专利名称：硅片上被对准层图形的形成方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻工艺中被对准层图形的形成方法。
技术背景
光刻是将掩膜版(mask)上图形形式的电路结构通过对准、曝光、显影等步骤转印到涂有光刻胶的硅片表面的工艺过程。光刻工艺会在硅片表面形成一层光刻胶掩蔽图形 (光刻图形)，其后续工艺是刻蚀或离子注入。
任何半导体器件的制造都包括多步的光刻工艺，除第一步光刻外，以后每步光刻时当前层的光刻图形都要和前层的被对准层图形进行套刻精度测量，确保多步光刻之间硅片上图形的对准。所述被对准层图形通常是硅片图形，在每一层被对准层图形上都要形成套刻标记。
请参阅图1，目前，在 CMOS、锗硅(SiGe)、BCD (Bipolar CMOS DMOS)、EEPR0M 等工艺中，形成被对准层图形的方法包括如下步骤
第1步，在衬底10上淀积一层第一介质层11，通常为氮化硅。
第2步，采用光刻和刻蚀工艺在衬底10上刻蚀出沟槽12，刻蚀完成后去除光刻胶， 并在沟槽12的底部和侧壁生长一层衬垫氧化层(Liner Oxide) 13。沟槽12作为硅片上这一层图形的套刻标记，该套刻标记从硅片俯视图来看可能是一种线条或形状(如方环形、 十字形等)，但从硅片剖视图来看就是沟槽。被对准层图形是在套刻标记基础上形成的硅片图形。刻蚀沟槽12可采用浅槽隔离(STI, shallow trench insulation)工艺。
第3步，在硅片表面淀积一层第二介质层14，通常为氧化硅，至少将沟槽12填充俩。
第4步，采用直接化学机械研磨(DCMP，Direct Chemical MechanicalPlanarization)工艺研磨第二介质层14，直至第二介质层14与第一介质层11 的上表面齐平。此时只有沟槽12中填充有第二介质层14。
第5步，用湿法腐蚀工艺以热磷酸去除第一介质层11。
第6步，再次采用光刻和刻蚀工艺在衬底10上刻蚀出沟槽15，沟槽15的位置与沟槽12完全重合，但沟槽15的深度小于沟槽12。之所以要再次对套刻标记(即沟槽12部位)再次进行刻蚀，是为了使被对准层图形的边缘更容易被识别和测量。
第7步，在硅片表面淀积一层第三介质层16，可以是多晶硅、锗硅(Sife)、碳锗硅 (SiGeC)的任一种。第三介质层16作为硅片上新的一层图形的材料，用于形成新的一层图形。第三介质层16就是被对准层图形，此时第三介质层16的上表面在沟槽15对应的部位出现下凹的台阶作为被对准层图形的套刻标记，这是测量套刻精度的基准。
第8步，在硅片表面旋涂光刻胶17，采用光刻工艺形成新的一层光刻图形。
此时，当前层图形就需要和被对准层图形之间进行套刻精度的测量。通常测量套刻精度的方法为测量当前层图形(即形成新的一层光刻图形的光刻胶17)边缘和被对准层图形(即第三介质层16上表面的下凹台阶)边缘之间的距离，再计算套刻精度。CN 102543667 A
上述硅片上被对准层图形的形成方法，需要进行两次光刻工艺，这增加了工艺的成本，并使得制造时间较长。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硅片上被对准层图形的形成方法，与传统方法相比可以减少一次光刻和刻蚀的步骤。
为解决上述技术问题，本发明硅片上被对准层图形的形成方法包括如下步骤
第1步，在衬底上淀积一层第一介质层；
第2步，采用光刻和刻蚀工艺在衬底上刻蚀出沟槽，刻蚀完成后去除光刻胶，并在沟槽的底部和侧壁生长一层衬垫氧化层；所述沟槽作为硅片上这一层图形的套刻标记；
第3步，在硅片表面淀积一层第二介质层，至少将所述沟槽填充满；
第4步，采用直接化学机械研磨工艺研磨所述第二介质层，直至所述第二介质层与所述第一介质层的上表面齐平。此时只有所述沟槽中填充有所述第二介质层；
第5步，用湿法腐蚀工艺去除所述第一介质层；
第6步，对硅片进行低温预处理；
第7步，先对硅片进行预处理，例如进行1045 1055°C的预烘。再在硅片表面淀积一层第三介质层，所述第三介质层作为硅片上新的一层被对准层图形的材料；此时所述第三介质层的上表面在所述沟槽对应的部位出现下凹的台阶作为被对准层图形的套刻标记；
第8步，在硅片表面旋涂光刻胶，采用光刻工艺形成新的一层光刻图形。
本发明硅片上被对准层图形的形成方法，可以让被对准层图形上的套刻标记的图形信号的对比度增强，从而可以更容易、更清晰地被辨认出来，并且与现有方法相比省略了第二次光刻和刻蚀的步骤。该方法还可适用于CMOS、锗硅、B⑶、EEPROM等工艺中。
图1是现有的被对准层图形的形成方法的各步骤示意图2是本发明被对准层图形的形成方法的各步骤示意图。
图中附图标记说明
10为衬底；11为第一介质层；12为沟槽；13为衬垫氧化层；14为第二介质层；15 为沟槽；16为第三介质层；17为光刻胶。
具体实施方式
请参阅图2，本发明硅片上被对准层图形的形成方法包括如下步骤
第1步，在衬底10上淀积一层第一介质层11，例如为氮化硅。
第2步，采用光刻和刻蚀工艺在衬底10上刻蚀出沟槽12，刻蚀完成后去除光刻胶， 并在沟槽12的底部和侧壁生长一层衬垫氧化层(Liner Oxide) 13。刻蚀沟槽12可采用浅槽隔离(STI)工艺。
沟槽12作为硅片上这一层图形的套刻标记，该套刻标记从硅片俯视图来看可能是一种线条或形状(如方环形、十字形等)，但从硅片剖视图来看就是沟槽。被对准层图形是在套刻标记基础上形成的硅片图形。
第3步，在硅片表面淀积一层第二介质层14，例如为氧化硅，至少将沟槽12填充满。
第4步，采用直接化学机械研磨(DCMP)工艺研磨第二介质层14，直至第二介质层 14与第一介质层11的上表面齐平。此时只有沟槽12中填充有第二介质层14。
第5步，用湿法腐蚀工艺去除第一介质层11。当第一介质层11为氮化硅时，采用热磷酸药液。
第6步，对硅片进行低温预处理，例如对硅片进行温度为865 875°C的预烘。现有方法在淀积第三介质层16之前，也需要对硅片进行预处理，即进行1045 1055°C的预烘。本申请中预处理温度明显低于现有方法，因此称为“低温”预处理。
第7步，在硅片表面淀积一层第三介质层16，例如为多晶硅、锗硅、碳锗硅的任意一种。第三介质层16作为硅片上新的一层图形的材料，用于形成新的一层硅片图形。第三介质层16就是被对准层图形，此时第三介质层16的上表面在沟槽15对应的部位出现下凹的台阶作为被对准层图形的套刻标记，这是测量套刻精度的基准。
第8步，在硅片表面旋涂光刻胶17，采用光刻工艺形成新的一层光刻图形。
所述第三介质层16淀积在硅片之上，第三介质层16可以是锗硅、锗硅碳等含有锗元素的物质，两者之间的界面是异质结的界面。在高温(如1050°C )下两者之间容易发生反应，并且高温会导致杂质扩散、晶格错位等现象，从而影响套刻标记的表面形貌。在低温 (如870°C )下两者之间就不太容易发生反应，套刻标记的表面形貌就可以得到较好的保&3 甶ο
本发明硅片上被对准层图形的形成方法，可以让被对准层图形上的套刻标记的图形信号的对比度增强，从而可以更容易、更清晰地被辨认出来，并且与现有方法相比省略了一次光刻和刻蚀步骤。
权利要求
1.一种硅片上被对准层图形的形成方法，其特征是，包括如下步骤 第1步，在衬底上淀积一层第一介质层；第2步，采用光刻和刻蚀工艺在衬底上刻蚀出沟槽，刻蚀完成后去除光刻胶，并在沟槽的底部和侧壁生长一层衬垫氧化层；所述沟槽作为硅片上这一层图形的套刻标记； 第3步，在硅片表面淀积一层第二介质层，至少将所述沟槽填充满； 第4步，采用直接化学机械研磨工艺研磨所述第二介质层，直至所述第二介质层与所述第一介质层的上表面齐平。此时只有所述沟槽中填充有所述第二介质层； 第5步，用湿法腐蚀工艺去除所述第一介质层； 第6步，对硅片进行低温预处理；第7步，先对硅片进行预处理，例如进行1045 1055°C的预烘。再在硅片表面淀积一层第三介质层，所述第三介质层作为硅片上新的一层被对准层图形的材料；此时所述第三介质层的上表面在所述沟槽对应的部位出现下凹的台阶作为被对准层图形的套刻标记； 第8步，在硅片表面旋涂光刻胶，采用光刻工艺形成新的一层光刻图形。
2.根据权利要求1所述的硅片上被对准层图形的形成方法，其特征是，所述方法第6步中，所述对硅片进行低温预处理是指，对硅片进行温度为865 875°C的预烘。
3.根据权利要求1所述的硅片上被对准层图形的形成方法，其特征是，所述第一介质层为氮化硅。
4.根据权利要求1所述的硅片上被对准层图形的形成方法，其特征是，所述第二介质层为氧化硅。
5.根据权利要求1所述的硅片上被对准层图形的形成方法，其特征是，所述第三介质层或锗硅、或碳锗硅。
全文摘要
本发明公开了一种硅片上被对准层图形的形成方法，与现有方法相比，省略了第二次光刻和刻蚀的步骤，而是采用对硅片进行低温预处理的方式，增强了被对准层图形的套刻标记的图形信号对比度，从而可以更容易、更清晰地被辨认出来。
文档编号H01L23/544GK102543667SQ20101057826
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者孟鸿林, 王雷, 缪燕, 郭晓波 申请人:上海华虹Nec电子有限公司