TWI888081B - 疊合標記的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種疊合標記的製造方法，其包括以下步驟。於基底上形成目標層。於目標層上形成第一罩幕環。於第一罩幕環上形成第一介電層。於第一介電層上形成第二罩幕環，其中第一罩幕環在第一方向上的長度大於第二罩幕環在所述第一方向上的長度，第一罩幕環在第二方向上的長度小於第二罩幕環在第二方向上的長度，且第一方向與第二方向交錯。對第二罩幕環、第一介電層與第一罩幕環進行圖案化製程，以對應於第一罩幕環與第二罩幕環的重疊區域而於目標層上形成第三罩幕環。於目標層與第三罩幕環上形成第二介電層。於第二介電層上形成罩幕圖案層，其中罩幕圖案層具有開口，且開口的內側壁與第三罩幕環的內側壁對準。以罩幕圖案層為罩幕，移除部分的第二介電層與部分的目標層。移除罩幕圖案層、第二介電層與第三罩幕環。

Description

疊合標記的製造方法

本發明是有關於一種半導體製程用的標記的製造方法，且特別是有關於一種疊合標記（overlay mark）的製造方法。

在半導體製程中，疊合標記用以檢查前層與當層之間的對準度。一般來說，疊合標記可形成在基底的周邊區（例如切割道（scribe line））中，且疊合標記的形成步驟通常會與元件區元件的形成步驟整合在一起。

舉例來說，在元件區的基底上形成接墊（pad）陣列時，可於周邊區的基底上形成具有相同圖案的疊合標記。然而，在以光學儀器進行對準度測量時，此類型的疊合標記往往無法具有清楚的光學影像，且光學影像的對比度較低，因而導致對準度測量失誤的問題。

本發明提供一種疊合標記的製造方法，可形成具有高光學影像對比度的疊合標記。

本發明疊合標記的製造方法包括以下步驟。於基底上形成目標層。於目標層上形成第一罩幕環。於第一罩幕環上形成第一介電層。於第一介電層上形成第二罩幕環，其中第一罩幕環在第一方向上的長度大於第二罩幕環在第一方向上的長度，第一罩幕環在第二方向上的長度小於第二罩幕環在第二方向上的長度，且第一方向與第二方向交錯。對第二罩幕環、第一介電層與第一罩幕環進行圖案化製程，以對應於第一罩幕環與第二罩幕環的重疊區域而於目標層上形成第三罩幕環。於目標層與第三罩幕環上形成第二介電層。於第二介電層上形成罩幕圖案層，其中罩幕圖案層具有開口，且開口的內側壁與第三罩幕環的內側壁對準。以罩幕圖案層為罩幕，移除部分的第二介電層與部分的目標層。移除罩幕圖案層、第二介電層與第三罩幕環。

基於上述，通過形成部分重疊的兩個罩幕環以及由重疊部分所定義出的罩幕環與位於其上的罩幕圖案層，於基底上形成塊狀的疊合標記。如此一來，所形成的疊合標記可具有高光學影像對比度，且疊合標記的形成步驟可與元件區中半導體元件的形成步驟整合在一起。

首先，同時參照圖1A、圖2A以及圖3A，提供基底100。在本實施例中，基底100包括周邊區100a以及元件區100b。基底100包括矽基體（silicon base）及形成於矽基體上的介電層。在元件區100b中，矽基體上可形成有電晶體、內連線結構、線路圖案等半導體元件，且介電層覆蓋這些半導體元件。周邊區100a可為設置疊合標記的區域。元件區100b可設置為整個元件區的一部分或整個元件區。

於基底100上形成導電層102。導電層102可為金屬層，例如鎢層，但本發明不限於此。詳細地說，在周邊區100a中，導電層102可用以形成疊合標記的目標層，而在元件區100b中，導電層102可用以形成半導體元件的元件材料層。舉例來說，元件區100b中的導電層102可用以形成接墊陣列，因此導電層102可視為接墊材料層。在本實施例中，周邊區100a中的目標層對應於元件區100b中的元件材料層。

隨著半導體製程的進步，半導體元件的尺寸持續地縮小。因此，可採用各種自對準多重圖案化製程來形成半導體元件。在本發明中，採用自對準雙重圖案化(SADP)製程來形成元件區100b中的元件。在其他實施例中，也可採用自對準三重圖案化(SATP)製程以及自對準四重圖案化(SAQP)製程。

在形成導電層102之後，於周邊區100a中導電層102上形成第一塊狀圖案層104，且於元件區100b中導電層102上形成沿Y方向延伸且彼此平行排列的多個第一條狀圖案層204。在本實施例中，第一塊狀圖案層104與第一條狀圖案層204是通過一個光罩同時定義而成。也就是說，在形成周邊區100a中第一塊狀圖案層104時不需使用額外的光罩，且不需進行額外的製程步驟。

接著，同時參照圖1B、圖2B以及圖3B，於基底100上形成第一罩幕材料層106。在周邊區100a中，第一罩幕材料層106形成於第一塊狀圖案層104側壁上，以圍繞第一塊狀圖案層104。此外，在元件區100b中，第一罩幕材料層106形成於第一條狀圖案層204側壁上，以圍繞第一條狀圖案層204。

第一罩幕材料層106的形成方法包括以下步驟。首先，於基底100上共形地形成一層罩幕材料。然後，進行非等向性（anisotropic）蝕刻製程，以移除部分的罩幕材料。在進行非等向性蝕刻製程之後，在元件區100b中，可進一步地移除位於第一條狀圖案層204末端處的第一罩幕材料層106。第一條狀圖案層204兩側形成有沿Y方向延伸且彼此平行排列的條狀的第一罩幕材料層106。

同時參照圖1C、圖2C以及圖3C，移除第一塊狀圖案層104以及第一條狀圖案層204。周邊區100a中導電層102上保留了第一罩幕環106a（第一罩幕材料層106），且元件區100b中導電層102上保留了多個第一罩幕條206（第一罩幕材料層106）。在本實施例中，採用熟知的自對準雙重圖案化製程形成了第一罩幕環106a以及第一罩幕條206。

於基底100上形成第一介電層110。第一介電層110覆蓋導電層102、第一罩幕環106a以及第一罩幕條206。之後，於周邊區100a中第一介電層110上形成第二塊狀圖案層112，且於元件區100b中第一介電層110上形成沿X方向延伸且彼此平行排列的多個第二條狀圖案層212。第二塊狀圖案層112與第二條狀圖案層212是通過一個光罩同時定義而成。也就是說，在形成周邊區100a中的第二塊狀圖案層112時不需使用額外的光罩，且不需進行額外的製程步驟。

第二塊狀圖案層112位於圖1B、圖2B以及圖3B所示第一塊狀圖案層104的上方，第二塊狀圖案層112在X方向上的長度小於第一塊狀圖案層104在X方向上的長度，且第二塊狀圖案層112在Y方向上的長度大於第一塊狀圖案層104在Y方向上的長度。第一塊狀圖案層104的位置與第二塊狀圖案層112的位置會部分重疊。

於基底100上形成第二罩幕材料層114。在周邊區100a中，第二罩幕材料層114形成於第二塊狀圖案層112的側壁上，以圍繞第二塊狀圖案層112。在元件區100b中，第二罩幕材料層114形成於第二條狀圖案層212的側壁上，以圍繞第二條狀圖案層212。第二罩幕材料層114的形成方法與第一罩幕材料層106的形成方法相同，第二條狀圖案層212的兩側形成有沿X方向延伸且彼此平行排列的條狀的第二罩幕材料層114。

同時參照圖1D、圖2D以及圖3D，移除第二塊狀圖案層112以及第二條狀圖案層212。如此一來，周邊區100a中第一介電層110上保留了第二罩幕環114a（第二罩幕材料層114），且元件區100b中第一介電層110上保留了多個第二罩幕條214（第二罩幕材料層114）。在本實施例中，採用熟知的自對準雙重圖案化製程形成了第二罩幕環114a以及第二罩幕條214。

第一塊狀圖案層104的位置與第二塊狀圖案層112的位置部分重疊，第一塊狀圖案層104在X方向具有較大的長度，且第二塊狀圖案層112在Y方向具有較大的長度。如圖1D、圖2D以及圖3D所示，第一罩幕環106a與第二罩幕環114a部分重疊，第一罩幕環106a在X方向可具有較大的長度，且第二罩幕環114a在Y方向可具有較大的長度。

對第二罩幕環114a、第一介電層110以及第一罩幕環106a進行圖案化製程，以對應於第一罩幕環106a與第二罩幕環114a的重疊區域而於周邊區100a的導電層102上形成第三罩幕環。

參照圖1E、圖2E以及圖3E，以第二罩幕環114a以及第二罩幕條214為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，移除暴露出的第一介電層110。如此一來，在周邊區100a中暴露出部分的第一罩幕環106a以及部份的導電層102，且在元件區100b中暴露出部分的第一罩幕條206以及部份的導電層102。之後，移除第二罩幕環114a以及第二罩幕條214。此時，在周邊區100a中，在對應第二罩幕環114a的位置處形成了環狀的第一介電層110，且在元件區100b中，在對應於第二罩幕條214的位置處形成了條狀的第一介電層110。

同時參照圖1F、圖2F以及圖3F，以周邊區100a中的環狀的第一介電層110以及元件區100b中條狀的第一介電層110為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除暴露出第一罩幕環106a以及暴露出第一罩幕條206。之後，移除環狀的第一介電層110以及條狀的第一介電層110。在周邊區100a中形成了由剩餘的第一罩幕環106a構成的第三罩幕環116，且在元件區100b中形成了由剩餘的第一罩幕條206構成的多個罩幕塊216的陣列。

第三罩幕環116實質上為矩形環，且第三罩幕環116具有兩個在X方向上延伸的內側壁116X以及兩個在Y方向上延伸的內側壁116Y。此外，每一個罩幕塊216具有兩個在X方向上延伸的側壁216X以及兩個在Y方向上延伸的側壁216Y。

第一塊狀圖案層104側壁定義出第一罩幕環106a在Y方向延伸的內側壁，且第一罩幕環106a在Y方向延伸的內側壁定義出第三罩幕環116內側壁116Y。此外，第一條狀圖案層204在Y方向延伸的側壁定義出罩幕塊216在Y方向延伸的側壁216Y。由於第一塊狀圖案層104與第一條狀圖案層204是通過一個光罩同時定義而成，因此第三罩幕環116的內側壁116Y可對應於罩幕塊216的側壁216Y而定義出在進行對準測量的過程中的Y方向對準線。

第二塊狀圖案層112的側壁定義出第二罩幕環114a在X方向延伸的內側壁，且第二罩幕環114a在X方向延伸的內側壁定義出第三罩幕環116的內側壁116X。此外，第二條狀圖案層212在X方向延伸的側壁定義出罩幕塊216在X方向延伸的側壁216Y。由於第二塊狀圖案層112與第二條狀圖案層212是通過一個光罩同時定義而成，因此第三罩幕環116內側壁116X可對應於罩幕塊216的側壁216X而定義出在進行對準測量的過程中的X方向對準線。

同時參照圖1G、圖2G以及圖3G，於基底100上形成第二介電層118。第二介電層118覆蓋周邊區100a的導電層102與第三罩幕環116，且暴露出元件區100b。於第二介電層118上形成罩幕圖案層120。在本實施例中，罩幕圖案層120可為金屬層，例如鎢層，但本發明不限於此。罩幕圖案層120具有開口122，且開口122的內側壁與第三罩幕環116內側壁對準。開口122在X方向上延伸的內側壁122X與第三罩幕環116的內側壁116X對準，且開口122在Y方向上延伸的內側壁122Y與第三罩幕環116內側壁116Y對準。罩幕圖案層120可與元件區100b之外的區域中的線路層同時形成，但本發明不限於此。

同時參照圖1H、圖2H以及圖3H，以罩幕圖案層120為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除被開口122暴露出第二介電層118。接著，移除罩幕圖案層120。以剩餘第二介電層118以及罩幕塊216為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除暴露出的導電層102。於周邊區100a中基底100上形成由罩幕圖案層120定義出的疊合標記124，且於元件區100b中基底100上形成由罩幕塊216定義出的接墊218。之後，移除罩幕圖案層120、第二介電層118、第三罩幕環116以及罩幕塊216。

由於罩幕圖案層120開口122的內側壁與第三罩幕環116的內側壁對準，因此由罩幕圖案層120定義出的疊合標記124的內側壁124X與內側壁124Y可分別對應於由罩幕塊216定義出的接墊218的側壁218X與側壁218Y，使得疊合標記124的內側壁124X與內側壁124Y可在進行對準測量的過程中分別作為X方向對準線與Y方向對準線。

在現有技術中，在元件區形成接墊陣列時，會在周邊區形成與接墊陣列圖案相同的疊合標記。此類型疊合標記在以光學儀器進行對準度測量時無法具有清楚的光學影像，且光學影像的對比度較低。在本實施例中，疊合標記124相較於接墊218具有大的尺寸且為塊狀，因此在以光學儀器進行對準度測量時可具有清楚的光學影像，且可有效地提高光學影像的對比度。如此一來，可有效地減少甚至避免對準度測量失誤的問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100：基底 100a：周邊區 100b：元件區 102：導電層 104：第一塊狀圖案層 106：第一罩幕材料層 106a：第一罩幕環 110：第一介電層 112：第二塊狀圖案層 114：第二罩幕材料層 114a：第二罩幕環 116：第三罩幕環 116X、116Y、122X、122Y、124X、124Y：內側壁 118：第二介電層 120：罩幕圖案層 122：開口 124：疊合標記 204：第一條狀圖案層 206：第一罩幕條 212：第二條狀圖案層 214：第二罩幕條 216：罩幕塊 216X、216Y、218X、218Y：側壁 218：接墊

圖1A至圖1H為本發明實施例的疊合標記的製造流程上視示意圖。 圖2A至圖2H為沿圖1A至圖1H中的A-A剖線的製造流程剖面示意圖。 圖3A至圖3H為沿圖1A至圖1H中的B-B剖線的製造流程剖面示意圖。

100a:周邊區

100b:元件區

102:導電層

116:第三罩幕環

116X、116Y:內側壁

216:罩幕塊

216X、216Y:側壁

Claims (10)

1. 一種疊合標記的製造方法，包括： 於基底上形成目標層； 於該目標層上形成第一罩幕環； 於該第一罩幕環上形成第一介電層； 於該第一介電層上形成第二罩幕環，其中該第一罩幕環在第一方向上的長度大於該第二罩幕環在該第一方向上的長度，該第一罩幕環在第二方向上的長度小於該第二罩幕環在第二方向上的長度，且該第一方向與第二方向交錯； 對該第二罩幕環、該第一介電層與該第一罩幕環進行圖案化製程，以對應於該第一罩幕環與該第二罩幕環的重疊區域而於該目標層上形成第三罩幕環； 於該目標層與該第三罩幕環上形成第二介電層； 於該第二介電層上形成罩幕圖案層，其中該罩幕圖案層具有開口，且該開口的內側壁與該第三罩幕環的內側壁對準； 以該罩幕圖案層為罩幕，移除部分的該第二介電層與部分的該目標層；以及 移除該罩幕圖案層、該第二介電層與該第三罩幕環。
2. 如請求項1所述的疊合標記的製造方法，其中該第一罩幕環的形成方法包括： 於該目標層上形成第一塊狀圖案層； 於該第一塊狀圖案層的側壁上形成第一罩幕材料層；以及 移除該第一塊狀圖案層。
3. 如請求項2所述的疊合標記的製造方法，其中該第二罩幕環的形成方法包括： 於該第一介電層上形成第二塊狀圖案層，其中該第二塊狀圖案層位於該第一塊狀圖案層的上方，該第二塊狀圖案層在該第一方向上的長度小於該第一塊狀圖案層在該第一方向上的長度，且該第二塊狀圖案層在第二方向上的長度大於該第一塊狀圖案層在第二方向上的長度； 於該第二塊狀圖案層的側壁上形成第二罩幕材料層；以及 移除該第二塊狀圖案層。
4. 如請求項3所述的疊合標記的製造方法，其中該第三罩幕環的形成方法包括： 以該第二罩幕環為罩幕，移除部分的該第一介電層； 移除該第二罩幕環； 以剩餘的該第一介電層為罩幕，移除部分的該第一罩幕環；以及 移除剩餘的該第一介電層。
5. 如請求項4所述的疊合標記的製造方法，其中該基底具有元件區與周邊區，且該目標層位於周邊區的該基底上。
6. 如請求項5所述的疊合標記的製造方法，其中在形成該目標層時，於元件區的該基底上形成第一元件材料層，且該目標層對應於該元件材料層。
7. 如請求項6所述的疊合標記的製造方法，其中該元件材料層為接墊材料層。
8. 如請求項6所述的疊合標記的製造方法，其中： 在形成第一塊狀圖案層時，於該第一元件材料層上方形成沿該第二方向延伸的多個第一條狀圖案層，且該第一塊狀圖案層與該多個第一條狀圖案層是通過一個光罩同時定義而成； 該第一罩幕材料層還形成於該多個第一條狀圖案層的側壁上；以及 在移除該第一塊狀圖案層時，移除該多個第一條狀圖案層。
9. 如請求項8所述的疊合標記的製造方法，其中： 在形成該第二塊狀圖案層時，於該多個第一條狀圖案層上方形成沿該第一方向延伸的多個第二條狀圖案層，且該第二塊狀圖案層與該多個第二條狀圖案層是通過一個光罩同時定義而成； 該第二罩幕材料層還形成於該多個第二條狀圖案層的側壁上；以及 在移除該第二塊狀圖案層時，移除該多個第二條狀圖案層。
10. 如請求項5所述的疊合標記的製造方法，其中該罩幕圖案層與該第二介電層暴露出該元件區。