TWI427677B

TWI427677B - Used to reduce the embossing of the metal mask, hole layout and methods

Info

Publication number: TWI427677B
Application number: TW97117445A
Authority: TW
Inventors: Ching Yao Yang; Hung Der Su; Jing Meng Liu
Original assignee: Richtek Technology Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2014-02-21
Also published as: TW200947512A

Description

用於降低金屬栓塞碟化的光罩、孔佈局及方法

本發明係有關一種積體電路的佈局(layout)，特別是關於一種提供金屬栓塞(plug)的孔(hole)佈局。

在半導體製程中，主要藉由光學微影製程將光罩上的佈局圖案移轉到晶圓(wafer)上，再經由沉積及蝕刻等製程而形成積體電路構造，是以，光罩上的佈局圖案的設計需考慮到各種製程的能力，因而產生許多的佈局規則(layout rule)。因為是根據佈局規則在光罩上設計電路的佈局圖案，再將光罩上的佈局圖案精確地移轉到晶圓上，所以使移轉到晶圓上的圖案與光罩上的佈局圖案完全吻合，一直是研究的重點。例如，美國專利第7,063,923號及第5,867,253號所揭示的，藉由使用計算機系統執行積體電路佈局的光學鄰近校正(optical proximity correction; OPC)法或邏輯運算，以抑制光學鄰近效應(optical proximity effect)，解決將光罩上高密度的佈局圖案移轉到晶圓上時所產生的缺陷，例如直角角落圓化、線末端變小與線寬增加或減少等。然而，受到佈局規則的限制，光罩上的佈局圖案具有特定的外形及大小，例如孔佈局在栓塞製程都被限定為固定大小的方形或固定寬度的長方形，以避免受到後續金屬材料間隙填充(gap filling)能力的限制而增加製程風險。

如圖1所示，為形成毗連接觸(butted contact)，根據佈局規則設計的孔佈局100包括位於閘極102與體塊拾取(bulk pickup)104之間的孔圖案106、108、110及112，以及位於體塊拾取104中心的孔圖案114，其皆具有標準的外形。由於孔圖案106-114具有對稱性，因此，若以十字形的孔圖案116取代符合佈局規則的孔圖案106-114，形成如圖2所示的孔佈局，將能有效減少所需的晶片面積。然而，如圖2所示的孔圖案116並不符合佈局規則，其尺寸大於標準孔佈局的尺寸。例如圖3所示，左側係以圖2中孔圖案116在晶圓上形成的孔120在水平面上的圖案，右側係沿著AA'方向的剖面圖130，孔120在絕緣層135內，當鎢(W)填充至孔120中形成鎢栓塞132時，受限於鎢的間隙填充能力，即使孔120的線寬d等於標準外形的孔圖案的線寬，鎢仍然無法填滿孔120中靠近十字交叉的部分118，鎢栓塞132因而產生嚴重的碟化(dishing)，其碟化部位134的深度D約為720nm。通孔(via)堆疊在非標準外形的接觸或通孔120上，會在晶圓製程中產生微粒而增加製程風險。

因此，一種改良的孔佈局及其形成的方法，乃為所冀。

本發明的目的之一，在於提出一種用於降低金屬栓塞碟化的光罩。

本發明的目的之一，在於提出一種用於降低金屬栓塞碟化的孔佈局。

本發明的目的之一，在於提出一種用於降低金屬栓塞碟化的方法。

根據本發明，一種用於降低金屬栓塞碟化的光罩包括一用來形成一金屬栓塞的孔圖案，該孔圖案具有一縮減的臨界部份，該臨界部份用以減少該金屬栓塞的碟化。

根據本發明，一種用於降低金屬栓塞碟化的孔佈局包括一供填充金屬的孔在一絕緣層內，該孔在水平面上具有一縮減的臨界部份，該臨界部份用以減少該金屬栓塞的碟化。

根據本發明，一種用於降低金屬栓塞碟化的方法包括利用一光罩上具有一縮減的臨界部份的孔圖案形成一金屬栓塞的孔在一絕緣層內，該臨界部份用以減少該金屬栓塞的碟化。

根據本發明，一種用於降低金屬栓塞碟化的方法包括在將一光罩上的孔圖案移轉至一絕緣層的過程中，以邏輯運算或光學鄰近校正法縮減該孔圖案的臨界部份，該臨界部份用以減少該金屬栓塞的碟化。

本發明藉由縮減孔的臨界部份，以降低填充至該孔中的金屬栓塞的碟化現象，降低製程風險。光罩設計者因此能夠依照需求在光罩上設計孔圖案，增加光罩佈局的自由度及減少晶片面積。

本發明係藉縮減孔的臨界部份，以降低填充至該孔中的金屬栓塞的碟化現象。參考圖3，鎢栓塞132的碟化部位134在孔120中靠近十字交叉的部分118，此即為孔120的臨界部份。

圖4係根據本發明的第一實施例，首先提供一光罩210，其包括在基板上製備的孔圖案220，孔圖案220具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一縮減的臨界部份222在該邊界內，臨界部份222的最小尺寸d2被故意縮減為比原來的佈局設計的尺寸d1更小。以光罩210進行光學微影製程230，移轉孔圖案220至晶圓250上的絕緣層，再經蝕刻製程240蝕刻該絕緣層形成孔260，其具有縮減的臨界部份222。在本實施例中，孔圖案220及孔260沿著其邊界從寬度d1步階式地縮減至寬度d2。

如圖5所示，在另一實施例中，光罩310上的孔圖案320的臨界部份322沿著邊界從寬度d1線性地縮減至寬度d2。藉此孔圖案320在晶圓330上形成的孔340，具有縮減的臨界部份322。

在不同的實施例中，對於不同外形的孔圖案，可根據其所產生的碟化現象，縮減其臨界部份的尺寸、範圍及形狀，在光罩或晶圓上設計適合的佈局。例如，在圖8中，孔620的外形係L形，縮減的臨界部份622位於L形的轉角處，其外側角被縮減尺寸。在圖9中，孔720包括源極接觸部份730與體塊接觸部份740彼此鄰接構成的毗連接觸，其縮減的臨界部份722位於源極接觸部份730與體塊接觸部份740的交界處，沿著邊界從寬度d1步階式地縮減至寬度d2。

如圖6所示，在一實施例中，光罩410上具有一孔圖案420，其具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一臨界部份422在該邊界內。以光罩410進行一光學微影製程430，在將孔圖案420移轉至晶圓460上的絕緣層的過程中，利用計算機系統以邏輯運算或光學鄰近校正法微調孔圖案420的外形，縮減其臨界部份422的尺寸，結果相當於具有縮減的臨界部份442的孔圖案440。因此，最終在晶圓460上形成的470具有縮減的臨界部份442。在本實施例中，計算機系統係以步階式地從原佈局設計的寬度d1縮減至較小的寬度d2。在不同的實施例中，計算機系統可以線性地或其他方式，將臨界部份422沿著邊界從寬度d1縮減至寬度d2，形成縮減的臨界部份442。

圖6所示的方法也可以用來製作其他不同外形的孔，例如圖8的孔620和圖9的孔720，其過程與圖6的實施例相同，不再重述。

圖7的左側係圖4的孔260或圖6的孔470在水平面上的圖案，其具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一縮減的臨界部份222或442在該邊界內。圖7的右側係沿著左側圖中AA'方向的剖面圖510，其中顯示已經經過後續的金屬化製程，孔260(470)在絕緣層內，孔260(470)中有金屬，例如鎢，形成金屬栓塞520，其碟化部位522的深度D'約為250nm，相較於圖3中約720nm的碟化深度，明顯改善，因此有效降低製程風險。

如以上各實施例所顯示的，在本發明中，運用佈局微調技巧以避免最終的孔寬度改變為不確定形狀的孔結構而引發製程風險。

100‧‧‧孔佈局

102‧‧‧閘極

104‧‧‧體塊拾取

106-116‧‧‧孔圖案

118‧‧‧十字交叉的部份

120‧‧‧孔

130‧‧‧孔的剖面圖

132‧‧‧鎢栓塞

134‧‧‧碟化部位

135‧‧‧絕緣層

210‧‧‧光罩

220‧‧‧孔圖案

222‧‧‧縮減的臨界部份

230‧‧‧光學微影製程

240‧‧‧蝕刻製程

250‧‧‧晶圓

260‧‧‧孔

310‧‧‧光罩

320‧‧‧孔圖案

322‧‧‧縮減的臨界部份

330‧‧‧晶圓

340‧‧‧孔

410‧‧‧光罩

420‧‧‧孔圖案

422‧‧‧臨界部份

430‧‧‧光學微影製程

440‧‧‧等效的孔圖案

442‧‧‧縮減的臨界部份

450‧‧‧曝光顯影製程

460‧‧‧晶圓

470‧‧‧孔

510‧‧‧孔的剖面圖

515‧‧‧絕緣層

520‧‧‧金屬栓塞

522‧‧‧碟化部位

620‧‧‧孔

622‧‧‧縮減的臨界部份

720‧‧‧孔

722‧‧‧縮減的臨界部份

730‧‧‧源極接觸部份

740‧‧‧體塊接觸部份

圖1係根據佈局規則設計的孔佈局；圖2係未根據佈局規則設計的孔佈局；圖3係圖2所示之孔佈局造成碟化現象的示意圖；圖4係根據本發明的第一實施例；圖5係根據本發明的第二實施例；圖6係根據本發明的第三實施例；圖7係經本發明改善碟化現象後的示意圖；圖8係根據本發明的第四實施例；以及圖9係根據本發明的第五實施例。

260(470)‧‧‧孔

222(442)‧‧‧縮減的臨界部份

510‧‧‧孔的剖面圖

515‧‧‧絕緣層

520‧‧‧金屬栓塞

522‧‧‧碟化部位

Claims

一種用於降低金屬栓塞碟化的光罩，包括一用來形成一金屬栓塞的孔圖案，該孔圖案具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一縮減的臨界部份在該邊界內，該臨界部份用以減少該金屬栓塞的碟化，其中該孔圖案用以形成具有該縮減的臨界部份的孔。
如請求項1的光罩，其中該外形包括一十字形，該縮減的臨界部份位於該十字形的十字交叉處。
如請求項1的光罩，其中該外形包括一L形，該縮減的臨界部份位於該L形的轉角處。
如請求項1的光罩，其中該孔圖案包括一源極接觸部份與一體塊接觸部份彼此鄰接構成一毗連接觸圖案，該縮減的臨界部份位於該源極接觸部份與體塊接觸部份的交界處。
如請求項1的光罩，其中該縮減的臨界部份沿著該邊界從第一寬度步階式地縮減至第二寬度。
如請求項1的光罩，其中該縮減的臨界部份沿著該邊界從第一寬度線性地縮減至第二寬度。
一種用於降低金屬栓塞碟化的孔佈局，包括：一基板；以及一絕緣層在該基板上，其內具有一供填充金屬的孔，該孔在水平面上具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一縮減的臨界部份在該邊界內，該臨界部份用以減少該金屬栓塞的碟化。
如請求項7的孔佈局，其中該外形包括一十字形，該縮減的臨界部份位於該十字形的十字交叉處。
如請求項7的孔佈局，其中該外形包括一L形，該縮減的臨界部份位於該L形的轉角處。
如請求項7的孔佈局，其中該孔包括一源極接觸部份與一體塊接觸部份彼此鄰接構成一毗連接觸部份，該縮減的臨界部份位於該源極接觸部份與體塊接觸部份的交界處。
如請求項7的孔佈局，其中該縮減的臨界部份沿著該邊界從第一寬度步階式地縮減至第二寬度。
如請求項7的孔佈局，其中該縮減的臨界部份沿著該邊界從第一寬度線性地縮減至第二寬度。
一種用於降低金屬栓塞碟化的方法，包括下列步驟：提供一光罩，其上具有一孔圖案，該孔圖案具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一縮減的臨界部份在該邊界內；以及利用該光罩形成一金屬栓塞的孔在一絕緣層內，其中該孔具有該縮減的臨界部份。
如請求項13的方法，其中該利用該光罩形成一金屬栓塞的孔在一絕緣層內的步驟包括下列步驟：將該孔圖案移轉至該絕緣層；以及根據該絕緣層的孔圖案蝕刻該絕緣層，以形成該孔。
如請求項13的方法，其中該外形包括一十字形，該縮減的臨界部份位於該十字形的十字交叉處。
如請求項13的方法，其中該外形包括一L形，該縮減的臨界部份位於該L形的轉角處。
如請求項13的方法，其中該孔圖案包括一源極接觸部份與一體塊接觸部份彼此鄰接構成一毗連接觸圖案，該縮減的臨界部份位於該源極接觸部份與體塊接觸部份的交界處。
如請求項13的方法，其中該縮減的臨界部份沿著該邊界從第一寬度步階式地縮減至第二寬度。
如請求項13的方法，其中該縮減的臨界部份沿著該邊界從第一寬度線性地縮減至第二寬度。
一種用於降低金屬栓塞碟化的方法，包括下列步驟：提供一光罩，其上具有一孔圖案，該孔圖案具有一由封閉的邊界定義出來的外形及一臨界部份在該邊界內；在將該孔圖案移轉至一絕緣層的過程中，以邏輯運算或光學鄰近校正法縮減該臨界部份；以及根據該絕緣層的孔圖案蝕刻該絕緣層，以形成一金屬栓塞的孔，其中該孔具有該縮減的臨界部份。
如請求項20的方法，其中該外形包括一十字形，該臨界部份位於該十字形的十字交叉處。
如請求項20的方法，其中該外形包括一L形，該臨界部份位於該L形的轉角處。
如請求項20的方法，其中該孔圖案包括一源極接觸部份與一體塊接觸部份彼此鄰接構成一毗連接觸圖案，該臨界部份位於該源極接觸部份與體塊接觸部份的交界處。
如請求項20的方法，其中該縮減的臨界部份在水平面上沿著該孔的邊界從第一寬度步階式地縮減至第二寬度。
如請求項20的方法，其中該縮減的臨界部份在水平面上沿著該孔的邊界從第一寬度線性地縮減至第二寬度。