专利名称：防止产生金属丝现象的解决方法
技术领域：
本发明涉及一种于亚微米(sub-micron)或深压微米(deep-sub-micron)制备过程中间，利用紫外线(ultraviolet，UV)技术，形成一改进的反反光层(anti-reflective coating，之后以ARC简称之)。更特别的是，本发明是有关于一种在亚微米或深亚微米制备过程中使用的改进方法，当无机ARC如氮化钛与有机ARC一同结合使用而产生ARC层使其覆盖于金属层表面，能够解决经常性地低产率问题(low production yield problem)。本发明披露了一种更精确的将图案由一光阻层转移至一金属层上的方法，以使该金属层产生更精确的图形，而不致减低其生产能力。
在半导体组件的制造过程中，通常在金属表面沉积无机反反光层(ARC)如氮化钛。由于ARC的使用，较少的光线会通过光阻而朝向光罩反射，因此，提供额外的氮化钛反反光层(anti-reflective coating)步骤能够更精细地将其图形由光阻层转移至金属层上。
将光阻层上的图形更精密地转移至金属层上对于亚微米或深亚微米制造技术而言变得越来越重要，特别是在浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)、多晶硅栅极(poly gate)的形成中，都是利用紫外线技术以减小所制成的半导体组件的尺寸。近来，这种紫外线技术亦用于形成金属层，使得金属导线的尺寸更小。当深亚微米技术由0.25μm，0.20μm，再降到0.18μm，甚至更小的尺寸，所需的更加精确的图案转移技术以及一改进的ARC技术不能不被重视。
在金属层的制造过程中，一般钛层与氮化钛层的结合是利用溅镀产生一阻障层，之后，一铝层亦溅镀至该阻障层上；最后，一氮化钛层系溅镀至该铝层上以在表面上形成ARC层。在沉积该氮化钛层的过程中可观察到所产生的氨气，在一般状态下，亦即，在其PH值大于7的情况下，会与在光阻层被紫外线曝光的过程中所释放的酸性物质反应，因此在光阻层的底部表面便形成所谓的底部沉淀(bottom foot)，而造成不正常的轮廓。
为了改善这个问题，便于此氮化钛层表面涂覆一种有机ARC，以避免氨气直接与光阻层接触。这一层额外的有机ARC的提供亦可防止驻波(standing wave)的产生，并加大蚀刻平板印刷工艺(lithography process)的加工容许度(process window)。
但是，于氮化钛层表面所额外涂覆的有机ARC会造成其它的问题，亦即所观察到金属导线之间短路的情况增加，因而降低晶片的合格产率(yield)。无机及/或有机ARC的使用于现有技术中已被公知，接下来将要以最近的美国专利为例，提供有用的背景信息。
美国专利第5,760,483号中披露了一种在半导体的瞄准靶与其相邻的物质间加强其对比度的方法；于一实施例中，在先前步骤中去除(tripped away)所沉积的氮化钛层以增加此金属层的反射率。在氧化层厚度改变时，瞄准靶与其相邻的物质间之对比度较兼容，并且，较规则的对比度能使步进系统(stepper)更容易辨识对准靶的边缘，以更准确地形成一光罩。
美国专利第5,670,298号记载了一种于基板上形成金属图案的方法；其中提到ARC层的使用，以压制在形成金属图形光学蚀刻平板印刷工艺中可能产生的V型刮痕现象(notching phenomenon)，并广泛使用一无机ARC制备工艺，它可降低形成在光阻层上方的金属薄膜的光反射现象，且一有机ARC如聚合体(polymer)亦可使用。
美国专利第5,767,013号披露了一种于半导体组件中形成一内连接图形的方法，它不需增加ARC层，便可降低金属性的反射。这个方法包括下列步骤于一基板上形成一传导层，并研磨该传导层以于其表面形成一粗糙(rugged)表面。之后，选择性地移除上述被研磨过的传导层以形成金属内连接(interconnection)。该美国专利第5,767,013号提及对ARC层而言，若使用一无机工艺，则将氮化钛、氮化硅、与钨化钛作为一无机薄膜，而若是利用有机工艺，则将聚合体作为一有机薄膜。且，该专利也涉及控制ARC薄膜与金属薄膜的蚀刻选择性(selectivity)的难度，因此经常发生过蚀刻(overetching)的现象，因此而导致所形成的平坦化薄膜上，会产生多余的裂缝(gap)。
当时，尚无人发现有机与无机之ARC层结合能增加产品合格产率；而由使用结合有机与无机的ARC层的诸多优点看来，这是一种十分理想的方式，因为它能克服熟知的麻烦，且，此种将紫外线应用于亚微米或深亚微米的方法能将图案更精密地转移至光阻层上。
因此，本发明主要目的在于发开出一种结合紫外线技术的方法，其能将图案更精密地转移至光阻层上，且不会降低产品之生产合格率。更特别的是，本发明主要目的在于开发出一种将一无机ARC，如氮化钛，及一有机ARC用作一反反光层的方法，以于亚微米或深亚微米的半导体制备工艺中能够享受其优点。
在谨慎地检查在金属层上形成无机ARC或者有机ARC之后，本发明的发明人发现在无机ARC及一有机ARC薄膜之间形成一经氧化的化合物，其形成于两种不同种类的薄膜要邻接在一起时。并且，亦发现该经氧化的化合物并不易被传统的氧化物蚀刻器或金属蚀刻器蚀刻。因此，有时候金属线会自此形成金属丝(metal stringer)而使金属线短路，因而降低产品的合格率。
在本发明工艺中，形成有机ARC薄膜前，是先于无机ARC薄膜上形成一分割层(partitioning layer)；这一层分割层不但可轻易地利用氧化物蚀刻器或金属蚀刻器将之移除，并可将有机ARC薄膜与无机ARC薄膜隔离，使其避免直接接触在一起。实施本发明的工艺，能够实质地改善产品合格率，且在二种ARC层之间形成的分割层能有效地防止其间氧化物的形成，也避免紫外线的使用而造成的金属丝问题。其中，该分割层的材质可以是氧化硅或是聚合物，且若是聚合物则要注意需不同于有机ARC的材质。
本发明所披露的方法是与紫外线工艺技术相结合的，包括下列步骤(a)沉积一阻障层，其材质包括钛层与一氮化钛层；(b)沉积一金属层，一般系为铝层；(c)沉积一无机反反光层于该铝层表面，一般为氮化钛层；(d)沉积一分割层薄膜于该氮化钛层上；(e)沉积一有机反反光层薄膜于该分割层上；(f)沉积一光阻层于该有机反反光层(anti-reflective coating)薄膜上；(g)利用一紫外线技术与一光罩产生一图案转移技术；(h)利用一活性离子蚀刻法(reactive ion etching，RIE)与一氧化物蚀刻器去蚀刻该有机反反光层与该分割层薄膜；(i)利用一活性离子蚀刻法(reactive ion etching，RIE)与一金属蚀刻器去蚀刻该氮化钛层与该金属层薄膜；(j)移除该金属层上方的所有物质以显现出一金属图形。
可以有广泛选择使用该分割层的材料；其中，较佳的例子为聚合物，如聚亚胺(polyimide)，且它并不与无机之ARC作用。由于该分割层的功能在于避免有机ARC与无机ARC的直接接触，因此其厚度并不重要，一般为50。
为进一步使本发明上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图
，作详细说明如下第1~6图显示利用本发明之方法，于一晶片上形成金属图形的主要步骤的概要图；第1图为一无机ARC沉积于一形成在一阻障层上的铝层上的概要图；第2图为一隔绝层沉积于一无机ARC上的概要第3图显示在一有机ARC沉积于该隔绝层之后，利用一影像转移技术将一光阻层的图案转移至晶片的表面；第4图为以光阻图形作为蚀刻罩幕，利用一氧化物蚀刻器，将部分有机ARC与部分隔绝层蚀刻的概要图；第5图为以光阻图形作为蚀刻罩幕，利用一金属蚀刻器，将部分有机ARC与部分金属层蚀刻的概要图；以及第6图为显示在移除该金属层上方的所有物质后，形成在该晶片表面的金属图形。符号说明1 钛层2 氮化钛层3 阻障层 4 铝层5 氮化钛层6 分割层7 有机反反光层9 晶片10 金属图形本发明涉及一种结合紫外线技术而提供一种精密地将图案转移至光阻层上的方法，以缩小光阻尺寸，也因此更加缩小金属层所形成图形的尺寸。本发明所揭露的方法能将亚微米及深亚微米技术由0.25μm扩展到0.20μm，再进一步至0.18μm，甚至是更小的尺寸。且本发明利用结合有机与无机ARC，如氮化钛作为一反反光层，以享受该种与紫外线技术结合所带来的产品合格率高的优点。
在本发明中，形成在金属层上的无机ARC及一有机ARC薄膜之间，会形成一经氧化的化合物，且该种经氧化的化合物并不容易被传统的氧化物蚀刻器或金属蚀刻器蚀刻。因此，有时候金属线会自此而形成金属丝，造成金属线短路。且上述之问题也因此被定义作产品的”合格产率之杀手”(yieldkiller)，并产生结合使用两种ARC的缺点。
于本发明中，在形成有机ARC薄膜之前，先在无机ARC薄膜上形成一分割层；且该分割层并不会与该无机ARC薄膜反应，它能轻易地利用氧化物蚀刻器或金属蚀刻器将它移除。此外，该层分割层系将有机ARC薄膜与无机ARC薄膜隔离，使其避免直接接触在一起。且事先并未能预料到的结果是，经由本发明工艺的处理，能够实质地改善产品合格率，且该分割层的材料可以是氧化硅或是聚合物，若是聚合物则要注意需使用不同于有机ARC材了。
更特别的是，本发明揭露了一种改进的光学蚀刻平板印刷工艺方法，它利用紫外线技术，结合两种ARC层以定义光阻层的图形，该方法包括下列步骤(a)在晶片的表面上沉积一钛层与一氮化钛层以形成一阻障层；(b)沉积一金属层，一般为铝层；(c)沉积一无机反反光层于该铝层表面，一般为氮化钛层；(d)沉积一分割层薄膜于该氮化钛层上，且该分割层薄膜由一不会与氮化钛层起反应的物质所沈积而成一固定物质；(e)沉积一有机反反光层薄膜于该介电薄膜上；(f)沉积一光阻层于该有机反反光层薄膜上；(g)利用紫外线技术与一适合的光罩产生图案转移技术；(h)利用一活性离子蚀刻法(reactive ionetching，RIE)与一氧化物蚀刻器去蚀刻未被该光阻层所覆盖的该有机反反光层与该分割层薄膜；(i)利用一活性离子蚀刻法(reactive ion etching，RIE)与一金属蚀刻器去蚀刻未被该光阻层所覆盖的该氮化钛层与该金属层薄膜；(j)移除该金属层上方所有物质以显现出一金属图形，并形成一层金属层。
如前所述，此分割层应由一不会与氮化钛层起反应的物质形成，可供选择的这种物质种类众多；较佳的例子为聚合物，如聚亚胺，且其并不与无机ARC作用。由于该分割层的功能在于避免有机ARC与无机ARC的直接接触，因此其厚度并不重要，一般，系为50。
本发明将参考以下的例子，以做更详细地说明；在此应注意的是，以下所要说明的例子，包括本发明的较佳实施例，其图标及说明并非限制本发明。
第1~6图系显示依据本发明较佳实施例所披露的方法，于一晶片上形成金属图形的关键步骤的概要图。
请参看第1图，其中，显示一铝层4沉积于由氮化钛层2与钛层1所形成的阻障层3的情形；之后，一氮化钛层5并沉积于该铝层4上方以作为一无机ARC层。
第2图显示一分割层6沉积于该无机ARC层5上的情形；其中，该分割层6材了为聚亚胺(polyimide)。第3图则显示一有机ARC层7沉积于该分割层6上的情形，接着，利用紫外线技术结合一光罩(未显示于图中)，于光学蚀刻平板印刷工艺中，在该分割层6上方形成一光阻图形7。
第4图系为以光阻得图形作为蚀刻罩幕，利用一氧化物蚀刻器，将部分有机ARC与部分隔绝层蚀刻后的状况；较理想的状况是，此分割层能够被蚀刻该有机ARC的氧化物蚀刻器一同被移除。第5图则显示以光阻图形作为蚀刻罩幕，利用一金属蚀刻器，将部分有机ARC与部分金属层蚀刻后的情形。
之后，第6图显示在移除该金属层上方的所有物质之后，形成在该晶片9表面的金属图形10。
在有机与无机ARC薄膜之间的分割层能有效避免其内层氧化层的形成，因此，本发明消除了两种ARC的使用，结合紫外线技术而形成的金属丝的形成。所以，本发明在不影响产品合格率的前提下，有效缩小了所生产半导体组件的尺寸。
虽然本发明已以较佳实施例记载如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求保护范围，结合说明书及附图所界定者为准。
权利要求
1.一种防止产生金属丝(metal stringer)现象的解决方法，适用于一晶片，包括下列步骤a)在该晶片表面上形成一金属层于；b)在该金属层上形成一无机反反光层；c)在该无机反反光层上形成一分割层，且该分割层材料不与该无机反反光层起作用；d)在该分割层上形成一有机反反光层；e)在该有机反反光层上形成一光阻层；f)利用紫外线技术结合一光罩，于一光学蚀刻平板印刷工艺(lithography process)中形成一光阻图案；g)移除未被该光阻层所覆盖的位于该晶片表面的所有物质；以及h)移除覆盖该金属层表面的所有物质以显示出一金属图形。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该金属层为铝层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成该金属层之前，更包括于该晶片表面上形成一阻障层，且该阻障层由一钛层及其表面上的氮化钛层所组成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该分割层为一聚合物氧化硅或氮化硅类物质，且该物质并不会与该无机反反光层起作用。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该无机反反光层材料至少选自氮化钛、氮化硅、与钛化钨。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该有机反反光层由一不反光的聚合物质所形成。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，，移除未被该光阻层所覆盖的位于该晶片表面的所有物质包括下列步骤利用活性离子蚀刻法与一氧化物蚀刻器蚀刻该有机反反光层与该分割层；以及利用一活性离子蚀刻法与一金属蚀刻器蚀刻该氮化钛层与该金属层。
8.一种防止产生金属丝(metal stringer)的方法，适用于一晶片，它包括下列步骤，a)在晶片的表面上形成一结合钛层及氮化钛阻障层；b)在该结合钛层及的氮化钛阻障层表面上形成一金属铝层；c)在该金属铝层表面上形成一无机反反光层；d)在该无机反反光层上形成一聚合物层，且该聚合物层的材料并不会与该无机反反光层作用而产生一固定的物质；e)于该聚合物层上形成一有机反反光层；f)于该有机反反光层上形成一光阻层；g)利用紫外线技术结合一光罩，于一光学蚀刻平板印刷工艺(lithography process)中形成一光阻图案；h)利用活性离子蚀刻法与一氧化物蚀刻器，移除未被该光阻层所覆盖的有机反反光层与该聚合物层；i)利用活性离子蚀刻法与一金属蚀刻器，移除未被该光阻层所覆盖的无机反反光层、金属铝层、及该结合钛层及其表面的氮化钛阻障层；以及j)清除位于该金属铝层上方的所有物质以显示出一金属图形。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该聚合物层为一聚合物如聚合胺层。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该无机反反光层材料至少选自氮化钛、氮化硅、与钛化钨。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该有机反反光层由一不反光的聚合物质所形成。
全文摘要
本发明披露一种亚微米或深亚微米组件的制备方法,该方法包括的步骤:(a)在一晶片表面上沉积一铝层;(b)在该铝层上沉积一无机反反光层氮化钛;(c)沉积一介电分割层;(d)于该介电分割层上沉积一有机反反光层;(e)于该有机反反光层上沉积一光阻层;(f)利用一深紫外线技术结合一光罩,于一光学蚀刻平板印刷过程间形成一光阻图案;(g)利用氧化物蚀刻器,移除未被该光阻层所覆盖的该反反光层与该介电的分割层;(h)利用一金属蚀刻器,移除未被该光阻层所覆盖的该氮化钛层与该金属层。该方法消除了先前形成于氮化钛层与有机反反光层间的氧化物,因此不会降低产品的合格率。
文档编号H01L21/02GK1379454SQ01110379
公开日2002年11月13日 申请日期2001年4月9日 优先权日2001年4月9日
发明者杨清胜 申请人:华邦电子股份有限公司