光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步、線寬的不斷縮小，半導(dǎo)體器件的面積正變得越來越小，半導(dǎo)體的布局已經(jīng)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(guī)模集成電路)，VLSI (超大規(guī)模集成電路)，直至今天的ULSI (特大規(guī)模集成電路)，器件的面積進(jìn)一步縮小，功能更為全面強(qiáng)大?？紤]到工藝研發(fā)的復(fù)雜性，長期性和高昂的成本等等不利因素的制約，如何在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上進(jìn)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(shù)，從而提高整體利益，將越來越受到芯片設(shè)計(jì)者，制造商的重視。其中光刻工藝就擔(dān)負(fù)著關(guān)鍵的作用，光刻是通過對準(zhǔn)、曝光等一系列步驟將掩模圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上的工藝過程，在半導(dǎo)體芯片的制造過程中，通常要通過多層光刻工藝才能完成整個制造過程，而如何控制當(dāng)層光刻圖形與前層光刻圖形(晶圓上的圖形)的位置對準(zhǔn)，以滿足套刻精度(overlay)的要求是多層光刻工藝中至關(guān)重要的步驟，套刻精度是指晶圓的層與層的光刻圖形的位置對準(zhǔn)誤差。
[0003]多重圖形技術(shù)(DoublePatterning、Triple Patterning)，如 LELE、LLE 等。LLE是指兩次曝光不同的光刻膠，一次顯影完成兩層的疊加。而后研發(fā)出了 LELE的方法，其方法類似于表面成像轉(zhuǎn)移技術(shù)，即先在薄的光刻膠上形成圖形，再通過刻蝕將預(yù)先淀積好的薄的硬掩膜刻蝕掉，將第一次圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜上，再與第二次的光刻膠共同作為掩膜層形成目標(biāo)圖形，避免了 LLE中兩次光刻膠的相互作用。
[0004]對準(zhǔn)精度測量通常是在上下兩個光刻層的圖形中各放置一個對準(zhǔn)精度測量圖形，通過測量兩個對準(zhǔn)圖形的相對位置的偏差，來保證兩層光刻圖形之間的對準(zhǔn)。常用的對準(zhǔn)精準(zhǔn)檢測圖形包括內(nèi)外箱(box-1n-box)和內(nèi)外條型(bar-1n_bar)，請參見圖1和圖2所示，圖1為內(nèi)外框型對準(zhǔn)精度測量圖形，圖2為內(nèi)外條形對準(zhǔn)精度測量圖形，其中，內(nèi)部圖形為對準(zhǔn)層圖形，外框?yàn)楸粚?zhǔn)層圖形。此種對準(zhǔn)圖形目前被廣泛應(yīng)用于業(yè)界，但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的大躍進(jìn)式發(fā)展，目前也看到了此種固有圖形的弊端，主要有以下待改善之處:
[0005]1、傳統(tǒng)對準(zhǔn)測量圖形的擺放占據(jù)比較多的版圖設(shè)計(jì)空間，在2合1、4合1、N合I的掩模版上，切割道的空間會越來越小，但是所需測試圖形卻無法減少，傳統(tǒng)對準(zhǔn)圖形對空間的占用將使得掩模版在出版前不得不舍棄一些測試圖形，小的版圖設(shè)計(jì)與出版也會受限于此；
[0006]2、傳統(tǒng)對準(zhǔn)測量圖形在不增加額外前層對準(zhǔn)圖形數(shù)量的情況下，無法進(jìn)行跨層次之間的對準(zhǔn)精度量測，比如當(dāng)?shù)诙哟螌Φ谝粚哟螌?zhǔn)有偏差的情況下，那么無法再使用第三層次直接對第一層次的方式進(jìn)行校準(zhǔn)，而只能繼續(xù)對準(zhǔn)已經(jīng)存在偏差的第二層次；
[0007]3、傳統(tǒng)對準(zhǔn)測量圖形在運(yùn)用到先進(jìn)制程的雙重曝光Double Patterning時，對準(zhǔn)誤差及殘留問題難以改善，原因在于，受限于傳統(tǒng)對準(zhǔn)測量圖形的單一層次對準(zhǔn)，當(dāng)進(jìn)行第二次曝光式，需要選擇不同的前層記號進(jìn)行對準(zhǔn)測量，顯然無法固定同一前層記號進(jìn)行測量;
[0008]4、傳統(tǒng)對準(zhǔn)測量圖形在新增圖形層次時，需要增加額外前層被對準(zhǔn)記號，這樣一來就要重新出版包括前層光罩以內(nèi)的2層光罩，增加額外的成本；
[0009]此外，現(xiàn)有技術(shù)中也有相關(guān)多層次對準(zhǔn)方式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，參見圖3所示，首先在步驟I中光刻并刻蝕出用于被對準(zhǔn)的外層第一方向(Y方向)氧化物標(biāo)記31，然后在步驟2中光刻并刻蝕出用于被對準(zhǔn)的外層第二方向(X方向)氧化物標(biāo)記32，然后在步驟3中進(jìn)行內(nèi)層光刻對準(zhǔn)標(biāo)記33的建立，即可進(jìn)行內(nèi)層對準(zhǔn)圖形X、Y方向分別與外層被對準(zhǔn)圖形Χ、Υ方向的對準(zhǔn)精度測量。此種結(jié)構(gòu)雖然能同時進(jìn)行三層的對準(zhǔn)，但是設(shè)計(jì)中無法同時涵蓋到X、Y兩個方向的偏差收集，矢量擬合度有待質(zhì)疑，這對于發(fā)展到28納米以下芯片結(jié)構(gòu)來說也會存在對準(zhǔn)不良的風(fēng)險。并且目前光刻技術(shù)已經(jīng)不再停留于2次曝光(雙重曝光)的方式，上升到了 3次曝光，甚至4次曝光，此種結(jié)構(gòu)同樣無法通過固定的前層記號進(jìn)行后續(xù)多層記號對準(zhǔn)的量測。
[0010]因此，需要一個新的多層次相互對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以避免上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)及其制造方法，能夠滿足不同層次間光刻對準(zhǔn)標(biāo)記的相互對準(zhǔn)要求，同時可以兼顧傳統(tǒng)對準(zhǔn)量測和3次曝光、4次曝光所需的對準(zhǔn)量測，而且比較節(jié)省切割道的空間，降低成本。
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)，包括在各層上按時間順序依次形成的光刻對準(zhǔn)圖形；所有光刻對準(zhǔn)圖形在向任意層光刻對準(zhǔn)圖形所在平面投影時，均相對同一中心呈中心對稱圖形，且所有光刻對準(zhǔn)圖形的投影按照光刻對準(zhǔn)圖形的形成順序由內(nèi)向外依次嵌套和擴(kuò)展；每層光刻對準(zhǔn)圖形包含至少兩個相互垂直的方向上的對準(zhǔn)標(biāo)記，所述當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形建立時，選取至少一層前層光刻對準(zhǔn)圖形用作被對準(zhǔn)圖形，所述當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形依據(jù)選取的各個前層光刻對準(zhǔn)圖形的所有對準(zhǔn)標(biāo)記的套刻精度而建立，并與選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形對準(zhǔn)，且所述當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形的對準(zhǔn)標(biāo)記相對于所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形中相應(yīng)的對準(zhǔn)標(biāo)記的套刻精度被用于后層光刻對準(zhǔn)圖形的建立。
[0013]進(jìn)一步的，所述光刻對準(zhǔn)圖形為通孔型、線型或溝道型結(jié)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步的，每層光刻對準(zhǔn)圖形的長寬尺寸相同或不同，每個對準(zhǔn)標(biāo)記的線寬相同或不同。
[0015]進(jìn)一步的，相鄰兩層光刻對準(zhǔn)圖形構(gòu)成的光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)包括內(nèi)框、外框、及內(nèi)框與外框間隔區(qū)的溝道及光刻膠。
[0016]進(jìn)一步的，所述光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)為雙重曝光制程的光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)時，所述光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)包括一層用于被對準(zhǔn)的前層光刻對準(zhǔn)圖形以及一層用于對準(zhǔn)的當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形，所述前層光刻對準(zhǔn)圖形為內(nèi)框，所述當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形為外框。
[0017]進(jìn)一步的，所述光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)適用于I線光刻機(jī)、KrF光刻機(jī)、ArF光刻機(jī)和EUV光刻機(jī)的至少一種。
[0018]本發(fā)明還提供一種上述之一的光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的制造方法，包括:
[0019]按時間順序依次光刻并刻蝕出至少一層用于被對準(zhǔn)的前層光刻對準(zhǔn)圖形；
[0020]選取至少一層所述前層光刻對準(zhǔn)圖形用作當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形建立時的被對準(zhǔn)圖形，并根據(jù)所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形的套刻精度，建立與所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形均對準(zhǔn)的當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形。
[0021]進(jìn)一步的，根據(jù)所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形的套刻精度，建立與所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形均對準(zhǔn)的當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形，包括:
[0022]根據(jù)所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形的套刻精度，在當(dāng)層建立內(nèi)框和外框；
[0023]分別測量所述內(nèi)框和外框相對于所選取的前層光刻對準(zhǔn)圖形的套刻精度；
[0024]將測量的套刻精度的平均值作為當(dāng)層光刻對準(zhǔn)圖形的套刻精度，以用于后續(xù)光刻對準(zhǔn)圖形的建立。
[0025]進(jìn)一步的，建立與所選取