專利名稱：疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)以及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種疊合標(biāo)記(Overlay Mark)的結(jié)構(gòu)以及其形成方法，且特別是有關(guān)于一種可避免于半導(dǎo)體工藝中利用疊合標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)時(shí)會(huì)發(fā)生對(duì)準(zhǔn)量測(cè)錯(cuò)誤的疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)以及其形成方法。
背景技術(shù)：
通常決定一晶圓的微影工藝(Photolithography Process)成敗的因素，除了關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension)的控制外，另一重要者即為對(duì)準(zhǔn)精確度(Alignment Accuracy)。因此，對(duì)準(zhǔn)精確度的量測(cè)，即疊合誤差的量測(cè)是半導(dǎo)體工藝中重要的一環(huán)，而疊合標(biāo)記就是用來(lái)量測(cè)疊合誤差的工具，其是用來(lái)判斷以微影工藝所圖案化的光阻層圖案與晶圓上之前一膜層之間是否有精確的對(duì)準(zhǔn)。
通常疊合標(biāo)記會(huì)設(shè)計(jì)在晶圓上部分晶片周緣的角落處，用以量測(cè)該次微影工藝所圖案化的光阻層圖案與晶圓上之前一膜層之間是否有精確的對(duì)準(zhǔn)。
圖1，其為公知于金屬內(nèi)連線工藝中一疊合標(biāo)記的俯視示意圖；圖2A至圖2C所示，其為圖1中由I-I’的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1與圖2A，通常在金屬內(nèi)連線工藝中，會(huì)先在基底100上形成一介電層102，之后圖案化介電層102，以在特定位置處形成接觸窗開(kāi)口(未繪示)，并且同時(shí)在預(yù)定形成疊合標(biāo)記之處形成溝渠圖案104，以作為一外部標(biāo)記(Outer Mark)之用。
之后，繼續(xù)金屬內(nèi)連線工藝，即在上述所形成的結(jié)構(gòu)上形成一金屬鎢層，并且填入接觸窗開(kāi)口以及溝渠104中，但因溝渠104的寬度夠?qū)?，因此金屬鎢不會(huì)完全填滿溝渠104，之后利用化學(xué)機(jī)械研磨法移除接觸窗開(kāi)口以及溝渠104外的金屬鎢層，即形成圖2A中形成在溝渠104內(nèi)的金屬鎢層106。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，在形成接觸窗開(kāi)口之后，會(huì)繼續(xù)在介電層102以及金屬鎢層106上沉積另一金屬層108，且后續(xù)會(huì)將金屬層108定義成導(dǎo)線。
然而，因金屬層108的應(yīng)力(stress)較大，因此若應(yīng)力方向?yàn)闃?biāo)號(hào)110，則所形成的金屬層108在溝渠104處會(huì)有沉積厚度不均勻的情形。換言之，位于溝渠104兩側(cè)壁上的金屬層108厚度并不相等。
請(qǐng)參照?qǐng)D1與圖2C，在金屬層108上形成一圖案化的光阻層(未繪示)，此光阻層后續(xù)用來(lái)作為圖案化金屬層108的蝕刻罩幕，特別是，此光阻層形成于外部標(biāo)記內(nèi)圍處的光阻圖案112作為一內(nèi)部標(biāo)號(hào)(Inner Mark)。
之后，即進(jìn)行疊合標(biāo)記的量測(cè)步驟，其中在圖2C中虛線114所標(biāo)示的處為外部標(biāo)記104上方金屬層108兩轉(zhuǎn)角處(箭頭所指之處)的中心點(diǎn)信號(hào)，同樣的虛線116所標(biāo)示之處為內(nèi)部標(biāo)號(hào)112兩邊緣處(箭頭所指之處)的中心點(diǎn)信號(hào)。通過(guò)外部標(biāo)記104的信號(hào)114以及內(nèi)部標(biāo)號(hào)112的信號(hào)116，即可以判斷內(nèi)部標(biāo)號(hào)是否有精確的與外部標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而判斷該次黃光工藝是否有對(duì)準(zhǔn)失誤的情形，換言之，通過(guò)圖中A與A’數(shù)值來(lái)判斷是否有精確對(duì)準(zhǔn)。
然而，在圖2C中可看見(jiàn)，因金屬層108因應(yīng)力之故，沉積在溝渠104內(nèi)的厚度并不均勻。如此，也將造成金屬層108所產(chǎn)生的信號(hào)114產(chǎn)生偏移，換言之，信號(hào)114產(chǎn)生之處并非表現(xiàn)出溝槽104中心點(diǎn)之處。但此時(shí)由A與A’的判斷結(jié)果是內(nèi)部標(biāo)號(hào)112有與外部標(biāo)記104對(duì)準(zhǔn)，然而，事實(shí)上該次黃光工藝已經(jīng)產(chǎn)生偏移，因此后續(xù)若以此光阻層定義金屬層108時(shí)，將會(huì)造成接觸窗開(kāi)口無(wú)法與導(dǎo)線精確對(duì)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的就是提供一種疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)以及其形成方法，以解決公知具有高應(yīng)力的膜層會(huì)造成疊合標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)量測(cè)失誤的情形。
本發(fā)明提出一種形成疊合標(biāo)記的方法，此方法首先在一基底上形成一材料層，并圖案化在材料層，以形成形成一外部標(biāo)記，其可以是溝渠式外部標(biāo)記或是凸起式外部標(biāo)記。接著，在材料層上形成一第一膜層，并且進(jìn)行一平坦化步驟，以移除部分第一膜層。之后，在材料層上形成一第二膜層，并覆蓋第一膜層，其中第二膜層的應(yīng)力與第一膜層的應(yīng)力不同，特別是第二膜層的應(yīng)力大于第一膜層的應(yīng)力。之后移除外部標(biāo)記上方的第二膜層，或是移除外部標(biāo)記上方以及外部標(biāo)記的內(nèi)圍的所有第二膜層，之后再于外部標(biāo)記的內(nèi)圍處形成一內(nèi)部標(biāo)號(hào)。
本發(fā)明提出一種疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，其是由一外部標(biāo)記以及配置在外部標(biāo)記的內(nèi)圍的一內(nèi)部標(biāo)號(hào)所構(gòu)成，其中，外部標(biāo)記可以是溝渠式外部標(biāo)記或是凸起式外部標(biāo)記。而且，在外部標(biāo)記的側(cè)壁處形成有一第一膜層，在外部標(biāo)記以外的區(qū)域覆蓋有一第二膜層，且第一膜層的應(yīng)力與第二膜層的應(yīng)力不相同。另外，內(nèi)部標(biāo)號(hào)配置在外部標(biāo)記內(nèi)圍的第二膜層上。在另一較佳實(shí)施例中，除了外部標(biāo)記的上方未覆蓋有第二膜層之外，在外部標(biāo)記的內(nèi)圍都未覆蓋有第二膜層，內(nèi)部標(biāo)號(hào)配置在外部標(biāo)記內(nèi)圍處。
由于本發(fā)明將外部標(biāo)記上的第二膜層移除，甚至將外部標(biāo)記內(nèi)圍的第二膜層也移除，因此外部標(biāo)記將完全不會(huì)受到高應(yīng)力的第二膜層的影響，而有對(duì)準(zhǔn)量測(cè)產(chǎn)生失誤的問(wèn)題。


圖1是金屬內(nèi)連線工藝中一疊合標(biāo)記的俯視示意圖；圖2A至圖2C是公知金屬內(nèi)連線工藝中形成疊合標(biāo)記的流程剖面示意圖；圖3A至圖3G是依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的形成疊合標(biāo)記的流程剖面示意圖；圖4是圖3E的俯視示意圖；圖5是依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的疊合標(biāo)記的剖面示意圖；
圖6是依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的疊合標(biāo)記的剖面示意圖；圖7是依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的疊合標(biāo)記的剖面示意圖；圖8是依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的疊合標(biāo)記的剖面示意圖；圖9是依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的疊合標(biāo)記的剖面示意圖。
100基底102；介電層104、104a外部標(biāo)記106、108、108a金屬層110應(yīng)力方向112內(nèi)部標(biāo)號(hào)114、116、202、204信號(hào)112a、200光阻層具體實(shí)施方式
本發(fā)明的疊合標(biāo)記以及其形成方法是將疊合標(biāo)記上具有高應(yīng)力的膜層移除，以避免高應(yīng)力膜層因沉積厚度不均勻，而造成疊合標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)量測(cè)結(jié)果有偏移的情形，如此將會(huì)使該次黃光工藝與晶圓前層膜層之間的對(duì)準(zhǔn)發(fā)生失誤。以下是例舉金屬內(nèi)連線工藝中的疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)及其形成方法來(lái)作說(shuō)明，但是本發(fā)明的疊合標(biāo)記并非只限定用于金屬內(nèi)連線工藝中，在其它工藝步驟中，會(huì)有高應(yīng)力膜層而對(duì)疊合標(biāo)記之對(duì)準(zhǔn)量測(cè)造成不良影響者皆適用。
圖1為依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一疊合標(biāo)記的俯視示意圖；圖3A至圖3G是依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的形成一疊合標(biāo)記的流程剖面示意圖，其為圖1中由I-I’的剖面圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D1與圖3A，在金屬內(nèi)連線工藝中，首先在基底100上沉積一層介電層102，之后進(jìn)行一微影工藝以及一蝕刻工藝，以圖案化介電層102，而于介電層102中形成接觸窗開(kāi)口(未繪示)。在此同時(shí)，會(huì)在晶圓上預(yù)定形成疊合標(biāo)記之處形成溝渠圖案104，以作為一外部標(biāo)記之用。在一較佳實(shí)施例中，疊合標(biāo)記的外部標(biāo)記是由四個(gè)溝渠圖案104圍成一矩形所構(gòu)成，且溝渠圖案104的寬度遠(yuǎn)大于接觸窗開(kāi)口的寬度。
請(qǐng)參照?qǐng)D3B，于介電層102上沉積一層金屬層105，此金屬層105會(huì)填入接觸窗開(kāi)口與溝渠104中，然而，因接觸窗開(kāi)口寬度遠(yuǎn)小于溝渠104的寬度，因此接觸窗開(kāi)口會(huì)被金屬層105填滿，而溝渠104不會(huì)被金屬層105填滿。
請(qǐng)參照?qǐng)D3C，進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以移除接觸窗開(kāi)口以外的金屬層105以形成一插塞結(jié)構(gòu)(未繪示)，在此同時(shí)，亦會(huì)將溝渠104以外的金屬層105移除，而保留下溝渠104內(nèi)的金屬層106，且金屬層106不會(huì)填滿溝渠104。
請(qǐng)參照?qǐng)D3D，在形成接觸插塞之后，在介電層102上沉積另一層金屬層108，后續(xù)會(huì)將金屬層108定義成與接觸插塞連接的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。而所形成的金屬層108在外部標(biāo)記之處，亦會(huì)填入溝渠104內(nèi)，覆蓋金屬層106，且因溝渠104的寬度足夠大，因此金屬層108亦不會(huì)將溝渠104填滿。
然而，因金屬層108的應(yīng)力是與金屬層106的應(yīng)力不同，特別是，金屬層108的應(yīng)力大于金屬層106的應(yīng)力，因此所形成的金屬層108將會(huì)受到應(yīng)力方向110的影響，而有沉積厚度不均勻的情形。換言之，位于溝渠104兩側(cè)壁上的金屬層108厚度并不相等。而造成金屬層108沉積厚度不均的因素可能是兩膜層之間沉積溫度的差異所造成的應(yīng)力影響、兩膜層之間的結(jié)構(gòu)差異所造成的應(yīng)力影響、兩膜層之間的鍵結(jié)所造成的應(yīng)力影響或是許多因素累積而成的應(yīng)力影響等等。
請(qǐng)參照?qǐng)D3E，為了消除金屬層108厚度不均勻所造成后續(xù)疊合標(biāo)記的量測(cè)產(chǎn)生偏移的情形，本發(fā)明將疊合標(biāo)記處的金屬層108移除，移除的方法例如是在金屬層108上形成一圖案化的光阻層200，暴露出晶圓上疊合標(biāo)記之處，其俯視圖如圖4所示。之后，請(qǐng)參照?qǐng)D3F，以光阻層200為蝕刻罩幕進(jìn)行一蝕刻步驟，移除未被光阻層200覆蓋的金屬層108，以形成金屬層108a，其暴露出外部標(biāo)記內(nèi)圍的介電層102以及溝渠104內(nèi)的金屬層106。
請(qǐng)參照?qǐng)D1與圖3G，移除光阻層200，接著，為了定義金屬層108成為導(dǎo)線，進(jìn)行一黃光工藝，而于基底100的上方形成圖案化的光阻層112a，其中此光阻層112a位于晶圓上疊合標(biāo)記之處的光阻圖案112作為一內(nèi)部標(biāo)號(hào)之用。
之后，進(jìn)行疊合標(biāo)記的量測(cè)步驟，在圖3G中，虛線202所標(biāo)示之處為外部標(biāo)記104上方的金屬層106于兩轉(zhuǎn)角處(箭頭所指之處)的中心點(diǎn)信號(hào)，同樣的虛線204所標(biāo)示之處為內(nèi)部標(biāo)號(hào)112兩邊緣處(箭頭所指之處)的中心點(diǎn)信號(hào)。通過(guò)外部標(biāo)記104的信號(hào)202以及內(nèi)部標(biāo)號(hào)112的信號(hào)204，即可以判斷內(nèi)部標(biāo)號(hào)是否有精確的與外部標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)而判斷該次黃光工藝是否有對(duì)準(zhǔn)失誤的情形。其例如是通過(guò)圖中B與B’數(shù)值來(lái)判斷是否對(duì)準(zhǔn)失誤。
特別值得一提的是，上述圖3E至圖3F中，移除金屬層108的步驟亦可以僅移除溝渠104內(nèi)的金屬層108，而保留外部標(biāo)記外圍以及內(nèi)圍處的金屬層108a，如圖5所示。亦即將厚度不均勻之處的金屬層108移除，即可消除因膜層厚度不均勻所導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)量測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
在先前步驟中，由于已經(jīng)先將外部標(biāo)記中造成對(duì)準(zhǔn)量測(cè)產(chǎn)生偏移的金屬層108移除，因此此時(shí)由外部標(biāo)記所取得的信號(hào)202即能精確的表現(xiàn)出溝渠104的位置。如此一來(lái)，倘若外部標(biāo)記以及內(nèi)部標(biāo)號(hào)之間有精確的對(duì)準(zhǔn)時(shí)，即表示接觸窗與后續(xù)所形成的導(dǎo)線能精確的對(duì)準(zhǔn)。
在上述說(shuō)明中是以于金屬內(nèi)連線工藝中利用化學(xué)機(jī)械研磨法移除接觸窗開(kāi)口以外的金屬層為例來(lái)作說(shuō)明，當(dāng)然，若是利用回蝕刻工藝來(lái)移除接觸窗開(kāi)口以外的金屬層的金屬內(nèi)連線工藝也適用于本發(fā)明，其圖標(biāo)如圖6所示。在圖6中，若是以回蝕刻工藝取代化學(xué)機(jī)械研磨工藝(對(duì)應(yīng)先前圖3B的步驟)，則溝渠104內(nèi)僅會(huì)保留下位于其側(cè)壁處的金屬層106a，換言之，溝渠104底部的金屬層也會(huì)一并被回蝕刻工藝移除，而其它的工藝步驟都與上述實(shí)施例相同。因此，在圖6中的疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，除了在溝渠104的底部未有金屬層106a覆蓋之外，在外部標(biāo)記104上(即溝渠104內(nèi))以及外部標(biāo)記104的內(nèi)圍處都未覆蓋有金屬層108a。
同樣的，圖6的利用回蝕刻工藝的金屬內(nèi)連線工藝，其于移除金屬層108的步驟亦可以僅移除溝渠104內(nèi)的金屬層108，而保留外部標(biāo)記外圍以及內(nèi)圍處的金屬層108a，如圖7所示。在圖7中，在外部標(biāo)記104上(即溝渠104內(nèi))并未覆蓋有金屬層108a，借以消除外部標(biāo)記104上因膜層厚度不均勻所導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)量測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
在以上之各實(shí)施例中，外部標(biāo)記是以溝渠式外部標(biāo)記為例來(lái)作說(shuō)明。但事實(shí)上，外部標(biāo)記亦可以是凸起式外部標(biāo)記，如圖8所示。在圖8中，介電層102中具有外部標(biāo)記104a，且外部標(biāo)記104a為凸起圖案。特別是，在外部標(biāo)記104a上方以及外部標(biāo)記104a的內(nèi)圍處都未覆蓋有金屬層108a。
另外，具有凸起式外部標(biāo)記的疊合標(biāo)記的設(shè)計(jì)來(lái)可以是在外部標(biāo)記104a未覆蓋有金屬層108a，而在外部標(biāo)記104a的外圍處以及內(nèi)圍處都還是覆蓋有金屬層108a，如圖9所示。
以上的說(shuō)明是以金屬內(nèi)連線工藝的疊合標(biāo)記來(lái)作說(shuō)明，但本發(fā)明的疊合標(biāo)記及其形成方法并非限定在金屬內(nèi)連線工藝中。換言之，介電層102可以是其它材料，例如是導(dǎo)電材料、硅材料等等，而金屬層106或106a以及金屬108亦可以是其它材料，例如是介電材料、硅材料等等。
由于本發(fā)明將外部標(biāo)記上的高應(yīng)力金屬層移除，甚至將外部標(biāo)記內(nèi)圍的高應(yīng)力金屬層也都移除，因此外部標(biāo)記將完全不會(huì)受到高應(yīng)力金屬層的影響，而有對(duì)準(zhǔn)量測(cè)產(chǎn)生錯(cuò)誤的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種形成疊合標(biāo)記的方法，其特征是，該方法包括在一基底上形成一材料層；圖案化該材料層，以形成一外部標(biāo)記；在該材料層的表面上形成一第一膜層；進(jìn)行一平坦化步驟，以移除部分該第一膜層；在該材料層上形成一第二膜層，覆蓋該第一膜層，其中該第二膜層的應(yīng)力是與該第一膜層的應(yīng)力不同；移除該外部標(biāo)記上方的該第二膜層；以及在該外部標(biāo)記的內(nèi)圍形成一內(nèi)部標(biāo)號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的形成疊合標(biāo)記的方法，其特征是，移除該外部標(biāo)記上方的該第二膜層的步驟更包括將位于該外部標(biāo)記的內(nèi)圍的該第二膜層都移除。
3.如權(quán)利要求2所述的形成疊合標(biāo)記的方法，其特征是，移除該外部標(biāo)記上方以及該外部標(biāo)記的內(nèi)圍的該第二膜層的方法包括在該第二膜層上形成一圖案化光阻層，暴露出對(duì)應(yīng)該外部標(biāo)記以及該外部標(biāo)記內(nèi)圍的區(qū)域；以及進(jìn)行一蝕刻步驟，以移除未被該光阻層覆蓋的該第二膜層。
4.如權(quán)利要求1所述的形成疊合標(biāo)記的方法，其特征是，該外部標(biāo)記為一溝渠式外部標(biāo)記或是一凸起式外部標(biāo)記。
5.如權(quán)利要求1所述的形成疊合標(biāo)記的方法，其特征是，該平坦化步驟包括進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨法工藝是進(jìn)行一回蝕刻工藝。
6.如權(quán)利要求1所述的形成疊合標(biāo)記的方法，其特征是，該第二膜層的應(yīng)力大于該第一膜層的應(yīng)力。
7.一種疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，其特征是，該結(jié)構(gòu)包括一外部標(biāo)記；以及一內(nèi)部標(biāo)號(hào)，配置在該外部標(biāo)記的內(nèi)圍，其中，在該外部標(biāo)記的側(cè)壁處形成有一第一膜層，而在該外部標(biāo)記以外的區(qū)域覆蓋有一第二膜層，且該第一膜層的應(yīng)力與該第二膜層的應(yīng)力不相同，另外，該內(nèi)部標(biāo)號(hào)配置在該外部標(biāo)記內(nèi)圍的該第二膜層上。
8.如權(quán)利要求7所述的疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，其特征是，除了該外部標(biāo)記的上方未覆蓋有該第二膜層之外，該外部標(biāo)記的內(nèi)圍都未覆蓋有該第二膜層。
9.如權(quán)利要求7所述的疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，其特征是，該外部標(biāo)記為一溝渠式外部標(biāo)記或是一凸起式外部標(biāo)記。
10.如權(quán)利要求7所述的疊合標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，其特征是，該第二膜層的應(yīng)力大于該第一膜層的應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明提出一種形成疊合標(biāo)記的方法，此方法是首先在一基底上形成一材料層，并且圖案化材料層以形成一外部標(biāo)記。接著，在材料層上形成一第一膜層，并且進(jìn)行一平坦化步驟，以移除部分第一膜層。之后，在材料層上形成一第二膜層，覆蓋第一膜層，其中第二膜層的應(yīng)力是與第一膜層的應(yīng)力不同。然后移除外部標(biāo)記上方的第二膜層，再于外部標(biāo)記的內(nèi)圍形成一內(nèi)部標(biāo)號(hào)。由于本發(fā)明將外部標(biāo)記上方的第二膜層移除，因此可以避免高應(yīng)力的第二膜層會(huì)有沉積厚度不均勻的情形，而造成疊合標(biāo)記的量測(cè)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1567532SQ03148238
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者顏裕林, 張慶裕 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司