專(zhuān)利名稱(chēng)：光刻編程集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，光刻編程集成電路(litho-programmableintegrated circuit，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)PIC)。
背景技術(shù)：
1.半定制集成電路半定制集成電路(semi-custom integrated circuit，簡(jiǎn)稱(chēng)為SCIC)中，用戶(hù)只參與有限數(shù)目布線(xiàn)層，尤其是后端(back-end)布線(xiàn)層的設(shè)計(jì)。SCIC的制造廠(chǎng)家預(yù)先制造了大量半成品硅片(母片)。在這些母片上只完成了晶體管圖形，而未完成布線(xiàn)層(互聯(lián)線(xiàn))。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶(hù)各自的需求，基于已定型的晶體管圖形，完成這些晶體管之間的互聯(lián)線(xiàn)(如通道孔、接觸孔和金屬互聯(lián)線(xiàn))。在SCIC中，有兩個(gè)重要概念一為SCIC產(chǎn)品，另一為SCIC族(family)。一SCIC族一般包括多個(gè)SCIC產(chǎn)品。每個(gè)SCIC產(chǎn)品中所有芯片都具有相同的晶體管和互聯(lián)線(xiàn)圖形；在一SCIC族中，不同SCIC產(chǎn)品的互聯(lián)線(xiàn)圖形不同。在一SCIC族中，被所有SCIC芯片共同使用的集成電路薄膜被稱(chēng)作該SCIC族的通用膜；在該族中可由用戶(hù)定義的集成電路薄膜被稱(chēng)作專(zhuān)用膜。SCIC在集成電路中有廣泛應(yīng)用。在存儲(chǔ)器領(lǐng)域里，SCIC的一個(gè)重要代表是只讀存儲(chǔ)器(ROM)；在邏輯電路領(lǐng)域里，SCIC的一個(gè)重要代表是可編程門(mén)陣列(PGA)。
只讀存儲(chǔ)器(ROM)的一個(gè)典型例子是三維只讀存儲(chǔ)器(3D-ROM)。在3D-ROM中，只讀存儲(chǔ)元布置在三維空間。美國(guó)專(zhuān)利5,835,396提供了一個(gè)基本結(jié)構(gòu)。如

圖1所示，該3D-ROM含有至少一存儲(chǔ)層100。該存儲(chǔ)層中有多個(gè)地址選擇線(xiàn)(101...)和存儲(chǔ)元(121...)。半導(dǎo)體襯底000中的晶體管可用作3D-ROM的周邊電路，也可用作微處理器、RAM、解密引擎等。層間連接通道孔(101a...)為存儲(chǔ)層和周邊電路提供電連接。
如圖2A所示，每一3D-ROM存儲(chǔ)層100含有5層膜層間通道孔膜V1 310(101a、201a1)、數(shù)據(jù)線(xiàn)膜M2 320(101)、3D-ROM膜ROM1 330(134)、層內(nèi)通道孔膜V2 340(201a2)和選址線(xiàn)膜M3 350(111-113)。3D-ROM中所存的數(shù)字信息由存儲(chǔ)元中層內(nèi)通道孔的存在與否來(lái)決定。在存儲(chǔ)元121中存在一層內(nèi)通道孔，則該存儲(chǔ)元代表邏輯“1”；而存儲(chǔ)元123則代表邏輯“0”。相應(yīng)地，3D-ROM的層內(nèi)通道孔也被稱(chēng)為信息通道孔(info-via)。3D-ROM的信息通道孔膜V2 340是其唯一的專(zhuān)用膜，而別的薄膜(如數(shù)據(jù)線(xiàn)膜、選址線(xiàn)膜)均為通用膜。
圖2A、圖2B表示一3D-ROM族中的兩個(gè)不同3D-ROM產(chǎn)品。在圖2A的第一3D-ROM產(chǎn)品中，存儲(chǔ)元121-123代表邏輯“1”、“1”、“0”；在圖2B的第二3D-ROM產(chǎn)品中，存儲(chǔ)元121-123代表“1”、“0”、“1”。為了加工完成這些不同的3D-ROM產(chǎn)品，如使用現(xiàn)有技術(shù)，則需用兩個(gè)常規(guī)信息通道孔掩模版140A、140A′(見(jiàn)圖3A、圖3B)。圖3A中的信息通道孔掩模版140A與圖2A中的3D-ROM結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)；圖3B中的信息通道孔掩模版140A′與圖2B中的3D-ROM結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)。在每個(gè)信息通道孔掩模版上，與每條選址線(xiàn)101和數(shù)據(jù)線(xiàn)111-113相對(duì)應(yīng)的交叉處具有一信息開(kāi)口(info-opening)131-133，或131′-133′。這些開(kāi)口的明(如132、131′)和暗(如133、132′)直接控制存儲(chǔ)元中存儲(chǔ)的信息明的開(kāi)口對(duì)應(yīng)于邏輯“1”；暗的開(kāi)口對(duì)應(yīng)于邏輯“0”。在圖3A和以后的圖例中，用不同的斜線(xiàn)填充來(lái)區(qū)分掩模版上的信息開(kāi)口及其鄰近區(qū)域。在實(shí)際的掩模版上，暗的信息通道孔及其鄰近區(qū)域均被同種吸光材料(如鉻)覆蓋，它們之間并無(wú)差別。
在圖2A-圖3B中，信息通道孔的大小為該技術(shù)的最小尺寸。這種信息通道孔被稱(chēng)作1F信息通道孔。根據(jù)在2002年2月5日由同一發(fā)明人遞交的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN 02113333.6，信息通道孔可以大到2倍于該技術(shù)的最小尺寸(在某些情形下，甚至可以接近3倍于該技術(shù)的最小尺寸)。相應(yīng)地，它們被稱(chēng)作2F信息通道孔。2F信息通道孔只需要較為便宜的掩模版，并易于制造。
一個(gè)重要的邏輯SCIC是可編程門(mén)陣列(PGA)。PGA的功能由最后幾道工藝步驟來(lái)設(shè)置。圖4A-圖4C描述一PGA族中的三個(gè)不同PGA產(chǎn)品。每個(gè)PGA產(chǎn)品含有多個(gè)邏輯模塊131、132、141、142。每個(gè)邏輯模塊131含有I/O端口131io。這些I/O端口與豎直連線(xiàn)151相連。在邏輯模塊之間有多條水平連線(xiàn)171、172。在豎直連線(xiàn)151、152、161、162和水平連線(xiàn)171、172的每個(gè)交叉處有一設(shè)置通道孔191-194(config-via)。這些設(shè)置通道孔控制水平連線(xiàn)和豎直連線(xiàn)之間的電連接在“OFF”狀態(tài)(圖中由空心圓圈表示)，水平和豎直連線(xiàn)之間無(wú)電連接；在“ON”狀態(tài)(圖中由實(shí)心圓圈表示)，水平和豎直連線(xiàn)之間有電連接。通過(guò)選擇性地打開(kāi)不同的設(shè)置通道孔可以在邏輯模塊之間形成不同的電連接。因此，該P(yáng)GA族可以完成多種功能。
圖4A表示該P(yáng)GA族中的第一PGA產(chǎn)品。設(shè)置通道孔191、194處于“ON”狀態(tài)，而別的所有設(shè)置通道孔均處于“OFF”狀態(tài)。相應(yīng)地，邏輯模塊131和142相連(通過(guò)豎直連線(xiàn)151、水平連線(xiàn)172和豎直連線(xiàn)162)。圖4B表示該P(yáng)GA族的第二種PGA產(chǎn)品。設(shè)置通道孔191、192處于“ON”狀態(tài)，而別的設(shè)置通道孔均處于“OFF”狀態(tài)。因此，邏輯模塊131與邏輯模塊141相連。圖4C表示該P(yáng)GA族中的第三PGA產(chǎn)品。水平連線(xiàn)172在位置301處被分割為兩段172′和172″。該分割方案有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)第一，減少了水平連線(xiàn)172′上的寄生電容負(fù)載，因而能提高電路速度；第二，未使用的水平連線(xiàn)段172″可以用來(lái)設(shè)置別的電路，因此可以增加設(shè)計(jì)的靈活性。PGA族的專(zhuān)用膜可以有兩層金屬膜M3 350和設(shè)置通道孔膜V2 340(圖5A-圖5C)。
為了加工完成這些不同的PGA產(chǎn)品，如使用現(xiàn)有技術(shù)，則需用兩個(gè)常規(guī)設(shè)置通道孔掩模版140B、140B′(見(jiàn)圖6A-圖6B)和兩個(gè)常規(guī)金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版140C、140C′(見(jiàn)圖7A-圖7B)。圖6A中的設(shè)置通道孔掩模版140B與圖4A中的PGA結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)；圖6B中的設(shè)置通道孔掩模版140B′與圖4B-圖4C中的PGA結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)。在設(shè)置通道孔掩模版上，與每條水平連線(xiàn)172和垂直連線(xiàn)151相對(duì)應(yīng)的交叉處具有一設(shè)置開(kāi)口(config-opening)201-204。這些開(kāi)口的明(如201、202′)和暗(如202、203′)直接控制水平和垂直連線(xiàn)的聯(lián)結(jié)明的開(kāi)口表示聯(lián)結(jié)；暗的開(kāi)口表示未聯(lián)結(jié)。在圖6A-圖6B中，設(shè)置通道孔的尺寸為1F設(shè)置通道孔。與3D-ROM類(lèi)似，也可以使用2F設(shè)置通道孔。另一方面，圖7A中的金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版140C上的金屬圖形181、182與圖4A-圖4B中的PGA結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)；圖7B中的金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版140C′上的金屬圖形181、182′、182″與圖4C中的PGA結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)。注意到，在金屬圖形182′、182″中有一金屬線(xiàn)缺口(metal-gap)311。該金屬線(xiàn)缺口使水平連線(xiàn)斷開(kāi)成兩段。2.半定制集成電路的成本每個(gè)SCIC芯片的成本包含以下部分非經(jīng)常性支出、加工成本和掩模版成本。掩模版成本又分為通用掩模版成本和專(zhuān)用掩模版成本。其中，加工成本對(duì)于每個(gè)芯片基本相同，非經(jīng)常性支出和通用掩模版成本可以分?jǐn)偟皆揝CIC族的所有芯片上。如使用現(xiàn)有技術(shù)，專(zhuān)用掩模版只能用在某一SCIC產(chǎn)品中。相應(yīng)地，專(zhuān)用掩模版成本則只能分?jǐn)偟皆揝CIC產(chǎn)品的芯片中。寫(xiě)成公式SCIC芯片成本＝加工成本+{非經(jīng)常性支出+通用掩模版成本}/該SCIC族的產(chǎn)量++專(zhuān)用掩模版成本/該SCIC產(chǎn)品的產(chǎn)量 [1]每個(gè)產(chǎn)品都有一整體收入期望值(overall expected revenue，簡(jiǎn)稱(chēng)為OER)。SCIC產(chǎn)品的OER可以表示為OER＝芯片價(jià)格×該SCIC產(chǎn)品的產(chǎn)量＞芯片成本×該SCIC產(chǎn)品的產(chǎn)量＞專(zhuān)用掩模版成本 [2]因此可以將專(zhuān)用掩模版成本看作該SCIC產(chǎn)品OER的臨界值。很明顯，一個(gè)SCIC產(chǎn)品的OER至少要高于該產(chǎn)品使用的專(zhuān)用掩模版成本，否則將該產(chǎn)品投放市場(chǎng)會(huì)失去商業(yè)意義。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，掩模版的成本越來(lái)越高。對(duì)于0.18μm的技術(shù)，一張通道孔掩模版成本可以上萬(wàn)美元。當(dāng)一SCIC產(chǎn)品只是中小批量生產(chǎn)，則必須相應(yīng)地提高芯片價(jià)格。
誠(chéng)然，相對(duì)于一般ASIC電路來(lái)說(shuō)，SCIC中的大多數(shù)掩模版可以通用到整個(gè)SCIC族中。這樣能降低成本并縮短生產(chǎn)周期(turn-around time)。但每個(gè)SCIC產(chǎn)品中的專(zhuān)用膜需要使用專(zhuān)用掩模版，這些專(zhuān)用掩模版導(dǎo)致SCIC具有較高價(jià)格、較長(zhǎng)生產(chǎn)周期以及用戶(hù)的設(shè)計(jì)變動(dòng)不易實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)。本發(fā)明提供了一光刻編程集成電路(LPIC)來(lái)解決這些問(wèn)題。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的是提供一光刻編程集成電路(LPIC)，該LPIC產(chǎn)品即使在中低批量生產(chǎn)時(shí)仍具有低成本。
本發(fā)明的另一目的是提供一LPIC，該LPIC具有較短的生產(chǎn)周期。
本發(fā)明的另一目的是提供一LPIC，用戶(hù)能對(duì)其制造進(jìn)行直接、遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地控制。
根據(jù)以上目的，本發(fā)明提供一種新的集成電路—光刻編程集成電路(LPIC)。
發(fā)明的總結(jié)本發(fā)明提供一光刻編程集成電路(LPIC)。它使用可編程掩模版來(lái)設(shè)置其后端布線(xiàn)層圖形。可編程掩模版是“軟”掩模版，即用戶(hù)可以隨時(shí)調(diào)整其開(kāi)口處的透明度。相對(duì)而言，現(xiàn)有SCIC技術(shù)中使用的掩模版是“硬”掩模版，即它一旦出廠(chǎng)，則用戶(hù)很難改變其上圖形。在實(shí)際使用中，通過(guò)可編程掩模版可將用戶(hù)的設(shè)置數(shù)據(jù)賦值到LPIC的專(zhuān)用膜中。該賦值過(guò)程將“軟件固化”，即把用戶(hù)數(shù)據(jù)等軟件“永遠(yuǎn)”地置放在如3D-ROM等載體中。這里特別需要指出的是，將設(shè)置數(shù)據(jù)從用戶(hù)傳輸?shù)郊庸S(chǎng)的過(guò)程可以通過(guò)因特網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，用戶(hù)有可能對(duì)正在加工廠(chǎng)中加工的硅片進(jìn)行直接、遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地進(jìn)行個(gè)性化。
可編程掩模版可以應(yīng)用在一LPIC族中的所有LPIC產(chǎn)品中，甚至還可以應(yīng)用在別的SCIC族中。一LPIC，即使其功能結(jié)構(gòu)與基于現(xiàn)有技術(shù)的SCIC雷同，它的芯片成本僅為L(zhǎng)PIC芯片成本＝加工成本+{非經(jīng)常性支出+通用掩模版成本}/該LPIC族的產(chǎn)量++可編程掩模版成本/該LPIC族的產(chǎn)量 [3]比較式[1]和[3]，可以看出它們的差別在于LPIC最后一項(xiàng)的分母是LPIC族的產(chǎn)量，而非LPIC產(chǎn)品的產(chǎn)量。一般說(shuō)來(lái)，LPIC族的產(chǎn)量遠(yuǎn)大于單個(gè)LPIC產(chǎn)品的產(chǎn)量。因此，LPIC的成本較低。相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)主要權(quán)利要求通過(guò)成本差來(lái)區(qū)分LPIC和基于現(xiàn)有技術(shù)的SCIC。SCIC的OER不可能低于其專(zhuān)用膜所需掩模版的成本，而LPIC可以。LPIC的其他優(yōu)點(diǎn)包括較短的生產(chǎn)周期和用戶(hù)的可設(shè)置性。
LPIC中的可編程掩模版特別適合用于控制集成電路薄膜的開(kāi)口(opening)圖形。這類(lèi)可編程掩模版稱(chēng)為開(kāi)口可編程掩模版(opening-programmable mask，簡(jiǎn)稱(chēng)為OPM掩模版)。開(kāi)口的例子包括ROM中的信息通道孔(info-via)、PGA中的設(shè)置通道孔(config-via)和金屬線(xiàn)缺口(metal-gap)。這些開(kāi)口在掩模版上處于預(yù)設(shè)的位置并具有預(yù)設(shè)的大小，其唯一的可變量是它的透明度。可以利用電信號(hào)分別對(duì)OPM掩模版上每個(gè)開(kāi)口的透明度進(jìn)行控制，即允許光線(xiàn)(或X光、電子束、離子束等)通過(guò)開(kāi)口，或不允許。很明顯，1F開(kāi)口和2F開(kāi)口(包括2F信息通道孔和2F設(shè)置通道孔)均具有可編程性。2F OPM掩模版的實(shí)現(xiàn)會(huì)更容易一些。在存儲(chǔ)器領(lǐng)域中，LPIC的一個(gè)例子為通道孔可編程ROM(via-programmable ROM，簡(jiǎn)稱(chēng)為VPROM，包括接觸孔編程)；在邏輯電路領(lǐng)域中，LPIC的一個(gè)例子為開(kāi)口可編程PGA(opening-programmable PGA，簡(jiǎn)稱(chēng)為OPPGA，包括通道孔編程和金屬線(xiàn)缺口編程)。
一般說(shuō)來(lái)，有兩種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)OPM掩模版一種基于液晶，即液晶OPM掩模版(liquid-crystal OPM，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)C-OPM掩模版)；另一種基于MEMS技術(shù)，即MEMS-OPM掩模版(這里MEMS指微電子機(jī)械系統(tǒng))。LC-OPM掩模版的結(jié)構(gòu)與工作原理和液晶顯示器類(lèi)似，此處不在贅述。MEMS-OPM掩模版基于新興的MEMS技術(shù)。在每個(gè)開(kāi)口的位置上都有一個(gè)移動(dòng)元。當(dāng)移動(dòng)元從開(kāi)口處移開(kāi)，光線(xiàn)可以通過(guò)開(kāi)口，則為“ON”狀態(tài)；當(dāng)移動(dòng)元覆蓋開(kāi)口并阻攔(或反射)光線(xiàn)，則為“OFF”狀態(tài)。MEMS技術(shù)的成熟可以保證在襯底上同時(shí)形成上億個(gè)移動(dòng)元。幾種典型的移動(dòng)元包括平移移動(dòng)元(滑塊)、平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)元(轉(zhuǎn)子)、平面外轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)元(鉸鏈)、卷簾式、數(shù)字微鏡/光閥、半導(dǎo)體激光等。另一方面，根據(jù)光刻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，OPM掩模版也可以分為透射型、反射型和發(fā)射型。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是一3D-ROM的透視圖。
圖2A-圖2B表示二不同3D-ROM產(chǎn)品的截面圖。
圖3A-圖3B是該二3D-ROM產(chǎn)品使用的信息開(kāi)口掩模版。
圖4A-圖4C表示三不同PGA產(chǎn)品的設(shè)置。
圖5A-圖5C是該三PGA產(chǎn)品的截面圖。
圖6A-圖6B是該三PGA產(chǎn)品使用的設(shè)置開(kāi)口掩模版。
圖7A-圖7B是該三PGA產(chǎn)品使用的金屬布線(xiàn)層掩模版。
圖8A-圖8B描述一開(kāi)口可編程掩模版(OPM)。
圖9表示一將設(shè)置數(shù)據(jù)從用戶(hù)傳輸?shù)郊庸S(chǎng)的過(guò)程。
圖10表示光刻編程系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。
圖11A-圖11C是光刻編程系統(tǒng)的三個(gè)特例—透射型、反射型、發(fā)射型光刻編程系統(tǒng)。
圖12A-圖12B是一光調(diào)制層和開(kāi)口定義層的頂視圖。
圖13A-圖13D是光調(diào)制層和開(kāi)口定義層幾個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖14表示一多次曝光設(shè)置，它可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)線(xiàn)中的可編程金屬線(xiàn)缺口。
圖15A-圖15B是該多次曝光設(shè)置使用的金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版和開(kāi)口可編程掩模版。
圖16A是經(jīng)過(guò)第一次曝光后光刻膠的受光情形；圖16B是經(jīng)過(guò)第二次曝光后光刻膠的受光情形。
圖17A表示光調(diào)制元的主要結(jié)構(gòu)圖；圖17B表示光調(diào)制元的電路圖。
圖18A-圖18B分別表示一處于“ON”和“OFF”狀態(tài)的第一種光調(diào)制元—平移光調(diào)制元(T-LMC)。
圖19A-圖19C表示第一種T-LMC的第一特例。
圖20A-圖20C表示第一種T-LMC的第一特例的工藝流程圖。
圖21A-圖21C表示第一種T-LMC的另外幾種特例。
圖22A-圖22C是第一種T-LMC的電路符號(hào)和幾種周邊電路。
圖23A-圖23B表示第二種T-LMC的另外幾種特例。
圖24A-圖24C是該種T-LMC的電路符號(hào)和幾種周邊電路。
圖25A-圖25D是第三種T-LMC的一特例。
圖26A-圖26D是該T-LMC特例的工藝流程圖。
圖27A-圖27B分別表示一處于“ON”和“OFF”狀態(tài)的第二種光調(diào)制元—平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)光調(diào)制元(IPR-LMC)。
圖28A-圖28C表示第一種IPR-LMC的一特例。
圖29A-圖29D表示第二種IPR-LMC的一特例。
圖30A-圖30C是第一種IPR-LMC的工藝流程圖。
圖31A-圖31E描述第三種光調(diào)制元—平面外轉(zhuǎn)動(dòng)光調(diào)制元(OPR-LMC)的幾種狀態(tài)。
圖32A-圖32C表示第一OPR-LMC的一特例。
圖33是第一OPR-LMC的第一工藝流程圖。
圖34A-圖34B描述第二OPR-LMC的一特例。
圖35A-圖35C描述第四種光調(diào)制元—卷簾式光調(diào)制元的幾種狀態(tài)。
圖36A-圖36C是其電路符號(hào)及幾種周邊電路。
圖37A-圖37C描述第五種光調(diào)制元—液晶光調(diào)制元及其電路符號(hào)。
圖38A-圖38C描述第六種光調(diào)制元—反射型光調(diào)制元。
圖39A-圖39C描述第七種光調(diào)制元—發(fā)射型光調(diào)制元及其電路符號(hào)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式1.光刻編程系統(tǒng)圖8A-圖8B描述一開(kāi)口可編程掩模版(opening-programmable mask，簡(jiǎn)稱(chēng)為OPM)。圖8A是其頂視圖，圖8B是其沿AA′的截面圖。它可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3A-圖3B中的信息通道孔和圖6A-圖6B中的設(shè)置通道孔。在此OPM掩模版上有多個(gè)可編程開(kāi)口241-243。這些可編程開(kāi)口在掩模版上位于固定位置(如處于選址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的交叉處)且具有一固定大小(如通道孔的大小)。它們的尺寸大小為Do，間隔為So，周期(pitch)為Po。此特例中，每個(gè)可編程開(kāi)口241-243處有一移動(dòng)元241c-243c。該移動(dòng)元241c-243c可以位于兩個(gè)位置a、覆蓋可編程開(kāi)口243；b、遠(yuǎn)離可編程開(kāi)口241。在位置a時(shí)，光線(xiàn)不能透過(guò)，因此可編程開(kāi)口243處于“OFF”狀態(tài)；在位置b時(shí)，光線(xiàn)可以透過(guò)，因此可編程開(kāi)口241處于“ON”狀態(tài)。外界電信號(hào)被用來(lái)控制每個(gè)移動(dòng)元的位置。很明顯，圖8A中的特例可以用來(lái)形成圖3A中的信息通道孔圖形。這里應(yīng)注意到，雖然圖3B中的信息通道孔圖形與圖3A中的信息通道孔圖形不同，但它不難用同一OPM掩模版來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橥粔KOPM掩模版可以通用在一LPIC族中的所有LPIC產(chǎn)品中，故LPIC的芯片成本大為降低。
上述OPM掩模版是光刻編程系統(tǒng)的一核心部分。圖9-圖13D對(duì)光刻編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行作一概述。
圖9表示一用戶(hù)10將設(shè)置數(shù)據(jù)16傳輸?shù)郊庸S(chǎng)12的流程。用戶(hù)10首先產(chǎn)生一設(shè)置數(shù)據(jù)文件16。該設(shè)置數(shù)據(jù)16可以是加密的，也可以是原文。它可以通過(guò)媒介14，如因特網(wǎng)或物理媒介(如硬盤(pán)、光盤(pán)等)，送到加工廠(chǎng)12。加工廠(chǎng)12用該設(shè)置數(shù)據(jù)16來(lái)控制光刻編程系統(tǒng)28。光刻編程系統(tǒng)28將設(shè)置數(shù)據(jù)16賦置到ROM或PGA的通道孔圖形和金屬線(xiàn)缺口圖形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)的“軟件固化”。這里特別需要指出的是，將設(shè)置數(shù)據(jù)16從用戶(hù)10傳輸?shù)郊庸S(chǎng)12的過(guò)程可以通過(guò)因特網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，用戶(hù)10有可能對(duì)正在加工廠(chǎng)12中加工的硅片進(jìn)行直接、遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地進(jìn)行個(gè)性化。
圖10表示一光刻編程系統(tǒng)28的層次結(jié)構(gòu)。其核心部分是一光刻編程裝置29(圖11A-圖11C)。光刻編程裝置29一般即開(kāi)口可編程掩膜版30。在另外一些情形下，光刻編程裝置29可以含有多個(gè)開(kāi)口可編程掩膜版(OPM)30。開(kāi)口可編程掩膜版30可對(duì)光刻光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。每個(gè)開(kāi)口可編程掩膜版30一般具有開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34(圖12A-圖13D)。開(kāi)口定義層32定義在硅片上最終曝光的開(kāi)口圖形。光調(diào)制層34則控制通過(guò)該開(kāi)口的曝光光強(qiáng)(“ON”或“OFF”)。光調(diào)制層34含有多個(gè)光調(diào)制元40。每個(gè)光調(diào)制元40控制一個(gè)開(kāi)口的曝光光強(qiáng)(圖17A-圖39B)。
圖11A-圖11C是光刻編程系統(tǒng)的三個(gè)特例—透射型、反射型、發(fā)射型光刻編程系統(tǒng)。圖11A是一透射型光刻編程系統(tǒng)28。它含有光源20、透射型光刻編程裝置29t和光具組24。來(lái)自光源20的曝光光線(xiàn)在通過(guò)透射型光刻編程裝置29t后，其明暗度由設(shè)置數(shù)據(jù)16控制。它再經(jīng)過(guò)光具組24透射到硅片22上。圖11A-圖11C的光刻編程系統(tǒng)也可使用X光、電子束、離子束。在這些情形下，光具組24是其它相應(yīng)的調(diào)束裝置。圖11B是一反射型光刻編程系統(tǒng)28。它特別適合于使用短波長(zhǎng)光線(xiàn)的曝光系統(tǒng)。來(lái)自光源20的曝光光線(xiàn)在通過(guò)反射型光刻編程裝置29r后，其明暗度由設(shè)置數(shù)據(jù)16控制。它再經(jīng)過(guò)光具組24投射到硅片22上。圖11C是發(fā)射型光刻編程系統(tǒng)28。它具有一含有多個(gè)發(fā)光源的發(fā)射型光刻編程裝置29e。其發(fā)光源的亮度由設(shè)置數(shù)據(jù)16控制。這類(lèi)似于在電子束掃描曝光系統(tǒng)中使用的多個(gè)電子槍。
圖11A-圖11C中的光刻編程裝置29t、29r、29e含有一塊或多塊OPM掩膜版。每個(gè)OPM掩膜版含有開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34。它們的頂視圖在圖12A-圖12B中表示，截面圖在圖13A-圖13D中表示。
圖12A是一光調(diào)制層34的頂視圖。該光調(diào)制層34含有設(shè)置數(shù)據(jù)總線(xiàn)16、一單獨(dú)的光調(diào)制元40sa、一2×2的光調(diào)制元矩陣40aa-40bb和它們的選址電路18(如行解碼器、列解碼器等)。光調(diào)制元是光調(diào)制層34的基本組成單元。在此實(shí)施例中，光調(diào)制元(如50ab)使用移動(dòng)元(如50ab′)來(lái)調(diào)制光強(qiáng)。它也可以使用液晶型的光調(diào)制元。每個(gè)光調(diào)制元(如40sa)區(qū)域包括開(kāi)口窗戶(hù)區(qū)域(如50sa)和周邊電路區(qū)域(如60sa)。它由至少一條選擇線(xiàn)(如42s)和至少一條數(shù)據(jù)線(xiàn)(如44s)來(lái)控制。類(lèi)似于半導(dǎo)體存儲(chǔ)陣列，使用一光調(diào)制元矩陣可以減少該矩陣中光調(diào)制元所需的I/O數(shù)目。在圖12A中，光調(diào)制元50aa、50bb、50sa處于“ON”狀態(tài)；50ab和50ba處于“OFF”狀態(tài)。圖12B是一開(kāi)口定義層32的頂視圖。與常規(guī)開(kāi)口掩模版類(lèi)似，其上可以覆蓋鉻且含有多個(gè)透明開(kāi)口70aa-70sa。唯一的差別是，常規(guī)開(kāi)口掩模版只是選擇性地在一些可開(kāi)口的位置形成開(kāi)口，而開(kāi)口定義層32在每個(gè)可開(kāi)口的位置均有開(kāi)口。每個(gè)開(kāi)口(如70aa)與一光調(diào)制元的開(kāi)口窗戶(hù)(如50aa)處于對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)并最好能夠被它包含。對(duì)使用較短波長(zhǎng)的光刻技術(shù)來(lái)說(shuō)，開(kāi)口70aa-70sa可以使用光學(xué)接近式修正(optical proximity correction，簡(jiǎn)稱(chēng)為OPC)和移相掩模版(phase-shift mask，簡(jiǎn)稱(chēng)為PSM)等技術(shù)。
圖13A-圖13D是開(kāi)口定義層和光調(diào)制層幾個(gè)實(shí)施例的截面圖。與圖8B中開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34合并在一起的實(shí)施例不同，這些實(shí)施例中的開(kāi)口定義層和光調(diào)制層是兩層不同的物理膜。圖13A-圖13B的實(shí)施例最好用在透射型OPM掩模版中。在圖13A中，開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34位于同一石英襯底36的兩面。光調(diào)制層34含有兩個(gè)開(kāi)口窗戶(hù)34a和34b。開(kāi)口窗戶(hù)34a被移動(dòng)元34m覆蓋因而光線(xiàn)被阻斷，該可編程開(kāi)口處于“OFF”狀態(tài)；開(kāi)口窗戶(hù)34b處的移動(dòng)元34m被移開(kāi)而使光線(xiàn)能夠通過(guò)，該可編程開(kāi)口處于“ON”狀態(tài)。開(kāi)口定義層32位于石英襯底36的另一面，它含有一層鉻膜32c和兩個(gè)透明開(kāi)口32v。開(kāi)口32v最好能被開(kāi)口窗戶(hù)34a、34b包含。圖13B的實(shí)施例與圖13A的實(shí)施例稍有不同。開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34分別位于兩個(gè)不同的石英襯底36a、36b上。圖13C的實(shí)施例可以用在反射型或發(fā)射型OPM掩模版中。對(duì)反射型來(lái)說(shuō)，開(kāi)口定義層32在開(kāi)口處有一反射膜32r(如相互交叉的硅鉬層interdigitated silicon-molydenum layer)，在開(kāi)口周?chē)鷧^(qū)域32a則是吸光材料。光調(diào)制層34位于一薄膜36m上。移動(dòng)元34m含有吸光材料。為減少在使用短波長(zhǎng)曝光光線(xiàn)時(shí)薄膜36m對(duì)光線(xiàn)的吸收，最好能將移動(dòng)元34m下的薄膜36m刻蝕掉。對(duì)發(fā)射型來(lái)說(shuō)，發(fā)光層32在每個(gè)開(kāi)口位置32r發(fā)光，光調(diào)制層34通過(guò)移動(dòng)元34m有選擇性地阻擋光的通過(guò)。圖13D的實(shí)施例可以用在反射型OPM掩模版中。與圖13C的實(shí)施例相比，開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34的位置互換。移動(dòng)元34m含有一反射膜。在圖13B-圖13D的實(shí)施例中，開(kāi)口定義層32和光調(diào)制層34處于不同載體上。它們可以被獨(dú)立設(shè)計(jì)、生產(chǎn)且在曝光過(guò)程中可以有更好的散熱特性。2.金屬線(xiàn)缺口圖形的形成用光刻編程來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬線(xiàn)缺口圖形不同于用光刻編程來(lái)實(shí)現(xiàn)通道孔。它需要至少兩次曝光和兩張掩模版一是常規(guī)的金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版；一是本發(fā)明提出的金屬線(xiàn)缺口OPM掩模版。圖14-圖16B描述通過(guò)光刻編程來(lái)實(shí)現(xiàn)圖5C中的金屬線(xiàn)缺口圖形。
圖14描述一多次曝光設(shè)備56，它可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)線(xiàn)中的可編程金屬線(xiàn)缺口。其操作可結(jié)合圖15A-圖16B來(lái)說(shuō)明。該多次曝光設(shè)備56含有兩個(gè)并列式布置的次曝光系統(tǒng)5、6。次曝光系統(tǒng)5包括一光源20A和一金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版250m；次曝光系統(tǒng)6包括一光源20B和一金屬線(xiàn)缺口OPM掩模版250mc。這兩個(gè)次曝光系統(tǒng)5，6共用一個(gè)底座(chuck)00c。硅片22先在次曝光系統(tǒng)5處曝光，緊接著它在底座00c上向前移動(dòng)，并在次曝光系統(tǒng)6處曝光。通過(guò)對(duì)金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版250m和金屬線(xiàn)缺口OPM掩模版250mc兩者相對(duì)位置的仔細(xì)設(shè)計(jì)，不難達(dá)到以下目標(biāo)如果硅片22在次曝光系統(tǒng)5中與金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版250m對(duì)準(zhǔn)的話(huà)，則當(dāng)它移到次曝光系統(tǒng)6時(shí)，它應(yīng)與金屬線(xiàn)缺口OPM掩模版250mc自然對(duì)準(zhǔn)，不需要再作套刻對(duì)準(zhǔn)。該設(shè)備是一“無(wú)縫”多次曝光設(shè)備，其生產(chǎn)率(throughput)不受多次曝光的影響。當(dāng)然，金屬線(xiàn)缺口圖形也可以通過(guò)常規(guī)曝光系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用常規(guī)曝光系統(tǒng)需要進(jìn)行多次曝光、多次套刻對(duì)準(zhǔn)、最后一次性顯影。
圖15A-圖15B是該多次曝光設(shè)置56使用的金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版和開(kāi)口可編程掩模版。金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版250m是一常規(guī)的金屬互聯(lián)線(xiàn)掩模版，金屬線(xiàn)缺口OPM掩模版250mc含有可編程開(kāi)口311-314?？删幊涕_(kāi)口311處于“ON”狀態(tài)，而別的可編程開(kāi)口均處于“OFF”狀態(tài)?？梢越Y(jié)合多次曝光設(shè)備56的設(shè)計(jì)使這些可編程開(kāi)口(如311)所產(chǎn)生的圖形正好位于金屬互聯(lián)線(xiàn)圖形(如182)的上方，它們的寬度與金屬互聯(lián)線(xiàn)的寬度相同或稍大。圖16A是經(jīng)過(guò)第一次曝光后光刻膠的受光情形。無(wú)斜線(xiàn)的區(qū)域表示光刻膠受到曝光，有斜線(xiàn)的區(qū)域表示光刻膠沒(méi)有受到曝光。在第一次曝光后，只有對(duì)應(yīng)于金屬互聯(lián)線(xiàn)的光刻膠區(qū)域171p、172p未受到曝光。接著進(jìn)行第二次曝光。圖16B是經(jīng)過(guò)第二次曝光后光刻膠的受光情形。因?yàn)樵诮饘倬€(xiàn)缺口OPM掩模版250mc上只有311處才有透明開(kāi)口，該曝光過(guò)程將金屬互聯(lián)線(xiàn)圖形172p上未受到曝光的區(qū)域301p曝光。經(jīng)過(guò)顯影等步驟后，金屬互聯(lián)線(xiàn)的光刻膠172p被切割為兩段172p′、172p″。該光刻膠圖形對(duì)應(yīng)于圖5C中的金屬互聯(lián)線(xiàn)設(shè)置。如可編程開(kāi)口311處于“OFF”狀態(tài)，則金屬互聯(lián)線(xiàn)的光刻膠圖形仍為連續(xù)。它對(duì)應(yīng)于圖5A-圖5B中的金屬互聯(lián)線(xiàn)設(shè)置。3.光調(diào)制元圖17A-圖17B描述單位光調(diào)制元40。圖17A是其頂視圖，圖17B是其電路框圖。光調(diào)制元40含有一開(kāi)口窗戶(hù)50、周邊電路60、控制線(xiàn)42、數(shù)據(jù)線(xiàn)44。開(kāi)口窗戶(hù)50與開(kāi)口定義層上的開(kāi)口70對(duì)準(zhǔn)。控制線(xiàn)42選中光調(diào)制元40而數(shù)據(jù)線(xiàn)44上的設(shè)置數(shù)據(jù)通過(guò)周邊電路60來(lái)控制開(kāi)口窗戶(hù)50的狀態(tài)(“ON”或“OFF”)。圖18A和以后各圖描述各種不同的光調(diào)制元(light-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)MC)。A.滑塊圖18A-圖26D描述第一種光調(diào)制元—平移光調(diào)制元(translational light-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)-LMC)。T-LMC的核心部分是一平移移動(dòng)元—滑塊51a。在圖18A中，滑塊51a處于“OFF”狀態(tài)，即覆蓋開(kāi)口70；在圖18B中，滑塊51a處于“ON”狀態(tài)，即遠(yuǎn)離開(kāi)口70。它的四個(gè)角分別標(biāo)志為WXYZ，它們的相對(duì)位置在移動(dòng)過(guò)程中不變。
圖19A-圖22C表示第一種T-LMC。它含有一懸浮滑塊且其驅(qū)動(dòng)力為電容性的。該種T-LMC的第一實(shí)施例由圖19A-圖19C表示。圖19A是其頂視圖。除滑塊51a外，它還含有二滑軌對(duì)(flange)51p1a/51m1a和51p1b/51m1b。這兩滑軌對(duì)覆蓋滑塊51a的外邊緣。在“OFF”狀態(tài)，滑塊51a滑到第一滑軌對(duì)51p1a/51m1a的位置；在“ON”狀態(tài)，滑塊51a滑到第二滑軌對(duì)51p1b/51m1b的位置。在“OFF”狀態(tài)時(shí)沿BB′、CC′的截面圖由圖19B、圖19C表示?；瑝K51a只能在襯底36表面上沿著y方向移動(dòng)，其沿著x方向的運(yùn)動(dòng)受到滑軌對(duì)51p1a/51m1a、51p1b/51m1b的限制?；墝?duì)51p1a/51m1a、51p1b/51m1b的內(nèi)表面覆蓋有一層絕緣介質(zhì)51b，它可防止滑塊51a和滑軌對(duì)之間產(chǎn)生電接觸。
圖20A-圖20C是該實(shí)施例的工藝流程圖。首先，在襯底36上形成第一犧牲膜51s1和滑塊膜51a。然后將它們刻蝕形成第一滑塊堆51t1(圖20A)?；瑝K膜51a可以含有多晶硅或金屬(如鋁)。如使用多晶硅，犧牲膜51s1可由SiO2組成；如使用金屬，犧牲膜51s1可由高分子化合物(如光刻膠)組成。接著在該滑塊堆51t1上形成第二犧牲膜51s2，并將其平面化和光刻以形成滑塊堆51t2。該第二犧牲膜51s2可以含有與第一犧牲膜51s1相同的材料(圖20B)。之后，淀積并刻蝕絕緣介質(zhì)51b和滑軌膜51a，以形成滑軌對(duì)51p1a/51m1a(圖20C)。最后，在酸或等離子體環(huán)境下去掉犧牲膜51s1和51s2。這樣，滑塊51a與別的薄膜分離并能自由運(yùn)動(dòng)。
圖21A-圖21C是第一種T-LMC的其它幾個(gè)實(shí)施例。在圖21A中，在滑軌對(duì)51p1a/51m1a的豎墻上形成一絕緣隔膜51c。它能夠進(jìn)一步提高滑塊對(duì)和滑塊之間的電絕緣。在圖21B中，滑塊51a的下表面有多個(gè)突起51d。它們可以減少滑塊51a與襯底36之間的摩擦。其工藝流程是在淀積滑塊膜51a之前，先將部分第一犧牲膜51s1各向同性地刻蝕掉以形成多個(gè)小坑。圖21C的實(shí)施例使用了梳式驅(qū)動(dòng)(comb-drive)。在滑塊51a上有二齒形電極51f1a、51f1b。它們可以增強(qiáng)加滑塊51a受到的容性驅(qū)動(dòng)力。這樣可以縮短滑塊51a的移動(dòng)時(shí)間以提高光刻系統(tǒng)的生產(chǎn)率。很明顯，圖21B中的突起和圖21C中的梳式驅(qū)動(dòng)結(jié)合起來(lái)可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。
圖22A是圖19A-圖19C、圖21A-圖21C中T-LMC實(shí)施例的電路符號(hào)。每個(gè)滑軌對(duì)形成一驅(qū)動(dòng)電容滑軌對(duì)51p1a/51m1a組成第一驅(qū)動(dòng)電容50c1a；滑軌對(duì)51p1b/51m1b組成第二驅(qū)動(dòng)電容50c1b?；瑝K51a由懸浮電極51a表示。在使用過(guò)程中，對(duì)其中的一驅(qū)動(dòng)電容(如50c1a)進(jìn)行充電，同時(shí)對(duì)另一驅(qū)動(dòng)電容(如50c1b)進(jìn)行放電，則滑塊51a被驅(qū)動(dòng)至充電電容(如50c1a)處。圖22B為它的一周邊電路。它使用DRAM類(lèi)的電路并含有一開(kāi)關(guān)61s和一反相器6li。當(dāng)選址線(xiàn)42上的電壓升高時(shí)，開(kāi)關(guān)61s接通，相應(yīng)的設(shè)置數(shù)據(jù)被送到第一電容50c1a，再經(jīng)反相后送到第二電容50c1b。如果設(shè)置數(shù)據(jù)為邏輯“0”，則第一驅(qū)動(dòng)電容50c1a被放電，第二驅(qū)動(dòng)電容50c1b被充電，滑塊51a被驅(qū)動(dòng)至第二電容50c1b處，則T-LMC處于“ON”狀態(tài)。如果設(shè)置數(shù)據(jù)為邏輯為邏輯“1”，則滑塊51a被驅(qū)動(dòng)至第一電容50c1a處，則T-LMC處于“OFF”狀態(tài)。圖22C是另一周邊電路。它使用SRAM類(lèi)的電路且含有兩個(gè)開(kāi)關(guān)61s1、61s2和反相器對(duì)6li1a、6li1b。其操作類(lèi)似于圖22B。圖22C中的實(shí)施例是一靜態(tài)周邊電路。使用這種靜態(tài)周邊電路時(shí)不用擔(dān)心漏電流對(duì)電容電荷存儲(chǔ)壽命的影響，因而在大中批量生產(chǎn)時(shí)(即對(duì)同一開(kāi)口設(shè)置圖形需長(zhǎng)時(shí)間地曝光)，不需要對(duì)光調(diào)制層進(jìn)行刷新(refresh)。
圖23A-圖24C表示第二種T-LMC。該種T-LMC含有一懸浮滑塊，其驅(qū)動(dòng)力包括電容性力和彈性力。圖23A是其第一實(shí)施例。其“OFF”狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)力由電容51p2/51m2提供。其“ON”狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)力是由一彈簧51sp產(chǎn)生的彈性力。該彈簧51sp的一端與滑塊51a相連；另一端通過(guò)錨(anchor)51sa與襯底相連。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電容被放電后，彈簧51sp的彈性力將滑塊51a從開(kāi)口70處拖開(kāi)。圖23B是該種T-LMC的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，梳式驅(qū)動(dòng)被用來(lái)增加電容性的驅(qū)動(dòng)力。
圖24A表示圖23A-圖23B中T-LMC實(shí)施例的電路符號(hào)。它可由一驅(qū)動(dòng)電容50c2來(lái)代表。圖24B是一DRAM類(lèi)的周邊電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)61s接通時(shí)，設(shè)置數(shù)據(jù)被送至驅(qū)動(dòng)電容50c2。如設(shè)置數(shù)據(jù)為邏輯“0”，則驅(qū)動(dòng)電容50c2被放電，滑塊51a被彈簧51sp從開(kāi)口70處拖開(kāi)；如設(shè)置位為邏輯“1”，則滑塊51a被拖到開(kāi)口70上。圖24C是一SRAM類(lèi)的周邊電路。同樣地，使用該類(lèi)周邊電路在大中批量生產(chǎn)LPIC時(shí)，不需要對(duì)光調(diào)制層進(jìn)行刷新。
圖25A-圖25D描述第三種T-LMC。與前兩種T-LMC不同，該T-LMC的滑塊與一外界電信號(hào)相接。它的驅(qū)動(dòng)力是電容性的。圖25A是一實(shí)施例的頂視圖。它含有一滑軌對(duì)51e和兩個(gè)相對(duì)的電極51p3、51m3。滑軌對(duì)51e將滑塊51a的運(yùn)動(dòng)限制在y方向并對(duì)其提供電連接。圖25B是該實(shí)施例沿DD′的截面圖?；?1g對(duì)滑塊51a提供機(jī)械支持和電連接。為了減少摩擦，在滑塊的下表面也可以使用如圖21B中的突起。與別的T-LMC結(jié)構(gòu)比較，該T-LMC中滑軌對(duì)51e的內(nèi)表面不需要有絕緣介質(zhì)。圖25C表示該實(shí)施例的電路符號(hào)。它由兩個(gè)串聯(lián)的電容51c3a、51c3b組成，中間的端口對(duì)應(yīng)于滑塊51a。圖25D是一DRAM類(lèi)的周邊電路，兩個(gè)端口51p3和51m3分別接至VDD和GND。中間端口51a上的電壓由設(shè)置數(shù)據(jù)線(xiàn)44控制。類(lèi)似地，也可以使用SRAM類(lèi)的周邊電路。圖26A-圖26D是圖25A-圖25B中T-LMC實(shí)施例的一工藝流程。與第一種的工藝流程(圖20A-圖20C)比較，在淀積第一犧牲膜51s1之前需形成基座51g，同時(shí)不需要在滑軌對(duì)51e下淀積絕緣介質(zhì)。B.轉(zhuǎn)子圖27A-圖30C描述第二種光調(diào)制元—平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)光調(diào)制元(in-plane rotationallight-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為IPR-LMC)。IPR-LMC的核心元件是一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)元—轉(zhuǎn)子52a。如圖27A-圖27B所示，轉(zhuǎn)子52a沿一軸52b轉(zhuǎn)動(dòng)。它的四個(gè)角被標(biāo)為STUV。在圖27A中轉(zhuǎn)子52a處于“OFF”狀態(tài)，即它覆蓋開(kāi)口70；在圖27B中，轉(zhuǎn)子52a處于“ON”狀態(tài)，即它從開(kāi)口70處移走。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子52a的四個(gè)角STUV在xy平面沿軸52b轉(zhuǎn)動(dòng)了大約90°。
圖28A-圖28C表示第一種IPR-LMC。它含有一懸浮轉(zhuǎn)子，且其驅(qū)動(dòng)力是電容性的。圖28A是該種IPR-LMC實(shí)施例的頂視圖。轉(zhuǎn)子52a被軸52b錨定在襯底36上，其兩邊有兩個(gè)指形電極52f1a、52f1b。它們可用作電容50c4a、50c4b(分別由兩個(gè)電極對(duì)52p1a/52m1a、52p1b/52m1b組成)中的懸浮電極。圖28B是懸浮轉(zhuǎn)子52a與軸52b沿EE′截面圖?；?2c可以限制轉(zhuǎn)子52a在z方向上運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)表面上覆蓋的絕緣介質(zhì)52d將轉(zhuǎn)子52a和轉(zhuǎn)軸52b相互絕緣。圖28C表示該實(shí)施例的電路符號(hào)。當(dāng)?shù)谝浑娙?0c4a上有一電壓而第二電容50c4b上無(wú)電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子52a被驅(qū)動(dòng)至第一電容50c4a處并覆蓋開(kāi)口70，IPR-LMC處于“OFF”狀態(tài)；當(dāng)?shù)谝浑娙?0c4a上無(wú)電壓而第二電容50c4b上有電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子52a被驅(qū)動(dòng)至第二電容50c4b并從開(kāi)口70處移開(kāi)，IPR-LMC處于“ON”狀態(tài)。
圖29A-圖31C描述第二種IPR-LMC。在此種IPR-LMC中，轉(zhuǎn)子與一外界電信號(hào)相連接，其驅(qū)動(dòng)力為電容性的。圖29A表示其第一實(shí)施例的頂視圖，圖29B表示它的截面圖。電極52p2、52m2具有直線(xiàn)形狀。它們被包含在絕緣介質(zhì)52d中。該絕緣介質(zhì)52d能在轉(zhuǎn)子52a與電極52p2、52m2接觸時(shí)避免發(fā)生短接。圖29C表示該種IPR-LMC的第二實(shí)施例。其指形電極52f2a、52f2b與爪狀電極52p2、52m2形成兩個(gè)電容50c5a、50c5b。這些電容能為轉(zhuǎn)子52a提供更大的驅(qū)動(dòng)力。圖29D中表示該種IPR-LMC的一電路符號(hào)。該實(shí)施例的周邊電路與第三種T-LMC的類(lèi)似。
圖30A-圖30C描述了圖29A-圖29B中IPR-LMC實(shí)施例的工藝流程。首先在襯底36上形成第一犧牲膜52s1和轉(zhuǎn)子膜52a，接著在形成的轉(zhuǎn)子膜堆52t上進(jìn)行一選擇性過(guò)度刻蝕。該過(guò)度刻蝕只刻蝕犧牲膜52s1，而不刻蝕轉(zhuǎn)子膜52a。它在轉(zhuǎn)子膜52a下形成一溝槽(under-cut)(圖30A)。之后在此結(jié)構(gòu)周?chē)矸e第二犧牲膜52s2，并將其刻蝕且暴露一部分襯底36(圖30B)。接著形成滑軌膜52c和電極52m2。為了避免在電極52m2和轉(zhuǎn)子52a之間發(fā)生短接，在電極52m2的邊墻上形成絕緣間隔52d(圖30C)。C.鉸鏈圖31A-圖35B描述第三種光調(diào)制元—平面外轉(zhuǎn)動(dòng)光調(diào)制元(out-of-plane rotationallight-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為OPR-LMC)。如圖31A-圖31E所示，OPR-LMC的核心元件是一平面外轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)元—鉸鏈53a。鉸鏈53a繞一轉(zhuǎn)軸53h轉(zhuǎn)動(dòng)。一卡釘(staple)53b將該轉(zhuǎn)軸53h的運(yùn)動(dòng)限制為轉(zhuǎn)動(dòng)。該鉸鏈53a的四個(gè)角分別被標(biāo)為OPQR。在“OFF”狀態(tài)，鉸鏈53a位于襯底上并覆蓋開(kāi)口70(圖31A-圖31B)。在“ON”狀態(tài)，鉸鏈53a從開(kāi)口70處移開(kāi)。它可以處于兩種位置a.它從其“OFF”狀態(tài)在xz平面上繞轉(zhuǎn)軸53h轉(zhuǎn)90°(圖31C)；b.它從其“OFF”狀態(tài)在xz平面上繞轉(zhuǎn)軸53h轉(zhuǎn)180°，角QR從角OP的右邊轉(zhuǎn)到左邊(圖31D-圖31E)。
圖32A-圖32C為OPR-LMC的第一實(shí)施例。圖32A是其頂視圖，圖32B是沿II′的截面圖。在該實(shí)施例中，鉸鏈53a從其“OFF”狀態(tài)到“ON”狀態(tài)時(shí)繞轉(zhuǎn)軸53h轉(zhuǎn)90°。鉸鏈53a和卡釘53b均位于基座53c上。該基座53c同時(shí)為鉸鏈53a提供電連接。在鉸鏈53a兩側(cè)有兩電極53p1、53m1。電極53p1除了可以為鉸鏈53a提供驅(qū)動(dòng)力外，還可限制鉸鏈53a轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。它含有一桿53ps和一臂53ar。臂53ar四周包有絕緣間隔53d。這樣可以防止電極53p1和鉸鏈53a接觸時(shí)發(fā)生電短接。圖32C表示該實(shí)施例的一電路符號(hào)。它含有兩個(gè)共享一電極53a的電容53c6a和53c6b。該實(shí)施例的周邊電路與第三種T-LMC的類(lèi)似。
該實(shí)施例的工藝流程與第三種T-LMC類(lèi)似。圖33描述一附加步驟。在形成卡釘膜53b之后再形成第三犧牲膜53s3，接著在其中形成一通道孔并填充導(dǎo)電材料。經(jīng)過(guò)另一圖形轉(zhuǎn)換形成電極53p1，最后將所有的犧牲膜去掉。這樣將鉸鏈與別的薄膜分離并能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖34A-圖34B描述OPR-LMC的第二實(shí)施例。圖34A是它的頂視圖，圖34B是它沿JJ′的截面圖。在此實(shí)施例中，鉸鏈53a從“OFF”狀態(tài)到“ON”狀態(tài)時(shí)繞轉(zhuǎn)軸53h轉(zhuǎn)動(dòng)180°。它的電極53p2、53m2有更對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。其電路符號(hào)和周邊電路類(lèi)似于第一實(shí)施例。D.卷簾式光調(diào)制元圖35A-圖35C表示第四種光調(diào)制元—卷簾式光調(diào)制元(roller-shade light-modulatingcell，簡(jiǎn)稱(chēng)為RS-LMC)。在“OFF”狀態(tài)，卷簾54a覆蓋開(kāi)口70并通過(guò)一凹槽54f固定在襯底36上(圖35A)。在卷簾54a的上表面有一電阻54r。卷簾54a含有至少兩層具有不同的熱膨脹系數(shù)的薄膜54b和54c(圖35B)。當(dāng)卷簾54a被電阻54r加熱后，由于兩層膜54b和54c之間熱膨脹系數(shù)的差別，卷簾54a被卷起，RS-LMC處于“ON”狀態(tài)(圖35C)。
圖36A表示卷簾54a的一電路符號(hào)。它是一有兩端口54p、54m的電阻54r。在“OFF”狀態(tài)時(shí)，最好要在電阻54r中始終流過(guò)一直流電流。相應(yīng)地，RSB-LMC的周邊電路與基于電容性驅(qū)動(dòng)力的LMC不同。圖36B表示其周邊電路的第一實(shí)施例。與圖24B中DRAM類(lèi)周邊電路相比較，它增加了一個(gè)PMOS 64s2。該P(yáng)MOS 64s2用來(lái)控制流過(guò)電阻54r的直流電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)64s1被打開(kāi)后，設(shè)置數(shù)據(jù)被加到PMOS 62s2的柵上。如果設(shè)置數(shù)據(jù)是邏輯“1”，則PMOS 64s2被斷開(kāi)，沒(méi)有直流電流流過(guò)電阻54r。卷簾54a沒(méi)有變形并覆蓋開(kāi)口70，RSB-LMC處于“OFF”狀態(tài)。如果設(shè)置數(shù)據(jù)是邏輯“0”，PMOS 64s2被導(dǎo)通，電阻54r上流過(guò)一直流電。卷簾54a相應(yīng)地被加熱卷起并暴露開(kāi)口70，RSB-LMC處于“ON”狀態(tài)。圖36C描述周邊電路的第二實(shí)施例。它使用了含有一懸浮柵的EPROM 64S3。懸浮柵上的電荷控制EPROM 64s3的閥電壓。該實(shí)施例的設(shè)置需要兩步。第一步為EPROM 64s3的編程。該編程數(shù)據(jù)由設(shè)置數(shù)據(jù)線(xiàn)44提供。最好在編程時(shí)避免使用電阻54r。可以在電阻54r旁加一支路開(kāi)關(guān)64s4。該支路開(kāi)關(guān)64s4在編程步驟中導(dǎo)通，而在讀情形下斷開(kāi)。除此以外，還可以在電阻54r上串聯(lián)另一開(kāi)關(guān)64s5。該開(kāi)關(guān)64s5在編程步驟中處于斷開(kāi)狀態(tài)，而在讀情形下導(dǎo)通。第二步為讀EPROM 64s3的數(shù)據(jù)。如果EPROM 64s3的閾值電壓足夠高的話(huà)，在選址線(xiàn)42上的讀電壓不能使其導(dǎo)通，因此電阻54r上無(wú)電流流過(guò)。如果EPROM64s3閾值電壓足夠低，則其能夠?qū)āＯ鄳?yīng)地，電阻54r上有電流流過(guò)并將卷簾54a卷起。E.液晶類(lèi)光調(diào)制元圖37A-圖37C描述第五種光調(diào)制元—液晶光調(diào)制元(liquid-crystal light-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)C-LMC)。圖37A為其頂視圖，圖37B為其截面圖。LC-LMC與液晶顯示器極為類(lèi)似。對(duì)那些熟悉本專(zhuān)業(yè)的人士來(lái)說(shuō)，液晶的透光率可以通過(guò)其兩邊電極55p、55m上的電壓來(lái)控制。LC-LMC含有一開(kāi)關(guān)65s和一液晶窗戶(hù)55a。液晶窗戶(hù)55a含有兩個(gè)石英板55e、55f，兩電極55p、55m，兩層對(duì)準(zhǔn)膜55b、55d和一液晶膜55c。對(duì)于透射型LC-LMC來(lái)說(shuō)，在液晶的兩邊還有兩偏振片。LC-LMC也可以使用反射型液晶。反射型液晶的材料和工藝在業(yè)界已被廣為知曉。LC-LMC的電路符號(hào)為一電容55c7(圖37C)。它可以使用如圖22B-圖22C或圖24B-圖24C中的DRAM類(lèi)或SRAM類(lèi)的周邊電路。同樣地，使用SRAM類(lèi)的靜態(tài)周邊電路不需要刷新。
現(xiàn)在所知的液晶材料，對(duì)于波長(zhǎng)為0.3μm以下的光，其透射或反射效果不太理想。但這并不意味著LC-LMC不能用在線(xiàn)寬為0.3μm以下的集成電路技術(shù)。根據(jù)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN 02113333.6，LPIC中使用的可編程開(kāi)口的尺寸可以是該技術(shù)最小尺寸的兩倍(在某些情形下，甚至可以接近3倍于該技術(shù)的最小尺寸)。如對(duì)0.25μm的集成電路技術(shù)來(lái)說(shuō)，可以使用0.5μm的開(kāi)口。也就是說(shuō)，OPM掩模版仍可以使用LC-LMC。F.其它光調(diào)制元圖38A-圖38C表示反射型光調(diào)制元(reflective light-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為R-LMC)。它含有一反射體56a。該反射體56a與四個(gè)彈簧臂56sp相連。這四個(gè)彈簧臂56sp通過(guò)錨56sa固定在襯底36上。圖38B-圖38C是兩個(gè)實(shí)施例沿LL′的截面圖。第一實(shí)施例(圖38B)使用一數(shù)字微鏡(digital micro mirror)56a1。通過(guò)調(diào)節(jié)兩電極56p、56m上的電壓，反射體56a可以產(chǎn)生不同角度的傾斜。如未傾斜，入射光會(huì)被直接反射回去；如有傾斜，入射光會(huì)反射到另一方向。第二實(shí)施例(圖38C)使用一數(shù)字光閥(digital light valve)56a2。反射體56a是一薄膜。部分入射光被反射體56a反射，另一部分透過(guò)反射體56a并被襯底36或底電極56b反射。當(dāng)?shù)纂姌O56b上加一電壓時(shí)，反射體56a被吸引靠近襯底36而改變兩個(gè)反射光的相位差。相應(yīng)地，可以形成不同的反射光強(qiáng)。
圖39A-圖39C表示發(fā)射型光調(diào)制元(emissive light-modulating cell，簡(jiǎn)稱(chēng)為E-LMC)。圖39A表示其頂視圖，圖39B表示其沿MM′的截面圖。E-LMC的核心元件是一半導(dǎo)體激光元57a，如豎腔表面發(fā)射激光(vertical-cavity surface emitting laser，簡(jiǎn)稱(chēng)為VCSEL)。VCSEL 57a含有兩個(gè)相對(duì)的電極57p、57m，兩個(gè)相對(duì)的布拉格反射體57e、57f和p-i-n激光介質(zhì)57b-57d。VCSEL 57a可以與用作周邊電路的薄膜晶體管集成。VCSEL和薄膜晶體管的制造為業(yè)內(nèi)人士所熟知。圖39C中表示VCESL的一等效電路。它是一二極管，其周邊電路與圖36B-圖36C中的周邊電路類(lèi)似。
雖然以上說(shuō)明書(shū)具體描述了本發(fā)明的一些實(shí)例，熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，在不遠(yuǎn)離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行改動(dòng)。如在上述實(shí)施例中，設(shè)置數(shù)據(jù)為邏輯“0”時(shí)，光調(diào)制元處于“ON”狀態(tài)?？梢愿淖冞壿嫸x，使設(shè)置數(shù)據(jù)為邏輯“1”時(shí)，光調(diào)制元處于“ON”狀態(tài)。這并不妨礙它們應(yīng)用本發(fā)明的精神。因此，除了根據(jù)附加的權(quán)利要求書(shū)的精神，本發(fā)明不應(yīng)受到任何限制。
權(quán)利要求
1.一光刻編程集成電路(LPIC)族，其特征在于含有第一LPIC產(chǎn)品，該第一LPIC產(chǎn)品具有第一整體收入期望值，并含有至少一層第一薄膜；第二LPIC產(chǎn)品，該第二LPIC產(chǎn)品具有第二整體收入期望值，并含有第二薄膜，該第二薄膜與第一薄膜對(duì)應(yīng)但具有不同圖形；形成該第一和第二薄膜圖形的常規(guī)掩模版有一掩模版市價(jià)，該掩模版市價(jià)大于第一和第二整體收入期望值中的較小值。
2.一光刻編程集成電路(LPIC)，其特征在于其制造步驟使用至少一可編程掩模版(30)，該可編程掩模版(30)含有一開(kāi)口定義層(32)和一光調(diào)制層(34)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LPIC，其特征在于所述光調(diào)制層(34)含有多個(gè)光調(diào)制元(40)，所述光調(diào)制元(40)包括液晶類(lèi)(55a)和MEMS類(lèi)。
4.一光刻編程集成電路(LPIC)，其特征在于其制造步驟使用一可編程掩模版(30)，該可編程掩模版(30)具有至少一個(gè)光調(diào)制元(40)，該光調(diào)制元(40)在該LPIC的一層薄膜上形成一開(kāi)口圖形，該開(kāi)口圖形的尺寸大于該開(kāi)口處互聯(lián)線(xiàn)的線(xiàn)寬。
5.一光刻編程集成電路(LPIC)，其特征在于其制造步驟使用一可編程掩模版(30)，該可編程掩模版(30)具有至少一個(gè)光調(diào)制元(40)，該光調(diào)制元的周邊電路是一靜態(tài)周邊電路(60a2)。
6.一光刻編程集成電路(LPIC)，其特征在于其制造步驟使用一可編程掩模版(30)，該可編程掩模版(30)具有至少一個(gè)光調(diào)制元(40)，該光調(diào)制元含有一MEMS結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LPIC，其特征還在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包括滑塊(51a)、轉(zhuǎn)子(52a)、鉸鏈(53a)、卷簾式(54a)、反射型(56a)、發(fā)射型(57a)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LPIC，其特征還在于所述MEMS結(jié)構(gòu)處于電懸浮或者與一外界信號(hào)相接。
9.一光刻編程集成電路(LPIC)，其特征在于其互聯(lián)線(xiàn)的制造步驟含有至少第一和第二曝光，該第一曝光使用一常規(guī)互聯(lián)線(xiàn)掩模版(250m)，該第二曝光使用一開(kāi)口可編程掩模版(250mc)，該第一和第二曝光之間無(wú)顯影步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LPIC，其特征還在于該第一和第二曝光由一多次曝光設(shè)備(56)完成，該第一和第二曝光之間無(wú)套刻對(duì)準(zhǔn)步驟。
全文摘要
本發(fā)明提出一光刻編程集成電路(LPIC)。制造LPIC的核心設(shè)備是開(kāi)口可編程掩模版(OPM)。OPM掩模版一般含有開(kāi)口定義層和光調(diào)制層。光調(diào)制層中的光調(diào)制元可以使用液晶或MEMS結(jié)構(gòu)。OPM掩模版可以根據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)來(lái)控制LPIC中通道孔和金屬線(xiàn)缺口的有無(wú)。LPIC與現(xiàn)有技術(shù)相比，尤其在中小批量生產(chǎn)時(shí)，具有較低成本、較短生產(chǎn)周期并給用戶(hù)提供極大的設(shè)計(jì)自由度。
文檔編號(hào)H01L21/82GK1444266SQ02106379
公開(kāi)日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2002年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月4日
發(fā)明者張國(guó)飆 申請(qǐng)人:張國(guó)飆