刻刻蝕的totalbias，光刻自己有多少bias，刻蝕自己有多少bias，各位自己隨便給個數(shù)據(jù)算一下，比如光刻單邊bias是0.1um，則對于f=1um來說，光刻后變成了0.8um，如果刻蝕bias是0.05um，刻蝕后變成了0.8-2*0.05=0.7um，則在制版時，biastable應該變成光刻0.1um，刻蝕0.05um，然后版圖畫成10.1*20.05*2=1.3um的尺寸，正推為，光刻后1.3的尺寸變成了1.1um，刻蝕后變成了1.0um，達到了目的。對于OD這層，我們還要計算鳥嘴的工藝bias進去，則最終的版圖尺寸還不是1.3um，還要講鳥嘴的尺寸加進去，如果鳥嘴尺寸是單邊0.25um，則最終版子上要制成1.32*0.25=1.8um。注意，我一直說的是版子要制成，而不是版圖上畫成，一般這個bias是工廠自己加上去的，設(shè)計公司不會加這個bias進去，他們只負責設(shè)計自己要的尺寸，最終工藝做出來要滿足他們的尺寸要求即可，而因為經(jīng)過工藝過程，版子上的尺寸會因為工藝的不同而發(fā)生變化，我們不得不在原有尺寸的基礎(chǔ)上做這個漲縮動作，才能最終達到客戶要的尺寸。綜上所述，對于不同的層次，黑白版不同，工藝bias不同，將不同層次的bias列出一個表，這個表就是biastable，它包含光刻的bias，刻蝕的bias，工藝的bias，和最終三項加減的和totalbias，有了這3項，我們就可以預測光刻的線寬target：A，刻蝕的線寬target:B，以及版子上的實際線寬target:C（DOM=DesignOnMask），再給個例子，對于光刻bias加為0.1um，刻蝕加0um，工藝bias加0.3um的1um目標設(shè)計線寬，A=12*(0.1)=1..2umB=A2*0=A=1.2umC=B2*0.3=1.8um即，光刻線寬應該以1.2um為中心，波動范圍/10%；刻蝕線寬應該以1.2um為中心，波動范圍/-10%；制版后的尺寸應該是1.8um；其它層次以此類推，做完所有層次表格后，再回頭看一下bias是否加的正確，計算出來的數(shù)值是否是對的（主要是大小方向正確與否），后面再根據(jù)實際流片結(jié)果來驗證這些預測的數(shù)值是否與實際波動范圍match。另外，biastable一定是對應一定的工藝層次的，如果工藝層次結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，很可能造成bias的變化，所以，對于新產(chǎn)品，新工藝，一定要與module討論好，并且結(jié)合已有類似biastable對應的工藝來最終制定合理的biastable，并加以驗證，如果流片結(jié)果與預期尺寸差距較大，說明biastable制定有誤，或者如果實際流片記過線寬波動過大，穩(wěn)定性差，也可能是biastable設(shè)置的有問題，導致了光刻不受控，這時候一定要修改biastable，重新制版來消除這些問題，當然，對于非關(guān)鍵層次，即使線寬波動大一些也不會