CN1959528A - 微影光罩及其制造方法与使用上述两者制造的半导体元件 - Google Patents

Abstract

一种微影光罩及其制造方法与使用上述两者制造的半导体元件包括一个位于独立或半独立区域的设计特征，以及复数个垂直于设计特征的平行线型辅助特征。这些平行线型辅助特征包括位于设计特征两边的两组平行辅助特征。第一组平行辅助特征位于设计特征的第一边上，且垂直于设计特征。第二组平行辅助特征位于设计特征的第二边上，且垂直于设计特征。上述的附加的辅助特征改善了独立及半独立特征结构的焦深与解析度，并降低光罩错误增强因子的产生。

Description

微影光罩及其制造方法与使用上述两者制造的半导体元件

技术领域

本发明涉及一种微影光罩的装置，特别是涉及一种微影光罩上的设计特征以及辅助特征的排列方式。

背景技术

微影技术是一种应用在半导体积体电路元件上的制程，目的是在半导体或其他基材上产生新的元件结构。当元件结构尺寸的缩小时，微影时的辐射波长都会明显影响元件结构而造成曝光失真。光源的散射或是邻近结构对曝光的影响都会造成曝光扭曲，因此影像失真的大小及形状改变的现象就称之为邻近效应(proximimity effct)。

在光学邻近修正(OPC，optical proximity correction)中，使用散射条纹来提高解析度的技术已经被运用来抵销邻近效应以及减少影像的失真。散射条纹是一种次解析的辅助特征(SRAF，sub-resolution assist features)，通常被设置于邻近独立或半独立特征的光罩上。独立或半独立的设计特征，例如金属线、沟槽、以及闸极多晶硅，都以不同于邻近的设计特征尺寸来进行曝光并且显影到基材上。这种现象就是现有的独立/密集邻近效应(Isolated/dense proximity effect)。使用散射条纹结构可使这些独立或半独立的设计特征形成更多的密集特征。所以，在影像系统中就不用透过缩短光源的波长或增加数值孔径的方法来提高解析度；但使用这些方法仍可以在其他方面有所助益。

传统的散射条纹结构是位于邻近的设计特征上且成狭长的线型。这些散射条纹结构与独立的特征相互平行，通常也和位于独立特征同一边上的散射条纹结构平行。这种类型的散射条纹结构一般称之为边缘散射条纹结构，通常是半独立的特征，就像两条间隔开的平行线，中心散射条纹与半独立特征平行且位于它们之间。然而，当这个半独立特征之间的距离超过一个特定值时，中心散射条纹就会随着远离这个特征，因而导致使用此中心散射条纹的效益降低。

由此可见，上述现有的散射条纹结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的微影光罩及其制造方法与使用上述两者制造的半导体元件，便成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的散射条纹结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的微影光罩及其制造方法与使用上述两者制造的半导体元件，能够改进一般现有的散射条纹结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

为解决上述和其他的问题，并且达到本发明所主张的技术优点，本发明提供一种光微影技术的系统，以及透过此系统所产生的元件，以提升微影技术的效能。

一种具有附加辅助特征的微影光罩，用以产生出一块稠密特征的区域以减少邻近效应的影响并且改善焦深。

一种制作光罩的方法，用以制作一具有附加辅助特征的微影光罩，进而产生出一块稠密特征的区域以减少邻近效应的影响并且改善焦深。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微影光罩，其至少包括：一设计特征，位于光罩上的独立或半独立区域；以及复数个平行线型辅助特征，垂直于该设计特征。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的微影光罩，其中所述的复数个平行线型辅助特征至少包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该设计特征的第一边上，且与其垂直；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该设计特征的第二边上，且与其垂直。

前述的微影光罩，其中所述的设计特征包括一独立线型特征。

前述的微影光罩，其更包括第二组半独立线型特征，且该些第二组半独立线型特征彼此平行，且与位于两平行半独立线型特征间的该些平行线型辅助特征相互平行。

前述的微影光罩，其更包括第二组平行线型辅助特征，且该些第二组的平行线型辅助特征平行位于该两个平行半独立线型特征之间。

前述的微影光罩，其中所述的更包括复数平行线型辅助特征，平行于该设计特征。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种制作光罩的方法，其特征在于包括下列步骤：形成一第一非稠密线型特征在光罩上；以及形成复数个平行线型辅助特征，垂直于该第一非稠密线型特征。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的制作光罩的方法，其更包括：

形成一第二非稠密线型特征在光罩上，平行于该第一非稠密线型特征，其中形成平行线型辅助特征的方法更包括：

加入第一组平行线型辅助特征，位于该第一及第二平行非稠密线

型特征之间，且垂直于该第一及第二平行非稠密线型特征；及

加入第二组平行线型辅助特征，位于该第一及第二平行非稠密线

型特征之间，且平行于该第一及第二平行非稠密线型特征。

前述的制作光罩的方法，其更包括：

在光罩上形成一第三非稠密线型特征，平行于该第二非稠密线型特征，其中形成平行线型辅助特征的方法更包括：

加入第三组平行线型辅助特征，位于该第三与第二平行非稠密线

型特征之间，且垂直于该第三与第二平行非稠密线型特征；及

加入第四组平行线型辅助特征，位于该第三与第二平行非稠密线

型特征之间，且平行于该第三与第二平行非稠密线型特征。

前述的制作光罩的方法，其中所述的形成复数个平行线型辅助特征的方法更包括：

加入第一组平行线型辅助特征，位于该第一非稠密线型特征的一第一边上且与其垂直；以及

加入第二组平行线型辅助特征，位于该第一非稠密线型特征的一第二边上且与其垂直。

本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体的元件，其至少包括至少一非稠密线型特征，位于一半导体元件的第一层上；以及复数个平行线型辅助特征，且该些平行线型辅助特征位于该半导体元件的第一层上且垂直于该非稠密线型特征。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的半导体元件，其更包括复数第二平行线型辅助特征，且该些第二平行线型辅助特征平行于该非稠密线型特征。

前述的半导体元件，其中所述的复数个平行线型辅助特征至少包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该第一非稠密线型特征与一第二非稠密线型特征之间，并且垂直于该第一及第二非稠密平行特征；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该第二非稠密线型特征与一第三非稠密平行线型特征之间，并且垂直于该第二及第三非稠密平行线型特征。

前述的半导体元件，其中所述的复数个平行线型辅助特征更包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第一边上且与其垂直；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第二边上且与其垂直。

前述的半导体元件，其中所述的复数个线型辅助特征更包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第一边上且与其垂直；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第一边上且与其平行。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为了达到上述目的，本发明的一实施例中，提供一种微影光罩，其中包括了位于光罩上独立或半独立区域里的一个设计特征，还有一组垂直于设计特征上的平行线型辅助特征。在本发明的实施例当中，这组平行线型辅助特征包括垂直于设计特征的第一组的线型辅助特征以及垂直于设计特征的第二组线型辅助特征。第一组及第二组的线型辅助特征分别位于设计特征的两相对边。

另外，为了达到上述目的，本发明的另一实施例中，提供一种制作光罩的方法，主要包括下列步骤：在光罩上形成一个非稠密设计特征，接着制作一组垂直于该非稠密设计特征的平行辅助特征。，

再者，为了达到上述目的，本发明的又一实施例中，提供一种半导体的元件，其中包括位于第一层元件上的至少一个的非稠密的线型特征，以及复数个位于第一层元件上的平行线型辅助特征，而且此特征垂直于该非稠密的线型特征。，

借由上述技术方案，本发明具有辅助特征的微影光罩及其制造方法与具有辅助特征的半导体元件至少具有下列优点：

1、产生出一块稠密特征的区域以减少邻近效应的影响并且改善焦深。

2、附加的辅助特征改善了独立及半独立特征结构的焦深与解析度，并降低光罩错误增强因子的产生

本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有技术具有增进的多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的一种微影系统的示意图。

图2是本发明一较佳实施例的一种含有垂直散射条纹的光罩的概略示意图。

图3是本发明一较佳实施例的一种含有中心散射条纹的光罩的概略示意图。

图4是本发明一较佳实施例的一种含有边缘散射条纹的光罩的概略示意图。

图5是本发明另一较佳实施例的一种含有散射条纹的光罩的概略示意图。

图6是本发明又一较佳实施例的一种含有散射条纹的光罩的概略示意图。

图7是本发明一较佳实施例的一种增加以及排列散射条纹至光罩的方法的概略流程图。

6：微影系统                 7：光源

8：投射光束                 9：基材

10：光罩                    10a：图案

10b：图案                   10c：图案

10d：图案                   10e：图案

12：设计特征                13：散射条纹

14：散射条纹                15：半独立特征

16：半独立特征              17：半独立特征

18：中心散射条纹            19：中心散射条纹

22：独立特征                24：边缘散射条纹

30：边缘散射条纹            32：半独立特征

34：半独立特征              36：半独立特征

41：散射条纹                42：散射条纹

44：散射条纹                46：散射条纹

52：半独立特征              53：半独立特征

54：半独立特征              56：平行散射条纹

58：平行散射条纹

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微影光罩及其制造方法与使用上述两者制造的半导体元件其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

次波长的微影技术在转移像金属线条、沟槽、多晶硅结构这些特征到基材上，遇到了新挑战。这些困难包括了有聚焦技术所造成的影像失真、角缘圆化、独立/密集邻近效应的影响，以及焦深(Depth of focus)上的不利冲击。在解析度增益技术中，可以不用透过缩短光源的波长或增加数值孔径的方法来提高影像系统的解析度。解析度增益技术目前包括了相位移光罩(Phase-shifting masks)、偏轴照明(Off-axis illumination)以及光学邻近效应修正。这种新颖且独特的散射条纹结构发明使光罩上独立或半独立的特征更近似于光罩密集区块的特征。“散射条纹”这个词包括散射条纹及抗散射条纹，也称为线型辅助特征。本发明的揭露中引入的散射条纹是垂直位于光罩上的独立和半独立特征。而这些独立和半独立特征在此也称作是“非稠密的特征”。

请参照图1，为本发明的一较佳实施例的微影技术系统的示意图。微影系统6包括了光源7、投射光束8、基材9以及光罩10。此外，微影系统6亦包括其它的透镜装置与光源操控或传导元件(虽然这些元件未在图示中绘示)。在本实施例中，基材9是一个半导体的晶片，接收光罩10上的积体电路图案。当这些图案显现在基材9的某一层上后，便可藉由与其他层的结合来产生一个积体电路元件或是晶片。光罩10上可能包括了复数个的设计特征，部分特征是位于稠密区块，其它的则位于光罩10上较不稠密的区块。

请参照图2，该图表示的是图1中的光罩10，在此以光罩10a称之。此光罩10a包括了一个独立或是半独立的设计特征12，并且与积体电路图案的金属线条电性连接。设计特征12的单边或双边与其它的特征相互分开。光罩10a上包括了第一组邻近且垂直于特征12的散射条纹13。散射条纹13可以是透明或不透明的非导电体。为了提高特征12的显影解析度，散射条纹13有着预先选定的宽度以及间距。举例来说，为了在显影过程中获得较佳的图案显示效果，散射条纹13会尽可能延展来靠近设计特征12，并同时与设计特征12维持一预先选定的间距。虽然散射条纹13在图1中被描绘成线型，但是其他实施例中，散射条纹14可以是不连续的线型抑或是其他图型。散射条纹13可能位于不同的区块但却邻近于设计特征12，也有可能位于不同的群组，且每个群组的长、宽、间距都不尽相同。

在本实施例中，光罩10a包括了第二组邻近于特征12的散射条纹14，且散射条纹14与设计特征12相互平行。散射条纹14可和散射条纹13以不同的方式相互结合，如图2至图5中所示。举例来说，就像是散射条纹14可以位在光罩10a上的某一区块，而散射条纹13则位于另一区块。各种排列散射条纹的方法应该以一连串明确的规则为基准，或是以各种不同宽度、间距及/或其他提高影像效果的参数的范本来作为依据。因此使用垂直的散射条纹或者是辅助图型，使得散射条纹更有效的配置以增加散射条纹的区域面积。在其他实施例中，各种有关于散射条纹型式的结合，如垂直的、平行的或是斜向的都可以视情况而使用。

请参照图3，是图1中光罩10的另一实施例，称之为光罩10b，其中包括了半独立特征15、半独立特征16、半独立特征17以及两组中心散射条纹18及中心散射条纹19。在此图中，半独立特征15、半独立特征16及半独立特征17是相互分开且平行的。在传统的光学邻近修正技术上，单一的中心散射条纹(CSB，center scattering bar)是置中且平行于邻近的半独立特征15和半独立特征16之间；而另一组则设置于半独立特征16与半独立特征17之间。因为中心散射条纹和现存设计特征之间的距离过大，而导致传统的光学邻近修正技术无法改善焦深的问题。因此，取而代之的是形成复数组新的散射条纹与现存的半独立特征15至半独立特征17相互垂直。如图3所示，第一组的中心散射条纹18垂直位于半独立特征15与半独立特征16之间；第二组的中心散射条纹19则垂直位于半独立特征16与半独立特征17之间。这两组中心散射条纹和非稠密的设计特征15-17相互垂直而产生出一块稠密特征的区域，用来减少邻近效应的影响并且改善焦深。

请参照图4，是图1中光罩10的另一实施例，称之为光罩10c，包括了一个两边被边缘散射条纹24与边缘散射条纹30位于独立特征22的两侧。在传统的光学邻近修正效应中，两组平行的边缘散射条纹分别平行位于独立特征22的两侧。根据本发明揭露的方法，第一组的边缘散射条纹24邻接且垂直于独立特征22的一边；第二组的边缘散射条纹30则邻接且垂直于独立特征22位于另一边。

请参照图5，是图1中光罩10的另一实施例，称之为光罩10d，包括了半独立或者是非稠密的设计特征32、设计特征34及设计特征36。在本实施例中，设计特征32至设计特征36以相互平行的方式间隔开来(虽然上述排列方式不一定需要)，而且垂直与平行的散射条纹都被运用在光罩上。在设计特征32与设计特征34之间，第一组的散射条纹41是与设计特征垂直而第二组散射条纹44则与设计特征平行的方式配置。在设计特征34的另一边则有一组散射条纹42垂直位于设计特征34和设计特征36之间，而第二组散射条纹46则以平行的方式位于设计特征34和设计特征36之间。本实施例在此说明了不论是平行或者是垂直的散射条纹皆可同时运用在光学邻近修正效应上，并且藉由此种方法产生出一块稠密特征的区域，以减少邻近效应的影响并且改善焦深。

请参照图6，是图1中光罩10的另一实施例，称之为光罩10e，包括了半独立或是非稠密的设计特征52、设计特征53以及设计特征54，且这些设计特征是以相互平行的方式间隔开来。在本实施例中，垂直以及平行于设计特征的散射条纹都运用在光罩的配置上。第1组的平行散射条纹56垂直位于设计特征52和设计特征53之间，而第2组的平行散射条纹58则平行位于设计特征53和设计特征54之间。本实施例在此说明了不论是平行或者是垂直的散射条纹皆可同时运用在光学邻近修正效应上，并且藉由此种方法产生出一块稠密特征的区域以减少邻近效应的影响并且改善焦深。

请参照图7，其绘示依照本发明一较佳实施例中添加散射条纹的方法的简单流程图，其中结合了各种运用在光罩10(如图1所示)设计上的光学邻近修正的方法。在步骤62中，一种非稠密的线型特征被区分出来，其中包括了现存光罩设计中的独立或半独立的特征。辨识图型是否为非稠密设计的方法，取决于一个小尺寸的散射条纹是否可以在设计原则的规定下设置于两个设计特征之间。

在步骤64中，一组平行的散射条纹垂直于非稠密设计特征的第一边形成。在一些实施例中，一组的平行散射条纹(平行于非稠密设计特征)与另一组垂直散射条纹(垂直于非稠密设计特征)相互组合并且位于非稠密特征的同一边上；各种不同的组合是根据微影过程中一些设计原则、范例原则或可以改善影像的较佳方法来排列。在另一实施例中，上述两种型态的散射条纹设置于两个非稠密设计特征之间。

在步骤66中，第二组平行的散射条纹垂直于非稠密设计特征的第二边上。复数组的平行散射条纹共同被设置于非稠密设计特征的第二边。这个步骤可以重复的执行于每个被区分出来的独立或半独立的特征的周围，以增加特征的稠密度。在所有的非稠密设计特征都经过处理之后，步骤68就算完成了。

方法60只提供了一个范例，解释了垂直散射条纹是如何与光罩上的图案结合，当然这个范例也可以被其它的方法所使用。举例来说，一个被区分出来的非稠密设计特征上配置着不同的垂直散射条纹以及随意的平行散射条纹，导致选择区块中非稠密设计特征的曝光效果有效地提升。这块选择性区块可以是一块含括部分、一个或复数个的非稠密设计特征的区域(例如是一个预定半径的圆形面积区块)。

藉由使用上述的散射条纹排列方式，微影过程中的焦深就不用利用其他半导体制程来改善。这些附加的辅助特征改善了独立及半独立特征结构的焦深与解析度，并降低光罩错误增强因子(MEEF，mask error enhancementfactor)的产生。这类辅助特征的制造是相当简单的，因为这些特征是可以藉由DRC(Design-rule check)的程序来控管的。这种垂直散射条纹与传统的平行散射条纹相较之下，微影技术的制程裕度(Process window)明显提升了约百分之二十。在此技术的基础上，理想散射条纹的线宽、散射条纹之间的间距以及与独立或半独立特征间的间距可以根据不同情况来决定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1、一种微影光罩，其特征在于其至少包括：

一设计特征，位于光罩上的独立或半独立区域；以及

复数个平行线型辅助特征，垂直于该设计特征。

2、根据权利要求1所述的微影光罩，其特征在于其中所述的复数个平行线型辅助特征至少包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该设计特征的第一边上，且与其垂直；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该设计特征的第二边上，且与其垂直。

3、根据权利要求1所述的微影光罩，其特征在于其中所述的设计特征包括一独立线型特征。

4、根据权利要求3所述的微影光罩，其特征在于更包括第二组半独立线型特征，且该些第二组半独立线型特征彼此平行，且与位于两平行半独立线型特征间的该些平行线型辅助特征相互平行。

5、根据权利要求4所述的微影光罩，其特征在于更包括第二组平行线型辅助特征，且该些第二组的平行线型辅助特征平行位于该两个平行半独立线型特征之间。

6、根据权利要求1所述的微影光罩，其特征在于更包括复数平行线型辅助特征，平行于该设计特征。

7、一种制作光罩的方法，其特征在于包括下列步骤：

形成一第一非稠密线型特征在光罩上；以及

形成复数个平行线型辅助特征，垂直于该第一非稠密线型特征。

8、根据权利要求7所述的制作光罩的方法，其特征在于更包括：

形成一第二非稠密线型特征在光罩上，平行于该第一非稠密线型特征，其中形成平行线型辅助特征的方法更包括：

加入第一组平行线型辅助特征，位于该第一及第二平行非稠密线型特征之间，且垂直于该第一及第二平行非稠密线型特征；及

加入第二组平行线型辅助特征，位于该第一及第二平行非稠密线型特征之间，且平行于该第一及第二平行非稠密线型特征。

9、根据权利要求8所述的制作光罩的方法，其特征在于更包括：

在光罩上形成一第三非稠密线型特征，平行于该第二非稠密线型特征，其中形成平行线型辅助特征的方法更包括：

加入第三组平行线型辅助特征，位于该第三与第二平行非稠密线型特征之间，且垂直于该第三与第二平行非稠密线型特征；及

加入第四组平行线型辅助特征，位于该第三与第二平行非稠密线型特征之间，且平行于该第三与第二平行非稠密线型特征。

10、根据权利要求7所述的制作光罩的方法，其特征在于其中所述的形成该些平行线型辅助特征的方法更包括：

加入第一组平行线型辅助特征，位于该第一非稠密线型特征的一第一边上且与其垂直；以及

加入第二组平行线型辅助特征，位于该第一非稠密线型特征的一第二边上且与其垂直。

11、一种半导体的元件，其特征在于至少包括：

至少一非稠密线型特征，位于一半导体元件的第一层上；以及

复数个平行线型辅助特征，且该些平行线型辅助特征位于该半导体元件的第一层上且垂直于该非稠密线型特征。

12、根据权利要求11所述的半导体元件，其特征在于更包括复数第二平行线型辅助特征，且该些第二平行线型辅助特征平行于该非稠密线型特征。

13、根据权利要求11所述的半导体元件，其特征在于其中所述的复数个平行线型辅助特征至少包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该第一非稠密线型特征与一第二非稠密线型特征之间，并且垂直于该第一及第二非稠密平行特征；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该第二非稠密线型特征与一第三非稠密平行线型特征之间，并且垂直于该第二及第三非稠密平行线型特征。

14、根据权利要求11所述的半导体元件，其特征在于其中所述的复数个平行线型辅助特征更包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第一边上且与其垂直；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第二边上且与其垂直。

15、根据权利要求11所述的半导体元件，其特征在于其中所述的复数个线型辅助特征更包括：

第一组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第一边上且与其垂直；以及

第二组平行线型辅助特征，位于该非稠密线型特征的第一边上且与其平行。

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