CN113671800B - 一种提升be光刻工艺对位性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升BE光刻工艺对位性能的方法，包括以下步骤：(a)通过前层BV光刻技术在硅片上制作对准标记沟槽和套刻标记沟槽；(b)在对准标记沟槽和套刻标记槽沟内通过电沉积形成Cu镀层，控制沉积量使对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽；(c)沉积TaN形成第一TaN层并经CMP平坦化；(d)在硅片表面覆盖上掩膜版，使对准标记沟槽和套刻标记沟槽上方的区域暴露形成矩形刻蚀区域，对矩形刻蚀区域进行刻蚀，形成沉积沟槽；(e)除去掩膜版，在硅片表面沉积第二TaN层，使对准标记沟槽、套刻标记沟槽及沉积沟槽形成呈现随形拓扑结构的对位标记。本发明能实现BE‑BV之间的直接套刻对位，降低后续工艺复杂性和成本，提高对位精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种提升BE光刻工艺对位性能的方法。
背景技术
可扩展性是存储器技术应用的重要特征，然而传统的存储技术，如SRAM、DRAM的继续扩展十分困难。在65nm、45nm工艺上，严重的随机掺杂涨落(RDF)效应引起了反向扩展现象，这在32nm及更高工艺水平会更加严重。尽管8T-或10T-SRAM比6T-SRAM有着更好的可扩展性，但是在22nm工艺水平就会变得很不可靠。并且随着半导体制造工艺接近20nm水平，SRAM、DRAM的缺陷更加明显。对于DRAM，在与成倍增大的漏电流及持续减小的单元电容相抗争的同时，保证数据的不丢失十分困难。SRAM和DRAM均存在极高的能量泄露问题，MOSFET基存储器在不久的将来就会走到尽头。
磁随机存储器(MRAM)由一只三极管、一只磁隧道结(MTJ)和若干连接线组成。其通过电流产生磁场，进而使自由层磁矩发生反转，改变MTJ的电阻，实现信息写入。MRAM的信息读取则通过检测存储单元的电阻实现，这种读出方法是非破坏性的。STT-MRAM是通过自旋电流实现信息写入，其存储的信息由自由层与固定层磁矩的相对取向决定，读写信息次数高(无限次)。一旦写入信息，即使在断电的情况下也不会丢失，具有非易失性。同时，STT-MRAM省略了附加写信息线，其结构简单，工艺费用少。存储单元的横截面积减小；通过位线的电流密度更高，便于自旋矩传输；电流减小，可提高电流正负极性变换速度。因此，STT-MRAM写信息的损耗小、功耗低、速度快。
用作缓存时，STT-MRAM具有很高的可写次数、对软错误的自然免疫力、无备用电源、高的集成密度、非易失性等特点，成为片上缓存系统的最佳候选者之一。相比同等容量的SRAM缓存，STT-MRAM通过消除漏电流，大大降低了能耗，并具有更短的信息读取延迟。STT-MRAM具备的高存储密度、低能耗、低误率等优势使其有着巨大的应用前景。
根据MRAM器件设计要求，BE图形与BV(Bottom Electrode)保持精确对准。为消除后面工艺BE peeling缺陷，BE TaN要保证一定的厚度。在BE光刻工艺时，要求光刻机可以侦测到前层对准信号，并在套刻机台上精确量测上下层图形的套刻性能，然而一定厚度的TaN薄膜难透光，导致BE光刻过程中无法侦测到前层BV对准标记信号，使得BE光刻无法进行。
目前通常在BE薄膜之前，增加一张AM光罩，把对准标记和套刻标记制作到氧化物介质中，BE薄膜之后上述标记处仍然保持拓扑结构，因此可以为BE光刻时提供对准信号和套刻信号。但BE与BV的对位无法直接监测，只能通过BV-AM-BE来间接完成，而因为AM起到BV和BE之间的桥梁作用，要求AM需要具备较高的光罩等级和工艺要求，增加了套刻性能的不稳定性和在线控制的复杂性，使得普通的I线光刻机无法满足工艺要求。
虽然可以通过把前层BV的对位标记(对准和套刻)周围的大块区域打开，利用自对准刻蚀形成BV对位标记的拓扑结构，BE TaN沉积之后保持拓扑结构，在BE光刻时可以利用上述拓扑结构进行对准和套刻，实现BE-BV之间的直接对位，降低了工艺复杂性和成本，并提高了对位精度，但是在刻蚀BV对位标记形成拓扑结构同时，会造成大量的Cu离子扩散，污染ETCH机台，刻蚀BV对位标记氧化物介质同时，也在大量消耗Cu材质，造成拓扑结构并不明显。
现有专利虽然公开了一些提升BE光刻工艺对位性能的方法，但仍然存在着设备复杂，工艺繁琐，光刻条件苛刻，污染光刻设备等严重问题。因此，开发一种低成本、可操作性强的优化光刻对位性能的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的BE光刻工艺对位性能所存在的上述技术问题，提供了一种工艺步骤简单易行，能实现BE-BV之间的直接套刻对位，降低后续工艺复杂性和成本，提高对位精度的提升BE光刻工艺对位性能的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种提升BE光刻工艺对位性能的方法，包括以下步骤：
(a)通过前层BV光刻技术在硅片上制作对准标记沟槽和套刻标记沟槽。对准标记和套刻标记统称为对位标记。
(b)在对准标记沟槽和套刻标记槽沟内通过电沉积形成Cu镀层，控制沉积量使对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽。
(c)在对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽内沉积TaN形成第一TaN层并经CMP平坦化。
(d)在硅片表面覆盖上掩膜版，使对准标记沟槽和套刻标记沟槽上方的区域暴露形成矩形刻蚀区域，对矩形刻蚀区域进行刻蚀，形成沉积沟槽。
(e)除去掩膜版，在硅片表面沉积第二TaN层，从而使对准标记沟槽、套刻标记沟槽及沉积沟槽形成呈现随形拓扑结构的对位标记，上述拓扑结构可以为BE光刻过程中提供对准和套刻信息，从而完成BE光刻工艺。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)通过第一TaN层保护Cu镀层防止Cu镀层被刻蚀，避免造成刻蚀机台的Cu污染且不伤害对位标记；
(2)沉积的TaN材质正是后续BE层的材质，不会影响到后续工艺；
(3)掩膜版只暴露准标记沟槽和套刻标记沟槽上方的区域(即只暴露对准标记的对应区域)，不仅能使沉积沟槽能够获得足够深度，而且BE薄膜覆盖之后仍然保持明显拓扑结构，光刻机可以辨认对位信号。
附图说明
图1是实施例步骤(b)的工艺示意图。
图2是实施例步骤(c)的工艺示意图。
图3实施例步骤(d)刻蚀前的工艺示意图。
图4实施例步骤(d)刻蚀后的工艺示意图。
图5实施例步骤(e)的工艺示意图。
图中：硅片1，对准标记沟槽2，套刻标记沟槽3，Cu镀层4，第一TaN层5，掩膜版6，矩形刻蚀区域7，沉积沟槽8，第二TaN层9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
(a)通过前层BV光刻技术在硅片1上制作对准标记沟槽2和套刻标记沟槽3；
(b)在对准标记沟槽和套刻标记槽沟内通过电沉积形成Cu镀层4，控制沉积量使对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽(如图1所示)；
(c)在对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽内沉积TaN形成第一TaN层5并经CMP平坦化(如图2所示)；
(d)在硅片表面覆盖上掩膜版6，使对准标记沟槽和套刻标记沟槽上方的区域暴露形成矩形刻蚀区域7(如图3所示)，对矩形刻蚀区域进行刻蚀，形成沉积沟槽8(如图4所示)；
(e)除去掩膜版，在硅片表面沉积第二TaN层9(如图5所示)，从而使对准标记沟槽、套刻标记沟槽及沉积沟槽形成呈现随形拓扑结构的对位标记，上述拓扑结构可以为BE光刻过程中提供对准和套刻信息，从而完成BE光刻工艺。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (1)
1.一种提升BE光刻工艺对位性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)通过前层BV光刻技术在硅片(1)上制作对准标记沟槽(2)和套刻标记沟槽(3)；
(b)在对准标记沟槽和套刻标记槽沟内通过电沉积形成Cu镀层(4)，控制沉积量使对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽；
(c)在对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽内沉积TaN形成第一TaN层(5)并经CMP平坦化；
(d)在硅片表面覆盖上掩膜版(6)，使对准标记沟槽和套刻标记沟槽上方的区域暴露形成矩形刻蚀区域(7)，对矩形刻蚀区域进行刻蚀，形成沉积沟槽(8)；
(e)除去掩膜版，在硅片表面沉积第二TaN层(9)，从而使对准标记沟槽、套刻标记沟槽及沉积沟槽形成呈现随形拓扑结构的对位标记，上述拓扑结构可以为BE光刻过程中提供对准和套刻信息，从而完成BE光刻工艺。
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