專利名稱：電子束曝光中套刻工藝的實現方法
技術領域：
本發明涉及一種器件制備中關鍵工藝一套刻的實現方法。先設計出需要曝光的版圖結構和對準標記。然后將第一次曝光后得到的對準標記與圖形掃描中心相對準，接著曝光第二層版圖結構。該發明屬于微電子領域。
背景技術：
隨著IC制造業的迅猛發展，光刻成像技術不斷提高，芯片的特征尺寸也不斷縮小，而關鍵尺寸的縮小則產生了更為精確的套刻精度要求。這些套刻精度已隨著光刻設備的改進而得到了部分的滿足，但光刻設備技術的發展還不能與不斷提高的套刻精度保持同步，況且光刻設備的改進和更新換代需要投入很大資金。我國是發展中國家，在發展集成電路工業中就遇到資金不足以及基礎工業落后等問題，從光刻設備著手來提高光刻對準精度是很不實際的。我們有必要研究IC制造工藝與光刻對準的關系，并加以改進才是上策。
在微電子工藝中，最小線寬已經到了0.09μm，即90nm。在器件工藝中，需要多次曝光來實現特定的圖形結構，多次曝光前的套準已經成為一個極其重要的工藝。對芯片性能和集成度的要求不斷提高，導致了IC制造流程的復雜化，比如，僅一個淺槽隔離(STI)工藝就包括溝槽的形成、溝槽頂角的圓滑、溝槽填充、CMP(化學機械拋光)平坦化和CMP后的清洗等步驟，如果為了進一步提高隔離槽的制作效果，還需增加致密退火、反刻蝕等額外工序[1]，這樣生產中STI的具體工序就會達到數十步，而現在一個0.25mm芯片的制作流程，全部工序就達到幾百步。這些流程中的部分工序，諸如隔離工藝、濺鍍等，會產生一系列引起光刻套準精度下降的因素，如隔離工藝能夠引起曝光場的形變和漲縮，濺鍍能夠造成光刻對準標記表面形貌發生改變等，而這些影響因素會造成光刻時套準精度的降低。
評價對準標記的好壞有兩個重要標準，一是能夠在工藝流程中有穩定而良好的標記形貌；二是能夠形成良好的信號反差。在大多數的芯片制造過程中，對準標記的形成不外乎以下幾種方式直接在工藝層上刻蝕出標記；利用硅的摻雜氧化效應形成標記；直接在硅襯底上腐蝕出標記。對準標記的形成一般要經歷氧化、擴散、刻蝕等，而氧化層的厚度、擴散摻雜濃度和刻蝕效果都會對對準標記的最終形態產生影響。在實際的工藝過程中，不同IC的工藝流程對摻雜、氧化層厚度、刻蝕等的參數要求是不完全一樣的，所以對于不同的工藝流程要采用不同類型的對準標記。
電子束曝光的出現為微納結構的制備提供了一個強有力的工具，尤其是在100nm以下的器件制備中，發揮了極其重要的作用.現在實驗研究中所用的電子束曝光系統通常是由一臺掃描電子顯微鏡外加圖形發生器來構成，這樣整個電子束曝光系統的成本相比于工業電子束曝光機是很小的。由于電子束曝光還沒有成為工業化的標準技術，故基于電子束曝光的很多工藝也還不完善，本發明的目的在于尋求一種適合電子束曝光中應用的套刻工藝，提高電子束曝光中的套準精度。

發明內容
為本發明的目的在于提供一種電子束曝光中套刻工藝的實現方法以此來實現器件制備中高精度的套刻工藝。
本發明提供的實現方法是將套刻標志放置于曝光圖形的中央，而后利用電鏡放大倍數的縮放實現套刻。
本發明具體實現方法的步驟是(1)器件版圖的設計，設計時需要綜合考慮各次曝光版圖的順序，首先設計出所有需要曝光的圖形結構，在這一設計中要將不同曝光順序的圖形結構放置于不同的曝光層中，亦即設計版圖時將多次曝光圖形結構設計于不同的曝光層中，在曝光時可以有所選擇。以此來實現有選擇的曝光結構。通常版圖設計的最大區域取決于掃描電鏡的最小放大倍數下所能觀察到的區域，也即電子束曝光的單次最大有效區域.根據我們的情況和經驗，最大版圖范圍為400×400μm為最好；(2)對準標記的設計，在設計對準標記時要將對準標記放置于版圖的中心區域標記的形狀為十字形為好。標記的大小視套刻精度的需要來確定。精度要求高時標記的線寬要相應減少，但線寬的減小則會使得標記的可觀察性降低，所以應權衡兩者關系。也即線寬不能無限止的減小。在套刻精度小于1μm的情況下，標記的長度應為30～50μm，標記寬度應小于1μm；(3)對準標記，套刻前應將第一次曝光得到的對準標記的中心與圖形發生器的圖像掃描中心相對準，兩個中心對準精度愈高則套刻的程度愈高。方法是先在電鏡低放大倍數下(100～600倍)找到標記，在標記的中心區域將電子束焦聚調整好。然后將標記的中心與圖形發生器的圖形掃描中心相對準，逐漸調整放大倍數(5000～7000倍)，逐漸調整中心對準的程度，兩者的重合度越高則套刻的精度也愈高；(4)調整放大倍數，在標記對準后將電鏡的放大倍數調整到曝光時的狀態；(5)確定曝光結構，選擇需要曝光的圖形所在圖層，設置好相應的曝光參數，開始曝光。
傳統的套刻技術是將對準標記和圖形結構的位置獨立開來，需要較為昂貴的定位工件臺來支持，針對現在電子束曝光的設備(主要掃描電子顯微鏡配置圖形發生器)，本發明提供了一種簡單的電子束曝光的套刻方法，可以在不需要精密定位工件臺的情況下實現精度優于1μm的套刻，完全可以滿足亞微米及納米器件制備的工藝要求。


圖1設計的版圖結構A版圖結構B放大后的結構圖2第一次曝光后的圖形結構A整體結構B放大后的結構圖3套刻后的結構A3000放大倍數時的結構B10000放大倍數時的結構具體實施方式
以300*300um的曝光場為例(1)版圖的設計，首先設計出所有需要曝光的圖形結構，在這一設計中要將不同曝光順序的圖形結構放置于不同的曝光層中，以此來實現有選擇的曝光結構。實驗中的曝光場區域為300×300μm2。
(2)對準標記的設計，在設計對準標記時要將對準標記放置于版圖的中心區域，標記的形狀為十字形為好。標記的大小視套刻精度的需要來確定。為了實現0.5μm的套刻精度，標記的長度設計為50μm，標記寬度設計為0.5μm。
(3)對準標記，現在電鏡低放大倍數下(100-600倍)找到標記，在標記的中心區域將電子束聚焦調整好。然后將標記的中心與圖形發生器的圖像掃描中心相對準，逐漸調整放大倍數，逐漸調整中心對準的程度，使得兩者在電鏡放大倍數為5000時達到重合。
(4)調整放大倍數，在標記對準后將電鏡的放大倍數調整到曝光時的狀態。
(5)確定曝光結構，選擇需要曝光的圖形所在圖層，設置好相應的曝光參數，開始曝光。
權利要求
1.一種電子束曝光中套刻工藝的實現方法，其特征在于實現方法的步驟是(a)器件版圖的設計，設計出需要曝光的圖形結構，使不同曝光順序的圖形結構放置于不同的曝光層中；版圖設計的最大區域取決于掃描電鏡的最小放大倍數下所能觀察到的區域；(b)對準標記的設計，對準標記放置于版圖的中心區域，套刻精度小于1μm時，標記長度為30-50μm；(c)對準標記，先在電鏡低的放大倍數下找到標記，在標記的中心區域將電子束焦聚調整好，然后將標記的中心與圖形發生器圖像掃描中心對準，逐漸調整放大倍數，逐漸調整中心對準程度；兩個中心對準程度愈高則套刻的精度愈高；(d)調整放大倍數，在步驟(c)標準對準后將電鏡的放大倍數調整到曝光時的狀態；(e)確定曝光結構，選擇需要曝光的圖形所在的圖層，設置好相應得曝光參數、進行曝光。
2.按權利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現方法，其特征在于所述的版圖設計的最大版圖為400×400μm。
3.按權利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現方法，其特征在于所述的電鏡的低放大倍數為100-600倍。
4.按權利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現方法，其特征在于所述的標記的中心與圖形掃描中心對準時調整放大倍數為5000-7000倍。
5.按權利要求1所述的電子束曝光中套刻工藝的實現方法，其特征在于所述的對準標記的形狀為十字形。
6.按權利要求1或5所述的電子束曝光中套刻工藝的實現方法，其特征在于在套刻精度小于1μm時，標記的寬度小于1μm。
全文摘要
本發明涉及一種電子束曝光中套刻工藝的實現方法，屬于微電子領域。其特征在于將套刻標志放置于曝光圖形的中央，而后利用電鏡放大倍數的縮放來實現套刻。傳統的套刻技術是將對準標記和圖形結構的位置獨立開來，但是這需要較為昂貴的定位工件臺來支持。針對現在實驗電子束曝光的設備(主要是掃描電子顯微鏡外配圖形發生器)。本發明提出了一種不需要定位工件臺來實現套刻的方法，其套準精度小于μm，可以滿足亞微米及納米器件制備的工藝要求。
文檔編號G03F9/00GK1912747SQ200610030768
公開日2007年2月14日 申請日期2006年9月1日 優先權日2006年9月1日
發明者宋志棠, 呂士龍, 劉波, 封松林 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所