TW529149B - Method to generate alignment marks - Google Patents

Description

529149 五、發明説明（1) 本發明是有關於一^種方法以在具有積體電路的纟n構 中產生校準記號。 此種具有積體電路的結構可以特別是由D R A M記憶 胞配置所構成，其被置入於半導體基板中，而此基板由 晶圓所構成。 在此半導體基板上尤其是爲了將積體電路佈線 (wiring)而塗佈多個上下重疊的層，在其中由金屬所構 成的內連線（interconnection)系統延伸。對於比尤其是 直接在半導體基板上，或是在半導體基板上多個其他層 之中間位置之下塗佈一隔離層，此層尤其是由氧化物層 所構成。爲了製造內連線之聯結而在此隔離層中蝕刻 通孔。這如此製成的通孔然後以金屬較佳是鎢塡滿。 借助於CMP(化學機械拋光之Chemical Mechanical Pol i shi ng)製程，然後將氧化物層的表面（尤其是在通孔 之上部邊緣之上所突出的金屬）磨平。然後在氧化物層 上塗佈一金屬層。爲了將此金屬層結構化，然後塗佈一 光阻遮罩。 一個問題存在於此，必須將金屬層上的光阻遮罩精確 地對準。尤其是必須將此光阻遮罩對準此氧化物層中 內連線的結構。然而因爲此金屬層是不透明的，此氧化 物層中的結構不能直接地以光學的方式偵測。因此，此 在金屬層中的校準記號配置成爲局部凹陷，其借助於光 學測量裝置例如是雷射干涉儀偵測。 爲了製造此種校準記號而在氧化物層中上述的位置

I 529149 五、發明説明（2) 上蝕刻校準溝渠。此校準溝渠與通孔是在氧化物層中 一起鈾刻而成，然後將通孔還有校準溝渠以金屬塡滿， 接著此表面加工借助於C Μ P製程而進行。 此校準溝渠的寬度明顯地是大於通孔的寬度。通孔 典型的大約寬度是0.3微米（// m)，而校準溝渠的寬度 大約是2微米（// m)。 這造成在CMP製程的拋光過程中藉由在金屬層上面 上的壓力，而使得校準溝渠中的金屬層的金屬表面下降， 然而在通孔中之金屬層的金屬表面卻沒有。這是由於 金屬層（尤其是當使用鎢時），其作爲氧化物層，在通孔之 小的寬度中此氧化物層在拋光過程的期間產生支撐作 用，其本身經由通孔的整個表面而延伸。因爲校準溝渠 的寬度明顯地大於通孔的寬度，此氧化物層的支撐作用 只有在校準溝渠的邊緣區域中產生效果，所以在C Μ P 製程期間在校準溝渠的中央之產生金屬表面之凹陷。 此凹陷形成用作校準記號之輪廓，其中此校準記號在 沈積了金屬層之後，是位於校準溝渠之上。因此校準記 號形成作爲凹陷，其在基本上對應於先前所產生的輪 廓。 因而此校準記號可以由各個光學測量裝置所測量，必 須此平坦之金屬表面至在邊緣區域中形成校準記號的 凹陷的界面儘可能地陡峭下降。此外，此校準記號必須 可以重新製造產生，以便它可以由測量裝置可靠地偵 測。它本身顯示，在所熟知的此種校準記號中，此項需 -4- 529149 五、發明説明（3) 求只被不充分地滿足。 在製造此種校準記號中之基本問題存在於此。在 CMP製程中此金屬表面的凹陷是不可重新製造產生。 與此相應地對於不同製造批次（b a t c h )所形成之校準記 號之凹陷的輪廓不穩定，例如造成其測量困難或歪曲。 另外一個問題存在於此，此本身在當C Μ P製程期間堆 積在校準溝渠之金屬層凹陷中的拋光介質殘餘，由於其 缺乏再製性在形成此凹陷時，其表面具有不規則性，在 其中本身此拋光介質是如此地附著，使得它不再可去 除。因此本身此拋光介質殘餘特別是附著在此凹陷的 邊緣區域中。此再度導致此凹陷的輪廓在邊緣區域中 不再具有其所須的陡峭性，因此與此相應地在校準記號 中只仍獲得平緩傾斜的邊緣。因此此校準記號可以用 測量裝置不再充份可靠地測量。 在US5, 869,383中描述一個方法以產生校準記號，其 被使用將雷射對準於半導體基板上。此半導體基板是 由矽晶圓所構成，並且具有積體電路配置，其例如形成 DRAM記憶胞配置。因此在製造此種DRAM記憶胞配 置時所發出的電路故障不會導致整個DRAM記憶胞配 置功能的缺陷。而至少電路的一部份是冗餘地構成。 若此冗餘設置的電路之一故障，因此此電路失效而被去 除活性，以及其所配屬的相對應的電路爲有效而爲活 性。 — 此某個電路被去除其活性是借助於雷射而實施，因此 529149 五、發明説明（ 4) 一 個 在 半 導 體基板上所塗佈之可融化之層區段被融 化 Ο 此 層 區 段較佳是由多晶矽所構成。此多晶矽層區 段 是 塗 佈 於 半導體基板上隔離層的中間層之下。在此 半 導 體 基 板 與多晶矽層區段之上則塗佈多個介電中間 層 〇 在 此 介 電 中間層上塗佈由矽氧化物或矽氮化物所構 成 的 保 護 層 ，其層厚度是在介於2 0 0奈米（nm)與1000 奈 米 (η m)的 範圍之中。 在 此 保 護 層之上則塗佈抗餓（r e s i n t)層以形成光阻遮 罩 0 借 助 於 微影術製程在抗蝕層中產生洞孔圖案。借 助 於 蝕 刻 製 程，較佳是反應性離子蝕刻（RI E : R e a c t i v e - i 〇 η -( s t C hn g)法，藉由光阻遮罩之洞孔而在介電中間層中 產 生 凹 陷 (recess)，此凹陷是位於多晶矽層區段之上，其 中 此 凹 陷 的 深度須選擇，使得此凹陷的底部各自緊密 附 在 各 個 多 晶矽層區段之上。爲了將積體電路去除活 性 (d e - c 1 c t i v ate)，於是將此由雷射所發射的雷射光導入 各 白 的 凹 陷 之中，因而此位於其上的多晶矽層區段被融 化 0 此 雷 射 的 對準是借助於校準記號而實施。爲了製造 校 準 記 號 而 在最上層的介電中間層的表面中之預先設 定 的 位 置 上 塗佈一金屬層。然後在此金屬層上塗佈一 抗 反 射 層 (anti-reflection layer)。之後在整個基板上塗 佈 一 保 護 層 ,其將在最上面的介電中間層的裸露部份與 埋 有 金 屬 層 以及位於其上的抗反射層覆蓋。 -6- 529149 五、發明説明（5) 在此抗反射層上然後塗佈抗蝕（resistl)層。以在微 影術製程中產生洞孔圖案的方式，而在抗蝕層中產生洞 孔圖案，以此洞孔圖案在以下的蝕刻製程中，不僅在多 晶矽層區段上的介電中間層中產生凹陷，而且還在金 屬層上的抗反射層與保護層中產生凹陷（r e c e s s )。此等 凹陷被貫穿蝕刻一直至金屬層的表面並且形成校準記

Prfe 由U S 5，2 7 0，2 5 5是所熟知的另一種方法以產生校準 記號。在那裡在具有積體電路之半導體基板上塗佈隔 離層，在其中鈾刻通孔以產生內連線（interconnection)， 而爲在半導體基板中的積體電路佈線（wiring)。除了通 孔之外，還在隔離層中蝕刻校準溝渠以產生校準記號。 然後在第一濺鍍製程中在隔離層上塗佈T丨N層。此 層的厚度是大約1〇〇奈米至500奈米，因此在塗佈此層 之後仍然盡可能地保持通孔與校準溝渠的輪廓。 在第二測鍍製程中實施金屬層的塗佈，其層厚度只有 大約150奈米至200奈米（nm)厚，因此在塗佈了此層之 後仍可盡可能地保持通孔與校準溝渠的輪廓。 然後在第三濺鍍製程中塗佈另外一個金屬層，其層厚 度在2 0 0奈米（nm)至4 0 0奈米的範圍中。此層的 厚度須選擇，因此通孔其具有較校準溝渠爲小的寬度， 幾乎完全以金屬塡滿。然而校準溝渠只有部份以金屬 塡滿，因此在其範圍中各自在其表面上產生槽形的凹 陷。 529149 五、發明説明（6) 藉由塗佈最後一金屬層經由適當選擇濺鍍製程而達 成，此在校準溝渠上的凹陷明顯地輪廓淸楚，並且尤其 在邊緣區域中明確地具有所形成的邊緣。 此輪廓淸楚的凹陷在最上層的金屬層中形成校準記 號，借助於它可以例如校準在金屬層上的光阻遮罩。 在US5 663 099A中描述一個產生校準遮罩的方法， 其中在半導體基板上塗佈隔離層，在此隔離層中蝕刻通 孔與校準溝渠，其中直通到半導體基板上隔離層的底面 上。此通孔與校準溝渠以金屬塡滿。此隔離層的表面 緊接著被處理。將第二金屬層沈積於隔離層上，其中在 校準溝渠的區域中的金屬層的表面上產生局部的凹 陷。此凹陷形成校準記號。 在US 5 7 8 6 2 6 0A中說明在製造校準記號時，通常是 使用化學機械拋光法。 本發明以此目的爲基礎，其須形成在一開始所提到特 性的方法，使得因此所產生的校準記號是可以少的費用 製成，並且同時可由測量裝置可靠地測量。 爲了達成此目的而設有申請專利範圍第1項的特 徵。本發明有利的實施形式與適當的進一步的發展是 在申請專利範圍之附屬項中說明。 在根據本發明的方法中進行產生校準記號，同時製造 內連線，而將在半導體基板中的積體電路佈線 (wiring) 〇 在第一方法步驟中，將第一金屬層塗佈在具有積體電 529149 五、發明説明（7) 路之半導體基板上。 然後將隔離層塗佈在第一金屬層上。 接著在隔離層上蝕刻通孔與校準溝渠，其中通孔與校 準溝渠在隔離層的底面上通往金屬層。此等通孔用於 製造內連線（i n t e r c ο η n e c t i ο η )之連接用於積體電路之佈 線。 然後進行將金屬塡入校準溝渠與通孔，並且緊接著藉 由化學機械拋光（C Μ Ρ )，作隔離層的表面處理，其中在校 準溝渠區域中的金屬表面凹陷，並且形成用於校準記號 的輪廓。 最後在隔離層上沈積第二金屬層，其中在校準溝渠區 域中的金屬層相對應地具有各自輪廓的局部凹陷，其形 成校準記號。 此根據本發明之方法的重要的優點在於在產生校準 記號的同時製造內連接之連接，以實施半導體基板中積 體電路之佈線，其中用於產生校準記號不需要其他的製 程步驟。此外是有利，此在隔離層上金屬層中的校準記 號可以加上通孔，而不因此須要其他層的中間位置。因 此校準記號可以以最小的製程技術費用產生。 儘管少的製造費用，此校準記號須形成，使得它可以 光學測量裝置可靠地偵測。在此基本的理由是，以根據 本發明的方法，此校準記號可以以高度的再製性而產 生。此高度的可再製性尤其是因此獲得，使得在隔離層 中的校準溝渠之下設有金屬層。此金屬層在蝕刻校準 529149 五、發明説明（8) 溝渠時，作爲蝕刻中止，因此此金屬層的表面可以重新 再製，以形成校準溝渠平坦的底部。 因此而達成，在將金屬塡入校準溝渠之後，藉由化學 機械拋光而獲得，在校準溝渠的區域中金屬表面相對應 的規則的並可再製的凹陷。與此相應的在化學機械拋 光中，在此凹陷上沒有拋光介質殘餘之存留，其對凹陷 的輪產生非所欲之影響。這尤其可以避免拋光介質殘 餘堆積在凹陷的邊緣上。因此經由化學機械拋光而獲 得在校準溝渠區域中金屬之凹陷，其在邊緣上形成對於 絕緣層平坦的表面之陡峭的界面。 特別有利的是校準溝渠的寬度明顯地大於通孔的寬 度。通孔的寬度因此忽須選擇小，使得在化學機械拋光 中，此較硬的隔離層之通孔中的金屬表面，對於在通孔 中較軟的金屬產生支撐作用，其經由通孔之整個表面而 延伸。這造成在化學機械拋光期間，此在通孔中金屬的 表面，沒有或只有非常小的凹陷。 與此相對的，校準溝渠的寬度必須選擇大，使得圍繞 隔離層的支撐作用，只有在校準溝渠的邊緣區域中產生 效果。因此在校準溝渠中的金屬表面凹陷，其中凹陷的 程度藉由化學機械拋光的製程參數以及校準溝渠的寬 度而可預先確定。 在一個特別有利的實施形式中，此化學機械拋光包括 一蝕刻製程。在此蝕刻製程中隔離層的一個薄的表面 層被去除。因此而達成，在通孔區域中的金屬表面稍微 -10- 529149 五、發明説明（9) 的在隔離層的表面上凸出。然而，此調整溝渠區域中 金屬表面的凹陷具有如此大的深度，它對飩刻製程幾乎 無損害地保存。 在化學機械拋光之後，在隔離層上塗佈金屬層，其中 相對應於校準溝渠區域中凹陷的輪廓，而獲得在金屬層 表面上相對應的凹陷。此形成校準記號的凹陷具有規 律並且尤其在邊緣區域中具有陡峭的輪廓，並且可以因 此借助於光學測量儀器可靠地測量。因爲爲了形成此 凹口而將金屬層直接塗佈於校準溝渠中金屬的凹陷上， 此凹口可以用與凹陷相對應高的再製性而製造。 以此如此製成的校準記號可以尤其將光阻遮罩（其塗 佈於金屬層上），相對於此金屬層而校準。 本發明以下根據圖式而說明。 圖式之簡單說明 第1至4圖以槪要圖式說明在具有積體電路的結構 中產生校準記號之各個方法步驟。 在第1圖中說明半導體基板1的片段，在其中設有未 經說明的積體電路之配置。此半導體基板1較佳是由 砂晶圓所構成。在積體電路中是關於本實施例中的一 個DRAM記憶胞配置。 此積體電路是藉由內連線（i n t e r c ο η n e c t i ο η )系統而佈 線（wiring)。爲了產生介於內連線之間的連接而在半導 體基板1上塗佈隔離層2。此隔離層2較佳是由氧化 物層所構成，例如使用S i 〇 2作爲氧化物。在本實施例 -11- 529149 五、發明説明（1()) 中氧化物層的厚度大約是5 0 0奈米（nm)。 原則上還可以設有多個隔離層2，其也許設置於其他 層的中間。 根據本發明在介於半導體基板1與隔離層2之間設 有第一金屬層3。此金屬層3較佳是由鎢或AlCu構 成。此金屬層3的厚度是相當小於隔離層2的厚度。 因此在基本上，比金屬層3具有平坦可重新再製成的表 面。 相對應此配置，此待產生的介於各個內連線之間的連 接而在隔離層2中蝕刻通孔4。此通孔4完全貫穿氧 化物層，因此其底面通往金屬層3的表面上。 與此通孔4的鈾刻同時還在隔離層2中蝕刻校準溝 渠5。此校準溝渠5用於產生校準記號。此校準溝渠5 亦完全貫穿隔離層2，因此調整溝渠5的底面通往第一 金屬層3的表面上。 在第2圖中是槪要圖式說明校準溝渠5與通孔4。 此說明由於是未按照比例，校準溝渠5沒有緊接著配置 於通孔4之旁，而通孔4是配置位於晶圓的使用區域中 而將積體電路佈線，此校準溝渠5是位於晶圓的鋸框區 域中，其在晶圓加工後產生作爲次等品。 因爲通孔4同樣地如同校準溝渠5，通往金屬層3的 表面上，其具有相同的深度。與此相比，校準溝渠5的 寬度是明顯地大於通孔4的寬度。同樣地此通孔4的 寬度大約是0 · 3微米（// m)，而校準溝渠5的寬度是大 -12- 529149 五、發明説明（n) 約2微米（v m)。 在蝕刻製程之後，在各個校準溝渠5與通孔4中實施 金屬6的沈積。作爲金屬6因此較佳是使用鎢。在此 製程中通常大小的金屬6殘餘，在校準溝渠5與通孔4 的上部邊緣上凸出，並且此外覆蓋隔離層2的表面° 因此，然後藉由化學機械拋光實施隔離層2表面的 拋光，並且尤其將校準溝渠5與通孔4塡滿之金屬6表 面之拋光。第3圖顯示此如此加工之隔離層2之表 面。 如同由第3圖而明顯，此在通孔4中所塡滿金屬6的 表面稍微凸出於隔離層2的表面之上。與此相對的經 由化學機械拋光5其中在此校準溝渠5中所塡入的金屬 6在其表面上保持凹陷7。 此結構是經由適當的製造過程形成在化學機械拋光 中獲得。首先是在隔離層2的表面與金屬6的表面實 施機械拋光，此金屬6是沈積在通孔4與校準溝渠5之 中。因爲在校準溝渠5之中與在通孔4之中的金屬6 是明顯的較隔離層2軟，所以金屬6在拋光的壓力之下 向下陷，而不是隔離層2下陷。因此金屬表面相對於隔 離層2的表面凹陷。 此通孔4的寬度須選擇，使得它圍繞著隔離層2經 由通孔4的整個寬度在金屬6上產生支撐作用，因此完 全或是幾乎完全避免金屬表面的下陷。 與此相反的，校準溝渠5的寬度是明顯的較大，因此 -1 3 - 529149 五、發明説明（12) 在此情況中此支撐作用被限制在金屬6的邊緣區域之 中。然而在校準溝渠5的中央之中，此金屬6藉由拋光 過程而大幅凹陷。此同由第3圖而明顯，此凹陷7的輪 廓是如的形成，在金屬表面的邊緣區域中產生陡峭的下 降。在中央此凹陷形成淺的盆地的形狀。此凹陷7的 深度在基本上是藉由在拋光中所產生的壓力而決定。 在一個另外的製程步驟中然後隔離層2的表面作化 學處理，因而蝕刻去除隔離層2的一層薄的表面層。此 在隔離層2的表面上的去除須選擇，使得在通孔4區域 中之金屬表面如同在第3圖中所說明的在隔離層2的 表面上稍微凸出。然而此在校準溝渠5中的金屬層3 的凹陷7對此幾乎保持不受影響。 因爲此校準溝渠5的底部是由金屬層3的平坦表面 所構成5此校準溝渠5具有恆常不變的深度。因此尤其 有利的是，此校準溝渠5的深度藉由使用金屬層3而可 以具有所產生的高度可再製性。 相對應的，此以金屬6塡入校準溝渠5還可以以高度 的再製性而實施。因此，還有在此塡充物表面上的凹陷 7，形成規律並可再製的表面輪廓。因此在化學機械拋 光期間在凹陷7上沒有存留的拋光介質殘餘，其導致凹 陷7表面輪廓的局部干擾。 如由第4圖而明顯，在結束的方法步驟中在隔離層2 上塗佈第二金屬層9,其較佳是由鎢所構成。此第二金 屬層9的厚度較佳是大約3 0 〇奈米（n m )。 -14- 529149 五、發明説明（13) 此金屬層9的表面是在一個平行於金屬層9表面的 水平平面中的隔離層2的區域中延伸。在通孔4的區 域中，此金屬層9的表面的走向稍微提高，其中此提高 大約對應於通孔4中隔離層2之上之金屬6之表面上 升的位置。在校準溝渠5的區域中，將金屬層9塗佈在 凹陷7上，因此在金屬層9的表面上形成凹陷8。 此凹陷8形成校準記號。因此相對應其表面輪廓此 在校準溝渠5表面上的凹陷7的表面輪廓，是具有高的 一致性。相對應於以上所提到的加工步驟，此凹陷8可 以以高的再製性製成。因此，重要的是在邊緣區域中相 對應於凹陷8而產生凹陷7陡峭的下降。因此，此校準 記號可以借助於光學測量裝置（像是例如是雷射干涉儀） 可靠地測量。 此校準記號因此可以形成作爲所謂的對準記號或是 作爲所謂的重疊（〇 v e r 1 a y)記號。對準記號是用作將不 同層平面相對於彼此而校準。重疊記號是用於測定在 層平面中位置的偏差。例如可以借助於重疊記號而測 定具有通孔4之隔-層2的位置偏差。 在本實施例中，校準記號是用作將光阻遮罩（其塗佈 在金屬層9之上），相對於此金屬層9而校準。 此種光阻遮罩具有一抗蝕層，其中借助於光學微影方 法而加上洞孔圖案。有關於此，借助一步進器（steppei·) 以適當的方式將抗蝕結構預先設定的位置對曝光源曝 光，而將半導體基板1定位。此定位是以根據本發明的 -15- 529149 五、發明説明（14) 校準記號而實施。 符號說明 1 ...半導體基板 2.. .隔離層 3…金屬層， 4.. .通孔 5.. .校準溝渠 6…金屬 7.. .凹陷 8…凹陷 9.. .金屬層 -16-

Claims (1)

1. 529149 六、申請專利範圍 第90 1 00502號「校準記號之產生方法」專利案 (91 ¥〇9 I" 1〇 修正） 六申請專利範圍： 1. 一種在具有積體電路的結構中產生校準 記號之方法，其特徵爲包括以下步驟： 在具有積體電路之半導體基板（1)上塗 佈一種具有金屬層（3)的第一表面； 在此金屬層（3)上塗佈隔離層（2)，其中 此金屬層（3 )的厚度小於隔離層（2 )的厚度； 在隔離層（2 )中蝕刻各通孔（4 )與各校準 溝渠（5 )，其中各通孔（4 )與各校準溝渠（5 ) 各自在其底側通往金屬層（3 )且此等校準 溝渠（5 )的寬度大於通孔（4 )的寬度； 將金屬（6)塡入各校準溝渠（5)與各通孔 (4 )中且隨後藉由化學機械拋光（C Μ P )來處 理隔離層（2)的表面，其中金屬表面在各校 準溝渠（5 )之區域中下降且形成用於校準 記號的輪廓； 在隔離層（2)上沈積第二金屬層（9)，其 中在各校準溝渠（5)之區域中在金屬層（9) 的上側上對應於各自之輪廓而產生局部凹 陷（8 )，其形成各校準記號。 2. 如申請專利範圍第 1項之方法，其中化學 529149 六、申請專利範圍 機械拋光包括一蝕刻過程，其中隔離層 (2)的一薄的表面層被去除，使金屬面在 通孔（4 )區域中稍微凸出於隔離層（2 )的上 側。 3. 如申請專利範圍第1或 2項之方法，其中 第一金屬層（3)是由鎢或AlCu所構成。 4. 如申請專利範圍第 1或2項之方法，其中 各校準溝渠（5 )與各通孔（4 )以鎢塡滿。 5. 如申請專利範圍第 1項之方法，其中第二 金屬層（9 )是由鎢所構成。 6. 如申請專利範圍第 1項之方法，其中此隔 離層（2)是由氧化物層所構成。 7. 如申請專利範圍第 6項之方法，其中此氧 化物層是由S i〇2所構成。 8. 如申請專利範圍第 1或5項之方法，其中 此金屬層（9)具有300奈米（nm)之厚度。 认如申請專利範圍第 1或6項之方法，其中 此隔離層（2)具有大約 500 奈米（nm)的厚 度。 10.如申請專利範圍第 1項之方法，其中通孔 (4 )的寬度明顯地小於各校準溝渠（5 )的寬 度。 11.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中各校 529149 六、申請專利範圍 準溝渠（5)的寬度是2微米（//m)。 12. 如申請專利範圍第 1 0或 1 1項之方法，其 中通孔（4)的寬度是0.3微米（//m)。 13. 如申請專利範圍第 1項之方法，其中各校 準記號形成對準記號或重疊記號。 14. 如申請專利範圍第1或1 3項之方法，其中 各校準記號配置於構成半導體基板 1所 用的晶圓的鋸框中。 15. 如申請專利範圍第1 4項之方法，其中借助 於校準記號而在第二金屬層（9)上校準一 種光阻遮罩。 16. 如申請專利範圍第1 5項之方法，其中借助 於校準記號來決定對具有通孔（4)之平面 的位置偏差。 17. 如申請專利範圍第 1項之方法，其中半導 體基板（1 )中的積體電路是由 DRAM記憶 胞配置所構成。