TW200408905A - Patterning semiconductor layers using phase shifting and assist features - Google Patents

Description

200408905 玖、發明說明： [發明所屬之技術領域] 本發明係關於使用相位移及辅助特徵以圖型化半導體 層。 [先前技術] 現代的微電子裝置通常使用微影蝕刻製程來製造。在此 一製程中，半導體晶圓被塗上一層抗蝕劑。接著，經由光 罩傳送光線，將此一抗蝕劑層曝露於照明光線。光罩控制 入射到晶圓上之光線的振幅。接著顯影光罩層，移除沒有 曝光的抗蝕劑，而曝光的抗蝕劑便於晶圓上產生光罩的影 像。 不同的光罩係用來圖型化半導體裝置的不同層。某些 層’如包含金屬與電晶體的層，需要能夠圖型化^縱橫： 的特徵’亦即’大於2.5的縱橫比。這些特徵只有一維是小 的。而其他層，如接觸與孔徑層，則需要能夠圖型化低縱 橫比之圖案特徵的光罩，亦即，小於25的縱橫比。這些特 徵在兩維都是小的。 微影技術的持續改良已經能夠印刷更小的特徵，允許更 小的裝置尺寸與更高的強度裝置。這使積體電路（ic)工業 能夠製造出功能更強與更節省成本的半導體裝置。至於比 用來將圖案轉移到晶圓上之光線波長小的特徵，則變得更 小’而要將圖案精確地轉移到晶圓上也變得更困難。 [發明内容] 為了解決這個問題，已經在以高縱橫特徵相位移與使用 84171.doc 200408905 輔助特徵來圖型化層的光罩發展上，應用了兩種單獨的技 術。相位移光罩是不僅能阻絕光線，也能夠選擇性地改變 +光罩足光線之相位的光罩，以改善晶圓上特徵的解析 度。在緊密間隔特徵的次波長情況下，光學變形，以及感 光杬蝕劑與蝕刻製程的擴散與裝載效應，使印刷的線邊緣 改變。藉由相位移入射到鄰接特徵之光線，使得所有入射 其上，與鄰近或環繞開放區域的輻射，以大約丨8〇度的相 位移，轉移所有入射其上的輻射，一特徵與下一個特徵之 間的溢出光線，產生破壞性干涉，而提供特徵邊緣上良好 的對比。使用相位移，嵌套之特徵彼此可以移得更靠近， 而且仍然可以精確地圖型化。 相反地，使用辅助特徵以圖型化隔離的高縱橫比特徵。 為了利用光致抗蝕劑與最佳化圖型化嵌套之特徵的工 具，輔助特徵是網線，或者是使用光罩特徵以套住這些隔 離的特徵。理想上，設計輔助特徵使其夠小，而不至於將 其本身轉移到晶圓i，但又夠大，使基部特徵採用嵌套之 特欲的性質。ϋ由確保所有特徵均圖型化成嵌套之特徵， 辅助特徵也有增加晶圓均勻度的優點。 [實施方式] 請參考圖1’其顯示用來圖型化高縱橫比裝置層之光罩 竭分的先前技藝觀點。如圖戶“，呈現的*複數個相 同的相位特徵11〇, 120與121。舉例來說，特徵u〇係用來 圖型化高縱橫比金屬或電晶體層之基本特徵（亦即，用來圖 型化到晶圓上的特徵）。特徵120與121是用來套入特徵 84171.doc 200408905 11 〇，並在特徵11 〇上提供與光罩丨〇〇上其他嵌套之高縱橫比 特欲相同性質之高縱橫比輔助特徵。和具有嵌套之特徵與 具有隔離特徵之某些特徵相反，藉由確定所有基本特徵與 嵌套之特徵有相同的性質，可以更均勻地圖型化晶圓。 圖2說明相同相位辅助特徵圖型化低縱橫比特徵之應 用，其中低縱橫比特徵如接觸與孔徑。光罩2〇〇包含低縱 橫比基本特徵210，與高縱橫比辅助特徵22〇_223，其中低 縱橫比基本特徵是接觸。高縱橫比辅助特徵22〇_223套入低 縱檢比基本特徵210，提供基本特徵21〇與光罩2〇〇上其他 欲套《低縱橫比特徵相同的性質。藉由使用辅助特徵圖型 化低縱橫比特徵，設計者能夠改善隔離样徵的影像品質， 並獲得使用辅助特徵圖型化高縱橫比特徵所能獲得的那 種均勻性的優點。 圖3a，3b與3c說明相位移低縱橫比辅助特徵圖型化低縱 橫比特徵的應用，其中低縱橫比特徵如接觸與孔徑。如圖 所示，光罩310’ 340’ 370包括複數個相位A(舉例來說， 18〇度）區域特徵315，37卜與374_376 ’舆複數個相位卿 例來說，〇度）區域特徵311_314,341_344,372,373與 377。 特徵315 ’ 371與372是基本特徵，如被圖型化到晶圓上的 接觸。特徵311-314, 341_344，與373_377是用來套入特徵 315’ 371與372’以提供其與光罩31()，州與別上其他嵌 套特徵相同的性質。理想上’變化輔助特徵311_314, 3仏344，373_377的尺寸，使其大到足以產生必要之破壞 性干涉’但又夠小’使其不在晶圓上產生圖案。 84171.doc 200408905 在圖3a，儿與3#，辅助特徵係用來利用其他相位移裝 置的優點，以圖型化諸如接觸與孔徑層圖案化的低縱橫比 特徵。用來圖型化緊密間隔接觸的光罩開p，傳送對鄰接 接觸相差半波長(在此一實例中，。對180度)的光線。二一 相位移可以利用許多眾所熟知的方法來實現，包含㈣光 罩上的玻璃，或施加圖案化的透明薄膜到基板。如圖h與 3b所示，次解析度輔助特徵（3 u_314與34^44)可以放在光 罩上的隔離特徵（特徵315)附近。次解析度辅助特徵是不在 晶圓上產生特徵的輔助特徵，因為影像不會轉移到光致抗 蝕劑中。或者是，如圖3c所示，相位移辅助特徵（舉例來說， 特徵3 12)也可以放在距離中等間隔之特徵大约相等的距離 (舉例來說，特徵315與371)。 可以使用版面控制引擎，如加州（Calif〇rnia)菲孟特 (Fremont)之雅分特（Avant!)公司的HerculesTM，或奥勒岡州 (Oregon)威爾森威爾（Wilsonville)之梅特（Ment〇r)緣圖公司 的Calibre μ，來產生圖3a，外與3c之相位移輔助特徵。可 以藉由使用者所產生的指令，操作輔助特徵尺寸，分離與 相位賦予限制。與相位移辅助特徵同步化之相位移接觸版 面，可以進一步以規則或基於模型之光學近接修正（〇pC) 工具，如雅芬特（Avant!)之ProteusTM，來操作。這些工具 以精細的尺度，操作接觸之光罩尺寸，使得具有不同鄰近 結構之基本特徵’在晶圓上，以相同的尺寸圖型化。 圖3a與3b說明使用輔助特徵圖型化特徵315之兩個其他 具體實施例。在光罩310上引進輔助特徵311-3 14，以及在 84171.doc 200408905 光罩340上引進輔助特徵311-314與341-344，不僅允許特徵 3 15呈現嵌套特徵的特性，而且也是光罩能夠利用相位 移，進一步定義特徵315影像的邊界，並改善其影像對比。 藉由製造與將圖型化之特徵3丨5相差丨8〇度的相位辅助特 徵311-314與341-344,則輔助特徵311-314與341 _344與特徵 315之間所產生的破壞性干涉，將在特徵315邊緣上產生顯 明的邊界，並改善其影像對比。此一效應說明於圖“與％ 中，而使用相位移的一般效果，則說明於圖乜與仆中。 圖4a與4b分別說明細長的相位移光罩影像強度曲線，以 及其他的相位移光罩強度曲線，其分別是使用193奈米 波長，以及0.6NA與0.8與0·3 sigma透鏡參數所產生之260 奈米（nm)線距接觸。 圖4a與4b提供140奈米（nm)淚套接觸之圖型化的模擬結 果。強度曲線410與420顯示影像平面上的輻射強度是微米 (// m)距離的函數。如圖所示，使用其他相位移光罩形成基 本特徵，如接觸（強度曲線410)，所獲得的強度，造成比使 用其他相位移光罩（強度曲線420)更銳利的影像。強度曲線 410在大約0.190奈米（nm)與0.340奈米（nm)的斜率，說明晶 圓上所顯現之特徵的銳利度。給定大約〇·19〇奈米（nm)與 0.3 40奈米（nm)之間的強度，則可精確地圖型化ι4〇奈米（nm) 的接觸。相反地，大約在0.190奈米（nm)與〇·34〇奈米（nm) 的強度曲線420斜率是較小的，導致較晦暗的影像或不可 鑑別的特徵。 圖5a與5b說明使用相位移輔助特徵嵌套隔離之接觸的好 84171.doc -10 - 200408905 處。圖5a與5b分別說明對於使用193奈米（nm)與〇·6ΝΑ與〇.3 sigma之逐鏡參數所產生的26〇奈米（nm)接觸，隔離之接觸 的影像強度曲線，以及具有相位移輔助特徵之隔離接觸的 影像強度曲線。 在光罩上，接觸之寬度為140奈米（nm)，而輔助特徵之寬 度為100奈米（nm)。介於接觸與辅助特徵之間的中心點對中 心點之間距為260奈米（nm)。模擬用晶圓表面光線強度（圖 5b所π之結果）比圖5a所示之光線強度更接近理想強度模 式。就模擬的接觸特徵而言，圖&所示之接觸特徵強度只 有0.25(如學值58G所示），而圖5b所示之相同接觸特徵強度 超過0.35(如峰值540所示）。另外，位於邊緣（界定12〇奈米 (nm)接觸之約0.500和〇.62〇之距離）上曲線52〇之斜率大於 曲線51G之斜率，用以標示鮮明影像。理想上，辅助特徵 所形成的強度（如圖5b之峰值530和55〇所示）極小，而使辅 助特徵不會印刷在晶圓上。 圖6a與圖6b說明使用相位移輔助特徵嵌套隔離（圖㈣之 接觸的優點’以比對同相辅助特徵嵌套隔離（圖叫。_ 與圖6b分別說明使用193奈米（nm)及ο.·和〇 3々咖之 透鏡參數所產生的26G奈米（nm)接觸，隔離之接觸的影像強 度曲線’以及具有相位移辅助特徵之隔離接觸的影像強度 曲線。 如圖5a與5b，在光罩上 接觸是140奈米（nm)寬 特徵則是100奈米（nm)寬。接觸與辅 心的間隔是260奈米（nm)。請即參考 而輔助 助特徵之間，中心至 圖5b與6b，藉由使用 中 相 84171.doc -11 - 200408905 位移辅助特徵，最佳化接觸的強度（高峰54〇與64〇)。此外， 相位移在接觸特徵（高峰54〇與640)與辅助特徵（高峰53〇， 630舁65〇)之間，導致破壞性干涉。此一破壞性干涉 如所見之強度中的低凹處56〇, 57()，㈣與㈣。如圖⑽ 不’使用緊密分隔之類相位移輔助特徵並不會改善影像。 緊密分隔之特徵之間的邊界，僅能使用相位移來解析，並 獲取破壞性干涉所提供之清晰度。沒有相位移的話，強度 可能有很差的對比，導致晶圓上沒有圖型化。 如圖3c所說明的’特徵通常具有最小尺寸。此外，雙叶 規則包含特徵之任何部分之間，最小的間隔要求。藉由使 用具有變化相位移之輔助特徵，辅助特徵與接觸之間最小 的距離可以變小。因此，可以用辅助特徵來改善因位置太 接近而無法支持相同相位辅助特徵之隔離接觸之間 像對比。 # 圖域-步說明變化相位移基本特徵與相位移輔助特徵 的同時使用。僅對特徵315, 371與372中，不具可相位移 (W接基本特徵的邵分，使用變化相位移輔助特徵。舉例 來說’因為基本特徵371與372是近接的，可以相對於基本 特徵372偏移基本特徵371之相位，而獲得相位移的好處。 因為基本特徵371與372是是彼此嵌套的，兩個特徵之間並 不f要辅助特徵。可是’假如特徵315與37ι是彼此互相隔 離的’則插入其他相位輔助特徵312 ’將實現相位移的好 處^目位移辅助特徵311，313_314，與奶初也放在基本 特欲315 ’ 371與372之隔離的邊緣上’以在那些邊緣上提 84171.doc -12- 200408905 供更銳利的對比。 請回到圖3 a，1 k也， 丄 ，、c，用來使特徵315，371與：372之影儒 輪廓岣晰的輔助特徵311-314，341 344 h ^ ^ . ,, 4 341_344，與 373-377，是低 縱比辅助特徵，而且 梯m u ! 疋正万形或接近正方形。藉由 =了有小•比之輔助特徵，辅助特徵之最小尺寸可以 圖型化ηα4辅助特徵的面積決定辅助特徵是否將 、 、”、、成乂。®辅助特徵是待製造 人以旦：c光罩上最小的特，^ ^ ^ ^ ^ 變得過小，也改呈了製迭urr徵之最小尺寸 常選4 H匕力。辅助特徵的尺寸通 仔足夠大，以改善基本特徵之圖型化，同時也夠小， 以不至於在晶圓上產生無用的特徵。 關於圖1 ’ 2,與3a-c，將了 解特徵 110, 210, 315, 371 與372是為了說明之目的，而裝置層可以有很多不同的特 :，與/或特徵可以有不同的組態，取決於待形成= ::應進-步了解的是，在裝置層之其他區域，通 ^特徵，只是沒有顯示出來。 已經敘述本發明之許多具體實施例。可是，應了解的θ I以做各種修改’而不脫離本發明之精神與㈣。= ::二位移輔助特徵的使用’也可以應用於高 範圍内。 下歹^專利範園之 [圖式簡單說明] 圖！說明在高縱橫比基本特徵中，辅助 了试又先I技藝 84171.doc -13 - 200408905 的應用。 圖2說明輔助特徵產生低縱橫比基本特徵之應用。 圖3 a說明低縱橫比輔助特徵產生低縱橫比基本特徵之應 用。 圖3b說明低縱橫比輔助特徵產生低縱橫比基本特徵之 其他應用。 圖3 c說明低縱橫比輔助特徵產生低縱橫比基本特徵之第 二個其他應用。 圖4a，4b，5a，5b，6a與6b顯示光罩影像強度曲線。 [圖式代表符號說明] 100，200，310，340，370 光罩 110 ， 120 ， 121 ， 210 ， 220-223 ， 315，371，374-376，311-314，特徵 341-344，372，373，377 410，420 強度曲線 540，640，530，550，630，650 高峰 560，570，660，670 低凹處 14- 8417Ldoc

Claims (1)

1. 200408905 拾、申請專利範圍： 1 · 一種光罩，包括： 一基本特徵；及 該辅助特徵相對於基本 該輔助特徵相#於基本特 緊鄰該基本特徵之辅助特徵 特徵相位偏移。 2·如申請專利範圍第1項之光罩 徵相位移大約1 80度。 3·如申請專利範圍第！項之光罩 Η 土丨ϋ成用以定羞其 本與辅助特徵之間相位移的薄膜。 土 以定義基本 徵包括一低 4·如申請專利範園第丨項之光罩，包括蝕刻成用 與辅助特徵之間相位移的基板。 5。如申請專利範圍第丨項之光罩，其中該基本特 縱橫比基本特徵。 ^ 6. =::Γ…罩’其中該輔助待徵包括-低 其中該辅料徵包括縱橫 其中該輔助特徵包括縱橫 其中該輔助特徵具有大於 7 ·如申請專利範圍第丨項之光罩 比小於2.5之辅助特徵。 8.如申请專利範圍第1項之光罩 比小於2.0之辅助特徵。 9 ·如申請專利範圍第丨項之光罩 〇. 5之透射率。 之最小尺 之最小尺 10·如申請專利範圍第1項之光罩，其中該輔助特徵 寸大於該基本特徵之最小尺寸的_半。 11·如申請專利範圍第丨項之光罩，其中該辅助特徵 84171.doc :大於或等於該基本特徵之最小尺寸的三分之二。 種光罩’包括-基本特徵與緊鄰該基本特徵之低縱橫 比辅助特徵。 /、 :=:=1 W其中該基本特徵包括- 其中該輔助特徵包括縱 其中該辅助特徵包括縱 如申凊專利範圍第12項之光罩， 橫比小於2.5之輔助特徵。 .如申請專利範圍第12項之光罩， 橫比小於2.0之辅助特徵。 •一種光罩，包括： 一第一低縱橫比基本特徵；及 緊郝該第-低縱橫比基本特徵之第二低縱橫比基本特 徵’該第-低縱橫比基本特徵相對於該第二低縱橫比基 本特徵相位移。 如申請專利範圍第16項之光罩，其中第—低縱橫比基本 特徵緊鄰輔助特徵’該辅助特徵相對於第—低縱棒比基 本特徵相位移。 土 低縱橫比基本 辅助特徵相對 如申請專利範圍第16項之光罩，其中第一 特徵緊鄰低縱橫比輔助特徵，該低縱橫比 於第一低縱檢比基本特徵相位移。 一種圖型化感光層之方法，包括·· 在基板上提供感光層；及 將感光層曝露於由基本特徵與輔助特徵所组成之光 罩，其中該輔助特徵緊鄰該基本特徵，該辅助特徵並相 200408905 對於基本特徵相位移。 20.如中請專利第19項之方法’其中曝露包含將感光層 曝露於Μ光罩，該光罩進-步包括—薄膜，其圖型化成 用以定義基本特徵與輔助特徵之間的相位移。 •如申請專利範圍第19項之方法，其中曝露包含將感光層 曝露於該光罩，該光罩進一步包括—基板，其蝕刻以定 義基本特徵與辅助特徵之間的相位移。 22·如申請專利範圍第19項之方法，其中曝露包含將感光層 曝露於該光罩，該光罩上之基本特徵包括—低縱橫比基 本特徵。 23。 如申請專利範圍 …，▼给巴言册恐光^ 曝露於該光罩，該光罩上之辅助牿 ^ ^ 獨力特欲包括一低縱橫比I 助特徵。 24。 一種圖型化感光層之方法，包括： 在一基板上提供該感光層；及 將該感光層曝露於光罩，該氺 其太杜 茨先罩由基本特徵與緊鄰i 基本特徵之低縱橫比輔助特徵所組成。 25。 如申請專利範圍第24項之方法，立 曝露於該光罩，該光罩上之基本==包:將感光^ 本特徵。 文匕括一低縱橫比^ 26·如申請專利範圍第24項之方法，其 、 曝露於該光罩，該光罩上之 /、0包έ將感光J / %早4尤皁上 < 輔助特徵白虹 之辅助特徵。 、、從橫比小於2. 路包含將感光層 27·如申請專利範圍第24項之方法，其中曝 84171.doc 200408905 曝露於該光罩，該光罩上之辅助特 、 W徵包括縱橫比小於2·0 <辅助特徵。 28· 一種圖型化感光層之方法，包括： 在一基板上提供該感光層；及 册孩感光層曝露於光罩，該光罩由第—低縱棒比基本 特徵與緊鄰該第-低縱橫比基本特徵之第二低縱橫比，基 本特徵所組成，該第-低縱橫比基本特徵相對於第二低 縱橫比輔助特徵相位移。 — 29·如申請專利範圍第28項之方法，其中曝露包含將感光層 曝露於該光罩，該光罩上之第—低縱橫比基本特徵緊鄭 —辅助特徵，該辅助特徵相對於第一低縱橫比基本特徵 相位移。 如申請專利範圍第28項之方法’其中曝露包含將感光層 曝露於該光罩，該光罩上之第—低縱橫比基本特徵緊: 一低縱橫比辅助特徵，該低縱橫比輔助特徵相對於第一 低縱橫比基本特徵相位移。 84171.doc