CN112881960A - 一种晶圆级计量标准器及其制备方法 - Google Patents

一种晶圆级计量标准器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶圆级计量标准器及其制备方法，属于微纳米二维栅格计量标准器领域。一种晶圆级计量标准器，包括晶圆，晶圆上设有多晶硅薄膜；多晶硅薄膜上设有图形区域，图形区域外围设有一级引导标记；图形区域包括二维栅格标准图形区域和位于其外围的二级引导标记；二维栅格标准图形区域内设有一个或多个标准图形。本发明的晶圆级计量标准器，在使用时具有一级和二级引导标记，能够快速寻找到相应的标准结构，使用方便快捷，能够进行集成电路产线测量设备的在线校准。

Description

一种晶圆级计量标准器及其制备方法
技术领域
本发明属于微纳米二维栅格计量标准器领域，尤其是一种晶圆级计量标准器及其制备方法。
背景技术
关键尺寸(critical Dimension，CD)，是指硅片上的最小特征尺寸。关键尺寸是集成电路光掩膜制造、光刻工艺等为评估及控制工艺图形处理精度所设计的反映集成电路特征尺寸的专用图形，同时也是衡量集成电路制造和设计水平的重要尺度，其测量结果的准确性会直接影响电路产品各项性能参数。在半导体集成电路研制过程中需要使用扫描电子显微镜和原子力显微镜等仪器对关键尺寸进行测量，为保证测量结果的准确性，通常需要借助纳米几何特征参量计量标准器(线宽、一维栅格、二维栅格、台阶、膜厚等)对测量仪器进行校准。
现有二维栅格计量标准器主要利用相移掩膜光刻、极端远紫外光刻和电子束光刻等方法制备，但所得标准样片不能直接用于晶圆级半导体生产线高精密测量仪器的在线校准，致使集成电路中的纳米计量与产业脱节。
发明内容
本发明的目的在于克服现有二维栅格计量标准器不能直接用于晶圆级半导体生产线高精密测量仪器的在线校准的缺点，提供一种晶圆级计量标准器及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种晶圆级计量标准器，包括晶圆，晶圆上设有多晶硅薄膜；
多晶硅薄膜上设有图形区域，图形区域外围设有一级引导标记；
图形区域包括二维栅格标准图形区域和位于其外围的二级引导标记；
二维栅格标准图形区域内设有一个或多个标准图形。
进一步的，图形区域为一个或多个。
进一步的，一级引导标记为线条状或方块状。
进一步的，所述标准图形包括网格型二维栅格结构标准图形、横纵二维栅格结构标准图形和梳型二维栅格结构标准图形。
进一步的，所述梳型二维栅格的横向、纵向分别由尺寸相等的线条及栅格组成。
一种晶圆级计量标准器的制备方法，包括：
在裸硅晶圆表面制备多晶硅薄膜；
利用i线光刻工艺及刻蚀工艺在所述多晶硅薄膜上刻蚀一级引导标记；
在刻蚀有一级引导标记的晶圆表面使用掩膜版通过DUV光刻工艺将二级引导标记和标准图形显露出；
光刻完成后采用反应离子刻蚀法进行刻蚀二级引导标记(5)和标准图形。
进一步的，采用低压化学气相淀积制备多晶硅薄膜。
进一步的，刻蚀一级引导标记的具体操作为：
在多晶硅薄膜进行光刻工艺，即依次进行涂胶、曝光和显影，将一级引导标记显露出；
光刻完成后采用反应离子刻蚀法进行刻蚀一级引导标记。
进一步的，一级引导标记的光刻过程采用AZ4620光刻胶，光刻胶的厚度为20um；
涂胶完成后调节光刻机挡板位置形成十字形，进行一次曝光；
之后将晶圆旋转45°，进行二次曝光。
进一步的，二级引导标记和标准图形的光刻过程采用AZ4620正性光刻胶，光刻胶的厚度为20um。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的晶圆级计量标准器，通过一级引导标记可以快速寻找到图形区域，通过一级引导标记快速寻找到图形区域后，可进一步通过二级引导标记快速寻找到二维栅格标准图形区域，二维栅格标准图形区域中设有若干个二维栅格标准结构，能够进行集成电路产线测量设备的在线校准。本发明的晶圆级计量标准器，在使用时具有一级和二级引导标记，能够快速寻找到相应的标准结构，使用方便快捷。
本发明的晶圆级计量标准器的制备方法，使用i线光刻技术与DUV光刻技术相结合的方式，一级引导标记使用i线光刻技术，并使用光刻机挡板直接进行遮挡曝光；二级引导标记及栅格结构使用光刻掩膜版，通过DUV光刻技术实现；在有效降低制备成本的同时，能够实现各种尺寸计量标准器特征结构的准确制备。本发明的制备方法，能够保证各引导标记、二维栅格结构具有很好的形貌及较高的精度。
附图说明
图1为具有引导标记的晶圆级二维栅格计量标准器；
图2为图形区域的具体结构；
图3为二维栅格标准图形区域；
图4～图6为三种不同的二维栅格结构；
图中，1-晶圆载片；2图形区域；3-一级引导标记；4-二维栅格标准图形区域；5-二级引导标记。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为具有引导标记的晶圆级二维栅格计量标准器的结构示意图，包括晶圆载片1，晶圆载片1的中心设有1个图形区域2，图形区域2到晶圆载片1的边缘设有线条状的一级引导标记3；其中，晶圆载片1的尺寸可为6寸/8寸/12寸等；图形区域2可为多个，图形区域2的位置及大小可根据需要进行调整；一级引导标记3可为线条状、方块状等，引导标记3的位置、数量及尺寸可根据需要进行调整。
参见图2，图2为图形区域的具体结构示意图；图形区域2的中心为二维栅格标准图形区域4，二维栅格标准图形区域4外围设有二级引导标记5，二级引导标记5由若干三角标记组成，三角标记顶端指向二维栅格标准图形区域4；二维栅格标准图形区域4的大小可根据需要进行调整；二级引导标记5的位置、数量及大小可根据需要进行调整。
参见图3，图3为二维栅格标准图形区域，二维栅格标准图形区域内为各种尺寸及结构的标准图形，可根据需要放置一个或多个尺寸及结构的标准图形。
参见图4～6，图4为网格型二维栅格结构标准图形，二维栅格尺寸及数量可根据需要进行调整；图5为X、Y(横纵)二维栅格结构标准图形，X向、Y向栅格尺寸及数量可根据需要进行调整；图6为梳型二维栅格结构标准图形，梳型二维栅格结构的横向、纵向分别由尺寸相等的线条及栅格组成，线条尺寸及栅格尺寸、数量可根据需要进行调整。
实施例
一种具有微纳米尺寸二维栅格结构及引导标记的晶圆级计量标准器的制备方法，包括以下步骤：
(1)晶圆清洗
对裸硅晶圆进行清洗，晶圆尺寸为6寸，晶圆材质为<si100>。清洗方法使用RCA清洗技术中的B-clean清洗方式，使用SC-1清洗液进行晶圆片的清洗。SC-1清洗液由NH4OH、H2O2和H2O组成，NH4OH：H2O2：H2O＝0.05:1:1。
(2)薄膜制备
在清洗后的裸硅晶圆表面制备一层薄膜，薄膜材质为多晶硅，制备方法采用化学气相淀积CVD中的低压化学气相淀积LPCVD。使用低压化学气相淀积LPCVD制备多晶硅时，在600-650℃温度下，由硅烷热分解而制成，总体化学反应(overall reaction)方程是：SiH4→Si(多晶)+2H2；薄膜厚度为150nm。
(3)制备一级引导标记
图1中一级引导标记3使用i线光刻工艺及刻蚀工艺实现。在制备有薄膜的晶圆表面首先进行光刻工艺，即依次涂胶、曝光和显影，将一级引导标记3显露出。其中，光刻过程采用AZ4620光刻胶，光刻胶的厚度为20um。涂胶完成后调节光刻机挡板位置形成十字形，进行一次曝光，旋转裸硅晶圆45°后，再进行二次曝光。光刻完成后再采用干法刻蚀中的反应离子刻蚀(RIE)法进行刻蚀。反应离子刻蚀(RIE)是物理+化学的过程，即将物理方法和化学方法结合，产生的方法称为反应粒子刻蚀，通过活性粒子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。
(4)制备二级引导标记及标准图形
在制备二级引导标记及标准图形之前，首先按照图2所示设计光刻掩膜版，设计时图形区域大小为5mm×5mm，二级引导标记5的位置如图2所示分布在二维栅格标准图形区域周围、数量58个，二维栅格标准图形区域4大小为0.3mm×0.35mm，二维栅格标准图形区域4内图形如图3所示，包括图4～6中二维栅格结构各1种，二维栅格尺寸为0.5um、1um、2um三种。在制备有一级引导标记的晶圆表面首先使用掩膜版通过DUV光刻工艺(即依次涂胶、曝光和显影)，将二级引导标记5和标准图形显露出。其中光刻过程可采用AZ4620正性光刻胶，光刻胶的厚度为20um。光刻完成后再采用干法刻蚀中的反应离子刻蚀(RIE)法进行刻蚀。反应离子刻蚀(RIE)是物理+化学的过程，即将物理方法和化学方法结合，产生的方法称为反应粒子刻蚀，通过活性粒子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆级计量标准器，其特征在于，包括晶圆，晶圆上设有多晶硅薄膜；
多晶硅薄膜上设有图形区域(2)，图形区域(2)外围设有一级引导标记(3)；
图形区域(2)包括二维栅格标准图形区域(4)和位于其外围的二级引导标记(5)；
二维栅格标准图形区域(4)内设有一个或多个标准图形。
2.根据权利要求1所述的晶圆级计量标准器，其特征在于，图形区域(2)为一个或多个。
3.根据权利要求1所述的晶圆级计量标准器，其特征在于，一级引导标记(3)为线条状或方块状。
4.根据权利要求1所述的晶圆级计量标准器，其特征在于，所述标准图形包括网格型二维栅格结构标准图形、横纵二维栅格结构标准图形和梳型二维栅格结构标准图形。
5.根据权利要求4所述的晶圆级计量标准器，其特征在于，所述梳型二维栅格的横向、纵向分别由尺寸相等的线条及栅格组成。
6.一种晶圆级计量标准器的制备方法，其特征在于，包括：
在裸硅晶圆表面制备多晶硅薄膜；
利用i线光刻工艺及刻蚀工艺在所述多晶硅薄膜上刻蚀一级引导标记(3)；
在刻蚀有一级引导标记(3)的晶圆表面使用掩膜版通过DUV光刻工艺将二级引导标记(5)和标准图形显露出；
光刻完成后采用反应离子刻蚀法进行刻蚀二级引导标记(5)和标准图形。
7.根据权利要求6所述的晶圆级计量标准器的制备方法，其特征在于，采用低压化学气相淀积制备多晶硅薄膜。
8.根据权利要求6所述的晶圆级计量标准器的制备方法，其特征在于，刻蚀一级引导标记(3)的具体操作为：
在多晶硅薄膜进行光刻工艺，即依次进行涂胶、曝光和显影，将一级引导标记(3)显露出；
光刻完成后采用反应离子刻蚀法进行刻蚀一级引导标记(3)。
9.根据权利要求8所述的晶圆级计量标准器的制备方法，其特征在于，一级引导标记(3)的光刻过程采用AZ4620光刻胶，光刻胶的厚度为20um；
涂胶完成后调节光刻机挡板位置形成十字形，进行一次曝光；
之后将晶圆旋转45°，进行二次曝光。
10.根据权利要求6所述的晶圆级计量标准器的制备方法，其特征在于，二级引导标记(5)和标准图形的光刻过程采用AZ4620正性光刻胶，光刻胶的厚度为20um。
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