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1、(10)申请公布号 CN 102520578 A (43)申请公布日 2012.06.27 C N 1 0 2 5 2 0 5 7 8 A *CN102520578A* (21)申请号 201110355463.6 (22)申请日 2011.11.10 G03F 1/44(2012.01) H01L 21/66(2006.01) (71)申请人上海华力微电子有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路497号 (72)发明人毛智彪 戴韫青 王剑 (74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人陆花 (54) 发明名称 测试光掩模板及其应用 。
2、(57) 摘要 本发明涉及一种测试光掩模板，用于测试当 前金属层的平坦度与图形密度的关系，所述测试 光掩模板的版图由nxm个区域构成，每个所述区 域具有不同的图形密度，每个区域包括孤立线条、 孤立线条两侧的亚分辨率辅助图形和可分辨率辅 助图形、半密集线条、密集线条和冗余图形阵列。 本发明使用具有金属层冗余金属填充应用功能、 扩大光刻工艺窗口功能和监测光刻工艺中产生 缺陷功能的测试光掩模板，有效的扩大光刻工艺 窗口且改善金属层化学机械研磨的局部区域平坦 度、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，提高预测经过化学机 械研磨后金属层平坦度和需要的图形密度调整的 效率，同时减。
3、少光刻工艺中所使用测试光掩模的 成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种测试光掩模板，用于测试当层金属层的平坦度与图形密度的关系，其特征在于： 所述测试光掩模板的版图由nxm个区域构成，每个所述区域具有不同的图形密度，每个区 域包括孤立线条、孤立线条两侧的亚分辨率辅助图形和可分辨率辅助图形、半密集线条、密 集线条和冗余图形阵列，其中n为大于等于1的整数，m为大于等于1的整数。 2.根据权利要求1所述的测试光掩模板，其特征在于：所述孤立。
4、线条、半密集线条和密 集线条的线条线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 3.根据权利要求1所述的测试光掩模板，其特征在于：所述冗余图形阵列由相同尺寸 的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 4.根据权利要求1所述的测试光掩模板，其特征在于：所述冗余图形阵列由不同尺寸 的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 5.一种根据权利要求1所述的测试光掩模板的应用，其特征在于，包括以下步骤： 获取所述光掩模板版图中nxm个区域的图形密度和相邻区域的图形密度梯度； 在衬底上沉积低介电常数薄膜； 在低介电常数薄膜上涂覆光刻胶，光刻形成测试光掩模板的图。
5、形； 通过对光刻胶中各种线条线宽的量测，获取亚分辨率辅助图形和可分辨率辅助图形对 线条线宽影响的信息； 刻蚀低介电常数薄膜形成对应于半密集线条和密集线条的金属导线槽、对应于冗余图 形的冗余金属槽和对应于可分辨率辅助图形的辅助图形冗余金属槽； 在上述结构表面沉积金属； 化学机械研磨形成由导线金属、冗余金属和辅助图形冗余金属组成的金属层； 测量nxm个区域经过化学机械研磨后金属层的平坦度，建立金属层化学机械研磨的工 艺菜单； 获取nxm个区域的密度、相邻区域的密度梯度和各区域经过化学机械研磨后的平坦度 之间关系。 6.根据权利要求5所述的测试光掩模板的应用，其特征在于：所述孤立线条、半密集线 条和。
6、密集线条的线条线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 7.根据权利要求5所述的测试光掩模板的应用，其特征在于：所述冗余图形阵列由相 同尺寸的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 8.根据权利要求5所述的测试光掩模板的应用，其特征在于：所述冗余图形阵列由不 同尺寸的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 权 利 要 求 书CN 102520578 A 1/4页 3 测试光掩模板及其应用 技术领域 0001 本发明涉及半导体领域，特别涉及一种测试光掩模板及其应用。 背景技术 0002 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。。
7、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的主 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。该工艺在 硅片上首先沉积低k值介质层，然后通过光刻和刻蚀在介质层中形成金属导线槽，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。 0003 化学机械研磨后的表面平坦度与金属图形密度关系密切。为了达到均匀的研磨效 果，要求硅片上的金属图形密度尽可能均匀。而产品设计的金属图形密度常常不能满足化 学机械研磨均匀度要求。解决的方法是在版图的空白区域填。
8、充冗余金属来使版图图形密度 均匀化。 0004 传统的方法是利用人工填充冗余金属来提高版图图形密度的均匀度。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。 0005 客户产品图形密度中，在给定线宽条件下，各种线条图形的焦深工艺窗口有下列 关系：密集线条的焦深大于半密集线条的焦深，半密集线条的焦深大于孤立线条的焦深。 利用这个关系，在孤立线条旁边增加辅助图形可以扩大孤立线条的工艺窗口。为了。
9、扩大工 艺窗口又不增加额外的图形，通常会在光掩模中增加亚分辨率辅助图形(sub-resolution assistant feature， SRAF)，亚分辨率辅助图形在光刻胶中不形成图形。 0006 为了减少额外的耦合电容带给器件的负面影响，在设计冗余金属填充时要尽可能 减少冗余金属的填充数量并且保持主图形与冗余金属间距尽可能大。比较大的主图形与冗 余金属间距会导致局部区域的图形密度不均匀，影响金属层化学机械研磨的局部区域平坦 度。辅助图形可以扩大孤立线条的光刻工艺窗口，改善金属层化学机械研磨的局部区域平 坦度，但是会导致较大的额外的金属间耦合电容。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一。
10、种测试光掩模板及其应用，以有效地扩大光刻工艺窗口、 提高填充冗余金属图形设计的效率、金属层化学机械研磨工艺开发的效率和预测经过化学 机械研磨后的金属层平坦度和需要的图形密度调整的效率，降低测试光掩模的成本。 0008 本发明的技术解决方案是一种测试光掩模板，用于测试当层金属层的平坦度与图 形密度的关系，所述测试光掩模板的版图由nxm个区域构成，每个所述区域具有不同的图 说 明 书CN 102520578 A 2/4页 4 形密度，每个区域包括孤立线条、孤立线条两侧的亚分辨率辅助图形和可分辨率辅助图形、 半密集线条、密集线条和冗余图形阵列，其中n为大于等于1的整数，m为大于等于1的整 数。 00。
11、09 作为优选：所述孤立线条、半密集线条和密集线条的线条线宽大于等于当层金属 层的最小可分辨线宽。 0010 作为优选：所述冗余图形阵列由相同尺寸的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于 等于当层金属层的最小可分辨线宽。 0011 作为优选：所述冗余图形阵列由不同尺寸的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于 等于当层金属层的最小可分辨线宽。 0012 本发明还提供一种上述测试光掩膜板的应用，包括以下步骤： 0013 获取所述光掩模板版图中nxm个区域的图形密度和相邻区域的图形密度梯度； 0014 在衬底上沉积低介电常数薄膜； 0015 在低介电常数薄膜上涂覆光刻胶，光刻形成测试光掩模板的图形； 0016 。
12、通过对光刻胶中各种线条线宽的量测，获取亚分辨率辅助图形和可分辨率辅助图 形对线条线宽影响的信息； 0017 刻蚀低介电常数薄膜形成对应于半密集线条和密集线条的金属导线槽、对应于冗 余图形的冗余金属槽和对应于可分辨率辅助图形的辅助图形冗余金属槽； 0018 在上述结构表面沉积金属； 0019 化学机械研磨形成由导线金属、冗余金属和辅助图形冗余金属组成的金属层； 0020 测量nxm个区域经过化学机械研磨后的金属层的平坦度，建立金属层化学机械研 磨的工艺菜单； 0021 获取nxm个区域的密度、相邻区域的密度梯度和各区域经过化学机械研磨后的平 坦度之间关系。 0022 作为优选：所述孤立线条、半密。
13、集线条和密集线条的线条线宽大于等于当层金属 层的最小可分辨线宽。 0023 作为优选：所述冗余图形阵列由相同尺寸的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于 等于当层金属层的最小可分辨线宽。 0024 作为优选：所述冗余图形阵列由不同尺寸的冗余图形构成，冗余图形的线宽大于 等于当层金属层的最小可分辨线宽。 0025 与现有技术相比，本发明通过使用具有金属层冗余金属填充应用功能、扩大光刻 工艺窗口功能和监测光刻工艺中产生缺陷功能的测试光掩模，有效地扩大光刻工艺窗口且 改善金属层化学机械研磨的局部区域平坦度、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化学机械研磨。
14、后的金属层平坦度和 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。 附图说明 0026 图1是本发明测试光掩模板的版图示意图。 0027 图2是本发明测试光掩模板的示意图。 0028 图3a是本发明相同尺寸的冗余图形阵列示意图。 说 明 书CN 102520578 A 3/4页 5 0029 图3b是本发明不同尺寸的冗余图形阵列示意图。 0030 图4是本发明测试光掩模板的应用中金属层化学机械研磨后的剖面图。 具体实施方式 0031 本发明下面将结合附图作进一步详述： 0032 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以 很多不同于在此。
15、描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况 下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。 0033 其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表 示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应 限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 0034 请参阅图1所示，在本实施例中，用于测试当层金属层的平坦度与图形密度的关 系，所述测试光掩模板的版图由nxm个区域(D11、D12、D21、D22.Dnm)构成，每个所述区域 具有不同的图形密度，每个区域包括孤立线条1、孤立线。
16、条两侧的亚分辨率辅助图形11和 可分辨率辅助图形12、半密集线条2、密集线条3和冗余图形阵列4，所述半密集线条2和密 集线条3作为监测光刻工艺中产生缺陷的监测图形。所述孤立线条1两侧的亚分辨率辅助 图形11和可分辨率辅助图形12用于扩大光刻工艺窗口且改善金属层化学机械研磨的局部 区域平坦度，所述孤立线条1、半密集线条2和密集线条3的线条线宽大于等于当层金属层 的最小可分辨线宽。如图3a和图3b所示，所述冗余图形阵列4由相同尺寸或不同尺寸的 冗余图形构成，冗余图形的线宽大于等于当层金属层的最小可分辨线宽。 0035 上述测试光掩模板的应用，包括以下步骤： 0036 获取所述光掩模板版图中nxm个。
17、区域的图形密度和相邻区域的图形 密度梯度； 0037 在衬底上沉积低介电常数薄膜； 0038 在低介电常数薄膜上涂覆光刻胶，光刻形成测试光掩模板的图形； 0039 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率辅助图 形对线条线宽影响的数据库； 0040 刻蚀低介电常数薄膜形成对应于半密集线条和密集线条的金属导线槽、对应于冗 余图形的冗余金属槽和对应于可分辨率辅助图形的辅助图形冗余金属槽； 0041 在上述结构表面沉积金属； 0042 化学机械研磨形成由导线金属、冗余金属和辅助图形冗余金属组成的金属层，研 磨后的剖面图如图4所示，具体为低介电常数薄膜5、导线金属6、冗余金属7。
18、和辅助图形冗 余金属8； 0043 测量nxm个区域经过化学机械研磨后的金属层的平坦度，建立金属层化学机械研 磨的工艺菜单； 0044 建立nxm个区域的密度、相邻区域的密度梯度和各区域经过化学机械研磨后的平 坦度之间关系的数据库。 0045 根据客户产品的图形密度以及相邻区域的图形密度梯度，利用上述数据库预测经 过化学机械研磨后的金属层平坦度和做出图形密度调整的冗余金属填充的设计。 0046 本发明通过使用具有金属层冗余金属填充应用功能、扩大光刻工艺窗口功能和监 说 明 书CN 102520578 A 4/4页 6 测光刻工艺中产生缺陷功能的测试光掩模，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，有效地扩大光刻工艺窗口且改善金属层化学机械研磨的局 部区域平坦度，有效地提高预测经过化学机械研磨后的金属层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。 0047 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。 说 明 书CN 102520578 A 1/2页 7 图1 图2 图3a 图3b 说 明 书 附 图CN 102520578 A 2/2页 8 图4 说 明 书 附 图CN 102520578 A 。