專利名稱：提高對準精度的方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種提高對準精度的方法。
背景技術：
目前，磁性隨機存取存儲器(MRAM)是一種非易失性存儲器，其在許多應用中有著傳統存儲器例如動態隨機存取存儲器(DRAM)、閃存等無法比擬的優點。MRAM的磁性存儲單元為磁性隧道結(MTJ)，位于底電極之上，如圖1所示。圖1為包括MTJ的MRAM單元的結構示意圖。晶體管101位于半導體襯底100上，晶體管的源極或者漏極通過導電拴102與底電極103電性連接，磁性隧道結104位于底電極103之上，且要求磁性隧道結104的投影位于底電極103的區域內。因此，要求磁性隧道結104與底電極103的對準精度很高。然而現有一些對準精度比較高的方法都只適用于當層材料為透明材料的對準，應用這些方法時，位于當層材料下的前層對準標記清晰可見，所以對準精度較高。然而當層MTJ為不透明材料， 當層MTJ材料覆蓋到前層表面后，前層對準標記就無法看到，因而就無法實現對準，因此所述當層材料為透明材料的對準方法在這里是不適用的，所以需要提出新的解決方法。現有一種適用于當層材料為不透明材料的對準方法，能夠實現磁性隧道結104與底電極103之間的對準，但對準精度不高。現有技術將當層磁性隧道結與前層底電極對準的方法包括以下步驟，下面參照圖加至圖2c進行說明。步驟21、請參閱圖加的俯視圖，提供一前層圖案，包括前層的底電極101、對準標記(alignment mark) 102和疊對標識(OVL mark) 103。其中前層底電極位于晶片的芯片上， 該芯片上還設置有多層電路圖形，共同構成功能電路或者邏輯電路。對準標記和疊對標識位于芯片與芯片之間的切割道上，切割道上還可能設置有其他測試圖形(test key)，所以對準標記和疊對標識位于切割道上的冗余區域。在MRAM中底電極101可以為金屬銅，對準標記102和疊對標識103與底電極101 在同一工序中完成。例如，底電極101的制作需要在絕緣層104中刻蝕形成溝槽，然后在溝槽內填充金屬銅，最后經過化學機械研磨(CMP)金屬銅至絕緣層104的表面形成底電極；與此同時，也在切割道的絕緣層104中刻蝕形成與對準標記102和疊對標識103形狀相對應的溝槽，然后在溝槽內填充金屬銅，最后經過CMP金屬銅至絕緣層104的表面形成內嵌于絕緣層104中的對準標記102和疊對標識103。一般的，對準標記為一組帶狀光柵，疊對標識為矩形框。步驟22、請參閱圖2b的俯視圖，在所述前層圖案的表面涂布光阻膠層(圖中未示)，根據曝光機臺對準前層對準標記102，將掩膜板上具有的掩膜圖形轉移到切割道上的另一冗余區域。該掩膜圖形與前層對準標記102和疊對標識103形狀與尺寸相同，通過該掩膜圖形形成的對準標記和疊對標識分別稱為對準標記102’和疊對標識103’。對所述光阻膠層進行曝光顯影后，圖案化的光阻膠層的表面顯露出對準標記102’和疊對標識103’的開口，以圖案化的光阻膠層為掩膜，對切割道上的絕緣層104進行刻蝕，形成對準標記102’和疊對標識103’的溝槽。該步驟中形成的對準標記102’和疊對標識103’的溝槽，稱為切割道初始標記 (SPM, Scribe-lane Primary Mark)，該標記起過渡作用，制作SPM時與前層的對準標記102 和疊對標識103相對準，后續當層曝光時，再與SPM相對準，所以這種間接的對準方法，使得其對準精度大大降低。步驟23、去除光阻膠層后，在上述結構的表面沉積當層材料層105。該實施例中當層材料層為不透光的磁性隧道結材料，磁性隧道結材料不但會覆蓋底電極101，而且會沉積在對準標記102’和疊對標識103’的溝槽內，如圖2c所示。圖2c為當層材料層105沉積于對準標記102’的溝槽內的剖面示意圖。這樣，當層表面涂布光阻膠層進行當層曝光時， 曝光機臺對準SPM，即沉積有磁性隧道結材料的對準標記102’和疊對標識103’的溝槽，利用溝槽具有的起伏表面所產生的光學信號，實現前層和當層的對準。正如前述，步驟23中， 當層曝光時，曝光機臺對準SPM，SPM位于切割道的另一冗余區域，而不是直接與前層的對準標記對準，所以這種間接對準的方式，使得對準精度大大降低。
發明內容
有鑒于此，本發明解決的技術問題是在當層材料不透明的情況下，如何提高對準精確度。為解決上述技術問題，本發明的技術方案具體是這樣實現的本發明公開了一種提高對準精度的方法，該方法應用于包括切割道和芯片的晶片，該方法包括下列步驟提供一導電前層圖案，包括芯片上的前層電路圖形，以及切割道內嵌于絕緣層中的前層對準標記、第一套前層疊對標識和第二套前層疊對標識；根據曝光機臺對準前層對準標記，利用掩膜板圖形進行光刻，在所述導電前層圖案表面形成圖案化的第一光阻膠層窗口，該第一光阻膠層窗口為分別與前層對準標記和第一套前層疊對標識相對應的第一窗口和第二窗口，光刻后采用第二套前層疊對標識進行偏移檢測；對所述第一和第二窗口內的絕緣層刻蝕，保留第一和第二窗口內的前層對準標記和第一套前層疊對標識，分別形成位于前層對準標記之間的第一溝槽和位于第一套前層疊對標識之間的第二溝槽；沉積當層不透明材料層，所述當層不透明材料層未填充滿所述溝槽；根據曝光機臺對準第一溝槽，進行光刻，在芯片上形成當層電路圖形掩膜，光刻后采用第二溝槽進行偏移檢測；采用當層電路圖形掩膜進行刻蝕，在芯片上的前層電路圖形上方形成當層電路圖形。所述前層對準標記為帶狀光柵，所述第一套前層疊對標識和第二套前層疊對標識圖案相同，為矩形框。所述第一窗口范圍大于等于前層對準標記的范圍；所述第二窗口范圍大于等于第一套前層疊對標識的范圍。所述利用掩膜板圖形進行光刻的掩膜板圖形上還包括邊長小于第二套前層疊對標識的矩形框，該矩形框與第二套前層疊對標識的位置相對應。所述采用第二套前層疊對標識進行偏移檢測的方法為檢測掩膜板圖形上的矩形框中心坐標與第二套前層疊對標識具有的矩形框中心坐標之間的疊對偏移量，當所述疊對偏移量在預定允許范圍內時，確定曝光機臺與前層對準標記已經對準；否則，曝光機臺根據所述疊對偏移量做出調整后重新進行與前層對準標記對準的操作。前層圖案為金屬銅，絕緣層為氧化層，所述刻蝕絕緣層的氣體為含氟類氣體。由上述的技術方案可見，本發明的對準方法，關鍵是對前層對準標記和前層疊對標識所對應窗口內的絕緣層進行刻蝕形成溝槽，在覆蓋當層材料層之后，具有起伏的平面， 因此可以在芯片上形成當層電路圖形掩膜時，直接對位于前層對準標記之間的第一溝槽進行對準，在芯片上形成當層電路圖形掩膜后直接利用位于前層疊對標識之間的第二溝槽進行偏移檢測，與現有技術的間接對準的方法相比，大大提高了對準的精確度。
圖1為包括MTJ的MRAM單元的結構示意圖。圖加至圖2c為現有技術將當層磁性隧道結與前層底電極對準的方法所對應的示意圖。圖3為本發明提高對準精度的方法的流程示意圖。圖3a至圖3d為本發明實施例提高對準精度的方法所對應的示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案、及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發明進一步詳細說明。本發明提供了一種提高對準精度的方法，該方法應用于包括切割道和芯片的晶片，該方法包括下列步驟提供一導電前層圖案，包括芯片上的前層電路圖形，以及切割道內嵌于絕緣層中的前層對準標記、第一套前層疊對標識和第二套前層疊對標識；根據曝光機臺對準前層對準標記，利用掩膜板圖形進行光刻，在所述導電前層圖案表面形成圖案化的第一光阻膠層窗口，該第一光阻膠層窗口為分別與前層對準標記和第一套前層疊對標識相對應的第一窗口和第二窗口，光刻后采用第二套前層疊對標識進行偏移檢測；對所述第一和第二窗口內的絕緣層刻蝕，保留第一和第二窗口內的前層對準標記和第一套前層疊對標識，分別形成位于前層對準標記之間的第一溝槽和位于第一套前層疊對標識之間的第二溝槽；沉積當層不透明材料層，所述當層不透明材料層未填充滿所述溝槽；根據曝光機臺對準第一溝槽，進行光刻，在芯片上形成當層電路圖形掩膜，光刻后采用第二溝槽進行偏移檢測；采用當層電路圖形掩膜進行刻蝕，在芯片上的前層電路圖形上方形成當層電路圖形。下面通過流程圖和結構示意圖對上述本發明的方法進行詳細介紹。
本發明提高對準精度的方法的流程示意圖如圖3所示。其包括以下步驟，具體結合圖3a至圖3d詳細進行說明。步驟31、提供一導電前層圖案，包括前層電路圖形，以及前層對準標記和疊對標識；所述前層對準標記為一套帶狀光柵，用于圖案化前層圖案表面第一光阻膠層時的曝光機臺對準；所述前層疊對標識為相同的兩套矩形框，其中第一套前層疊對標識用于圖案化當層表面第二光阻膠層之后的偏移檢測，第二套前層疊對標識用于圖案化前層圖案表面第一光阻膠層后的偏移檢測。請參閱圖3a的俯視圖，本實施例前層電路圖形為MRAM的底電極301，一般為金屬銅，位于晶片的芯片上。前層對準標記302、第一套前層疊對標識303和第二套前層疊對標識304，位于芯片與芯片之間的切割道上，與底電極301在同一工序中完成。例如，底電極 301的制作需要在絕緣層305中刻蝕形成溝槽，然后在溝槽內填充金屬銅，最后經過化學機械研磨金屬銅至絕緣層305的表面形成底電極；與此同時，也在切割道的絕緣層305中刻蝕形成與前層對準標記302、第一套前層疊對標識303和第二套前層疊對標識304形狀相對應的溝槽，然后在溝槽內填充金屬銅，最后經過CMP金屬銅至絕緣層305的表面形成內嵌于絕緣層305中的前層對準標記302、第一套前層疊對標識303和第二套前層疊對標識304。其中，前層對準標記302、第一套前層疊對標識303和第二套前層疊對標識304在切割道上的相對位置不需要特別限定，設置在切割道的冗余區域即可。而且上述標記的尺寸根據各類半導體器件的要求不同而不同，可以根據經驗值得出，預先設定好所述標記的設計規則。步驟32、在所述前層圖案的表面涂布第一光阻膠層，根據曝光機臺對準前層對準標記，利用掩膜板圖形，圖案化所述第一光阻膠層；所述掩膜板圖形包括前層對準標記和第一套前層疊對標識所對應位置上的窗口，以及與第二套前層疊對標識位置相對應的矩形框，該矩形框邊長小于前層疊對標識的邊長；圖案化所述第一光阻膠層的方法為將前層對準標記和第一套前層疊對標識所對應位置上的第一光阻膠層分別打開一窗口，稱為第一窗口和第二窗口，顯露出內嵌于絕緣層中的前層對準標記和第一套前層疊對標識；圖案化所述第一光阻膠層之后，利用掩膜板圖形上的矩形框與第二套前層疊對標識進行偏移檢測。請參閱圖北的俯視圖，在第一光阻膠層上打開第一窗口 1和第二窗口 2，第一窗口 1對應前層對準標記302，第一窗口 1的范圍大于等于前層對準標記302的范圍；第二窗口 2對應第一套前層疊對標識303，第二窗口 2的范圍大于等于第一套前層疊對標識303的范圍；圖案化第一光阻膠層時利用的掩膜板圖形上還包括與第二套前層疊對標識304相對應的矩形框3，將矩形框3的中心坐標與第二套前層疊對標識304具有的矩形框中心坐標之間的疊對偏移量稱為△，當△在預定允許范圍內時，確定該曝光步驟中曝光機臺與前層對準標記302已經對準；否則，曝光機臺根據所述Δ做出調整后重新進行與前層對準標記302 對準的操作。允許范圍內的疊對誤差一般根據器件的尺寸及其他參數的不同而不同，可以由經驗值得出，從而設定一個允許誤差范圍。在該允許誤差范圍內，對器件的性能方面的影響可以忽略，則可以進行下一步的操作；否則，需要重新涂布第一光阻膠層，△在反饋給曝光機臺后，曝光機臺根據Δ重新做出調整，對準前層對準標記302再次進行曝光，曝光之后再次檢測Δ，重復該操作直至Δ在允許誤差范圍內為止。步驟33、以圖案化的第一光阻膠層為掩膜，對所述第一和第二窗口內的絕緣層刻蝕，保留第一和第二窗口內的前層對準標記和第一套前層疊對標識，分別形成位于前層對準標記之間的第一溝槽和位于第一套前層疊對標識之間的第二溝槽。請參閱圖3c，圖3c為刻蝕第一窗口 1內的絕緣層305的剖面示意圖。本實施例中絕緣層為氧化層，前層圖案為導電的金屬銅，所以刻蝕絕緣層305的氣體為含氟類氣體，確保刻蝕氧化層的同時，不對金屬銅進行刻蝕，即絕緣層和前層圖案的刻蝕選擇比要求很高。 現有氧化層和金屬銅的刻蝕選擇比可以達到10 1以上。刻蝕第二窗口 2內的絕緣層的原理與上述相同，在此不再贅述。其中，不需要對刻蝕絕緣層形成的溝槽的深度進行特別限定。溝槽底部平面可以高于金屬銅的底平面，也可以低于或者等于金屬銅的底平面。步驟34、去除所述第一光阻膠層后，沉積當層不透明材料層，所述當層不透明材料層未填充滿所述第一和第二溝槽。請參閱圖3d，圖3d為在前層對準標記302以及位于前層對準標記302之間的第一溝槽306表面沉積當層材料層307的剖面示意圖。所述當層材料層307均勻覆蓋前層對準標記302，當層材料層307并未填充滿位于前層對準標記302之間的第一溝槽306，否則的話，無法形成起伏的表面，從而后續利用曝光機臺進行前層和當層的對準。在第一套前層疊對標識303以及位于第一套前層疊對標識303之間的第二溝槽表面沉積當層材料層的原理與上述相同，在此不再贅述。本實施例中當層材料層為不透光的磁性隧道結材料，磁性隧道結材料不但會均勻覆蓋底電極301，而且會均勻覆蓋前層對準標記302、第一套前層疊對標識303以及位于他們之間的溝槽。步驟35、在所述當層材料層的表面涂布第二光阻膠層，根據曝光機臺對準第一溝槽，圖案化所述第二光阻膠層，形成當層電路圖形掩膜；圖案化所述第二光阻膠層之后，采用第二溝槽進行偏移檢測。前層對準標記302以及位于前層對準標記302之間的第一溝槽306表面都被均勻覆蓋當層材料層，具有起伏的表面，曝光機臺發出的光學信號利用當層材料層的高度變化， 可以準確地進行當層和前層的對準。當層曝光之后，利用位于第一套前層疊對標識303之間的第二溝槽進行偏移檢測，第一套前層疊對標識303以及位于第一套前層疊對標識303 之間的第二溝槽表面也都被均勻覆蓋當層材料層，具有起伏的表面，所以偏移檢測的原理也是利用曝光機臺發出的光學信號進行偏移檢測。當偏移檢測在允許誤差內時，意味著前層和當層對準，可以進行當層的刻蝕，形成位于前層電路圖形上方的當層電路圖形，也就是說根據本發明的方法形成了前層電路圖形與當層電路圖形的對準。至此，本發明的對準方法結束。本發明實施例以MRAM為例進行說明，用于前層底電極與當層磁性隧道結的對準。本發明不對前層和當層的材料進行限定，如果當層材料為透明材料，則可以透過該透明材料看到前層對準標記，實現對準的方法很簡單，所以不需要采用本發明的方法進行對準，也就是說本發明適用于當層為不透明的材料層，采用本發明的方法，當層曝光時仍然與前層的對準標記對準，當層曝光之后也仍然利用前層的疊對標識進行疊對檢測，所以與現有技術的間接對準的方法相比，大大提高了對準的精準度。
需要注意的是，本發明實施例中，步驟31完成之后，作為底電極的金屬銅暴露在空氣中，很容易被氧化，所以為防止金屬銅的氧化，步驟32及后續步驟需要快速完成，以防止降低所形成的MRAM的性能。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種提高對準精度的方法，該方法應用于包括切割道和芯片的晶片，該方法包括下列步驟提供一導電前層圖案，包括芯片上的前層電路圖形，以及切割道內嵌于絕緣層中的前層對準標記、第一套前層疊對標識和第二套前層疊對標識；根據曝光機臺對準前層對準標記，利用掩膜板圖形進行光刻，在所述導電前層圖案表面形成圖案化的第一光阻膠層窗口，該第一光阻膠層窗口為分別與前層對準標記和第一套前層疊對標識相對應的第一窗口和第二窗口，光刻后采用第二套前層疊對標識進行偏移檢測；對所述第一和第二窗口內的絕緣層刻蝕，保留第一和第二窗口內的前層對準標記和第一套前層疊對標識，分別形成位于前層對準標記之間的第一溝槽和位于第一套前層疊對標識之間的第二溝槽；沉積當層不透明材料層，所述當層不透明材料層未填充滿所述第一和第二溝槽；根據曝光機臺對準第一溝槽，進行光刻，在芯片上形成當層電路圖形掩膜，光刻后采用第二溝槽進行偏移檢測；采用當層電路圖形掩膜進行刻蝕，在芯片上的前層電路圖形上方形成當層電路圖形。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述前層對準標記為帶狀光柵，所述第一套前層疊對標識和第二套前層疊對標識圖案相同，為矩形框。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一窗口范圍大于等于前層對準標記的范圍；所述第二窗口范圍大于等于第一套前層疊對標識的范圍。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用掩膜板圖形進行光刻的掩膜板圖形上還包括邊長小于第二套前層疊對標識的矩形框，該矩形框與第二套前層疊對標識的位置相對應。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用第二套前層疊對標識進行偏移檢測的方法為檢測掩膜板圖形上的矩形框中心坐標與第二套前層疊對標識具有的矩形框中心坐標之間的疊對偏移量，當所述疊對偏移量在預定允許范圍內時，確定曝光機臺與前層對準標記已經對準；否則，曝光機臺根據所述疊對偏移量做出調整后重新進行與前層對準標記對準的操作。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，前層圖案為金屬銅，絕緣層為氧化層，所述刻蝕絕緣層的氣體為含氟類氣體。
全文摘要
本發明提供了一種提高對準精度的方法，對前層對準標記和前層疊對標識所對應窗口內的絕緣層進行刻蝕形成溝槽，在覆蓋當層材料層之后，具有起伏的平面，因此可以在當層曝光時，直接對位于前層對準標記之間的溝槽進行對準，當層曝光后直接利用位于前層疊對標識之間的溝槽進行偏移檢測。采用本發明的方法，大大提高了當層為不透明材料的情況下的對準精確度。
文檔編號H01L27/22GK102386322SQ20101026752
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者于書坤, 倪景華, 李錦 , 金正起 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司