专利名称：一种可校正制造工艺偏差的对准标记及其对准方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路的制造工艺，尤其涉及一种可校正制造工艺偏差(process bias)的对准标记(alignment mark)及其校正方法。
背景技术：
随着半导体集成电路的集成度不断提高，集成电路的设计越来越复杂，集成电路的临界尺寸(critical dimension)随之也越来越小。因为集成电路是由多层线路图案叠置而成，当半导体集成电路的制造工艺进入0.1微米以下的制造工序时，对每层线路图案的对准准确度的要求非常高，而且也很难实现。尤其当出现不对称的沉积薄膜和/或化学机械研磨薄膜时，常使位于对准标记上的薄膜具有不对称的轮廓，这将增加所述对准问题的难度。
为了能更加清楚地了解具有不对称轮廓的对准标记对于叠置集成电路的图案所造成的影响，现结合由图1示出的现有「盒中盒(box-in-box)」对准标记的俯视示意图进行说明。请参照图1，盒中盒对准标记的形成方式为先在晶圆100的边缘区域上形成边长约50微米的正方沟槽110作为对准标记，正方沟槽110的深度约为0.3到0.6微米。接着，在所述正方沟槽110上形成一层薄膜之后，理想的是在正方沟槽110的正中央形成另一较小的正方沟槽130，两者的中心点皆位于C1。但是若此层薄膜的轮廓(profile)不对称的话，常会形成位置偏移的正方沟槽140，其中心点为C2。因为要对此层薄膜进行光刻工序时，需要辨认此层薄膜上的正方沟槽，进而找出其中心点来作为对准目标(alignment target)。所以要对此层薄膜构图的话，将可能出现因正方沟槽140中心点C2偏移而产生对准偏差的问题。
以化学机械研磨法为例，研磨晶圆是有方向性的，因此常会造成位于对准标记上的薄膜轮廓的不对称。请参照图2，图2示出了现有的因化学机械研磨薄膜造成薄膜轮廓不对称的剖面结构示意图。在晶圆200上先形成正方沟槽210，其中心点为C1。然后在晶圆200上沉积一层共形的(conformal)钨金属，接着进行化学机械研磨工序，将高于晶圆200表面的钨金属去除，在集成电路区形成钨插塞(图上未示出)，同时在正方沟槽210中形成钨金属层220。若研磨晶圆的方向为从图2的右侧向左侧，则在正方沟槽210侧壁上的钨金属层220的厚度为右侧(B2)大于左侧(B1)。在沉积另一层共形的金属层230之后，则造成其轮廓不对称，使其中心点偏移至C2。现有的另外一种对准标记为「条中条(bar-in-bar)」型，也是利用类似原理来进行层与层之间图案的对准，所以也存在所述问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，使对准目标在晶圆上的位置不会移动。
本发明的另一要解决的技术问题是提供一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，使位于对准标记上的具有不对称轮廓的薄膜不会偏移对准目标在晶圆上的位置。
本发明的再一要解决的技术问题是提供一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，使在制造半导体集成电路时，能提高每层线路图案的对准准确度。
本发明的又一要解决的技术问题是提供一种可校正制造工艺偏差的对准标记，以提供位置不会偏移的对准目标。
根据所述要解决的技术问题，本发明提供一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，其步骤如下在晶圆的标记区域上，形成至少三个第一沟槽，以围成具有第一中心点的第一多边形，所述第一沟槽的形状为长条形，且所述长条形具有宽度逐渐缩减至零的两末端，连结此两末端的直线与长条形的两边互相平行；然后，在晶圆上沉积一层薄膜，且此薄膜在所述第一沟槽中分别形成第二沟槽；接着，将所述第二沟槽的两末端以直线连接起来，构成具有第二中心点的第二多边形；再以第二中心点为对准目标，对所述薄膜进行光刻工序。
依照本发明一优选实施方式，所述第一沟槽的外型也可为具有两端点的纺锤形。而所述第一与第二多边形例如可为正三角形、正方形或其它多边形。
根据本发明，为了解决所述技术问题，提供了另一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，其步骤如下在晶圆的标记区域上形成至少两个第一沟槽，这些第一沟槽的形状为长条形，且第一沟槽的延伸方向交叉在第一交叉点上，其中所述长条形具有宽度逐渐缩减至零的两末端，连结此两末端的直线与长条形的两边互相平行；然后，在晶圆上沉积一层薄膜，且此薄膜在所述第一沟槽中分别形成第二沟槽；接着，将所述第二沟槽的两末端分别以直线连接起来，连接所述第二沟槽的两末端的直线交叉在第二交叉点上；再以第二交叉点为对准目标，对所述薄膜进行光刻工序。
依照本发明一优选实施方式，所述第一沟槽的外型也可为具有两端点的纺锤形。
根据本发明，为了解决所述技术问题，提供又一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，其步骤如下在晶圆的标记区域上形成至少一个第一沟槽，此第一沟槽的形状为一十字长条形，此十字长条形具有宽度逐渐缩减至零的四末端，且分别连结相对的两末端的两直线所构成的第一十字与该十字长条形的两边互相平行；然后，在晶圆上沉积一层薄膜，且此薄膜在所述第一沟槽中分别形成第二沟槽；接着，将所述第二沟槽相对的两末端分别以两直线连接起来，构成一第二十字；再以第二十字的中心点为对准目标，对所述薄膜进行光刻工序。
依照本发明一优选实施方式，所述第一沟槽的外型也可为十字纺锤形。
由所述可知，本发明应用具有宽度逐渐缩减至零的两端点的长条形或纺锤形的沟槽作为对准标记。利用沟槽宽度为零时由位于沟槽上的具有不对称轮廓的薄膜所造成的偏移误差也随之为零的特点，来再现第一层的对准目标的位置。所以，不论位于作为对准标记的沟槽上方的薄膜的轮廓是否对称，都能准确地找到对准目标来进行光刻工序。
为使本发明所述要解决的技术问题和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施方式并接合附图作详细说明。附图中图1为现有的盒中盒对准标记的俯视示意图；图2为现有的因化学机械研磨薄膜造成薄膜轮廓不对称的剖面结构示意图；图3为本发明一优选实施方式的对准标记之俯视局部放大图；图4为本发明一优选实施方式的对准标记的俯视示意图；图5为本发明另一优选实施方式的对准标记的俯视示意图。
附图标号说明100、200、300、400、500晶圆110、130、140、210 正方沟槽
220钨金属层230金属层310、320、410、420、430、440、415、425、435、445、510、520 沟槽315、325、410a、420a、430a、440a、415a、425a、435a、445a、510a、510b、520a、520b 中线450 正方形A1、A2 末端B1、B2 厚度C1、C2、P1、P2 中心点P3、P4 交叉点具体实施方式
为了解决所述现有技术存在的问题，亦即对准目标因位于对准标记上的薄膜具有不对称轮廓而偏移的问题，本发明提供一种可校正制造工艺偏差的对准标记及其对准方法。
请参照图3，该图示出了本发明一优选实施方式的一种对准标记的俯视局部放大图。在图3中，在晶圆300中形成沟槽310作为对准标记。接着在基底300上形成一层薄膜，并同时在沟槽310中形成沟槽320。由于可能存在种种制造工艺偏差，使得位于沟槽310中的薄膜的轮廓不对称，造成沟槽320的中线325与沟槽310的中线315没有重合在一起，唯一的例外是在A2处，因为沟槽310在A1处的宽度为零，因薄膜覆盖而形成的沟槽320在A2处的宽度亦为零，使得该处因制造工艺偏差所造成的中线偏移量也为零。
因此，本发明利用所述沟槽宽度为零则中线偏移量也为零的特点，来设计作为对准标记的沟槽的外形。特举一例如下。请参见图4，图4为本发明一优选实施方式的对准标记的俯视示意图。在图4中，作为对准标记的四个长条状沟槽410、420、430、440分别位于正方形的四边。此四个沟槽410、420、430、440皆具有宽度逐渐缩减至零的两末端，每个沟槽410、420、430、440的中线410a、420a、430a、440a皆分别通过沟槽410、420、430、440的两末端，且中线410a、420a、430a、440a构成正方形450。正方形450的中心点为P1，以P1做为对准目标。
后续制造工序以沉积钨金属、再进行化学机械研磨、然后沉积金属层的制造工序为例叙述如下。先在晶圆400上沉积钨金属层；然后进行化学机械研磨，将高于晶圆400表面的钨金属去除；接着，在晶圆400表面沉积一层金属之后，则分别在沟槽410、420、430、440中形成沟槽415、425、435、445，沟槽415、425、435、445的中线分别为415a、425a、435a、445a。
在图4中，进行化学机械研磨的研磨方向为由下至上，所以沟槽415、425、435、445的位置都向上有所偏移，导致沟槽415、435的中线415a、435a皆往上偏移，而沟槽425、445的中线425a、445a不动。但是，因为沟槽415、425、435、445的两末端的宽度为零，所以中线415a、425a、435a、445a在沟槽415、425、435、445的两末端的偏移量亦为零，其结果为连接沟槽415、425、435、445两末端的直线与沟槽410、420、430、440的中线410a、420a、430a、440a重合。也就是说，连接沟槽415、425、435、445两末端的直线亦构成正方形450，所以作为待构图的所述金属层的对准目标的中心点P2和前一层的对准目标P1的位置是重合的，从而使对准准确度不再受制造工艺偏差的影响。
因为不平行的两直线必有一交叉点，所以图4中的沟槽410、420、430、440中只要其中两个不互相平行的沟槽的中线，就会有一交叉点。例如沟槽410、420的中线410a、420a在P3处交叉，而连接沟槽415、425两末端的直线亦在P3处交叉，所以也可以P3点为对准目标。下面举一特殊例进行说明。
请参照图5，其为本发明另一优选实施方式的对准标记的俯视示意图。在图5中，晶圆500中有十字形沟槽510作为对准标记，该十字形的两个方向上的中线510a、510b在P3处交叉，此为所述图4中沟槽415与沟槽425直角交叉的特殊状况。
同样地，经过一些制造工序，在晶圆500上沉积一层薄膜，在沟槽510中形成沟槽520。此薄膜轮廓不对称的状况假设与图4一样，则沟槽520的中线520a与沟槽510的中线510a重合，而沟槽520的中线520b偏移至沟槽510的中线510b的上方。所以，沟槽520的中线520a与520b在P4处交叉，P4和P3没有重合。但是，若直接将沟槽520的分岔处对边的两末端以直线相连，则此两直线恰为中线510a与510b，且此两直线的交叉点亦为P3。所以在对此薄膜进行光刻工序前要对准图案时，只要将沟槽520相对两末端分别以直线相连，找出交叉点P3来作为对准目标即可进行高准确度的对准。
此外，因为本发明的构思在于应用具有宽度逐渐减少至零的两末端的沟槽来作为对准标记，所以沟槽形状并不限于本发明的优选实施方式中图示的长条形沟槽。还可采用其它具有所述特征形状的沟槽，例如纺锤形的沟槽。如此只要至少有两个方向不互相平行的沟槽，且此两个沟槽具有宽度逐渐减少至零的两末端以绘出固定位置的直线，则所绘出的至少两直线的交叉点即可作为光刻工序的对准目标之用。
由本发明优选实施方式可知，本发明应用具有宽度逐渐缩减至零的两端点的长条形或纺锤形的沟槽作为对准标记。利用沟槽宽度为零时由位于沟槽上的具有不对称轮廓的薄膜所造成的偏移误差也随之为零的特点，来再现第一层的对准目标的位置。所以，不论位于作为对准标记的沟槽上方的薄膜的轮廓是否对称，都能准确地找到对准目标来进行光刻工序。
虽然本发明已以优选实施方式披露如上，但这并非是对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不超出本发明的构思和所要求的保护范围的前提下，可以作出各种改型与润饰，因此本发明的保护范围应以所附的权利要求书要求保护的范围为准。
权利要求
1.一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，该对准方法包括在一晶圆的一标记区域上形成至少三个第一沟槽，所述第一沟槽的形状为一长条形，且这些第一沟槽围成具有第一中心点的第一多边形，其中所述长条形具有宽度逐渐缩减至零的两末端，且连结所述两末端的直线与所述长条形的两边互相平行；在所述晶圆上沉积一薄膜，且该薄膜在所述第一沟槽中分别形成第二沟槽；将所述第二沟槽的两末端以直线连接起来，构成具有第二中心点的第二多边形；以及以该第二中心点为一对准目标，对所述薄膜进行光刻工序。
2.如权利要求1所述的对准方法，其中所述第一沟槽为纺锤形。
3.如权利要求1所述的对准方法，其中所述第一与第二多边形为正三角形。
4.如权利要求1所述的对准方法，其中所述第一与第二多边形为正方形。
5.如权利要求1所述的对准方法，其中所述薄膜包括一金属薄膜。
6.一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，该对准方法包括在一晶圆的一标记区域上形成至少两个第一沟槽，所述第一沟槽的形状为一长条形，且所述第一沟槽的延伸方向交叉在第一交叉点上，其中该长条形具有宽度逐渐缩减至零的两末端，且连结所述两末端的直线与该长条形的两边互相平行；在所述晶圆上沉积一薄膜，且该薄膜在所述第一沟槽中分别形成第二沟槽；将所述第二沟槽的两末端分别以直线连接起来，连接所述第二沟槽的两末端的直线交叉在第二交叉点上；以及以所述第二交叉点为一对准目标，对所述薄膜进行光刻工序。
7.如权利要求6所述的对准方法，其中所述第一沟槽为纺锤形。
8.如权利要求6所述的对准方法，其中所述薄膜包括一金属薄膜。
9.一种可校正制造工艺偏差的对准标记的对准方法，该对准方法包括在一晶圆的一标记区域上形成至少一第一沟槽，该第一沟槽的形状为一十字长条形，该十字长条形具有宽度逐渐缩减至零的四末端，且分别连结相对的所述两末端的两直线所构成的第一十字与该十字长条形的两边互相平行；在所述晶圆上沉积一薄膜，且该薄膜在所述第一沟槽中形成第二沟槽；将所述第二沟槽相对的两末端分别以两直线连接起来，构成一第二十字；以及以该第二十字的中心点为一对准目标对所述薄膜进行光刻工序。
10.如权利要求9所述的对准方法，其中所述第一沟槽为一十字纺锤形。
11.如权利要求9所述的对准方法，其中所述薄膜包括一金属薄膜。
12.一种可校正制造工艺偏差的对准标记，该对准标记包括位于一晶圆的一标记区域上的至少三个第一沟槽，所述第一沟槽的形状为一长条形，且所述第一沟槽围成具有第一中心点的第一多边形，其中所述长条形具有宽度逐渐缩减至零的两末端，且连结所述两末端的直线与所述长条形的两边互相平行。
13.如权利要求12所述的对准标记，其中所述第一沟槽为一纺锤形。
14.如权利要求12所述的对准标记，其中所述第一与第二多边形为正三角形。
15.如权利要求12所述的对准标记，其中所述第一与第二多边形为正方形。
16.一种可校正制造工艺偏差的对准标记，该对准标记包括位于一晶圆的一标记区域上的至少两个第一沟槽，所述第一沟槽的形状为一长条形，且所述第一沟槽的延伸方向交叉在第一交叉点上，其中所述长条形具有宽度逐渐缩减至零的两末端，且连结所述两末端的直线与所述长条形的两边互相平行。
17.如权利要求16所述的对准标记，其中所述第一沟槽为一纺锤形。
18.一种可校正制造工艺偏差的对准标记，该对准标记包括位于一晶圆之一标记区域上的至少一第一沟槽，该第一沟槽的形状为一十字长条形，该十字长条形具有宽度逐渐缩减至零的四末端，且分别连结相对的所述两末端的两直线所构成的第一十字与所述十字长条形的两边互相平行。
19.如权利要求18所述的对准标记，其中所述第一沟槽为一十字纺锤形。
全文摘要
本发明公开了一种可校正制造工艺偏差的对准标记及其对准方法，该方法应用至少两个具有宽度逐渐缩减至零的两端点的沟槽作为对准标记。利用沟槽宽度为零时由位于沟槽上的具有不对称轮廓的薄膜所造成的偏移误差也随之为零的特点，来再现前一层的对准目标的位置。
文档编号H01L21/00GK1606124SQ20031010072
公开日2005年4月13日 申请日期2003年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者简荣吾 申请人:茂德科技股份有限公司