专利名称：金属层冗余金属填充测试光掩模设计和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子技术领域，尤其涉及一种金属层冗余金属填充测试光掩模。
背景技术：
随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小。进入到130纳米技术节点之后，受到铝的高电阻特性的限制，铜互连逐渐替代铝互连成为金属互连得主流。由于铜的干法刻蚀工艺不易实现，铜导线的制作方法不能像铝导线那样通过刻蚀金属层而获得。现在广泛采用的铜导线的制作方法是称作大马士革工艺的镶嵌技术。图7为完成金属层沉积和金属层化学机械研磨后导线金属盒冗余金属填充剖面图，请参见图7所示。该工艺在硅片上首先沉积低k值介质层1，然后通过光刻和刻蚀在介质层1中形成金属导线槽，继续后续的金属层沉积和金属层化学机械研磨制成金属导线4。化学机械研磨后的表面平坦度与金属图形密度关系密切。为了达到均勻的研磨效果，要求硅片上的金属图形密度尽可能均勻。而产品设计的金属图形密度常常不能满足化学机械研磨均勻度要求。解决的方法是在版图的空白区域填充冗余金属5来使版形密度均勻化。传统的方法是利用人工填充冗余金属5来提高版形密度的均勻度。这种方法效率不高。先进的方法是利用模拟软件来提高填充冗余金属图形设计的效率。但是现有方法在开发金属层化学机械研磨工艺的效率方面，以及在快速变化的客户产品图形密度情况下预测金属层化学机械研磨后的平坦度方面，成本较高，效率也不尽能满足设计和开发的需求。电容器是集成电路中的重要组成单元，广泛运用于存储器，微波，射频，智能卡，高压和滤波等芯片中。随着芯片尺寸的减少，以及性能对大电容的需求，如何在有限的面积下获得高密度的电容成为一个非常有吸引力的课题。随着半导体集成电路制造技术的不断进步，性能不断提升的同时也伴随着器件小型化，微型化的进程。越来越先进的制程，要求在尽可能小的区域内实现尽可能多的器件，获得尽可能高的性能。
发明内容
本发明提供金属层冗余金属填充测试光掩模设计和应用，用以解决现有方法效率低的问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为
一种金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其中，包括有一版图，所述版图由nXm个不同图形密度形成的区域，所述不同图形密度区域内包括多重转折结构的自屏蔽高密度电容、亚分辨率辅助图形(SRAF)、可分辨辅助图形和冗余图形阵列。上述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其中，所述不同图形密度区域的高密度电容的金属线条线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽，转折结构数目大于等于一重转折。上述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其中，所述不同图形密度区域的冗余图形阵列为相同尺寸的冗余图形。上述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其中，所述不同图形密度区域的冗余图形阵列为不同尺寸的冗余图形。上述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其中，所述不同图形密度区域的冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。一种金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其中，建立版图中nXm个区域的密度和相邻区域的密度梯度数据库。上述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其中，通过光刻曝光在光刻胶中形成测试光掩模的版形，一个或多个多重转折结构自屏蔽高密度电容形成的二维线条结构作为监测光刻工艺中产生缺陷的监测图形；通过对光刻胶中各种线条线宽的量测，建立亚分辨率辅助图形(SRAF)和可分辨辅助图形对各种线条线宽影响的数据库；通过刻蚀将光刻胶中的版形转移到衬底低介质层中，继续后续的金属层沉积和金属层化学机械研磨制作导线金属和冗余金属填充。上述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其中，建立多重转折结构自屏蔽高密度电容的数据库。上述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其中，测量各种线条局部区域的平坦度，建立可分辨辅助图形对各种线条局部区域的平坦度影响的数据库；测量nXm个区域经过金属层化学机械研磨后的平坦度，确立优化的金属层化学机械研磨工艺菜单；建立nXm 个区域的密度、相邻区域的密度梯度和各区域经过金属层化学机械研磨后的平坦度之间关系的数据库。上述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其中，根据客户产品的图形密度，及其相邻区域的图形密度，利用上述数据库预测经过金属层化学机械研磨后的平坦度和需要的图形密度调整。本发明由于采用了上述技术，使之具有的积极效果是 (1)有效地提高金属层冗余金属填充设计的效率。(2)有效地提高金属层化学机械研磨工艺开发的效率。(3)有效地提高预测经过金属层化学机械研磨后的平坦度和需要的图形密度调整的效率。(4)有效地提高多重转折结构自屏蔽高密度电容开发的效率。(5)有效地减少光刻工艺模块中所使用测试光掩模的成本。
图1是nXm个不同图形密度区域构成的版图2是一重转折结构的高密度自屏蔽电容示意图； 图3是二重转折结构的高密度自屏蔽电容示意图； 图4是三重转折结构的高密度自屏蔽电容示意图； 图5是相同尺寸的冗余图形阵列图；图6是不同尺寸的冗余图形阵列图7是完成金属层沉积和金属层化学机械研磨后导线金属盒冗余金属填充剖面图。
具体实施例方式以下结合附图给出本发明金属层冗余金属填充测试光掩模设计和应用的具体实施方式
。图1为nXm个不同图形密度区域构成的版图，图2为一重转折结构的高密度自屏蔽电容示意图，图3为二重转折结构的高密度自屏蔽电容示意图，图4为三重转折结构的高密度自屏蔽电容示意图，请参见图1、图2、图3和图4所示。本发明一种金属层冗余金属填充测试光掩模设计，包括有一版图，该版图由nXm个不同图形密度形成的区域构成，其中η 和m为大于等于1的整数。在不同图形密度区域内包括有多重转折结构的自屏蔽高密度电容、亚分辨率辅助图形(SRAF)、可分辨辅助图形和冗余图形阵列。图2显示的为一重转折结构，图3显示的是二重转折结构，图3显示的是三重转折结构。本发明在上述基础还具有如下实施方式
请继续参见图1、图2、图3和图4所示。在不同图形密度区域内的高密度电容的金属线条线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽，而且其转折结构数目大于等于一重转折。本发明进一步的，图5为相同尺寸的冗余图形阵列图，图6为不同尺寸的冗余图形阵列图，请参见图5和图6所示。在不同图形密度区域内的冗余图形阵列可以为相同尺寸的冗余图形，也可以为不同尺寸的冗余图形，并且该冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。本发明一种金属层冗余金属填充测试光掩模应用，请参见图1至图7所示。第一步，建立版图中nXm个区域的密度和相邻区域的密度梯度数据库。第二步，通过光刻曝光在光刻胶中形成测试光掩模的版形，一个或多个多重转折结构自屏蔽高密度电容形成的二维线条结构作为监测光刻工艺中产生缺陷的监测图形。第三步，对光刻胶中各种线条线宽的量测，建立亚分辨率辅助图形(SRAF)和可分辨辅助图形对各种线条线宽影响的数据库。第四步，刻蚀将光刻胶中的版形转移到衬底低介质层中，继续后续的金属层沉积和金属层化学机械研磨制作导线金属和冗余金属填充。第五步，建立多重转折结构自屏蔽高密度电容的数据库。第六步，测量各种线条局部区域的平坦度，建立可分辨辅助图形对各种线条局部区域的平坦度影响的数据库。第七步，测量nXm个区域经过金属层化学机械研磨后的平坦度，确立优化的金属层化学机械研磨工艺菜单。第八步，建立nXm个区域的密度、 相邻区域的密度梯度和各区域经过金属层化学机械研磨后的平坦度之间关系的数据库。最后，根据客户产品的图形密度，及其相邻区域的图形密度，利用上述数据库预测经过金属层化学机械研磨后的平坦度和需要的图形密度调整。综上所述，使用本发明金属层冗余金属填充测试光掩模，可以有效地提高金属层冗余金属填充设计和金属层化学机械研磨工艺开发的效率，有效地提高预测经过金属层化学机械研磨后的平坦度和需要的图形密度调整的效率，有效地提高多重转折结构自屏蔽高密度电容开发的效率，同时，减少光刻工艺模块中所使用测试光掩模的成本。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的方法和处理过程应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其特征在于，包括有一版图，所述版图由 nXm个不同图形密度形成的区域，所述不同图形密度区域内包括多重转折结构的自屏蔽高密度电容、亚分辨率辅助图形、可分辨辅助图形和冗余图形阵列。
2.根据权利要求1所述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其特征在于，所述不同图形密度区域的高密度电容的金属线条线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽，转折结构数目大于等于一重转折。
3.根据权利要求1所述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其特征在于，所述不同图形密度区域的冗余图形阵列为相同尺寸的冗余图形。
4.根据权利要求1所述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其特征在于，所述不同图形密度区域的冗余图形阵列为不同尺寸的冗余图形。
5.根据权利要求3或4所述金属层冗余金属填充测试光掩模设计，其特征在于，所述不同图形密度区域的冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。
6.一种金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其特征在于，建立版图中nXm个区域的密度和相邻区域的密度梯度数据库。
7.根据权利要求6所述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其特征在于，通过光刻曝光在光刻胶中形成测试光掩模的版形，一个或多个多重转折结构自屏蔽高密度电容形成的二维线条结构作为监测光刻工艺中产生缺陷的监测图形；通过对光刻胶中各种线条线宽的量测，建立亚分辨率辅助图形和可分辨辅助图形对各种线条线宽影响的数据库；通过刻蚀将光刻胶中的版形转移到衬底低介质层中，继续后续的金属层沉积和金属层化学机械研磨制作导线金属和冗余金属填充。
8.根据权利要求7所述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其特征在于，建立多重转折结构自屏蔽高密度电容的数据库。
9.根据权利要求8所述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其特征在于，测量各种线条局部区域的平坦度，建立可分辨辅助图形对各种线条局部区域的平坦度影响的数据库；测量nXm个区域经过金属层化学机械研磨后的平坦度，确立优化的金属层化学机械研磨工艺菜单；建立nXm个区域的密度、相邻区域的密度梯度和各区域经过金属层化学机械研磨后的平坦度之间关系的数据库。
10.根据权利要求9所述金属层冗余金属填充测试光掩模应用，其特征在于，根据客户产品的图形密度，及其相邻区域的图形密度，利用上述数据库预测经过金属层化学机械研磨后的平坦度和需要的图形密度调整。
全文摘要
本发明公开一种金属层冗余金属填充测试光掩模的设计和应用，提出一种具有多种应用功能的金属层冗余金属填充测试光掩模的设计及其应用。使用本发明的光掩模可以有效地提高金属层冗余金属填充设计和金属层化学机械研磨工艺开发的效率，有效地提高预测经过金属层化学机械研磨后的平坦度和需要的图形密度调整的效率，同时，可以减少光刻工艺模块中所使用测试光掩模的成本。
文档编号H01L21/768GK102446826SQ20111028509
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者毛智彪, 郑春生 申请人:上海华力微电子有限公司