定義防護環的光罩及其方法
2023-05-02 02:39:51
專利名稱：定義防護環的光罩及其方法
技術領域：
本發明屬於微影技術(photolithography)領域，涉及一種定義防護環(guardring)的光罩及其方法，以增加防護環的微影工藝容許度(process window)。
背景技術：
在集成電路(IC)的存儲裝置中，例如一動態隨機存取存儲器(DRAM)，通常包含一存儲陣列區及一外圍邏輯電路區，且在邏輯電路區的周圍設置有一防護環。此防護環是用以防止靜電或其他電路噪音(noise)，以提高存儲裝置的可靠度(reliability)。
傳統上，防護環的製作是先在矽基底上的邏輯電路區周圍形成複數溝槽而構成一環形區，接著在這些溝槽上方進行摻雜(doping)而形成一環形摻雜帶以作為防護環。然而，用以製作防護環的溝槽是屬於孤立圖案(isolatedpattern)，而邏輯電路區則屬於密集圖素(dense pattern)，因此在進行微影過程以定義防護環區及邏輯電路區時，無法完全定義出用以形成防護環的溝槽圖案。
請參照圖1，其為傳統上用以定義防護環的光罩平面圖。此光罩包含一透光基底10及一遮光層12。遮光層12，例如一鉻金屬層，是形成於透光基底10上，其具有一存儲陣列圖案(未繪示)、一邏輯電路圖案16及環繞於邏輯電路圖案16的複數矩形開口圖案14。邏輯電路圖案16是由密集線/隙(line/space)所構成，此處為簡化圖示，僅以一平整區塊表示。另外，這些矩形開口圖案14是作為定義防護環之用。
接下來，請參照圖2，其為利用圖1的光罩將圖案轉移至光阻層的平面示意圖。在半導體基底20上覆蓋有一光阻層21，經由微影程序之後，圖1中的光罩圖案轉移至光阻層21上而形成邏輯電路圖案區26及由複數開口圖案24所構成的防護環圖案區。不幸地，由於光阻在密集圖案區(邏輯電路圖案區26)與孤立圖案區(防護環圖案區)所獲得的曝光劑量(received dose)並不相同，造成在顯影時有些開口圖案無法形成於光阻層21上，如標示22之處，或是形成洞口圖案23。此即光學鄰近效應(optical proximity effect)。此現象造成在後續蝕刻過程中，無法在基底20中形成完整的防護環結構而失去保護作用。也即，降低元件的可靠度。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種定義防護環的光罩，其藉由在光罩上的防護環圖案區兩側額外設置條狀輔助圖案，以作為防止光學鄰近效應修正(optical proximity effect correction，OPC)而定義出完整的防護環圖案。
本發明的另一目的在於提供一種定義防護環的光罩，其藉由條狀輔助圖案以增加防護環的微影工藝容許度。
本發明的再一目的在於提供一種定義防護環的方法，其藉由具有條狀輔助圖案的光罩來進行微影程序，以將防護環圖案完全地轉移至光阻層。
根據上述的目的，本發明提供一種定義防護環的光罩，包括一透光基底；一遮光層，設置於透光基底上，其具有由複數開口圖案構成的矩形環，用以定義一防護環；以及至少一對條狀輔助圖案，依據一既定間距分別平行設置於矩形環的一邊長的兩側，且條狀輔助圖案具有一既定寬度。
上述一既定間距可以控制在250納米-350納米之間，較佳為280納米-320納米之間，最好為300納米；而上述一既定寬度可以控制在50納米-150納米之間，較佳為80納米-120納米之間，最好為100納米。
再者，透光基底是一石英玻璃基底，且遮光層是一鉻金屬層。
再者，開口圖案是一矩形開口圖案，且條狀輔助圖案是由條狀開口所構成。
再者，既定間距與既定寬度的比率在1到5的範圍。
另外，根據上述的目的，本發明提供一種定義防護環的方法，包括下列步驟提供一半導體基底，其上覆蓋有一光阻層；以及藉由一光罩對光阻層實施一微影程序，其中光罩包含一遮光層，其具有由複數開口圖案構成的矩形環，以及至少一對條狀輔助圖案，其依據一既定間距分別平行設置於矩形環的一邊長的兩側，且條狀輔助圖素具有一既定寬度。
再者，開口圖案是一矩形開口圖案，且條狀輔助圖案是由條狀開口所構成。
再者，既定間距與既定寬度的比率在1到5的範圍。
下面，結合具體實施例並配合附圖，對本發明的上述目的、特徵和優點作進一步詳細說明。
圖1是傳統上用以定義防護環的光罩的平面圖；圖2是利用圖1的光罩將圖案轉移至光阻層的平面示意圖；圖3是根據本發明實施例的用以定義防護環的光罩平面圖；圖4是利用圖3的光罩將圖案轉移至光阻層的平面示意圖；圖5是使用圖1的光罩時，關鍵圖形尺寸與焦距的關係圖；圖6是使用圖3的光罩時，關鍵圖形尺寸與焦距的關係圖。
具體實施例方式
首先，請參照圖3，其為根據本發明實施例的用以定義防護環的光罩平面圖。此光罩是由一透光的石英玻璃基底30及遮光層32所構成。遮光層32，例如一鉻金屬層，是形成於透光基底30上，用以定義存儲陣列、邏輯電路及防護環。遮光層32中具有一存儲陣列圖案(未繪示)、一邏輯電路圖案36及環繞於邏輯電路圖案36的複數開口圖案34，例如矩形開口圖案。
如先前所述，邏輯電路圖案36是由密集線/隙所構成，此處為簡化圖示，僅繪示出一平整區塊。另外，由複數矩形開口圖案34所構成的矩形環是作為定義防護環之用。不同於存儲陣列圖案或邏輯電路圖案36，這些矩形開口圖案34為孤立圖案。
在本實施例中，用以定義防護環的光罩中，有四對條狀輔助圖案31、33、35、及37，例如具有既定寬度w的條狀開口圖案，依據一既定間距d分別平行設置於矩形環的四邊長的內外兩側。這些條狀開口圖案31、33、35、及37是作為光學鄰近修正的輔助圖案，使得每一個矩形開口圖案34能在後續的微影過程順利地轉移至光阻層。須注意的是，這些條狀開口圖案31、33、35、及37在後續微影過程時，不可轉移至光阻層上。為了達到此目的，間距d及條狀開口寬度w的比率(d/w)需在1到5的範圍。舉例而言，間距d約為300納米(nm)，且條狀開口寬度w約為100納米。
接下來，請參照圖4，其為利用圖3的光罩將圖案轉移至光阻層的平面示意圖。首先，提供一半導體基底40，其上覆蓋有一光阻層41。接著，經由微影程序之後，圖3中的光罩圖案轉移至光阻層21而形成邏輯電路圖案區46及由複數開口圖案44所構成的防護環圖案區。如上所述，光阻在密集圖案區(邏輯電路圖案區46)與孤立圖案區(防護環圖案區)所獲得的曝光劑量並不相同而會產生光學鄰近效應。然而，藉由圖3的光罩的輔助圖案31、33、35、及37可有效排除此效應而將圖3的光罩的每一矩形開口圖案14轉移至光阻層21上。也即，根據本發明的方法可在光阻層21中形成完整的防護環圖案。因此，在後續蝕刻過程中，可在基底40中形成完整的防護環結構而提升元件的可靠度。
再者，請參照圖5及6圖，其分別為使用傳統及本發明的光罩時，關鍵圖形尺寸(critical dimension，CD)與焦距的關係圖。舉例而言，若所需的關鍵圖形尺寸為150±10％納米，使用傳統的光罩所需的曝光能量較高(38焦耳(J)以上)且聚焦深度(depth of focus，DOF)在0.1微米(μm)到0.2微米的範圍，如圖5所示。使用本發明的光罩所需的曝光能量較低(33焦耳(J)以下)且聚焦深度(depth of focus，DOF)在0.3微米到0.4微米的範圍，如圖6所示。
因此，根據本發明的定義防護環的光罩，可藉由提升聚焦深度而增加微影工藝的容許度。再者，可降低密集圖案及孤立圖案之間的工藝容許度差異，而定義出完整的防護環圖案。
雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉本技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作適當的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當以權利要求所確定的範圍為準。
權利要求
1.一種定義防護環的光罩，它包括一透光基底；一遮光層，設置於該透光基底上，其具有由複數開口圖案構成的矩形環，用以定義一防護環；其特徵在於，它還包括至少一對條狀輔助圖案，依據一既定間距分別平行設置於該矩形環的一邊長的兩側，且所述條狀輔助圖案具有一既定寬度。
2.如權利要求1所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的既定間距與該既定寬度的比率在1到5的範圍。
3.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的透光基底是一石英玻璃基底。
4.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的遮先層是一鉻金屬層。
5.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的開口圖案是一矩形開口圖案。
6.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的條狀輔助圖案是由條狀開口所構成。
7.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的既定間距為300納米。
8.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於所述的既定寬度為100納米。
9.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於，進一步包括一邏輯電路圖案，設置於該矩形環內。
10.如權利要求1或2所述的定義防護環的光罩，其特徵在於，進一步包括四對條狀輔助圖案，且依據一既定間距分別平行設置於該矩形環的四邊長的兩側。
11.一種定義防護環的方法，其特徵在於，它包括下列步驟提供一半導體基底，其上覆蓋有一光阻層；以及藉由一光罩對該光阻層實施一微影程序，其中該光罩包含一遮光層，其具有由複數開口圖案構成的矩形環，以及至少一對條狀輔助圖案，其依據一既定間距分別平行設置於該矩形環的一邊長的兩側，且所述條狀輔助圖案具有一既定寬度。
12.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的遮光層是一鉻金屬層。
13.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的開口圖案是一矩形開口圖案。
14.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的條狀輔助圖案是由條狀開口所構成。
15.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的既定間距與該既定寬度的比率在1到5的範圍。
16.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的既定間距為300納米。
17.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的既定寬度為100納米。
18.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於所述的光罩進一步包括一邏輯電路圖案，設置於該矩形環內。
19.如權利要求11所述的定義防護環的方法，其特徵在於，進一步包括四對條狀輔助圖案，且依據一既定間距分別平行設置於該矩形環的四邊長的兩側。
全文摘要
本發明公開了一種定義防護環的光罩，其包括一透光基底、一遮光層、以及至少一對條狀輔助圖案。遮光層設置於透光基底上，其具有由複數開口圖案構成的矩形環，用以定義一防護環。此對條狀輔助圖案是依據一既定間距分別平行設置於矩形環的一邊長的兩側，且條狀輔助圖案具有一既定寬度。同時，本發明還公開了一種定義防護環的方法，其藉由上述的光罩在一覆蓋有光阻層的基底上進行一微影程序，以將光罩上的防護環圖案完全地轉移至光阻層。
文檔編號G03F1/08GK1485691SQ0214447
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月28日 優先權日2002年9月28日
發明者王顯榮, 吳元薰 申請人:南亞科技股份有限公司