CN112394623B - 光刻工艺的对准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光刻工艺的对准方法，包括：提供一基底，所述基底包括衬底以及在衬底上形成的第一功能图形、对位标记和填充介质，所述第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面均在第一平面内；在所述对位标记的外侧形成凹槽，所述凹槽的开口在所述第一平面上；在所述第一平面上形成第二功能层，所述第二功能层在所述凹槽上形成随形拓扑结构；依据所述随形拓扑结构侦测所述对位标记，完成对所述第二功能层的光刻和刻蚀。本发明通过在对位标记周围形成凹凸结构，并在第二功能层上形成随形拓扑结构，能够通过随形拓扑结构识别不透明薄膜下的对位标记位置，实现精准的光刻对位。

Description

光刻工艺的对准方法
技术领域
本发明涉及光刻工艺技术领域，尤其涉及一种光刻工艺的对准方法。
背景技术
在采用光刻工艺生产存储器件时，第二功能层图形与第一功能图形之间需要保持精确的对位，才能确保器件正常的工作。为实现上述精确对位的目标，在第一功能图形掩膜版上放置对位标记，通过第一功能图形光刻和刻蚀把相应对位标记留在硅片上，在后续的第二功能层光刻工艺过程中通过侦测第一功能图形的对位标记的位置完成上下层图形的对准。在该工艺过程中，由于第一功能图形的对位标记图形已经通过化学机械抛光工艺进行平坦化，非透明的第二功能层金属薄膜沉积后，第二功能层光刻曝光工艺时光刻机无法侦测到BE的对位标记光学信号，最终导致无法完成第二功能层光刻工艺。
为解决上述问题，通常在沉积磁隧道薄膜之前，增加一张过渡掩膜，把对位标记和套刻标记制作到氧化物介质中，第二功能层薄膜沉积之后，上述标记处仍然保持表面凹凸结构，因此可以为第二功能层光刻时提供对准信号和套刻信号。但上述方法存在两个明显的缺陷：一是第二功能层与第一功能图形的对位无法直接监测，只能通过第二功能层，过渡掩膜和第一功能图形之间的相对位置来间接完成，增加了套刻性能的不稳定性和在线控制的复杂性；二是因为过渡掩膜起到第二功能层和第一功能图形之间的桥梁作用，要求过渡掩膜需要具备较高的掩膜等级和工艺要求，普通的I线光刻机无法满足工艺要求。
发明内容
本发明提供的光刻工艺的对准方法，能够精确的实现光刻工艺中的对准。
第一方面，本发明提供一种光刻工艺的对准方法，包括：
提供第一功能图形、对位标记以及用于填充第一功能图形和对位标记之间间隙的填充介质，所述第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面均在第一平面内；
在所述填充介质上形成凹槽，所述凹槽用于暴露所述对位标记的侧壁；
在所述第一平面上形成第二功能层，所述第二功能层在所述凹槽上形成随形拓扑结构；
依据所述随形拓扑结构侦测所述对位标记，完成对所述第二功能层的光刻和刻蚀。
可选地，在第一平面上形成光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光显影，以形成标记区域；所述标记区域完全覆盖所述对位标记；
将所述标记区域除对位标记外的部分刻蚀，以在所述填充介质上形成围绕所述标记区域的凹槽。
可选地，刻蚀时，利用对位标记和填充介质的刻蚀选择比进行自对准刻蚀。
可选地，所述凹槽的深度大于所述第二功能图形的厚度。
可选地，形成第二功能层的材料为不透明材料。
可选地，所述对位标记包括光刻机对准标记和套刻标记。
可选地，所述第二功能层光刻过程中，利用所述第二功能层对应所述凹槽处的随形拓扑结构的反射光源侦测对位标记。
可选地，所述第一功能图形和对位标记通过刻蚀或剥离工艺形成在衬底上。
可选地，所述凹槽的边缘与所述对位标记的边缘之间的距离不小于0.5微米。
本发明光刻工艺的对准方法中，在对位标记的周围形成凹槽，在第二功能层形成时，会在凹槽上形成随形的拓扑结构，这样，通过侦测该随形拓扑结构即可确定对位标记的位置，从而第二功能层与第一功能图形之间可以实现直接对准和套刻监控，大大降低了工艺控制的复杂程度，提高了套刻精度和稳定性；另外，本发明中在凹槽的形成过程中，工艺要求低，可以在I线机台上实现，极大降低了工艺成本。
附图说明
图1为本发明一实施例光刻工艺对准方法中覆盖标记掩膜的示意图；
图2为本发明一实施例光刻工艺对准方法对填充介质刻蚀形成沟槽后的示意图；
图3为本发明一实施例光刻工艺对准方法形成第二功能层后的示意图；
图4为本发明一实施例光刻工艺对准方法覆盖第二掩膜的示意图；
图5为本发明一实施例光刻工艺对准方法对第二功能层刻蚀完成的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供一种光刻工艺的对准方法，如图1-5所示，包括：
S1，提供第一功能图形2、对位标记1以及用于填充第一功能图形和对位标记之间间隙的填充介质3，所述第一功能图形2、对位标记1和填充介质3的上表面均在第一平面内；
在上述步骤S1中，进一步包括如下步骤：
S11：提供一衬底，在衬底上形成第一功能层；
在本实施例中，第一功能层为底电极层；
S12：在第一功能层上涂光刻胶；
S13：采用具有与对位标记1和第一功能图形2对应图形的第一掩膜对光刻胶进行曝光和显影，在光刻胶上形成与对位标记1和第一功能图形2对应的图形；
本实施例中，曝光方式可以选用接触式曝光、接近式曝光或者投影式曝光。
本实施例中，第一功能图形2即为底电极图形。
可选地，本实施例中的对位标记包括光刻标记和套刻标记。
S14：对第一功能层进行刻蚀并去除光刻胶，此时第一功能层仅剩余第一功能图形2和对位标记1；
在本实施例中，第一功能图形2为底电极图形；
S15：将填充介质3填充在第一功能图形2和对位标记1之外的区域，并对第一功能图形2、对位标记1和填充介质3进行平坦化，使第一功能图形2、对位标记1和填充介质3的上表面在第一平面内，形成基底。
在本实施例中，填充介质3可以选用氧化硅、氮化硅或氧化铝。上述三种填充介质3可以选用其中一种，也可以选用多种的混合物，或者，还可以在不同区域采用不同填充介质3进行填充。
S2，在所述填充介质3上形成凹槽31，所述凹槽31用于暴露所述对位标记1的侧壁；
上述S2步骤进一步包括如下步骤：
S21：在所述第一表面涂光刻胶；
S22：采用一标记掩膜4覆盖光刻胶，对光刻胶进行曝光和显影，以形成标记区域；所述标记区域完全覆盖所述对位标记；
在本步骤中，将光刻胶进行曝光显影处理，使光刻胶对应对位标记1处出现一标记区域。
作为本实施例的可选实施方式，所述对位标记1包括光刻标记和套刻标记。
S23：对标记区域的填充介质3进行刻蚀，使标记区域围绕对位标记1形成凹槽31；
对标记区域填充介质3进行刻蚀时，可以采用干法刻蚀，也可以采用湿法刻蚀。
作为本实施例的可选实施方式，刻蚀时，利用对位标记1和填充介质3的刻蚀选择比进行自对准刻蚀。
作为本实施例的可选实施方式，凹槽的边缘与对位标记的边缘之间的距离不小于0.5微米。
作为本实施例的可选实施方式，控制所述凹槽31的刻蚀深度大于所述第二功能层5的厚度。该实施方式下，当完成第二功能层5的层叠时，第二功能层5能在凹槽31处形成良好的随形拓扑结构，有利于对对位标记1的识别。
S24：在完成刻蚀后，将剩余的光刻胶进行剥离和去除。
S3，在所述第一平面上形成第二功能层5，所述第二功能层5在所述凹槽31上形成随形拓扑结构51；
在本步骤中，在第一平面上堆叠第二功能层5，由于填充介质3上有开口在第一平面的凹槽31，第二功能层5在堆叠后会形成随形拓扑结构51，即也会形成凹槽。
作为本实施例的可选实施方式，形成第二功能层5的材料为不透明材料。例如，在本实施例中采用第二功能层5为磁隧道结层。
S4，依据所述随形拓扑结构51侦测所述对位标记1，完成对所述第二功能层5的刻蚀；
上述S4步骤进一步包括如下步骤：
S41：在第二功能层5上涂光刻胶，
S42：通过侦测随形拓扑结构51，即侦测第二功能层5的凹槽，将具有第二功能层5图形的第二掩膜6进行对准；
作为可选实施方式，利用所述第二功能层5对应所述凹槽31处的随形拓扑结构51的反射光源侦测对位标记1。
S43：对第二功能层5上的光刻胶进行曝光和显影，使光刻胶上出现第二功能层5的图形。
本步骤中的对光刻胶的曝光同样可以根据需要选择接触曝光、接近曝光或投影曝光。
S44：依据光刻胶上的图形对第二功能层5进行刻蚀，刻蚀完成后第二功能层5仅剩余第二功能图形52部分。
在本步骤中，刻蚀过程中可以选择干法刻蚀，也可以选择湿法刻蚀。
本实施例提供的光刻工艺的对准方法中，在对位标记1的周围形成凹槽31，在第二功能层5形成时，会在凹槽31上形成随形的拓扑结构，这样，通过侦测该随形拓扑结构51即可确定对位标记1的位置，从而第二功能层5与第一功能图形2之间可以实现直接对准和套刻监控，大大降低了工艺控制的复杂程度，提高了套刻精度和稳定性；另外，本实施例中在凹槽31的形成过程中，工艺要求低，可以在I线机台上实现，极大降低了工艺成本。
实施例2
本实施例提供一种光刻工艺的对准方法，以磁性随机存储器的顶电极进行光刻的过程为例进行说明，包括：
S1，提供一基底，所述基底包括衬底以及在衬底上形成的第一功能图形、对位标记和填充介质，所述第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面均在第一平面内；
上述S1步骤进一步包括如下步骤：
S11：提供一衬底，在衬底上形成第一功能层；
在本实施例中，衬底为包括了底电极图形以及用于承托底电极的承托器件。而本实施例的第一功能层即为磁隧道结层。
S12：在第一功能层上涂光刻胶；
S13：采用具有对位标记和第一功能图形的第一掩膜对光刻胶进行曝光和显影，在光刻胶上形成对位标记和第一功能图形的；
本实施例中，曝光方式可以选用接触式曝光、接近式曝光或者投影式曝光。
本实施例中，第一功能图形即为磁隧道结图形。
可选地，本实施例中的对位标记包括光刻标记和套刻标记。
S14：对第一功能层进行刻蚀并去除光刻胶，此时第一功能层仅剩余第一功能图形和对位标记；
在本实施例中，第一功能图形为磁隧道结图形；
S15：将填充介质填充在第一功能图形和对位标记之外的区域，并对第一功能图形、对位标记和填充介质进行平坦化，使第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面在第一平面内即形成基底。
在本实施例中，填充介质可以选用氧化硅、氮化硅或氧化铝。上述三种填充介质可以选用其中一种，也可以选用多种的混合物，或者，还可以在不同区域采用不同填充介质进行填充。
S2，在所述填充介质上形成凹槽，所述凹槽用于暴露所述对位标记的侧壁；
上述S2步骤进一步包括如下步骤：
S21：在所述第一表面涂光刻胶；
S22：对光刻胶进行曝光和显影，以在光刻胶表面形成一标记区域；标记区域完全覆盖对位标记；
在本步骤中，将光刻胶进行曝光显影处理，使光刻胶对应对位标记处出现一标记区域。
作为本实施例的可选实施方式，所述对位标记包括光刻标记和套刻标记。
S23：对标记区域的填充介质进行刻蚀，以形成围绕对位标记的凹槽31；
对标记区域填充介质进行刻蚀时，可以采用干法刻蚀，也可以采用湿法刻蚀。
作为本实施例的可选实施方式，刻蚀时，利用对位标记和填充介质的刻蚀选择比进行自对准刻蚀。
作为本实施例的可选实施方式，所述凹槽的边缘与所述对位标记的边缘之间的距离不小于0.5微米。
作为本实施例的可选实施方式，控制所述凹槽的刻蚀深度大于所述第二功能层的厚度。该实施方式下，当完成第二功能层的层叠时，第二功能层在凹槽处能够形成良好的随形拓扑结构，有利于对对位标记的识别。
S24：在完成刻蚀后，将剩余的光刻胶进行剥离和去除。
S3，在所述第一平面上形成第二功能层，所述第二功能层在所述凹槽上形成随形拓扑结构；
在本步骤中，在第一平面上堆叠第二功能层，由于填充介质3上有开口在第一平面的凹槽，第二功能层在堆叠后会形成随形拓扑结构，即也会形成凹槽。
作为本实施例的可选实施方式，形成第二功能层的材料为不透明材料。例如，在本实施例中采用第二功能层为顶电极层。
S4，依据所述随形拓扑结构侦测所述对位标记，完成对所述第二功能层的光刻和刻蚀；
上述S4步骤进一步包括如下步骤：
S41：在第二功能层上涂光刻胶，
S42：通过侦测随形拓扑结构，即侦测第二功能层的凹槽，将具有第二功能层图形的第二掩膜进行对准；
作为可选实施方式，利用所述第二功能层对应所述凹槽处的随形拓扑结构的反射光源侦测对位标记。
S43：对第二功能层上的光刻胶进行曝光和显影，使光刻胶上出现第二功能层的图形。
本步骤中的对光刻胶的曝光同样可以根据需要选择接触曝光、接近曝光或投影曝光。
S44：依据光刻胶上的图形对第二功能层进行刻蚀，刻蚀完成后第二功能层仅剩余第二功能图形部分。
在本步骤中，刻蚀过程中可以选择干法刻蚀，也可以选择湿法刻蚀。
本实施例光刻工艺的对准方法中，在对位标记的周围形成凹槽，在第二功能层形成时，会在凹槽上形成随形的拓扑结构，这样，通过侦测该随形拓扑结构即可确定对位标记的位置，从而第二功能层与第一功能图形之间可以实现直接对准和套刻监控，大大降低了工艺控制的复杂程度，提高了套刻精度和稳定性；另外，本实施例中在凹槽的形成过程中，工艺要求低，可以在I线机台上实现，极大降低了工艺成本。
实施例3
本发明实施例提供一种光刻工艺的对准方法，包括：
S1，提供一基底，所述基底包括衬底以及在衬底上形成的第一功能图形、对位标记和填充介质，所述第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面均在第一平面内；
上述S1步骤进一步包括如下步骤：
S11：提供一衬底，在衬底上涂光刻胶；
S12：采用具有对位标记和第一功能图形的第一掩膜对光刻胶进行曝光和显影，对位标记和第一功能图形处的光刻胶被去除；
本实施例中，曝光方式可以选用接触式曝光、接近式曝光或者投影式曝光。
本实施例中，第一功能图形即为底电极图形。
可选地，本实施例中的对位标记包括光刻标记和套刻标记。
S13：在光刻胶层上形成第一功能层，只有在对位标记和第一功能图形处区域的第一功能层与衬底形成接触；
在本实施例中，第一功能图形为底电极图形；
S14：将光刻胶进行剥离，在对位标记和第一功能图形之外的部分的一功能层也被剥离，从而在衬底上仅剩对位标记和第一功能图形。
S15：将填充介质填充在第一功能图形和对位标记之外的区域，并对第一功能图形、对位标记和填充介质进行平坦化，使第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面在第一平面内，形成基底。
在本实施例中，填充介质可以选用氧化硅、氮化硅或氧化铝。上述三种填充介质可以选用其中一种，也可以选用多种的混合物，或者，还可以在不同区域采用不同填充介质进行填充。
S2，在所述填充介质上形成凹槽，所述凹槽用于暴露所述对位标记的侧壁；
上述S2步骤进一步包括如下步骤：
S21：在所述第一表面涂光刻胶；
S22：对光刻胶进行曝光和显影，在光刻胶表面形成一标记区域；标记区域完全覆盖对位标记；
在本步骤中，将光刻胶进行曝光显影处理，使光刻胶对应对位标记处出现一标记区域。
作为本实施例的可选实施方式，所述对位标记包括光刻标记和套刻标记。
S23：对标记区域的填充介质进行刻蚀，以形成围绕对位标记的凹槽；
对标记区域填充介质进行刻蚀时，可以采用干法刻蚀，也可以采用湿法刻蚀。
作为本实施例的可选实施方式，刻蚀时，利用对位标记和填充介质的刻蚀选择比进行自对准刻蚀。
作为本实施例的可选实施方式，所述凹槽的边缘与所述对位标记的边缘之间的距离不小于0.5微米。
作为本实施例的可选实施方式，控制所述凹槽的刻蚀深度大于所述第二功能层的厚度。该实施方式下，当完成第二功能层的层叠时，第二功能层在凹槽处能形成良好的随形拓扑结构，有利于对对位标记的识别。
S24：在完成刻蚀后，将剩余的光刻胶进行剥离和去除。
S3，在所述第一平面上形成第二功能层，所述第二功能层在所述凹槽上形成随形拓扑结构；
在本步骤中，在第一平面上堆叠第二功能层，由于填充介质上有开口在第一平面的凹槽，第二功能层在堆叠后会形成随形拓扑结构，即也会形成凹槽。
作为本实施例的可选实施方式，形成第二功能层的材料为不透明材料。例如，在本实施例中采用第二功能层为磁隧道结层。
S4，依据所述随形拓扑结构侦测所述对位标记，完成对所述第二功能层的光刻和刻蚀；
上述S4步骤进一步包括如下步骤：
S41：在第二功能层上涂光刻胶，
S42：通过侦测随形拓扑结构，即侦测第二功能层的凹槽，将具有第二功能层图形的第二掩膜进行对准；
作为可选实施方式，利用所述第二功能层对应所述凹槽处的随形拓扑结构的反射光源侦测对位标记。
S43：对第二功能层上的光刻胶进行曝光和显影，使光刻胶上出现第二功能层的图形。
本步骤中的对光刻胶的曝光同样可以根据需要选择接触曝光、接近曝光或投影曝光。
S44：依据光刻胶上的图形对第二功能层进行刻蚀，刻蚀完成后第二功能层仅剩余第二功能图形部分。
在本步骤中，刻蚀过程中可以选择干法刻蚀，也可以选择湿法刻蚀。
本实施例展示了在剥离工艺上形成第一功能图形和对位标记的衬底上实现光刻对齐的场景。本实施例提供的光刻工艺的对准方法中，在对位标记的周围形成凹槽，在第二功能层形成时，会在凹槽上形成随形的拓扑结构，这样，通过侦测该随形拓扑结构即可确定对位标记的位置，从而第二功能层与第一功能图形之间可以实现直接对准和套刻监控，大大降低了工艺控制的复杂程度，提高了套刻精度和稳定性；另外，本实施例中在凹槽的形成过程中，工艺要求低，可以在I线机台上实现，极大降低了工艺成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光刻工艺的对准方法，其特征在于，包括：
提供第一功能图形、对位标记以及用于填充第一功能图形和对位标记之间间隙的填充介质，所述第一功能图形、对位标记和填充介质的上表面均在第一平面内；
利用对位标记和填充介质的刻蚀选择比进行自对准刻蚀，在所述填充介质上形成凹槽，所述凹槽用于暴露所述对位标记的侧壁；
在所述第一平面上形成第二功能层，所述第二功能层在所述凹槽上形成随形拓扑结构；
依据所述随形拓扑结构侦测所述对位标记，完成对所述第二功能层的光刻和刻蚀。
2.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：所述凹槽的形成包括：在第一平面上形成光刻胶；
对所述光刻胶进行曝光显影，以形成标记区域；所述标记区域完全覆盖所述对位标记；
将所述标记区域除对位标记外的部分刻蚀，以在所述填充介质上形成围绕所述标记区域的凹槽。
3.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：所述凹槽的深度大于所述第二功能层的厚度。
4.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：形成第二功能层的材料为不透明材料。
5.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：所述对位标记包括光刻机对准标记和套刻标记。
6.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：所述第二功能层光刻过程中，利用所述第二功能层对应所述凹槽处的随形拓扑结构的反射光源侦测对位标记。
7.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：所述第一功能图形和对位标记通过刻蚀或剥离工艺形成在衬底上。
8.如权利要求1所述光刻工艺的对准方法，其特征在于：所述凹槽的边缘与所述对位标记的边缘之间的距离不小于0.5微米。
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