專利名稱：半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體元件及其制作方法，特別有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
在制作半導(dǎo)體元件時，是將先于一半導(dǎo)體晶片或一工作部件(workpiece)上形成一主動區(qū)域上，接著依序沉積絕緣層、導(dǎo)電層及半導(dǎo)體層，并依序?qū)⑵鋱D案化。半導(dǎo)體元件上方或最后形成的半導(dǎo)體層通常均包含有多個金屬化層，以提供到下方主動區(qū)域間的連接，并作為整個工作部件內(nèi)部連接。一般而言，金屬化層包含有至少一層的金屬連線結(jié)構(gòu)，其包含有多條導(dǎo)線設(shè)于一絕緣材料內(nèi)。
在現(xiàn)有技術(shù)中常通過鑲嵌(damascene)制程來制作金屬化層，由于銅的蝕刻較為困難，因此鑲嵌制程通常被用來制作銅導(dǎo)線。在利用鑲嵌制程來制作導(dǎo)線的過程中，首先會于一半導(dǎo)體工作部件上沉積一絕緣材料或一介電材料，接著利用微影制程將絕緣材料圖案化，以形成溝槽、孔洞及/或通道，這些溝槽、孔洞及/或通道將會被填入一導(dǎo)電材料，而于絕緣材料內(nèi)形成導(dǎo)孔、接觸窗、插塞與導(dǎo)線，接著常通過一化學(xué)機械研磨(CMP)制程或一蝕刻制程來移除位于絕緣材料上方多余的導(dǎo)電材料。
鑲嵌制程可分為單鑲嵌制程或雙鑲嵌制程，在單鑲嵌制程中，將于一單一絕緣層內(nèi)形成一單一圖案，而在絕緣層內(nèi)可包含有一導(dǎo)線或?qū)Э?via)/接觸窗(contact)，通過這些導(dǎo)線或?qū)Э?接觸窗可形成多層連線結(jié)構(gòu)，而各連線結(jié)構(gòu)皆位于不同的絕緣層材料內(nèi)。
在雙鑲嵌制程中，則是將于一絕緣層內(nèi)形成二圖案，舉例來說，可具有一導(dǎo)線圖案以及一導(dǎo)孔/接觸窗圖案。雙鑲嵌制程可包含有一先導(dǎo)孔(via first)鑲嵌制程或一后導(dǎo)孔(via last)鑲嵌制程，在后導(dǎo)孔鑲嵌制程中，由于先形成作為導(dǎo)線圖案的溝槽，因此又被稱為先溝槽(trench first)鑲嵌制程。在先導(dǎo)孔鑲嵌制程中，將會在絕緣層內(nèi)先形成貫穿整個絕緣層的導(dǎo)孔圖案，接著再于絕緣材料的上部，亦即導(dǎo)孔圖案的上方形成溝槽，以用來制作導(dǎo)線。在先溝槽鑲嵌制程中，則將在絕緣材料的上部先形成溝槽，接著再于絕緣層內(nèi)溝槽的下方形成貫穿整個絕緣材料的導(dǎo)孔圖案。
隨著半導(dǎo)體工業(yè)逐漸趨向微型化以及元件尺寸的縮小，金屬化層中的導(dǎo)線也將盡可能地縮小，以提高元件速度并滿足縮小半導(dǎo)體元件尺寸的需求。
降低半導(dǎo)體元件尺寸所遇到的一個問題就是在微影制程中對各材料層進行圖案化時，會因為元件特征縮小發(fā)生困難，微影技術(shù)主要是通過投影或?qū)⒐饩€穿過一具有透光與不透光區(qū)域圖案的光罩或標(biāo)線(reticle)，在圖案化過程中，當(dāng)光束投影到晶片上時，將會發(fā)生光干涉而造成所需要的圖案形狀扭曲，并影響半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸(CD)。
一般而言，常會通過光學(xué)近似修正(OPC)來改善半導(dǎo)體元件的微影制程，而光學(xué)近似修正的方法之一即是通過設(shè)于微影光罩上的標(biāo)線(serif)來降低衍射(diffraction)效應(yīng)。而另一光學(xué)近似修正的方法則是通過使用散射條(scattering bar)來修正并降低微影制程中的近似效應(yīng)，散射條包含有形成于微影光罩上的條狀圖案，在半導(dǎo)體晶片上的光致抗蝕劑層曝光過程中，形成于光罩上外圍電路區(qū)圖案旁的散射條將使光線通過并造成散射，以降低所需圖案設(shè)計的近似效應(yīng)。
在一些半導(dǎo)體元件設(shè)計中，往往在同一個晶粒中的不同部分會分別具有一些分布很近的圖案及分布較疏的圖案，舉例來說，一晶片在存儲器陣列區(qū)內(nèi)的導(dǎo)線通常較為規(guī)則并較為靠近，但在外圍的感測放大器(sense-amplifier)及邏輯電路內(nèi)，各導(dǎo)線往往分隔較遠且較為孤立，在這種半導(dǎo)體元件中，近似效應(yīng)往往會發(fā)生于具有孤立結(jié)構(gòu)的區(qū)域(疏圖案區(qū))，而在導(dǎo)線密度較高的區(qū)域(密圖案區(qū))，則不會在微影曝光過程中產(chǎn)生近似效應(yīng)。
當(dāng)一集成電路同時具有疏/密圖案區(qū)時，就會因光學(xué)近似效應(yīng)的關(guān)系使導(dǎo)線在密圖案區(qū)與疏圖案區(qū)分別具有不同的尺寸，并會造成片電阻(Rs)不均的結(jié)果，而嚴(yán)重影響集成電路的電性表現(xiàn)。
因此，我們迫切需要一種可改善微影技術(shù)的方法，以克服具有疏/密圖案區(qū)的集成電路在微影制程中所面臨的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過在半導(dǎo)體元件中的絕緣層內(nèi)形成散射條來達成技術(shù)上的改善，這些散射條圖案將與鑲嵌制程中導(dǎo)線圖案的形成同時進行，且在完成半導(dǎo)體元件制作后，散射條將存留于半導(dǎo)體元件內(nèi)。
在本發(fā)明揭露了一種半導(dǎo)體元件的制作方法，首先于一工作部件上形成一第一絕緣材料，接著圖案化第一絕緣材料，以于其內(nèi)形成一第一導(dǎo)線圖案與至少一散射條圖案，第一導(dǎo)線具有一第一側(cè)與相對于第一側(cè)的一第二側(cè)，而至少一散射條圖案位于第一導(dǎo)線圖案的第一側(cè)或第二側(cè)旁，且至少一散射條圖案與第一導(dǎo)線圖案間相隔有一足夠的距離以提升第一導(dǎo)線圖案的聚焦深度，再于第一絕緣材料上沉積一導(dǎo)電材料，填入第一導(dǎo)線圖案與至少一散射條圖案內(nèi)，以形成一第一導(dǎo)線與至少一散射條，位于第一導(dǎo)線的第一側(cè)或第二側(cè)旁，且在完成半導(dǎo)體元件的制作后，半導(dǎo)體元件中將留存有至少一散射條。
在本發(fā)明另揭露一種半導(dǎo)體元件制作方法，其是先于一工作部件上形成一第一絕緣材料，接著圖案化第一絕緣材料，以于第一絕緣材料內(nèi)形成至少一第一導(dǎo)線圖案、一第一散射條圖案以及一第二散射條圖案，各第一導(dǎo)線圖案包含有一第一側(cè)與相對于第一側(cè)的一第二側(cè)，第一散射條圖案是位于第一導(dǎo)線圖案的第一側(cè)旁，第二散射條圖案是位于第一導(dǎo)線圖案的第二側(cè)旁，且第一散射條圖案與第二散射條圖案均與第一導(dǎo)線圖案間相隔有一足夠的距離以提升第一導(dǎo)線圖案的聚焦深度，接著于第一絕緣材料上沉積一導(dǎo)電材料，填入各第一導(dǎo)線圖案、第一散射條圖案與第二散射條內(nèi)，以同時形成至少一第一導(dǎo)線、位于第一導(dǎo)線的第一側(cè)旁的一第一散射條以及位于第二側(cè)旁的一第二散射條，其中在完成半導(dǎo)體元件的制作后，半導(dǎo)體元件內(nèi)將留存有第一散射條與第二散射條。
在本發(fā)明還揭露一種半導(dǎo)體元件制作方法，其是先于一工作部件上形成一感旋光性絕緣材料，再直接圖案化感旋光性絕緣材料，以于感旋光性絕緣材料上形成一第一導(dǎo)線圖案及至少一散射條圖案，第一導(dǎo)線圖案具有一第一側(cè)與一第二側(cè)，至少一散射條圖案位于第一導(dǎo)線圖案的第一側(cè)或第二側(cè)旁，或位于第一側(cè)及第二側(cè)旁，且至少一散射條圖案與第一導(dǎo)線圖案間相隔有一足夠的距離以提升第一導(dǎo)線圖案的聚焦深度，接著于感旋光性絕緣材料上沉積一導(dǎo)電材料，填入第一導(dǎo)線圖案與至少一散射條圖案內(nèi)，以形成一第一導(dǎo)線與至少一散射條位于該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)或該第二側(cè)旁，或該第一側(cè)及該第二側(cè)旁。
在本發(fā)明又揭露一種半導(dǎo)體元件，其包含有一工作部件、一絕緣材料設(shè)于工作部件上以及設(shè)于絕緣材料內(nèi)的一第一導(dǎo)線與N個第一散射條，第一導(dǎo)線具有一第一側(cè)與一第二側(cè)，并具有一第一長度，而N個第一散射條是設(shè)于第一導(dǎo)線的第一側(cè)旁，且與第一導(dǎo)線的第一側(cè)分隔，第一散射條具有一第二長度，且第二長度大抵等于第一導(dǎo)線的第一長度，此外，第一導(dǎo)線為電性主動(electrically active)，而N條第一散射條則為非電性主動(electrically inactive)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，更包含有N個第二散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第二側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔，該第二散射條具有一第三長度，該第三長度是大抵等于該第一長度，且該N個第二散射條是為非電性主動。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，N是為1、2、3或4。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一散射條與該第二散射條具有一第一寬度，該第一導(dǎo)線具有一第二寬度，該第一寬度大抵為該第二寬度的1/2至1倍。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一散射條與該第二散射條均與該第一導(dǎo)線大抵相隔0.5微米或小于0.5微米。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，另包含有至少一第三散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線的一端旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該N個第一散射條或該N個第二散射條包含有至少一不連續(xù)的散射條，該至少一不連續(xù)的散射條包含有被多個絕緣材料區(qū)域分隔的多個導(dǎo)電材料區(qū)域。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該至少一不連續(xù)散射條包含有多個中斷區(qū)域，各該中斷區(qū)域的寬度大抵為0.1微米或小于0.1微米。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一導(dǎo)線的寬度大抵為130納米或小于130納米。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該絕緣材料包含有一感旋光性介電材料。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該感旋光性介電材料包含有硅或有機材料。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，第一導(dǎo)線的形狀包含有一直線、一曲線以及一L形線或是上述形狀的組合。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件包含有一工作部件；一絕緣材料設(shè)于該工作部件上；一第一導(dǎo)線設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線具有一第一側(cè)與一第二側(cè)，并具有一第一長度；以及至少一第一散射條設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)分隔，該第一散射條具有一第二長度，該第二長度大抵等于該第一長度，該第一導(dǎo)線為電性主動，而該至少一第一散射條則為非電性主動。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，更包含有至少一個第二散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第二側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔，該第二散射條具有一第三長度，該第三長度是大抵等于該第一長度，且該至少一第二散射條是為非電性主動。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一散射條的數(shù)量是等于該第二散射條的數(shù)量。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一散射條的數(shù)量是不等于該第二散射條的數(shù)量。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一散射條與該第二散射條具有一第一寬度，該第一導(dǎo)線具有一第二寬度，該第一寬度大抵為該第二寬度的1/2至1倍。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該第一散射條與該第二散射條均與該第一導(dǎo)線大抵相隔0.5微米或小于0.5微米。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，另包含有至少一第三散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線的一端旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體元件，該至少一第一散射條中包含有至少一不連續(xù)的散射條，該至少一不連續(xù)的散射條是包含有被多個絕緣材料區(qū)域分隔的多個導(dǎo)電材料區(qū)域。
本發(fā)明所述半導(dǎo)體元件，可增加導(dǎo)線圖案在黃光制程中的聚焦深度，因此可改善半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸。


圖1及圖2是顯示本發(fā)明一實施例中一具有疏圖案區(qū)與密圖案區(qū)的半導(dǎo)體元件示意圖；圖3是顯示圖2中半導(dǎo)體元件的剖面示意圖；圖4至圖8是顯示將本發(fā)明一實施例應(yīng)用于單鑲嵌制程的制作方法示意圖；圖9至圖12是顯示將本發(fā)明另一實施例應(yīng)用于雙鑲嵌制程的制作方法示意圖；圖13至圖17是顯示將本發(fā)明另一實施例應(yīng)用于雙鑲嵌制程的制作方法示意圖；圖18是顯示本發(fā)明一實施例的俯視圖；圖19是顯示本發(fā)明另一實施例的俯視圖；圖20是顯示本發(fā)明另一實施例的俯視圖；圖21是顯示散射條尺寸與周圍導(dǎo)線聚焦深度間的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下在下面敘述中，是以一具有密圖案區(qū)域(dense region)與疏圖案區(qū)域(isolated region)的半導(dǎo)體元件來說明本發(fā)明的實施例，然而本發(fā)明仍可應(yīng)用至其它半導(dǎo)體元件，例如具有多個金屬化層的半導(dǎo)體元件的制作，以及應(yīng)用于圖案化半導(dǎo)體元件中絕緣材料層、導(dǎo)電材料層及/或半導(dǎo)體材料層的微影制程。
請參考圖1至圖3，圖1與圖2是顯示本發(fā)明一實施例中一具有疏圖案區(qū)域與密圖案區(qū)域的半導(dǎo)體元件示意圖，其中散射條是沿著疏圖案區(qū)域中導(dǎo)線的長邊配置，而圖3則顯示圖2中半導(dǎo)體元件的剖面示意圖。如圖1所示，一半導(dǎo)體元件100具有一密圖案區(qū)域102以及一疏圖案區(qū)域104，密圖案區(qū)域102內(nèi)設(shè)有多條排列緊密的導(dǎo)線106a，而疏圖案區(qū)域104內(nèi)設(shè)有獨立的導(dǎo)線106b，值得注意的是雖然在圖1中僅顯示一條導(dǎo)線106b，然而事實上疏圖案區(qū)域104內(nèi)仍可具有多條獨立的導(dǎo)線106b，但疏圖案區(qū)域104內(nèi)的導(dǎo)線106b的排列較為稀疏，不如導(dǎo)線106a緊密，具有相對較低的圖案密度。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在半導(dǎo)體元件100的設(shè)計布局完成后(如圖1所示)，將在疏圖案區(qū)域104內(nèi)加入散射條108a及散射條108b(如圖2所示)，散射條108a與108b大體上沿著導(dǎo)線106b的整個長度L方向延伸，而散射條108a與108b具有長度c，在本發(fā)明的實施例中，導(dǎo)線106b的長度L可為數(shù)微米，導(dǎo)線106b的寬度w大抵為130納米或小于130納米，但導(dǎo)線106b仍可具有其它的尺寸大小。
散射條108a及散射條108b的寬度a可為任何大小，但寬度a大抵以w/2或大于w/2較佳，舉例來說，寬度a可大于w/2，而在一實施例中，寬度a等于w/2。散射條108a或108b跟導(dǎo)線106b間具有距離b1，且距離b1大抵為w/2至1微米。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，導(dǎo)線106b的一第一側(cè)110a旁設(shè)置有至少一散射條108a，而導(dǎo)線106b的一第二側(cè)110b旁設(shè)置有至少一散射條108b，多個散射條108a與108b分別設(shè)置于導(dǎo)線106b的第一側(cè)110a與第二側(cè)110b，若疏圖案區(qū)域104內(nèi)具有一個以上的元件構(gòu)造，例如具有額外的導(dǎo)線106b，則散射條108a與108b可以同樣的方式設(shè)于其它元件構(gòu)造(如額外的導(dǎo)線106b)的兩側(cè)。
散射條108a與108b的優(yōu)點在于可在導(dǎo)線106b的微影制程中提供光學(xué)近似效應(yīng)修正(OPC)，并增加導(dǎo)線106b圖案在黃光制程中的聚焦深度，因此可改善半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸，并使疏圖案區(qū)域104內(nèi)的導(dǎo)線106b與密圖案區(qū)域102內(nèi)的導(dǎo)線106a能具有相同的片電阻(Rs)，在本實施例中，散射條108a與108b在半導(dǎo)體元件100制作完成后，仍將留存于半導(dǎo)體元件100內(nèi)。
如圖3所示，半導(dǎo)體元件100的密圖案區(qū)域102與疏圖案區(qū)域104內(nèi)分別另具有導(dǎo)孔(via)112a與導(dǎo)孔112b，多條導(dǎo)線106a形成于密圖案區(qū)域102內(nèi)的導(dǎo)孔112a上，并緊靠于導(dǎo)孔112a，而疏圖案104內(nèi)同樣包含有導(dǎo)線106b形成導(dǎo)孔112b上，并緊靠于導(dǎo)孔112b，而散射條108a與108b則分別位于導(dǎo)線106b兩側(cè)旁，并與導(dǎo)線106b相隔有一定距離。
導(dǎo)孔112a與112b、導(dǎo)線106a與106b及散射條108a與108b可由二道單鑲嵌制程或一道雙鑲嵌制程來制作，分別詳述于后。如圖所示，導(dǎo)孔112a與112b、導(dǎo)線106a與106b及散射條108a與108b是形成于一絕緣材料118上，若所使用的是雙鑲嵌制程，則絕緣材料118可選擇性地包含有二絕緣材料層。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，散射條108a與108b的下方分別設(shè)有區(qū)域114a與114b，其中區(qū)域114a與114b內(nèi)不具有導(dǎo)孔，因此，散射條108a與108b將不會電連接到半導(dǎo)體元件100的其它部分，而為非電性主動。導(dǎo)線106b則為電性主動，電連接到其它導(dǎo)線或半導(dǎo)體元件100內(nèi)的其它主動部件。此外，半導(dǎo)體元件100可選擇性地包含有一或多條的導(dǎo)線116設(shè)于一或多個導(dǎo)孔112a及112b下方。
請參考圖4至圖8，圖4至圖8是顯示將本發(fā)明一實施例應(yīng)用于單鑲嵌制程的制作方法示意圖。在圖4至圖8中僅顯示了半導(dǎo)體元件100中的疏圖案區(qū)域104，然而雖然于圖式內(nèi)并未顯示，但除了未在密圖案區(qū)域102內(nèi)制作散射條外，會以類似的制程方法同時施行于工作部件中的密圖案區(qū)域102內(nèi)。
如圖4所示，首先提供一工作部件(workpiece)120，其包含有一半導(dǎo)體基材，舉例來說，可包含有硅或其它半導(dǎo)體材料，其上覆蓋有一層絕緣材料。工作部件120可包含有其它主動部件或前段線上(front end of line，F(xiàn)EOL)形成的電路(未顯示)，工作部件120可包含有二氧化硅設(shè)于一單晶硅層上，亦可包含有其它導(dǎo)電層或其它半導(dǎo)體元件，例如晶體管、二極管等，此外，前述的硅層亦可由化合物半導(dǎo)體所取代，如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、硅鍺復(fù)合物(Si/Ge)或碳化硅(SiC)等。
如圖4所示，工作部件120上可選擇性地形成一額外的第一金屬化層，其包含有一或多條導(dǎo)線116。
接著可利用一第一單鑲嵌制程來形成一連線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)孔層，在第一單鑲嵌制程中，一第一絕緣材料122將形成于導(dǎo)線116或工作部件120(如未形成導(dǎo)線116)上。第一絕緣材料122將會被圖案化以形成導(dǎo)孔112b的圖案，舉例來說，可于第一絕緣材料122上沉積一光致抗蝕劑層(未顯示)，接著利用一光罩(未顯示)將光致抗蝕劑層圖案化，再利用此一圖案化的光致抗蝕劑層來將第一絕緣材料122圖案化，其中第一絕緣材料122可由電子束微影技術(shù)(electron beam lithography，EBL)或其它直接圖案化方法來進行圖案化。
接著將于第一絕緣材料122上沉積一導(dǎo)電材料，并通過一化學(xué)機械研磨制程或蝕刻制程來將超出第一絕緣材料122上表面的導(dǎo)電材料移除，以于疏圖案區(qū)域104內(nèi)形成導(dǎo)孔112b。
接著可通過一第二單鑲嵌制程來形成含有導(dǎo)線的連線結(jié)構(gòu)層或金屬化層。如圖5所示，在第二單鑲嵌制程中，將會先于第一絕緣材料122與導(dǎo)孔112b上沉積一第二絕緣材料124，再將第二絕緣材料124圖案化，例如可于第二絕緣材料124上沉積一光致抗蝕劑層126，再利用一光罩128將光致抗蝕劑層126圖案化，使光致抗蝕劑層126上具有導(dǎo)線及散射條的圖案。舉例來說，光罩128可包含有一透明區(qū)域130與一不透明區(qū)域132位于其上，因此當(dāng)能量通過光罩128時，不具有不透明區(qū)域132的地方將會允許該能量通過，而使光致抗蝕劑層126曝光(如圖5所示)。接著移除光致抗蝕劑層126，而留下如圖6所示的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，其上具有一導(dǎo)線圖案134以及散射條圖案136a與136b，以于導(dǎo)線圖案134的兩側(cè)至少形成一散射條。如同前述的第一絕緣材料122，第二絕緣材料124可采直接圖案化。
如圖7所示，接著將于圖案化的第二絕緣材料124上沉積一導(dǎo)電材料138，導(dǎo)電材料138將會分別填入導(dǎo)線圖案134與散射條圖案136a與136b內(nèi)。
如圖8所示，接著可通過一化學(xué)機械研磨制程或蝕刻制程來將超出第二絕緣材料124上表面的導(dǎo)電材料138移除，而于各導(dǎo)孔122b上形成一導(dǎo)線106b，并于導(dǎo)線106b的一側(cè)形成一散射條108a，導(dǎo)線106b的另一側(cè)(相對于散射條108a)形成一散射條108b。此外，在本結(jié)構(gòu)中可額外存有一導(dǎo)線116，而導(dǎo)孔112b則可電連接到位于金屬化層下方的導(dǎo)線116，或者可電連接到工作部件120的主動區(qū)域140，或是電連接到半導(dǎo)體元件100內(nèi)的其它導(dǎo)線或元件。
在本發(fā)明的實施例中，導(dǎo)線106a與導(dǎo)孔112a(如圖3所示)可同時形成于工作部件120上的密圖案區(qū)域102內(nèi)。此外，本發(fā)明的實施例將可輕易地適應(yīng)于與當(dāng)前采用的制造流程，而不需增加額外的黃光制程。
導(dǎo)線106與116、散射條108以及導(dǎo)孔112可包含有銅、鋁、鎢、其它導(dǎo)電材料或上述材料的組合。此外，在沉積前述導(dǎo)電材料以形成導(dǎo)線106與116、散射條108以及導(dǎo)孔112等元件前，可額外形成至少一障壁層與種晶層(未顯示)。
在本發(fā)明的一實施例中，絕緣層118、122與124可包含有一般常用的絕緣材料，如二氧化硅，或可選擇性地包含有一些低介電常數(shù)(low-k)材料，低介電常數(shù)材料可包含有類鉆碳膜，例如應(yīng)用材料公司(Applied Materials，Inc.)的Black DimondTM、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃或氟硅氧玻璃(FSG)、硅氧碳化合物(SiOxCy)、旋轉(zhuǎn)涂布式玻璃(SOG)、旋轉(zhuǎn)涂布高分子、陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical)的SILKTM、漢威聯(lián)合股份有限公司(Honeywell)的FLARE、JSR Micro公司的LKD、硅碳氫氧化合物(SiCOH)、非晶是硅氫化合物(a-Si:H)、氮氧硅化合物(SiOxNy)、碳硅化合物(SiC)、硅碳氧化合物(SiCO)、硅碳氫化合物(SiCH)或上述材料的化合、復(fù)合或組合。在其它實施例中，絕緣層118、122與124可包含有高介電常數(shù)(high-k)材料，例如介電常數(shù)超過4.0的材料。絕緣層118、122與124亦可包含有高介電常數(shù)材料、低介電常數(shù)材料或二氧化硅所形成的組合中的任一個。
圖9至圖12是顯示將本發(fā)明另一實施例應(yīng)用于雙鑲嵌制程的制作方法示意圖，其中導(dǎo)孔圖案的制作順序是在形成疏圖案區(qū)域204內(nèi)的導(dǎo)線圖案與散射條圖案之前。在圖9至圖12中，各元件將使用與前述圖4至圖8中對應(yīng)元件相近的參考符號，故在此不予以一一詳述，例如圖9至圖12中的204、206、208等元件是與圖4至圖8中的104、106、108等元件對應(yīng)，并可采用相同的材料組成。舉例來說，前述列出的材料選擇中，適用于圖4至圖8中的導(dǎo)線106、散射條108與導(dǎo)孔112的導(dǎo)電材料同樣可用于第9至12圖中的構(gòu)成導(dǎo)線206、散射條208與導(dǎo)孔212的導(dǎo)電材料。
如圖9所示，在本實施例中，工作部件220上將先形成一絕緣層218，在一較佳實施例中，絕緣層218的厚度是大于前述圖4中的絕緣層122與124，且絕緣層218的厚度必須足以形成半導(dǎo)體元件中的導(dǎo)孔、導(dǎo)線與散射條。同樣地，雖然半導(dǎo)體元件中的密圖案區(qū)域也會同時形成如圖3所示的導(dǎo)線與導(dǎo)孔構(gòu)造，但在圖9至圖12中將僅顯示半導(dǎo)體元件內(nèi)疏圖案區(qū)域204的構(gòu)造示意圖。絕緣材料層218可包含有與前述絕緣材料層118、112與124相同的材料。
如圖9所示，在一先導(dǎo)孔雙鑲嵌制程中，將會先于絕緣材料層218上進行圖案化，以形成一導(dǎo)孔圖案242，其中導(dǎo)孔圖案242將貫穿整個絕緣材料層218。
如圖10與圖11所示，接著，將再次圖案化絕緣材料層218，以形成導(dǎo)線圖案234與散射條圖案236a與236b。如圖10所示，絕緣材料層218的圖案化可通過一光致抗蝕劑層226來進行，利用一包含有透明區(qū)域230與不透明區(qū)域232的光罩228來將光致抗蝕劑層226圖案化。
如圖11所示，之后再利用圖案化的光致抗蝕劑層226作為罩幕，將絕緣材料層218的上半部圖案化，以于導(dǎo)孔圖案242上方形成導(dǎo)線圖案234，并于導(dǎo)線圖案234的兩側(cè)分別形成一散射條圖案236a與另一散射條圖案236b，其中散射條圖案236a與236b是位于導(dǎo)線圖案234旁，但與導(dǎo)線圖案234間存有一間距。
除上述方法外，亦可通過其它制程方法直接將絕緣材料層218圖案化，而于其上形成導(dǎo)孔圖案242、導(dǎo)線圖案234與散射條圖案236a與236b，例如電子束微影技術(shù)。
如圖12所示，接著將于圖案化的絕緣材料層218上沉積一導(dǎo)電材料，并將超出絕緣材料層218上表面的多于導(dǎo)電材料去除，以形成導(dǎo)線206b、位于導(dǎo)線206b一側(cè)的散射條208a以及位于導(dǎo)線206b另一側(cè)的散射條208b。
一先溝槽雙鑲嵌結(jié)構(gòu)亦可通過一個類似于前述圖9至圖12中的制作流程來達成。在本實施例中，將先利用圖10中所示的光罩228來圖案化光致抗蝕劑層226，并通過圖案化的光致抗蝕劑層226來圖案化絕緣材料層218的上半部，使其形成導(dǎo)線圖案234與散射條圖案236a與236b分別位于導(dǎo)線圖案234的兩側(cè)，之后再利用一個不同的微影罩幕來圖案化絕緣材料層218，以于絕緣材料層218內(nèi)形成導(dǎo)孔圖案242。除上述方法外，亦可于絕緣材料層218上形成一光致抗蝕劑層，再通過電子束微影技術(shù)或是其它直接圖案化方法來將該光致抗蝕劑層直接圖案化，再利用該圖案化的光致抗蝕劑層作為罩幕對下方的絕緣材料層218進行蝕刻，以同樣形成如圖12所示的構(gòu)造，其中導(dǎo)線206b的兩側(cè)分別具有一散射條208a或散射條208b。
圖13至圖17是顯示將本發(fā)明另一實施例應(yīng)用于雙鑲嵌制程的制作方法示意圖，其中是利用一感光材料來作為前述的絕緣材料。同樣地，圖13至圖17中的各元件將使用與圖4至圖8及圖9至圖12中對應(yīng)元件相近的參考符號，故在此不予以一一詳述，例如圖13至圖17中的304、306、308等元件是與圖4至圖8中的104、106、108等元件及圖9至圖12中的204、206、208等元件相對應(yīng)，并可采用相同的材料組成。
如圖13所示，由于在本實施例中，位于工作部件320上的絕緣材料層344是包含有一感光絕緣材料或感光介電材料，因此，將不必于絕緣材料344上再額外形成一光致抗蝕劑層，而可直接利用一包含有透明區(qū)域348與不透明區(qū)域350的光罩346來將絕緣材料層344圖案化。在一實施例中，感旋光性的絕緣材料層344包含有硅，以及選擇性的包含有一有機材料，或者其它可被直接圖案化的材料。
在圖14至圖17中顯示了一先溝槽雙鑲嵌制程的制作流程。如圖14所示，首先將于絕緣材料層344上形成導(dǎo)線圖案344以及散射條圖案336a與336b分別位于導(dǎo)線圖案344的兩側(cè)。接著如圖15所示，利用一具有導(dǎo)孔圖案(位于不透明區(qū)域332內(nèi))的光罩328來對絕緣材料層344中導(dǎo)線圖案334的下方進行直接蝕刻，以于導(dǎo)線圖案334的下方形成如圖16中所示的導(dǎo)孔圖案342。
如圖17所示，接著于絕緣材料層344上沉積一導(dǎo)電材料，以填入導(dǎo)線圖案334、散射條圖案336a與336b以及導(dǎo)孔圖案342，以形成彼此電連接的導(dǎo)孔312b與導(dǎo)線306b，以及非電性主動的散射條308a與308b。同樣地，在半導(dǎo)體元件的密圖案區(qū)域內(nèi)可同時形成多個排料緊密的導(dǎo)線(未顯示)。
圖18是顯示本發(fā)明一實施例的俯視圖，其中在半導(dǎo)體元件的疏圖案區(qū)域404的絕緣材料418上設(shè)有導(dǎo)線406b，且導(dǎo)線406b的一側(cè)設(shè)有N條散射條408a1至408aN，另一側(cè)則設(shè)有N條散射條408b1至408bN。在一實施例中，N是等于4或小于4，舉例來說，導(dǎo)線406b的兩側(cè)可分別具有1、2、3或4條的散射條408a1至408aN與408b1至408bN，在導(dǎo)線406b的兩側(cè)可分別具有不同數(shù)量的散射條，但以兩側(cè)散射條的數(shù)目相同者較佳，且各散射條408a1至408aN與408b1至408bN與導(dǎo)線406b間存有一間距，例如該間距可為5微米或小于5微米。
圖19是顯示本發(fā)明另一實施例的俯視圖，其中散射條552a與552b包含有多個不連續(xù)的導(dǎo)電材料構(gòu)造。如圖19所示，散射條552a與552b中具有多個中斷區(qū)域(discontinuity region)d，其寬度大抵為0.1微米或小于0.1微米。在本實施例中，散射條圖案包含有多個溝槽，被中斷區(qū)域d分隔，因此，所形成的散射條552a與552b將會包含有多個中斷區(qū)域(由絕緣材料518構(gòu)成)分隔的導(dǎo)電材料區(qū)域。
圖20是顯示本發(fā)明另一實施例的俯視圖，其中疏圖案區(qū)域604內(nèi)的導(dǎo)線606b與606c并非直線形導(dǎo)線，且于導(dǎo)線606b與606c的端點附近均分別設(shè)有額外的小散射條608e、608f與608g。在本實施例中，疏圖案區(qū)域604內(nèi)包含有長直型導(dǎo)線606d與606e，以及非直線型導(dǎo)線606b與606c，例如可為L型、S型或者可為具有數(shù)個轉(zhuǎn)折的折線型導(dǎo)線，而散射條608a至608g則大致分設(shè)于導(dǎo)線606b、606c、606d與606e的各側(cè)邊與端點附近，舉例來說，散射條608a是設(shè)于導(dǎo)線606b的一側(cè)，并沿著導(dǎo)線606b的長邊分布且具有與導(dǎo)線606b類似的轉(zhuǎn)折形狀，散射條608b與608c則大致上為直線，而與導(dǎo)線606d與606e的形狀相似，散射條608d是沿著導(dǎo)線606c長邊的一部分排列，而散射條608b則沿著導(dǎo)線606c長邊的另一部分排列，散射條608e、608f與608g則包含有較短的圖案，而大致上設(shè)于導(dǎo)線606b與606c的端點附近。
直得注意的是在本實施例中導(dǎo)線606b、606c與606d彼此大致接近，因此，散射條結(jié)構(gòu)并非必要而可不存在于這些導(dǎo)線之間。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，經(jīng)適當(dāng)?shù)奈恢梅植荚O(shè)計后，可通過散射條608a至608g達到微影制程改善的最佳化。
圖21是顯示散射條尺寸(SB Size)與周圍導(dǎo)線聚焦深度(depth of focus，DOF)間的實驗結(jié)果示意圖。如圖21所示，隨著散射條厚度的增加，散射偏差的大小加會增加，而聚焦深度將會隨之改善。
本發(fā)明的實施例中是提供一種半導(dǎo)體元件極其制作方法，其可對半導(dǎo)體元件中疏圖案區(qū)域內(nèi)導(dǎo)線的微影技術(shù)、聚焦深度與光學(xué)近似效性修正進行最佳化，此外，更能有效改善疏圖案區(qū)域?qū)γ軋D案區(qū)域的蝕刻負荷效應(yīng)(etch loading effect)與局部化學(xué)機械研磨負荷效應(yīng)(local CMP loading effect)。
此外，本發(fā)明的實施例中更在鑲嵌制程中具有卓越的功效，本文所述的散射條更可以蝕刻(subtractive)制程來進行，例如可于一工作部件上沉積一導(dǎo)電材料，對導(dǎo)電材料進行圖案化，而形成一導(dǎo)線與至少一散射條分別位于導(dǎo)線的兩側(cè)，且導(dǎo)線與散射條間留有一間距，之后再以絕緣材料填入其中。在金屬化層中形成散射條將可有效改善與控制導(dǎo)線的關(guān)鍵尺寸(CD)，并能在聚焦深度與近似上形成較佳的制程范圍。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進一步的改進和變化，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下100半導(dǎo)體元件 130透明區(qū)域102密圖案區(qū)域 132不透明區(qū)域104疏圖案區(qū)域 134導(dǎo)線圖案106a導(dǎo)線 136a、136b散射條圖案106b導(dǎo)線 138導(dǎo)電材料108a散射條140主動區(qū)域108b散射條204疏圖案區(qū)域110a第一側(cè)206b導(dǎo)線110b第二側(cè)208a散射條112a、112b導(dǎo)孔208b散射條114a、114b區(qū)域212b導(dǎo)孔118絕緣材料層 218絕緣材料層120作部件 220工作部件122絕緣材料層 226光致抗蝕劑層124絕緣材料層 228光罩126光致抗蝕劑層 230透明區(qū)域128光罩 232不透明區(qū)域
234導(dǎo)線圖案 348透明區(qū)域236a、236b散射條圖案 350透明區(qū)域242導(dǎo)孔圖案 404圖案區(qū)域304疏圖案區(qū)域 406b導(dǎo)線306b導(dǎo)線 408a1-408aN散射條308a散射條408b1-408bN散射條308b散射條418絕緣材料312b導(dǎo)孔 504疏圖案區(qū)域320作部件 506b導(dǎo)線328光罩 552a散射條330透明區(qū)域 552b散射條332不透明區(qū)域 518絕緣材料334導(dǎo)線圖案 604疏圖案區(qū)域336a、236b散射條圖案 606b、606c、606d、606e342導(dǎo)孔圖案 導(dǎo)線344絕緣材料 608a-608g散射條346光罩
權(quán)利要求
1.一半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件包含有一工作部件；一絕緣材料設(shè)于該工作部件上；一第一導(dǎo)線設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線具有一第一側(cè)與一第二側(cè)，并具有一第一長度；以及N個第一散射條設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)分隔，該第一散射條具有一第二長度，該第二長度等于該第一長度，該第一導(dǎo)線為電性主動，而該N條第一散射條則為非電性主動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于更包含有N個第二散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第二側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔，該第二散射條具有一第三長度，該第三長度是等于該第一長度，且該N個第二散射條是為非電性主動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于N是為1、2、3或4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一散射條與該第二散射條具有一第一寬度，該第一導(dǎo)線具有一第二寬度，該第一寬度為該第二寬度的1/2至1倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一散射條與該第二散射條均與該第一導(dǎo)線相隔0.5微米或小于0.5微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于另包含有至少一第三散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線的一端旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該N個第一散射條或該N個第二散射條包含有至少一不連續(xù)的散射條，該至少一不連續(xù)的散射條包含有被多個絕緣材料區(qū)域分隔的多個導(dǎo)電材料區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該至少一不連續(xù)散射條包含有多個中斷區(qū)域，各該中斷區(qū)域的寬度為0.1微米或小于0.1微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一導(dǎo)線的寬度為130納米或小于130納米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該絕緣材料包含有一感旋光性介電材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該感旋光性介電材料包含有硅或有機材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于第一導(dǎo)線的形狀包含有一直線、一曲線以及一L形線或是上述形狀的組合。
13.一半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件包含有一工作部件；一絕緣材料設(shè)于該工作部件上；一第一導(dǎo)線設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線具有一第一側(cè)與一第二側(cè)，并具有一第一長度；以及至少一第一散射條設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線的該第一側(cè)分隔，該第一散射條具有一第二長度，該第二長度等于該第一長度，該第一導(dǎo)線為電性主動，而該至少一第一散射條則為非電性主動。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于更包含有至少一個第二散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)該第一導(dǎo)線的該第二側(cè)旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔，該第二散射條具有一第三長度，該第三長度是等于該第一長度，且該至少一第二散射條是為非電性主動。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一散射條的數(shù)量是等于該第二散射條的數(shù)量。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一散射條的數(shù)量是不等于該第二散射條的數(shù)量。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一散射條與該第二散射條具有一第一寬度，該第一導(dǎo)線具有一第二寬度，該第一寬度為該第二寬度的1/2至1倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該第一散射條與該第二散射條均與該第一導(dǎo)線相隔0.5微米或小于0.5微米。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于另包含有至少一第三散射條，設(shè)于該絕緣材料內(nèi)，該第一導(dǎo)線的一端旁，且與該第一導(dǎo)線相分隔。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于該至少一第一散射條中包含有至少一不連續(xù)的散射條，該至少一不連續(xù)的散射條是包含有被多個絕緣材料區(qū)域分隔的多個導(dǎo)電材料區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件，半導(dǎo)體元件包含有多個散射條設(shè)置于一隔離導(dǎo)線兩側(cè)，以改善微影制程的結(jié)果，各散射條具有一定的寬度并與隔離的導(dǎo)線間距有一定距離，以增加對半導(dǎo)體元件進行圖案化時的微影制程的聚焦深度，且在完成半導(dǎo)體元件的制作后，這些散射條將仍存留于半導(dǎo)體元件內(nèi)。本發(fā)明所述半導(dǎo)體元件，可增加導(dǎo)線圖案在黃光制程中的聚焦深度，因此可改善半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸。
文檔編號H01L21/70GK1722426SQ20051007677
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者陳桂順, 林進祥, 嚴(yán)永松, 賴志明 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司