[发明专利]测试光掩模板及其应用

说明书

技术领域

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

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。 

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充冗余金属来使版图图形密度均匀化。 

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。 

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。 

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

本发明的目的是提供一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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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： 

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的金属层的平坦度，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。 

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。