灰度掩模图形的制作方法

专利2024-06-26  60


灰度掩模图形
1.技术领域
2.本发明涉及集成电路设计制造领域,特别是指一种能得到不同光刻侧壁形貌的灰度掩模图形。


背景技术:

3.光刻(photoetching or lithography)是通过一系列生产步骤,将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后,晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程,最终在晶圆上保留的是特征图形部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求,生成尺寸精确的特征图形,并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件(parts)的关联正确。
4.光刻是基本工艺中最关键的步骤。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好,最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻的掩膜板(mask)的质量对于集成电路的制造工艺具有相当重要的影响。
5.在微光学、微机械和微电子领域,制作带有一定表面轮廓的三维结构成为人们的关注重点。较之于标准二元光学器件制作方法,灰度掩模法由于其制作成本低、周期短、方法简单等,成为了研究热点。灰度掩模技术是批量化制作三维微结构的有效方法,灰度掩模是一种光掩模,与二元掩模不同之处在于:灰度掩模在掩模平面不同位置可以提供变化的透过率,单一灰度掩模可以含有一组二元掩模的位相信息,在经过一次光刻过程和刻蚀过程后得到所需要的衍射光学元件,这种方法成本低、周期短、方法简便、无对准误差等,但加工精度有待于提高。灰度掩模根据制作设备及原理可分为直写灰度掩模、模拟灰度掩模及其他灰度掩模。其核心在于制作能精确控制光透射率的灰度掩模板,而灰度掩模图是制作灰度掩模板的关键。
6.一般情况下,要求光刻图形侧壁垂直于表面,但少数的特殊器件为了增强器件性能,需要光刻胶侧壁形貌有一定的倾斜度,如图1所示,进而得到具有一定倾斜度的刻蚀形貌,一般希望斜坡倾角为45度左右。


技术实现要素:

7.本发明所要解决的技术问题在于提供一种灰度掩模图形,验证光刻侧壁形貌的灰度掩模版设计与光阻厚度的比值关系。
8.为解决上述问题,本发明所述的一种灰度掩模图形,一种灰度掩模图形,其特征在于:在掩膜版上形成用于光刻形成沟槽或者台阶的灰度掩膜图形,所述灰度掩膜图形能使光刻胶的侧面形成具有厚度变化的坡度;所述灰度掩膜图形的中心为一呈矩形结构的主图形;定义所述主图形的长宽方向分别为y方向及x方向,在所述主图形的沿y方向的左右两侧分别排布有多行及多列的尺寸远远小于所述主图形结构的小方形结构阵列;所述的小方形
结构阵列,位于同一列上的所有的小方形具有相同的尺寸,位于不同列上的所有的小方形具有不同的尺寸,且离主图形越远的列上的小方形结构其尺寸越小;定义位于同一列上的小方形结构之间的间距为d1,不同列之间的小方形结构之间的间距为d2;主图形单侧的小方形结构阵列x方向总宽度为w;所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,所述的中心对称图形是指包括矩形结构的主图形以及位于主图形两侧的小方形结构阵列所形成的图形在内的整体中心对称,将图形整体绕其几何中心旋转180
°
后能与原始图形重合。
9.所述的同一列上小方形结构之间间距d1,不同列上的小方形结构之间间距d1能设置为相同,也能设置为不相同;所述不同列之间的间距为d2,不同列之间间距d1能设置为相同,也能设置为不相同。
10.所述的主图形为长方形。
11.所述的主图形,其在x方向的宽度在1~5微米范围内可调。
12.所述的光刻胶厚度变化范围为1000~50000
å

13.所述的小方形结构的尺寸在20~200nm范围内可调。
14.通过调整不同列上不同的小方形结构的尺寸以及间距d1、d2的值,能在光刻胶上侧壁形成不同角度的斜坡。
15.本发明所述的灰度掩模图形,包含一个位于中心的主图形结构,多行及多列的小方形结构阵列位于主图形结构的两侧,通过调整不同行的小方形结构的尺寸及其组合,曝光后可以使光刻胶形成不同角度的坡度,经过一些参数的验证,当单侧的小方形结构总宽度与光刻胶厚度的比值接近1:1时,能使光刻胶形成倾斜角度45度的斜坡。
附图说明
16.图1 是光刻后形成的光刻胶具有一定坡度形貌的显微图。
17.图2 是本发明灰度掩膜图形示意图及局部放大图。
18.图3 是光刻胶侧面倾斜形貌示意图。
19.图4 是光刻胶厚度为6000
å
时刻蚀之后光刻胶侧面的形貌剖视图。
20.图5 是光刻胶厚度为12000
å
时刻蚀之后光刻胶侧面的形貌剖视图。
21.图6 是光刻胶厚度为18000
å
时刻蚀之后光刻胶侧面的形貌剖视图。
22.图7 是光刻胶厚度为30000
å
时刻蚀之后光刻胶侧面的形貌剖视图。
具体实施方式
23.下面将结合附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
24.本发明能够以不同形式实施,而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地,提供这些实施例将使公开彻底和完全,并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中,为了清楚,层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大,自始至终相同附图标记表示相同的元件。当元件或层被称为“在

上”、“与

相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件
或层时,其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层,或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在

上”、“与

直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本发明教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
25.本发明所述的灰度掩模图形,形成于光刻工艺中所用到的掩膜版上,用于使光刻胶的厚度形成渐变,形成斜坡状的形貌,并且通过调整图形,光刻胶的斜坡角度可调。如图2所示,所述的灰度掩膜图形的中心为一呈长方形结构的主图形;定义所述的主图形的长宽方向分别为y方向及x方向,在所述主图形的沿y方向的左右两侧分别排布有多行及多列的尺寸远远小于所述主图形结构的小方形结构阵列,如图2中右侧的局部放大的a、b、c三列,所述的小方形结构阵列,位于同一列上的所有的小方形具有相同的尺寸,位于不同列上的所有的小方形具有不同的尺寸,且离主图形越远的列上的小方形结构其尺寸越小;即图中位于a列上的所有小方形具有相同的尺寸,b、c列同理,但a、b、c三列的尺寸存在区别,为a>b>c。所述的小方形结构的尺寸在20~200nm范围内可调。
26.如图2中所示,定义位于同一列上的小方形结构之间的间距为d1,即同一列上如a列上小方形之间的间距为d1,不同列之间的小方形结构之间的间距为d2,如主图形与a列之间或a列与b列之间或者b列与c列之间的间距为d2;主图形单侧的小方形结构阵列x方向总宽度为w。不同列上的小方形结构之间间距d1能设置为相同,也能设置为不相同;所述不同列之间的间距为d2,不同列之间间距d1能设置为相同,也能设置为不相同。通过调整不同列上不同的小方形结构的尺寸以及间距d1、d2的值,能在光刻胶上侧壁形成不同角度的斜坡,所述的光刻胶厚度h变化范围为1000~50000
å

27.所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,所述的中心对称图形是指包括矩形结构的主图形以及位于主图形两侧的小方形结构阵列所形成的图形在内的整体中心对称,将图形整体绕其几何中心旋转180
°
后能与原始图形重合。
28.所述的主图形,其在x方向的宽度在1~5微米范围内可调。本实施例中采用宽度为3um。
29.欲形成如图3所示的光刻胶的侧面的45度斜坡,当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为a列200纳米、b列175纳米、c列150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度h为6000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为615nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡,如图4所示。
30.当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为a列200纳米、b列175纳米、c列150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度h为12000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为1300nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡,如图5所示。
31.当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为a列200纳米、b列175纳米、c列150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度h为18000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为1855nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡,如图6所示。
32.当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为a列200纳米、b列
175纳米、c列150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度h为30000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为3025nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡,如图7所示。
33.从上述的4个实施例的数据可以验证看出,当光刻胶侧面需要形成45度的斜坡时,光刻胶厚度h与单侧的小方形结构x方向总宽度w的比值接近1:1。
34.以上仅为本发明的优选实施例,并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征:
1.一种灰度掩模图形,其特征在于:在掩膜版上形成用于光刻形成沟槽或者台阶的灰度掩膜图形,所述灰度掩膜图形能使光刻胶的侧面形成具有厚度变化的坡度;所述灰度掩膜图形的中心为一呈矩形结构的主图形;定义所述主图形的长宽方向分别为y方向及x方向,在所述主图形的沿y方向的左右两侧分别排布有多行及多列的尺寸远远小于所述主图形结构的小方形结构阵列;所述的小方形结构阵列,位于同一列上的所有的小方形具有相同的尺寸,位于不同列上的所有的小方形具有不同的尺寸,且离主图形越远的列上的小方形结构其尺寸越小;定义位于同一列上的小方形结构之间的间距为d1,不同列之间的小方形结构之间的间距为d2;主图形单侧的小方形结构阵列x方向总宽度为w;所述的灰度掩膜图形整体是中心对称图形,所述的中心对称图形是指包括矩形结构的主图形以及位于主图形两侧的小方形结构阵列所形成的图形在内的整体中心对称,将图形整体绕其几何中心旋转180
°
后能与原始图形重合。2.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的同一列上小方形结构之间间距d1,不同列上的小方形结构之间间距d1能设置为相同,也能设置为不相同;所述不同列之间的间距为d2,不同列之间间距d1能设置为相同,也能设置为不相同。3.如权利要求1所述的改变光刻侧壁形貌的灰度掩模图形,其特征在于:所述的主图形为长方形。4.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的主图形,其在x方向的宽度在1~5微米范围内可调。5.如权利要求4所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的主图形的宽度为3微米。6.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的光刻胶厚度变化范围为1000~50000
å
。7.如权利要求1所述的灰度掩模图形,其特征在于:所述的小方形结构的尺寸在20~200nm范围内可调。8.如权利要求2所述的灰度掩模图形,其特征在于:通过调整不同列上不同的小方形结构的尺寸以及间距d1、d2的值,能在光刻胶上侧壁形成不同角度的斜坡。9.如权利要求8所述的灰度掩模图形,其特征在于:当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为200纳米、175纳米、150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度为6000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为615nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡。10.如权利要求8所述的灰度掩模图形,其特征在于:当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为200纳米、175纳米、150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度为12000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为1300nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡。11.如权利要求8所述的灰度掩模图形,其特征在于:当所述的小方形结构从主图形结构中心往外方向的尺寸依次为200纳米、175纳米、150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度为18000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为1855nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡。12.如权利要求8所述的灰度掩模图形,其特征在于:当所述的小方形结构从主图形结
构中心往外方向的尺寸依次为200纳米、175纳米、150纳米时,间距d1为25nm,d2为30nm,光刻胶厚度为30000
å
,单侧的小方形结构x方向总宽度w为3025nm时,曝光及光刻后光刻胶侧面能形成45度的斜坡。13.如权利要求8~12任一项所述的灰度掩模图形,其特征在于:当光刻胶侧面需要形成45度的斜坡时,光刻胶厚度与单侧的小方形结构x方向总宽度w的比值接近1:1。

技术总结
本发明公开了一种灰度掩模图形,在掩膜版上制作用于光刻形成具有一定倾角的斜坡;所述灰度掩膜图形的中心为一矩形结构,在所述矩形的两侧分别排布有多行及多列的小尺寸的方形孔结构阵列;于同一列上的方形孔结构具有相同的尺寸,位于不同列上的方形孔结构具有不同的尺寸;所述方形孔结构的尺寸,是从主图形往外侧方向不同列上的方形孔结构尺寸逐渐缩小。通过设置不同行的矩形孔结构尺寸大小组合,能形成不同倾角的斜坡。本发明经过数据验证,当方形孔结构阵列的总宽度与光刻胶的厚度接近1:1时,能形成倾角接近45度的侧面斜坡。能形成倾角接近45度的侧面斜坡。能形成倾角接近45度的侧面斜坡。


技术研发人员:张雪 王辉 尹鹏
受保护的技术使用者:华虹半导体(无锡)有限公司
技术研发日:2022.07.08
技术公布日:2022/11/1
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