CN114068379B - 对准标记形成方法及半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对准标记形成方法及半导体器件的制造方法，先根据金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，金属层的厚度参数及光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数；然后通过仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数；并判断所述对准标记是否符合预设标准；通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数，在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记,从而提高对准标记的质量，进而解决对准失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路工艺制造技术领域，特别涉及一种对准标记形成方法及半导体器件的制造方法。
背景技术
在对膜层进行光刻时，需要使当层和前层的套刻误差满足工艺需求，通常会通过对准标记进行对准。但在半导体器件的制造过程中，例如制造金属层时，金属层的厚度较厚，因此会影响金属层中的对准标记的质量，例如导致金属层中的对准标记出现不同程度的形变、损坏以及存在高度差等问题，由此会导致对准标记不符合预设标准，从而导致出现对准失效（或者说对准被拒）的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对准标记形成方法及半导体器件的制造方法，以解决因对准标记不符合预设标准而导致的对准失效的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种对准标记形成方法，包括：获取金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数，其中，所述光刻胶层覆盖所述金属层，所述金属层中具有对准标记；根据所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，所述金属层的厚度参数及所述光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数，以通过所述仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数；根据在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，判断所述对准标记是否符合预设标准；通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数；以及，在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，所述对准标记的对准质量参数为所述对准标记的实测信号的强度与所述对准标记的理想信号的强度的百分比。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数的方法包括：通过在所述仿真模型中调整所述金属层的厚度参数，以得到在不同的所述变量参数时由所述对准标记产生的衍射光束的复振幅；通过所述复振幅得到在不同的所述变量参数时由所述对准标记产生的衍射光束的光强，并通过所述对准标记产生的衍射光束的光强确定所述对准标记的实测信号的强度；以及，根据所述对准标记的实测信号的强度与所述对准标记的理想信号的强度得到所述对准标记的对准质量参数。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，所述对准标记产生的衍射光束的光强通过如下公式得到：Im=|Cm|2;其中，Im表示所述对准标记产生的衍射光束的光强，Cm表示复振幅。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，得到所述对准标记产生的衍射光束的复振幅的方法包括：获取所述金属层的折射率；通过所述金属层的折射率及吸光系数得到所述金属层的振幅反射比；以及，通过所述金属层的振幅反射比、所述金属层的折射率以及所述金属层的厚度参数计算出所述对准标记产生的衍射光束的复振幅。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，在所述仿真模型中，所述金属层的厚度参数的可调整范围为2μm~5μm。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数的方法包括：通过在所述仿真模型中调整所述光刻胶层的厚度参数，以得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，其中，所述对准标记的对准质量参数通过如下公式得到：WQm=
；其中，WQm表示所述对准标记的对准质量参数，C表示常数，λ表示入射至所述光刻胶层的检测光束的波长，m表示所述对准标记产生的衍射光束的衍射级次，n表示所述光刻胶层的折射率，△H表示所述光刻胶层的厚度，△A表示所述对准标记的实测信号的振幅差，A1表示所述对准标记的实测信号的振幅。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，在所述仿真模型中，所述光刻胶层的厚度参数的可调整范围为3μm~5μm 。
可选的，在所述的对准标记形成方法中，所述金属层的材质为铝、铜、钨、钛、钽或者钨。
基于同一发明构思，本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括：采用如上所述的对准标记形成方法在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记；在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层上形成抗反射层；在所述抗反射层上形成具有所述合格的光刻胶层厚度参数的光刻胶层；以及，通过所述新的对准标记对所述光刻胶层进行曝光及显影，以形成图形化的光刻胶层。
在本发明提供的对准标记形成方法及半导体器件的制造方法中，先根据金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，所述金属层的厚度参数及所述光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数；然后通过所述仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数；接着，根据在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，判断所述对准标记是否符合预设标准；通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数，以及，在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记 ，使得新的对准标记符合预设标准，进而解决对准失效的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的对准标记形成方法的流程示意图。
图2是本发明实施例的半导体器件的制造方法的流程示意图。
图3是本发明实施例的半导体器件的制造方法中形成金属层的结构示意图。
图4是本发明实施例的半导体器件的制造方法中形成抗反射层的结构示意图。
图5是本发明实施例的半导体器件的制造方法中形成光刻胶层的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：100-衬底；110-金属层；120-抗反射层；130-光刻胶层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的对准标记形成方法及半导体器件的制造方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1是本发明实施例的对准标记形成方法的流程示意图。如图1所示，所述对准标记形成方法包括：步骤S1：获取金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数，其中，所述光刻胶层覆盖所述金属层，所述金属层中具有对准标记；步骤S2：根据所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，所述金属层的厚度参数及所述光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数，以通过所述仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数；步骤S3：根据在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，判断所述对准标记是否符合预设标准；步骤S4：通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数；以及，步骤S5：在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记。
下文将对本实施例提供的对准标记形成方法进行更详细的描述。
在步骤S1中，获取金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数，其中，所述光刻胶层覆盖所述金属层，所述金属层中具有对准标记。所述对准标记为形成于金属层中的凹槽结构或者其他可以被光刻设备识别的结构，所述对准标记的形状呈长条形。进一步的，所述金属层中的对准标记的数量可以为多个，例如四个、五个、六个或者八个。
本实施例中，所述衬底可以为硅衬底。所述金属层的材质例如为铝、铜、钨、钛、钽或者钨，但不限于此，也可以为其他的金属。金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数可以根据不同的制程需求设置。
在步骤S2中，根据所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，所述金属层的厚度参数及所述光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数，以通过所述仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数。其中，所述对准标记的对准质量参数（wafer quality，WQ）为所述对准标记的实测信号的强度与所述对准标记的理想信号的强度的百分比。
具体的，得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数的方法包括：首先，通过在所述仿真模型中调整金属层的厚度参数，以得到在不同的所述变量参数时由所述对准标记产生的衍射光束的复振幅，即，所述金属层的厚度参数不同使得所述对准标记产生的衍射光束的复振幅不同，使得对准标记的实测信号的强度也不同。
接着，通过所述复振幅得到在不同的所述变量参数时由所述对准标记产生的衍射光束的光强，并通过所述对准标记产生的衍射光束的光强确定所述对准标记的实测信号的强度。具体的，通过所述对准标记产生的衍射光束的光强得到一光信号，并通过对所述光信号进行信号处理而得到一电信号，所述电信号作为所述对准标记的实测信号。以及，根据所述对准标记的实测信号的强度与所述对准标记的理想信号的强度得到所述对准标记的对准质量参数。其中，所述对准标记的实测信号可以为正弦波信号。
本实施例中，在所述仿真模型中，所述金属层的厚度参数的可调整范围为2μm~5μm。
本实施例中，所述对准标记产生的衍射光束的光强通过如下公式得到：Im=|Cm|2;其中，Im表示所述对准标记产生的衍射光束的光强，Cm表示复振幅。
本实施例中，得到所述对准标记产生的衍射光束的复振幅的方法包括：步骤一：获取所述金属层的折射率；步骤二：通过所述金属层的折射率及吸光系数得到所述金属层的振幅反射比；以及，步骤三：通过所述金属层的振幅反射比、所述金属层的折射率以及所述金属层的厚度参数计算出所述对准标记产生的衍射光束的复振幅。具体可以通过仿真周期、入射至所述对准标记的检测光束的波长、所述对准标记产生的衍射光束的衍射级次、所述金属层的振幅反射比、所述金属层的折射率以及所述金属层的厚度参数来计算出所述对准标记产生的衍射光束的复振幅。
进一步的，得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数的方法还包括：通过在所述仿真模型中调整所述光刻胶层的厚度参数，以得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，所述光刻胶层的厚度参数的可调整范围为3μm~5μm，其中，所述对准标记的对准质量参数通过如下公式得到：WQm=
；其中，WQm表示所述对准标记的对准质量参数，C表示常数，λ表示入射至所述光刻胶层的检测光束的波长，m表示所述对准标记产生的衍射光束的衍射级次，n表示所述光刻胶层的折射率，△H表示所述光刻胶层的厚度，△A表示所述对准标记的实测信号的振幅差，A1表示所述对准标记的实测信号的振幅。
本实施例中，通过将检测光束入射至所述光刻胶层，所述检测光束透过所述光刻胶层照射至所述金属层，经所述金属层中的对准标记反射后形成所述衍射光束。可以通过所述金属层的材质确定所述检测光束的类型，所述检测光束可以为光刻机对准系统中的检测光束，所述检测光束可以为红光，波长例如可以为633 nm，或者，所述检测光束也可以为绿光，波长例如可以为532 nm，或者，所述检测光束也可以为近红外线或者远红外线。可以根据金属层的材质来选择检测光束的波长。
在步骤S3中，根据在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，判断所述对准标记是否符合预设标准。具体的判断方法包括：先预设对准标记的对准质量参数的阈值，以得到预设阈值，然后将不同的所述变量参数对应的对准标记的对准质量参数与所述预设阈值进行比较，若所述变量参数对应的对准质量参数在所述预设阈值内，则判定为所述对准标记符合预设标准，所述对准标记符合预设标准则所述对准标记的质量合格，若否，则判定为所述对准标记不符合预设标准，即对准标记的质量不合格。其中，所述对准标记的对准质量参数在预设阈值内，则表示对准标记的质量较好，有利于在曝光时通过对准标记进行精确的对准，减小套刻误差。
在步骤S4中，通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数。本实施例中，可以通过保留符合预设标准的对准标记所对应的变量参数，舍弃不符合预设标准的对准标记所对应的变量参数，来实现金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数的筛选，从而得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数。在此，与合格的金属层厚度参数相应的光刻胶层厚度参数，是指与合格的金属层厚度参数相适配的光刻胶层的厚度参数，两者互相配合，可以使对准标记的对准质量参数符合预设阈值，从而提高对准标记的质量。
在步骤S5，在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记。所述金属层的材质为铝、铜、钨、钛、钽或者钨。所述金属层可以通过物理气相沉积工艺形成，所述新的对准标记为形成于所述金属层中的凹槽结构或者其他可以被光刻设备识别的结构，所述金属层中的新的对准标记的数量可以为多个，例如四个、五个、六个或者八个，在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记，使得新的对准标记符合预设标准，进而解决对准失效的问题，或者说避免出现对准被拒的问题。
图2是本发明实施例的半导体器件的制造方法的流程示意图。基于同一发明构思，本发明还提供一种半导体器件的制造方法，如图2所示，所述半导体器件的制造方法包括：步骤S10：采用本实施例提供的对准标记形成方法在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记；步骤S20：在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层上形成抗反射层；步骤S30：在所述抗反射层上形成具有所述合格的光刻胶层厚度参数的光刻胶层；以及，步骤S40：通过所述新的对准标记对所述光刻胶层进行曝光及显影，以形成图形化的光刻胶层。
图3是本发明实施例的半导体器件的制造方法中形成金属层的结构示意图。图4是本发明实施例的半导体器件的制造方法中形成抗反射层的结构示意图。图5是本发明实施例的半导体器件的制造方法中形成光刻胶层的结构示意图。下文将结合图3~图5对本实施例所提供的半导体器件的制造方法进行更详细的说明。
在步骤S10中，采用本实施例提供的对准标记形成方法在衬底100上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层110，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层110中形成对准标记。具体的，所述衬底100可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材，例如可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、锗、锗硅、碳硅、碳锗硅、砷化铟、砷化镓、磷化铟、绝缘体上硅、绝缘体上锗化硅或绝缘体上锗等。本实施例中，所述衬底100为硅衬底。
本实施例中，所述金属层110的材质为铝、铜、钨、钛、钽或者钨。所述金属层110可以通过物理气相沉积工艺形成，其中，可以采用物理气相沉积工艺中的真空蒸镀、溅射镀或离子镀的方法来形成，真空蒸镀是将待蒸镀的金属材料在真空腔体中加热、蒸发，使蒸发的原子或原子团在温度较低的衬底100上凝结，以形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层110。溅射镀是利用带电离子在电磁场的作用下获得足够的能量，轰击固体靶材(即金属材料)表面，从靶材表面被溅射出来等离子体以一定的动能射向衬底100表面，在衬底100上形成金属层110。离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物沉积在衬底100上，以形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层110。本实施例中，采用溅射镀的方法形成所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层110。
本实施例中，对准标记为形成于金属层110中的凹槽结构，其形状例如可以为一字型，可以通过干法刻蚀工艺在金属层110中形成对准标记，由于所述金属层110具有合格的金属层厚度参数，故可以保证对准标记的深度，从而保证对准标记的质量，提高后续曝光时的对准精度。
如图4所示，在步骤S20中，在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层110上形成抗反射层120，所述抗反射层120可减小后续曝光时的驻波效应，提高对准标记的信号强度，从而提供对准精度。所述抗反射层120的材质可以为有机物、氧化硅或者氮化硅。
如图5所示，在步骤S30中，在所述抗反射层120上形成具有所述合格的光刻胶层厚度参数的光刻胶层130。具体的，光刻胶层130的厚度会对后续的曝光产生影响，如果光刻胶层130的厚度太厚，则会影响对准标记的信号强度，从而影响对准精度，因此本实施例中，通过在抗反射层120上形成具有所述合格的光刻胶层厚度参数的光刻胶层130，能够进一步提高对准标记的信号强度，从而提高对准精度。
在步骤S40中，通过所述新的对准标记对所述光刻胶层130进行曝光及显影，以形成图形化的光刻胶层（未图示），所述图形化的光刻胶层中具有开口。对所述光刻胶层130进行曝光及显影通过现有技术实现，在此不再赘述，其中，曝光波长可以为365 nm、248 nm或者193 nm。由于所述金属层110具有合格的金属层厚度参数，且所述光刻胶层130具有合格的光刻胶厚度参数，则在对所述光刻胶层130进行曝光的过程中，能够增加对准标记的信号强度，提高对准精度，避免出现对准被拒的问题。此外，还可避免人工对准操作，降低人工工作量并降低人为操作风险，提高机台的产能。
综上可见，在本发明提供的对准标记形成方法及半导体器件的制造方法中，先根据金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，所述金属层的厚度参数及所述光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数；然后通过所述仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数；接着，根据在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，判断所述对准标记是否符合预设标准；以及，通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数，在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记 ，使得新的对准标记符合预设标准，进而解决对准失效的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种对准标记形成方法，其特征在于，所述对准标记形成方法包括：
获取金属层的厚度参数以及光刻胶层的厚度参数，其中，所述光刻胶层覆盖所述金属层，所述金属层中具有对准标记；
根据所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数建立一仿真模型，所述金属层的厚度参数及所述光刻胶层的厚度参数作为所述仿真模型的变量参数，以通过所述仿真模型得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数；
根据在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，判断所述对准标记是否符合预设标准；
通过所述对准标记的判断结果对所述金属层的厚度参数以及所述光刻胶层的厚度参数进行筛选，以得到合格的金属层厚度参数以及相应的光刻胶层厚度参数；以及，
在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记。
2.如权利要求1所述的对准标记形成方法，其特征在于，所述对准标记的对准质量参数为所述对准标记的实测信号的强度与所述对准标记的理想信号的强度的百分比。
3.如权利要求2所述的对准标记形成方法，其特征在于，得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数的方法包括：
通过在所述仿真模型中调整所述金属层的厚度参数，以得到在不同的所述变量参数时由所述对准标记产生的衍射光束的复振幅；
通过所述复振幅得到在不同的所述变量参数时由所述对准标记产生的衍射光束的光强，并通过所述对准标记产生的衍射光束的光强确定所述对准标记的实测信号的强度；以及，
根据所述对准标记的实测信号的强度与所述对准标记的理想信号的强度得到所述对准标记的对准质量参数。
4.如权利要求3所述的对准标记形成方法，其特征在于，所述对准标记产生的衍射光束的光强通过如下公式得到：
Im=|Cm|2;
其中，Im表示所述对准标记产生的衍射光束的光强，Cm表示复振幅。
5.如权利要求4所述的对准标记形成方法，其特征在于，得到所述对准标记产生的衍射光束的复振幅的方法包括：
获取所述金属层的折射率；
通过所述金属层的折射率及吸光系数得到所述金属层的振幅反射比；以及，
通过所述金属层的振幅反射比、所述金属层的折射率以及所述金属层的厚度参数计算出所述对准标记产生的衍射光束的复振幅。
6.如权利要求3所述的对准标记形成方法，其特征在于，在所述仿真模型中，所述金属层的厚度参数的可调整范围为2μm~5μm 。
7.如权利要求2所述的对准标记形成方法，其特征在于，得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数的方法包括：
通过在所述仿真模型中调整所述光刻胶层的厚度参数，以得到在不同的所述变量参数时所述对准标记的对准质量参数，其中，所述对准标记的对准质量参数通过如下公式得到：
WQm= 
；
其中，WQm表示所述对准标记的对准质量参数，C表示常数，λ表示入射至所述光刻胶层的检测光束的波长，m表示所述对准标记产生的衍射光束的衍射级次，n表示所述光刻胶层的折射率，△H表示所述光刻胶层的厚度，△A表示所述对准标记的实测信号的振幅差，A1表示所述对准标记的实测信号的振幅。
8.如权利要求7所述的对准标记形成方法，其特征在于，在所述仿真模型中，所述光刻胶层的厚度参数的可调整范围为3μm~5μm。
9.如权利要求1所述的对准标记形成方法，其特征在于，所述金属层的材质为铝、铜、钛、钽或者钨。
10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1~9中任一项所述的对准标记形成方法在衬底上形成具有所述合格的金属层厚度参数的金属层，并在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层中形成新的对准标记；
在所述具有所述合格的金属层厚度参数的金属层上形成抗反射层；
在所述抗反射层上形成具有所述合格的光刻胶层厚度参数的光刻胶层；以及，
通过所述新的对准标记对所述光刻胶层进行曝光及显影，以形成图形化的光刻胶层。
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