專利名稱：一種只讀碼掩模及其應用方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種半導體制程，特別是一種光學微影制程，應用于一光阻層上形成一只讀碼(ROM code)布植圖案。
背景技術：
只讀存儲器(read only memory，ROM)是一種用來儲存數(shù)據(jù)的半導體元件，由多個存儲單元(memory cell)所組成，其中每一存儲單元內含有一晶體管(MOS transistor)。由于只讀存儲器的電路設計不會受到有無電源的影響，因此儲存的數(shù)據(jù)不會因電源中斷而消失，但也因此只讀存儲器只能用來執(zhí)行讀取(read)的操作。
一般制作只讀存儲器的方式，是在一芯片的預定區(qū)域內制作多個以矩陣格式排列的晶體管，用來作為儲存數(shù)據(jù)的存儲單元。為了規(guī)劃存儲單元的排列方式，必須先將一組待寫入的只讀碼(ROM code)制作成一掩模(mask)。接著利用微影制程將掩模上的圖案轉移到只讀存儲器上，以定義出寫入0與寫入1的晶體管的位置，進而正確地將只讀碼寫入只讀存儲器之內。這種利用掩模所規(guī)劃的只讀存儲器，稱為罩幕式只讀存儲器(MaskROM)。而將只讀碼寫入罩幕式只讀存儲器是指將離子植入于晶體管的通道(channel)內，以調整晶體管的閾值電壓(threshold voltage)，此一程序稱為只讀碼布植。同時并配合儲存電路的設計，以完成將只讀碼寫入罩幕式只讀存儲器的程序。
請參考圖1，圖1為一罩幕式只讀存儲器陣列結構10的上視圖，一罩幕式只讀存儲器陣列結構10包含有多條位線(bit line)12及多條字線(word line)14垂直橫跨于位線12之上。其中位線12及字線14形成罩幕式只讀存儲器內多個以矩陣格式排列的存儲器單元晶體管(memory celltransistor)16，一存儲器單元晶體管16包含一源極(即位線12)、一漏極(即位線12)、一柵極(即字線14)及一通道18，其中通道(channel)18即是只讀碼寫入的位置。
待完成制作罩幕式只讀存儲器陣列結構10的位線12及字線14后，接著繼續(xù)進行一只讀碼植入程序，一般而言，只讀碼植入程序為先于罩幕式只讀存儲器陣列結構10上涂布光阻，并利用一曝光系統(tǒng)(未示出)，其內至少包含一光源、一依據(jù)一組預定只讀碼所制作的掩模及一投影透鏡(projection lens)，以于光阻上定義出只讀碼布植圖案，然后將離子植入預定的欲植入離子的晶體管的通道內。請參考圖2，圖2為一依據(jù)一組預定只讀碼所制作的掩模20示意圖，掩模20包含有多個孔22，而孔22的排列方式取決于其相對應的只讀碼的組合，孔22的大小以及其相鄰的距離則取決于制程需要。
由于集成電路的密集度越來越高，掩模20上的孔22排列也隨之越來越密集，因此光線經過掩模20的孔22所引起的繞射現(xiàn)象也愈加明顯，造成所謂的光學接近效應(optical proximity effect)。而光學接近效應所產生的問題之一，是導致形成于光阻上的圖像的解析度降低，亦即掩模20上的只讀碼圖案無法正確地轉移至罩幕式只讀存儲器陣列結構10上。請參考圖3，圖3為一定義后的罩幕式只讀存儲器30的上視圖。如圖3所示，定義后的罩幕式只讀存儲器3 0包含有多條位線32、多條字線34垂直橫跨于位線32之上及一光阻(未示出)覆蓋于位線32與字線34之上。定義后的罩幕式只讀存儲器30是利用包含有掩模20的曝光系統(tǒng)，經由一曝光程序而將掩模20上的圖案轉移到光阻層上。其中區(qū)域A、區(qū)域B、區(qū)域C、區(qū)域D及區(qū)域E為欲植入離子的晶體管的位置。如圖2及圖3所示，由于掩模20上的孔22排列密集，因此光線經過掩模20的孔22所引起的繞射現(xiàn)象明顯，而造成所謂的光學接近效應，使得掩模20上的只讀碼圖案無法正確地轉移到光阻層上。此外，獨立(isolated)區(qū)域C由于曝光強度不足而無法形成于光阻層上。如圖3所示，區(qū)域A、區(qū)域B、區(qū)域D及區(qū)域E皆橫跨位線32，因此進行只讀碼布植程序時，除了將離子植入晶體管的通道(未示出)內，同時也將離子植入位線32之內，將造成位線32的電阻值不均勻，亦即造成存儲器單元晶體管的源極與漏極的電阻值不均勻，這將嚴重地影響只讀存儲單元晶體管的電性能(electrical performance)。此外，由于區(qū)域C無法經由曝光程序形成于光阻層上，而導致只讀碼無法寫入?yún)^(qū)域C內的晶體管通道內，將導致罩幕式只讀存儲器的數(shù)據(jù)寫入錯誤。
已知解決上述問題的方法包括使用兩層掩模(two mask)或相移式掩模(phase shift mask，PSK)的微影技術、采用波長更低的光源(如193nm)及光學接近修正(optical proximity correction，OPC)等，然而上述方法皆有其限制，例如，使用兩層掩模的微影技術的成本高及生產能力(throughput)弱，而相移式掩模的微影技術的掩模制作成本高以及制作速度慢，且掩模的缺陷(defect)多。此外，193nm光源的發(fā)展尚未成熟，OPC的軟件成本高、執(zhí)行軟件的程序時間長及制程窗(process window)不足。因此必須發(fā)展一更具有效率及低成本的制程方法，以解決前述問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種于一光阻層上形成一只讀碼布植圖案的方法，以解決上述問題。
本發(fā)明提供一種于一光阻層上形成一只讀碼布植圖案的方法，該方法包含有下列步驟1.提供一表面覆有一光阻層的芯片。
2.提供一投影透鏡設于該芯片正上方。
3.提供一預定波長曝光光源，以產生一偶極(dipole)光線。
4.提供一只讀碼布植掩模，設于該投影透鏡與該曝光光源之間，其中該掩模上包含有多個不規(guī)則排列的只讀碼開口，以及多個輔助開口(assistant opening)穿插設置于該多個不規(guī)則排列的只讀碼開口之間，以使該多個只讀碼開口以及該復數(shù)輔助開口在一x方向上呈現(xiàn)周期性的圖案。
本發(fā)明主要是藉由偶極光線，并在掩模中的只讀碼圖案開口之間插入輔助開口，以使掩模上具有呈現(xiàn)周期性排列的只讀碼開口圖案，并且配合偶極光線，使掩模上的只讀碼圖案開口轉移至光阻層上時，減少x軸方向上的光學近似效應，并提高x軸方向的解析度，以解決位線的電阻值不均勻的問題。此外，藉由在掩模上的只讀碼圖案開口之間加入輔助開口，可避免只讀碼圖案開口因曝光強度不足而無法在光阻層上成像的缺陷。進而減少獨立只讀碼圖案開口及密集只讀碼圖案開口在曝光程序之后，在光阻層上成像時所產生的差異，以解決罩幕式只讀存儲器的數(shù)據(jù)寫入錯誤等問題。


圖1為一罩幕式只讀存儲器陣列結構的上視圖；圖2為一依據(jù)一組預定只讀碼所制作的掩模示意圖；圖3為一定義后的罩幕式只讀存儲器的上視圖；圖4為本發(fā)明較佳實施例的簡化曝光系統(tǒng)的結構示意圖；圖5(A)為圖4所示的掩模的上視圖；圖5(B)為本發(fā)明另一實施例中的掩模的上視圖；圖6是圖4中所顯示孔隙盤的上視圖；和圖7為本發(fā)明的定義后的罩幕式只讀存儲器的上視圖。
具體實施例方式
請參考圖4，圖4為本發(fā)明較佳實施例的曝光系統(tǒng)的簡化結構示意圖。如圖4所示，曝光系統(tǒng)40至少包含一半導體芯片41、一光阻層42涂布于半導體芯片41的表面、一投影透鏡43設于半導體芯片41的上方、一依據(jù)一組預定只讀碼所制作的掩模44位于投影透鏡43的上方、一孔隙盤(aperture plate)45位于掩模44的上方及一光源46設于孔隙盤45上方。在本發(fā)明的較佳實施例中，光源46是用一波長為248納米(nm)的光源。而在本發(fā)明的另一實施例中，光源46亦可用一波長為193或157納米(nm)的光源。由光源46產生的光經過孔隙盤45，投射至掩模44，并且在掩模44上的開口產生繞射(diffraction)。其零次繞射光(0thorder of diffraction)與一次繞射光(1storder of diffraction)經由一數(shù)值孔徑(numericalaperture，NA)大于0.4的投影透鏡43收集之后成像于光阻層42，一曝光程序完成。接著進行顯影、清洗及蝕刻等制程，以完成將掩模44上的只讀碼圖案轉移至半導體芯片41上，由于顯影、清洗及蝕刻等制程為本領域技術人員已知的技術，因此不再贅述。
請參考圖5(A)，圖5(A)為圖4所示的掩模44的上視圖。一掩模44包含多個只讀碼圖案開口44a、只讀碼圖案開口44b及多個輔助開口(assistant feature)44c，其中輔助開口44c是位于多個只讀碼圖案開口44a及只讀碼圖案開口44b的間隔中。加入輔助開口44c的目的是為了使掩模44上的只讀碼圖案在x軸方向略呈一周期性排列，增加多個只讀碼開口44a及44b的虛影對比(aerial image contrast)，以提高在光阻層42上形成的只讀碼圖案的解析度。此外，加入輔助開口44c于只讀碼圖案開口44b的兩側，可避免只讀碼圖案開口44b因曝光強度不足而無法成像于光阻層42的缺陷，因此可減少獨立(isolated)只讀碼圖案開口44b及密集(dense)只讀碼圖案開口44a在曝光程序之后，成像于光阻層42時所產生的差異。
值得注意的是，輔助開口44c的尺寸需使光線通過多個輔助開口44c后，不會成像于光阻層42上，因此最后并不會影響只讀碼圖案的轉移。在本發(fā)明的較佳實施例中，輔助開口44c間的距離w1以及輔助開口44c與只讀碼圖案開口44a間的距離w2，其范圍約在λ/2到2λ之間，其中λ為曝光時所用光源的波長。在本發(fā)明的另一實施例中，掩模44上的圖案設計亦可如圖5(B)所示，不論在圖5(A)或圖5(B)，掩模44上的圖案在x軸方向呈現(xiàn)一周期性排列。
請參考圖6，圖6是圖4中所顯示孔隙盤45的上視圖，孔隙盤45內具有兩個孔隙45a及45b位于x軸方向，其中孔隙45a及45b的功用為產生偏軸光線(off-axis illumination)，稱為偶極光線(dipoleillumination)。由于偶極光線的特性之一，可使某一方向(如x軸方向)具有周期性圖案的掩模，經過一曝光程序后，掩模上的圖案轉移至光阻層時，光阻層上圖像在x軸方向具有優(yōu)異的解析度。因此，本發(fā)明使掩模44上的圖案在x軸方向略成周期性排列，并配合在x軸方向具有孔隙45a及45b的孔隙盤45所產生的偶極光線，可使掩模44上的只讀碼圖案44a及44b轉移至光阻層42時，在x軸方向具有優(yōu)異的解析度，進而解決的前述的缺陷。然而，本發(fā)明并不限制于圖6所示的孔隙盤45，任何可產生偶極光線的孔隙盤皆可適用于本發(fā)明。
請參考圖7，圖7為本發(fā)明中定義后的罩幕式只讀存儲器50的上視圖。定義后的罩幕式只讀存儲器50包含有多條位線52、多條字線54垂直橫跨于位線52之上及一光阻(未示出)覆蓋于位線52與字線54之上。定義后的罩幕式只讀存儲器30是利用曝光系統(tǒng)40，經由一曝光程序而將掩模44上的圖案轉移到光阻上。其中區(qū)域A′、區(qū)域B′、區(qū)域C′、區(qū)域D′、區(qū)域E′、區(qū)域F′、區(qū)域G′、區(qū)域H′、區(qū)域I′、區(qū)域J′及區(qū)域K′為欲寫入只讀碼的位置。如圖7所示，區(qū)域A′～區(qū)域K′皆無橫跨位線52的情形，亦即本發(fā)明加強了x軸方向的解析度。
本發(fā)明的主要目的是利用一孔隙盤45產生偶極光線，并于掩模44中的只讀碼圖案開口44a及44b之間插入輔助開口44c，以使掩模44上具有呈現(xiàn)周期性排列的只讀碼開口圖案，并且配合偶極光線，使掩模44上的只讀碼圖案開口44a及44b轉移至光阻層42上時，減少x軸方向上的光學近似效應，并提高x軸方向的解析度。以解決進行只讀碼布植程序時，將離子布植入位線之內，而造成位線的電阻值不均勻，亦即造成存儲器單元晶體管的源極與漏極的電阻值不均勻，并且嚴重影響只讀存儲單元晶體管電性能等問題。
此外，藉由在掩模44上的只讀碼圖案開口44a及44b之間加入輔助開口44c，可避免只讀碼圖案開口44b因曝光強度不足而無法成像于光阻層42的缺陷。進而減少獨立只讀碼圖案開口(如44b)及密集只讀碼圖案開口(如44a)在曝光程序之后，成像于光阻層42時所產生的差異，以解決罩幕式只讀存儲器的數(shù)據(jù)寫入錯誤等問題。此外，本發(fā)明的特點在于只需利用單一掩模即可解決前述問題，從而降低制程成本并且提升制程效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種于一光阻層上形成一只讀碼布植圖案的方法，該方法包含有下列步驟提供一表面覆有一光阻層的芯片；提供一投影透鏡設于該芯片正上方；提供一預定波長曝光光源，以產生一偶極光線；以及提供一只讀碼布植掩模，設于該投影透鏡與該曝光光源之間，其中該掩模上包含有多個不規(guī)則排列的只讀碼開口，以及多個輔助開口穿插設置于該多個不規(guī)則排列的只讀碼開口之間。
2.如權利要求1的方法，其中該多個輔助開口是用來增加該多個只讀碼開口的虛影對比。
3.如權利要求1的方法，其中該預定波長為248納米(nm)。
4.如權利要求1的方法，其中該預定波長為193納米(nm)。
5.如權利要求1的方法，其中該預定波長為157納米(nm)。
6.如權利要求1的方法，其中該投影透鏡具有一大于0.4的數(shù)值孔徑。
7.如權利要求1的方法，其中該多個輔助開口的尺寸需使該偶極光源通過該多個輔助開口后，不會在該光阻層上成像。
8.如權利要求1的方法，其中該多個只讀碼開口以及該多個輔助開口在一x方向上呈現(xiàn)周期性的圖案。
9.一種具有只讀碼布植圖案的掩模，該掩模包含有多個成不規(guī)則排列的只讀碼開口；以及多個輔助開口穿插設置于該多個不規(guī)則排列的只讀碼開口之間；其中該多個只讀碼開口以及該復數(shù)輔助開口在一x方向上呈現(xiàn)周期性的圖案。
10.如權利要求9的掩模，其中該掩模是用于形成一只讀碼布植圖案于一光阻層上，該形成只讀碼布植圖案的方法包含有下列步驟提供一表面覆有一光阻層的芯片；提供一投影透鏡設于該芯片正上方；提供一預定波長曝光光源，以產生一偶極光線；以及提供一只讀碼布植掩模，設于該投影透鏡與該曝光光源之間。
11.如權利要求9的掩模，其中該多個輔助開口是用來增加該多個只讀碼開口的虛影對比。
12.如權利要求10的方法，其中該預定波長為248納米(nm)。
13.如權利要求10的方法，其中該預定波長為193納米(nm)。
14.如權利要求10的方法，其中該預定波長為157納米(nm)。
15.如權利要求10的方法，其中該投影透鏡具有一大于0.4的數(shù)值孔徑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種于一光阻層上形成一只讀碼布植圖案的方法，該方法包含有下列步驟提供一表面覆有一光阻層的芯片；提供一投影透鏡設于該芯片正上方；提供一預定波長曝光光源，以產生一偶極光線；以及提供一只讀碼布植掩模，設于該投影透鏡與該曝光光源之間，其中該掩模上包含有多個成不規(guī)則排列的只讀碼開口，以及多個輔助開口穿插設置于該多個成不規(guī)則排列的只讀碼開口之間，以使該多個只讀碼開口以及該多個輔助開口在一x方向上呈現(xiàn)周期性的圖案。
文檔編號H01L21/8246GK1420525SQ01130309
公開日2003年5月28日 申請日期2001年11月20日 優(yōu)先權日2001年11月20日
發(fā)明者張慶裕, 吳義鑣, 洪齊元 申請人:旺宏電子股份有限公司