[发明专利]光刻对准标记结构及形成方法、半导体结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种光刻对准标记结构及形成方法、半导体结构的形成方法。

背景技术

随着半导体工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，芯片内的线宽也不断缩小，因此半导体工艺能力受到的考验也越来越大，工艺的精度与工艺变异的控制也变得愈加重要。在制造半导体芯片的工艺中，光刻工艺是最重要的工艺之一。光刻即是通过对准、曝光、显影等一系列步骤将掩模版上的掩模图形转移到晶圆上的工艺过程，因此光刻工艺的质量会直接影响到最终形成芯片的性能。

在光刻过程中，为使得掩模图形准确转移到晶圆上，关键的步骤是将掩模版与晶圆对准，即计算获得掩模版相对于晶圆的位置，以满足套准精度的要求。当特征尺寸约来越小时，对套准精度的要求以及由此产生的对准精度要求也越来越高。

现有技术的两种光刻对准方案为：一种是透过镜头的TTL(Through The Lens，TTL)对准技术，使用激光照射掩模版上的对准标记并通过物镜成像于晶圆上表面，移动晶圆基台，使得晶圆基台上的参考标记扫描对准标记所成的像，同时采样所成像的光强，探测器接收到的最大光强位置即表示正确的对准位置；另一种是OA离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶圆上的多个对准标记以及晶圆基台上基准板的基准标记，实现晶圆和晶圆基台对准，接着将晶圆基台上的参考标记与掩模版上对准标记对准，实现掩模版与晶圆基台对准，由此可以得到掩模版和晶圆的位置关系，实现掩模版和晶圆对准。

目前，主流的光刻设备大多采用光栅衍射技术。光栅衍射是指照明光束照射在晶圆上的光栅型对准标记上发生衍射，衍射光携带有关于对准标记的全部信息。多级衍射光以不同角度从光栅型对准标记上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集衍射光±n级衍射光在参考面干涉成像，随着特征尺寸越来越小，可同时采集更多级衍射光在参考面干涉成像。之后，利用像与相应参考光栅在一定方向扫描，经光电探测器探测和信号处理，确定对准中心位置，该对准中心位置可用晶圆基台上的坐标来表征。接着，将该对准中心位置和掩模版上的对准标记对准，实现掩模版和晶圆对准。

在双重二次曝光工艺中应用光栅衍射技术，参照图1，在基底1上形成有沿x轴方向的第一光栅11和沿y轴方向的第二光栅12，第一光栅11作为x轴方向的对准标记，第二光栅12作为y轴方向的对准标记；参照图2，在基底1上形成器件层(图中未示出)、位于器件层上的光刻胶层2，由于第一光栅11和第二光栅12为光刻胶层2所覆盖而不可见，故用虚线表示；参照图3，使用光栅衍射技术，根据第一光栅11获得x轴方向的第一对准中心x0，根据第二光栅12获得y轴方向的第二对准中心y0，将具有第一器件图形3的掩模版上的参考标记分别与第一对准中心x0和第二对准中心y0对准，之后对光刻胶层2进行第一次曝光以定义出第一器件图形3，该第一器件图形3包括若干平行排列且等距的第一条形线31；

参照图4，将具有第二器件图形4的掩模版上的参考标记分别与第一对准中心x0和第二对准中心y0对准，第二器件图形4包括与若干第一条形线31平行排列的若干第二条形线42，相邻两第一条形线31之间对应一个第二条形线42，且所有第一条形线31和第二条形线42沿x轴方向交错排布，之后，对光刻胶层2进行第二次曝光以定义出第二器件图形4。最后，对光刻胶层进行显影处理，并以显影后的光刻胶层为掩模刻蚀器件层，以形成包括若干第一条形线31和若干第二条形线42的半导体结构。

但是，参照图3、图4，在第一次曝光过程中，第一器件图形3的位置相对于第一对准中心x0发生了套刻偏移，在第二次曝光过程中，第二器件图形4的器件图形相对于第一对准中心x0也发生了套刻偏移，使得第二条形线42分别到相邻两第一条形线31之间的间距w1≠w2。这样，一方面，第二器件图形4相对于第一对准中心x0发生了套刻偏移，第二器件图形4在基底上的实际位置与预设位置具有对准误差；另一方面，两次套刻偏移也造成第一条形线31和第二条形线42不能实现精确套准，降低了第二条形线42和第一条形线31之间的套准精度。这些因素会影响后续半导体制造工艺以及包括第二条形线42和第一条形线31的半导体结构的性能。

发明内容

本发明解决的问题是，使用光栅衍射技术的双重二次曝光工艺形成的半导体结构性能不佳。

为解决上述问题，本发明提供一种光刻对准标记结构的形成方法，该形成方法包括：

提供基底；

在所述基底中形成分别沿第一方向的第一光栅、具有相同光栅常数的第二光栅和第三光栅，和沿第二方向的第四光栅，所述第二方向和第一方向相互垂直；