注入虚置图案的方法及掩模的制作方法

专利名称：注入虚置图案的方法及掩模的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路工艺，特别涉及虚置图案(dummypatterns),尤其涉 及注入虚置图案的演算法(algorithms)。
背景技术：
在集成电路工艺中，因晶片中图案密度的不同，会发生图案效应(pattem effect),即为众所周知的微负荷效应(micro-loading effect)。微负荷效应是有 关同时于较高密度图案与较低密度图案上进行曝光、蚀刻、及/或抛光时所发 生的现象。由于薄膜上不同位置间在曝光/蚀刻/抛光速率上的差异，由曝光/ 蚀刻/抛光所产生的反应量会变得局部密集或稀疏，并且在曝光后造成蚀刻/ 抛光速率或图案尺寸上的不均匀。有效图案的密度差异过大可能造成显著且 不良的效应，例如图案尺寸误差及厚度变异。
为了抵消此效应，发展了一种称为虚置注入(dummy insertion)的布局设 计，在虚置注入期间，调整电路布局并将虚置图案注入到具有低图案密度的 位置。虚置图案的注入有助于在晶片上达到均匀的有效图案密度(effect pattern density),因而避免问题的发生。
通常，在完成集成电路的设计后，会产生图形数据系统文件(graphicdata system, GDS)，其为包括集成电路布局的二进制文件(binary file)。可使用一程 序来注入虚置图案。在注入虚置图案后，可将图形数据系统提供给晶片厂 (foundry)。接着，晶片厂或掩模厂商(maskvendors)可据以生产掩模。
虚置图案可分为OD(有源区)虚置图案、多晶(poly)虚置图案、金属虚置 图案等。OD虚置图案为虚置的有源区图案(active region patterns),多晶虚置 图案包括用以形成晶体管栅极的多晶硅栅极图案，而金属虚置图案为金属化 层中金属结构的图案。OD虚置图案与多晶虚置图案常一起运行。以OD虚 置图案为例，为了注入虚置图案， 一般虚置注入程序(dummy insertion program) 需找出OD(有源区)与多晶区的主要图案，并接着找出不包含OD与多晶区的
5区域以注入虚置图案。图l显示用在OD区与多晶区的虚置单元(dummycdl)。 虚置单元1包括虚置多晶区10及环绕虚置多晶区10的虚置有源区(OD)环 12。虚置单元2包括虚置多晶区14及环绕虚置多晶区14的虚置有源区(OD) 环16。虚置单元2明显小于虚置单元1。多晶硅的形成对于图案密度更为敏 感，因此需要分布更均匀的虚置多晶图案。因此，单元3为虚置多晶图案， 其不与虚置OD图案配置在一起。
在公知的虚置注入工艺中，虚置注入程序会检示GDS文件，并将虚置 图案单元l注入于任何不违反设计法则(designmle)的位置。接着，虚置注入 程序会寻找大小不足以注入虚置图案单元1但足以注入虚置图案单元2的区 域，并将虚置图案单元2注入。关于虚置多晶硅(即单元3)的注入，虚置注 入程序可能需寻找大小不足以注入虚置图案单元1及2但足以注入虚置多晶 图案单元3的区域。
图2显示包含注入虚置OD图案的OD掩模图案，其中仅显示有源区及 虚置有源区的图案。区域20为元件区，也称为主要图案。方块22为虚置单 元1的虚置图案，而方块24为虚置单元2的虚置图案。若所显示的为多晶 掩模而非OD掩模，还可能出现虚置图案单元3。
公知的虚置图案注入方式具有一些缺点。第一，注入虚置图案通常是很 长时间的工艺，其可能需耗费数小时或甚至几天的时间。因此，晶片厂常将 虚置注入程序提供给设计公司(design houses),而使设计公司能自行注入虚置 图案。因此，如何注入虚置图案的专属技术信息便会公开。第二，在注入虚 置图案后，GDS文件的大小会大幅增加，常会增加到从约1Gbits(十亿位)或 略少到约数十Gbits。除了占去大量储存空间外，找到能进行如此大文件程 序的电脑更为困难。第三，如图2所示，虚置图案并非均匀地注入，会对临 界尺寸一致性控制及化学机械研磨一致性控制造成不利的效应。因此，业界 急需新颖的虚置图案注入方法以解决上述问题。

发明内容
本发明为了解决上述技术问题而提供一种注入虚置图案的方法，包括提 供包括主要图案的窗口区，其中主要图案包括具有第一结构类型的第一图案 及具有第二结构类型的第二图案，且其中第一结构类型与第二结构类型是不
6同的类型，全面性地于窗口区注入第一虚置图案，其中第一虚置图案为第一 结构类型的虚置图案，放大主要图案以产生放大型主要图案，其中放大型主 要图案占据窗口区的放大区域，自第一虚置图案移除第一虚置图案位于放大 区域中的部分，以产生第一反相虚置图案，以及结合主要图案中的第一图案 与第一反相虚置图案，以产生第一结构类型的第一掩模图案。
本发明还提供一种注入虚置图案的方法，包括提供包括主要图案的窗口 区，其中主要图案的结构类型包括栅极电极及有源区，在整个窗口区注入虚 置图案，放大主要图案以产生放大型主要图案，其中放大型主要图案占据窗 口区的放大区域，自虚置图案移除虚置图案位于放大区域中的部分，以产生 反相虚置图案，以及结合主要图案与反相虚置图案，以产生掩模图案，其中 主要图案放置于放大区域的中间部分中。
本发明还提供一种掩模，包括包含主要图案的窗口区，以及位于主要图 案所占据区域外围的区域中的虚置图案，其中虚置图案在整个窗口区中大抵 具有一单位间距。
本发明的效果包括第一，GDS文件尺寸上的增加可縮到最小。 一实施
例的实验结果显示GDS文件大小在虚置图案注入之后，仅增加少于约百分 之一的容量。与公知技术相比，公知的虚置图案注入一般会造成GDS文件 大小增加10倍。第二，虚置图案的注入显著地加快， 一般只需少于一天的 时间，而公知的虚置注入工艺一般需花费好几天的时间。第三，由于注入效 率的增进，晶片厂可自行进行虚置注入工艺，不需设计公司(design houses) 进行虚置注入工艺。可减少设计公司产品定案(tapeout)的负担。此外，对于 掩模制造厂的专属技术机密可给予较佳的保护。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举 出优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下


图l显示公知的虚置单元，其包括虚置有源区及虚置多晶区。 图2显示于公知有源区(OD)掩模注入虚置有源区。 图3-图8显示反相虚置注入工艺的中间步骤。 图9A-图9C显示不同虚置图案的实施例。
7其中，附图标记说明如下-
1、 2、 3~单元；
10、 14 虚置多晶区；
12、 16 虚置有源区环；
20 区域；
22、 24~方块；
30~窗口区；
32、 34、 36、 40、 40，、 44、 46 图案; 32' 放大型主要图案。
具体实施例方式
本发明实施例提供一种注入虚置图案到集成电路布局中的方法。以下将 讨论本发明优选实施例的一些变化。本发明的数个实施例与附图之间，将使 用相似标号标示相似的元件。
通常，集成电路布局是以图形数据系统(graphic data system, GDS)格式储 存，因此以下叙述中集成电路的布局文件也指GDS格式的文件。可了解的 是，布局文件也可能是以其它不同的格式储存。然而，本发明实施例的概念 仍可应用到其它文件格式。
在优选实施例中，GDS文件需经过(go through)布林运算(Boolean operation)及光学邻近修正(optical proximity correction)以调整布局。接着通过 调整后的GDS文件以制造掩模。虚置图案较佳在布林运算中被注入。此外， 可进行布局调整，例如调整接点尺寸、增加轻掺杂源极/漏极(LDD)区的图案、 及其它相似调整。接着，进行光学邻近修正步骤以抵消光学邻近效应(optical proximity effect)。以下，将讨论一种注入虚置有源区的方法，其中有源区也 可称为OD。
图3显示电路布局的窗口区(windowarea)30，其中窗口区30为形成集成 电路(包括虚置图案)的位置。在窗口区30提供主要图案32，其包括OD图案 34及多晶硅图案36。本领域普通技术人员当可了解，虽然使用"多晶硅" 或"多晶"来叙述图案36，但图案36可实际上为晶体管栅极电极的图案及 其它与栅极电极同时形成的导电图案，例如电阻器。图案36的材质可包括
8金属、金属硅化物、金属氮化物、多晶硅、前述的组合、或前述的叠层。
接着，对主要图案32进行尺寸运算(sizing operation)。图4显示主要图 案32的放大类型(enlarged version)32'，或称放大型主要图案32，。主要图案 32也显示于图中以作比较用。在优选实施例中，主要图案32的宽度与长度 均增加，例如增加约百分之十到约百分之五百。在另一实施例中，主要图案 32的长度及宽度在每一侧边增加约1倍到约30倍设计法则所允许的"最小 宽度"。因此，主要图案34中的OD图案34及多晶硅图案36的尺寸也增加 约百分之十。
在图5中，虚置OD图案40全面性地注入于窗口区30中。在优选实施 例中，GDS文件具有阶层式(hierarchical)架构，而虚置OD图案40增加作 GDS文件中与OD图案34及多晶硅图案36分开的独立层(s印arate layer)。因 此，虚置OD图案40包括与主要图案32重叠的区域及不与主要图案32重 叠的区域。在优选实施例中，虚置OD图案40为平行的细条(strips)，并以阵 列方式设置。增加作为独立层的虚置OD图案40可显著地减少虚置注入的 困难度(可直接注入而不需寻找空白处)。最终GDS文件所增加的文件大小也 大抵可忽略。
在图6中，虚置OD图案40包括与放大型主要图案32'重叠的部分，该 部分位于由放大型主要图案32'所定义的区域内。将虚置OD图案40的这些 部分(与图案32'重叠处)自全面性注入虚置OD图案40减去。既然放大型主 要图案32'包括有源区(ODs)与多晶硅区的主要图案，虚置图案40的余留部 分不包括任何与OD区(图案34)及多晶硅区(图案36)重叠的虚置图案。虚置 图案40的余留部分大体上为放大型主要图案32'的反相(inversed)图案，并可 称之为虚置图案40'。
虚置图案40'可包括虚置图案44，其为非常小或不规则形状的图案。虚 置图案44不必要地造成虚置图案复杂度的增加，但对于图案负荷效应的减 小仅有微小的帮助。因此，进行一平滑运算(smoothingoperation)以移除小虚 置图案44，并使不规则形的虚置图案44成形为规则形状。平滑运算可以一 微形绘图程序(miniature program)进行。平滑运算后的最终图案显示于图7A 中。
图7B显示另一实施例，其中因为虚置图案自放大型主要图案移除，不
9仅虚置图案44尺寸减小，且任何虚置图案46的尺寸也减小(请参照图6)。 换句话说，只要是具有任何部分位于放大型主要图案32'中的任何注入虚置 图案40会被移除。在此实施例中，运算不必经过图6所示的步骤。取而代 之地，图7B所示的图案可直接以显示于图5的图案计算。此实施例可进一
步节省虚置注入工艺所花费的时间。
请参照图8，主要图案32与虚置图案40'结合而形成新的图案。既然虚 置图案40，是由移除放大型主要图案32'所形成，虚置图案40'中的空白处 (vacancy)会大于主要图案32。借着将主要图案32放置于空白处的中心，主 要图案32可与所有方向的邻近虚置图案具有一致的间隔。既然GDS文件的 图案具有层状结构，主要图案32中的OD图案34可容易地取得，并与虚置 图案40，结合而形成显现于OD掩模上的图案(此后将也称作OD掩模图案)。 相似地，主要图案32中的多晶硅图案36可被取得，并与虚置图案40'结合 而形成多晶硅的掩模的图案(此后也称作多晶掩模图案)。
在先前段落所讨论的工艺步骤之后，接着对GDS文件进行额外的主要 逻辑运算(main logic operations),其可包括布局调整(layout modifications),例 如调整接点的尺寸、增加轻掺杂源极/漏极(LDD)区的图案，及其相似调整。 接着进行光学邻近修正以抵消光学邻近效应。接着，将OD掩模图案与多晶 掩模图案转移到对应的掩模。
在前述实施例中，既然多晶掩模图案及OD掩模图案均包括虚置图案40'
的图案，虚置多晶图案与虚置OD图案是相同的。然而，在实际情形中，OD 图案与多晶图案常不相同。例如，OD图案常为长方形区块，而多晶硅图案 常为细长的细条状区块。为了使图案密度更为均匀，虚置OD图案与虚置多 晶图案较佳分别仿照OD图案与多晶图案。在此情形中，虚置OD图案的注 入与虚置多晶图案的注入均需经过图5-图8的工艺，且全面性注入的虚置 OD图案(图5)与全面性注入的虚置多晶图案在形状、密度、尺寸、及/或其相 似外观上是不同的。在一注入虚置OD图案的实施例中，全面性注入的虚置 OD图案(请参照图5中的虚置图案40)包括块状类型(blocktype)的虚置区域， 其相似于图9A所示。另一方面，关于虚置多晶图案的注入，全面性注入的 虚置图案40为如图5所示的细条状(strips)。在其它实施例中，也可使用其它 形状的图案，例如圆形、六边形、及其相似形状。图9B显示圆形的虚置图
10案40。在另一实施例中，如图9C所示，全面性注入的虚置图案包括多个相 同的虚置(图案)群(dummy group)。虽然虚置群中的虚置图案的数量及形状可 改变，但整个窗口区中的每一虚置(图案)群为彼此相同，且具有一特定的单 位间距(unit pitch)。
在前述实施例中，主要图案32包括OD图案34及多晶图案36。在其它 实施例中，关于注入虚置OD图案，主要图案32只包括OD图案34。相似 地，关于注入虚置多晶图案，主要图案32只包括多晶图案36。相应的虚置 注入工艺与图5-图8所讨论的工艺相似，除了其中的主要图案32只包括OD 图案34与多晶图案36的其中之一。
除了形成多晶区与OD区的掩模图案，本发明实施例的概念还可应用到 金属线路、金属化层中的金属接垫、金属化层间的介层窗(via)、及/或层间介 电层(ILD)中的接触插塞。在这些情形中，主要图案可为所需金属线路、金属 介层窗或接触插塞、或前述的组合的图案。在每一情形中，注入虚置图案的 形状、尺寸、及图案密度较佳与相应的真实图案(非虚置图案)在形状、尺寸、 及图案密度上相仿。此外，主要图案32可包括集成电路中的其它类型的结 构，例如接触插塞、介层窗、及其相似结构。因此，最终的注入虚置结构(最 终虚置图案)不包括相应的接触插塞、介层窗、及其相似结构的放大区域(即 不包括放大型主要图案)。
可了解的是，本发明实施例中所注入的虚置图案在整个窗口区中具有一 单位间距。如图8所示，在窗口区30中的注入虚置图案间的单位间距是相 同的(除了邻近主要图案的边缘虚置图案之外)，因此最终掩模图案中的虚置 图案也可称作单位间距虚置图案(unit-pitch dummy patterns)。本领域普通技术 人员当可了解间距的大小可随着所测量的间距方向不同而不同。然而，对于 某一特定方向，掩模中虚置图案的相应间距是相同的。另外，大抵所有虚置 图案(除了邻近主要图案的边缘虚置图案外)在形状与尺寸上均大抵相同。在 图9C所示的情形中，虚置图案40所组成的虚置图案群具有一单位间距。
本发明实施例也可称作反相虚置注入工艺(reversed dummy insertion process),这是因为不同于公知工艺先找出图案稀疏区(pattem-sparse regions) 并接着注入虚置图案到图案稀疏区，本发明实施例将虚置图案整个注入到窗 口区，并接着移除主要图案区上不需要的虚置图案。本发明实施例具有许多
li优点。第一，GDS文件尺寸上的增加可縮到最小。 一实施例的实验结果显示
GDS文件大小在虚置图案注入之后，仅增加少于约百分之一的容量。与公知 技术相比，公知的虚置图案注入一般会造成GDS文件大小增加10倍。第二， 虚置图案的注入显著地加快， 一般只需少于一天的时间，而公知的虚置注入 工艺一般需花费好几天的时间。第三，由于注入效率的增进，晶片厂可自行 进行虚置注入工艺，不需设计公司(designhouses)进行虚置注入工艺。可减少 设计公司产品定案(tapeout)的负担。此外，对于掩模制造厂的专属技术机密 可给予较佳的保护。
虽然本发明己以数个优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明， 任何所属技术领域中具有通常知识的普通技术人员，在不脱离本发明的精神 和范围内，当可作任意的改动与修改，因此本发明的保护范围当视所附的权 利要求书所界定的范围为准。
1权利要求
1. 一种注入虚置图案的方法，包括提供包括一主要图案的一窗口区，其中该主要图案包括具有一第一结构类型的第一图案及具有一第二结构类型的第二图案，且其中该第一结构类型与该第二结构类型是不同的类型；全面性地于该窗口区注入第一虚置图案，其中所述第一虚置图案为所述第一结构类型的虚置图案；放大该主要图案以产生一放大型主要图案，其中该放大型主要图案占据该窗口区的一放大区域；自所述第一虚置图案移除所述第一虚置图案位于该放大区域中的部分，以产生第一反相虚置图案；以及结合该主要图案中的所述第一图案与所述第一反相虚置图案，以产生所述第一结构类型的第一掩模图案。
2. 如权利要求1所述的注入虚置图案的方法，其中所述第一结构类型包 括有源区，而所述第二结构类型包括栅极电极，或其中所述第一结构类型包 括栅极电极，而所述第二结构类型包括有源区。
3. 如权利要求1所述的注入虚置图案的方法，还包括 在该窗口区全面性地注入第二虚置图案；自所述第二虚置图案移除所述第二虚置图案位于该放大区域中的部分， 以产生第二反相虚置图案；以及结合该主要图案中的所述第二图案与所述第二反相虚置图案，以产生所 述第二结构类型的第二掩模图案，其中该主要图案中的所述第二图案放置于 该放大区域中的一中间部分。
4. 如权利要求1所述的注入虚置图案的方法，其中所述第一虚置图案在 整个该窗口区中具有一单位间距。
5. 如权利要求1所述的注入虚置图案的方法，其中所述第一虚置图案包 括重复的相同虚置图案群，且其中所述虚置图案群在该窗口区中具有一单位 间距。
6. 如权利要求1所述的注入虚置图案的方法，其中该放大型主要图案的 一宽度比该主要图案的一宽度大了百分之十到百分之五百之间。
7. 如权利要求1所述的注入虚置图案的方法，在移除所述第一虚置图案 位于该放大区域中的部分的步骤后，还包括进行一平滑运算步骤。
8. —种注入虚置图案的方法，包括提供包括一主要图案的一窗口区，其中该主要图案的结构类型包括栅极电极及有源区；在整个该窗口区注入虚置图案；放大该主要图案以产生一放大型主要图案，其中该放大型主要图案占据 该窗口区的一放大区域；自所述虚置图案移除所述虚置图案位于该放大区域中的部分，以产生反 相虚置图案；以及结合该主要图案与所述反相虚置图案，以产生掩模图案，其中该主要图 案放置于该放大区域的一中间部分中。
9. 如权利要求8所述的注入虚置图案的方法，其中所述虚置图案在整个 该窗口区具有一单位间距。
10. 如权利要求8所述的注入虚置图案的方法，其中所述虚置图案包括 重复的相同虚置图案群，且其中所述虚置图案群在整个该窗口区中具有一单 位间距。
11. 一种掩模，包括 一窗口区，包括一主要图案；以及虚置图案，位于该主要图案所占据区域外围的一区域中，其中所述虚置 图案在整个该窗口区中大抵具有一单位间距。
12. 如权利要求11所述的掩模，其中该主要图案包括具有一第一结构类 型的第一图案及具有一第二结构类型的第二图案，且其中该第一结构类型与 该第二结构类型是不同的类型，且其中所述虚置图案具有该第一结构类型及 该第二结构类型其中的一的类型。
13. 如权利要求11所述的掩模，其中所述虚置图案具有朝向该主要图案 的边缘，且其中所述边缘与该主要图案的相应最近部分之间具有一大抵相同 距离。
14. 如权利要求11所述的掩模，其中所有由其它虚置图案所围绕的中间 虚置图案具有大抵相同的尺寸及形状。
15.如权利要求11所述的掩模，其中所述虚置图案包括相同的虚置图案 群，每一所述虚置图案群包括至少两个彼此不相同的虚置图案，且其中所述 虚置图案群之间具有该单位间距。
全文摘要
本发明公开了一种注入虚置图案的方法及掩模，该方法包括提供包括主要图案的窗口区，其中主要图案包括具有第一结构类型的第一图案及具有第二结构类型的第二图案，且第一结构类型与第二结构类型是不同的类型，全面性地于窗口区注入第一虚置图案，其中第一虚置图案为第一结构类型的虚置图案，放大主要图案以产生放大型主要图案，其中放大型主要图案占据窗口区的放大区域，自第一虚置图案移除第一虚置图案位于放大区域中的部分，以产生第一反相虚置图案，及结合主要图案中的第一图案与第一反相虚置图案，以产生第一结构类型的第一掩模图案。本发明中GDS文件尺寸增加可缩到最小，虚置图案的注入加快，减少产品定案负担，并可较佳的保护技术机密。
文档编号G03F1/14GK101487973SQ20081016911
公开日2009年7月22日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年1月14日
发明者徐景馨, 罗增锦 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司