专利名称：叠合标记的结构以及其形成方法
技术领域：
本发明是有关于一种叠合标记(Overlay Mark)的结构以及其形成方法，且特别是有关于一种可避免于半导体工艺中利用叠合标记对准时会发生对准量测错误的叠合标记的结构以及其形成方法。
背景技术：
通常决定一晶圆的微影工艺(Photolithography Process)成败的因素，除了关键尺寸(Critical Dimension)的控制外，另一重要者即为对准精确度(Alignment Accuracy)。因此，对准精确度的量测，即叠合误差的量测是半导体工艺中重要的一环，而叠合标记就是用来量测叠合误差的工具，其是用来判断以微影工艺所图案化的光阻层图案与晶圆上之前一膜层之间是否有精确的对准。
通常叠合标记会设计在晶圆上部分晶片周缘的角落处，用以量测该次微影工艺所图案化的光阻层图案与晶圆上之前一膜层之间是否有精确的对准。
图1，其为公知于金属内连线工艺中一叠合标记的俯视示意图；图2A至图2C所示，其为图1中由I-I’的剖面示意图。请参照图1与图2A，通常在金属内连线工艺中，会先在基底100上形成一介电层102，之后图案化介电层102，以在特定位置处形成接触窗开口(未绘示)，并且同时在预定形成叠合标记之处形成沟渠图案104，以作为一外部标记(Outer Mark)之用。
之后，继续金属内连线工艺，即在上述所形成的结构上形成一金属钨层，并且填入接触窗开口以及沟渠104中，但因沟渠104的宽度够宽，因此金属钨不会完全填满沟渠104，之后利用化学机械研磨法移除接触窗开口以及沟渠104外的金属钨层，即形成图2A中形成在沟渠104内的金属钨层106。
接着，请参照图2B，在形成接触窗开口之后，会继续在介电层102以及金属钨层106上沉积另一金属层108，且后续会将金属层108定义成导线。
然而，因金属层108的应力(stress)较大，因此若应力方向为标号110，则所形成的金属层108在沟渠104处会有沉积厚度不均匀的情形。换言之，位于沟渠104两侧壁上的金属层108厚度并不相等。
请参照图1与图2C，在金属层108上形成一图案化的光阻层(未绘示)，此光阻层后续用来作为图案化金属层108的蚀刻罩幕，特别是，此光阻层形成于外部标记内围处的光阻图案112作为一内部标号(Inner Mark)。
之后，即进行叠合标记的量测步骤，其中在图2C中虚线114所标示的处为外部标记104上方金属层108两转角处(箭头所指之处)的中心点信号，同样的虚线116所标示之处为内部标号112两边缘处(箭头所指之处)的中心点信号。通过外部标记104的信号114以及内部标号112的信号116，即可以判断内部标号是否有精确的与外部标记对准，进而判断该次黄光工艺是否有对准失误的情形，换言之，通过图中A与A’数值来判断是否有精确对准。
然而，在图2C中可看见，因金属层108因应力之故，沉积在沟渠104内的厚度并不均匀。如此，也将造成金属层108所产生的信号114产生偏移，换言之，信号114产生之处并非表现出沟槽104中心点之处。但此时由A与A’的判断结果是内部标号112有与外部标记104对准，然而，事实上该次黄光工艺已经产生偏移，因此后续若以此光阻层定义金属层108时，将会造成接触窗开口无法与导线精确对准。
发明内容
因此本发明的目的就是提供一种叠合标记的结构以及其形成方法，以解决公知具有高应力的膜层会造成叠合标记的对准量测失误的情形。
本发明提出一种形成叠合标记的方法，此方法首先在一基底上形成一材料层，并图案化在材料层，以形成形成一外部标记，其可以是沟渠式外部标记或是凸起式外部标记。接着，在材料层上形成一第一膜层，并且进行一平坦化步骤，以移除部分第一膜层。之后，在材料层上形成一第二膜层，并覆盖第一膜层，其中第二膜层的应力与第一膜层的应力不同，特别是第二膜层的应力大于第一膜层的应力。之后移除外部标记上方的第二膜层，或是移除外部标记上方以及外部标记的内围的所有第二膜层，之后再于外部标记的内围处形成一内部标号。
本发明提出一种叠合标记的结构，其是由一外部标记以及配置在外部标记的内围的一内部标号所构成，其中，外部标记可以是沟渠式外部标记或是凸起式外部标记。而且，在外部标记的侧壁处形成有一第一膜层，在外部标记以外的区域覆盖有一第二膜层，且第一膜层的应力与第二膜层的应力不相同。另外，内部标号配置在外部标记内围的第二膜层上。在另一较佳实施例中，除了外部标记的上方未覆盖有第二膜层之外，在外部标记的内围都未覆盖有第二膜层，内部标号配置在外部标记内围处。
由于本发明将外部标记上的第二膜层移除，甚至将外部标记内围的第二膜层也移除，因此外部标记将完全不会受到高应力的第二膜层的影响，而有对准量测产生失误的问题。
图1是金属内连线工艺中一叠合标记的俯视示意图；图2A至图2C是公知金属内连线工艺中形成叠合标记的流程剖面示意图；图3A至图3G是依照本发明一较佳实施例的形成叠合标记的流程剖面示意图；图4是图3E的俯视示意图；图5是依照本发明另一较佳实施例的叠合标记的剖面示意图；
图6是依照本发明另一较佳实施例的叠合标记的剖面示意图；图7是依照本发明另一较佳实施例的叠合标记的剖面示意图；图8是依照本发明另一较佳实施例的叠合标记的剖面示意图；图9是依照本发明另一较佳实施例的叠合标记的剖面示意图。
100基底102；介电层104、104a外部标记106、108、108a金属层110应力方向112内部标号114、116、202、204信号112a、200光阻层具体实施方式
本发明的叠合标记以及其形成方法是将叠合标记上具有高应力的膜层移除，以避免高应力膜层因沉积厚度不均匀，而造成叠合标记的对准量测结果有偏移的情形，如此将会使该次黄光工艺与晶圆前层膜层之间的对准发生失误。以下是例举金属内连线工艺中的叠合标记的结构及其形成方法来作说明，但是本发明的叠合标记并非只限定用于金属内连线工艺中，在其它工艺步骤中，会有高应力膜层而对叠合标记之对准量测造成不良影响者皆适用。
图1为依照本发明一较佳实施例的一叠合标记的俯视示意图；图3A至图3G是依照本发明一较佳实施例的形成一叠合标记的流程剖面示意图，其为图1中由I-I’的剖面图。
请参照图1与图3A，在金属内连线工艺中，首先在基底100上沉积一层介电层102，之后进行一微影工艺以及一蚀刻工艺，以图案化介电层102，而于介电层102中形成接触窗开口(未绘示)。在此同时，会在晶圆上预定形成叠合标记之处形成沟渠图案104，以作为一外部标记之用。在一较佳实施例中，叠合标记的外部标记是由四个沟渠图案104围成一矩形所构成，且沟渠图案104的宽度远大于接触窗开口的宽度。
请参照图3B，于介电层102上沉积一层金属层105，此金属层105会填入接触窗开口与沟渠104中，然而，因接触窗开口宽度远小于沟渠104的宽度，因此接触窗开口会被金属层105填满，而沟渠104不会被金属层105填满。
请参照图3C，进行一化学机械研磨工艺，以移除接触窗开口以外的金属层105以形成一插塞结构(未绘示)，在此同时，亦会将沟渠104以外的金属层105移除，而保留下沟渠104内的金属层106，且金属层106不会填满沟渠104。
请参照图3D，在形成接触插塞之后，在介电层102上沉积另一层金属层108，后续会将金属层108定义成与接触插塞连接的导线结构。而所形成的金属层108在外部标记之处，亦会填入沟渠104内，覆盖金属层106，且因沟渠104的宽度足够大，因此金属层108亦不会将沟渠104填满。
然而，因金属层108的应力是与金属层106的应力不同，特别是，金属层108的应力大于金属层106的应力，因此所形成的金属层108将会受到应力方向110的影响，而有沉积厚度不均匀的情形。换言之，位于沟渠104两侧壁上的金属层108厚度并不相等。而造成金属层108沉积厚度不均的因素可能是两膜层之间沉积温度的差异所造成的应力影响、两膜层之间的结构差异所造成的应力影响、两膜层之间的键结所造成的应力影响或是许多因素累积而成的应力影响等等。
请参照图3E，为了消除金属层108厚度不均匀所造成后续叠合标记的量测产生偏移的情形，本发明将叠合标记处的金属层108移除，移除的方法例如是在金属层108上形成一图案化的光阻层200，暴露出晶圆上叠合标记之处，其俯视图如图4所示。之后，请参照图3F，以光阻层200为蚀刻罩幕进行一蚀刻步骤，移除未被光阻层200覆盖的金属层108，以形成金属层108a，其暴露出外部标记内围的介电层102以及沟渠104内的金属层106。
请参照图1与图3G，移除光阻层200，接着，为了定义金属层108成为导线，进行一黄光工艺，而于基底100的上方形成图案化的光阻层112a，其中此光阻层112a位于晶圆上叠合标记之处的光阻图案112作为一内部标号之用。
之后，进行叠合标记的量测步骤，在图3G中，虚线202所标示之处为外部标记104上方的金属层106于两转角处(箭头所指之处)的中心点信号，同样的虚线204所标示之处为内部标号112两边缘处(箭头所指之处)的中心点信号。通过外部标记104的信号202以及内部标号112的信号204，即可以判断内部标号是否有精确的与外部标记对准，进而判断该次黄光工艺是否有对准失误的情形。其例如是通过图中B与B’数值来判断是否对准失误。
特别值得一提的是，上述图3E至图3F中，移除金属层108的步骤亦可以仅移除沟渠104内的金属层108，而保留外部标记外围以及内围处的金属层108a，如图5所示。亦即将厚度不均匀之处的金属层108移除，即可消除因膜层厚度不均匀所导致对准量测不准确的问题。
在先前步骤中，由于已经先将外部标记中造成对准量测产生偏移的金属层108移除，因此此时由外部标记所取得的信号202即能精确的表现出沟渠104的位置。如此一来，倘若外部标记以及内部标号之间有精确的对准时，即表示接触窗与后续所形成的导线能精确的对准。
在上述说明中是以于金属内连线工艺中利用化学机械研磨法移除接触窗开口以外的金属层为例来作说明，当然，若是利用回蚀刻工艺来移除接触窗开口以外的金属层的金属内连线工艺也适用于本发明，其图标如图6所示。在图6中，若是以回蚀刻工艺取代化学机械研磨工艺(对应先前图3B的步骤)，则沟渠104内仅会保留下位于其侧壁处的金属层106a，换言之，沟渠104底部的金属层也会一并被回蚀刻工艺移除，而其它的工艺步骤都与上述实施例相同。因此，在图6中的叠合标记的结构，除了在沟渠104的底部未有金属层106a覆盖之外，在外部标记104上(即沟渠104内)以及外部标记104的内围处都未覆盖有金属层108a。
同样的，图6的利用回蚀刻工艺的金属内连线工艺，其于移除金属层108的步骤亦可以仅移除沟渠104内的金属层108，而保留外部标记外围以及内围处的金属层108a，如图7所示。在图7中，在外部标记104上(即沟渠104内)并未覆盖有金属层108a，借以消除外部标记104上因膜层厚度不均匀所导致对准量测不准确的问题。
在以上之各实施例中，外部标记是以沟渠式外部标记为例来作说明。但事实上，外部标记亦可以是凸起式外部标记，如图8所示。在图8中，介电层102中具有外部标记104a，且外部标记104a为凸起图案。特别是，在外部标记104a上方以及外部标记104a的内围处都未覆盖有金属层108a。
另外，具有凸起式外部标记的叠合标记的设计来可以是在外部标记104a未覆盖有金属层108a，而在外部标记104a的外围处以及内围处都还是覆盖有金属层108a，如图9所示。
以上的说明是以金属内连线工艺的叠合标记来作说明，但本发明的叠合标记及其形成方法并非限定在金属内连线工艺中。换言之，介电层102可以是其它材料，例如是导电材料、硅材料等等，而金属层106或106a以及金属108亦可以是其它材料，例如是介电材料、硅材料等等。
由于本发明将外部标记上的高应力金属层移除，甚至将外部标记内围的高应力金属层也都移除，因此外部标记将完全不会受到高应力金属层的影响，而有对准量测产生错误的问题。
权利要求
1.一种形成叠合标记的方法，其特征是，该方法包括在一基底上形成一材料层；图案化该材料层，以形成一外部标记；在该材料层的表面上形成一第一膜层；进行一平坦化步骤，以移除部分该第一膜层；在该材料层上形成一第二膜层，覆盖该第一膜层，其中该第二膜层的应力是与该第一膜层的应力不同；移除该外部标记上方的该第二膜层；以及在该外部标记的内围形成一内部标号。
2.如权利要求1所述的形成叠合标记的方法，其特征是，移除该外部标记上方的该第二膜层的步骤更包括将位于该外部标记的内围的该第二膜层都移除。
3.如权利要求2所述的形成叠合标记的方法，其特征是，移除该外部标记上方以及该外部标记的内围的该第二膜层的方法包括在该第二膜层上形成一图案化光阻层，暴露出对应该外部标记以及该外部标记内围的区域；以及进行一蚀刻步骤，以移除未被该光阻层覆盖的该第二膜层。
4.如权利要求1所述的形成叠合标记的方法，其特征是，该外部标记为一沟渠式外部标记或是一凸起式外部标记。
5.如权利要求1所述的形成叠合标记的方法，其特征是，该平坦化步骤包括进行一化学机械研磨法工艺是进行一回蚀刻工艺。
6.如权利要求1所述的形成叠合标记的方法，其特征是，该第二膜层的应力大于该第一膜层的应力。
7.一种叠合标记的结构，其特征是，该结构包括一外部标记；以及一内部标号，配置在该外部标记的内围，其中，在该外部标记的侧壁处形成有一第一膜层，而在该外部标记以外的区域覆盖有一第二膜层，且该第一膜层的应力与该第二膜层的应力不相同，另外，该内部标号配置在该外部标记内围的该第二膜层上。
8.如权利要求7所述的叠合标记的结构，其特征是，除了该外部标记的上方未覆盖有该第二膜层之外，该外部标记的内围都未覆盖有该第二膜层。
9.如权利要求7所述的叠合标记的结构，其特征是，该外部标记为一沟渠式外部标记或是一凸起式外部标记。
10.如权利要求7所述的叠合标记的结构，其特征是，该第二膜层的应力大于该第一膜层的应力。
全文摘要
本发明提出一种形成叠合标记的方法，此方法是首先在一基底上形成一材料层，并且图案化材料层以形成一外部标记。接着，在材料层上形成一第一膜层，并且进行一平坦化步骤，以移除部分第一膜层。之后，在材料层上形成一第二膜层，覆盖第一膜层，其中第二膜层的应力是与第一膜层的应力不同。然后移除外部标记上方的第二膜层，再于外部标记的内围形成一内部标号。由于本发明将外部标记上方的第二膜层移除，因此可以避免高应力的第二膜层会有沉积厚度不均匀的情形，而造成叠合标记的量测产生错误。
文档编号H01L21/66GK1567532SQ03148238
公开日2005年1月19日 申请日期2003年7月3日 优先权日2003年7月3日
发明者颜裕林, 张庆裕 申请人:旺宏电子股份有限公司