CN102200686A - 掩膜版版图及其监测化学机械研磨工艺窗口的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种掩膜版版图及其监测化学机械研磨工艺窗口的方法，所述掩膜版版图包括第一层版图和第二层版图，所述第一层版图包括第一组图形和第二组图形，所述第二层版图包括第三组图形和第四组图形，所述第三组图形至少部分覆盖第一组图形，所述第四组图形至少部分覆盖第二组图形，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形均包括多个间隔分布的开口图形，所述开口图形用于形成金属互连线，所述第一组图形的开口图形的分布周期与第二组图形的开口图形的分布周期不相同，本发明可监测化学机械研磨工艺窗口。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种掩膜版版图及其监测化学机械研磨工艺窗口的方法。
背景技术
随着超大规模集成电路的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，平面布线已难以满足半导体器件高密度分布的要求，为了提高集成度，降低制造成本，只能采用多层布线技术，以进一步提高半导体器件的集成密度。目前，普遍采用由金属铜来制作金属互连线的工艺方法，与传统的铝工艺相比，铜工艺的优点在于其电阻率较低，导电性更好，由其制成的金属互连线可以在保持同等甚至更强电流承载能力的情况下做得更小、更密集，此外，其在电迁移、RC延迟、可靠性和寿命等方面也比铝工艺具有更大的优势。
由于对铜的刻蚀非常困难，目前业界普遍利用双镶嵌(Dual Damascene)工艺形成多层互连结构，其预先在层间介质层中形成凹槽，然后用导电材料例如铜填充所述凹槽。而由于多层互连线或填充深度比较大的沉积过程导致了晶片表面过大的起伏，引起光刻工艺聚焦的困难，使得对线宽的控制能力减弱，降低了整个晶片上线宽的一致性。为此，需要对不规则的晶片表面进行平坦化处理。目前，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其是在半导体制作工艺进入亚微米领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。
具体的说，现有的金属互连线制作工艺通常包括如下步骤：首先，在半导体衬底上形成第一介质层，所述半导体衬底中已形成有半导体器件，所述第一介质层可以是二氧化硅或氮化硅；然后，通过光刻工艺，将所需要的第一层金属互连线图形从掩膜版(mask)上转移至第一介质层上，并利用刻蚀工艺形成第一凹槽；接着，在所述第一介质层上以及第一凹槽内形成第一金属层，所述第一金属层的材质优选为铜；之后，利用化学机械研磨工艺对所述第一金属层进行平坦化处理，以形成第一层金属互连线。在实际生产中，根据半导体器件的需要，第一层金属互连线通常包括多组金属互连线，其中每一组金属互连线的宽度和分布周期(宽度和间距之和)不相同，如图1所示，第一组金属互连线10的宽度和分布周期大于第二组金属互连线20的宽度和分布周期。
为了达到理想的平坦化效果，业界通常将化学机械研磨工艺分为三个阶段进行，在所述化学机械研磨工艺的第一阶段，利用较大的研磨速率去除介质层上方的大部分的金属层，形成初步平坦化；在所述化学机械研磨工艺的第二阶段，为了精确控制研磨终点，用较小的研磨速率去除介质层上方的全部金属层；在所述化学机械研磨工艺的第三阶段，则进行一定时间的过研磨(over polish，OP)处理，以确保介质层上方的金属层被完全去除，进一步提高平坦化程度。
但是，在过研磨处理过程中，会对介质层进行一定程度的研磨，由于化学机械研磨过程中所使用研磨液具有选择比，研磨液对铜的研磨速率远大于对介质层的研磨速率，因此，第一组金属互连线10和第二组金属互连线20中均会出现一些碟形凹陷(dishing)。并且，不同宽度和分布周期的金属互连线的研磨速率也不相同，导致不同宽度和分布周期的金属互连线的碟形凹陷程度也不相同，这些碟形凹陷将严重影响半导体衬底表面的平坦化程度，并降低金属互连线的有效厚度，从而导致金属互连线的电阻发生变化。更为严重的是，在形成第一层金属互连线后，还会继续形成多层金属互连线，第一层金属互连线中的碟形凹陷会影响后续形成的金属互连线，进而导致出现铜残留(Cu residue)缺陷，引起金属互连线间短路，从而引起产品的良率下降甚至报废。因此，在每一次的化学机械研磨过程中，必须精确掌握过研磨的时间，当过研磨时间太短时，无法消除蝶形凹陷以及铜残留缺陷，而过研磨时间太长时，则会降低金属互连线的有效厚度，从而导致金属互连线的电学参数发生严重变化。
因此，设计一种可监测化学机械研磨工艺窗口的掩膜版版图，对不同密度的图形所需的过研磨时间的进行全面监测，是十分必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种掩膜版版图及其监测化学机械研磨工艺窗口的方法，本发明可在化学机械研磨工艺时，对不同密度的图形所需的过研磨时间的进行全面监测，避免出现蝶形凹陷或铜残留缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种掩膜版版图，所述掩膜版版图包括第一层版图和第二层版图，所述第一层版图包括第一组图形和第二组图形，所述第二层版图包括第三组图形和第四组图形，所述第三组图形至少部分覆盖第一组图形，所述第四组图形至少部分覆盖第二组图形，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形均包括多个间隔分布的开口图形，所述开口图形用于形成金属互连线，所述第一组图形的开口图形的分布周期与第二组图形的开口图形的分布周期不相同。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述开口图形为纵向条形，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形中的每一组图形内的纵向条形的分布周期相同，所述第一组图形的纵向条形的分布周期与第二组图形的纵向条形的分布周期不相同，所述第三组图形的纵向条形的分布周期与所述第四组图形的纵向条形的分布周期相同。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形还包括至少一个横向条形。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形排列成蛇形结构，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形排列成蛇形结构。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形排列成梳形结构，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形排列成梳形结构。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形的宽度相同，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形的宽度相同。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第一组图形还包括多个第一检测垫图形，所述多个第一检测垫图形与所述第一组图形的横向条形连接，所述第二组图形还包括多个第二检测垫图形，所述多个第二检测垫图形与所述第二组图形的横向条形连接。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形排列成蛇形结构，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形排列成蛇形结构。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形排列成梳形结构，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形排列成梳形结构。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形的宽度相同，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形的宽度相同。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述第三组图形还包括多个第三检测垫图形，所述多个第三检测垫图形与所述第三组图形的横向条形连接，所述第四组图形还包括多个第四检测垫图形，所述多个第四检测垫图形与所述第四组图形的横向条形连接。
可选的，在所述掩膜版版图中，还包括通孔层版图，所述通孔层版图位于所述第一层版图和第二层版图之间。
可选的，在所述掩膜版版图中，所述通孔层版图包括第一组通孔图形和第二组通孔图形，所述第一组通孔图形位于所述第一检测垫图形与第三检测垫图形之间，所述第二组通孔图形位于所述第二检测垫图形与第四检测垫图形之间。
可选的，在所述掩膜版版图中，还包括中间版图，所述中间版图包括第五组图形和第六组图形，所述第五组图形至少部分覆盖第三组图形，所述第六组图形至少部分覆盖第四组图形，所述第五组图形和第六组图形均包括多个间隔分布的开口图形，所述第五组图形的开口图形的分布周期与所述第六组图形的开口图形的分布周期不相同，所述第一组图形的开口图形的分布周期小于所述第二组图形的开口图形的分布周期，所述第五组图形的开口图形的分布周期大于所述第六组图形的开口图形的分布周期。
可选的，在所述掩膜版版图中，还包括顶层版图，所述顶层版图至少部分覆盖所述中间版图，所述顶层版图包括多个间隔分布的开口图形，所述顶层版图的开口图形的宽度在0.07μm至10μm之间。
相应的，本发明还提供一种应用掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法，包括：将第一层版图转移到半导体衬底上的第一介质层中，在第一介质层中形成对应于第一组图形的第一组凹槽和对应于第二组图形的第二组凹槽，在第一组凹槽和第二组凹槽内沉积金属层，并执行第一次化学机械研磨工艺，以在第一介质层中形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，第一组金属互连线的分布周期与第二组金属互连线的分布周期不相同，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口；在第一介质层上形成第二介质层，将第二层版图转移到第二介质层中，在第二介质层中形成第三组凹槽和第四组凹槽，在第三组凹槽和第四组凹槽内沉积金属层，并执行第二次化学机械研磨工艺，以在第二介质层中形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
可选的，在所述的应用掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法中，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：监测第一组金属互连线和第二组金属互连线的形貌，以监测第一次化学机械研磨工艺窗口。
可选的，在所述的应用掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法中，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：测量第一组金属互连线和第二组金属互连线的电学参数，以监测第一次化学机械研磨工艺窗口。
可选的，在所述的应用掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法中，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：监测第三组金属互连线和第四组金属互连线的形貌，以监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
可选的，在所述的应用掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法中，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：测量第三组金属互连线和第四组金属互连线的电学参数，以监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的掩膜版版图包括第一层版图和第二层版图，利用所述第一层版图可形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，所述第一组金属互连线与第二组金属互连线的分布周期不相同，可根据所述第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口；利用所述第二层版图可形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线可监测碟形凹陷的叠加效应的影响，从而监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
附图说明
图1是现有技术的金属互连线的剖面示意图；
图2是本发明第一实施例的掩膜版版图的示意图；
图3是图2中的第一层版图的第一种结构的示意图；
图4是图2中的第一层版图的第二种结构的示意图；
图5是图2中的第一层版图的第三种结构的示意图；
图6是图2中的第二层版图的示意图；
图7是图2中的通孔层版图的示意图；
图8是本发明第二实施例的中间版图的示意图；
图9是本发明第二实施例的顶层版图的示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于，提供一种掩膜版版图及其监测化学机械研磨工艺窗口的方法，所述掩膜版版图包括第一层版图和第二层版图，利用所述第一层版图可形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，所述第一组金属互连线与第二组金属互连线的分布周期不相同，可根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口；利用所述第二层版图可形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线可监测碟形凹陷的叠加效应的影响，从而监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
第一实施例
请参考图2，其为本发明第一实施例的掩膜版版图的示意图，所述掩膜版版图包括第一层版图以及第二层版图，所述第一层版图包括第一组图形110和第二组图形120，所述第二层版图包括第三组图形210和第四组图形220，所述第三组图形210至少部分覆盖第一组图形110，所述第四组图形220至少部分覆盖第二组图形120，第一组图形110、第二组图形120、第三组图形210以及第四组图形220均包括多个间隔分布的开口图形，所述开口图形用于形成金属互连线，所述第一组图形110的开口图形的分布周期与第二组图形120的开口图形的分布周期不相同。利用所述第一层版图可形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，所述第一组金属互连线与第二组金属互连线的分布周期不相同，可根据所述第一组金属互连线和第二组金属互连线，监测第一次化学机械研磨工艺后不同密度的图形的形貌和电学参数，从而监测第一次化学机械研磨工艺窗口，利用所述第二层版图可形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据所述第三组金属互连线和第四组金属互连线，可监测碟形凹陷的叠加效应的影响，从而监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
在本发明第一实施例中，所述开口图形为纵向条形，然而应当认识到，在本发明其它实施例中，所述开口图形也可以为其它形状。其中，第一组图形110、第二组图形120、第三组图形210以及第四组图形220中的每一组图形内的纵向条形的宽度及分布周期相同，第一组图形110的纵向条形的分布周期与第二组图形120的纵向条形的分布周期不相同，第三组图形210的纵向条形的分布周期与第四组图形220的纵向条形的分布周期相同。本发明可在化学机械研磨工艺时，对不同密度的图形所需的过研磨时间的进行全面监测。
具体请参考图3，其为图2中的第一层版图的第一种结构的示意图，如图3所示，第一组图形110包括多个纵向条形111以及多个横向条形112，第一组图形110内的多个纵向条形111的尺寸(长度和宽度A1)、间距B1以及分布周期C1(宽度A1与间距B1之和)是相同的，并且，所述横向条形112的宽度与纵向条形111的宽度相同，第一组图形110的横向条形112与纵向条形111排列成如图3所示的蛇形结构。第二组图形120包括多个纵向条形121以及多个横向条形122，所述第二组图形120内的多个纵向条形121的尺寸(长度和宽度A2)、间距B2以及分布周期C2是相同的，横向条形122的宽度与纵向条形121的宽度相同，第二组图形120的横向条形122与纵向条形121也排列成蛇形结构。
在本发明第一实施例中，第一组图形110与第二组图形120的差别之处在于，第一组图形110的纵向条形111的分布周期C1与第二组图形120的纵向条形121的分布周期C2不相同，也就是说，第一组图形110的纵向条形密度(宽度B 1与分布周期C1的比值)与第二组图形120的纵向条形密度(宽度B2与分布周期C2的比值)不相同。因此，可利用本发明第一实施例的第一层版图，可形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，所述第一组金属互连线与第二组金属互连线的分布周期不相同，通过所述第一组金属互连线与第二组金属互连线可监测在第一次化学机械研磨工艺后，不同密度的图形的碟形凹陷的程度和电学参数，从而监测不同密度的图形在第一次化学机械研磨工艺时所需的过研磨时间，进而避免在正式的半导体器件生产时，由于化学机械研磨过程中出现金属互连线的蝶形凹陷，而影响半导体器件的电学参数和半导体器件表面的平坦化程度。
在本发明第一实施例中，第一组图形110还包括多个第一检测垫图形113，第一检测垫图形113通过第一连接线条114与横向条形112连接；所述第二组图形120还包括多个第二检测垫图形123，第二检测垫图形123通过第二连接线条124与横向条形122连接，第一检测垫图形113与第二检测垫图形123均用于形成检测垫，所述检测垫与第一组金属互连线和第二组金属互连线电连接，在第一次化学机械研磨工艺后可利用所述检测垫进行电性测试，以获取第一组金属互连线和第二组金属互连线的电学参数。优选的，第一检测垫图形113与第二检测垫图形123为正方形。
需要说明的是，尽管在图2所示的掩膜版版图中，第一组图形110的横向条形112与纵向条形111排列成如图3所示的蛇形结构，然而应当认识到，第一组图形110的横向条形112与纵向条形111也可以排列成如图4所示的梳形结构，同样，第二组图形120的横向条形122与纵向条形121也可以排列成如图4所示的梳形结构。
进一步的，所述第一组图形110的横向条形112与纵向条形111也可以排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构，例如，可以排列成如图5所示的一个蛇形结构和一个梳形结构；同样，第二组图形120的横向条形122与纵向条形121也可以排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构，例如，可以排列成如图5所示的一个蛇形结构和一个梳形结构。
请继续参考图6，其为图2中的第二层版图的示意图，如图6所示，第三组图形210包括多个纵向条形211以及多个横向条形212，第三组图形210内的多个纵向条形211之间的尺寸(长度和宽度A3)、间距B3以及分布周期C3是相同的，且横向条形212的宽度与纵向条形211的宽度相同。第四组图形220同样包括多个纵向条形221以及多个横向条形222。第三组图形210的纵向条形的尺寸及分布周期与第四组图形220的纵向条形的尺寸及分布周期相同。利用所述第二层版图可形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据所述第三组金属互连线和第四组金属互连线，可监测碟形凹陷的叠加效应的影响，从而监测第二次化学机械研磨工艺窗口，确定不同密度的图形在第二次化学机械研磨工艺时所需的过研磨时间，避免出现铜残留缺陷，本发明可确保在化学机械研磨工艺时，对不同密度的图形所需的过研磨时间的进行全面的监测。
在本发明第一实施例中，第三组图形210的横向条形212与纵向条形211排列成蛇形结构，第四组图形220的横向条形222与纵向条形221排列成蛇形结构。然而应当认识到，横向条形212与纵向条形211也可以排列成其它形状，例如，梳形结构；同样，横向条形222与纵向条形221也可以排列成其它形状。
在本发明第一实施例中，第三组图形210还包括多个第三检测垫图形213，第三检测垫图形213通过第三连接线条214与横向条形212连接；第四组图形220还包括多个第四检测垫图形223，第四检测垫图形223通过第四连接线条224与横向条形222连接。第三检测垫图形213与第四检测垫图形223均用于形成检测垫，第三检测垫图形213与第四检测垫图形223为正方形。
进一步的，本发明第一实施例的掩膜版版图还包括通孔层版图，具体请参考图7，所述通孔层版图设置于第一层版图与第二层版图之间，所述通孔层版图包括第一组通孔图形和第二组通孔图形，第一组通孔图形位于第一检测垫图形113与第三检测垫图形213之间，第二组通孔图形位于第二检测垫图形123与第四检测垫图形223之间。所述通孔层版图用于形成接触插塞，所述接触插塞可用于电连接第一层版图形成的金属互连线和第二层版图形成的金属互连线。
在本发明第一实施例中，第一组通孔图形包括两个第一通孔301，第二组通孔图形包括两个第二通孔302，第一通孔301的形状与第一检测垫图形113和第三检测垫图形213匹配，第二通孔302的形状与第二检测垫图形123和第四检测垫图形223匹配。优选的，第一通孔301和第二通孔302均为正方形。
相应的，本发明第一实施例还提供一种应用掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法，该方法包括如下步骤：
首先，将第一层版图转移到半导体衬底上的第一介质层中，在第一介质层中形成对应于第一组图形的第一组凹槽和对应于第二组图形的第二组凹槽，在第一组凹槽和第二组凹槽内沉积金属层，并执行第一次化学机械研磨工艺，以在第一介质层中形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，第一组金属互连线的分布周期与第二组金属互连线的分布周期不相同，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口；
接着，在第一介质层上形成第二介质层，并将第二层版图转移到第二介质层中，在第二介质层中形成第三组凹槽和第四组凹槽，在第三组凹槽和第四组凹槽内沉积金属层，并执行第二次化学机械研磨工艺，以在第二介质层中形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
下面将结合具体实施例对应用所述掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法进行详细的描述。
首先，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层，然后在所述第一介质层上形成第一光阻层，并通过曝光显影等工艺将所述第一层版图转移到第一光阻层上，然后利用刻蚀工艺刻蚀未被第一光阻层覆盖的第一介质层，从而在第一介质层中形成第一组凹槽和第二组凹槽，所述第一组凹槽与第一组图形相对应，所述第二组凹槽与第二组图形相对应，接着在第一介质层上、第一组凹槽和第二组凹槽内沉积金属层，形成金属层后需执行第一次化学机械研磨工艺，以在第一介质层中形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，第一组金属互连线的分布周期与第二组金属互连线的分布周期不相同。
所述第一次化学机械研磨工艺通常包括三个阶段，在第一次化学机械研磨工艺的过研磨处理过程中，会对第一介质层进行一定程度的研磨，由于化学机械研磨过程中所使用研磨液具有选择比，因此，第一组金属互连线和第一组金属互连线中均会出现一些碟形凹陷，本发明可通过监测第一组金属互连线和第二组金属互连线的形貌，即监测第一组金属互连线和第二组金属互连线中的碟形凹陷的程度，来监测第一次化学机械研磨工艺窗口，从而确定不同密度的图形在第一次化学机械研磨工艺时所需的过研磨时间，当然，也可通过测量第一组金属互连线和第二组金属互连线的电学参数(例如电阻)，来判断第一次化学机械研磨工艺的过研磨时间是否合理，本发明可为工艺研发提供准确的数据，进而避免在正式的半导体器件生产时，由于化学机械研磨过程中出现金属互连线的蝶形凹陷，而影响半导体器件的电学参数和半导体器件表面的平坦化程度。
接着，在所述第一介质层上形成第二介质层，然后在所述第二介质层上形成第二光阻层，并通过曝光显影等工艺将第二层版图转移到第二介质层中，然后利用刻蚀工艺在第二介质层中形成第三组凹槽和第四组凹槽，所述第三组凹槽与第三组图形相对应，所述第四组凹槽与第四组图形相对应，之后在第三组凹槽和第四组凹槽内沉积金属层，并执行第二次化学机械研磨工艺，以在第二介质层中形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，由于所述第三组图形至少部分覆盖第一组图形，所述第四组图形至少部分覆盖第二组图形，因此，所述第三组金属互连线位于第一组金属互连线的上方并与第一组金属互连线电连接，所述第四组金属互连线位于第二组金属互连线的上方并与第二组金属互连线电连接。
由于所述第一组金属互连线和第一组金属互连线中出现了一些碟形凹陷，其会影响随后形成的第三组金属互连线和第四组金属互连线，本发明可通过监测第三组金属互连线和第四组金属互连线的形貌，即监测第三组金属互连线和第四组金属互连线中的碟形凹陷的程度，来监测第一次化学机械研磨工艺形成的碟形凹陷对第二次化学机械研磨工艺的影响，即监测碟形凹陷的叠加效应的影响，从而监测第二次化学机械研磨工艺窗口，确定第二次化学机械研磨工艺时所需的过研磨时间，当然，也可通过测量第三组金属互连线和第四组金属互连线的电学参数，来判断第二次化学机械研磨工艺的过研磨时间是否合理，本发明可确保在化学机械研磨工艺时，对不同密度的图形所需的过研磨时间的进行全面的监测。
第二实施例
与本发明第一实施例不同的是，本发明第二实施例提供的掩膜版版图还包括中间版图，所述中间版图用于形成中间层金属互连线，如图8所示，所述中间版图包括第五组图形410和第六组图形420，第五组图形410至少部分覆盖第三组图形210，第六组图形420至少部分覆盖第四组图形220，第五组图形410和第六组图形420均包括多个间隔分布的开口图形，第五组图形410的开口图形411的分布周期与第六组图形420的开口图形421的分布周期不相同，所述开口图形可以为纵向条形。
优选的，当第一组图形110的开口图形111的分布周期小于第二组图形120的开口图形121的分布周期时，第五组图形410的开口图形411的分布周期大于第六组图形420的开口图形421的分布周期，以监测由密度较小的图形形成的金属互连线叠加在密度较大的图形形成的金属互连线上时，化学机械研磨工艺所需的过研磨时间，同理，还可监测密度较大的图形形成的金属互连线叠加在密度较小的图形形成的金属互连线时，化学机械研磨工艺所需的过研磨时间，以进一步监测碟形凹陷的叠加效应，实现对化学机械研磨后不同密度的图形的全面监测，为工艺研发提供更精确的数据。
本发明第二实施例提供的掩膜版版图还包括顶层版图，所述顶层版图至少部分覆盖中间版图，所述顶层版图可用于进一步监测碟形凹陷的叠加效应。如图9所示，所述顶层版图包括多个间隔分布的开口图形501，所述开口图形501的宽度可设置在0.07μm至10μm之间，所述开口图形501为纵向条形，所述开口图形501用于形成顶层金属互连线。优选的，当制程节点选为90nm时，所述开口图形501的宽度则为0.25μm，以验证开口图形宽度非常小的情况下化学机械研磨工艺窗口，从而验证化学机械研磨工艺的制程能力水平。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (24)
1.一种掩膜版版图，包括第一层版图和第二层版图，所述第一层版图包括第一组图形和第二组图形，所述第二层版图包括第三组图形和第四组图形，所述第三组图形至少部分覆盖第一组图形，所述第四组图形至少部分覆盖第二组图形，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形均包括多个间隔分布的开口图形，所述开口图形用于形成金属互连线，所述第一组图形的开口图形的分布周期与第二组图形的开口图形的分布周期不相同。
2.如权利要求1所述的掩膜版版图，其特征在于，所述开口图形为纵向条形，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形中的每一组图形内的纵向条形的分布周期相同，所述第一组图形的纵向条形的分布周期与第二组图形的纵向条形的分布周期不相同，所述第三组图形的纵向条形的分布周期与所述第四组图形的纵向条形的分布周期相同。
3.如权利要求2所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形、第二组图形、第三组图形和第四组图形还包括至少一个横向条形。
4.如权利要求3所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形排列成蛇形结构，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形排列成蛇形结构。
5.如权利要求3所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形排列成梳形结构，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形排列成梳形结构。
6.如权利要求3所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构。
7.如权利要求4至6中任意一项所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形的横向条形与所述第一组图形的纵向条形的宽度相同，所述第二组图形的横向条形与所述第二组图形的纵向条形的宽度相同。
8.如权利要求6所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形还包括多个第一检测垫图形，所述多个第一检测垫图形与所述第一组图形的横向条形连接，所述第二组图形还包括多个第二检测垫图形，所述多个第二检测垫图形与所述第二组图形的横向条形连接。
9.如权利要求3所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形排列成蛇形结构，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形排列成蛇形结构。
10.如权利要求3所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形排列成梳形结构，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形排列成梳形结构。
11.如权利要求3所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形排列成至少一个蛇形结构和至少一个梳形结构。
12.如权利要求9至11中任意一项所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第三组图形的横向条形与所述第三组图形的纵向条形的宽度相同，所述第四组图形的横向条形与所述第四组图形的纵向条形的宽度相同。
13.如权利要求12所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第三组图形还包括多个第三检测垫图形，所述多个第三检测垫图形与所述第三组图形的横向条形连接，所述第四组图形还包括多个第四检测垫图形，所述多个第四检测垫图形与所述第四组图形的横向条形连接。
14.如权利要求13所述的掩膜版版图，其特征在于，还包括通孔层版图，所述通孔层版图位于所述第一层版图和第二层版图之间。
15.如权利要求14所述的掩膜版版图，其特征在于，所述通孔层版图包括第一组通孔图形和第二组通孔图形，所述第一组通孔图形位于所述第一检测垫图形与第三检测垫图形之间，所述第二组通孔图形位于所述第二检测垫图形与第四检测垫图形之间。
16.如权利要求1所述的掩膜版版图，其特征在于，还包括中间版图，所述中间版图包括第五组图形和第六组图形，所述第五组图形至少部分覆盖第三组图形，所述第六组图形至少部分覆盖第四组图形，所述第五组图形和第六组图形均包括多个间隔分布的开口图形，所述第五组图形的开口图形的分布周期与所述第六组图形的开口图形的分布周期不相同。
17.如权利要求16所述的掩膜版版图，其特征在于，所述第一组图形的开口图形的分布周期小于所述第二组图形的开口图形的分布周期，所述第五组图形的开口图形的分布周期大于所述第六组图形的开口图形的分布周期。
18.如权利要求16所述的掩膜版版图，其特征在于，还包括顶层版图，所述顶层版图至少部分覆盖所述中间版图，所述顶层版图包括多个间隔分布的开口图形。
19.如权利要求18所述的掩膜版版图，其特征在于，所述顶层版图的开口图形的宽度在0.07μm至10μm之间。
20.一种应用权利要求1所述的掩膜版版图监测化学机械研磨工艺窗口的方法，包括：
将第一层版图转移到半导体衬底上的第一介质层中，在第一介质层中形成对应于第一组图形的第一组凹槽和对应于第二组图形的第二组凹槽，在第一组凹槽和第二组凹槽内沉积金属层，并执行第一次化学机械研磨工艺，以在第一介质层中形成第一组金属互连线和第二组金属互连线，第一组金属互连线的分布周期与第二组金属互连线的分布周期不相同，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口；
在第一介质层上形成第二介质层，将第二层版图转移到第二介质层中，在第二介质层中形成第三组凹槽和第四组凹槽，在第三组凹槽和第四组凹槽内沉积金属层，并执行第二次化学机械研磨工艺，以在第二介质层中形成第三组金属互连线和第四组金属互连线，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：监测第一组金属互连线和第二组金属互连线的形貌，以监测第一次化学机械研磨工艺窗口。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，根据第一组金属互连线和第二组金属互连线监测第一次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：测量第一组金属互连线和第二组金属互连线的电学参数，以监测第一次化学机械研磨工艺窗口。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：监测第三组金属互连线和第四组金属互连线的形貌，以监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，根据第三组金属互连线和第四组金属互连线监测第二次化学机械研磨工艺窗口的步骤为：测量第三组金属互连线和第四组金属互连线的电学参数，以监测第二次化学机械研磨工艺窗口。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130620 Address after: 100176 No. 18 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone Applicant after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Applicant after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Address before: 201203 No. 18 Zhangjiang Road, Shanghai Applicant before: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110928 |