CN112018082B - 套刻对准标记的制备方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种套刻对准标记的制备方法及其结构，套刻对准标记包括：金属标记及当层标记；金属标记作为前层标记，金属标记贯穿薄膜结构且金属标记的底部位于衬底中，衬底包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面，薄膜结构位于衬底第一表面上；当层标记位于衬底第二表面上。本发明通过金属标记作为前层标记，以提高前层标记对红外线的信号强度，以降低套刻对准标记的量测误差，从而提高OVL，提高光刻精准度，提高产品质量；金属标记在形成金属互联结构的同时形成，还可进一步的降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种套刻对准标记的制备方法及其结构。
背景技术
集成电路芯片制造，从结构上看，类似于房屋建造，从衬底开始一层一层地往上垒，层与层之间必须保证一定的精度对准，这样才能保证最后芯片的正常功能，我们把层与层之间的对准指标定义为套准精度(overlay，OVL)。
套准精度和关键尺寸是光刻工艺的基本衡量指标，关键尺寸保证了芯片上所需要的线宽，套准精度保证了不同层之间的各个线条之间的对准程度。简单来讲，OVL就是光刻工艺中，当前层与前层之间的对准精度，如果光刻工艺的套准精度超过误差容忍度，则层间设计电路可能会因为位移产生断路或短路，从而影响产品良率。
随着IC制造业的迅猛发展，光刻成像技术的不断提高，生产工艺变得越来越复杂，芯片的特征尺寸不断的缩小，则产生了对OVL更高的要求。在集成度较高的半导体器件中，为满足设计需求，在光刻工艺中尽可能地减小每一个光刻步骤的误差，降低因误差而造成的器件失效，尤为重要。
目前，对于背面套刻对准标记的量测，通常采用红外线测量法，但在进行背面对准时，套刻对准标记中的前层标记对红外线的信号强度较弱，很容易造成套刻对准标记的量测误差，使得光刻步骤产生误差，造成产品失效。
为了提高套刻对准精度，人们通过改进光刻设备而得到了部分的满足，但光刻设备的改进和更新换代需要很大的资金投入，造成资金的浪费。
因此，提供一种新型的套刻对准标记的制备方法及其结构，以提高在进行背面套刻对准标记的量测时前层标记对红外线的信号强度，降低套刻对准标记的量测误差，提高OVL，提高产品良率，并降低成本，实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种套刻对准标记的制备方法及其结构，用于解决现有技术中在进行背面套刻对准时，套刻对准标记的前层标记对红外线的信号强度较弱，容易造成套刻对准标记的量测误差，层与层之间的OVL较低，光刻步骤易产生误差，造成产品失效的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种套刻对准标记的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面；
形成薄膜结构，所述薄膜结构位于所述衬底第一表面上；
形成凹槽，所述凹槽贯穿所述薄膜结构且所述凹槽的底部位于所述衬底中；
于所述凹槽内填充金属，形成金属标记，所述金属标记作为前层标记；
于所述衬底第二表面上形成当层标记，从而获得包括所述金属标记及当层标记的所述套刻对准标记。
可选地，还包括形成金属互联结构的步骤，且所述金属标记与所述金属连接结构同步形成。
可选地，所述套刻对准标记位于切割道中；所述套刻对准标记的图形包括Box inBox、Bar in Bar及Frame in Frame中的一种或组合。
可选地，于所述凹槽内填充金属，形成所述金属标记的步骤包括：
于所述凹槽内沉积第一金属层，所述第一金属层覆盖所述凹槽的底部及侧壁；
于所述第一金属层上沉积第二金属层，所述第二金属层填满所述凹槽，以形成包括所述第一金属层及第二金属层的所述金属标记。
可选地，所述第一金属层包括钛金属层、钨金属层、钽金属层、钼金属层、铂金属层、氮化钛金属层及钛钨金属层中的一种或组合；所述第二金属层包括钨金属层、铜金属层及铝金属层中的一种或组合。
可选地，所述薄膜结构包括复合叠层。
可选地，在形成所述金属标记之后及形成所述当层标记之前，还包括对所述衬底进行减薄的工艺步骤。
可选地，在形成所述金属标记之后及形成所述当层标记之前，还包括在所述衬底第二表面上形成介质层的步骤。
本发明还提供一种套刻对准标记，所述套刻对准标记包括：
金属标记，所述金属标记作为前层标记，所述金属标记贯穿薄膜结构且所述金属标记的底部位于衬底中；其中，所述衬底包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面，所述薄膜结构位于所述衬底第一表面上；
当层标记，所述当层标记位于所述衬底第二表面上。
可选地，所述套刻对准标记位于切割道中；所述套刻对准标记的图形包括Box inBox、Bar in Bar及Frame in Frame中的一种或组合。
可选地，所述金属标记包括第一金属层及位于所述第一金属层表面的第二金属层；其中，所述第一金属层包括钛金属层、钨金属层、钽金属层、钼金属层、铂金属层、氮化钛金属层及钛钨金属层中的一种或组合；所述第二金属层包括钨金属层、铜金属层及铝金属层中的一种或组合。
可选地，所述薄膜结构包括复合叠层；所述当层标记与所述衬底第二表面之间还包括介质层。
如上所述，本发明的套刻对准标记的制备方法及其结构，通过金属标记作为前层标记，以提高前层标记对红外线的信号强度，以降低套刻对准标记的量测误差，从而提高OVL，提高光刻精准度，提高产品质量；金属标记在形成金属互联结构的同时形成，还可进一步的降低成本。
附图说明
图1显示为本发明中制备套刻对准标记的工艺流程示意图。
图2～图8显示为本发明中制备套刻对准标记各步骤所呈现的结构示意图；其中，图8还显示为本发明中套刻对准标记的结构示意图。
图9显示为本发明中采用红外线量测套刻对准标记的结构示意图。
图10显示为本发明中采用红外线量测获得的套刻对准标记的图像结构示意图。
元件标号说明
100 衬底
200 薄膜结构
201 氧化硅薄膜层
202 介电层
300 凹槽
400 金属标记
401 第一金属层
402 第二金属层
500 光刻胶层
600 光刻胶标记
700 红外线
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图8，本发明提供一种制备套刻对准标记的方法，可包括以下步骤：
提供衬底100，所述衬底100包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面；
形成薄膜结构200，所述薄膜结构200位于所述衬底第一表面上；
形成凹槽300，所述凹槽300贯穿所述薄膜结构200且所述凹槽300的底部位于所述衬底100中；
于所述凹槽300内填充金属，形成金属标记400，所述金属标记400作为前层标记；
于所述衬底第二表面上形成当层标记，从而获得包括所述金属标记400及当层标记的所述套刻对准标记。
本发明通过所述金属标记400作为前层标记，在采用红外线进行背面套刻对准时，可提高前层标记对红外线的信号强度，以降低所述套刻对准标记的量测误差，提高套准精度(overlay，OVL)，从而提高光刻精准度，提高产品质量。
如图2，首先提供衬底100，在所述衬底第一表面上形成所述薄膜结构200。
具体的，所述衬底100可采用硅衬底，但并非局限于此。所述薄膜结构200可包括复合叠层结构，也可根据需要选择单层结构。本实施例中，所述薄膜结构200采用包括氧化硅薄膜层201及介电层202的复合叠层，但并不局限于此。形成所述薄膜结构200的方法可采用PVD及CVD中的一种或组合。本实施例中，所述薄膜结构200采用CVD在所述衬底第一表面上依次沉积所述氧化硅薄膜层201及介电层202以形成所述复合叠层，所述介电层202采用氮化硅层，所述薄膜结构200的结构及制备方法可根据需要进行选择，并不局限于此。
如图3，形成所述凹槽300，所述凹槽300贯穿所述薄膜结构200且所述凹槽300的底部位于所述衬底100中。
作为该实施例的进一步实施例，还包括形成金属互联结构(未图示)的步骤，且所述金属标记400优选与所述金属连接结构同步形成，以简化工艺，降低工艺成本。
具体的，优选所述套刻对准标记与所述金属互联结构采用相同的材料及工艺制备，以简化工艺，降低工艺成本。即所述凹槽300可与形成所述金属互联结构的沟槽同步进行，且优选所述凹槽300位于切割道中，以避免所述套刻对准标记占用晶圆的有效区域，从而可提高晶圆的利用率。形成所述凹槽300的步骤可包括：在所述介电层202的表面沉积掩膜层，并图形化所述掩膜层，形成具有所述凹槽300的窗口，而后对所述薄膜结构200及所述衬底100进行刻蚀，以形成所述凹槽300，所述凹槽300的形貌可包括方型、框型或棒状，其深度及宽度此处不作限制，优选与所述金属连接结构的沟槽相同。本实施例中，所述凹槽300采用具有长方形形貌的框型结构，但所述凹槽300的形貌并不局限于此。
如图4～图5，于所述凹槽300内填充金属，形成所述金属标记400，所述金属标记400作为前层标记。其中，形成所述金属标记400的步骤可包括：
于所述凹槽300内沉积第一金属层401，所述第一金属层401覆盖所述凹槽300的底部及侧壁；
于所述第一金属层401表面沉积第二金属层402，所述第二金属层402填满所述凹槽300，以形成包括所述第一金属层401及第二金属层402的所述金属标记400。
具体的，所述第一金属层401可作为金属阻挡层，其可避免所述第二金属层402的扩散，且其与所述第二金属层402及所述衬底100均具有良好的附着作用，因此可增强结构的稳定性。所述第一金属层401可包括钛金属层、钨金属层、钽金属层、钼金属层、铂金属层、氮化钛金属层及钛钨金属层中的一种或组合；所述第二金属层402可包括钨金属层、铜金属层及铝金属层中的一种或组合。在形成所述第一金属层401及第二金属层402之后，还包括采用刻蚀法或研磨法移除位于所述介电层202上表面的所述第二金属层402及所述第一金属层401的步骤。本实施例中，所述第一金属层401采用钛金属层，所述第二金属层402采用钨金属层，且为简化工艺步骤，将所述金属标记400与所述金属互联结构同步形成，因此所述金属标记400采用包括所述第一金属层401及所述第二金属层402的结构，且优选所述第一金属层401覆盖所述凹槽300的底部及侧壁。在另一是实例中，所述第一金属层401也可仅覆盖所述凹槽300的底部，或所述金属标记400也可仅包括所述第一金属层401或所述第二金属层402，此处不作过分限制。
作为该实施例的进一步实施例，在形成所述金属标记400之后，还可包括对所述衬底100进行减薄的工艺步骤。
具体的，如图6，根据工艺需要，可在形成所述金属标记400之后，自所述衬底第二面减薄所述衬底100，以便于在所述衬底第二面上制备功能器件等，当然也可不进行所述减薄工艺，此处不作限制。其中，减薄工艺可包括物理研磨或化学机械平坦化，具体种类可根据需要进行选择，此处不作限制。
接着，如图7～图8，于所述衬底第二表面上形成所述当层标记，从而获得包括所述金属标记400及当层标记的所述套刻对准标记。
具体的，为简化工艺步骤，降低成本等，所述当层标记优选采用光刻胶标记600，但所述当层标记的种类并非局限于此，可根据需要进行选择。形成所述光刻胶标记600的步骤可包括：于所述衬底第二表面上形成光刻胶层500，并图形化所述光刻胶层500，以形成所述光刻胶标记600，以所述光刻胶标记600作为所述当层标记，从而获得包括所述金属标记400及光刻胶标记600的所述套刻对准标记。所述光刻胶标记600的形貌优选与所述金属标记400相同，且所述光刻胶标记600的横截面积小于所述金属标记400，以形成具有嵌套结构的所述套刻对准标记。其中，所述套刻对准标记的图形优选包括Box in Box、Bar in Bar及Frame inFrame中的一种或组合。所述套刻对准标记优选位于切割道中，以避免所述套刻对准标记占用晶圆的有效区域，以提高晶圆的利用率。
作为该实施例的进一步实施例，在形成所述金属标记400之后及形成所述当层标记之前，还可包括在所述衬底第二表面上形成介质层(未图示)的步骤。
具体的，所述介质层可包括复合叠层，所述介质层的具体种类可根据制程需要进行选择，如所述介质层可包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层等，此处不作限制。
如图8，本发明还提供一种套刻对准标记，所述套刻对准标记可采用上述制备方法制备，但并不局限于此，其中，所述套刻对准标记可用于IGBT的制备工艺中，但并不局限于此。
具体的，所述套刻对准标记包括作为前层标记的所述金属标记400及作为当层标记的所述光刻胶标记600。所述金属标记400贯穿所述薄膜结构200且所述金属标记400的底部位于所述衬底100中；其中，所述衬底100包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面，所述薄膜结构200位于所述衬底第一表面上，且所述薄膜结构200包括所述氧化硅薄膜层201及介电层202；所述光刻胶标记600位于所述衬底第二表面上。
作为该实施例的进一步实施例，所述套刻对准标记优选位于切割道中；所述套刻对准标记的图形可包括Box in Box、Bar in Bar及Frame in Frame中的一种或组合。
作为该实施例的进一步实施例，所述金属标记400可包括所述第一金属层401及位于所述第一金属层401表面的所述第二金属层402；其中，所述第一金属层401可包括钛金属层、钨金属层、钽金属层、钼金属层、铂金属层、氮化钛金属层及钛钨金属层中的一种或组合；所述第二金属层402可包括钨金属层、铜金属层及铝金属层中的一种或组合。
作为该实施例的进一步实施例，所述薄膜结构200可包括复合叠层；所述光刻胶标记600与所述衬底第二表面之间还可包括所述介质层(未图示)。
如图9，在采用红外线量测对所述套刻对准标记进行量测时，红外线700(IR)穿透所述衬底100，获得所述套刻对准标记的图像，如图10，根据所述套刻对准标记的图像即可判断所述套准精度OVL，以便于判断光刻工艺中的对准精度，提高产品质量。
经发明人研究，当采用所述金属标记400作为前层标记时，可获得较好的IR信号强度。如在采用KLA Archer 500设备进行IR穿透量测时，采用所述金属标记400作为前层标记及采用氧化硅标记作为前层标记时，所述金属标记400对IR的信号强度得分(92.6)明显大于氧化硅标记对IR的信号强度得分(82.13)。因此，当采用所述金属标记400作为前层标记时，可以提高前层标记对IR的信号强度，以降低所述套刻对准标记的量测误差，从而提高OVL，以提高光刻精准度，提高产品质量。
综上所述，本发明的套刻对准标记的制备方法及其结构，通过金属标记作为前层标记，以提高前层标记对红外线的信号强度，以降低套刻对准标记的量测误差，从而提高OVL，提高光刻精准度，提高产品质量；金属标记在形成金属互联结构的同时形成，还可进一步的降低成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种套刻对准标记的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面；
形成薄膜结构，所述薄膜结构位于所述衬底第一表面上；
形成凹槽，所述凹槽贯穿所述薄膜结构且所述凹槽的底部位于所述衬底中；
于所述凹槽内填充金属，形成金属标记，所述金属标记作为前层标记；
于所述衬底第二表面上形成当层标记，从而获得包括所述金属标记及当层标记的所述套刻对准标记。
2.根据权利要求1所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于：还包括形成金属互联结构的步骤，且所述金属标记与所述金属连接结构同步形成。
3.根据权利要求1所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于：所述套刻对准标记位于切割道中；所述套刻对准标记的图形包括Box in Box、Bar in Bar及Frame in Frame中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于，于所述凹槽内填充金属，形成所述金属标记的步骤包括：
于所述凹槽内沉积第一金属层，所述第一金属层覆盖所述凹槽的底部及侧壁；
于所述第一金属层上沉积第二金属层，所述第二金属层填满所述凹槽，以形成包括所述第一金属层及第二金属层的所述金属标记。
5.根据权利要求4所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于：所述第一金属层包括钛金属层、钨金属层、钽金属层、钼金属层、铂金属层、氮化钛金属层及钛钨金属层中的一种或组合；所述第二金属层包括钨金属层、铜金属层及铝金属层中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于：所述薄膜结构包括复合叠层。
7.根据权利要求1所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于：在形成所述金属标记之后及形成所述当层标记之前，还包括对所述衬底进行减薄的工艺步骤。
8.根据权利要求1所述的套刻对准标记的制备方法，其特征在于：在形成所述金属标记之后及形成所述当层标记之前，还包括在所述衬底第二表面上形成介质层的步骤。
9.一种套刻对准标记，其特征在于，所述套刻对准标记位于切割道中，且所述套刻对准标记包括：
金属标记，所述金属标记作为前层标记，所述金属标记贯穿薄膜结构且所述金属标记的底部位于衬底中；其中，所述衬底包括衬底第一表面及对应设置的衬底第二表面，所述薄膜结构位于所述衬底第一表面上；
当层标记，所述当层标记位于所述衬底第二表面上。
10.根据权利要求9所述的套刻对准标记，其特征在于：所述套刻对准标记的图形包括Box inBox、Bar in Bar及Frame in Frame中的一种或组合。
11.根据权利要求9所述的套刻对准标记，其特征在于：所述金属标记包括第一金属层及位于所述第一金属层表面的第二金属层；其中，所述第一金属层包括钛金属层、钨金属层、钽金属层、钼金属层、铂金属层、氮化钛金属层及钛钨金属层中的一种或组合；所述第二金属层包括钨金属层、铜金属层及铝金属层中的一种或组合。
12.根据权利要求9所述的套刻对准标记，其特征在于：所述薄膜结构包括复合叠层；所述当层标记与所述衬底第二表面之间还包括介质层。
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