IC制造工艺与光刻对准特性关系的研究

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:498

(电子科技大学微电子与固体电子学院, 成都 610054)

摘要：主要针对光刻对准特性，从单项工艺和工艺集成的角度，分析了影响光刻对准的各个主要因素，主要包括对准标记、工艺层、隔离技术等，提出了一些改善光刻对准效果的方法。

关键词：光刻对准；工艺层；集成电路；光刻工艺；隔离技术

中图分类号：305.7 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2005)06-0014-04

1 引言

随着ic制造业的迅猛发展，光刻成像技术不断提高，芯片的特征尺寸也不断缩小，而关键尺寸的缩小则产生了更为精确的套刻精度要求。这些套刻精度已随着光刻设备的改进而得到了部分的满足，但光刻设备技术的发展还不能与不断提高的套刻精度保持同步，况且光刻设备的改进和更新换代需要投入很大资金。我国是发展中国家，在发展集成电路工业中就遇到资金不足以及基础工业落后等问题，从光刻设备着手来提高光刻对准精度是很不实际的。我们有必要研究ic制造工艺与光刻对准的关系，从工艺流程中挖掘出影响光刻对准精度的因素，并加以改进才是上策。

2 ic制造工艺对光刻套准效果的影响

对芯片性能和集成度的要求不断提高，导致了ic制造流程的复杂化，比如，仅一个浅槽隔离（sti）工艺就包括沟槽的形成、沟槽顶角的圆滑、沟槽填充、cmp平坦化和cmp后的清洗等步骤，如果为了进一步提高隔离槽的制作效果，还需增加致密退火、反刻蚀等额外工序[1]，这样生产中sti的具体工序就会达到数十步，而现在一个0.25mm芯片的制作流程，全部工序就达到几百步。这些流程中的部分工序，诸如隔离工艺、溅镀等，会产生一系列引起光刻套准精度下降的因素，如隔离工艺能够引起曝光场的形变和涨缩，溅镀能够造成光刻对准标记表面形貌发生改变等，而这些影响因素会造成光刻时套准精度的降低，严重时，如果不对工艺进行改进，部分工艺层的光刻就无法完成。图1给出了ic制造工艺与光刻套准的内在联系。本文将对与光刻套准有重要关系的因素，即对准标记、工艺层和隔离技术结合工艺流程做详细分析。

3 对准标记对光刻套准的影响

评价对准标记的好坏有两个重要标准，一是能够在工艺流程中有稳定而良好的标记形貌；二是能够形成良好的信号反差。在大多数的芯片制造过程中，对准标记的形成不外乎以下几种方式：直接在工艺层上刻蚀出标记；利用硅的掺杂氧化效应形成标记；直接在硅衬底上腐蚀出标记。

对准标记的形成一般要经历氧化、扩散、刻蚀等，而氧化层的厚度、扩散掺杂浓度和刻蚀效果都会对对准标记的最终形态产生影响。在实际的工艺过程中，不同ic的工艺流程对掺杂、氧化层厚度、刻蚀等的参数要求是不完全一样的，所以对于不同的工艺流程要采用不同类型的对准标记。

光刻机采用的对准方式不同，对准标记的形貌和制作要求也不一样。对于采用相位光栅对准方式的光刻机来说，由于其利用一阶衍射光成像，只与具有周期结构标记的相位有关而与强度无关，所以标记做在首层的工艺层上，并且以后各层工艺层对准时都采用首层形成的标记时比较好。此时在工艺上要考虑的就是首层标记的制作，最常用的方式就是控制掺杂剂量，进而控制好对准标记的形貌。

另外对于某些采用光度式对准的光刻机，v型对准标记可以有着较好的对准效果，如图2所示。

该v型对准标记是在（100）晶面上通过koh 碱液的定向腐蚀形成的，入射光线为：a入射到标记的外部；b入射到标记的内部，它形成的信号反差为

v型标记的这个反差要比一般对准标记的反差都要大[3]，有利于对准标记的定位。

4 工艺层对光刻套准的影响

在芯片制造的过程中，要形成各种各样的工艺层（薄膜），包括poly、sio2、si3n4、bpsg、al、光刻胶膜等。不同层次光刻前的硅片对准都会面临抗蚀剂衬底的不同介质，如si，sio2，si3n4，al等，它们各具不同的光学特性，硅片标记的原始信号将会产生很大变化，对准照明光线也将通过抗蚀剂而在衬底表面成像（或反射），进而携带着