[發明專利]SOI上用于電子束套刻的凹陷型對準標記及制作方法

有效

• 申請號: 201210474410.0
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102983119A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 曾成;夏金松;李丹萍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;H01L21/02;G03F9/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于半導體器件微納制造領域，具體來說，涉及一種SOI（Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅）襯底上用于電子束套刻工藝的凹陷型對準標記及其制作方法。

背景技術

在Intel和IBM等半導體產業巨頭的推動下，半導體器件尺寸越來越小，以互補金屬氧化物半導體（CMOS，Complementary?Metal?OxideSemiconductor）技術為主流的半導體微納制造技術目前和將來都會繼續沿著“摩爾定律”發展。集成電路發展到目前極大規模的納米技術時代，要進一步提高芯片的集成度和運行速度，現有的體硅材料和工藝正在接近它們的物理極限。為了進一步減小集成電路的特征尺寸，必須在材料和工藝上有新的重大突破。SOI（Silicon?On?Insulator，分三層，包括頂硅層，埋層二氧化硅，和襯底硅）材料是一種新型的硅基集成電路和光電子集成材料，是維持摩爾定律走勢的一大利器。基于SOI結構上的器件將在本質上減小結電容和漏電流，提高開關速度，降低功耗，實現高速低功耗運行。可以說SOI技術將是器件特征尺寸進入納米領域的首選技術，具有非常廣闊的前景。

電子束光刻系統以其精度高、不需要掩膜等優點在半導體器件的微納制造過程中扮演著越來越重要的角色，它甚至可能成為下一代小于20nm工藝的備選光刻機。在半導體器件微納制造中，一個器件的制作往往需要用到幾次甚至十幾次的電子束光刻，而影響電子束光刻工藝誤差的因素除了電子束光刻機的分辨率和電子抗蝕劑的精度之外，還有器件制造過程中不同層光刻圖形之間套刻對準的精度。

在電子束光刻套刻工藝中對準標記的質量決定套刻精度。針對SOI襯底的電子束光刻套刻工藝，可以采用的對準標記有兩種：重金屬標記，凹陷型標記。

（a）金屬標記由電子束光刻、蒸發鍍膜及剝離工藝獲得，金屬薄膜的厚度一般大于等于100nm，最好選用重金屬（如Au，Cr等）以獲得高的信噪比。傳統的套刻標記用金作為材料，但是由于金與硅的粘附性很差，故需要先鍍一層很薄的鈦（鈦與硅的粘附性好），再鍍金。金標記的套刻精度很高，通常可以達到10nm左右的套刻誤差。

（b）凹陷型標記因其工藝簡單、制作成本低、精度較高在普通硅片的電子束套刻工藝中使用普遍。凹陷型對準標記要求刻蝕深度大于2μm、標記側壁陡直，從而使高能電子束能分辨并獲得精確的對準信號。而應用于光電子領域的SOI襯底頂硅層厚度通常只有不到1000nm，所以必須在刻穿頂層硅后繼續刻蝕二氧化硅層以滿足深度大于2μm的要求。由于普通的電子抗蝕劑（如PMMA、ZEP520）對二氧化硅的刻蝕選擇比很低，不適合做較深的SiO₂刻蝕；刻蝕中也很難保證Si與SiO₂界面處側壁的陡直度。所以凹陷型標記在現有工藝上難以與薄頂硅層的SOI襯底兼容。

目前鈦金標記已經成為SOI襯底上電子束光刻套刻標記的主流選擇。然而由于金的熔點只有1063℃，如果樣品需要用于高溫熱氧化或者外延生長等工藝，就會出現金屬融化變形、金屬擴散，繼而污染外延生長的腔體，帶來非常嚴重的后果。凹陷型標記成本低、適用范圍廣、能避免在高溫氧化或生長中污染腔體，且與CMOS工藝完全兼容。如果能解決現有技術難題，在薄頂硅層SOI襯底上制作出深度滿足要求、側壁陡直的凹陷型標記，提高薄頂硅層SOI上凹陷型標記的套刻精度，必將使凹陷型標記成為SOI襯底上套刻標記最有潛力的選擇。

發明內容

本發明的目的在于提供一種SOI上用于電子束套刻的凹陷型對準標記制作方法，提高了薄頂硅層SOI上凹陷型標記的套刻精度。

本發明的另一目的在于提供了一種SOI上用于電子束套刻的凹陷型對準標記，提高了套刻精度。

SOI上電子束套刻工藝中所需的對準標記的制作方法，具體為：

（1）清洗SOI襯底；

（2）在SOI襯底上涂敷光學抗蝕劑，采用光刻工藝將對準標記的版圖轉移到光學抗蝕劑上；

（3）在SOI襯底和光學抗蝕劑表面鍍金屬薄膜；

（4）剝離去除鍍在光學抗蝕劑上的金屬薄膜；

（5）在剝離金屬薄膜處刻蝕SOI襯底的硅和二氧化硅，得到凹陷標記；

（6）去除SOI襯底上余下的金屬薄膜。

進一步地，所述凹陷型對準標記為深度大于2μm的方形、十字形或L形。

進一步地，所述步驟（3）采用丙酮剝離去除鍍在光學抗蝕劑上的金屬薄膜。

進一步地，所述步驟（4）采用采用干法刻蝕法。