[发明专利]光刻对准标记结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻对准标记结构及其制造方法。

背景技术

伴随集成电路制造工艺的不断进步、线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路；由最初的IC(集成电路)随后到LSI(大规模集成电路)，VLSI(超大规模集成电路)，直至今天的ULSI(特大规模集成电路)，器件的面积进一步缩小，功能更为全面强大。考虑到工艺研发的复杂性，长期性和高昂的成本等等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，缩小芯片的面积，在同一枚硅片上尽可能多的得到有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片设计者，制造商的重视。其中光刻工艺就担负着关键的作用，光刻是通过对准、曝光等一系列步骤将掩模图形转移到晶圆上的工艺过程，在半导体芯片的制造过程中，通常要通过多层光刻工艺才能完成整个制造过程，而如何控制当层光刻图形与前层光刻图形(晶圆上的图形)的位置对准，以满足套刻精度(overlay)的要求是多层光刻工艺中至关重要的步骤，套刻精度是指晶圆的层与层的光刻图形的位置对准误差。

多重图形技术(Double Patterning、Triple Patterning)，如LELE、LLE等。LLE是指两次曝光不同的光刻胶，一次显影完成两层的叠加。而后研发出了LELE的方法，其方法类似于表面成像转移技术，即先在薄的光刻胶上形成图形，再通过刻蚀将预先淀积好的薄的硬掩膜刻蚀掉，将第一次图形转移至硬掩膜上，再与第二次的光刻胶共同作为掩膜层形成目标图形，避免了LLE中两次光刻胶的相互作用。

对准精度测量通常是在上下两个光刻层的图形中各放置一个对准精度测量图形，通过测量两个对准图形的相对位置的偏差，来保证两层光刻图形之间的对准。常用的对准精准检测图形包括内外箱(box-in-box)和内外条型(bar-in-bar)，请参见图1和图2所示，图1为内外框型对准精度测量图形，图2为内外条形对准精度测量图形，其中，内部图形为对准层图形，外框为被对准层图形。此种对准图形目前被广泛应用于业界，但是随着半导体技术的大跃进式发展，目前也看到了此种固有图形的弊端，主要有以下待改善之处：

1、传统对准测量图形的摆放占据比较多的版图设计空间，在2合1、4合1、N合1的掩模版上，切割道的空间会越来越小，但是所需测试图形却无法减少，传统对准图形对空间的占用将使得掩模版在出版前不得不舍弃一些测试图形，小的版图设计与出版也会受限于此；

2、传统对准测量图形在不增加额外前层对准图形数量的情况下，无法进行跨层次之间的对准精度量测，比如当第二层次对第一层次对准有偏差的情况下，那么无法再使用第三层次直接对第一层次的方式进行校准，而只能继续对准已经存在偏差的第二层次；

3、传统对准测量图形在运用到先进制程的双重曝光Double Patterning时，对准误差及残留问题难以改善，原因在于，受限于传统对准测量图形的单一层次对准，当进行第二次曝光式，需要选择不同的前层记号进行对准测量，显然无法固定同一前层记号进行测量；

4、传统对准测量图形在新增图形层次时，需要增加额外前层被对准记号，这样一来就要重新出版包括前层光罩以内的2层光罩，增加额外的成本；

此外，现有技术中也有相关多层次对准方式的结构设计，参见图3所示，首先在步骤1中光刻并刻蚀出用于被对准的外层第一方向(Y方向)氧化物标记31，然后在步骤2中光刻并刻蚀出用于被对准的外层第二方向(X方向)氧化物标记32，然后在步骤3中进行内层光刻对准标记33的建立，即可进行内层对准图形X、Y方向分别与外层被对准图形X、Y方向的对准精度测量。此种结构虽然能同时进行三层的对准，但是设计中无法同时涵盖到X、Y两个方向的偏差收集，矢量拟合度有待质疑，这对于发展到28纳米以下芯片结构来说也会存在对准不良的风险。并且目前光刻技术已经不再停留于2次曝光(双重曝光)的方式，上升到了3次曝光，甚至4次曝光，此种结构同样无法通过固定的前层记号进行后续多层记号对准的量测。

因此，需要一个新的多层次相互对准结构设计，以避免上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻对准标记结构及其制造方法，能够满足不同层次间光刻对准标记的相互对准要求，同时可以兼顾传统对准量测和3次曝光、4次曝光所需的对准量测，而且比较节省切割道的空间，降低成本。