ic制造工艺与光刻对准特性关系的研究

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1、IC制造工艺与光刻对准特性关系的研究马万里，赵建明，吴纬国(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)06-0014-041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

2、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。2IC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

3、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

4、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

5、、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

6、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），进而携带着硅片

7、标记的位置信息经信号提取光路和处理系统进行对准。若不同层次的标记信号差异太大，势必造成某些光刻层次的对准操作困难，对准精度下降。从工艺角度在不同工艺层下改善对准精度的方式有多种，在不同工艺线和不同光刻设备的条件下，采用的改善方法也各不相同。下面是几种改进方法。4.1改变成膜条件有效的对准信号是在对准标记处产生的散射和漫反射信号，如果对准标记所在工艺层或者覆盖在对准标记上的工艺层或对准标记下的工艺层过于粗糙，就会造成对准标记周围区域都会产生与正确对准信号相似的干扰信号，影响到光刻对准。如图3所示，台阶上覆盖的铝膜表面较为粗糙，如果该台阶处

8、为一个对准标记的台阶，那么台阶处就会因表面不规则的铝颗粒，使得对准光线产生较大的干扰信号。改变成膜条件，减小薄膜表面的微粒尺寸，可以减小非对准标记区域产生的干扰信号，这对于某些采用暗场对准方式的光刻机来说是