CN111505899A - 光掩模的光学邻近校正方法、制造方法和半导体器件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光掩模的光学邻近校正方法，包括以下步骤：获得所述光掩模的设计图形，所述设计图形具有单元格阵列；根据所述单元格阵列中各个单元格的设计特征，将所述各个单元格进行分类；对每类单元格的至少一个代表性单元格进行光学邻近校正；以及将每类单元格的所述代表性单元格的校正结果应用到每类单元格的其他单元格。

Description

光掩模的光学邻近校正方法、制造方法和半导体器件的制作 方法

技术领域

本发明主要涉及半导体设计与制造领域，尤其涉及一种光掩模的光学邻近校正。

背景技术

随着半导体制造工艺的不断发展，逻辑器件节点上的特征尺寸已接近或小于光刻工艺中所使用的波长。根据光的衍射和干涉原理，光波通过掩模时将发生衍射，掩模版不同位置透过的光还会发生干涉。因此，实际投射到硅片上的光强分布是这些经过衍射与干涉的光波叠加的结果，其与掩模图案并不完全相同。

光学邻近校正(Optical Proximity Correction，OPC)是纳米级晶圆制造过程中的核心技术，随着逻辑器件节点的不断缩小，OPC的发展也越来越复杂，需要更多的循环迭代运算和多次修正，且需要不断地检查和校对。

随着光刻技术的不断发展，光刻线条的尺寸越来越窄，当曝光线条的特征尺寸接近曝光系统的理论分辨极限时，空间像将产生明显的畸变，即发生光学邻近效应(OpticalProximity Effect，OPE)，导致光刻图形质量严重下降。同时,不仅光学成像过程衍射造成图形的邻近畸变会对光刻造成影响，对光刻胶的曝光、显影、刻蚀等加工过程对光刻质量的影响也无法忽视。故光学邻近校正是通过掩模图形优化等光学手段减少整个光刻过程图形畸变的一种方法，即通过光学波前加工手段最终达到提高集成电路的光刻制作质量的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供为三维存储器的存储阵列区域的光掩模图案设计进行快速光学邻近校正(OPC)，并保证图案设计的关键尺寸一致性(Critical Dimensionconsistency，CD consistency)的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光掩模的光学邻近校正方法，包括以下步骤：获得所述光掩模的设计图形，所述设计图形具有单元格阵列；根据所述单元格阵列中各个单元格的设计特征，将所述各个单元格进行分类；对每类单元格的至少一个代表性单元格进行光学邻近校正；以及将每类单元格的所述代表性单元格的校正结果应用到每类单元格中的其他单元格。

在本发明的一实施例中，所述各个单元格的设计特征包括：单元格的尺寸、邻近单元格的数量和邻近单元格的位置。

在本发明的一实施例中，所述单元格阵列中各个单元格的尺寸相同。

在本发明的一实施例中，还包括使用光学直径检查每个单元格的尺寸。

在本发明的一实施例中，所述单元格为边数大于3的多边形。

在本发明的一实施例中，根据所述单元格阵列中各个单元格的设计特征，将所述各个单元格分为多类单元格之后还包括：在所述设计图形中增加曝光辅助图形。

在本发明的一实施例中，在将每类单元格的所述代表性单元格的校正结果应用到每类单元格的其他单元格之后还包括：验证所述光学邻近校正的结果；以及进行掩模规则检查。

在本发明的一实施例中，所述光掩模用于制造半导体存储器。

本发明还提供一种光掩模的制造方法，使用根据前述任一项所述的方法对所述光掩模上的掩模图形进行光学邻近校正。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，其特征在于，使用根据前述任一项所述的方法对所述光掩模上的掩模图形进行光学邻近校正。

本发明还提供一种计算机，包括存储器和处理器；所述存储器存储有一计算机程序；所述计算机程序被所述处理器调用时执行上述权利要求1至9任一项所述的方法。

本发明还提供一种计算机存储介质，存储有一计算机程序；所述计算机程序被处理器调用时执行前述任一项所述的方法。

与现有技术相比，本发明可实现对三维存储器的存储阵列区域的光掩模图案设计进行快速光学邻近校正(OPC)，并保证图案设计的关键尺寸一致性(CD consistency)。

附图说明

图1是本发明一实施例的光掩模的光学邻近校正方法的示例性流程图。

图2A是本发明一实施例的光掩模的光学邻近校正方法中单元格的分类的示意图。

图2B是本发明一实施例的光掩模的光学邻近校正方法中单元格的分类的示意图。

图3A是本发明一实施例的光掩模的光学邻近校正方法中单元格的光学直径检查分类的示意图。

图3B是本发明一实施例的光掩模的光学邻近校正方法中单元格的光学直径检查分类的示意图。

图4是本发明一实施例的光掩模的光学邻近校正方法的示例性流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本发明的实施例描述光掩模的光学邻近校正方法、光掩模的制造方法和半导体器件制造方法等。

在三维存储器，例如3D NAND闪存，其存储阵列区域，因存储阵列的高密度分布特性，在进行相应的光掩模设计时，会出现大量的可重复的图案设计，因此对于存储阵列区域而言，随着图案密度的提高，对图案设计进行光学邻近校正(OPC)所需的时间也不断增加，因此对掩模设计进行验证和检查也将变得极为耗时。同时，由于光掩模图案设计的光学邻近校正过程的固有特性，对于同样的图案的修正，即使在相同的光学直径(OpticalDiameter)条件下，仍会产生修正量的偏差。一些情形中，修正路的偏差即使很小，例如±0.1nm，±0.2nm，……，等情形，但由于半导体器件的制造过程的环节复杂而精密，故仍希望在光掩模的设计制造环节中尽量减小误差的出现，以利于产品最终的质量控制。

如图1所示，本发明的光掩模的光学邻近校正方法，包括步骤101获得光掩模的设计图形，设计图形具有单元格阵列；步骤102根据单元格阵列中各个单元格的设计特征，将各个单元格分为多类单元格；步骤103对每类单元格的至少一个代表性单元格进行光学邻近校正；和步骤104将每类单元格的代表性单元格的校正结果应用到每类单元格中的其他单元格。

在一非限制性实施例中，步骤101中获取的光掩模的设计图形光掩模的设计图形，为刻蚀三维存储器的核心区的存储阵列的沟道孔(channel hole)所对应的掩模图案，例如矩形孔掩模图案，圆形孔掩模图案，椭圆形孔掩模图案等。在其他实施例中，光掩模的设计图形为刻蚀三维存储器的核心区的存储阵列阵列共源极(Array Common Source)的沟槽(trench)对应的线条状掩模图案；或字线连接区的字线(word line)、位线(bit line)等对应的掩模图案；或与外围电路连接的接触部等对应的掩模图案等。

在一些实施例中，设计图形具有单元格阵列。单元格阵列的形式例如为多边形，其边数大于3。例如为四边形，五边形，六边形等。四边形例如为正方形、长方形(或称矩形)、菱形、平行四边形等格式。

为表征设计图形中的单元格，其可具有一些设计特征。在一非限制性实施例中，各个单元格的设计特征包括单元格的尺寸、邻近单元格的数量和邻近单元格的位置等特征。在一些实施例中，单元格阵列中各个单元格的尺寸可相同，也可以不同。例如，构成不同单元格的多边形的边数，边长等数值可以相同，也可以不同。

在步骤102，根据单元格阵列中各个单元格的设计特征，将各个单元格进行分类。

为便于理解，以图2A的示意图为例，讨论单元格的设计特征和分类关系。需要说明的是，实际的单元格分布比图2A的示意图更为复杂，以图2A的示意图为例仅为便于讨论和理解。

如图2A所例示的单元格分布形式中，各个单元格可归为若干种类，包括：位于设计图形的角落的第一类单元格、位于设计图形的短边的第二类单元格、位于设计图形的长边的第三类单元格以及位于设计图形的内部的第四类单元格。这里的短边和长边根据设计图形的参数来确定，亦可根据设计图形划分的小单元格的长度与宽度的参数确定。例如，当光掩模的设计图案的外轮廓为矩形时，其长边和短边的确定可根据矩形的长度(length)和宽度(width)的数值直接确定，也可根据矩形划分成的小单元格，例如小矩形的长度和宽度的数值来确定。当光掩模的设计图形为椭圆形时，则可根据长轴和短轴的数值来确定，也可根据设计图形划分成的小单元格的参数数值来确定；当光掩模的设计图形为正方形时，因从设计的图形的整体而言，其长度和宽度相等，则亦可根据设计图形划分成的小单元格的参数数值来确定；当光掩模的设计图形为圆形时，也可根据设计图形划分成的小单元格的参数数值来确定。

在一些实施例中，分类标准的确定，可根据设计图形划分成的小单元格的设计特征来划分，例如单元格的尺寸、邻近单元格的数量和邻近单元格的位置等。

具体可参考图2B的例示，当光掩模的设计图形为矩形，单元格阵列中的每一个单元格也为小矩形时，从单元格的尺寸、邻近单元格的数量和邻近单元格的位置等因素来将单元格阵列中的小单元格进行分类。据此，设计图形的第一类单元格可确定为设计图形的角落处的小单元格。从直观的分类标准的角度而言，与角落处的小单元格的长边相邻的单元格有一个，与其短边相近的单元格有一个，则其可划分为第一类单元格。实际上，按此分类标准，设计图形的四个角落处的小单元格，都属于第一类小单元格。位于设计图形的短边的小单元格，与其长边相邻的单元格有两个，与其短边相邻的单元格有一个，则其可确定为第二类单元格。位于设计图形的长边的小单元格，与其短边相邻的单元格有两个，与其长边相邻的单元格有一个，则其可确定为第三类单元格。接下来，在矩形设计图形的情形中，除了设计图形中沿图形的角落和边缘分布的单元格外，设计图形内部的小单元格，对其中的每一个小单元格而言，与其长边相邻的小单元格有两个，与其短边相邻的小单元格有两个，因此其可归类为第四类单元格。

在一些实施例中，当光掩模的设计图形为矩形，单元格阵列中的每一个单元格为例如平行四边形，菱形，五边形，六边形时，单元格的划分和分类，也可按照类似的规则进行。此时，在设计图形的角落或边缘处，其可能出现新的种类、但数量并不多的单元格。例如，按平行四边形划分形成单元格阵列时，在角落处可能形成五边形的小单元格。此时，五边形的小单元格将作为新的单元格种类，若其它角落的单元格的样式与其并不相同，例如虽然也为五边形，但尺寸大小因划分的具体情况产生差异，则其它角落的单元格将另分为新的一类。

在一些实施例中，当光掩模的设计图形的外轮廓为圆形、椭圆形时，单元格阵列的划分亦可根据实际选择为例如长方形(矩形)、正方形、平行四边形，菱形，五边形，六边形等多种形式的边数大于3的多边形。此时，在设计图形的边缘处，因圆形、椭圆形设计图形的外轮廓为弧线形，并非直线形，故单元格阵列在这些区域也将形成一些新的种类的多边形。设计图形外轮廓处的实际边界将根据单元格阵列的划分精度来确定。划分的单元格越密，其实际的外轮廓就越接近原设计的弧形轮廓。实际的划分精度需要根据实际可达到的工艺精度、设计与制造成本等多种因素综合考虑确定。

在一非限制性实施例中，本申请的光掩模的光学邻近校正方法，在将各个单元格分为多类单元格的步骤中还包括用光学直径(Optical Diameter)检查每个单元格的设计特征，并根据检查得到的特征结果进行分类。光学直径的量值例如可为1-2μm。光学直径越大，每个单元格周围可划成影响因素的单元格就越多，分类标准所需涉及的单元格范围就越大。因此，光学直径的确定需根据实际工艺的可实现精度和设计与制造的时间和成本综合确定。

如图3A的光掩模示意图301所例示，图3A为与实际的光掩模设计过程更为接近的情形的示意图。如图3A所示，图中的各个单元格例如为三维存储器的沟道孔对应的掩模图案。在光学邻近校正的过程中，首先以光学直径的尺寸检查每个单元格的设计特征，具体包括单元格的尺寸、邻近单元格的数量和邻近单元格的位置等特征。以图3A中的一部分单元格为例(虚线框302中的部分单元格)，在进行光学邻近校正时，首先用光学直径检查单元格的设计特征。以图3A中所示的小单元格“1”为例，在通过光学直径检查该小单元格的特征时，将记录和分析小单元格“1”的尺寸，在光学直径D1范围内的小单元格周围的单元格分布，包括单元格的数量和单元格的位置。以小单元格“1”为例，其在光学直径D1的检查范围内，周围分布有5个小单元格，其中左右各分布一个，下方分布两个，上方也有一个小单元格的部分位于光学直径检查的范围内。参考图3A中标示的小单元格“2”的情形，在光学直径D2检查的范围内，其周围分布有6个小单元格，在小单元格“2”的左右各分布一个，上方分布有两个小单元格，下方分布有两个小单元格。因此，小单元格“1”相比，小单元格“2”属于不同种类的单元格，其光学邻近校正需经历不同的校正过程。类似的，图3A中标示的小单元格“3”，虽然其在光学直径D3检查的范围内，周围分布有6个小单元格，但其尺寸可能与小单元格“2”存在差异。同时，周围6个小单元格的分布也与小单元格“2”存在不同，故其亦属于不同种类的单元格，对其进行光学邻近校正亦需经过不同过程。与此类似，图3A中标示的小单元格“4”经过光学直径D4检查，也归为另一类单元格。

针对图3A的虚线框302中的单元格，在检查完4个单元格后，经继续对其它单元格进行光学直径检查，最终的检查结果可如图3B所例示。三维存储器，例如3D NAND闪存的光掩模设计中包括大量可重复的掩模图案。因此，图3A的虚线框302中同一行的单元格，经过光学直径检查，其最终归为同一类单元格。因而图3A的虚线框302中的单元格最终可分为4类。本申请的图3A和图3B仅为实例，实际情形中，同一横行相邻的单元格并非一定属于同一类单元格，其也可因设计特征的不同，而归为新的一类单元格。同时需要说明的是，在位于比虚线框302更大的范围内，进行光学直径检查，最终的分类结果也可相应不同，例如可形成5类，6类，7类不同单元格等情形。在更为复杂的情形中，单元格的种类也可为几十类或上百类。

在步骤103，对每类单元格的至少一个代表性单元格进行光学邻近校正。图3B中，例如选择虚线框302的最左侧的小单元格“1”、小单元格“2”、小单元格“3”和小单元格“4”分别作为每类单元格的一个代表性单元格进行光学邻近校正。代表性单元格的选取无特殊限定，在对各个单元格分类完成后，选取每一类单元格中的一个作为代表性单元格，以进行后续流程。因每一类单元格按分类标准已划为同一类，故代表性单元格的选取无更多限定，其可视为在同一类单元格选取的样本。在实际的光掩模设计验证过程中，为便于流程的进行，亦可设定一些简单的识别规则来选取同一类单元格中的一个单元格作为代表性单元格。例如单元格的编号或坐标，或单元格离掩模边缘的距离等。

在步骤104，将每类单元格的代表性单元格的光学邻近校正结果，应用到每类单元格的其他单元格中。例如，在图3B中，在对虚线框302中最左侧的小单元格“1”、小单元格“2”、小单元格“3”和小单元格“4”分别进行光学邻近校正后，将光学邻近校正的结果应用到经过光学直径检查，分别与小单元格“1”、小单元格“2”、小单元格“3”和小单元格“4”属于同一种类的小单元格中。

在一非限制性实施例中，本发明的光掩模的光学邻近校正方法，在根据单元格阵列中各个单元格的设计特征，将各个单元格分为多类单元格之后还包括：在设计图形中增加曝光辅助图形(Sub-Resolution Assistant Feature，SRAF)。这些曝光辅助图形在曝光工艺时，实现阻挡和散射光的作用，以提高光刻图形的聚焦深度扩大光刻工艺窗口，但不会在晶圆上形成图形。

曝光辅助图形的亚分辨辅助线条包括各种衬线和散射条。这些衬线和散射条的宽度及其与主特征图形的距离较为重要，需要根据具体情况进行优化，以通过散射条影响位相频谱的变化，实现对空间像的轮廓调节。这些散射条或衬线通过改善图形频谱中各种频率成分的能量和位相分布，有效地调整空间像的光强分布，而不会在光刻胶上形成图形，能起到改善线宽偏差，强化边角轮廓和增加曝光焦深的作用。

如图4所示，在一非限制性实施例中，本发明的光掩模的光学邻近校正方法，除了包括步骤401-404外，在步骤404的将每类单元格的代表性单元格的校正结果应用到每类单元格的其他单元格之后还包括步骤405，验证光学邻近校正的结果(OPC Verify，OPC验证)和步骤406，进行掩模规则检查(Mask Rule Check，MRC)。

步骤405的OPC验证是通过对掩模板图形(即OPC修正后的图形)进行全局模拟并检查模拟结果是否符合标准，以判断OPC修正结果是否达到要求。

步骤406的掩模规则检查是确认掩模中的图形适合掩模版制备工艺的步骤，例如对图形的最小线宽、线间距、亚分辨率曝光辅助图形的线宽和间距的最小值、图形拐角之间的间距、曝光辅助图形与主图形之间的分布距离、曝光辅助图形的最小面积等项目进行检查。

OPC验证和掩模规则检查可以对所有的代表性单元格进行，也可以对所有单元格进行，取决于光掩模设计时对设计时间和图形的准确度的选择和平衡。

OPC验证和掩模规则检查可通过软件实现，例如Mentor Graphic公司的CalibrenmOPC验证平台。

本发明的光掩模的光学邻近校正方法，通过提出新的三维存储器的光掩模的光学邻近校正过程的进行流程，实现对三维存储器的存储阵列区域的光掩模图案设计进行快速光学邻近校正(OPC)，大幅减少高密度三维存储器的光掩模设计中光学邻近校正所需的时间，在图案分布密度较大的布线层或沟道孔层，其光学邻近校正的时间可大幅缩短至原所需时间的1/7-1/29。与此同时，本发明的光掩模的光学邻近校正方法，还可保证图案设计的关键尺寸一致性，避免了在此环节中就形成误差累积，从而有利于产品整体的质量控制。

需要说明的是，本发明的光掩模的光学邻近校正方法，在进行光掩模图案的单元格分类时，因需经过光学直径检查，故最终形成的单元格的种类和对所有单元格进行光学直径检查所需的时间是需要综合考虑的因素。故本发明的光掩模的光学邻近校正方法，最终形成的单元格的种类，带来的时间较少，需与光学直径检查的时间作综合考虑，应用场景是否合适，以达到本发明的技术方案大幅缩短光掩模设计中光学邻近校正所需时间，并保证图案设计的关键尺寸一致性的技术效果。

本发明还提供一种的光掩模的制造方法，该制造方法可用前述的方法对光掩模上的掩模图形进行光学邻近校正。通过此制造方法形成的光掩模，可实现提高掩模图形尺寸的一致性(mask-out layer consistency)。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，该制造方法使用前述所述的方法对制作半导体器件所用的光掩模上的掩模图形进行光学邻近校正。例如，可用于制造半导体存储器，具体如三维半导体存储器，3D NAND Flash存储器等半导体器件。

本发明的光掩模的光学邻近校正方法，减少了光掩模设计过程中光学邻近校正(OPC)所需时间，提高了光掩模从设计到交付生产(Tape-Out)的效率。

本发明还提供一种计算机，包括存储器和处理器。存储器存储有一计算机程序；计算机程序被处理器调用时执行前述的方法。存储器可为计算器可读存储介质，计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD))、智能卡和闪存设备(例如，电可擦除可编程只读存储器(EPROM)、卡、棒、键驱动)。此外，本文描述的各种存储介质能代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。

本发明还提供了一种计算机存储介质，存储有一计算机程序；计算机程序被处理器调用时执行前述的方法。例如，前述的光掩模的光学邻近校正方法、光掩模的制造方法和半导体器件的制造方法的过程可以实施为计算机程序，保存在硬盘中，并可在处理器中执行，以实施本申请的方法。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种光掩模的光学邻近校正方法，包括以下步骤：

获得所述光掩模的设计图形，所述设计图形具有单元格阵列；

根据所述单元格阵列中各个单元格的设计特征，将所述各个单元格进行分类；

对每类单元格的至少一个代表性单元格进行光学邻近校正；以及

将每类单元格的所述代表性单元格的校正结果应用到每类单元格的其他单元格。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各个单元格的设计特征包括：单元格的尺寸、邻近单元格的数量和邻近单元格的位置。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述单元格阵列中各个单元格的尺寸相同。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述各个单元格分为多类单元格的步骤包括：

使用光学直径检查各个单元格的设计特征，并根据检查结果进行分类。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单元格为边数大于3的多边形。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述单元格阵列中各个单元格的设计特征，将所述各个单元格分为多类单元格之后还包括：

在所述设计图形中增加曝光辅助图形。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将每类单元格的所述代表性单元格的校正结果应用到每类单元格的其他单元格之后还包括：

验证所述光学邻近校正的结果；以及

进行掩模规则检查。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光掩模用于制造半导体存储器。

9.一种光掩模的制造方法，其特征在于，使用根据权利要求1至8任一项所述的方法对所述光掩模上的掩模图形进行光学邻近校正。

10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，使用根据权利要求1至9任一项所述的方法对所述光掩模上的掩模图形进行光学邻近校正。

11.一种计算机，包括存储器和处理器；所述存储器存储有一计算机程序；所述计算机程序被所述处理器调用时执行上述权利要求1至8任一项所述的方法。

12.一种计算机存储介质，存储有一计算机程序；所述计算机程序被处理器调用时执行上述权利要求1至8任一项所述的方法。

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