一种对准结构及对准方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种对准结构及对准方法。

背景技术：

1、在集成电路制造的流程中，有专门的设备通过测量晶圆上的当前图形(光刻胶图形)与参考图形(衬底内图形)之间的位置来确定套刻之间的误差。套刻误差不仅定性的描述了当前的图形相对于参考图形的偏移方向，而且定量的表示出偏移的距离。套刻误差作为判断光刻工艺是否优良的一种重要标准，若套刻误差为零，则证明其当前层与参考层的图形正对准，能最大程度地保证上下层之间的电路的可靠连接，提高集成电路的工艺程度。

2、现有的对准结构和对准方法都是基于光学的方式实现的，通过设置光刻胶图形与衬底内图形，利用透镜和光波对两层图形的偏移进行检测和判断。但是光刻胶图形本身覆盖的光刻胶较厚，过厚的光刻胶会导致测试中心偏移的位置时光学测量的方法不够精准。同时，由此测量的结果也常常出现较大误差。除此之外，在集成度更大的元器件、电路或者芯片上使用时，光学测量的方法受到光源的波长和更精准的镜头的限制，无法在更紧密的尺寸实现套刻对准，无法满足更高集成的元器件、电路、芯片等的制造精度。

3、基于上述原因，本发明提供一种对准结构及对准方法，用以提高套刻过程中当前层和前层对准的准确性。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种对准结构及对准方法，用于解决现有技术中提高套刻过程中当前层和前层对准的准确性的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种对准结构，包括：

3、第一方向对准结构和第二方向对准结构；

4、所述第一方向对准结构和所述第二方向对准结构均包括n个金属对准标记和n个金属连接柱；所述金属对准标记设置为平行四边形；

5、各金属对准标记均设置于第一半导体基板上；各金属连接柱贯穿第二半导体基板，且所述金属连接柱的第一端面及第二端面分别从所述第二半导体基板的两面露出；所述第一半导体基板与所述第二半导体基板上下叠置；

6、所述第一方向对准结构中，n个金属连接柱的第二端面分别沿着第一方向与各金属对准标记相接或者相交，且各金属连接柱与对应金属对准标记在第一方向上的相对位置均不相同；所述第二方向对准结构中，n个金属连接柱的第二端面分别沿着第二方向与各金属对准标记相接或相交，且各金属连接柱与对应金属对准标记在第二方向上的相对位置均不相同；其中，与各金属对准标记的第一边平行的方向为第一方向，与第二边平行的方向为第二方向，所述第一边与所述第二边相交；n为大于等于2的自然数。

7、可选地，所述第一方向对准结构中，所述第二端面设置为正方形，所述金属对准标记设置为矩形，且所述金属对准标记在第二方向上的两条边长与所述第二端面的边长相等。

8、可选地，n设置为5，当所述第一半导体基板与所述第二半导体基板对准时：所述第一方向对准结构中，各金属连接柱沿着第一方向间隔设置；其中，第一金属连接柱及第二金属连接柱的第二端面分别与相对应的所述金属对准标记相接，第三金属连接柱及第四金属连接柱的第二端面与对应所述金属对准标记相交的面积为所述第二端面的面积值的一半，第五金属连接柱的第二端面与对应所述金属对准标记相交的面积为所述第二端面的面积值。

9、可选地，所述第二方向对准结构中，所述第二端面设置为正方形，所述金属对准标记设置为矩形，且所述金属对准标记在第一方向上的两条边长与所述第二端面的边长相等。

10、可选地，n设置为5，当所述第一半导体基板与所述第二半导体基板对准时：其中，第六金属连接柱及第七金属连接柱的第二端面分别与相对应的所述金属对准标记相接，第八金属连接柱及第九金属连接柱的第二端面与对应所述金属对准标记相交的面积为所述第二端面的面积值的一半，第十金属连接柱的第二端面与对应所述金属对准标记相交的面积为所述第二端面的面积值。

11、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种对准方法，包括：

12、s1、测量所述第一方向对准结构和所述第二方向对准结构中的各金属连接柱的电阻值；将测量的各电阻值分别与对应参考电阻值进行比较；若所述第一方向对准结构和所述第二方向对准结构中的各金属连接柱的电阻值均与各参考电阻值相等，则所述第一半导体基板和所述第二半导体基板对准；若所述第一方向对准结构和所述第二方向对准结构中的各金属连接柱的各电阻值与参考电阻值至少有一个不相等，则所述第二半导体基板相对于所述第一半导体基板生了偏移，执行校准步骤；

13、s2、基于所述第一方向对准结构及所述第二方向对准结构中的各金属连接柱的电阻值确定偏移方向，并移动第二半导体基板以将所述对准区域与所述基准金属层对准。

14、可选地，在步骤s1之前提供参考电阻值的方法：当所述第一半导体基板与所述第二半导体基板对准时，测量各金属连接柱的电阻值，作为各参考电阻值。

15、可选地，在s1步骤中，所述校准步骤包括将所述第一方向对准结构和所述第二方向对准结构中的各金属连接柱的电阻值分别转换为第二端面与对应的金属对准标记相交的面积值；根据转换的面积值得到第二半导体基板相对于第一半导体基板向所述第一方向偏移的第一偏移量δx和第二半导体基板相对于第一半导体基板向所述第二方向偏移的第二偏移量δy。

16、可选地，若所述第一方向对准结构的第二端面设置为正方形；所述金属对准标记设置为矩形；所述金属对准标记在第一方向上的边长与所述第二端面的边长相等，且在第二方向上的边长大于等于所述第二端面的边长时：各金属连接柱相对于对应的金属对准标记的第一偏移量表达式为：δrx＝k/(δx*y`)；联合多个第一偏移量表达式，求解第一偏移量；其中，δrx为各金属连接柱测量的电阻值与对应的参考电阻值的差值；k＝ρ*l，ρ为电阻率，l为金属连接柱的高度；δx为各金属连接柱相对于对应的金属对准标记的第一偏移量；y`为所述金属连接柱的第二端面与所述金属对准标记的相交部分在第二方向的边长。

17、可选地，若所述第二方向对准结构的第二端面设置为正方形；所述金属对准标记设置为矩形；所述金属对准标记的第三边和第四边的长度与所述正方形的边长相等，且所述第三边小于等于所述第一边时：各金属连接柱相对于对应的金属对准标记的第二偏移量表达式为：δry＝k/(x`*δy)；联合多个第二偏移量表达式，求解第二偏移量；其中，δry为各金属连接柱测量的电阻值与对应的参考电阻值的差值；k＝ρ*l，ρ为电阻率，l为金属连接柱的高度；δy为各金属连接柱相对于对应的金属对准标记的第二偏移量；x`为所述金属连接柱的第二端面与所述金属对准标记的相交部分在第一方向的边长。

18、可选地，在s1步骤中，所述校准步骤包括：将测量的所述第一方向对准结构中各金属连接柱的电阻值转换为第一曲线图，所述第一曲线图的横坐标为第一方向，纵坐标为电阻值；将测量的所述第二方向对准结构中各金属连接柱的电阻值转换为横坐标为第二方向，纵坐标为电阻值的第二曲线图；将转换的所述第一曲线图和所述的第二曲线图分别与对应的参考曲线图进行比较；若不一致，则根据曲线图形状得到所述第二半导体基板偏移的方向。

19、可选地，若所述第一曲线图与对应的参考曲线图均为开口向上的抛物线时，将所述第一曲线图与对应的参考曲线图比较：当所述第一曲线图的顶点相对于对应的参考曲线图的顶点向所述第一方向移动时，判定所述第二半导体基板相对于所述第一半导体基板向第一方向的反方向发生了偏移；当所述第一曲线图的顶点相对于对应的参考曲线图的顶点向所述第一方向的反方向移动时，判定所述第二半导体基板相对于所述第一半导体基板向第一方向发生了偏移。

20、可选地，若所述第二曲线图与对应的参考曲线图均为开口向上的抛物线时，将所述第二曲线图与对应的参考曲线图比较：当所述第二曲线图的顶点相对于对应的参考曲线图的顶点向所述第二方向移动时，判定所述第二半导体基板相对于所述第一半导体基板向第二方向的反方向发生了偏移；当所述第二曲线图的顶点相对于所述参考曲线图的顶点向所述第二方向的反方向移动时，判定所述第二半导体基板相对于所述第一半导体基板向第二方向发生了偏移。

21、如上所述，本发明的一种对准结构及对准方法，具有以下有益效果：

22、1、本发明的对准结构和对准方法，通过测量电阻进行对准来代替现有技术的通过光学对准的方法，能有效提高对准的精度，提高了集成电路制造中的集成度；

23、2、本发明的对准结构和对准方法，结构简单、方法简便，能在工业制造中大规模的进行应用。