CN101644890A - 一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法，包括参数初始化，版图层次化处理，对称图形对称切分，对称图形对称化校正等步骤。本发明能够保证像素的一致性和光刻结果图形的对称性，从而保证像素阵列的性能，减小了光学邻近校正结果的数据量，并且能够明显抑制深亚微米工艺下的纹波现象和由其引起的断线和桥连、拐角圆滑、线端缩进等各种制造缺陷，缩短了生产周期，提高了CMOS图像传感器的成品率。

Description

一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法

技术领域

本发明涉及一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法。

背景技术

图像传感器是一种获取视觉信息的基础器件，能够实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，得到丰富的图像信息，在现代社会生活中应用得越来越广泛。目前的图像传感器主要有两类，电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)和互补金属氧化物场效应管(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器。这两类图像传感器的研究几乎是同时在20世纪60年代末期起步的，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器性能的不完善严重影响了图像质量，从而制约了它的发展和应用。在20世纪70年代和80年代，CCD图像传感器在可见光成像方面占主要地位。进入20世纪90年代，随着集成电路设计技术和工艺水平的提高和对小型化、低功耗、低成本成像系统消费需要的增加，CMOS图像传感器成为图像传感器研究开发热点。像素阵列是图像传感器的重要组成部分，是图像信息采集必不可少的环节。

另一方面，当集成电路的最小特征尺寸和间距减小到光刻所用光源的波长以下时，由于光的衍射和光刻胶显影蚀刻等因素带来的不可避免的影响，掩模(Mask)图形和在硅圆片上印刷出来的图形之间将不再一致，集成电路(IC)版图图形转移的失真将显著增大，严重影响到集成电路的生产成品率，这种现象被称为“光学邻近效应(OPE，Optical Proximity Effects)”。通常，硅片上实际印刷出来的图形产生的畸变现象包括：断线和桥连、拐角圆滑、线端缩进等。这些畸变可引起实际曝光图样相对原版图设计图样产生多达60％的偏差，这大大超出工业光刻10％的偏差容许极限，目前世界范围内最先进的光刻技术都属于这一类“亚波长光刻”。为了解决超深亚微米时代集成电路设计制造中的种种困难，使光刻的结果最好的符合版图设计的目标，分辨率增强技术(RET，ResolutionEnhancement Technology)应运而生，这种技术主要采用“光学邻近效应校正(OPC，Optical Proximity Correction)”，“移相掩模(PSM，Phase Shift Mask)”和“离轴照明(OAI，Off Axis Illumination)”等方法，以减小光学邻近效应对集成电路生产成品率的影响，并使现有的集成电路生产设备在相同的生产条件下能制造出具有更小特征尺寸的芯片。通常所说的基于模型的光学邻近效应校正是通过改变掩模图形来对光刻结果进行校正，它的基本做法是将版图中多边形的边切分成小的线段，每个小线段上选取一个光强评估点，以该点的光强代表整个小线段的光强，然后根据由光刻设备参数建立的仿真模型计算出小线段在法向方向的校正距离，使得与小线段对应的光强评估点处的光强达到成像时的光强阈值，从而完成对掩模图形系统性的预校正，并使得由于光的衍射和光刻胶曝光显影蚀刻带来的非线性失真程度减小。随着集成电路特征尺寸的不断减小，这种精度较高的基于模型的光学邻近效应校正在集成电路制造领域中应用的越来越普遍。

在超深亚微米尺寸下，CMOS图像传感器像素阵列版图也不可避免地受到光学邻近效应的影响，为了校正其图形的畸变现象，需要运用光学邻近校正方法对CMOS图像传感器像素阵列版图进行校正，以期硅片上的光刻结果最好地符合版图设计目标。但并非任意的校正都能取得好的效果。CMOS图像传感器像素阵列对像素的一致性有着严格的要求，若不进行层次化处理，像素的一致性将得不到保证。当前CMOS图像传感器像素电路大多是多个像素共用一套读出电路，最常见的是四个像素共用一套读出电路(如图1所示)，并联的像素单元在版图上通常是对称图形(如图2所示)，因此对版图图形的对称性有着严格的要求，而传统的OPC处理结果往往是不对称的，也就很难保证硅片上光刻结果的对称性。CMOS图像传感器像素阵列版图是由相同的像素单元(Cell)多次调用规则排列而成，每一次的调用称为一个实例(Instance)。CMOS图像传感器像素阵列具有规则的层次化结构，为采用适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法奠定了基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法，以便改善亚波长光刻条件下由光学邻近效应造成的断线和桥连、拐角圆滑、线端缩进等各种畸变现象，保证像素的一致性和光刻结果图形的对称性，保证图像传感器像素阵列的性能，提高图像传感器集成电路产品的生产成品率，缩短生产周期。

为了到达上述目的，本发明提供的适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法，包括参数初始化，版图层次化处理，对称图形对称切分，对称图形对称化校正，具体步骤如下：

1)参数初始化：

设定光学邻近效应校正的仿真模型，

光刻掩模图形，GDSII输入，

光刻掩膜图形的特征尺寸D，

光刻机的基本参数，λ，NA，σ；其中：λ是光源的波长，NA是光学系统的数值孔径，σ是照明的相干系数；

2)通过光学仿真模型参数和版图图形特点确定图形相互影响距离；

3)版图层次化处理：

将版图打平至只含最小单元。将最小版图单元的所有实例的图形环境进行比较归类，环境相同的实例归为同一个版图单元，环境不同的实例归为新的版图单元；

4)对上述3)中得到的所有版图单元做光学邻近校正：

a)将单元所含图形，向外扩展一段距离，该距离大小为图形相互影响距离，提取范围内所有图形得到等待光学邻近校正的图形集合；

b)对a)中得到的图形集合的边进行切分，对称图形各部分相应的边按照相同的规则切分，保证对称图形的切分结果仍然对称。

c)对b)中得到的切分后的多边形进行OPC迭代运算，对其中的对称图形采用对称性同步迭代运算：

将对称图形分为完全相同的N个部分，N为可以得到的完全相同部分的最大数量，标记序号为1，2，3，……N，不对称图形视为N＝1的对称图形。

I)对序号为1的部分的某段线段计算光强，得到该线段偏移量，将该偏移量映射到其余N-1个部分的对应线段处，得到全部N段该对称位置线段的偏移量；

II)对其余线段同样采用I)中的方法得到其偏移量；

d)光学邻近效应校正的校正终止条件：

在每次光学邻近效应校正迭代后按式(1)计算校正结果的精确度，

$\mathrm{Cost}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{EPE}\left(x\right)\right|}^2$

$=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{|D\left(x\right)-W\left(x\right)|}^2...\left(1\right)$

式中Cost是代价函数，EPE为线段位置误差函数，x为每一段上的光强评估点位置，D表示设计目标的图形轮廓，W表示实际仿真的图形轮廓，求和对输入掩模图形上的所有光强评估点进行，如果校正精度不满足预定义的要求值Cost₀，则按步骤c)继续迭代，直到满足精度要求终止迭代，或达到预定的迭代次数终止迭代。

e)移除光学邻近校正结果中的环境图形，即a)中向外扩展部分的图形；

f)将e)中得到的该单元的光学邻近校正结果映射回对应的实例中，得到整个版图的光学邻近校正结果。

上述的由光学仿真模型参数和版图图形特点确定的图形相互影响距离，当版图最小特征尺寸大于130纳米或者要求OPC运行时间很短，对OPC结果的精度要求不高时，取图形相互影响距离为光学仿真模型的半径；当版图最小特征尺寸小于130纳米或者对OPC结果的精度要求高，OPC的运行时间要求很宽裕的时候，取图形相互影响距离为5倍的光学仿真模型的半径。

本发明具有的有益效果：

本发明利用CMOS图像传感器像素阵列的特殊结构，进行版图层次化处理，并且根据CMOS图像传感器像素阵列版图的对称性特点，提出了对称化的切分方法和对称化的迭代校正方法及普遍适用的切分规则，保证了像素的一致性和光刻结果图形的对称性，缩短了OPC运算时间和切分规则调试时间，减小了光学邻近校正结果的数据量，并且能够明显抑制深亚微米工艺下的纹波现象和由其引起的断线和桥连、拐角圆滑、线端缩进等各种制造缺陷，缩短了生产周期，提高了CMOS图像传感器的成品率。

附图说明

图1是四个像素共用一套读出电路的CMOS图像传感器像素的电路图；

图2是四个并联像素二极管和传输管的版图；

图3是适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法的流程图；

图4是层次化处理之后只含最小单元的版图示意图；

图5是对称图形对称切分结果示例；

图6是对称图形同步迭代示例。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法，流程如图3所示，包括参数初始化，版图层次化处理，对称图形对称切分，对称图形对称化校正，具体步骤如下：

1)参数初始化：

设定光学邻近效应校正的仿真模型，

光刻掩模图形，GDSII输入，

光刻掩膜图形的特征尺寸D，

光刻机的基本参数，λ，NA，σ；其中：λ是光源的波长，NA是光学系统的数值孔径，σ是照明的相干系数；

2)通过光学仿真模型参数和版图图形特点确定图形相互影响距离；

3)版图层次化处理：

将版图打平至二层化结构，即只含最小单元，如图4，图中A为最小单元。将最小版图单元的所有实例的图形环境进行比较归类，环境相同的实例归为同一个版图单元，环境不同的实例归为新的版图单元。

4)对上述3)中得到的所有版图单元做光学邻近校正：

a)将单元所含图形，向外扩展一段距离，该距离大小为图形相互影响距离，提取范围内所有图形得到等待光学邻近校正的图形集合；

b)对a)中得到的图形集合的边进行切分，对称图形各部分相应的边按照相同的规则切分，保证对称图形的切分结果仍然对称。如图5，该对称图形最多可以分为完全相同的四个部分，标记序号为1，2，3，4。对这四个部分的对应边按照同样的规则切分，得到a1、a2、a3、a4，b1、b2、b3、b4，……，q1、q2、q3、q4共17组对称的线段。

c)对b)中得到的切分后的多边形进行OPC迭代运算，为保证对称图形的迭代运算结果也保持对称性，对其中的对称图形采用对称性同步迭代运算，如图6：

I)对序号为1的部分的k1段线段计算光强，得到该线段偏移量D1，将该偏移量映射到其余3个部分的对应线段处，得到其余3段该对称位置线段k2、k3、k4的偏移量D2、D3、D4，D1＝D2＝D3＝D4；

II)对其余各组线段同样采用I)中的方法得到其偏移量；

d)光学邻近效应校正的校正终止条件：

在每次光学邻近效应校正迭代后按式(1)计算校正结果的精确度，

$\mathrm{Cost}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{EPE}\left(x\right)\right|}^2$

$=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{|D\left(x\right)-W\left(x\right)|}^2...\left(1\right)$

式中Cost是代价函数，EPE为线段位置误差函数，x为每一段上的光强评估点位置，D表示设计目标的图形轮廓，W表示实际仿真的图形轮廓，求和对输入掩模图形上的所有光强评估点进行，如果校正精度不满足预定义的要求值Cost₀，则按步骤c)继续迭代，直到满足精度要求终止迭代，或达到预定的迭代次数终止迭代。

e)移除光学邻近校正结果中的环境图形，即a)中向外扩展部分的图形；

f)将e)中得到的该单元的光学邻近校正结果映射回对应的实例中，得到整个版图的光学邻近校正结果。

当然，本发明的应用范围不仅局限于四个像素共用读出电路的结构，也适用于其他多个像素共用读出电路的对称图形结构。

Claims (2)

1.一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法，其特征是包括参数初始化，版图层次化处理，对称图形对称切分，对称图形对称化校正，具体步骤如下：

1)参数初始化：

设定光学邻近效应校正的仿真模型，

光刻掩模图形，GDSII输入，

光刻掩膜图形的特征尺寸D，

光刻机的基本参数，λ，NA，σ；其中：λ是光源的波长，NA是光学系统的数值孔径，σ是照明的相干系数；

2)通过光学仿真模型参数和版图图形特点确定图形相互影响距离；

3)版图层次化处理：

将版图打平至只含最小单元。将最小版图单元的所有实例的图形环境进行比较归类，环境相同的实例归为同一个版图单元，环境不同的实例归为新的版图单元；

4)对上述3)中得到的所有版图单元做光学邻近校正：

a)将单元所含图形，向外扩展一段距离，该距离大小为图形相互影响距离，提取范围内所有图形得到等待光学邻近校正的图形集合；

b)对a)中得到的图形集合的边进行切分，对称图形各部分相应的边按照相同的规则切分，保证对称图形的切分结果仍然对称。

c)对b)中得到的切分后的多边形进行OPC迭代运算，对其中的对称图形采用对称性同步迭代运算：

将对称图形分为完全相同的N个部分，N为可以得到的完全相同部分的最大数量，标记序号为1，2，3，……N，不对称图形视为N＝1的对称图形；

I)对序号为1的部分的某段线段计算光强，得到该线段偏移量，将该偏移量映射到其余N-1个部分的对应线段处，得到全部N段该对称位置线段的偏移量；

II)对其余线段同样采用I)中的方法得到其偏移量；

d)光学邻近效应校正的校正终止条件：

在每次光学邻近效应校正迭代后按式(1)计算校正结果的精确度，

$\mathrm{Cost}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{EPE}\left(x\right)\right|}^2$

$=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{|D\left(x\right)-W\left(x\right)|}^2......\left(1\right)$

式中Cost是代价函数，EPE为线段位置误差函数，x为每一段上的光强评估点位置，D表示设计目标的图形轮廓，W表示实际仿真的图形轮廓，求和对输入掩模图形上的所有光强评估点进行，如果校正精度不满足预定义的要求值Cost₀，则按步骤c)继续迭代，直到满足精度要求终止迭代，或达到预定的迭代次数终止迭代；

e)移除光学邻近校正结果中的环境图形，即a)中向外扩展部分的图形；

f)将e)中得到的该单元的光学邻近校正结果映射回对应的实例中，得到整个版图的光学邻近校正结果。

2.根据权利要求1所述的适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法，其特征是所说的图形相互影响距离为光学仿真模型的半径；或为5倍的光学仿真模型的半径。

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