TW411515B - Method for alleviating photolithography error caused by difference of pattern density after chemical mechanical polishing - Google Patents

Description

4 3 441515 /008 A7 B7 鯉濟部央標率局負工消费合作社印製 五、發明説明（1 ) 本發明是有關於一種積體電路的製造方法，且特別 是有關於一種改善化學機械硏磨後因圖案密度差異造成 微影失誤的方法。 當積體電路的積集度（integration)愈來愈高之後，爲了 配合金氧半導體（metal-oxide-semiconductor transistor; MOS) 縮小後所增加的內連線需求，兩層以上的金屬層設計，便 逐漸地成爲許多積體電路所必須採用的方式。而金屬內連 線結構中，通常都具有內層介電層（inter-layer dielectrics ; ILD)或是內金屬介電層（inter-metal dielectrics ; IMD)等， 用以作金屬線間電性隔離之用。 爲了使金屬內連線的製作較容易進行，並且使導線的 圖案能精確地轉移，減少晶圓（wafer)表面的高低起伏是非 常重要的。因爲高低起伏較小的表面才能減少微影失誤的 機率，以達成精密的圖案轉移(pattern transfer)。 第ίΑ圖至第1B圖繪示習知一種圖案轉移的流程剖面 圖。 請參照第1A圖，此圖簡單表示一個晶圓的剖面結構， 包括基底100、金屬層120、金屬導線120a、金屬導線120b 和介電層122。圖中虛線的左側係表示晶圓的內圍116， 而虛線的右側則表7^此晶圓的外緣Π 8。所謂的內圍116 係指晶圓中，具有有效晶粒(effective die)的區域。至於外 緣Π8，則係指其晶粒並不完整，而爲無效晶粒的區域。 造成表面高低起伏的一個原因，在於晶圓外緣118的 金屬層120分佈較晶圓內圍116被鈾刻而成的各式金屬導 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 婢丨. 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 411515 A7 4304twi.doc/008 g了 五、發明説明（v ) 線120a、120b分佈密度高的許多，使得在利用像化學機 械硏磨法（Chemical Mechanical Polishing ; CMP)等技術平 坦晶圓表面，也就是平坦形成在金屬層120上的介電層122 時，晶圓外緣118的介電層122受到較晶圓內圍116爲少 的硏磨，而使晶圓外緣118高於晶圓內圍116。這種高低 不平的情形使得靠近外緣118的金屬導線120a上方的介 電層〗22呈現一傾斜表面124,而略高於其他金屬導線120b 附近的介電層122。 特別注意的是，這種金屬導線並非只有一層。在要求 高積集化的晶圓中，這種金屬導線的層數會愈來愈多，使 得這種高度落差愈來愈明顯。換句話說，隨著金屬導線層 數的增加，靠近外緣的金屬導線上方的介電層高出其他金 屬導線上方介電層的情形將會愈來愈嚴重。 請參考第1B圖，於介電層122上形成光阻層128，並 對此光阻層128進行曝光顯影等製程。特別注意的是，雖 然位在金屬導線120b上方的光阻層U8落在DOF聚焦深 度(depth of focus ; DOF)範圍內（即由中間的最佳焦距BF 到兩側AF)，可曝出所要的窗^^3〇b，但是位在金屬導線 120a上方的光阻層則因層122的突起，而踉 著高於其他內圍II6的層因而無法落在D0F範 圍內，容易造成微影失誤，〜使#¥.0^303無法完全曝開。 請參考第1C圖，同樣地，後@介電層122上形成的 金屬層132(可能是第二、第三或第四等更多層以上之金屬 層）’也無法完全曝開，如圖中之光阻層134所示。 4 (CNS) ( 210X297^^1 ^ ^ --------1 ‘y------訂------p (請先閩讀背面之注意事項再填寫本頁) c / Ο Ο 8 Α7 Β7 經濟部中央樣準局負工消费合作社印策 五、發明説明（4) 一般而言’第一層金屬導線所引起的光阻層高度落差 約爲1000至3000埃，也就是說在靠近外緣的金屬導線上 方的光阻層高出其他內圍的光阻層約1000至3000埃。這 樣的落差尙在微影誤差容忍的範圍之內。然而，隨著層數 的增加，這個落差也將愈來愈大，而超過約4000-5000埃 之微影誤差容忍上限。這將使得窗口與金屬層無法完全曝 開（Scumming)，而難以達成精確的圖案轉移。 因此，本發明提供一種改善化學機械硏磨後因圖案 密度差異造成微影失誤的方法，用以避免在以微影蝕刻 製程製造晶圓內圍的開口與金屬層時，所發生的微影失 誤。 本發明提供一種改善化學機械硏磨後因圖案密度差 異造成微影失誤的方法，用以改善晶圓內圍導線上方的 介電層高低起伏的情形。 爲達成本發明之上述和其他目的，提供一種改善化 學機械硏磨後因圖案密度差異造成微影失誤的方法，應 用於一晶圓，此晶圓包括內圍與外緣，此方法係先於晶圓 上依序形成導體層與光阻層。接著，進行光阻層的曝光製 程，以將導線圖案由光罩轉移至光阻層，並將晶圓外緣之 光阻層曝光。然後，進行光阻層的顯影製程，以形成光阻 圖案。接著，以此光阻圖案爲蝕刻罩幕，蝕刻導體層，以 形成導線並去除晶圓外緣的導體層。之後，於晶圓上形成 介電層。然後，進行介電層之微影蝕刻製程，以於晶圓內 圍的介電層中形成該開口。 I--------%------1T------^ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中固國家標牟（CNS ) A4規格（210X297公釐> 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 411515 A7 4304twf,doc/OOS 幻 五、發明説明U.) 特別注意的是，此光阻層的曝光製程至少有兩種方式 得以完成。一種方式是先利用光罩進行光阻層的第一曝光 步驟，以將導線圖案由光罩轉移至光阻層，之後再進行光 阻層的第二曝光步驟，以將晶圓外緣之光阻層曝光。 晶圓外緣導體層的去除，可使得後續形成在晶圓內圍 的介電層高度一致，不發生習知靠近外緣的導線上方介 電層大幅突起的情事。如此即可減少在製作形成導線所需 的光阻圖案時，所發生的微影失誤。 爲讓本發明之上述和其他目的·、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1C圖繪示習知一種圖案轉移的流程剖面 圖； 第2A圖到第2]圖繪示根據本發明之較佳實施例，一 種開口的製造流程剖面示意圖；以及 第3圖繪示根據本發明之較佳實施例，一種進行曝光 的晶圓剖面示意圖。 圖式之標記說明： 100、200 :基底 120、132 :金屬層 116、216 :晶圓內圍 118、218 :晶圓外緣 120a、120b :金屬導線 6 本紙張尺度適用中國Ϊ家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） ---------水------訂------i 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局員工消费合作社印11 411515 A7 ^304twf.doc/ 008 五、發明説明（^) 122、222 :介電層 124、226a :傾斜表面 128、134、214、228 :光阻層 130a ' 130b、230a、230b :窗口 DOF :聚焦深度 AF : DOF範圍之上下限 BF :最佳焦距 212、220、234 :導體層 214a :光阻圖案 - 215 :光罩 220a、220b :導線 224 : HDP介電層 226 : PE氧化層 232a、232b :開口 實施例 本發明的特徵之一在於去除晶圓外緣的導體層，以使 其後續形成於晶圓外緣的介電層，能低於形成於晶圓內圍 的介電層，或者使兩者的高度差縮小到微影誤差所能容許 的範圍內。所請的內圍係指晶圓中，具有有效晶粒(effective die)的區域，外緣則係指其晶粒並不完整，而爲無效晶粒 的區域。至於此處微影的目的則係用以製造形成介層窗或 接觸窗所需的光阻圖案。 請參照第2A圖，提供一基底200，基底200上已至少 形成有導體層212，而此導體層212的材質例如爲金屬或 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2丨0><297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 411515 A7 ^304twf.doc/008 gy 五、發明説明（6) 複晶矽，而其厚度約爲5000埃左右，得視實際狀況而定。 接著，於導體層212上形成光阻層214，此處的光阻層214 係以正光阻爲例。 特別注意的是，第2A圖中虛線的左側係表示一晶圓 的內圍216，而虛線的右側則表示此晶圓的外緣218。所 謂的內圍216係指晶圓中，具有有效晶粒(effective die)的 區域。至於外緣21S，則係指其晶粒並不完整，而爲無效 晶粒的區域。 請參照第2B圖，在一步進機中，利用光罩215進行 光阻層214的第一曝光步驟，以將所欲形成的導線圖案由 光罩215轉移至光阻層214。圖中的箭頭係指第—曝光光 源 217a。 請參照第2C圖，進行光阻層214的第二曝光步驟， 以將晶圓外緣218的光阻層214曝光。此第二曝光步驟可 不使用光罩，或者使用另一空白光罩來進行，以將晶圓外 緣218的光阻層214曝光。圖中的箭頭係指第二曝光光源 21 7b。此第二曝光步驟可在其他步進機中實施。 請參照第2D圖，進行光阻層(第2C圖中之214)之顯 影製程，以完成形成導線所需的光阻圖案214a。 請參照第2E圖，利用光阻圖案（第2D圖中之214a)爲 蝕刻罩幕’蝕刻導體層220,以得到導線220a與導線220b。 同此之時，晶圓外緣218的導體層2丨2也會被去除，這是 本發明的重要特徵之一。 請參照第2F圖，先以高密度電漿（high density 8 本紙張尺度適用中國國家系準（CNS ) A4規格（210X297公嫠) " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 4304twf,doc/008 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 B7 五、發明説明（^ ) plasma ; HDP)於基底200上形成一低介電常數的HDP介 電層224，接著再以加強型電紫（plasma enhancement ; PE) 於HDP介電層224上形成一 PE氧化層226，而與HDP 介電層224共同構成介電層222。事實上介電層222的 作法有很多，並非限定於上述的方法，只是HDP介電層 224的間隙塡充（Gap Fill)能力較佳，有利於達成導線 220a、220b之間的電性隔離。然而，HDP介電層224的 輪廓常顯得陡峭而具有稜角，且HDP介電層224在無效 晶粒的大塊金屬層上易沈積較厚之介電層，使晶圓外緣 218高度更高，更惡化晶圓之平坦性，而不利於晶圓之 平坦化。縱使隨後再於其上形成一層PE氧化層226，其 表面的平坦程度仍深受HDP介電層224的影響而不盡理 想。 請參照第2G圖，進行晶圓表面的平坦化製程。例如 以化學機械硏磨法（CMP)磨平晶圓表面。因爲不具有導 體層的晶圓外緣218,其下層次導體層圖形密度較晶圓 內圍216來得疏，所以在進行硏磨之後，略低於具有導 線220a、220b，結構較爲密集的晶圓內圍216。雖然這 樣的落差也會造成一個傾斜表面226a，但是這個傾斜表 面226a並非出現在具有導線220a、220b的晶圓內圍216， 而是出現在沒有導線的晶圓外緣218。換句話說，晶圓 內圍216包括導線220a ' 220b上方的介電層相當平坦， 其高度是一致的，不會有習知靠近外緣的導線上方介電 層突起的情事發生。 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印装 411515 430<3twf.doc/00S 五、發明説明（$ ) 請參照第2H圖，於介電層222上形成圖案化的光阻 層228。其作法是先於介電層222上形成未圖案化的光 阻層（未顯示），再實施微影法，也就是進行曝光與顯影 等製程，將此光阻層圖案化，形成窗口 230a與窗口 230b v 因爲導線220a、220b上方的介電層222高度相當，使其 上方的光阻層228均落在DOF範圍內（即由中間的最佳焦 距BF到兩側AF)，可曝出所要的窗口 230a與窗口 230b。 請參照第21圖，以圖案化的光阻層（第2F圖中之228) 爲罩幕，蝕刻介電層222,以於介電層222中形成開口 232a 與開口 232b。這些開口 232a、232b可以是介層窗開口， 或者是接觸窗開口，並不影響本發明之精神。 請參照第2J圖，以這些開口 232a、232b係介層窗開 口爲例，形成一導體層234覆蓋包含開口 232a、232b的 整個晶圓。特別注意的是，這種尙未圖案化的導體層234 與第2A圖中的導體層212情況類似，可對其實施本發明 以去除晶圓外緣218的導體層234。換句話說，去除晶圓 外緣導體層的作法並非僅限定於去除一層，去除兩層以上 的導體層亦是容許的，並不影響本發明之精神。以多重金 屬內連線製程爲例，這種去除多層的作法可以是在奇數 層，也就是第一、三、五等金屬層中實施，或者選擇其中 的幾層來實施。 除此之外，製作第2D圖中之光阻圖案214a所需的曝 光製程，也可以光罩215來進行，如第3圖所繪示，其中 的箭頭係指第三曝光光源217c。 A7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（2!〇X297公釐〉 經濟部十央標準局貝工消费合作杜印装 411515 A7 4304twftdoc/008 gy 五、發明説明（q) ] 特別要說明的是，無論用哪一種方式來實施，其目的 都是要使晶圓外緣的介電層能低於晶圓內圍介電層，或者 使兩者的落差縮小到微影誤差所能容許的範圍內。更淸楚 地說，只要去除任一層或一層以上晶圓外緣的導體層，以 降低晶圓外緣介電層的高度，都可以減少於製作晶圓內圍 光阻圖案時，容易發生的微影失誤。 更要注意的是，習知每片晶圓的內圍中，因爲這種微 影失誤所造成的晶粒損失高達約15%。換句話說，在實施 本發明之後，晶圓的產能最大可提高約兩成左右。 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明至少具有 優點如下： 本發明在定義有效晶粒的導線之時，去除晶圓外緣的 導體層，也就是去除具有無效晶粒區域的導體層。這將 使得形成在晶圓內圍包括導線的上方的介電層高度一 致，不發生習知靠近外緣的導線上方介電層大幅突起的 情事。這種作法有利於使整個後續形成在介電層上的光 阻層均落在DOF範圍內，或者在微影誤差的容許上限之 內，以曝出所要的窗口，以及製出後續所需的金屬層，而 完成精確的圖案轉移。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範園所界定者爲準。 本纸張尺度適用中國國家標準（CMS > A4規格（2I0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局負工消費合作社印装 411515 gg C8 4304twr.doc/00i D8 六、申請專利範圍 1. 一種改善化學機械硏磨後因圖案密度差異造成微影 失誤的方法，應用於一晶圓，該晶圓包括內圍與外緣，該 改善化學機械硏磨後因圖案密度差異造成微影失誤的方法 包括： 於該晶圓上依序形成一導體層與一光阻層； 利用一光罩進行該晶圓內圍之該光阻層的一第一曝光 步驟； 進行該光阻層的一第二曝光步驟，以將該晶圓外緣之 該光阻層曝光； 進行該光阻層的一顯影製程，以形成一光阻圖案； 以該光阻圖案爲一蝕刻罩幕，蝕刻該導體層，以彤成 一導線並去除該晶圓外緣之該導體層； 於該晶圓上形成一介電層；以及 進行該介電層之一微影蝕刻製程，以於該晶圓內圍的 該介電層中形成一開口。 2. 如申請專利範圍第1項所述之改善化學機械硏磨後 因圖案密度差異造成微影失誤的方法，其中該導體層包括 金屬層。 3. 如申請專利範圍第1項所述之改善化學機械硏磨後 因圖案密度差異造成微影失誤的方法，其中該導體層包括 複晶砂層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之改善化學機械硏磨後 因圖案密度差異造成微影失誤的方法，其中該第二曝光步 驟可不使用光罩來進行。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ -β 峽！ 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ABCD 411515 4304twf.doc/008 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1項所述之改善化學機械硏磨後 因圖案密度差異造成微影失誤的方法，其中該第二曝光步 驟可用一空白光罩進行。 6. 如申請專利範圍第1項所述之改善化學機械硏磨後 因圖案密度差異造成微影失誤的方法，其中該第二曝光步 驟可用該光罩來進行。 ----------------1T------^ f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局男工消費合作社印製 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐）