TWI281596B - Method of enhancing clear field phase shift masks with border regions around phase 0 and phase 180 regions - Google Patents

Description

1281596 _案號 911 35778 五、發明說明（1) 吧年\丨月曰 修正 [發明所屬之技術領域] 本發明大致上係關於積體電路和製造積體電路之方 法。詳言之，本發明係關於產生相移位圖案來改善閘極和 其他各層、結構、或需要次名義尺寸（sub-nominal dimensions)之區域的圖案化。 [先前技術]

半導體裝置或積體電路（I C )可包括數百萬個譬如電晶 體之元件。超大型積體電路（ULSI )可包括互補金屬氧化物 半導體（CMOS)場效電晶體（FET)。雖然習知的系統和製程 具有在I C上製造數百萬個I C元件之能力，但是仍然需要減 小I C元件細微結構之尺寸，來增加I C上元件之數目。

欲達成較小尺寸I C元件細微結構之一個限制是習知的 微影術之能力。微影術是一種將圖案和影像從一個媒介轉 印到另一個媒介之製程。習知之I C微影術使用對紫外光 (UV)敏感光阻。紫外光經由光柵（reticle)或光罩（mask) 投射到光阻，以在I C上建立元件圖案。習知之I C微影術製 程受限於他們將小的譬如接點、溝渠、多晶矽線條、或閘 極結構之細微結構轉印之能力。 一般而言，習知之微影術製程（例如，投射微影術和 遠紫外線微影術）沒有足夠的解析度和正確性來一致地製 造最小尺寸之小細微結構。解析度會由許多之現象而具不 利之影響，該等現象包括：光之繞射、透鏡像差、機械穩 定度、污染、光阻材料之光之性質、光阻對比、光阻膨 脹、光阻之熱流等，而使譬如接點、溝渠、閘極、和因此

92244修正版.pic 第5頁 1281596 _案號91 135778 qlf年\1月>/日 修正_ 五、發明說明（2) 而得之I C元件受限於他們能夠達到有多小之極限。 舉例而言’於積體電路設計細微結構之尺寸為0. 5微 来（// m )或更小，而光學微影術之最佳解析度需要有透鏡 系統之最大可獲得之數值孔徑（N A )。當獲得好的解析度 時，並不能獲得優越的聚焦能力，反之亦然，因為透鏡系 統之場之深度為反比於N A，且積體電路之表面不能夠光學 上平坦。結果，當於半導體製程中最小可實現之尺寸減小 時，則達到了習知之光學微影術之極限。尤其是，當最小 尺寸趨近於0. 1微米時，則傳統的光學微影術不能夠再有 效地使用。 為了希望減小細微結構之尺寸，積體電路（I C)製造商 建立了一種稱之為π相移位π之技術。於相移位中，由在光 學微影術光罩上之二個鄰近之透明區域所引起之破壞性干 涉，用來建立於光阻層上非曝光之區域。相移位利用一種 現像，其中光通過光罩上之透明區域呈現出一種波之特 徵，而使得從光罩材料出來之光之相位為透過光罩材料之 光的行程距離之函數。此距離等於光罩材料之厚度。 相移位可增進由光罩產生之影像的品質。透過從鄰近 之透明區域來之干涉光而產生在光阻層上所希望之非曝光 區域，該透明區域具有光通過鄰近孔徑之相位而相對於彼 此移位1 8 0度之性質。黑暗的未曝光區域將沿著相移位區 域之邊界而形成在光阻層上，該相移位區域將由透過他們 的光之破壞性干涉所引起。 相移位光罩為已知而已經使用於各種組態中，如由Β.

92244修正版.ptc 第6頁 1281596 修正 案號 9Π35778 五、發明說明（3) 厂1^11所提出之文章”相移位光罩增益邊緣（？11356-Shifting Masks Gain an Edge)”發表於"電路與裝置 π， 1 9 9 3年3月號，第2 8 - 3 5頁。上述之組態稱之為交替相移位 光罩（PSM)。 於一些情況中，用來設計相移位光罩之相移位演算法 定義了僅些許延伸出作用層之作用區域之相移位區域。舉 例而言，多晶石夕之剩餘長度一般由場（f i e 1 d )或修整 (t r i m )光罩所界定。然而，此方法本身並非沒有問題。例 如，當相移位光罩和場光罩從相移位區域轉移至場光罩區 域時，他們之間的對準補償可能在多晶矽襯底產生扭結 (kink)或擠壓的（pinched)區域。而且，因為場光罩用來 在作用區域外轉印多晶矽之密集、窄的線條，則場光罩變 得如同相移位光罩般的嚴格與嚴謹。 多晶矽或’’聚矽（ρ ο 1 y )"配置之相移位圖案化已經證明 可增進製造和使能獲得較小之圖案化線條和窄的間距。這 些項目能以所希望之線寬和間距收縮而更形增強，但是這 樣有些冒險和具複雜性。 習知的用相移位器來圖案化已藉由僅移位最小之所希 望的尺寸區域而達成--通常係為作用圖案上之聚矽閘極或 窄聚矽。離開作用區域之圖案化之聚矽線通常使用與在作 用區域上圖案化之聚矽線相似的設計規則來佈置。當如此 佈置時，可在相移位圖案化和二進位圖案化之間作許多的 轉移。轉移區域可能造成線寬損失，和增加裝置遺漏。 現用之交替相移位光罩（PSM)設計用於多晶矽層，通

92244修正版.ptc 第7頁 1281596 _ 案號91135778_Cjlf年U月>/日 修正___ 五、發明說明（4) 常重點擺在使得能夠藉由應用在閘極區域周圍之交替相移 位區域（亦即，多晶矽和作用區域之相交區域）而使得閘極 縮小。一種如此之交替PSM設計揭示於美國專利第 5，573，89 0號，由 Christopher A· Spence (本申請案之其 中之一發明人）所申請之案名為”使用相移位光罩之光學微 影術方法（METHOD OF OPTICAL LITHOGRAPHY USING PHASE SHIFT MASKING)”，該案並讓授給本發明之受讓人。 發展出一種增強相移位之方法，來減少轉移區域，並 將這些區域從作用邊緣移離以加寬聚矽或聚矽圖案之角， 於此線寬損失將會減小或沒受到衝擊。此種增強相移位方 法的範例揭示於美國專利申請序號第0 9 / 7 7 2，5 7 7號中，案 名為’’相移位光罩及製造此相移位光罩之系統與方法 (PHASE SHIFT MASK AND SYSTEM AND METHOD FOR MAKING THE SAME)’’，係由Todd P· Lukane(本申請案之其中之一 發明人）於2 0 0 1年1月30日提出申請，並讓授給本發明之受 讓人，該申請案將結合本說明書以為參考。

Lukane專利申請之說明書說明二進位光罩和相位光 罩，該相位光罩界定了多晶矽圖案之部分和必須具有極受 控制之關鍵尺寸（CD )(最小線寬）。相位光罩基本上具有报 容易圖案化之長窄的開口 ，但是二進位光罩在隔離區域和 密集區域具有小的開口和小的線。當如此時，二進位光罩 之圖案化可能很複雜而此技術之製造視窗將受到限制。於 此二種簡單相位和增強相位方法，二種光罩受到嚴格要求 和有不同之最佳化顯示和圖案化狀況。

1281596 _ _皇號91 135778 9十年U p〆日 修正 五、發明說明（5) 其他已知之系統使用”節點’’為基礎之方法而不是使用 特定閘極之方法，來產生嚐試使用相移位至所有最小多晶 石夕幾何區域（場及閘極二者）之指示。二個以”節點”為基礎 之方法的例子，包括例如Ga 1 an等人發表的”對於多晶石夕層 級用於隨機邏輯電路之交替型相移位光罩之應用 (Application of Alternating-Type Phase Shift Mask to Polysilicon Level for Random Logic Circuit)”， 發表於1 9 9 4年1 2月出刊之日本應用物理期刊第3 3 (i 9 9 4 ) 冊，第6779-678 4頁；和由Liebman η等人獲准之美國專利 f 第5，8 0 7，6 4 9號，案名為”微影術圖案化方法和用此方法製 成之具有光場修整光罩之光罩組（LITHOGRAPHIC PATTERNING METHOD AND MASK SET THEREFOR WITH LIGHT FIELD TRIM MASK)11。 有鑑於此已知之技術，須對透明場相移位光罩（PSM) 和場或修整光照方法作改良，而獲得簡單、更可靠之光罩 製造，和較佳之晶圓成像。再者，須藉由封閉相移位光罩 細微結構而使變化或光鄰近修正（0PC )之使用為最小。又 再者，須產生相移位圖案以改善圖案化閘極和其他需要次 名義尺寸之層。 [發明内容] 本發明係關於一種將邊界區域加到界定多邊形之0相 位圖案端末，以及加到1 8 0相區域之外侧邊緣之技術。此 技術能改善線端圖案界定和改善製造能力和圖案化製程視 窗。此加上之邊界區域可更容易作光罩檢查、用鉻界定相

92244修正版.ptc 第9頁 1281596 _案號 91135778 A1!年\\ 月 >〆日 修正_ 五、發明說明（6) 位蝕刻區域、平衡像差（coma)和其他的圖案化事件、和平 衡在線各端二側之光，而得到更可預測之最後光阻圖案。 一個實施範例係關於設計相移位光罩之方法。此方法 可包括識別相移位光罩之第一相位區域之邊緣；擴張所識 別之邊緣以沿著第一相位區域之邊緣界定窄線；和沿著第 一相位區域之邊緣於窄線上形成相位區域邊界。第一相位 區域係位於鄰近關鍵的多晶矽區域，而確認之區域並非鄰 近關鍵的多晶矽區域之第一相位區域之邊緣。 另一個實施範例係關於產生相移位圖案之方法，以改 4 善閘極之圖案化和需要次名義尺寸之其他各層。此方法可 包括界定關鍵的閘極區域；在關鍵的閘極區域之任一側建 立相位區域；對於關鍵的閘極區域之任一側之相位區域指 定相反之相位極性；用指定之相位極性增強相位區域；界 定相位轉移可能發生之破裂區域；產生多邊形以界定其他 的邊緣並排除已界定之破裂區域，以及組構0相區域外之 邊界區域以形成相移位邊界。 另一個實施範例係關於用0相區域和1 8 0相區域之外側 邊緣周圍之鉻邊界來增強透明場相移位光罩之方法。此方 法可包括將相位極性指定到包括第一相位區域和第二相位 ® 區域之相位區域，界定指定之相位區域之邊緣；在第一相 位區域增加之邊緣之周圍建立第一邊界區；於第一相位區 域之第一邊界區形成鉻邊界；於第二相位區域之增加之邊 緣之周圍建立第二邊界區；以及在第二相位區域周圍之第 二邊界區形成相移位邊界。

92244修正版.ptc 第]0頁 1281596 _案號 91135778 五、發明說明（7) 年丨丨月a 修正 另一個實施範例係關於一種組構成用於積體電路製程 之光罩。此光罩可包括由0相區域之第一邊緣和1 8 0相區域 之第一邊緣所界定之關鍵多晶矽區段；位於1 8 0相區域之 第二邊緣外側之第一鉻邊界區域；以及0相區域之第二邊 緣之周圍的第二鉻邊界區域。1 8 0相區域之第二邊緣係不 同於1 8 0相區域之第一邊緣，其中該鉻邊界區域包括不透 明之材料。0相區域之第二邊緣不同於0相區域之第一邊 緣。

於本技藝方面之一般技術人員由參閱下列之圖式、詳 細說明、和所附申請專利範圍後，本發明之其他原理特徵 和優點將變得更為清楚。 [實施方式] 茲參照所附圖式，而說明下文中之實施範例，其中相 同之參考號碼係表示相同之元件。

第1圖顯示描述形成或設計相移位光罩（PSM )和場或修 整光罩之範例步驟之流程圖1 〇 〇。一組於相位光罩上先前 界定之0相區域或1 8 0相區域，可有助於識別關鍵多晶矽區 段。此等0相區域或1 8 0相區域能由手繪建立’或由使用現 存之軟體程式建立，或由創造一最佳程式以界定該等區域 而建立。 於步驟1 1 0，在先前界定之1 8 0相區域之1 8 0相區域邊 緣外測之相位光罩上形成鉻邊界區域，該先前界定之1 8 0 相區域並未界定最後多晶矽圖案。可用手繪製或由使用電 腦軟體程式來界定該鉻邊界區域。此鉻邊界區域所具有的

92244修正版.ptc 第11頁 1281596 _案號 9] 135778 五、發明說明（8) 〔If年U月/曰 修正 優點是，可使得容易檢查光罩，和容易圖案化此製造光罩 之相位姓刻步驟。於步驟1 2 0，將所有未界定之區域（最後 多晶矽圖案、或1 8 0相區域、或鉻邊界區域）定義為0相 位0 於步驟1 3 0，在鄰近關鍵多晶矽區段0相區域所最初界 定的外側周圍，加上鉻邊界區。加上如此之鉻邊界區有助 於將圖案化所產生的問題降至最少。

於步驟1 4 0，將光罩上鉻圖案化和蝕刻。當部分的鉻 界定製程或將鉻圖案化以後，塗上一層光阻而將在形成 1 8 0相區段之區域之各區段之光阻選擇性地去除。於一個 實施範例中，定義過大之1 8 0相位圖案或相位蝕刻區，以 使得可去除光阻和蝕刻石英。此過大之光阻圖案涵蓋了在 鉻上的任何希望避免蝕刻之開口。可使用乾或溼蝕刻以將 形成1 8 0相區域之石英蝕刻至較薄之厚度。可參考第2圖而 進一步說明形成之1 8 0相區域和相位蝕刻區域。

於步驟1 5 0，形成具有開口之修整光罩，該等開口於 最後多晶矽圖案外側邊界鉻區域有過大之形式。此修整光 罩有過大之各開口是因為他們的大小要稍微大於邊界區域 之範圍。於修整光罩製程中，將修整光罩之各開口放置在 這些稍微較小之邊界區域上。可參照第3圖說明一個修整 光罩之範例。 第2圖顯示利用參照第1圖說明之製程而形成或設計之 相位光罩2 0 0的平面視圖。相位光罩2 0 0包括多晶矽區域 2 1 0、1 8 0相區域2 2 0、0相區域2 3 0、和1 8 0相邊界區域

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92244修正版.pic 第]2頁 1281596 案號 91135778 糾年丨丨月〆曰 修正 五、發明說明（9) 2 4 0。多晶矽區域2 1 0 (第2圖之點線區域所示者）為關鍵多 晶矽區段。1 8 0相區域2 2 0和0相區域2 3 0有助於界定多晶矽 區域2 1 0，和能夠用手或使用組構成用來設計相位光罩之 電腦軟體程式而予建立。1 8 0相邊界區域2 4 0能夠形成界定 1 8 0相區域2 2 0之外側邊緣，該1 8 0相邊界區域2 4 0未界定該 多晶石夕圖案。 相位光罩2 0 0亦可包括界定之範圍外側之區域2 5 0。於 一實施範例中，區域2 5 0 (如第2圖中所示）指定為0相位。 相位蝕刻框2 6 0 (第2圖中使用粗短劃線所繪示）為用於 形成1 8 0相區域2 2 0界定圖案之區域。所具之優點是’相位 蝕刻框2 6 0之位置為自行對準鉻圖案，以避免蝕刻圖案相 對於原來的鉻圖案發生誤置。於一替代實施例中，可以製 造蝕刻輪廓，而使得蝕刻可部分於鉻下方進行以便部分地 隱藏蝕刻輪廓。部分隱藏之蝕刻輪廓可讓側壁輪廓有一些 變化。 修整光罩開口 2 7 0 (第2圖中用點線所繪示者）界定一個 當使用場或修整光罩時則曝露之區域。茲參照第3圖說明 對應於修整光罩開口 2 7 0之範例修整光罩。 相位光罩2 0 0亦能包括0相區域2 3 0之外側周圍鉻邊界 區域。對應於相位光罩2 0 0之修整光罩可包括過大之在最 終多晶矽圖案外側之所有的鉻區域。 第3圖顯示場或修整光罩3 0 0之平面視圖。修整光罩 3 0 0組構成可與參照說明於第2圖中之相位光罩2 0 0使用。 修整光罩3 0 0包括對應於第2圖中修整光罩開口 2 7 0之開口

_ η l iVlf mlb 隱_画_ f Κίβΐ 92244修正版.pic 第13頁 1281596 Θ彳年\i月>/曰 修正 _案號 9]] 35778 五、發明說明（]0) 310° 第4圖顯示多晶矽線光罩4 0 0和修整光罩4 0 5。多晶矽 線光罩4 0 0分離1 8 0相區域4 1 0和0相區域4 2 0。鉻邊界4 3 0沿 著1 8 0相區域4 1 0之邊緣而定位。鉻邊界4 3 0能藉由允許鉻 光罩完全界定了石英蝕刻而改善光罩生產。然而，像如此 之組構方式，多晶矽線光罩4 0 0為非對稱的和具有在鄰近 線之間橋接之風險。 第5圖顯示多晶矽線光罩5 0 0和修整光罩5 0 5。多晶矽 線光罩5 0 0分離1 8 0相區域5 1 0和0相區域5 2 0。鉻邊界5 3 0沿 f 著1 8 0相區域5 1 0之邊緣而定位。相位區域5 4 0沿著0相區域 5 2 0之邊緣而定位。藉由放置相位區域5 4 0或假線（dummy 1 i n e s )於0像區域之邊緣，如此可以增進對稱性，而可以 改善晶圓之圖案製作。 用於鉻邊界5 3 0之範例材料，可包括任何不透明特性 之材料。或可取而代之，使用其他適當之不透明材料於邊 界5 3 0，譬如於此技藝方面之一般技術人員已知之可滿足 所須相位規格之任何材料。鉻邊界5 3 0能具有鄰近最小閘 極寬度尺寸之寬度，或形成關鍵閘極之0像區域和1 8 0像區 域之間之寬度。 β 所具有的優點是，參照各圖式中所說明之製程，改善 了閘極寬度控制、線端圖案界定、和圖案化製程視窗。而 且，各製程能使修整光罩之關鍵件相似於相位光罩之關鍵 件，也就是說，於鉻光罩（或溝渠）中相對窄的開口。使修 整光罩之關鍵件相似於相位光罩而具有之優點為，可使相

92244修正版.pic 第14頁 1281596 _案號91135778 年U月>/曰 修正_ 五、發明說明（11) 位光罩之最佳顯示狀況更相似於或相同於修整光罩。以如 此之設計方式，步進器不須改變設定（例如，數值孔徑或 部分相干或聚焦或暴光劑量）。 雖然以上已藉圖式顯示實施範例並作了說明，但應瞭 解該等實施例僅提供作說明用。其他的實施例可以包括例 如建立相移位區域之不同的技術。而且，其他的實施例可 以使用不同於0和1 8 0度而仍保有相差1 8 0度之相位角。本 發明並不限於特定的實施例，而可擴展至各種不同之修 飾、組合、和交換，而仍落於本發明之申請專利範圍内。

92244修正版.pic 第]5頁 1281596 案號 9Π35778 年\1月/曰 修正 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 第1圖顯示依照本發明之實施範例，形成相移位光罩 方法之步驟的流程圖； 第2圖顯示依照實施範例，相移位光罩設計之上平面 視圖； 第3圖顯示依照實施範例，組構成用於第2圖之相移位 光罩設計，場或修整光罩設計之上平面視圖； 第4圖顯示依照實施範例，分離1 8 0相區域和0相區域 和對應之修整光罩之部分的多晶矽線之方塊圖；以及 第5圖顯示依照實施範例，分離1 8 0相區域和0相區域 和對應之修整光罩之部分的多晶矽線之方塊圖。 100 流程圖 110' 120' 130' 140 200 相位光罩 210 多晶石夕區域 220 1 8 0相區域 230 0相區域 240 1 8 0相邊界區域 250 區域 260 相位钱刻框 270 修整光罩開 D 300 場或修整光罩 310 開口 400 多晶矽線光罩 405 修整光罩 410 1 8 0相區域 420 0相區域 430 絡邊界 500 多晶矽線光 罩 505 修整光罩 510 1 8 0相區域 520 0相區域 530 鉻邊界 540 相位區域 1 5 0步驟

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Claims (1)

1281596 案號 9Π35778 qf年丨丨月曰 修正 六、申請專利範圍 1. 一種設計相移位光罩之方法，該方法包括： 識別相移位光罩之第一相位區域之邊緣，該第一 相位區域位於鄰近關鍵多晶矽區域，而該所識別之邊 緣並非為鄰近該關鍵多晶矽區域之該第一相位區域之 邊緣； 擴張該所識別之邊緣以沿著該第一相位區域之該 邊緣界定窄線；以及 沿著該第一相位區域之該邊緣於該窄線上形成相 位區域邊界。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括·· 識別相移位光罩之1 8 0相區域之邊緣，該1 8 0相區 域係位於鄰近關鍵多晶矽區域，而該所識別之邊緣並 非為鄰近該關鍵多晶矽區域之該1 8 0相區域之邊緣； 擴張該所識別之邊緣以沿著該1 8 0相區域之該邊緣 界定窄線；以及 於該窄線上形成鉻以沿著該1 8 0相區域之該邊緣形 成鉻邊界。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括： 指定相位極性至相位區域； 界定指定之相位區域之邊緣； 在增加之邊緣周圍建立邊界；以及 在建立之邊界之外側區域指定具有0相位。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該相位區域指定為 0或1 8 0相位角，進一步包括產生修整光罩以去除0相位

92244修正版.ptc 第17頁 1281596 / _案號91135778 年U月>ya 修正_ 六、申請專利範圍 j f: 和1 8 0相位區域之間不需要之圖案。 5. —種產生相移位圖案之方法，以改善閘極之圖案化和 需要次名義尺寸之其他各層，該方法包括： 界定關鍵的閘極區域； 在關鍵的閘極區域之任一側建立相位區域； 對於關鍵的閘極區域之任一側之相位區域指定相 反之相位極性； 用指定之相位極性增強相位區域； 界定相位轉移可能發生之破裂區域； 產生多邊形以界定其他的邊緣並排除已界定之破 裂區域；以及 組構0相區域外側之邊界區域以形成相移位邊界。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包括： 修正違反規則之設計；以及 應用光學鄰近和製程修正至相位區域，以允許適 當的圖案產生。 7. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包括產生修整光 罩以去除所需之圖案外側的0相位和1 8 0相位區域之間 之不需要的圖案。 _ 8. —種組構成用於積體電路製程之光罩，該光罩包括： 由0相區域之第一邊緣和1 8 0相區域之第一邊緣所 界定之關鍵多晶石夕區段， 位於該1 8 0相區域之第二邊緣外側之第一鉻邊界區 域，該1 8 0相區域之第二邊緣不同於該1 8 0相區域之第

92244修正版.pic 第18頁 1281596 案號 91135778 年11月/曰 修正 六、申請專利範圍 一邊緣，其中該鉻邊界區域包括不透明材料；以及 在〇相區域之第二邊緣周圍之第二鉻邊界區域，該 0相區域之第二鉻邊界區域係不同於該0相區域之第一 邊緣。 9.如申請專利範圍第8項之光罩，進一步包括一區域位於 界定具有0相位之區域的外側。 1 0.如申請專利範圍第8項之光罩，其中該第二邊界區域包 括不透明材料。

92244修正版.ptc 第]9頁 1281596 91135778 q泽年 U 月 /日_ J罩二5雪丨月摘要（發明名稱：在〇相與18〇相區域周圍形成邊界區域以增強透明電場相移位 本發明揭示一種將第一邊界區域加到界定為多邊形之 0相位圖案之各端末，而將第二邊界區域加到i 8 〇相位圖案 之各 端末之技術。 此 造能 力和圖案化製 程 端兩 側的光而造成 更 本案 代表圖：第2圖 200 相位光罩 210 多晶碎區域 220 1 8 0相區域 230 0相區域 240 1 8 0相邊界區 域 250 區域 260 相位姓刻框 ❹ 六、英文發明摘要（發明名稱：METHOD OF ENHANCING CLEAR FIELD PHASE SHIFT MASKS WITH BORDER REGIONS AROUND PHASE 0 AND PHASE 180 REGIONS) A technique in which a first boundary region is added to the ends of phase zero (0) pattern defining polygons and a second boundary region is added to the ends of phase 180 pattern. This technique can improve line end pattern definition and improve the manufacturability and patterning process window. The added boundary region balances the light on both sides of the line ends,

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