CN114397801A - 一种电子束光刻套刻标记的保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子束光刻套刻标记的保护方法，属于微纳米加工技术领域，包括衬底层、材料层、介质保护层；所述材料层位于衬底上，套刻标记为金属标记，标记位于材料层上；所述介质保护层覆盖于金属标记正上方。对标记保护的过程为：清洗晶圆、烘干；在晶圆上分别旋涂LOR胶、紫外光刻胶，对标记图形进行光刻；对晶圆刻蚀，形成刻蚀沟槽；金属层沉积、剥离，在晶圆上留下金属标记；介质保护层淀积、抛光，在晶圆上面得到一层均匀的介质保护层；再次涂胶、光刻、刻蚀去除标记正上方以外区域的介质保护层；去胶、CMP抛光得到表面均匀平整的晶圆。本发明提供的电子束光刻套刻标记保护方法能够在工艺过程中对标记进行较好的保护。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米加工技术领域，具体地，涉及一种电子束光刻套刻标记的保护方法。
背景技术
微纳米加工技术的发展使得器件的尺寸不断减小，意味着在相同面积的晶圆上可以做更多的结构单元。电子束光刻技术作为微纳米结构加工主要方法之一，可以实现微纳米图形自上而下的精确加工，且与传统的光学光刻相比，其不需要实物掩膜版，控制系统直接识别电子版图即可对目标图形进行曝光，可以实现版图参数和曝光参数的灵活调节，是一种重要的科研工具。
不管是复杂结构的电子束光刻套刻，还是不同尺寸图形曝光时需要的光学光刻和电子束光刻之间的混合光刻技术，都需要一套能够满足需求的套刻对准标记，目前常用的对准标记为大十字和方框结构，为了便于快速查找，标记通常位于晶圆中间或靠近边缘的某个特殊位置处，如方形晶圆的四个顶角处，并且标记的尺寸一般设计的很大，常用的一般为几百个微米到几个毫米。标记的制备通常采用金属沉积和晶圆刻蚀两种方法，相比于晶圆刻蚀方法，沉积金属的过程更为方便简单，且不用考虑刻蚀会对晶圆产生不良影响，利用光刻技术把标记图形复制在晶圆上，通过金属沉积和剥离工艺完成金属标记的制备。由于套刻标记的尺寸较大，利用电子束光刻的方法会耗费很长的时间，采用紫外光学光刻可以实现金属标记的快速制备，且成本较低，是目前主要采用的标记图形曝光方式。
采用金属标记面临的主要挑战是标记的金属层通常很薄，且粘附性并不好，工艺过程中对晶圆片的标准清洗、湿法腐蚀、干法刻蚀等都会对标记产生一定的损坏，尤其是需要多步曝光套刻的工艺，标记的损坏会严重影响后面工艺的套刻精度，造成器件实际性能与理想值相差较大。并且，在与集成电路加工工艺结合的过程中，有些半导体的加工工艺会严禁使用金属材料，这对金属标记的使用也产生了限制。
发明内容
针对现有的电子束光刻中套刻标记使用面临的挑战，本发明提出了一种电子束光刻套刻标记的保护方法并给出了工艺实现过程。
一种电子束光刻套刻标记的保护方法及其工艺制备，所述标记为金属标记，且位于晶圆上，所述晶圆包括衬底层、材料层和介质保护层，所述材料层位于衬底层上方，所述金属标记位于材料层上方，所述金属标记位于所述材料层的刻蚀沟槽内，在所述材料层上方淀积一层介质保护层，覆盖金属标记，对覆盖金属标记的介质保护层进行刻蚀以及化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）即可得到均匀平整的晶圆表面。
进一步地，所述晶圆衬底可以为任何单晶或化合物半导体材料；
进一步地，所述材料层可以为任何单晶或化合物半导体材料；
进一步地，所述金属标记位于所述材料层的刻蚀沟槽内，刻蚀沟槽深度可依据具体工艺设计和材料层的厚度而定；
进一步地，所述金属标记上方介质保护层可以为任何单晶或化合物半导体材料；
进一步地，所述金属标记上方的介质保护层可以为透明介质膜层，也可以为非透明介质膜层，还可以为薄层金属等；
进一步地，所述金属标记的制作涉及光学光刻、金属沉积及金属剥离工艺相结合；
进一步地，所述光学光刻为紫外光刻，所述光刻胶为紫外光刻胶；
进一步地，所述光刻采用双层胶工艺，所述光刻涂胶为LOR胶加紫外光刻胶，其中LOR胶位于下层，紫外光刻胶位于上层；
进一步地，所述金属标记金属层的沉积采用蒸发或溅射工艺；
进一步地，所述金属标记金属层沉积之前，先对金属标记所在材料层进行刻蚀，采用干法刻蚀或湿法腐蚀；
进一步地，所述干法刻蚀可以采用RIE、ICP等方法，湿法腐蚀根据具体材料层选择腐蚀液；
进一步地，所述材料层刻蚀相关参数，包括干法刻蚀中的时间、功率、气体流量和压强等，以及湿法腐蚀中的溶液浓度和配比、实验操作等需要根据具体实验效果而定；
进一步地，所述金属标记的金属厚度为50nm-300nm；
进一步地，所述金属标记的剥离采用丙酮溶液浸泡加异丙醇溶液浸泡加超声清洗等工艺；
进一步地，所述金属标记的剥离工艺中，丙酮溶液浸泡的时间和异丙醇溶液浸泡的时间分别为8小时以上和30分钟以上，超声时间为5-30分钟；
进一步地，所述剥离工艺中，丙酮溶液或异丙醇溶液的浸泡温度为室温或70℃以上水浴加热；
进一步地，所述金属标记上方介质保护层的淀积可采用PECVD、LPCVD、ALD、MBE等工艺；
进一步地，所述金属标记上方介质保护层只存在于标记正上方区域，且介质保护层的图形化可采用剥离工艺或刻蚀工艺；
进一步地，所述金属标记所在的位置可以根据具体的工艺需求设定，介质保护层的选择也可以根据实际需求视工艺设计而定；
进一步地，所述金属标记介质保护层的刻蚀可以选择RIE、ICP等常用的干法刻蚀，或者湿法腐蚀工艺等；
进一步地，所述介质保护层的厚度可以从几百纳米到几微米；
依照本发明的方法，可以实现对电子束套刻标记的很好保护，介质保护层可以抵抗工艺过程中对晶圆的各种清洗、刻蚀、反复套刻等带来的影响，保护金属标记的完整性，可实现工艺过程中良好的套刻精度，保证器件的性能。
本发明所提供的套刻标记的保护方法适用于任意大小、任意形状、任意位置的套刻标记的保护，可根据实际需求，一次性完成多个标记的制备与保护。本发明对标记的保护方法可以满足对晶圆的刻蚀、超声、清洗等工艺。本发明对标记的保护方法可使工艺过程中不需要在晶圆上做多个标记，最低一个标记即可，节省晶圆的利用面积。本发明对标记的保护方法不需要对介质保护层做任何限制，这里所谓的限制具体指不需要介质保护层一定为透明介质，由于电子束光刻技术在进行套刻标记对准时与紫外光刻不同，其是需要搜集高能电子束在晶圆表面的成像信号进行标记的识别，完成套刻，介质层的透明与否对成像效果和套刻精度无影响。本发明不同于光学光刻，光学光刻中，在标记层所进行的外延工艺都需要充分考虑工艺是否会带来影响，比如，不透明介质的引入会对后续对准标记的可见性产生干扰，影响套刻精度，金属薄层的沉积会直接使标记变得不可见，无法完成套刻等。本发明对套刻标记的保护不会产生类似的不良影响，设计简单，具有很强的可操作性。
附图说明
为了清楚地说明本发明或现有技术的技术方案，下面对描述本发明实施例或现有技术的技术方案时需要用到的附图进行简要说明。显而易见，这些附图所示的实施例仅是本发明的部分实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。
以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：图1是本发明的晶圆结构示意图。
图2是标记保护结构的制备过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。
一种电子束光刻套刻标记的保护方法，晶圆包括衬底层、欲制作金属标记的材料层和介质保护层，其中所述材料层位于所述衬底层上，所述金属标记位于所述材料层上；所述金属标记为大十字或方框结构，分布在材料层刻蚀沟槽内；所述介质保护层位于所述材料层上方，且只存在于所述金属标记的正上方，完全覆盖金属标记。
所述衬底为任何单晶或化合物半导体材料；所述材料层为任何单晶或化合物半导体材料；所述套刻标记的尺寸为5μm宽200μm长呈上下十字形，分布在晶圆的中心或边角等特殊位置处，可以根据需求选择位置；如图1，101为衬底，202为材料层，103为套刻金属标记，104介质保护层。根据本发明提供的一种电子束光刻套刻标记的保护方法，可以分为以下步骤：
步骤1：对晶圆进行清洗，如图2-1所示，201为衬底，202为材料层，对已经准备好制作套刻标记的晶圆采用有机溶液或无机溶液进行湿法清洗，期间可以选择超声或水浴加热；
步骤2：采用热板或烘箱对清洗完的晶圆加热烘焙；
步骤3：旋涂LOR胶203和紫外光刻胶204，如图2-2、2-3所示，对晶圆进行紫外光曝光，并显影，把标记图形转移到光刻胶上；
步骤4：把显影后的晶圆放入等离子体去胶机腔室，利用氧气等离子体去除显影残胶；
步骤5：对去胶后的晶圆进行ICP干法刻蚀，如图2-4所示，且根据胶厚和目标沟槽深度选择刻蚀程序和刻蚀参数；
步骤6：在晶圆最上层沉积金属205；所述金属沉积可以采用热蒸发、电子束蒸发以及溅射等技术，如图2-5；
步骤7：依次去除紫外光刻胶和LOR胶，完成剥离工艺，得到金属图形如图2-6；所述剥离工艺采用丙酮溶液或异丙醇溶液等有机溶剂，首先把沉积完金属层的晶圆放入丙酮溶液中室温静置8小时以上，接着放入异丙醇溶液中30分钟以上，最后超声5-30分钟；
步骤8：在得到标记图形的晶圆上淀积介质保护层206如图2-7，作为金属标记的保护层；所述介质保护层可以为透明介质层和非透明介质层，可以选择任何单晶或化合物半导体材料；
步骤9：对淀积完介质保护层的晶圆进行CMP抛光，得到表面平整的具有介质保护层的晶圆，如图2-8；
步骤10：清洗晶圆、旋涂紫外光刻胶207如图2-9，再次进行紫外光刻，把标记保护图形转移到紫外光刻胶上，如图2-10；
步骤11：刻蚀介质保护层并去除紫外光刻胶，得到具有标记保护措施的晶圆，如图2-11；
步骤12：对步骤11中的晶圆进行CMP抛光，获得金属标记得到保护的，表面均匀平整的晶圆，如图2-12，且介质保护层只存在于金属标记正上方。
本发明提供了一种电子束光刻套刻标记的保护方法，依照本方法可以有效解决晶圆清洗、刻蚀、多次套刻等工艺过程中会损坏金属标记的问题，可提高套刻精度，保证器件性能。
以上对本发明的具体实施例进行了简要描述，需要理解的是，上述仅为本发明的具体实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何改进或替换，并不影响本发明的实质内容，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电子束光刻套刻标记的保护方法，其特征在于，所述晶圆包括衬底层、材料层、介质保护层；
所述材料层位于所述衬底层上，所述介质保护层位于所述材料层上；
所述金属标记为大十字或方框结构，位于所述材料层上；
所述介质保护层位于所述金属标记正上方，覆盖金属标记。
2.根据权利要求1所述的一种电子束光刻套刻标记的保护方法，其特征在于，所述衬底、材料层和金属标记上方介质保护层为Si、Ge单晶半导体材料或GaAs、GaSb、InP化合物半导体材料，所述金属标记位于所在材料层的刻蚀沟槽内，刻蚀沟槽深度可依据具体工艺设计和材料层厚度而定。
3.根据权利要求1所述的一种电子束光刻套刻标记的保护方法，其特征在于，所述金属标记的制作涉及光学光刻、金属沉积及金属剥离工艺相结合，所述光学光刻为紫外光刻，所述光刻胶为紫外光刻胶，所述光刻采用双层胶工艺，所述光刻涂胶为LOR（Lift OffResist）胶加紫外光刻胶，其中LOR胶位于下层，紫外光刻胶位于上层，所述金属标记金属层的沉积采用蒸发或溅射工艺，所述金属层沉积之前，先对金属标记所在材料层进行刻蚀，采用干法刻蚀或湿法腐蚀，所述干法刻蚀可以采用反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching,RIE）、感应耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma, ICP）刻蚀等方法，湿法腐蚀根据具体材料层选择腐蚀液，所述材料层刻蚀相关参数，包括干法刻蚀中的时间、功率、气体流量和压强等，以及湿法腐蚀中的溶液浓度和配比、实验操作等需要根据具体实验效果来定，所述金属标记的剥离采用丙酮溶液浸泡加异丙醇溶液浸泡加超声清洗等工艺。
4.根据权利要求1所述的一种电子束光刻套刻标记的保护方法，其特征在于，所述金属标记的剥离工艺中，丙酮溶液浸泡的时间和异丙醇溶液浸泡的时间分别为8小时以上和30分钟以上，超声时间为5-30分钟，所述剥离工艺中，丙酮溶液或异丙醇溶液的浸泡温度为室温或70℃以上水浴加热，所述金属标记的金属厚度为50nm-300nm，所述介质保护层的厚度为100nm-10μm。
5.根据权利要求1所述的一种电子束光刻套刻标记的保护方法，其特征在于，所述金属标记上方介质保护层只存在于标记正上方，且介质保护层的图形化可采用剥离工艺或刻蚀工艺。
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