[发明专利]一种提升BE光刻工艺对位性能的方法

说明书

本发明公开了一种提升BE光刻工艺对位性能的方法，包括以下步骤：(a)通过前层BV光刻技术在硅片上制作对准标记沟槽和套刻标记沟槽；(b)在对准标记沟槽和套刻标记槽沟内通过电沉积形成Cu镀层，控制沉积量使对准标记沟槽和套刻标记沟槽的顶部预留一小段沟槽；(c)沉积TaN形成第一TaN层并经CMP平坦化；(d)在硅片表面覆盖上掩膜版，使对准标记沟槽和套刻标记沟槽上方的区域暴露形成矩形刻蚀区域，对矩形刻蚀区域进行刻蚀，形成沉积沟槽；(e)除去掩膜版，在硅片表面沉积第二TaN层，使对准标记沟槽、套刻标记沟槽及沉积沟槽形成呈现随形拓扑结构的对位标记。本发明能实现BE‑BV之间的直接套刻对位，降低后续工艺复杂性和成本，提高对位精度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种提升BE光刻工艺对位性能的方法。

背景技术

可扩展性是存储器技术应用的重要特征，然而传统的存储技术，如SRAM、DRAM的继续扩展十分困难。在65nm、45nm工艺上，严重的随机掺杂涨落(RDF)效应引起了反向扩展现象，这在32nm及更高工艺水平会更加严重。尽管8T-或10T-SRAM比6T-SRAM有着更好的可扩展性，但是在22nm工艺水平就会变得很不可靠。并且随着半导体制造工艺接近20nm水平，SRAM、DRAM的缺陷更加明显。对于DRAM，在与成倍增大的漏电流及持续减小的单元电容相抗争的同时，保证数据的不丢失十分困难。SRAM和DRAM均存在极高的能量泄露问题，MOSFET基存储器在不久的将来就会走到尽头。

磁随机存储器(MRAM)由一只三极管、一只磁隧道结(MTJ)和若干连接线组成。其通过电流产生磁场，进而使自由层磁矩发生反转，改变MTJ的电阻，实现信息写入。MRAM的信息读取则通过检测存储单元的电阻实现，这种读出方法是非破坏性的。STT-MRAM是通过自旋电流实现信息写入，其存储的信息由自由层与固定层磁矩的相对取向决定，读写信息次数高(无限次)。一旦写入信息，即使在断电的情况下也不会丢失，具有非易失性。同时，STT-MRAM省略了附加写信息线，其结构简单，工艺费用少。存储单元的横截面积减小；通过位线的电流密度更高，便于自旋矩传输；电流减小，可提高电流正负极性变换速度。因此，STT-MRAM写信息的损耗小、功耗低、速度快。

用作缓存时，STT-MRAM具有很高的可写次数、对软错误的自然免疫力、无备用电源、高的集成密度、非易失性等特点，成为片上缓存系统的最佳候选者之一。相比同等容量的SRAM缓存，STT-MRAM通过消除漏电流，大大降低了能耗，并具有更短的信息读取延迟。STT-MRAM具备的高存储密度、低能耗、低误率等优势使其有着巨大的应用前景。

根据MRAM器件设计要求，BE图形与BV(Bottom Electrode)保持精确对准。为消除后面工艺BE peeling缺陷，BE TaN要保证一定的厚度。在BE光刻工艺时，要求光刻机可以侦测到前层对准信号，并在套刻机台上精确量测上下层图形的套刻性能，然而一定厚度的TaN薄膜难透光，导致BE光刻过程中无法侦测到前层BV对准标记信号，使得BE光刻无法进行。

目前通常在BE薄膜之前，增加一张AM光罩，把对准标记和套刻标记制作到氧化物介质中，BE薄膜之后上述标记处仍然保持拓扑结构，因此可以为BE光刻时提供对准信号和套刻信号。但BE与BV的对位无法直接监测，只能通过BV-AM-BE来间接完成，而因为AM起到BV和BE之间的桥梁作用，要求AM需要具备较高的光罩等级和工艺要求，增加了套刻性能的不稳定性和在线控制的复杂性，使得普通的I线光刻机无法满足工艺要求。

虽然可以通过把前层BV的对位标记(对准和套刻)周围的大块区域打开，利用自对准刻蚀形成BV对位标记的拓扑结构，BE TaN沉积之后保持拓扑结构，在BE光刻时可以利用上述拓扑结构进行对准和套刻，实现BE-BV之间的直接对位，降低了工艺复杂性和成本，并提高了对位精度，但是在刻蚀BV对位标记形成拓扑结构同时，会造成大量的Cu离子扩散，污染ETCH机台，刻蚀BV对位标记氧化物介质同时，也在大量消耗Cu材质，造成拓扑结构并不明显。