修正接觸孔金屬覆蓋層布圖設計的方法
2023-10-06 05:38:09
專利名稱：修正接觸孔金屬覆蓋層布圖設計的方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造工業中的布圖設計以及光刻製程，尤其涉及一 種修正接觸孔金屬覆蓋層布圖設計以減少關鍵尺寸變化以及誤對準的方 法。
背景技術：
半導體器件是多層電路堆疊的結構，相鄰的電路結構層之間為通孔層
(via layer),其中有多個方形或矩形的填入金屬栓塞的通孔使上下層的電路 保持電連接，頂層電路則通過與通孔層結構相似的接觸孔層(Contact layer) 拉出引線和外界連接，通孔或接觸孔可以統稱為接觸孔，其作用都是保持 各層電路相互連接。這種結構要求所述的通孔或者接觸孔與規定的電路良 好對準以保證接觸，並且通孔或者接觸孔圖案不能超出電路層的金屬線覆 蓋範圍，也即電路與接觸孔重合處的電路金屬層應當完全覆蓋接觸孔圖 案。
當集成電路的設計規則收縮時，由於器件尺寸變小，對於半導體製造 工藝來說要製作理想的電路金屬層覆蓋接觸孔或通孔圖案變得非常困難。 有時候會出現通孔或接觸孔不能和電路對準，通孔或接觸孔露出在金屬電 路之外的情況，這樣將產生嚴重的問題，例如，在通孔超出覆蓋金屬的地 方很容易出現漏電流。因此，如果金屬覆蓋接觸孔或接觸孔的性能不好， 產生的關鍵尺寸變化和誤對準將導致產品良率降低，甚至沒有良率。在這 種情況下，人們通常只能通過兩種手段解決問題
1) 改變布圖設計，這種方法只能少數時候使用，大多數情況不可能更 改布圖設計；
2) 採用更小的製程窗口，這種方法對機器的精度要求更高，直接導致 良率降低。
發明內容
針對目前由於設計規則收縮，製作金屬覆蓋接觸孔或通孔的結構時容 易出現的關鍵尺寸變化和誤對準等問題，提出本發明。
本發明的目的在於，提供一種修正電路層覆蓋通孔圖案的方法，使用 這種方法可以有效解決上述的關鍵尺寸變化和誤對準問題。
本發明提供的方法，是一種策略性放大金屬電路層覆蓋接觸孔處圖案 尺寸的方法，用此方法修改電路層圖案並對其進行光學近似修正後製作掩 模，最終可以在晶片上光刻得到更好的圖案輪廓。
所述方法的具體步驟如下
首先對接觸孔圖案利用如下所示公式計算放大值，用計算值放大通孔 或者接觸孔的每一邊
放大值五=7(")2+(6)2+(。2
其中a表示金屬關鍵尺寸變化值；b表示接觸孔或通孔的關鍵尺寸變 化值；c表示接觸孔或通孔和金屬線邊緣之間誤對準規格；實際上，這三
個參數由實際的工藝過程中所允許的誤差範圍決定。
然後將擴大接觸孔或通孔後的圖案和原始金屬層圖案進行"OR"的布
爾邏輯運算，得到兩層圖案互補整合到一起的布圖，作為金屬層圖案；
用新生成的金屬線路布圖作為光學近似修正的目標，對此布圖進行光 學近似修正；本發明的重點在於光學近似修正操作的預處理階段，具體在 後面使用哪種光學近似修正技術並不受影響，因此，後續採用例如基於規 則或者基於模型的光學近似修正方法均適用於本發明。
錄製出經過光學近似修正的布圖用於製作掩模，並將其用於製作金屬 覆蓋接觸孔或者通孔結構。
參照圖示可以對本發明的方法進行更詳細的說明，原始的布圖設計 中，接觸孔或通孔圖案2和其上覆蓋的金屬層圖案1間的位置關係如圖la 所示，雖然接觸孔或通孔圖案2在覆蓋金屬層1的範圍內，但是一旦光刻 到矽片上，容易出現接觸孔或通孔圖案2曝光到覆蓋金屬層1的範圍外的 情況。利用本發明提供的上述公式計算結果，首先對接觸孔層圖案中的接 觸孔或通孔圖案2的每邊進行放大，然後將放大後的接觸孔或通孔層圖案 2和覆蓋於其上的金屬電路層圖案1作"OR"運算，使其合併到一起作為覆蓋層金屬電路的圖案，結果如圖lb所示。對圖lb圖案進行光學近似修 正，修正後的布圖錄製到掩模上用於光刻形成覆蓋金屬層。
本發明的優點在於，通過這樣的方法，可以在設計規則內對金屬電路 層與接觸孔或通孔連接處合理放大，最後可以形成很好的金屬覆蓋接觸孔 或通孔的結構，在晶片上的圖案輪廓更加優化。另外，這種方法操作簡單， 並不會增加原有製程在操作上的困難。
為了更容易理解本發明的目的、特徵以及其優點，下面將配合附圖和 實施例對本發明加以詳細說明。
本申請中包括的附圖是說明書的一個構成部分，附圖與說明書和權利 要求書一起用於說明本發明的實質內容，用於更好地理解本發明。
圖la顯示了現有技術中的布圖設計中，接觸孔或通孔圖案2和其上 覆蓋的金屬層圖案1間的位置關係，為了便於顯示結構，上層的金屬圖案 層作透明表示，以下相同；
圖lb顯示了經過本發明方案修正後的布圖設計中，接觸孔或通孔圖 案和其上覆蓋的金屬層圖案間的位置關係；
圖2a顯示了一個實際的電路布圖設計中接觸孔或通孔圖案和覆蓋層 金屬圖案之間的位置關係；
圖2b顯示了按照本發明方案對圖2a布圖修正後接觸孔或通孔圖案和 覆蓋層金屬圖案之間的位置關係；
圖3a 3d顯示了一個實際的按照本發明方法從修正布圖設計到光刻 結果的過程；
圖4a和5a分別顯示了現有技術中在對金屬覆蓋接觸孔圖案進行光刻 後出現的各種接觸孔和覆蓋金屬不能對準反映在的實際矽片上的示意圖； 和
圖4b和圖5b分別顯示了按照本發明方案修正布圖後，將圖案特徵光 刻到矽片上的輪廓示意圖
具體實施方式
為了更好地理解本發明的工藝，下面結合本發明的具體實施例作進一步說 明，但其不限制本發明。
實施例1
對覆蓋層金屬線的布圖設計進行修正
圖2a顯示的是原始布圖設計中接觸孔或通孔圖案2和覆蓋層金屬圖 案1之間的位置關係，金屬線寬L=240nm,線間距N=240nm，接觸孔圖 案2的邊與金屬線圖案1的邊間距10nm。
對接觸孔圖案利用如下所示公式計算出的放大值擴大每一邊
formula see original document page 6
其中a表示金屬關鍵尺寸變化值；b表示接觸孔或通孔的關鍵尺寸變 化值；c表示接觸孔或通孔和金屬線邊緣之間誤對準規格；這三個值實際 上都是每個技術節點的每層工藝製作時所允許的誤差。比如對於設計尺寸 為170納米的金屬線層，其允許的誤差為10%，則a值取17,對於設計規 則為160納米的接觸孔層，其餘需的誤差為10%，則b值取16，同時設計 時金屬層與接觸孔層的偏移誤差允許為IO納米，則c值取10。
根據計算結果，將接觸孔圖案2的每邊都向外擴大50nm，如圖2b所 示，然後將擴大後的接觸孔圖案2和原始金屬電路層圖案1進行"0R"的 布爾邏輯運算，得到兩層圖案互補整合到一起的布圖，用得到的布圖作為 覆蓋層金屬圖案。
實施例2
從修正布圖設計到光刻結果的過程
如圖3a所示，原始布圖中，接觸孔圖案2位於覆蓋層金屬線圖案1 的線端，距離線端的邊緣55nm，其它數據和實施例l相同；
根據計算值，對接觸孔圖案每邊向外擴大50nm，如圖3b所示，接觸 孔圖案在修正後距離線端的邊緣5nm;
然後將擴大後的接觸孔圖案2和原始金屬電路層圖案1進行"OR"的 布爾邏輯運算，得到兩層圖案互補整合到一起的布圖，將其作為金屬層圖 案。以所得到的金屬層圖案作為光學近似修正的目標，對此布圖進行光學 近似修正，結果如圖3c所示，可以看到按本發明修正的地方明顯影響了
光學近似修正的結果，在金屬線圖案1覆蓋接觸孔圖案2處有較為合適的 輪廓；
錄製出經過光學近似修正的布圖用於製作掩模，並將其用於製作覆蓋 的金屬線結構。矽片上實際反映出的圖案輪廓如圖3d所示，外圍近似長 橢圓形的為金屬線區域，數字3表示其輪廓線；線端處的圓形為光刻後實 際形成的接觸孔圖案，數字4表示其輪廓線。可以看到實際刻出的接觸孔 被很好地覆蓋於金屬層之下，不至於露出於金屬層。
實施例3
現有技術和本發明方案形成的金屬覆蓋接觸孔圖案輪廓對比 附圖4a和5a分別顯示了目前在實際應用中將圖案特徵光刻到矽片上 後，出現的幾種接觸孔不能和覆蓋金屬層對準，導致部分露出於金屬覆蓋 層之外的圖案輪廓示意圖。圖4b和圖5b分別顯示了按照本發明方案修正 布圖後，將圖案特徵光刻到矽片上的輪廓示意圖。圖中，數字3表示光刻 後實際形成的金屬線區域的輪廓線；數字4表示光刻後實際形成的接觸孔 圖案輪廓線。可以很明顯看出，同樣的布圖設計，在經過本發明的方法修 正後，各種情況下出現的接觸孔圖案和金屬覆蓋層不能對準的問題都可以 得到解決。
本行業的技術人員應了解，在不脫離本發明精神或者主要特徵的前提 下，本發明還可以以其他特定的形式實施。因此，按本發明的全部技術方 案，所列舉的實施例只是用於說明本發明而不是限制本發明，並且，本發 明不局限於本文中描述的細節。本發明要求保護的範圍由所附的權利要求 書界定。
權利要求
1、一種修正通孔或者接觸孔金屬覆蓋層布圖設計的方法，其特徵在於包括下列步驟a.利用公式放大值<![CDATA[ E= ( a )2 + ( b )2 + ( c )2 ]]> top= "47" left = "74"/>計算得到放大值，將其用於放大接觸孔層中的接觸孔圖案的每一邊；其中a表示金屬關鍵尺寸變化值；b表示接觸孔或通孔的關鍵尺寸變化值；c表示接觸孔或通孔和金屬線邊緣之間誤對準規格。
2、 根據權利要求所述的方法，其特徵在於，所述的a、 b、 c值由實際 的工藝過程中所允許的誤差範圍決定。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟b. 將擴大後的接觸孔圖案和覆蓋於其上的金屬層圖案進行"OR"的 布爾邏輯運算，得到兩層圖案互補整合到一起的布圖，作為金屬層圖案。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟c. 以生成的金屬層圖案作為光學近似修正的目標，對此布圖進行光學 近似修正。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述的光學近似修正 方法包括基於模型的光學近似修正，以及基於規則的光學近似修正。
6、 根據權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟d. 錄製出經過光學近似修正的布屈用於製作掩模，並將其用於製作金 屬覆蓋接觸孔或者通孔結構。
全文摘要
本發明提供一種在多層集成電路布圖設計中修正電路層覆蓋接觸孔圖案的方法。當集成電路的設計規則收縮時，由於器件尺寸變小，對於多層集成電路結構來說要製作理想的電路金屬層覆蓋接觸孔或通孔的圖案非常困難。有時候會出現通孔或接觸孔不能和電路對準，通孔或接觸孔露出在金屬電路之外的情況。本發明提供一種策略性放大金屬電路層覆蓋接觸孔處圖案尺寸的方法，用此方法修改電路層圖案並對其進行光學近似修正後製作掩模，可以在晶片上光刻得到更好的圖案輪廓，完全避免上述的問題。
文檔編號H01L21/70GK101290904SQ20071003973
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月20日 優先權日2007年4月20日
發明者洪齊元 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司