[發明專利]一種用于外延工藝的光刻對準方法

有效

• 申請號: 201010278703.2
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN102005369A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 朱駿
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/66
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及集成電路制造工藝技術領域，特別涉及一種用于外延工藝的光刻對準方法。?

背景技術

光刻技術伴隨集成電路制造工藝的不斷進步，線寬的不斷縮小，半導體器件的面積正變得越來越小，半導體的布局已經從普通的單一功能分離器件，演變成整合高密度多功能的集成電路；由最初的IC(集成電路)隨后到LSI(大規模集成電路)，VLSI(超大規模集成電路)，直至今天的ULSI(特大規模集成電路)，器件的面積進一步縮小，功能更為全面強大?？紤]到工藝研發的復雜性，長期性和高昂的成本等等不利因素的制約，如何在現有技術水平的基礎上進一步提高器件的集成密度，縮小芯片的面積，在同一枚硅片上盡可能多的得到有效的芯片數，從而提高整體利益，將越來越受到芯片設計者，制造商的重視。其中光刻工藝就擔負著關鍵的作用，對于光刻技術而言分辨率和對準精度即是其中的重中之重。?

分辨率：半導體生產中使用的光刻技術主要基于光學的衍射原理。光學的衍射是光通過不透明體邊緣、穿過狹縫或從劃有平行直線的表面反射時產生偏折和出現一些彼此平行的亮帶和暗帶。當光線通過掩膜版時，由于受到掩膜版圖形的影響，使光線發生偏折，根據掩膜版圖形的尺寸大小從而產生數量不同的衍射級數，基本的計算工式：?

P*Sinα＝n*λ????????????(公式1)?

P是圖形的透明區域和不透明部分的寬度的總和；α是衍射角度；λ是光刻機使用的波長；n即是衍射級數。?

根據數值孔徑，分辨率的概念和計算公式：?

NA＝N*Sinα????????????????(公式2)?

R＝K1*λ/NA????????????????(公式3)?

NA(Numerical?Aperture)是光刻機鏡頭能力的重要表征，數值越高其帶來的分辨率R越高，K1是系數因子，與工藝的能力，設備的波長，數值孔徑等的基本參數相關，N是光學鏡頭和硅片之間介質的折射率，折射率越大所得的數值孔徑也越高。通常干法光刻技術的介質是空氣，因此數值孔徑的大小僅與最大捕獲衍射角相關。當數值孔徑為某個定值時通過公式2可以得到最大捕獲衍射角，由此帶入公式1得到可以被鏡頭收集的衍射級數。收集的衍射級數越多，圖形的逼真程度越高，由此得到的空間圖像對比度也會大大提高。隨后空間圖像被光敏材料吸收，通過顯影成像。隨著浸沒式曝光的技術的引入，數值孔徑已經突破了傳統的概念，這大大提升了分辨率的表現。?

對準精度：對準精度顧名思義即是用來表征圖形的相互之間疊加、重合的準確性。半導體工藝越來越復雜，這導致僅僅依靠幾層工藝的疊加已經不能滿足多功能、高密度的需求，而多層工藝的相互組合關鍵就在于是否能夠準確的重合。通常情況下，對準精度是最小線寬的1/3左右，隨著線寬越來越小，器件密度不斷提高，對準精度的規格也越發的嚴格。另外，復雜的工藝還引入了如應力形變、膜厚變化、形貌漂移等的不利因素，并且光刻設備、測試設備的測量誤差，自身誤差也將導致更多的不確定因素。一般情況下，對準被分為圖形漂移、圖形旋轉、圖形放大倍率變化、圖形扭曲、直角圖形位置偏移等多個不同的指標量，制造規范的要求不斷收緊，對套準精度的要求就會更加嚴格。?

隨著半導體技術的進步，通過清洗獲得良好的界面而制造半導體器件已經不能滿足性能的要求了，外延生長-在適合的晶體底層上的單個晶體半導體薄膜的生長，便應運而生。這項技術能夠提供良好的缺陷密度控制、合理?的摻雜濃度分布，因而可以極大的提高器件表現。但是，在半導體制造中的外延層成長時，由于生長過程的不均勻性，圖形畸變是比較常見的一種問題。圖形畸變會影響后續的光刻對準精度，從而制約光刻的套刻精度，限制了小尺寸外延器件的開發和制造。請參考圖1至圖4，圖1至圖4為現有技術中用于外延工藝的光刻對準標記結構示意圖，圖1是在襯底1上刻蝕出第一對準記號11；圖2是在圖1的基礎上生長第一外延層2，圖2中的第二對準記號12是生長外延過后自然形成的；圖3是在圖2的基礎上，繼續刻蝕出第三對準記號13，由于在半導體制造中的外延層成長時，由于生長過程的不均勻性，圖形畸變是比較常見的一種問題，因此第三對準記號13的位置較第一對準記號11的位置發生了一點偏移；圖4是圖3的基礎上生長第二外延層3，刻蝕對準記號，又發生一點偏移，再在第二外延層3上生長第三外延層4，并刻蝕對準記號，繼續發生一點偏移，直到外延層的總厚度符合要求，而最終的對準記號的位置相對于第一對準記號11，即工藝中想要實現的對準記號的位置，則發生了較大的偏移量。如何精確測量外延生長時產生的圖形畸變量，對于提高光刻套刻精度，有非常重要的意義。?