專利名稱：電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種器件制備中關(guān)鍵工藝一套刻的實現(xiàn)方法。先設計出需要曝光的版圖結(jié)構(gòu)和對準標記。然后將第一次曝光后得到的對準標記與圖形掃描中心相對準，接著曝光第二層版圖結(jié)構(gòu)。該發(fā)明屬于微電子領域。
背景技術(shù)：
隨著IC制造業(yè)的迅猛發(fā)展，光刻成像技術(shù)不斷提高，芯片的特征尺寸也不斷縮小，而關(guān)鍵尺寸的縮小則產(chǎn)生了更為精確的套刻精度要求。這些套刻精度已隨著光刻設備的改進而得到了部分的滿足，但光刻設備技術(shù)的發(fā)展還不能與不斷提高的套刻精度保持同步，況且光刻設備的改進和更新?lián)Q代需要投入很大資金。我國是發(fā)展中國家，在發(fā)展集成電路工業(yè)中就遇到資金不足以及基礎工業(yè)落后等問題，從光刻設備著手來提高光刻對準精度是很不實際的。我們有必要研究IC制造工藝與光刻對準的關(guān)系，并加以改進才是上策。
在微電子工藝中，最小線寬已經(jīng)到了0.09μm，即90nm。在器件工藝中，需要多次曝光來實現(xiàn)特定的圖形結(jié)構(gòu)，多次曝光前的套準已經(jīng)成為一個極其重要的工藝。對芯片性能和集成度的要求不斷提高，導致了IC制造流程的復雜化，比如，僅一個淺槽隔離(STI)工藝就包括溝槽的形成、溝槽頂角的圓滑、溝槽填充、CMP(化學機械拋光)平坦化和CMP后的清洗等步驟，如果為了進一步提高隔離槽的制作效果，還需增加致密退火、反刻蝕等額外工序[1]，這樣生產(chǎn)中STI的具體工序就會達到數(shù)十步，而現(xiàn)在一個0.25mm芯片的制作流程，全部工序就達到幾百步。這些流程中的部分工序，諸如隔離工藝、濺鍍等，會產(chǎn)生一系列引起光刻套準精度下降的因素，如隔離工藝能夠引起曝光場的形變和漲縮，濺鍍能夠造成光刻對準標記表面形貌發(fā)生改變等，而這些影響因素會造成光刻時套準精度的降低。
評價對準標記的好壞有兩個重要標準，一是能夠在工藝流程中有穩(wěn)定而良好的標記形貌；二是能夠形成良好的信號反差。在大多數(shù)的芯片制造過程中，對準標記的形成不外乎以下幾種方式直接在工藝層上刻蝕出標記；利用硅的摻雜氧化效應形成標記；直接在硅襯底上腐蝕出標記。對準標記的形成一般要經(jīng)歷氧化、擴散、刻蝕等，而氧化層的厚度、擴散摻雜濃度和刻蝕效果都會對對準標記的最終形態(tài)產(chǎn)生影響。在實際的工藝過程中，不同IC的工藝流程對摻雜、氧化層厚度、刻蝕等的參數(shù)要求是不完全一樣的，所以對于不同的工藝流程要采用不同類型的對準標記。
電子束曝光的出現(xiàn)為微納結(jié)構(gòu)的制備提供了一個強有力的工具，尤其是在100nm以下的器件制備中，發(fā)揮了極其重要的作用.現(xiàn)在實驗研究中所用的電子束曝光系統(tǒng)通常是由一臺掃描電子顯微鏡外加圖形發(fā)生器來構(gòu)成，這樣整個電子束曝光系統(tǒng)的成本相比于工業(yè)電子束曝光機是很小的。由于電子束曝光還沒有成為工業(yè)化的標準技術(shù)，故基于電子束曝光的很多工藝也還不完善，本發(fā)明的目的在于尋求一種適合電子束曝光中應用的套刻工藝，提高電子束曝光中的套準精度。

發(fā)明內(nèi)容
為本發(fā)明的目的在于提供一種電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法以此來實現(xiàn)器件制備中高精度的套刻工藝。
本發(fā)明提供的實現(xiàn)方法是將套刻標志放置于曝光圖形的中央，而后利用電鏡放大倍數(shù)的縮放實現(xiàn)套刻。
本發(fā)明具體實現(xiàn)方法的步驟是(1)器件版圖的設計，設計時需要綜合考慮各次曝光版圖的順序，首先設計出所有需要曝光的圖形結(jié)構(gòu)，在這一設計中要將不同曝光順序的圖形結(jié)構(gòu)放置于不同的曝光層中，亦即設計版圖時將多次曝光圖形結(jié)構(gòu)設計于不同的曝光層中，在曝光時可以有所選擇。以此來實現(xiàn)有選擇的曝光結(jié)構(gòu)。通常版圖設計的最大區(qū)域取決于掃描電鏡的最小放大倍數(shù)下所能觀察到的區(qū)域，也即電子束曝光的單次最大有效區(qū)域.根據(jù)我們的情況和經(jīng)驗，最大版圖范圍為400×400μm為最好；(2)對準標記的設計，在設計對準標記時要將對準標記放置于版圖的中心區(qū)域標記的形狀為十字形為好。標記的大小視套刻精度的需要來確定。精度要求高時標記的線寬要相應減少，但線寬的減小則會使得標記的可觀察性降低，所以應權(quán)衡兩者關(guān)系。也即線寬不能無限止的減小。在套刻精度小于1μm的情況下，標記的長度應為30～50μm，標記寬度應小于1μm；(3)對準標記，套刻前應將第一次曝光得到的對準標記的中心與圖形發(fā)生器的圖像掃描中心相對準，兩個中心對準精度愈高則套刻的程度愈高。方法是先在電鏡低放大倍數(shù)下(100～600倍)找到標記，在標記的中心區(qū)域?qū)㈦娮邮咕壅{(diào)整好。然后將標記的中心與圖形發(fā)生器的圖形掃描中心相對準，逐漸調(diào)整放大倍數(shù)(5000～7000倍)，逐漸調(diào)整中心對準的程度，兩者的重合度越高則套刻的精度也愈高；(4)調(diào)整放大倍數(shù)，在標記對準后將電鏡的放大倍數(shù)調(diào)整到曝光時的狀態(tài)；(5)確定曝光結(jié)構(gòu)，選擇需要曝光的圖形所在圖層，設置好相應的曝光參數(shù)，開始曝光。
傳統(tǒng)的套刻技術(shù)是將對準標記和圖形結(jié)構(gòu)的位置獨立開來，需要較為昂貴的定位工件臺來支持，針對現(xiàn)在電子束曝光的設備(主要掃描電子顯微鏡配置圖形發(fā)生器)，本發(fā)明提供了一種簡單的電子束曝光的套刻方法，可以在不需要精密定位工件臺的情況下實現(xiàn)精度優(yōu)于1μm的套刻，完全可以滿足亞微米及納米器件制備的工藝要求。


圖1設計的版圖結(jié)構(gòu)A版圖結(jié)構(gòu)B放大后的結(jié)構(gòu)圖2第一次曝光后的圖形結(jié)構(gòu)A整體結(jié)構(gòu)B放大后的結(jié)構(gòu)圖3套刻后的結(jié)構(gòu)A3000放大倍數(shù)時的結(jié)構(gòu)B10000放大倍數(shù)時的結(jié)構(gòu)具體實施方式
以300*300um的曝光場為例(1)版圖的設計，首先設計出所有需要曝光的圖形結(jié)構(gòu)，在這一設計中要將不同曝光順序的圖形結(jié)構(gòu)放置于不同的曝光層中，以此來實現(xiàn)有選擇的曝光結(jié)構(gòu)。實驗中的曝光場區(qū)域為300×300μm2。
(2)對準標記的設計，在設計對準標記時要將對準標記放置于版圖的中心區(qū)域，標記的形狀為十字形為好。標記的大小視套刻精度的需要來確定。為了實現(xiàn)0.5μm的套刻精度，標記的長度設計為50μm，標記寬度設計為0.5μm。
(3)對準標記，現(xiàn)在電鏡低放大倍數(shù)下(100-600倍)找到標記，在標記的中心區(qū)域?qū)㈦娮邮劢拐{(diào)整好。然后將標記的中心與圖形發(fā)生器的圖像掃描中心相對準，逐漸調(diào)整放大倍數(shù)，逐漸調(diào)整中心對準的程度，使得兩者在電鏡放大倍數(shù)為5000時達到重合。
(4)調(diào)整放大倍數(shù)，在標記對準后將電鏡的放大倍數(shù)調(diào)整到曝光時的狀態(tài)。
(5)確定曝光結(jié)構(gòu)，選擇需要曝光的圖形所在圖層，設置好相應的曝光參數(shù)，開始曝光。
權(quán)利要求
1.一種電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，其特征在于實現(xiàn)方法的步驟是(a)器件版圖的設計，設計出需要曝光的圖形結(jié)構(gòu)，使不同曝光順序的圖形結(jié)構(gòu)放置于不同的曝光層中；版圖設計的最大區(qū)域取決于掃描電鏡的最小放大倍數(shù)下所能觀察到的區(qū)域；(b)對準標記的設計，對準標記放置于版圖的中心區(qū)域，套刻精度小于1μm時，標記長度為30-50μm；(c)對準標記，先在電鏡低的放大倍數(shù)下找到標記，在標記的中心區(qū)域?qū)㈦娮邮咕壅{(diào)整好，然后將標記的中心與圖形發(fā)生器圖像掃描中心對準，逐漸調(diào)整放大倍數(shù)，逐漸調(diào)整中心對準程度；兩個中心對準程度愈高則套刻的精度愈高；(d)調(diào)整放大倍數(shù)，在步驟(c)標準對準后將電鏡的放大倍數(shù)調(diào)整到曝光時的狀態(tài)；(e)確定曝光結(jié)構(gòu)，選擇需要曝光的圖形所在的圖層，設置好相應得曝光參數(shù)、進行曝光。
2.按權(quán)利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的版圖設計的最大版圖為400×400μm。
3.按權(quán)利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的電鏡的低放大倍數(shù)為100-600倍。
4.按權(quán)利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的標記的中心與圖形掃描中心對準時調(diào)整放大倍數(shù)為5000-7000倍。
5.按權(quán)利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，其特征在于所述的對準標記的形狀為十字形。
6.按權(quán)利要求1或5所述的電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，其特征在于在套刻精度小于1μm時，標記的寬度小于1μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子束曝光中套刻工藝的實現(xiàn)方法，屬于微電子領域。其特征在于將套刻標志放置于曝光圖形的中央，而后利用電鏡放大倍數(shù)的縮放來實現(xiàn)套刻。傳統(tǒng)的套刻技術(shù)是將對準標記和圖形結(jié)構(gòu)的位置獨立開來，但是這需要較為昂貴的定位工件臺來支持。針對現(xiàn)在實驗電子束曝光的設備(主要是掃描電子顯微鏡外配圖形發(fā)生器)。本發(fā)明提出了一種不需要定位工件臺來實現(xiàn)套刻的方法，其套準精度小于μm，可以滿足亞微米及納米器件制備的工藝要求。
文檔編號G03F9/00GK1912747SQ200610030768
公開日2007年2月14日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者宋志棠, 呂士龍, 劉波, 封松林 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所