CN103824799A

CN103824799A - 对准结构及晶圆

Info

Publication number: CN103824799A
Application number: CN201410078937.0A
Authority: CN
Inventors: 贾璐; 廖剑锋
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN103824799B

Abstract

一种对准结构及晶圆，所述对准结构的正面位于晶圆或者外延层的上表面，所述晶圆或者外延层的上表面为硅单晶中的（001）晶面，所述对准结构的各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和晶向。所述对准结构就能够反映出不同晶向的对准情况，并且当两层对准结构之间的对准情况不好的时候，根据所述对准结构可以对准偏离的原因进行判定。

Description

对准结构及晶圆

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，尤其是涉及一种对准结构及晶圆。

背景技术

在半导体领域中，经常需要用到对准结构，例如在晶圆表面上利用多次外延、光刻和离子注入的方式形成超结结构（Super Junction）的过程中，为了使多次离子注入时，每次注入的位置准确，需要在每层外延层的准确位置上形成掩膜结构，并在掩膜结构的保护下对外延层的相应位置进行离子注入。为保证掩膜结构形成在外延层上的准确位置，需要在外延层上制作对准结构。换言之，只有在外延层上的准确位置形成对准结构，后续形成的掩膜结构位置才会准确，进而才能够保证离子注入的位置正确，从而保证能够形成相应的超结结构。可见，对准标记在超结结构的形成过程中起到重要作用。

通常晶圆是硅晶体，因此，后续在晶圆的上表面上形成的外延层也是硅晶体。请参考图1，图1显示了硅晶体的一个晶胞，硅晶体呈金刚石结构，从图1中可以看出，硅晶体的晶胞呈正方体，正方体中六个面的中心和八个顶点都有一个原子，另有四个原子在正方体的对角线上。

请参考图2，图2显示了具有现有对准结构210的晶圆200，其中，对准结构210形成在晶圆200上表面上的外延层（未示出）中。需要说明的是，图2为示意图，并不代表对准标记和晶圆200的实际大小和比例。从图2中可以看到，晶圆200下方有对位装置220。在超结结构形成过程中，对位装置220正对晶圆缺口（notch，未示出），即对位装置220上的对准端与晶圆缺口的连线经过晶圆200的圆心。

请结合参考图3和图4，图3为图2所示现有对准结构210放大示意图，图4为图3所示结构沿A-A虚线剖切得到的剖面示意图。现有对准结构210包括对准标记211和对准标记212。对准标记211包括形成在外延层中的正方形凹槽，而对准标记212包括形成在外延层中的正方形凹槽环以及被所述正方形凹槽环围成的正方形凸起，从中可以看出，对准标记211具有底面2111、侧面2112和侧面2113，对准标记212具有顶面2121、侧面2122和侧面2123。

在半导体工艺中，晶圆的上表面通常为{100}晶面族中的一个晶面，因此，后续在晶圆上表面上形成的外延层中，其上表面也为{100}晶面族中的一个晶面。

请结合参考图5和图6，假设晶圆200的上表面为(001)晶面（即图5中所示立方体上表面），在半导体工艺中，晶圆缺口的开设情况有两种，在第一种晶圆缺口的开设情况下，晶圆缺口与晶圆圆心的连线平行于[100]晶向（或者[010]晶向），此时如图5所示，对准标记211的底面2111为(001)晶面（未标注），对准标记211的侧面2112为(100)晶面，对准标记211的侧面2113为(010)晶面（未标注）；在第二种晶圆缺口的开设情况下，晶圆缺口与晶圆圆心的连线平行于[011]晶向（或者

晶向），此时如图6所示，对准标记211的底面2111为(001)晶面（未标注），对准标记211的侧面2112为的(110)晶面，对准标记212的侧面2113为晶面（未标注）。由于对准标记211的底面和侧面分别与对准标记211的底面和侧面平行，因此对准标记212的各表面也符合上述分析。

图5和图6分别显示出了上述两种晶圆缺口的开设情况下，对准标记210一些侧面所在的晶面。为方便显示各晶面和晶向，图5和图6省略了晶胞中六个面中心和对角线上的原子，可结合参考图1。

虽然晶圆缺口的开设情况有两种，但是正如图7和图8所示，图7为第一种晶圆缺口的开设情况时，现有对准标记各侧面在（001）晶面上的投影；图8为第二种晶圆缺口的开设情况时，现有对准标记各侧面在（001）晶面上的投影。从图7中可以看到，在第一种晶圆缺口的开设情况时，对准结构210的各侧面在（001）晶面上的投影中，分别平行于[100]晶向和[010]晶向。从图8中可以看到，在第二种晶圆缺口的开设情况时，对准结构210的各侧面在（001）晶面上的投影中，分别平行于[011]晶向和

晶向。

从上面分析可知，现有对准结构只能反映一个晶面中两个晶向对准的情况，无法反映更多晶向对准的情况，并且，当两层对准结构之间对准不好的情况下，无法判定对准的偏离是晶体选择性生长导致还是曝光机台的偏离导致。

为此，需要一种新的对准结构，以便反映不同晶向的对准情况，并且，当两层对准结构之间对准不好的情况下，判定对准偏离的原因。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种对准结构和晶圆，以反映在不同晶向的对准情况，并且，当两层对准结构之间对准不好的情况下，判定对准偏离的原因。

为解决上述问题，本发明提供一种对准结构，所述对准结构的正面位于晶圆或者外延层的上表面，所述晶圆或者外延层的上表面为硅单晶中的（001）晶面，所述对准结构的各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和晶向。

可选的，所述对准结构包括第一对准标记、第二对准标记、第三对准标记和第四对准标记，所述第一对准标记和所述第二对准标记为正反互补标记，并且各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向和[010]晶向，所述第三对准标记和所述第四对准标记为正反互补结构，并且各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[011]晶向和

晶向。

可选的，所述第一对准标记沿其正面中心旋转45°后，经平移与所述第三对准标记重合，所述第二对准标记沿其正面中心旋转45°后，经平移至与所述第四对准标记重合。

可选的，所述第一对准标记、所述第二对准标记、所述第三对准标记和所述第四对准标记在（001）晶面上的投影为正方形或者由正方形组合而成的图形。

可选的，所述对准结构包括第五对准标记和第六对准标记，所述第五对准标记各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向、[010]晶向和[011]晶向，所述第六对准标记各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向、[010]晶向和

晶向。

可选的，所述第五对位标和所述第六对准标记在（001）晶面上的投影为等腰直角三角形或者由等腰直角三角形组成的图形。

可选的，所述对准结构位于用于制作超结结构的第一外延层和第二外延层中。

可选的，所述第一外延层位于晶圆上表面，所述对准结构在所述第一外延层的深度范围包括2μm～3μm，长度范围包括3μm～10μm，宽度范围包括3μm～10μm。

可选的，所述第二外延层位于所述第一外延层上表面，所述对准结构在所述第二外延层的深度范围包括2μm～3μm。

为解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆，包括如上所述的对准结构。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，设置所述对准结构各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和晶向，此时，对应的，所述对准结构就能够反映出不同晶向的对准情况，并且当两层对准结构之间的对准情况不好的时候，如果对准结构中，与[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向平行的晶面不同时出现相同偏差，可知，对准情况不好是由于晶体选择性生长不一致导致，如果与[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向平行的晶面同时出现相同偏差，可知，对准情况不好是由于是曝光机台的偏离导致，因此，根据所述对准结构可以对准偏离的原因进行判定。

附图说明

图1为硅单晶一个晶胞结构示意图；

图2为具有现有对准结构的晶圆与对位装置的示意图；

图3为图2所示现有对准结构放大示意图；

图4为图3所示现有对准结构切面示意图；

图5为第一种晶圆缺口的开设情况时，现有对准结构对应的晶面及晶向；

图6为第二种晶圆缺口的开设情况时，现有对准结构对应的晶面及晶向；

图7为第一种晶圆缺口的开设情况时，现有对准标记各侧面在（001）晶面上的投影示意图；

图8为第二种晶圆缺口的开设情况时，现有对准标记各侧面在（001）晶面上的投影示意图；

图9为本发明实施例一对准结构示意图；

图10为部分图9所示对准结构各侧面在（001）晶面上投影示意图；

图11为图9所示对准结构剖面示意图；

图12为本发明实施例二对准结构剖面示意图；

图13为本发明实施例二对准结构剖面示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，虽然晶圆缺口的开设情况有两种，对准结构210的各侧面在晶圆表面上的投影中，第一种情况为分别平行于[100]晶向和[010]晶向，第二种情况为分别平行于[011]晶向和

晶向，即现有对准结构只能反映一个晶面中两个晶向的对准的情况，无法反映更多晶向的对准情况，并且，当两层对准结构之间的对准情况不好的时候，无法判定对准的偏离是晶体选择性生长导致还是曝光机台的偏离导致。

为此，本发明提供一种对准结构，所述对准结构的各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向，因此，所述对准结构能够反映四个晶向的对准情况，如果所述对准结构中，与[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和晶向平行的晶面不同时出现相同偏差，可知，对准情况不好是由于晶体选择性生长不一致导致，如果与[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

超结结构在高压领域的作用显著，对比传统功率MOS器件，具有超结结构的MOS器件具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、易电压控制、热稳定好、驱动电路简单和易于集成等特点，并克服了双扩散金属氧化物半导体场效应管（DMOS）导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。

本实施例提供一种对准结构，所述对准结构可以运用于超结结构的制作过程。参考背景技术可知，形成超结结构（Super Junction）的过程中，需要进行多次外延、光刻和离子注入，本实施例以进行两次外延、光刻和离子注入为例，在两层外延层上均形成所述对准结构。

请参考图9，本实施例所提供的对准结构如图9所示，所述对准结构包括第一对准标记310、第二对准标记320、第三对准标记330和第四对准标记340。第一对准标记310呈正方形凹槽，第二对准标记320包括正方形凹槽环和被所述正方形凹槽环围成的正方形凸起，并且所述正方形凸起的正方形边长等于所述正方形凹槽的正方形边长，即第一对准标记310和第二对准标记320为正反互补标记。第三对准标记330呈正方形凹槽，第四对准标记340包括正方形凹槽环和被所述正方形凹槽环围成的正方形凸起，同样的，第三对准标记330和第四对准标记340互为正反互补结构。

请继续参考图9，本实施例中，晶圆上表面设定为硅单晶中的（001）晶面，则两层外延层的上表面同样为（001）晶面，而所述对准结构的正面位于外延层的上表面，因此所述对准结构的正面为（001）晶面。

请参考图10，图10显示的是（001）晶面上位于硅单晶立方体顶点处的多个原子。本实施例中，第一对准标记310和第三对准标记330投影在（001）晶面上，从中可以看出，第一对准标记310的侧面311在（001）晶面上的投影平行于[100]晶向，第一对准标记310的侧面312在（001）晶面上的投影平行于[010]晶向，第三对准标记330的侧面331在（001）晶面上的投影平行于[011]晶向，第三对准标记330的侧面332在（001）晶面上的投影平行于

晶向。

请继续参考图10，本实施例中，第二对准标记320和第四对准标记340投影在（001）晶面上，同样的，第二对准标记320的侧面321在（001）晶面上的投影平行于[100]晶向，第二对准标记320的侧面322在（001）晶面上的投影平行于[010]晶向，第四对准标记340的侧面341在（001）晶面上的投影平行于[011]晶向，第四对准标记340的侧面342在（001）晶面上的投影平行于

晶向。

需要说明的是，如果将第二对准标记320和第四对准标记340投影在（001）晶面上，与将所述对准结构中第一对准标记310和第三对准标记330投影在（001）晶面上情况相同，本实施例在此不再赘述。

请继续参考图10，本实施例中，第一对准标记310沿其正面中心旋转45°后，经平移，可以与第三对准标记330重合，即，第一对准标记310与第三对准标记330重合大小和形状相同，只是相互之间旋转的角度不同。第二对准标记320沿其正面中心旋转45°后，经平移，也可以与第四对准标记重合。

请参考图11，图11显示了图9所示第一对准标记310的剖面结构，其中，第一外延层410形成在晶圆（未显示）上表面，第二外延层420形成在第一外延层410上表面。第一外延层410的厚度T1的范围可以为2μm～15μm，如果第一对准标记310位于第一外延层410中，则第一对准标记310的深度D1范围可以为2μm～3μm，长度L1范围可以为3μm～10μm，宽度（未标注）范围可以为3μm～10μm。

本实施例中，第二外延层的厚度T2的范围可以为2μm～6μm，如果第一对准标记位于第二外延层中，则第一对准标记的深度的范围可以为2μm～3μm，而其长度和宽度可根据位于第一外延层中的第一对准标记310中适当缩小一定数值。

请继续参考图11，本实施例中，通过在第一对准标记310中设置一光刻胶块430来测定两层外延层中第一对准标记310是否对准。即光刻胶块430采用与形成对准结构相同或者相应的光刻掩膜，并经过曝光和显影形成。在形成光刻胶块430之后，通过测量光刻胶块430是否位于第一对准标记310的中间位置，判断第一对准标记310位置是否准确。具体的，可采用扫描电镜（SEM）测量光刻胶块430与第一对准标记310左侧面的距离S1和右侧面的距离S2是否相等，如果距离S1和距离S2相等，则可知光刻胶块430位于第一对准标记310中间位置，即第一对准标记310形成位置准确，反之，如果距离S1和距离S2不相等，则光刻胶块430没有位于第一对准标记310中间位置，第一对准标记310形成位置不准确。根据相同的原理，可以采用相同或者类似的方法测定其它对准标记的形成位置是否正确。

本实施例所提供的对准结构中，由于所述对准结构各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向，因此所述对准结构能够反映出不同晶向的对准情况，从而可以知道不同晶向上外延层生长的晶体情况，为准确对准提供保证。

本实施例所提供的对准结构中，当两层对准结构之间的对准情况不好的时候，如果对准结构中，与[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向平行的晶面不同时出现相同偏差，可知，对准情况不好是由于晶体选择性生长不一致造成的，如果与[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向平行的晶面同时出现相同偏差，可知，对准情况不好是由于是曝光机台的偏离造成的，因此，根据所述对准结构可以对准偏离的原因进行判定。

除了在运用在超结结构的制作过程中外，本实施例所提供的对准结构还可以运用在其它半导体结构的制作工艺中。并且，当其中某批次的晶圆均具有同种晶圆缺口开设情况时，本实施例所提供的对准结构可以同时得到另一种晶圆缺口开设情况的晶圆中，所述对准结构在制作过程中的使用情况，即只要知道其中一种晶圆缺口开设情况的晶圆是否适用某种对准标记，就可以知道具有另一种晶圆缺口开设情况的晶圆是否也适用相应的对准标记。因此，采用本实施例所提供的对准结构，可以及时地对对准标记的形状和大小进行重新调整或者设计，当使用具有另一种晶圆缺口开设情况的晶圆时，就不必重新设定新的对准标记，并且不需要新的评估和测试，从而提高了工艺效率，降低了工艺成本。

本发明实施例二提供另外一种对准结构，请参考图12，所述对准结构包括第一对准标记510、第二对准标记520、第三对准标记530和第四对准标记540。

与实施例一不同的是，本实施例中，第一对准标记510呈现交叉型凹槽，其可以看成是由五个正方形凹槽组合而成，而第二对准标记520相应地由现交叉型凹槽环围成一个交叉型凸起，并且第一对准标记510和第二对准标记520为正反互补结构。第一对准标记510与第三对准标记530形状和大小相同，并且第一对准标记510旋转45°后，经平移与第三对准标记530重合。第二对准标记520与第四对准标记540形状和大小相同，并且第二对准标记520旋转45°后，经平移与第四对准标记540重合。

本实施例中，第一对准标记510的部分侧面在（001）晶面上的投影（可结合参考图10）平行于[100]晶向，部分侧面在（001）晶面上的投影平行于[010]晶向，部分侧面在（001）晶面上的投影平行于[011]晶向，部分侧面在（001）晶面上的投影平行于

晶向。

本实施例所提供的对准结构中，各标记呈交叉型，这种交叉型实际上可看成是由五个正方形组合而成的图形，这种交叉型具有更多侧面，在测定两层外延层中对准标记是否对准时，具有更多的参考面，因此得到的数据更加准确。

本发明实施例三提供另外一种对准结构，请参考图13，所述对准结构包括第一对准标记610和第二对准标记620。

与实施例一不同的是，本实施例中，第一对准标记610呈现等腰直角三角形凹槽，而第二对准标记520相应地呈等腰直角三角形凹槽环围成的等腰直角三角形凸起。并且，第一对准标记610中等腰直角三角形的斜边垂直于第二对准标记620中等腰直角三角形的斜边。

本实施例中，第一对准标记610各侧面在（001）晶面上的投影（可结合参考图10）分别平行于硅单晶中的[100]晶向、[010]晶向和[011]晶向，第二对准标记620各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向、[010]晶向和

晶向。

本实施例所提供的对准结构中，只需要两个对准标记，就能够在对准标记形成中反映出[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和

晶向中晶体的选择性生长情况，简化了设计。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，对准标记在（001）晶面上的投影也可以是由等腰直角三角形组成的图形，即由等腰直角三角形组合而成的图形。

本发明实施例还提供一种晶圆，所述晶圆包括上述任一实施例所提供的对准结构。由于具有本发明实施例所提供的对准结构，因此所述晶圆在相应的半导体结构制作过程中，一方面可以节省对对准结构的测量、评估和设计过程，另一方面当出现对准不好的情况时，能够判定原因是晶体选择性生长还是曝光机台的偏离，为迅速解决对准不好的情况提供了前提条件。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种对准结构，其特征在于，所述对准结构的正面位于晶圆或者外延层的上表面，所述晶圆或者外延层的上表面为硅单晶中的（001）晶面，所述对准结构的各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于[100]晶向、[010]晶向、[011]晶向和晶向。

2.如权利要求1所述的对准结构，其特征在于，所述对准结构包括第一对准标记、第二对准标记、第三对准标记和第四对准标记，所述第一对准标记和所述第二对准标记为正反互补标记，并且各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向和[010]晶向，所述第三对准标记和所述第四对准标记为正反互补结构，并且各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[011]晶向和

晶向。

3.如权利要求2所述的对准结构，其特征在于，所述第一对准标记沿其正面中心旋转45°后，经平移与所述第三对准标记重合，所述第二对准标记沿其正面中心旋转45°后，经平移至与所述第四对准标记重合。

4.如权利要求2所述的对准结构，其特征在于，所述第一对准标记、所述第二对准标记、所述第三对准标记和所述第四对准标记在（001）晶面上的投影为正方形或者由正方形组合而成的图形。

5.如权利要求1所述的对准结构，其特征在于，所述对准结构包括第五对准标记和第六对准标记，所述第五对准标记各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向、[010]晶向和[011]晶向，所述第六对准标记各侧面在（001）晶面上的投影分别平行于硅单晶中的[100]晶向、[010]晶向和

晶向。

6.如权利要求5所述的对准结构，其特征在于，所述第五对位标和所述第六对准标记在（001）晶面上的投影为等腰直角三角形或者由等腰直角三角形组成的图形。

7.如权利要求1所述的对准结构，其特征在于，所述对准结构位于用于制作超结结构的第一外延层和第二外延层中。

8.如权利要求7所述的对准结构，其特征在于，所述第一外延层位于晶圆上表面，所述对准结构在所述第一外延层的深度范围包括2μm～3μm，长度范围包括3μm～10μm，宽度范围包括3μm～10μm。

9.如权利要求7所述的对准结构，其特征在于，所述第二外延层位于所述第一外延层上表面，所述对准结构在所述第二外延层的深度范围包括2μm～3μm。

10.一种晶圆，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项权利要求所述的对准结构。