CN1220249C - 一种只读码掩膜及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种于一光阻层上形成一只读码注入图案的方法，该方法包含有下列步骤：提供一表面覆有一光阻层的芯片；提供一投影透镜设于该芯片正上方；提供一预定波长曝光光源，以产生一偶极光线；以及提供一只读码注入掩膜，设于该投影透镜与该曝光光源之间，其中该掩膜上包含有多个成不规则排列的只读码开口，以及多个辅助开口穿插设置于该多个成不规则排列的只读码开口之间，以使该多个只读码开口以及该多个辅助开口在一x方向上呈现周期性的图案。

Description

一种只读码掩膜及其应用方法

技术领域

本发明是关于一种半导体制程，特别是一种光学微影制程，应用于一光阻层上形成一只读码(ROM code)注入图案。

背景技术

只读存储器(read only memory，ROM)是一种用来储存数据的半导体元件，由多个存储单元(memory cell)所组成，其中每一存储单元内含有一晶体管(MOS transistor)。由于只读存储器的电路设计不会受到有无电源的影响，因此储存的数据不会因电源中断而消失，但也因此只读存储器只能用来执行读取(read)的操作。

一般制作只读存储器的方式，是在一芯片的预定区域内制作多个以矩阵格式排列的晶体管，用来作为储存数据的存储单元。为了规划存储单元的排列方式，必须先将一组待写入的只读码(ROM code)制作成一掩膜(mask)。接着利用微影制程将掩膜上的图案转移到只读存储器上，以定义出写入0与写入1的晶体管的位置，进而正确地将只读码写入只读存储器之内。这种利用掩膜所规划的只读存储器，称为罩幕式只读存储器(MaskROM)。而将只读码写入罩幕式只读存储器是指将离子植入于晶体管的通道(channel)内，以调整晶体管的阈值电压(threshold voltage)，此一程序称为只读码注入。同时并配合储存电路的设计，以完成将只读码写入罩幕式只读存储器的程序。

请参考图1，图1为一罩幕式只读存储器阵列结构10的上视图，一罩幕式只读存储器阵列结构10包含有多条位线(bit line)12及多条字线(word line)14垂直横跨于位线12之上。其中位线12及字线14形成罩幕式只读存储器内多个以矩阵格式排列的存储器单元晶体管(memory celltransistor)16，一存储器单元晶体管16包含一源极(即位线12)、一漏极(即位线12)、一栅极(即字线14)及一通道18，其中通道(channel)18即是只读码写入的位置。

待完成制作罩幕式只读存储器阵列结构10的位线12及字线14后，接着继续进行一只读码植入程序，一般而言，只读码植入程序为先于罩幕式只读存储器阵列结构10上涂布光阻，并利用一曝光系统(未示出)，其内至少包含一光源、一依据一组预定只读码所制作的掩膜及一投影透镜(projection lens)，以于光阻上定义出只读码注入图案，然后将离子植入预定的欲植入离子的晶体管的通道内。请参考图2，图2为一依据一组预定只读码所制作的掩膜20示意图，掩膜20包含有多个孔22，而孔22的排列方式取决于其相对应的只读码的组合，孔22的大小以及其相邻的距离则取决于制程需要。

由于集成电路的密集度越来越高，掩膜20上的孔22排列也随之越来越密集，因此光线经过掩膜20的孔22所引起的绕射现象也愈加明显，造成所谓的光学接近效应(optical proximity effect)。而光学接近效应所产生的问题之一，是导致形成于光阻上的图像的解析度降低，亦即掩膜20上的只读码图案无法正确地转移至罩幕式只读存储器阵列结构10上。请参考图3，图3为一定义后的罩幕式只读存储器30的上视图。如图3所示，定义后的罩幕式只读存储器30包含有多条位线32、多条字线34垂直横跨于位线32之上及一光阻(未示出)覆盖于位线32与字线34之上。定义后的罩幕式只读存储器30是利用包含有掩膜20的曝光系统，经由一曝光程序而将掩膜20上的图案转移到光阻层上。其中区域A、区域B、区域C、区域D及区域E为欲植入离子的晶体管的位置。如图2及图3所示，由于掩膜20上的孔22排列密集，因此光线经过掩膜20的孔22所引起的绕射现象明显，而造成所谓的光学接近效应，使得掩膜20上的只读码图案无法正确地转移到光阻层上。此外，独立(isolated)区域C由于曝光强度不足而无法形成于光阻层上。如图3所示，区域A、区域B、区域D及区域E皆横跨位线32，因此进行只读码注入程序时，除了将离子植入晶体管的通道(未示出)内，同时也将离子植入位线32之内，将造成位线32的电阻值不均匀，亦即造成存储器单元晶体管的源极与漏极的电阻值不均匀，这将严重地影响只读存储单元晶体管的电性能(electrical performance)。此外，由于区域C无法经由曝光程序形成于光阻层上，而导致只读码无法写入区域C内的晶体管通道内，将导致罩幕式只读存储器的数据写入错误。

已知解决上述问题的方法包括使用两层掩膜(two mask)或相移式掩膜(phase shift mask，PSK)的微影技术、采用波长更低的光源(如193nm)及光学接近修正(optical proximity correction，OPC)等，然而上述方法皆有其限制，例如，使用两层掩膜的微影技术的成本高及生产能力(throughput)弱，而相移式掩膜的微影技术的掩膜制作成本高以及制作速度慢，且掩膜的缺陷(defect)多。此外，193nm光源的发展尚未成熟，OPC的软件成本高、执行软件的程序时间长及制程窗(process window)不足。因此必须发展一更具有效率及低成本的制程方法，以解决前述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种于一光阻层上形成一只读码注入图案的方法，以解决上述问题。

本发明提供一种于一光阻层上形成一只读码注入图案的方法，该方法包含有下列步骤：

1.提供一表面覆有一光阻层的芯片。

2.提供一投影透镜设于该芯片正上方。

3.提供一预定波长曝光光源，以产生一偶极(dipole)光线。

4.提供一只读码注入掩膜，设于该投影透镜与该曝光光源之间，其中该掩膜上包含有多个不规则排列的只读码开口，以及多个辅助开口(assistant opening)穿插设置于该多个不规则排列的只读码开口之间，以使该多个只读码开口以及该复数辅助开口在一x方向上呈现周期性的图案。

本发明主要是藉由偶极光线，并在掩膜中的只读码图案开口之间插入辅助开口，以使掩膜上具有呈现周期性排列的只读码开口图案，并且配合偶极光线，使掩膜上的只读码图案开口转移至光阻层上时，减少x轴方向上的光学近似效应，并提高x轴方向的解析度，以解决位线的电阻值不均匀的问题。此外，藉由在掩膜上的只读码图案开口之间加入辅助开口，可避免只读码图案开口因曝光强度不足而无法在光阻层上成像的缺陷。进而减少独立只读码图案开口及密集只读码图案开口在曝光程序之后，在光阻层上成像时所产生的差异，以解决罩幕式只读存储器的数据写入错误等问题。

附图说明

图1为一罩幕式只读存储器阵列结构的上视图；

图2为一依据一组预定只读码所制作的掩膜示意图；

图3为一定义后的罩幕式只读存储器的上视图；

图4为本发明较佳实施例的简化曝光系统的结构示意图；

图5(A)为图4所示的掩膜的上视图；

图5(B)为本发明另一实施例中的掩膜的上视图；

图6是图4中所显示孔隙盘的上视图；和

图7为本发明的定义后的罩幕式只读存储器的上视图。

具体实施方式

请参考图4，图4为本发明较佳实施例的曝光系统的简化结构示意图。如图4所示，曝光系统40至少包含一半导体芯片41、一光阻层42涂布于半导体芯片41的表面、一投影透镜43设于半导体芯片41的上方、一依据一组预定只读码所制作的掩膜44位于投影透镜43的上方、一孔隙盘(aperture plate)45位于掩膜44的上方及一光源46设于孔隙盘45上方。在本发明的较佳实施例中，光源46是用一波长为248纳米(nm)的光源。而在本发明的另一实施例中，光源46亦可用一波长为193或157纳米(nm)的光源。由光源46产生的光经过孔隙盘45，投射至掩膜44，并且在掩膜44上的开口产生绕射(diffraction)。其零次绕射光(0th order of diffraction)与一次绕射光(1st order of diffraction)经由一数值孔径(numericalaperture，NA)大于0.4的投影透镜43收集之后成像于光阻层42，一曝光程序完成。接着进行显影、清洗及蚀刻等制程，以完成将掩膜44上的只读码图案转移至半导体芯片41上，由于显影、清洗及蚀刻等制程为本领域技术人员已知的技术，因此不再赘述。

请参考图5(A)，图5(A)为图4所示的掩膜44的上视图。一掩膜44包含多个只读码图案开口44a、只读码图案开口44b及多个辅助开口(assistant feature)44c，其中辅助开口44c是位于多个只读码图案开口44a及只读码图案开口44b的间隔中。加入辅助开口44c的目的是为了使掩膜44上的只读码图案在x轴方向略呈一周期性排列，增加多个只读码开口44a及44b的虚影对比(aerial image contrast)，以提高在光阻层42上形成的只读码图案的解析度。此外，加入辅助开口44c于只读码图案开口44b的两侧，可避免只读码图案开口44b因曝光强度不足而无法成像于光阻层42的缺陷，因此可减少独立(isolated)只读码图案开口44b及密集(dense)只读码图案开口44a在曝光程序之后，成像于光阻层42时所产生的差异。

值得注意的是，辅助开口44c的尺寸需使光线通过多个辅助开口44c后，不会成像于光阻层42上，因此最后并不会影响只读码图案的转移。在本发明的较佳实施例中，辅助开口44c间的距离w₁以及辅助开口44c与只读码图案开口44a间的距离w₂，其范围约在λ/2到2λ之间，其中λ为曝光时所用光源的波长。在本发明的另一实施例中，掩膜44上的图案设计亦可如图5(B)所示，不论在图5(A)或图5(B)，掩膜44上的图案在x轴方向呈现一周期性排列。

请参考图6，图6是图4中所显示孔隙盘45的上视图，孔隙盘45内具有两个孔隙45a及45b位于x轴方向，其中孔隙45a及45b的功用为产生偏轴光线(off-axis illumination)，称为偶极光线(dipoleillumination)。由于偶极光线的特性之一，可使某一方向(如x轴方向)具有周期性图案的掩膜，经过一曝光程序后，掩膜上的图案转移至光阻层时，光阻层上图像在x轴方向具有优异的解析度。因此，本发明使掩膜44上的图案在x轴方向略成周期性排列，并配合在x轴方向具有孔隙45a及45b的孔隙盘45所产生的偶极光线，可使掩膜44上的只读码图案44a及44b转移至光阻层42时，在x轴方向具有优异的解析度，进而解决的前述的缺陷。然而，本发明并不限制于图6所示的孔隙盘45，任何可产生偶极光线的孔隙盘皆可适用于本发明。

请参考图7，图7为本发明中定义后的罩幕式只读存储器50的上视图。定义后的罩幕式只读存储器50包含有多条位线52、多条字线54垂直横跨于位线52之上及一光阻(未示出)覆盖于位线52与字线54之上。定义后的罩幕式只读存储器30是利用曝光系统40，经由一曝光程序而将掩膜44上的图案转移到光阻上。其中区域A′、区域B′、区域C′、区域D′、区域E′、区域F′、区域G′、区域H′、区域I′、区域J′及区域K′为欲写入只读码的位置。如图7所示，区域A′～区域K′皆无横跨位线52的情形，亦即本发明加强了x轴方向的解析度。

本发明的主要目的是利用一孔隙盘45产生偶极光线，并于掩膜44中的只读码图案开口44a及44b之间插入辅助开口44c，以使掩膜44上具有呈现周期性排列的只读码开口图案，并且配合偶极光线，使掩膜44上的只读码图案开口44a及44b转移至光阻层42上时，减少x轴方向上的光学近似效应，并提高x轴方向的解析度。以解决进行只读码注入程序时，将离子注入入位线之内，而造成位线的电阻值不均匀，亦即造成存储器单元晶体管的源极与漏极的电阻值不均匀，并且严重影响只读存储单元晶体管电性能等问题。

此外，藉由在掩膜44上的只读码图案开口44a及44b之间加入辅助开口44c，可避免只读码图案开口44b因曝光强度不足而无法成像于光阻层42的缺陷。进而减少独立只读码图案开口(如44b)及密集只读码图案开口(如44a)在曝光程序之后，成像于光阻层42时所产生的差异，以解决罩幕式只读存储器的数据写入错误等问题。此外，本发明的特点在于只需利用单一掩膜即可解决前述问题，从而降低制程成本并且提升制程效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种具有只读码布植图案的掩膜，该掩膜包含有：

多个成不规则排列的只读码开口；以及

多个辅助开口穿插设置于该多个不规则排列的只读码开口之间；

其中，该多个只读码开口以及该多个辅助开口在一x方向上呈现周期性的图案。

2.如权利要求1的掩膜，其中，该多个辅助开口是用来增加该多个只读码开口的虚影对比。

3一种使用权利要求1所述掩膜在一光阻层上形成一只读码布植图案的方法，该方法包含有下列步骤：

提供一具有预定波长的曝光光源，用于发射光线；

在该曝光光源的下方设置一孔隙盘，用于接收所述曝光光源发射的光线以形成偶极光；

在该孔隙盘下方设置所述掩膜，用于接收来自所述孔隙盘的偶极光以形成绕射光，其中，该掩膜上所述辅助开口的尺寸满足使光线通过辅助开口后不会成像于所述光阻层上，且辅助开口之间的距离以及辅助开口与只读码开口之间的距离范围在光源波长的1/2到2倍之间；

在所述芯片的正上方设置数值孔径大于0.4的一投影透镜，用于接收所述绕射光在所述光阻层上形成所述只读码图案。

4.如权利要求1的方法，其中该多个辅助开口是用来增加该多个只读码开口的虚影对比。

5.如权利要求1的方法，其中该预定波长为248纳米。

6.如权利要求1的方法，其中该预定波长为193纳米。

7.如权利要求1的方法，其中该预定波长为157纳米。

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