CN113093468A - 灰度掩模图形 - Google Patents

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张雪
王辉
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

本发明公开了一种灰度掩模图形,在掩膜版上制作用于光刻形成具有一定倾角的斜坡;所述灰度掩膜图形的中心为一正方形结构,在所述正方形的四周分别排布有多行及多列的小尺寸的矩形孔结构阵列;以上边为初始、顺时针方向依次定义正方形的四条侧边分别为上侧边、右侧边、下侧边及左侧边;在正方形结构的上侧边外侧,定义平行于上侧边的为行,所述上侧边的外侧具有不少于3行的矩形孔结构;于同一行上的矩形孔结构具有相同的尺寸,位于不同行上的矩形孔结构具有不同的尺寸;所述矩形孔结构的尺寸,是从整个灰度掩膜图形的中心处往外侧方向不同行上的矩形孔结构尺寸逐渐缩小。通过设置不同行的矩形孔结构尺寸大小组合,能形成不同倾角的斜坡。

Description

灰度掩模图形
技术领域
本发明涉及集成电路设计制造领域,特别是指一种能得到不同光刻侧壁形貌的灰度掩模图形。
背景技术
光刻(photoetching or lithography)是通过一系列生产步骤,将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后,晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程,最终在晶圆上保留的是特征图形部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求,生成尺寸精确的特征图形,并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件(parts)的关联正确。
光刻是基本工艺中最关键的步骤。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好,最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻的掩膜板(Mask)的质量对于集成电路的制造工艺具有相当重要的影响。
在微光学、微机械和微电子领域,制作带有一定表面轮廓的三维结构成为人们的关注重点。较之于标准二元光学器件制作方法,灰度掩模法由于其制作成本低、周期短、方法简单等,成为了研究热点。灰度掩模技术是批量化制作三维微结构的有效方法,灰度掩模是一种光掩模,与二元掩模不同之处在于:灰度掩模在掩模平面不同位置可以提供变化的透过率,单一灰度掩模可以含有一组二元掩模的位相信息,在经过一次光刻过程和刻蚀过程后得到所需要的衍射光学元件,这种方法成本低、周期短、方法简便、无对准误差等,但加工精度有待于提高。灰度掩模根据制作设备及原理可分为直写灰度掩模、模拟灰度掩模及其他灰度掩模。其核心在于制作能精确控制光透射率的灰度掩模板,而灰度掩模图是制作灰度掩模板的关键。
一般情况下,要求光刻图形侧壁垂直于表面,但少数的特殊器件为了增强器件性能,需要光刻胶侧壁形貌有一定的倾斜度,如图1所示,进而得到具有一定倾斜度的刻蚀形貌。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种灰度掩模图形,能通过调整图形不同的尺寸组合,改变光刻后光刻胶形成斜坡的角度。
为解决上述问题,本发明所述的一种灰度掩模图形,在掩膜版上形成用于光刻形成沟槽或者台阶的灰度掩膜图形,所述灰度掩膜图形能在光刻胶上形成侧壁;所述灰度掩膜图形的中心为一正方形spacer结构,在所述正方形结构的四条侧边之外分别排布有多行及多列的尺寸远远小于正方形结构的矩形孔结构阵列;以上边为初始、顺时针方向依次定义正方形的四条侧边分别为上侧边、右侧边、下侧边及左侧边;在正方形结构的上侧边外侧,定义平行于上侧边的为行,所述上侧边的外侧具有不少于3行的矩形孔结构;位于同一行上的矩形孔结构之间的间距为W1,不同行之间的矩形孔结构之间的间距为W2;位于同一行上的矩形孔结构具有相同的尺寸,位于不同行上的矩形孔结构具有不同的尺寸;所述矩形孔结构的尺寸,是从整个灰度掩膜图形的中心处往外侧方向不同行上的矩形孔结构尺寸逐渐缩小;
所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,所述的正方形结构的四边的矩形孔结构排列一致,每一条侧边外的矩形孔结构阵列可通过其相邻的侧边的矩形孔结构阵列在灰度掩膜图形平面内旋转90°得到;旋转90°后,原来的行转换为列。
进一步地改进是,所述不同行上矩形孔结构之间间距为W1,位于同一行上的矩形孔结构之间间距为W2,所述的间距W1能设置为相同或者不相同,所述的间距W2也能设置为相同或者不相同。
进一步地改进是,所述的矩形孔为正方形。
进一步地改进是,所述的正方形结构的边长在1~5微米范围内可调。
进一步地改进是,所述的正方形结构的边长为3微米。
进一步地改进是,所述的正方形结构四条侧边外的矩形孔结构阵列,在正方形结构的四个顶角处形成4个结合区域;所述的4个结合区域需要所述矩形孔结构阵列以不同的排列方式进行填补;在所述每个结合区域中,利用矩形孔结构进行填补的区域需要大于单个结合区域面积的二分之一而小于五分之四。
进一步地改进是,若所述的结合区域填补时无法放置正常大小的矩形孔结构,则根据需要填补其他形状的图形以补足填补区域。
进一步地改进是,当所述的结合区域中,矩形孔结构进行填补时,若填补不完全,会导致光刻胶曝光不完全;若填补时矩形孔结构有重叠,则光刻胶会曝光过度。
进一步地改进是,所述矩形孔结构的尺寸范围为50~200nm。
进一步地改进是,通过调整不同行上不同的矩形孔结构的尺寸,能在光刻胶上形成不同角度的斜坡。
进一步地改进是,当所述的矩形孔结构从正方形结构中心往外方向的尺寸依次为200纳米、175纳米、150纳米时,光刻胶能形成45度的斜坡。
本发明所述的灰度掩模图形,包含一个位于中心的正方形结构,多行的矩形孔结构阵列位于正方形结构的四周,通过调整不同行的矩形孔结构的尺寸及其组合,曝光后可以使光刻胶形成不同角度的坡度,解决一些特殊器件的制造工艺需求。
附图说明
图1 是光刻后形成的光刻胶具有一定坡度形貌的显微图。
图2 是本发明灰度掩膜图形示意图及局部放大图。
图3 是光刻胶形貌示意图。
图4 是光刻胶形貌俯视角度立体图。
图5 是灰度掩模图形在一实施例中的示意图,包含有四角结合区域的填补实例。
图6 是利用图5的灰度掩膜图形曝光后形成的光刻胶形貌俯视图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明能够以不同形式实施,而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地,提供这些实施例将使公开彻底和完全,并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中,为了清楚,层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大,自始至终相同附图标记表示相同的元件。当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时,其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层,或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本发明教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
本发明所述的灰度掩模图形,形成于光刻工艺中所用到的掩膜版上,用于形使光刻胶形成斜坡状的形貌,并且通过调整图形,光刻胶的斜坡角度可调。如图2所示,所述灰度掩膜图形的中心为一正方形结构,在所述正方形的四周分别排布有多行及多列的尺寸远远小于正方形结构的矩形孔结构阵列。以上边为初始、顺时针方向依次定义正方形的四条侧边分别为上侧边、右侧边、下侧边及左侧边。在正方形结构的上侧边外侧,定义平行于上侧边的为行,所述上侧边的外侧具有不少于3行的矩形孔结构。图中从内到外依次为A行、B行、C行。位于同一行上的矩形孔结构之间的中心间距为W1,不同行之间的矩形孔结构之间的中心间距为W2;位于同一行上的矩形孔结构具有相同的尺寸,位于不同行上的矩形孔结构具有不同的尺寸,即所述A行中所有矩形孔结构具有相同的形状尺寸,B、C行同理。但是A、B、C行的矩形孔结构尺寸各不相同。所述矩形孔结构的尺寸,是从整个灰度掩膜图形的中心处往外侧方向不同行上的矩形孔结构尺寸逐渐缩小,图2中各行尺寸大小关系为A>B>C。
需要注意的是,虽然位于同一行上的矩形孔结构的尺寸相同,但是它们之间的间距W1可以设置为相同或者不相同,所述的间距W2也能设置为相同或者不相同。即位于同一行上的矩形孔结构能呈现疏密变化,但单个的矩形孔结构尺寸不变。
在整个灰度掩膜图形中,位于中心的所述的正方形结构的边长在1~5微米范围内可调。本实施例设定的正方形结构的边长为3微米。
所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,所述的正方形结构的四边的矩形孔结构排列一致,每一条侧边外的矩形孔结构阵列可通过其相邻的侧边的矩形孔结构阵列在灰度掩膜图形平面内旋转90°得到;旋转90°后,原来的行转换为列。
所述矩形孔结构的尺寸范围为50~200nm。通过调整不同行上不同的矩形孔结构的尺寸及间距,能在光刻胶上形成不同角度的斜坡。
在一个实施例中,当所述的矩形孔结构(正方形)从正方形结构中心往外方向的尺寸即A行、B行、C行依次为200纳米、175纳米、150纳米时,光刻胶能形成倾斜角度接近45度的斜坡。如图3所示,其俯视角度基本可见正方向四周的形貌,存在一个斜坡,但是正方形四角的位置即斜坡的结合区域还需要进一步改善,结合区域需要进行填补。
所述的正方形结构四条侧边外的矩形孔结构阵列,在正方形结构的四个顶角处形成结合区域,即图2中所示的四角的黑色区域;所述结合区域需要所述矩形孔结构阵列以不同的排列方式进行填补;在所述的每个结合区域中,利用矩形孔结构进行填补的区域需要大于单个结合区域面积的二分之一而小于五分之四。
若所述的结合区域填补时无法放置正常大小的矩形孔结构,则根据需要填补其他形状的图形以补足填补区域。
前面提到,所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,注意,这里的中心对称不包括所述四角的结合区域,仅指的是位于中心区的正方形spacer和正方形spacer四条侧边外的矩形孔结构阵列。因为,四角的结合区域具有不同的填补方式,因此四角结合区域不是中心对称的图形。
当所述的结合区域中,矩形孔结构进行填补时,以图5结合对应的图6,以Corner1为例,若填补不完全,会导致光刻胶曝光不完全,如图6中对应区域所示;以Corner2为例,若填补时矩形孔结构有重叠(Corner2中有矩形孔结构已经出现了接触融合),则光刻胶会曝光过度。以Corner3为例,在结合区域如果无法放置正常大小的矩形孔结构,则可以填补长方形孔来补足结合区域,但是方形孔的填补区域要大于整个填补区域的一半。
以上仅为本发明的优选实施例,并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种灰度掩模图形,其特征在于:在掩膜版上形成用于光刻形成沟槽或者台阶的灰度掩膜图形,所述灰度掩膜图形能在光刻胶上形成侧壁;所述灰度掩膜图形的中心为一正方形结构,在所述正方形的四周分别排布有多行及多列的尺寸远远小于正方形结构的矩形孔结构阵列;以上边为初始、顺时针方向依次定义正方形的四条侧边分别为上侧边、右侧边、下侧边及左侧边;在正方形结构的上侧边外侧,定义平行于上侧边的为行,所述上侧边的外侧具有不少于3行的矩形孔结构;位于同一行上的矩形孔结构之间的间距为W1,不同行之间的矩形孔结构之间的间距为W2;位于同一行上的矩形孔结构具有相同的尺寸,位于不同行上的矩形孔结构具有不同的尺寸;所述矩形孔结构的尺寸,是从整个灰度掩膜图形的中心处往外侧方向不同行上的矩形孔结构尺寸逐渐缩小;
所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,所述的中心对称是包括正方形以及位于正方形四条侧边外的矩形孔结构阵列所形成的图形;即所述的正方形结构的四条侧边外的矩形孔结构排列一致,每一条侧边外的矩形孔结构阵列可通过其相邻的侧边的矩形孔结构阵列在灰度掩膜图形平面内旋转90°得到;旋转90°后,原来的行转换为列。
2.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述不同行上矩形孔结构之间间距为W1,位于同一行上的矩形孔结构之间间距为W2,所述的间距W1能设置为相同或者不相同,所述的间距W2也能设置为相同或者不相同。
3.如权利要求1所述的改变光刻侧壁形貌的灰度掩模图形,其特征在于:所述的矩形孔为正方形。
4.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的正方形结构的边长在1~5微米范围内可调。
5.如权利要求4所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的正方形结构的边长为3微米。
6.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的正方形结构四条侧边外的矩形孔结构阵列,在正方形结构的四个顶角处分别形成4个结合区域;所述的结合区域需要所述矩形孔结构阵列以不同的排列方式进行填补;在所述单个的结合区域中,利用矩形孔结构进行填补的区域需要大于单个结合区域面积的二分之一而小于五分之四。
7.如权利要求6所述的灰度掩模图形,其特征在于:若所述的结合区域填补时无法放置正常大小的矩形孔结构,则根据需要填补其他形状的图形以补足填补区域。
8.如权利要求7所述的灰度掩模图形,其特征在于:当所述的结合区域中,矩形孔结构进行填补时,若填补不完全,会导致光刻胶曝光不完全;若填补时矩形孔结构有重叠,则光刻胶会曝光过度。
9.如权利要求2所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述矩形孔结构的尺寸范围为50~200nm。
10.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:通过调整不同行上不同的矩形孔结构的尺寸以及行间的间距,能在光刻胶上形成不同角度的斜坡。
11.如权利要求9所述的灰度掩模图形,其特征在于:当所述的矩形孔结构从正方形结构中心往外方向的尺寸依次为200纳米、175纳米、150纳米时,光刻胶能形成45度的斜坡。
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