专利名称：用于制造连接孔的掩模板版图及其设计方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种光刻工艺中的用于制造 连接孔的掩模板版图及其设计方法。
背景技术：
随着半导体技术向小线宽高集成度的发展，对光刻工艺也提出了更高的
要求，光学曝光波长从365nm发展到248nm,193nm甚至更小，基于高折射率 介质的浸润式曝光技术也已经被研发出来。由于器件尺寸缩小，光刻掩膜板 上的图形尺寸越来越小，图形的间距也越来越接近，光学的干涉和衍射效应 使得转移到晶片的图形的分辨率得不到理想的效果。传统的二元掩膜板 (binary Mask )已经不能满足于深亚微米光刻的需要。
掩膜板上的图形在被转移到晶片上时，相邻图形相互影响，会产生线宽 变细，接触孔变小，线端缩短(Line short)及方角圆化(Corner rounding)等 现象,称为光学近距效应(Optical proximity effect)。目前已经发展了相移掩 膜(PSM )、光学近似修正(Optical proximity correct)等技术以克服上述问 题。相移掩膜板通过改变掩膜板上图形及透光区相位，压缩图形经过光学透 镜后的旁瓣(sidelobe)，以提高分辨率。光学近似修正是指对掩膜板上的图 形预先的修正，例如，对线的两端加长，对方角边缘加上辅助图形，以此来 弥补经过透镜(Lens)的图形的缺陷。另外，曝光系统也采用离轴照明(OAI) 比如圆环式(Annular)或四极子(Quadrupole )方式以增加光刻的分辨率、 聚焦深度(Depth of focus, DOF )和对比度(Contrast)。
由于光学的干涉效应，掩模板上同样线宽的孤立图形的和密集图形的聚
焦深度却有所不同，即使密集图形的边缘与中央的图形的聚焦深度也有差异。 随着半导体制造技术向高技术节点方向发展，使得这种差异越来越明显，给
光刻制造中工艺的控制带来了极大的困难。 一般情况下，密集图形由于彼此 之间的干涉效应，其聚焦深度要比孤立图形大。业界通过在掩模板的孤立图 形旁边添加辅助散射条的方法来增大孤立图形的聚焦深度，使孤立图形的聚 焦深度和密集图形的聚焦深度基本一致。专利号为US5447810的美国专利公开 了一种添加辅助散射条的方法来提高孤立图形的聚焦深度。然而，通过在孤
立图形或密集图形边缘添加辅助散射条的方法提高孤立图形聚焦深度的方法
使得掩模板的制造工艺和光刻工艺变得复杂，成本较高。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于制造连接孔的掩模板版图及其设 计方法，以解决现有提高孤立图形和密集图形聚焦深度的一致性的方法使掩 模板制造工艺和光刻工艺复杂的问题。
为达到上述目的，本发明提供的一种用于制造连接孔的掩模板版图的设
计方法，包括形成包含复数个第一开口图形的密集图案；形成孤立的第二 开口图形，且使所述第二开口图形的尺寸大于所述密集图案中间的第一开口 孔图形的尺寸；其中，所述第一开口图形和第二开口图形用于形成连接孔。
所述形成孤立的第二开口图形的步骤如下形成与所述密集图案中间的 第 一开口图形尺寸相同的孤立的第二开口图形；在纵向和/或横行增大所述第 二开口图形的尺寸，以增大其在爆光形成连接孔时的聚焦深度。
所述第二开口图形的尺寸小于所述密集图案中间的第一开口图形的尺寸 的1. 5倍。
所述复数个第一开口图形的尺寸相同或所述密集图案边缘的第一开口图 形的尺寸大于中间的第 一开口图形的尺T 。
所述形成包含复数个第一开口图形的密集图案的步骤如下形成复数个 尺寸相同第一开口图形；在纵向和/或横行增大所述密集图案边缘的第一开口 图形的尺寸，以增大该第一开口图形在膝光形成连接孔时的聚焦深度，且所 述增大不会造成该第一开口图形形成的连接孔连接的上下层的金属互连线与 相邻的金属互连线之间导通。
在纵向和/或横行增大所述密集图案边缘的第一开口图形的尺寸方法为 沿上下层金属互连线的走向增大所迷密集图案边缘的第一开口图形的尺寸。
相应的，本发明还提供一种用于制造连接孔的掩模板版图，包括复数 个第一开口图形组成的密集图案；孤立的第二开口图形；所述第一开口图形 和第二开口图形用于形成连接孔；其中，所述第二开口图形的尺寸大于所述
密集图形中间的第一开口图形的尺寸。
所述第二开口图形的尺寸小于所述密集图案中间的第 一开口图形的尺寸 的1. 5倍。
所述复数个第一开口图形的尺寸相同或所述密集图案边缘的第一开口图 形的尺寸大于中间的第一开口图形的尺寸。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明方法中，通过增大孤立图形的尺寸的方法来使孤立图形获得更大 的聚焦深度。由于待解析的图形的线宽的尺寸越大，其聚焦深度也越大，在 设计用于制造连接孔的掩膜板版图时，使孤立的连接孔图形的尺寸大于同一 掩膜板上密集图形的掩膜板的尺寸，以此增大孤立的连接孔图形的聚焦深度， 并提高孤立的连接孔图形和密集的连接孔图形的聚焦深度的 一致性。
另外，本发明的方法中通过增大密集图案边缘的图形的尺寸来增加其聚 焦深度，提高了密集图案中边缘与中间的图形的聚焦深度的一致性。
本发明的方法形成的连接孔的掩膜板版图在制作掩膜板时，工艺较现有 技术简单，写入时间也较短，可节省时间和经济成本。
图1为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的设计方法的第一实施例的 流程图2至图3为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的设计方法第一实施 例的各步骤的相应的版图的示意图4为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的设计方法的第二实施例的 流程图5至图8为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的设计方法的第二实 施例的各步骤的相应的版图的示意图9为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的实施例的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图
对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
随着半导体制造技术向更小的技术节点的发展，对光刻工艺分辨率的要
求也越来越高。通过高分辨率的啄光光源，先进的掩膜板修正技术(OPC ) 以及浸润式曝光技术等技术可提高光刻的分辨率，目前，光学光刻分辨率已 经达到45歸甚至更小。光刻分辨率的提高却带来了另一个问题，即聚焦深度 的减小，聚焦深度减小意味着光刻只能在较小的焦距范围内达到要求的分辨
率，，生产线上的工艺参数稍有偏差，就会造成光刻的线宽达不到要求，这给 工艺生产线的维护带来较大的困难。对于在同一掩膜板上的图形，由于密集 图形受彼此之间的影响，其聚焦深度较孤立的图形的聚焦深度要大一些，因 而，通过在孤立图形周围添加辅助图形以提高孤立图形的聚焦深度是目前较 为常用的方法之一。然而这必将增加对掩膜板的写入时间，提高光刻掩膜板
的制造成本。对于用于形成后端的连接上下互连层的连接孔(Via)，本发明提 出一种掩膜板版图的设计方法，所述方法能够提高孤立连接孔聚焦深度，提 高同一掩膜板上的孤立图形和密集图形的聚焦深度的一致性。 一般的，同一 掩膜板上既有密集的连接孔图形也有孤立的或稀疏的连接孔图形，密集的连 接孔图形在曝光时透过每一个连接孔图形的光彼此之间产生干涉效应，若干 涉之间为相长干涉，会增加聚焦深度及分辨率，因而在设计掩膜板版图时， 通过调整密集的连接孔图形彼此之间的距离即空间周期或通过形成PSM的掩 膜板来调整相位，以使所述密集图形在曝光时能产生相长干涉效应。对于孤 立的连接孔图形，由于其周围没有其他的图形对其产生影响，其在曝光时透 过该孤立连接孔后主要表现为衍射(Diffusion),光学的衍射效应使该孤立连 接孔图形在转移半导体晶片的光刻胶上时分辨率下降，且光刻的聚焦深度也 较小，孤立的连接孔图形和密集的连接孔图形聚焦深度的不一致给生产线的 维护带来了不小的困难，常常顾此失彼。本发明方法中，通过增大孤立图形 的尺寸的方法来使孤立图形获得更大的聚焦深度，由于待解析的图形的线宽 的尺寸越大，其聚焦深度也越大。在设计用于制造连接孔的掩膜板版图时， 使孤立的连接孔图形的尺寸大于同 一掩膜板上密集图形的掩膜板的尺寸，以 此增大孤立的连接孔图形的尺寸，并提高孤立的连接孔图形和密集的连接孔 图形的聚焦深度的 一致性。本发明的方法形成的连接孔的掩膜板版图在制作 掩膜板时，工艺较现有技术简单，写入时间也较短，可节省时间和经济成本。 图1为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的设计方法的第一实施例的 流程图。如图1所示，首先，根据半导体器件制造工艺的需要，形成包含复 数个第一开口图形的密集图案(S100)。所述第一开口图形用于制造连接孔， 其尺寸根据所述连接孔连接上下层需要的电阻和电流确定，对于65nm技术节 点的器件来说， 一般的连接孔的线宽为卯至110nm。所述第一开口图形的形 状一般为方形，且所述复数个第一开口图形的尺寸相同，由于光学的衍射效应，所述方形的第 一开口图形在啄光后在光刻胶上形成圓形图案。
接着形成与所述密集图案中间的第 一 开口图形尺寸形状相同的但孤立的
第二开口图形(SllO)。所述第一开口图形与所述第一开口图形距离较远，且
所述第 一开口图形周围没有其他的图形。
在纵向和/或横向增大所述第二开口图形的尺寸，以使其在曝光时具有较
大的聚焦深度(S120)。增大后所述第二开口图形的尺寸小于所述第一开口图 形的尺寸的1.5倍。通过增大所迷第二开口图形的尺寸，可增大其在曝光时的 聚焦深度，但所述第二开口图形尺寸增大，使其形成的连接孔的线宽也相应 的增大，但是由于所述第二开口图形用于形成后端的连接孔，在后端的连接 插塞在电性上具有较大的可接受范围，因而所述连接孔的线宽可具有较大的 可接受范围，本步骤是在所述第二开口图形形成的连接孔中填充金属后形成 的连接插塞电性满足器件需要的范围内增大所述第二开口图形的尺寸，而并 非任意的增大，且增大孤立的第二开口图形的尺寸使得所述第二开口图形和 所述密集的第一开口图形在曝光时具有较为一致的聚焦深度，可提高曝光工 艺的工艺窗口，增大工艺的稳定性。
下面结合正视图对本发明方法的第一实施例进行详细描述。如图2所示， 首先形成包含复数个第一开口图形102的密集图案100,所述第一开口图形 102为方形，且所述密集图案100中的复数个第一开口图形102的尺寸103、 间距105及形状均相同，所述第一开口图形102通过曝光可在光刻胶上形成 圆形的连接孔。
然后，形成孤立的第二开口图形104,所述第二开口图形104的形状和尺 寸107与所述第一开口图形102相同，所述第二开口图形104离所述第一开 口图形102的距离106较大，至少为所述第二开口图形104尺寸的二倍。
形成尺寸及形状相同的第一开口图形102和第二开口图形104之后，在 纵向和/或横向增加所述第二开口图形104的尺寸，形成如图3所示的第二开 口图形104a，以使所述第二开口图形104a具有较大的聚焦深度。所述第二开 口图形104尺寸增大，使其形成的连接孔的线宽也相应的增大，但是由于所 述第二开口图形104a用于形成后端的连接孔，在后端的连接插塞在电性上具 有较大的可接受范围，因而所述连接孔的线宽可具有较大的可接受范围 (Specification )，本步骤是在所述第二开口图形104形成的连接孔中填充金属
后形成的连接插塞电性满足器件需要的范围内增大所述第二开口图形104的尺寸，而并非任意的增大，且增大孤立的第二开口图形104的尺寸使得所述 第二开口图形104a和所述密集的第一开口图形102在曝光时具有较为一致的 聚焦深度，可提高曝光工艺的工艺窗口，增加工艺的稳定性。
图4为本发明用于制造连接孔的掩膜板版图的设计方法的第二实施例的
流程图。
步骤一，如图4所示，首先形成包含复数个第一开口图形的密集图案 (S200)。所述第一开口图形用于制造连接孔，其尺寸4艮据所述连接孔连接上 下层需要的电阻和电流确定，所述第一开口图形的形状为方形，且所述复数 个第一开口图形的尺寸相同，由于光学的衍射效应，所述方形的第一开口图 形在曝光后在光刻胶上形成圆形图案。
如图5所示，形成包含复数个第一开口图形102的密集图案100，所述第 一开口图形102为方形，且所述密集图案100中的复数个第一开口图形102 的尺寸103、间距105及形状均相同，所迷第一开口图形102通过曝光可在光 刻胶上形成圓形的连接孔。
步骤二，如图4所示，在纵向和/或横行增大所述密集图案边缘的第一开 口图形的尺寸，以增大该第一开口图形在曝光形成连接孔时的聚焦深度，且 所述增大不会造成该第一开口图形形成的连接孔连接的上下层的金属互连线 与相邻的金属互连线之间的导通(S210)。光刻中掩膜板上的图形在曝光时会 受其四周临近的图形的影响(即相互之间的干涉效应)，而使其分辨率和聚焦 深度发生变化，在设计掩膜板版图时需要利用干涉效应以增大分辨率和聚焦 深度，通过改变密集图案的周期及透过掩膜板后的相位，使密集图案中的每 一个图形彼此间产生相长干涉。处于密集图案中间的图形在其四周均有其他 图形在曝光时对其产生影响，而处于密集图案边缘的图形在近在其靠近所述 密集图形的旁边具有其他图形，而在另外的方位却没有其他的图形，相同尺 寸及形状的但处于密集图形中间位置和边缘位置的图形在曝光时就会有不同 的聚焦深度。本步骤中，通过增大位于密集图案边缘位置的第一开口图形的 尺寸来增大该第一开口图形在曝光时的聚焦深度，以增大密集图案中边缘和 中间的第 一开口图形的聚焦深度的一致性。然而由于密集的第一开口图形形 成的连接孔所连接的上层和下层的金属连线也较为密集，因而位于密集图案
边缘的第一开口图形在尺寸增大时要考虑该第一开口图形形成的连接孔不至 于使上层和下层的金属互连线和临近的金属互连线连通而短路。 一种比较安 全的做法为沿上下层金属互连线的走向增大所述密集图案边缘的第一开口图 形的尺寸。同时，所述增大的第一开口图形的通过曝光生成的连接插塞应 满足其相应的半导体器件电性的要求。
图6为图5所示的密集图案100边缘的第一开口图形102经过增大后的 示意图。如图6所示，所述密集图案IOO包含复数个第一开口图形102,所述 第一开口图形102经过曝光后形成的连接孔与其上层的金属互连线线109连 接。沿所述金属互连线109的走向增大所述密集图案100边缘的第一开口图 形102的尺寸，形成102a。增大后所述第一开口图形102a不会造成所述金属 互连线109与其临近的其它金属互连线短路。
步骤三，如图4所示，形成与所述密集图案中间的第一开口图形尺寸相 同的孤立的第二开口图形(S220 )。如图7所示的第二开口图形104，其尺寸 107与所述第一开口图形102的尺寸相同。
步骤四，如图4所示，在纵向和/或横向增大所述第二开口图形的尺寸， 以使其在曝光时具有较大的聚焦深度(S230)。如图8中所述第二开口图形 104a。增大后所述第二开口图形的尺寸小于所述第一开口图形的尺寸的1.5 倍。通过增大所述第二开口图形的尺寸，可增大其在曝光时的聚焦深度，但 所述第二开口图形尺寸增大，使其形成的连接孔的线宽也相应的增大，由于 所述第二开口图形用于形成后端的连接孔，而后端的连接插塞在电性上具有 较大的可接受范围，因而所述连接孔的线宽可具有较大的可接受范围，本步 骤是在所述第二开口图形形成的连接孔中填充金属后形成的连接插塞电性满 足器件需要的范围内增大所述第二开口图形的尺寸，而并非任意的增大，且 增大孤立的第二开口图形的尺寸使得所述第二开口图形和所述密集的第 一开 口图形在曝光时具有较为一致的聚焦深度，可提高曝光工艺的工艺窗口，增 大工艺的稳定性。
本发明还提供一种用于制造连接孔的掩膜板的版图。图9为本发明的用 于制造连接孔的掩膜板版图的实施例的示意图。如图9所示，所述掩膜板版 图包括复数个第一开口图形102组成的密集图案IOO，和孤立的第二开口图形 104a，所述第二开口图形104a的纵向和/或横向尺寸大于所述密集图案100中
间的第一开口图形102的尺寸，但所述第二开口图形104a的尺寸小于所述密 集图案100中间的第一开口图形102的尺寸的1.5倍。所述密集图案100中的 复数个第一开口图形102的尺寸相同或所述密集图形100边缘的第一开口图 形102的尺寸大于中间的第一开口图形102的尺寸。本实施例中所述密集图 形100边缘的第一开口图形102在纵向的尺寸103大于所述密集图形100中 间的第一开口图形1025的尺寸，该方向为所述第一开口图形形成的连接孔连 接的上层金属互连线109的走向方向。本发明的用于制造连接孔的版图中， 孤立的第二开口图形104a的尺寸较大，从而使其在曝光时具有较大的聚焦深 度；密集的第一开口图形102中边缘的尺寸较大，中间的尺寸较边缘的要小， 提高了边缘的第一开口图形102的尺寸，增大了其聚集深度，提高了边缘和 中间的第 一开口图形的聚焦深度的 一致形，提高了整个版图中孤立图形和密 集图形的聚焦深度的一致；并简化了掩膜板的制造工艺，减小了写入时间， 节约了时间和经济成本；增大了光刻工艺的工艺窗口，提高了可维护性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1、一种用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，包括形成包含复数个第一开口图形的密集图案；形成孤立的第二开口图形，且使所述第二开口图形的尺寸大于所述密集图案中间的第一开口孔图形的尺寸；其中，所述第一开口图形和第二开口图形用于形成连接孔。
2、 如权利要求l所述的用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，其特 征在于，所述形成孤立的第二开口图形的步骤如下形成与所述密集图案中间的第一开口图形尺寸相同的孤立的第二开口图形；在纵向和/或横行增大所述第二开口图形的尺寸，以增大其在曝光形成连 接孔时的聚焦深度。
3、 如权利要求1所述的用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，其特 征在于所述第二开口图形的尺寸小于所述密集图案中间的第一开口图形的 尺寸的1.5倍。
4、 如权利要求1所述的用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，其特 征在于所述复数个第一开口图形的尺寸相同。
5、 如权利要求1所述的用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，其特 征在于所述密集图案边缘的第一开口图形的尺寸大于中间的第一开口图形 的尺寸。
6、 如权利要求5所述的用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，其特 征在于所述形成包含复数个第一开口困形的密集图案的步骤如下形成复数个尺寸相同第 一开口图形；在纵向和/或横行增大所述密集图案边缘的第一开口图形的尺寸，以增大 该第一开口图形在曝光形成连接孔时的聚焦深度，且所述增大不会造成该第一开口图形形成的连接孔连接的上下层的金属互连线与相邻的金属互连线之间导通。
7、 如权利要求5所述的用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，其特 征在于所述在纵向和/或横行增大所述密集图案边缘的第一开口图形的尺寸 方法为沿上下层金属互连线的走向增大所述密集图案边缘的第一开口图形的尺寸。
8、 一种用于制造连接孔的掩模板版图，包括 复数个第一开口图形组成的密集图案； 孤立的第二开口图形；所述第一开口图形和第二开口图形用于形成连接孔； 其中，所述第二开口图形的尺寸大于所述密集图形中间的第一开口图形 的尺寸。
9、 如权利要求8所述的用于制造连接孔的掩才莫板版图，其特征在于所 述第二开口图形的尺寸小于所述密集图案中间的第一开口图形的尺寸的l.5倍。
10、 如权利要求8所述的用于制造连接孔的掩模板版图，其特征在于 所述复数个第一开口图形的尺寸相同。
11、 如权利要求8所述的用于制造连接孔的掩模板版图，其特征在于 所述密集图案边缘的第一开口图形的尺寸大于中间的第一开口图形的尺寸。
全文摘要
一种用于制造连接孔的掩模板版图的设计方法，包括形成包含复数个第一开口图形的密集图案；形成孤立的第二开口图形，且使所述第二开口图形的尺寸大于所述密集图案中心的第一开口孔图形的尺寸；其中，所述第一开口图形和第二开口图形用于形成连接孔。本发明方法可提高孤立图形和密集图形的聚焦深度的一致性，且使掩模板制造工艺简单，成本降低。
文档编号G03F1/38GK101196682SQ20061011914
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月5日 优先权日2006年12月5日
发明者林益世 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司