一种判断通孔开路缺陷的方法及其应用

1.本发明涉及半导体光刻工艺领域，特别涉及一种判断通孔开路缺陷的方法及其应用。


背景技术：

2.光学邻近校正(opc)是一种光刻增强技术，影响造成的图像错误。opc主要在半导体器件的生产过程中使用，目的是为了保证生产过程中设计的图形的边缘得到完整的刻蚀。这些投影图像出现违规行为，如线宽度比设计窄或宽，这些都可以通过改变掩模版来补偿成像。其他的失真(如圆角)受光学工具分辨率的制约，更加难以弥补。这些失真如果不纠正，可能大大改变生产出来的电路的电气性能。光学邻近校正通过移动掩模版上图形的边缘或添加额外的多边形来纠正这些错误。根据宽度和间距约束(即基于规则的opc)，或者是通过使用紧凑的模型动态仿真(即基于模型的opc)的结果预先计算出一个查找表，根据这个查找表来决定怎样移动图案的边缘，找到最好的解决方案。opc的目标是尽可能的使硅片上生产出的电路与原始的电路一致。
3.然而传统的opc的通孔开路缺陷计算方法只能通过预测预定位置处重叠面积来判断是否有开路风险，不会判定一定范围内是否会发生开路。
4.传统的opc的通孔开路缺陷计算方法主要采用如下步骤。
5.步骤s1，首先会基于光刻胶模型计算出曝光后的金属和通孔的轮廓，然后进行通孔与相连金属的重叠面积的计算(图1示出了曝光后的额金属额通孔的轮廓)，具体分为以下三步。
6.步骤s101，标注1，曝光后轮廓-刻蚀偏差(global etch bias,可分x与y方向)＝刻蚀后轮廓。
7.步骤s102，标注2，使用快速计算的方案。快速方案的整体思路为金属与通孔不同时使用轮廓作为重叠面积计算的部分，其中一层使用规则图形，一层使用轮廓。快速方案1为将通孔via的轮廓用八边形替代，如图2。快速方案2为将金属轮廓直接使用对版图设计(physical design)做过预偏置处理的光刻阶段设计目标版图(adi litho target)替代，如图3。
8.步骤s103，利用以下方式中的一种计算重叠面积。
9.a.像素化重叠面积计算：
10.软件内部首先将金属与通孔的曝光/刻蚀后轮廓进行and(与)布尔运算，将与计算后的重叠面积单独存为一层。对该层图形进行二值化，二值化后闭合填充，轮廓内为1，轮廓外为0，黑像素理论占比＝50％被记为1，通过像素统计轮廓内面积。该方法在计算不规则多边形轮廓面积下会有一定误差，像素越小，误差越小。该方法的好处是，二值化后计算面积更快。
11.b.多边形面积划分为计算：
12.一个多边形可以分成n个三角形，因此，一个多边形的面积可以分成n个三角形的
面积之和(精确解)。
13.1)对于凸多边形，如图4(a)，以多边形的某一点为顶点，将其划分成几个三角形，计算这些三角形的面积，然后加起来即可。已知三角形顶点坐标，三角形面积可以利用向量的叉乘来计算。
14.2)对于凹多边形，如图4(b)如果还是按照上述方法划分成三角形，会有重复计算某些部分，为了能够避免重复计算，我们计算三角形面积时可以利用差乘，因为差乘有正负，如果刚开始多计算了某些部分的面积，后面能够减掉的话，就不会影响答案的正确性。
15.当三角形的三个顶点都不在原点时，我们也可以借助原点来计算，如图4(c)。多边形区域的面积计算和这个计算的思想是一样的。每个线段与坐标原点都能围成一个三角形，这些三角形的“面积”之和就是多边形区域的面积。因为这些三角形的顶点排列顺序不同时，算出的面积可以是负值。
16.步骤s2，计算重叠面积与通孔原设计尺寸的面积的比例，表达为：
17.面积比例＝重叠面积/通孔原设计尺寸的面积。
18.标注：此处可以直接使用刻蚀后的轮廓和原始物理设计版图，如图5和6示意。
19.步骤s3，根据相关工艺变动范围进行测算，最终会设定重叠面积比例的安全阈值(areasafe)；
20.步骤s4，如果实际重叠面积比例≥areasafe，该通孔就可以被判定为不会发生开路缺陷，因为如果通孔与金属的实际重叠面积足够，在此处就不会发生开路，且仍能满足所需电性。
21.步骤s5，如果实际重叠面积比例＜areasafe，该通孔就可以被判定为可能发生开路缺陷，并且通孔与金属的实际重叠面积越小，实际重叠面积越小于安全阈值areasafe，最终也会更加容易导致开路现象的发生，也无法保持电性。
22.从上述计算过程可看出，其只能通过预测预定位置处的开路风险。然而实际刻蚀工艺中存在套刻误差，该套刻误差会导致通孔无法100％落在预定设计位置，而最终落在一定范围内。以上传统的计算方法忽略了套刻误差，也就无法预测在套刻工艺波动的情况下一定范围内的开路风险，降低了计算结果的准确度。
23.为此，提出本发明。


技术实现要素：

24.本发明的主要目的在于提供一种判断通孔开路缺陷的方法，该方法考虑了套刻误差，能够预测在套刻工艺波动的情况下一定范围内的开路风险，提高了判断结果的准确度。
25.为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。
26.一种判断通孔开路缺陷的方法，包括下列步骤：
27.步骤a，对金属和通孔的版图设计进行光学临近效应矫正opc，采用曝光仿真法获得金属层和通孔层曝光后的轮廓，再计算出金属层和通孔层刻蚀后的轮廓；
28.步骤b，计算通孔层刻蚀后的轮廓面积s，再任选将其模拟成等面积的规则多边形，进而获得相连的两层金属轮廓和通孔轮廓；
29.步骤c，与通孔相连的金属层平行的方向记为x方向，与通孔相连金属垂直的方向记为y方向，定义通孔需要移动的步长step；以版图设计的坐标位置为圆点，分别计算x方向
和y方向的潜在开路缺陷概率，以及x方向每一个步长下的重叠面积及重叠面积比例结果，以及y方向每一个步长下的重叠面积及重叠面积比例结果；
30.步骤d，设定重叠面积比例的安全阈值，分别将所述步骤c中得到的x方向和y方向的重叠面积比例结果与安全阈值作比较，从而分别得出x方向和y方向上通过在套刻误差分布下开路的概率p
x
和py；
31.步骤e，分别设定在x方向和y方向上发生通孔开路的概率安全阈值p
safe-x
、p safe-y
；
32.比较p
x
与p
safe-x
，若1-p
x
＜p
safe-x
，则优化版图，重复步骤a至e中x方向的操作，直至1-p
x
≥p
safe-x
；
33.比较py与p safe-y
，若1-py＜p
safe-y
，则优化版图，重复步骤a至e中y方向的操作，直至1-py≥p
safe-y
。
34.与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：考虑了套刻误差的存在，通孔会在一定范围内与金属连接，并且假设套刻误差服从正态分布，且平行和垂直方向的正态分布的期望与标准差是相同或不同的，套刻误差有自身的数学分布函数表达形式，所以通孔在金属上的最终落点位置可以被认为在3σ范围内，从而可以反映一定范围内的通孔开路的概率，这种概率的计算是传统opc中没有的。
附图说明
35.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
36.图1为现有计算方法中曝光后的金属和通孔的轮廓示意图；
37.图2为通孔的轮廓用八边形替代的过程示意图；
38.图3为金属轮廓使用光刻阶段设计目标版图替代的示意图；
39.图4为利用金属与通孔的重叠区域形成的不规则多边形的精确面积算法的示意图；
40.图5为曝光后轮廓与原始物理设计版图示意图；
41.图6为物理版图设计与曝光/刻蚀后的轮廓关系图；
42.图7为因套刻误差的存在导致金属与通孔发生开路的电镜图；
43.图8为将通孔轮廓模拟为等面积的正方形示意图；
44.图9为将相连的两层金属轮廓与通孔轮廓使用曝光/刻蚀之后的金属轮廓与等通孔轮廓面积的正方形来替代图；
45.图10为计算平行于金属方向的等轮廓面积通孔与金属轮廓的套刻误差范围的重叠面积及其比例的示意图；
46.图11为计算垂直于金属方向的等轮廓面积通孔与金属轮廓的套刻误差范围的重叠面积及其比例的示意图；
47.图12为算平行于金属方向因套刻误差工艺波动引起的潜在通孔开路概率分布图。
具体实施方式
48.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性
的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
49.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
50.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
51.传统的光学临近效应矫正opc中，不考虑因为套刻误差(overlay)引起的相对位置移动，由于overlay是会导致通孔有可能无法落在预定位置的，所以传统的光学临近效应矫正opc中判断通孔开路的方法就无法很好的应对套刻误差的工艺涨落，没法反映通孔落在一定范围内发生开路的可能性，例如图7所示的两种开路情况。而在先进节点中，套刻误差的工艺涨落带来的负面效应更加明显，其导致相连层连接出现问题，进而最终影响良率。基于此，本发明提供了一种考虑套刻误差的判断通孔开路缺陷的方法，其主要包括以下步骤。
52.步骤1，首先对金属和通孔的版图设计进行光学临近效应矫正opc，采用曝光仿真法获得金属层和通孔层曝光后的轮廓，再计算出金属层和通孔层刻蚀后的轮廓。
53.在这一步中，通常用光刻胶模型对金属和通孔的掩模(mask)进行曝光仿真，得到金属层和通孔层曝光后的轮廓，再利用以下公式计算出金属层和通孔层刻蚀后的轮廓：
54.刻蚀后轮廓＝曝光后的轮廓-刻蚀偏差。
55.在计算时可以分x与y方向考虑。
56.步骤2，计算通孔层刻蚀后的轮廓面积s，再任选将其模拟成等面积的规则多边形，进而获得相连的两层金属轮廓和通孔轮廓(如图8和9所示，等通孔轮廓进行面积的正方形通孔，然后用等面积正方形替代通孔轮廓)。
57.这一步可采用精确计算法，即不使用任何通孔轮廓的替代，直接使用通孔轮廓和金属轮廓来计算，然而其计算复杂度高，非常耗时。本发明为了快速得到因套刻工艺波动导致的通孔开路概率，将其模拟成等面积的规则多边形(包括但不限于长方形、正方形或八边形，长方形可以是额定工艺条件下的通孔的外接长方形，或者最内圈通孔轮廓的外接长方形，八边形可以是通孔版图设计切掉四个角形成的八边形)，这样就能很大程度的缩少重叠面积区域内的顶点数，实现在精度有一定下降，但计算速度得到大幅度提升的目的。
58.对于金属轮廓，可采用adi(光刻阶段设计目标版图)后的金属设计版图。
59.在这一步中，本发明还考虑实际的金属线和通孔在什么情况下会更容易发生open开路的情况，所以会选择额定工艺条件(nominal condition)下的金属曝光后/刻蚀后的轮廓，或工艺变动带最内圈(把工艺波动范围边界考虑到，画出轮廓可能成为的最内圈轮廓和最外圈轮廓，这两圈轮廓所形成的带宽，就叫做工艺变动带宽process variation band，pv band)。对通孔来讲，本发明需要考虑最容易发生开路的物理背景，首先额定工艺条件(nominal condition)下的通孔曝光后/刻蚀后的轮廓，同时也可以考虑更容易发生开路的
通孔最内圈的轮廓。
60.步骤3，与通孔相连的金属层平行的方向记为x方向，与通孔相连金属垂直的方向记为y方向，定义通孔需要移动的步长step；以版图设计的坐标位置为圆点，分别计算x方向和y方向的潜在开路缺陷概率。
61.其中，x方向的潜在开路缺陷概率的计算方法为：如图10所示，以步长step为挪动单位，沿x方向挪动，通孔从-3σ
overlay-x
以step为步长挪动到+3σ
overlay-x
位置，计算所述规则多边形或者通孔轮廓移动的每一个步长下的重叠面积及重叠面积比例结果；σ
overlay-x
为x方向上套刻误差的标准差。
62.y方向的潜在开路缺陷概率的计算方法为：如图11所示，以步长step为挪动单位，沿y方向挪动，通孔从-3σ
overlay-y
以step为步长挪动到+3σ
overlay-y
位置，计算所述规则多边形或者通孔轮廓移动的每一个步长下的重叠面积及重叠面积比例结果；σ
overlay-y
为y方向上套刻误差的标准差。
63.在这一步本发明将套刻误差分为平行于金属线-x方向和垂直于金属线-y方向两个方向。假设套刻误差服从正态分布，且平行和垂直方向的正态分布的期望与标准差(σ
overlay-x
和σ
overlay-y
)是相同或不同的，套刻误差有自身的数学分布函数表达形式，所以通孔在金属上的最终落点位置可以被认为在3σ范围内，从而可以反映一定范围内的通孔开路的概率，这种概率的计算是传统opc中没有的。
64.步骤4，设定重叠面积比例的安全阈值(area-safe
)，分别将所述步骤c中得到的x方向和y方向的重叠面积比例结果与安全阈值作比较，从而分别得出x方向和y方向上通过在套刻误差分布下开路的概率p
x
和py，x方向的分布如图12所示。
65.步骤5，分别设定在x方向和y方向上发生通孔开路的概率安全阈值p
safe-x
、p safe-y
；
66.比较p
x
与p
safe-x
，若1-p
x
≥p
safe-x
，则x方向的版图优化结束；若1-p
x
＜p
safe-x
，则优化版图，重复步骤1至5中x方向的操作，直至1-p
x
≥p
safe-x
，x方向的版图优化结束；
67.比较py与p safe-y
，若1-py≥p
safe-y
，则x方向的版图优化结束；若1-py＜p
safe-y
，则优化版图，重复步骤1至5中y方向的操作，直至1-py≥p
safe-y
，y方向的版图优化结束。
68.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。