專利名稱：防止產(chǎn)生金屬絲現(xiàn)象的解決方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種于亞微米(sub-micron)或深壓微米(deep-sub-micron)制備過(guò)程中間，利用紫外線(ultraviolet，UV)技術(shù)，形成一改進(jìn)的反反光層(anti-reflective coating，之后以ARC簡(jiǎn)稱之)。更特別的是，本發(fā)明是有關(guān)于一種在亞微米或深亞微米制備過(guò)程中使用的改進(jìn)方法，當(dāng)無(wú)機(jī)ARC如氮化鈦與有機(jī)ARC一同結(jié)合使用而產(chǎn)生ARC層使其覆蓋于金屬層表面，能夠解決經(jīng)常性地低產(chǎn)率問(wèn)題(low production yield problem)。本發(fā)明披露了一種更精確的將圖案由一光阻層轉(zhuǎn)移至一金屬層上的方法，以使該金屬層產(chǎn)生更精確的圖形，而不致減低其生產(chǎn)能力。
在半導(dǎo)體組件的制造過(guò)程中，通常在金屬表面沉積無(wú)機(jī)反反光層(ARC)如氮化鈦。由于ARC的使用，較少的光線會(huì)通過(guò)光阻而朝向光罩反射，因此，提供額外的氮化鈦反反光層(anti-reflective coating)步驟能夠更精細(xì)地將其圖形由光阻層轉(zhuǎn)移至金屬層上。
將光阻層上的圖形更精密地轉(zhuǎn)移至金屬層上對(duì)于亞微米或深亞微米制造技術(shù)而言變得越來(lái)越重要，特別是在淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)、多晶硅柵極(poly gate)的形成中，都是利用紫外線技術(shù)以減小所制成的半導(dǎo)體組件的尺寸。近來(lái)，這種紫外線技術(shù)亦用于形成金屬層，使得金屬導(dǎo)線的尺寸更小。當(dāng)深亞微米技術(shù)由0.25μm，0.20μm，再降到0.18μm，甚至更小的尺寸，所需的更加精確的圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)以及一改進(jìn)的ARC技術(shù)不能不被重視。
在金屬層的制造過(guò)程中，一般鈦層與氮化鈦層的結(jié)合是利用濺鍍產(chǎn)生一阻障層，之后，一鋁層亦濺鍍至該阻障層上；最后，一氮化鈦層系濺鍍至該鋁層上以在表面上形成ARC層。在沉積該氮化鈦層的過(guò)程中可觀察到所產(chǎn)生的氨氣，在一般狀態(tài)下，亦即，在其PH值大于7的情況下，會(huì)與在光阻層被紫外線曝光的過(guò)程中所釋放的酸性物質(zhì)反應(yīng)，因此在光阻層的底部表面便形成所謂的底部沉淀(bottom foot)，而造成不正常的輪廓。
為了改善這個(gè)問(wèn)題，便于此氮化鈦層表面涂覆一種有機(jī)ARC，以避免氨氣直接與光阻層接觸。這一層額外的有機(jī)ARC的提供亦可防止駐波(standing wave)的產(chǎn)生，并加大蝕刻平板印刷工藝(lithography process)的加工容許度(process window)。
但是，于氮化鈦層表面所額外涂覆的有機(jī)ARC會(huì)造成其它的問(wèn)題，亦即所觀察到金屬導(dǎo)線之間短路的情況增加，因而降低晶片的合格產(chǎn)率(yield)。無(wú)機(jī)及/或有機(jī)ARC的使用于現(xiàn)有技術(shù)中已被公知，接下來(lái)將要以最近的美國(guó)專利為例，提供有用的背景信息。
美國(guó)專利第5,760,483號(hào)中披露了一種在半導(dǎo)體的瞄準(zhǔn)靶與其相鄰的物質(zhì)間加強(qiáng)其對(duì)比度的方法；于一實(shí)施例中，在先前步驟中去除(tripped away)所沉積的氮化鈦層以增加此金屬層的反射率。在氧化層厚度改變時(shí)，瞄準(zhǔn)靶與其相鄰的物質(zhì)間之對(duì)比度較兼容，并且，較規(guī)則的對(duì)比度能使步進(jìn)系統(tǒng)(stepper)更容易辨識(shí)對(duì)準(zhǔn)靶的邊緣，以更準(zhǔn)確地形成一光罩。
美國(guó)專利第5,670,298號(hào)記載了一種于基板上形成金屬圖案的方法；其中提到ARC層的使用，以壓制在形成金屬圖形光學(xué)蝕刻平板印刷工藝中可能產(chǎn)生的V型刮痕現(xiàn)象(notching phenomenon)，并廣泛使用一無(wú)機(jī)ARC制備工藝，它可降低形成在光阻層上方的金屬薄膜的光反射現(xiàn)象，且一有機(jī)ARC如聚合體(polymer)亦可使用。
美國(guó)專利第5,767,013號(hào)披露了一種于半導(dǎo)體組件中形成一內(nèi)連接圖形的方法，它不需增加ARC層，便可降低金屬性的反射。這個(gè)方法包括下列步驟于一基板上形成一傳導(dǎo)層，并研磨該傳導(dǎo)層以于其表面形成一粗糙(rugged)表面。之后，選擇性地移除上述被研磨過(guò)的傳導(dǎo)層以形成金屬內(nèi)連接(interconnection)。該美國(guó)專利第5,767,013號(hào)提及對(duì)ARC層而言，若使用一無(wú)機(jī)工藝，則將氮化鈦、氮化硅、與鎢化鈦?zhàn)鳛橐粺o(wú)機(jī)薄膜，而若是利用有機(jī)工藝，則將聚合體作為一有機(jī)薄膜。且，該專利也涉及控制ARC薄膜與金屬薄膜的蝕刻選擇性(selectivity)的難度，因此經(jīng)常發(fā)生過(guò)蝕刻(overetching)的現(xiàn)象，因此而導(dǎo)致所形成的平坦化薄膜上，會(huì)產(chǎn)生多余的裂縫(gap)。
當(dāng)時(shí)，尚無(wú)人發(fā)現(xiàn)有機(jī)與無(wú)機(jī)之ARC層結(jié)合能增加產(chǎn)品合格產(chǎn)率；而由使用結(jié)合有機(jī)與無(wú)機(jī)的ARC層的諸多優(yōu)點(diǎn)看來(lái)，這是一種十分理想的方式，因?yàn)樗芸朔熘穆闊?，且，此種將紫外線應(yīng)用于亞微米或深亞微米的方法能將圖案更精密地轉(zhuǎn)移至光阻層上。
因此，本發(fā)明主要目的在于發(fā)開(kāi)出一種結(jié)合紫外線技術(shù)的方法，其能將圖案更精密地轉(zhuǎn)移至光阻層上，且不會(huì)降低產(chǎn)品之生產(chǎn)合格率。更特別的是，本發(fā)明主要目的在于開(kāi)發(fā)出一種將一無(wú)機(jī)ARC，如氮化鈦，及一有機(jī)ARC用作一反反光層的方法，以于亞微米或深亞微米的半導(dǎo)體制備工藝中能夠享受其優(yōu)點(diǎn)。
在謹(jǐn)慎地檢查在金屬層上形成無(wú)機(jī)ARC或者有機(jī)ARC之后，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在無(wú)機(jī)ARC及一有機(jī)ARC薄膜之間形成一經(jīng)氧化的化合物，其形成于兩種不同種類的薄膜要鄰接在一起時(shí)。并且，亦發(fā)現(xiàn)該經(jīng)氧化的化合物并不易被傳統(tǒng)的氧化物蝕刻器或金屬蝕刻器蝕刻。因此，有時(shí)候金屬線會(huì)自此形成金屬絲(metal stringer)而使金屬線短路，因而降低產(chǎn)品的合格率。
在本發(fā)明工藝中，形成有機(jī)ARC薄膜前，是先于無(wú)機(jī)ARC薄膜上形成一分割層(partitioning layer)；這一層分割層不但可輕易地利用氧化物蝕刻器或金屬蝕刻器將之移除，并可將有機(jī)ARC薄膜與無(wú)機(jī)ARC薄膜隔離，使其避免直接接觸在一起。實(shí)施本發(fā)明的工藝，能夠?qū)嵸|(zhì)地改善產(chǎn)品合格率，且在二種ARC層之間形成的分割層能有效地防止其間氧化物的形成，也避免紫外線的使用而造成的金屬絲問(wèn)題。其中，該分割層的材質(zhì)可以是氧化硅或是聚合物，且若是聚合物則要注意需不同于有機(jī)ARC的材質(zhì)。
本發(fā)明所披露的方法是與紫外線工藝技術(shù)相結(jié)合的，包括下列步驟(a)沉積一阻障層，其材質(zhì)包括鈦層與一氮化鈦層；(b)沉積一金屬層，一般系為鋁層；(c)沉積一無(wú)機(jī)反反光層于該鋁層表面，一般為氮化鈦層；(d)沉積一分割層薄膜于該氮化鈦層上；(e)沉積一有機(jī)反反光層薄膜于該分割層上；(f)沉積一光阻層于該有機(jī)反反光層(anti-reflective coating)薄膜上；(g)利用一紫外線技術(shù)與一光罩產(chǎn)生一圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)；(h)利用一活性離子蝕刻法(reactive ion etching，RIE)與一氧化物蝕刻器去蝕刻該有機(jī)反反光層與該分割層薄膜；(i)利用一活性離子蝕刻法(reactive ion etching，RIE)與一金屬蝕刻器去蝕刻該氮化鈦層與該金屬層薄膜；(j)移除該金屬層上方的所有物質(zhì)以顯現(xiàn)出一金屬圖形。
可以有廣泛選擇使用該分割層的材料；其中，較佳的例子為聚合物，如聚亞胺(polyimide)，且它并不與無(wú)機(jī)之ARC作用。由于該分割層的功能在于避免有機(jī)ARC與無(wú)機(jī)ARC的直接接觸，因此其厚度并不重要，一般為50。
為進(jìn)一步使本發(fā)明上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖
，作詳細(xì)說(shuō)明如下第1~6圖顯示利用本發(fā)明之方法，于一晶片上形成金屬圖形的主要步驟的概要圖；第1圖為一無(wú)機(jī)ARC沉積于一形成在一阻障層上的鋁層上的概要圖；第2圖為一隔絕層沉積于一無(wú)機(jī)ARC上的概要第3圖顯示在一有機(jī)ARC沉積于該隔絕層之后，利用一影像轉(zhuǎn)移技術(shù)將一光阻層的圖案轉(zhuǎn)移至晶片的表面；第4圖為以光阻圖形作為蝕刻罩幕，利用一氧化物蝕刻器，將部分有機(jī)ARC與部分隔絕層蝕刻的概要圖；第5圖為以光阻圖形作為蝕刻罩幕，利用一金屬蝕刻器，將部分有機(jī)ARC與部分金屬層蝕刻的概要圖；以及第6圖為顯示在移除該金屬層上方的所有物質(zhì)后，形成在該晶片表面的金屬圖形。符號(hào)說(shuō)明1 鈦層2 氮化鈦層3 阻障層 4 鋁層5 氮化鈦層6 分割層7 有機(jī)反反光層9 晶片10 金屬圖形本發(fā)明涉及一種結(jié)合紫外線技術(shù)而提供一種精密地將圖案轉(zhuǎn)移至光阻層上的方法，以縮小光阻尺寸，也因此更加縮小金屬層所形成圖形的尺寸。本發(fā)明所揭露的方法能將亞微米及深亞微米技術(shù)由0.25μm擴(kuò)展到0.20μm，再進(jìn)一步至0.18μm，甚至是更小的尺寸。且本發(fā)明利用結(jié)合有機(jī)與無(wú)機(jī)ARC，如氮化鈦?zhàn)鳛橐环捶垂鈱樱韵硎茉摲N與紫外線技術(shù)結(jié)合所帶來(lái)的產(chǎn)品合格率高的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明中，形成在金屬層上的無(wú)機(jī)ARC及一有機(jī)ARC薄膜之間，會(huì)形成一經(jīng)氧化的化合物，且該種經(jīng)氧化的化合物并不容易被傳統(tǒng)的氧化物蝕刻器或金屬蝕刻器蝕刻。因此，有時(shí)候金屬線會(huì)自此而形成金屬絲，造成金屬線短路。且上述之問(wèn)題也因此被定義作產(chǎn)品的”合格產(chǎn)率之殺手”(yieldkiller)，并產(chǎn)生結(jié)合使用兩種ARC的缺點(diǎn)。
于本發(fā)明中，在形成有機(jī)ARC薄膜之前，先在無(wú)機(jī)ARC薄膜上形成一分割層；且該分割層并不會(huì)與該無(wú)機(jī)ARC薄膜反應(yīng)，它能輕易地利用氧化物蝕刻器或金屬蝕刻器將它移除。此外，該層分割層系將有機(jī)ARC薄膜與無(wú)機(jī)ARC薄膜隔離，使其避免直接接觸在一起。且事先并未能預(yù)料到的結(jié)果是，經(jīng)由本發(fā)明工藝的處理，能夠?qū)嵸|(zhì)地改善產(chǎn)品合格率，且該分割層的材料可以是氧化硅或是聚合物，若是聚合物則要注意需使用不同于有機(jī)ARC材了。
更特別的是，本發(fā)明揭露了一種改進(jìn)的光學(xué)蝕刻平板印刷工藝方法，它利用紫外線技術(shù)，結(jié)合兩種ARC層以定義光阻層的圖形，該方法包括下列步驟(a)在晶片的表面上沉積一鈦層與一氮化鈦層以形成一阻障層；(b)沉積一金屬層，一般為鋁層；(c)沉積一無(wú)機(jī)反反光層于該鋁層表面，一般為氮化鈦層；(d)沉積一分割層薄膜于該氮化鈦層上，且該分割層薄膜由一不會(huì)與氮化鈦層起反應(yīng)的物質(zhì)所沈積而成一固定物質(zhì)；(e)沉積一有機(jī)反反光層薄膜于該介電薄膜上；(f)沉積一光阻層于該有機(jī)反反光層薄膜上；(g)利用紫外線技術(shù)與一適合的光罩產(chǎn)生圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)；(h)利用一活性離子蝕刻法(reactive ionetching，RIE)與一氧化物蝕刻器去蝕刻未被該光阻層所覆蓋的該有機(jī)反反光層與該分割層薄膜；(i)利用一活性離子蝕刻法(reactive ion etching，RIE)與一金屬蝕刻器去蝕刻未被該光阻層所覆蓋的該氮化鈦層與該金屬層薄膜；(j)移除該金屬層上方所有物質(zhì)以顯現(xiàn)出一金屬圖形，并形成一層金屬層。
如前所述，此分割層應(yīng)由一不會(huì)與氮化鈦層起反應(yīng)的物質(zhì)形成，可供選擇的這種物質(zhì)種類眾多；較佳的例子為聚合物，如聚亞胺，且其并不與無(wú)機(jī)ARC作用。由于該分割層的功能在于避免有機(jī)ARC與無(wú)機(jī)ARC的直接接觸，因此其厚度并不重要，一般，系為50。
本發(fā)明將參考以下的例子，以做更詳細(xì)地說(shuō)明；在此應(yīng)注意的是，以下所要說(shuō)明的例子，包括本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其圖標(biāo)及說(shuō)明并非限制本發(fā)明。
第1~6圖系顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所披露的方法，于一晶片上形成金屬圖形的關(guān)鍵步驟的概要圖。
請(qǐng)參看第1圖，其中，顯示一鋁層4沉積于由氮化鈦層2與鈦層1所形成的阻障層3的情形；之后，一氮化鈦層5并沉積于該鋁層4上方以作為一無(wú)機(jī)ARC層。
第2圖顯示一分割層6沉積于該無(wú)機(jī)ARC層5上的情形；其中，該分割層6材了為聚亞胺(polyimide)。第3圖則顯示一有機(jī)ARC層7沉積于該分割層6上的情形，接著，利用紫外線技術(shù)結(jié)合一光罩(未顯示于圖中)，于光學(xué)蝕刻平板印刷工藝中，在該分割層6上方形成一光阻圖形7。
第4圖系為以光阻得圖形作為蝕刻罩幕，利用一氧化物蝕刻器，將部分有機(jī)ARC與部分隔絕層蝕刻后的狀況；較理想的狀況是，此分割層能夠被蝕刻該有機(jī)ARC的氧化物蝕刻器一同被移除。第5圖則顯示以光阻圖形作為蝕刻罩幕，利用一金屬蝕刻器，將部分有機(jī)ARC與部分金屬層蝕刻后的情形。
之后，第6圖顯示在移除該金屬層上方的所有物質(zhì)之后，形成在該晶片9表面的金屬圖形10。
在有機(jī)與無(wú)機(jī)ARC薄膜之間的分割層能有效避免其內(nèi)層氧化層的形成，因此，本發(fā)明消除了兩種ARC的使用，結(jié)合紫外線技術(shù)而形成的金屬絲的形成。所以，本發(fā)明在不影響產(chǎn)品合格率的前提下，有效縮小了所生產(chǎn)半導(dǎo)體組件的尺寸。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例記載如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求保護(hù)范圍，結(jié)合說(shuō)明書(shū)及附圖所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種防止產(chǎn)生金屬絲(metal stringer)現(xiàn)象的解決方法，適用于一晶片，包括下列步驟a)在該晶片表面上形成一金屬層于；b)在該金屬層上形成一無(wú)機(jī)反反光層；c)在該無(wú)機(jī)反反光層上形成一分割層，且該分割層材料不與該無(wú)機(jī)反反光層起作用；d)在該分割層上形成一有機(jī)反反光層；e)在該有機(jī)反反光層上形成一光阻層；f)利用紫外線技術(shù)結(jié)合一光罩，于一光學(xué)蝕刻平板印刷工藝(lithography process)中形成一光阻圖案；g)移除未被該光阻層所覆蓋的位于該晶片表面的所有物質(zhì)；以及h)移除覆蓋該金屬層表面的所有物質(zhì)以顯示出一金屬圖形。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該金屬層為鋁層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成該金屬層之前，更包括于該晶片表面上形成一阻障層，且該阻障層由一鈦層及其表面上的氮化鈦層所組成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該分割層為一聚合物氧化硅或氮化硅類物質(zhì)，且該物質(zhì)并不會(huì)與該無(wú)機(jī)反反光層起作用。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該無(wú)機(jī)反反光層材料至少選自氮化鈦、氮化硅、與鈦化鎢。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該有機(jī)反反光層由一不反光的聚合物質(zhì)所形成。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，，移除未被該光阻層所覆蓋的位于該晶片表面的所有物質(zhì)包括下列步驟利用活性離子蝕刻法與一氧化物蝕刻器蝕刻該有機(jī)反反光層與該分割層；以及利用一活性離子蝕刻法與一金屬蝕刻器蝕刻該氮化鈦層與該金屬層。
8.一種防止產(chǎn)生金屬絲(metal stringer)的方法，適用于一晶片，它包括下列步驟，a)在晶片的表面上形成一結(jié)合鈦層及氮化鈦?zhàn)枵蠈?；b)在該結(jié)合鈦層及的氮化鈦?zhàn)枵蠈颖砻嫔闲纬梢唤饘黉X層；c)在該金屬鋁層表面上形成一無(wú)機(jī)反反光層；d)在該無(wú)機(jī)反反光層上形成一聚合物層，且該聚合物層的材料并不會(huì)與該無(wú)機(jī)反反光層作用而產(chǎn)生一固定的物質(zhì)；e)于該聚合物層上形成一有機(jī)反反光層；f)于該有機(jī)反反光層上形成一光阻層；g)利用紫外線技術(shù)結(jié)合一光罩，于一光學(xué)蝕刻平板印刷工藝(lithography process)中形成一光阻圖案；h)利用活性離子蝕刻法與一氧化物蝕刻器，移除未被該光阻層所覆蓋的有機(jī)反反光層與該聚合物層；i)利用活性離子蝕刻法與一金屬蝕刻器，移除未被該光阻層所覆蓋的無(wú)機(jī)反反光層、金屬鋁層、及該結(jié)合鈦層及其表面的氮化鈦?zhàn)枵蠈?；以及j)清除位于該金屬鋁層上方的所有物質(zhì)以顯示出一金屬圖形。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該聚合物層為一聚合物如聚合胺層。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該無(wú)機(jī)反反光層材料至少選自氮化鈦、氮化硅、與鈦化鎢。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該有機(jī)反反光層由一不反光的聚合物質(zhì)所形成。
全文摘要
本發(fā)明披露一種亞微米或深亞微米組件的制備方法,該方法包括的步驟:(a)在一晶片表面上沉積一鋁層;(b)在該鋁層上沉積一無(wú)機(jī)反反光層氮化鈦;(c)沉積一介電分割層;(d)于該介電分割層上沉積一有機(jī)反反光層;(e)于該有機(jī)反反光層上沉積一光阻層;(f)利用一深紫外線技術(shù)結(jié)合一光罩,于一光學(xué)蝕刻平板印刷過(guò)程間形成一光阻圖案;(g)利用氧化物蝕刻器,移除未被該光阻層所覆蓋的該反反光層與該介電的分割層;(h)利用一金屬蝕刻器,移除未被該光阻層所覆蓋的該氮化鈦層與該金屬層。該方法消除了先前形成于氮化鈦層與有機(jī)反反光層間的氧化物,因此不會(huì)降低產(chǎn)品的合格率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1379454SQ01110379
公開(kāi)日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2001年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月9日
發(fā)明者楊清勝 申請(qǐng)人:華邦電子股份有限公司