專利名稱：一種半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造工藝，尤其涉及一種半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記 及其制作方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件工藝中，光刻工藝是個(gè)非常重要的工藝步驟，直接影響到半導(dǎo)體器件 及組件的性能和成品率。為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件各層之間的精確套準(zhǔn)，通常將光刻標(biāo)記制
作在半導(dǎo)體材料表面；光刻系統(tǒng)首先找到光刻標(biāo)記位置，然后利用光刻標(biāo)記的坐標(biāo)來完 成器件每層的定位。因此，光刻標(biāo)記必須能夠被光刻系統(tǒng)清晰地識(shí)別，才能保證光刻的 精度。步進(jìn)式光刻作為現(xiàn)代半導(dǎo)體圓片制造工藝中的主流光刻技術(shù)，是通過探測(cè)和分析 光刻標(biāo)記圖形的反射光來工作的。為了提高光刻標(biāo)記反射光的對(duì)比度，要求光刻標(biāo)記圖 形具有清晰的陡直臺(tái)階，例如在半導(dǎo)體材料表面刻蝕形成如圖l所示的溝槽圖形，它包 括十字標(biāo)記和等節(jié)距的光柵標(biāo)記。這種光刻標(biāo)記對(duì)于硅和砷化鎵材料非常有效，因?yàn)樵?步進(jìn)式光刻機(jī)光源的工作波長范圍內(nèi)間，硅和砷化鎵具有足夠高的反射率，使得光刻機(jī) 能夠?qū)饪虡?biāo)記進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)具有寬禁帶寬度、高臨界場強(qiáng)、 高熱導(dǎo)率、高載流子飽和速率等特性。SiC襯底上的SiC、 GaN、 AlGaN外延以及藍(lán)寶 石襯底上的GaN、 AlGaN外延是制造高溫、高頻、大功率、抗輻射器及紫外探測(cè)器、短 波發(fā)光二極管等器件最重要的半導(dǎo)體材料，具有超強(qiáng)的性能和廣闊的應(yīng)用前景。但是在 步進(jìn)式光刻機(jī)光源的工作波長范圍內(nèi)，SiC、 GaN、 AlGaN半導(dǎo)體材料具有較高的透明 度和較低的表面反射率，材料表面的反射光強(qiáng)度較弱，由材料表面刻蝕圖形制作的光刻 標(biāo)記常常不能被光刻機(jī)準(zhǔn)確的定位，甚至完全不能識(shí)別。另外，制作SiC和GaN等半 導(dǎo)體器件一般要采用高溫工藝，例如制作歐姆接觸的快速退火，工藝溫度高達(dá)90(TC — IOO(TC。金屬表面通常來說具有非常高的反射率，有些金屬圖形的反射光還具有較高的 對(duì)比度，可以用來制作光刻標(biāo)記。但是，經(jīng)過高溫工藝后很多金屬薄膜會(huì)發(fā)生顆?；F(xiàn) 象，表面粗糙度顯著加大，使得這種金屬光刻標(biāo)記不再能被光刻機(jī)清晰地識(shí)別，導(dǎo)致高 溫工藝后續(xù)的光刻工藝精度降低甚至無法進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記以解決低反射率 半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記不能被光刻機(jī)準(zhǔn)確定位的問題。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供上述半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的制作方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，具有陡直的溝槽，光刻標(biāo)記表面有一層50~300nm 厚的難熔金屬膜。
其中，所述難熔金屬材料為鎢或鎢氮。
本發(fā)明的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記不但適用于低反射率半導(dǎo)體材料，而且對(duì)高反射 率半導(dǎo)體材料也可以起到很好的識(shí)別定位作用。其中，所述低反射率半導(dǎo)體材料為碳化 硅晶片，或碳化硅襯底上生長了一層或者多層碳化硅薄膜的外延片，或碳化硅襯底上生 長了氮化鎵薄膜、或AlGaN薄膜、或氮化鋁薄膜的一層或者多層外延片，或藍(lán)寶石襯 底上生長了氮化鎵薄膜、或AlGaN薄膜、或氮化鋁薄膜的一層或者多層外延片。所述 高反射率半導(dǎo)體材料為硅或砷化鎵。
本發(fā)明的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記適用的光刻技術(shù)為步進(jìn)式光刻法、電子束直接刻 寫或接觸式光刻法。
制備上述半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，包括如下步驟
1、 利用第一層光敏薄膜在半導(dǎo)體材料表面形成光刻標(biāo)記圖形；
2、 利用第一層光敏薄膜作掩模對(duì)半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行干法刻蝕形成陡直的溝槽；
3、 清除半導(dǎo)體材料表面的第一層光敏薄膜；
4、 將第二層光敏薄膜附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只留出2個(gè)空白窗口不附著第 二層光敏薄膜，并使得光刻標(biāo)記位于窗口區(qū)域中央；
5、 在2個(gè)空白窗口以及第二層光敏薄膜上淀積一層難熔金屬；
6、 通過清除第二層光敏薄膜去除窗口區(qū)域以外的難熔金屬，在窗口區(qū)域內(nèi)留下被 難熔金屬覆蓋的溝槽圖形。
其中，第一層光敏薄膜的厚度為1 2jim;第二層光敏薄膜的厚度為2~4pm。 步驟2中，刻蝕的方法為反應(yīng)離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子刻蝕；刻蝕形成溝槽的深 度為100~150nm。
步驟4中，窗口的面積為l~4mm2。
步驟5中，所述難熔金屬材料為鎢或鎢氮；難熔金屬的淀積方法為濺射法；難熔金 屬的厚度為100 150nrn。
制備上述半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的另一方法，包括如下步驟
1、 將第一層光敏薄膜附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只在光刻標(biāo)記待刻區(qū)域留出2 個(gè)空白窗口不附著第一層光敏薄膜；
2、 在2個(gè)空白窗口以及第一層光敏薄膜表面淀積一層難熔金屬；
3、 通過清除第一層光敏薄膜去除窗口區(qū)域以外的難熔金屬；4、 利用第二層光敏薄膜在難熔金屬表面形成光刻標(biāo)記圖形；
5、 利用第二層光敏薄膜作掩模對(duì)難熔金屬進(jìn)行干法刻蝕形成陡直的難熔金屬溝槽；
6、 清除第二層光敏薄膜。
其中，第一層光敏薄膜的厚度為3~4pm;第二層光敏薄膜的厚度為24pm。 步驟1中，窗口的面積為l~4mm2。
步驟2中，所述難熔金屬材料為鎢或鎢氮；難熔金屬的淀積方法為濺射法；難熔金 屬的厚度為200 300nrn。
步驟5中，難熔金屬的刻蝕方法為離子銑、反應(yīng)離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子刻蝕， 刻蝕形成溝槽的深度為100 150nrn。
制備上述半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的再一方法，包括如下步驟
1、 將第一層光敏薄膜附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只在光刻標(biāo)記待刻區(qū)域留出2 個(gè)空白窗口不附著第一層光敏薄膜；
2、 在2個(gè)空白窗口以及第一層光敏薄膜表面淀積第一層難熔金屬；
3、 通過清除第一層光敏薄膜去除窗口區(qū)域以外的第一層難熔金屬；
4、 利用第二層光敏薄膜在第一層難熔金屬表面形成光刻標(biāo)記圖形；
5、 在第一層難熔金屬以及第二層光敏薄膜上淀積第二層難熔金屬；
6、 清除第二層光敏薄膜以清除第二層光敏薄膜上的第二層難熔金屬，留在半導(dǎo)體 材料表面的第一層難熔金屬和第二層難熔金屬形成陡直的溝槽。
其中，第一層光敏薄膜的厚度為2~4^m;第二層光敏薄膜的厚度為2~4pm。 其中，第一層難熔金屬和第二層難熔金屬材料相同，材料為鎢或鎢氮；難熔金屬的
淀積方法為濺射法；第一層難溶金屬厚度為100 150nrn，第二層難溶金屬厚度為
10(M50nm。
步驟1中，窗口的面積為1 4rnrn2。
有益效果本發(fā)明的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記被一層難熔金屬覆蓋，該難熔金屬在
光刻系統(tǒng)光源的工作波長范圍內(nèi)具有較高的反射率，較好的解決了由于表面反射率太低 造成的光刻標(biāo)記不能被步進(jìn)式光刻機(jī)識(shí)別的問題。此外采用了難熔金屬作為制作光刻標(biāo)
記圖形的材料，在經(jīng)過IOO(TC甚至更高的溫度處理后光刻標(biāo)記的表面形貌不發(fā)生退化， 從而保證了在器件的高溫工藝前后光刻工藝均具有非常高的精度。本發(fā)明的半導(dǎo)體材料 上的光刻標(biāo)記的制作方法，工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為一種步進(jìn)式光刻機(jī)所采用的光刻標(biāo)記圖形的俯視圖。 圖2為圖1的A向截面圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中，硅和砷化鎵等反射率較高的半導(dǎo)體材料上的常規(guī)光刻標(biāo)記的局 部截面圖，圖中陡直溝槽圖形是通過刻蝕半導(dǎo)體材料形成的。
圖4為半導(dǎo)體材料圓片上光刻標(biāo)記窗口的示意圖，光刻標(biāo)記圖形分別位于兩個(gè)窗口 的中央。
圖5A-5C為本發(fā)明的實(shí)施例一的光刻標(biāo)記制造方法過程示意圖。 圖6A-6D為本發(fā)明的實(shí)施例二的光刻標(biāo)記制造方法過程示意圖。 圖7A-7D為本發(fā)明的實(shí)施例三的光刻標(biāo)記制造方法過程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例是為說明而非限制本發(fā) 明。本領(lǐng)域中任何普通技術(shù)人員能夠理解這些實(shí)施實(shí)例不以任何方式限制本發(fā)明，可做 適當(dāng)?shù)男薷亩贿`背本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和偏離本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例h
如圖5A所示，利用第一層光敏薄膜3在半導(dǎo)體材料(碳化硅晶片)l表面形成光 刻標(biāo)記圖形，第一層光敏薄膜3的厚度為2,。
如圖5B所示，利用第一層光敏薄膜3作掩模對(duì)半導(dǎo)體材料1表面進(jìn)行干法刻蝕， 形成陡直的溝槽6;干法刻蝕半導(dǎo)體材料的方法為感應(yīng)耦合等離子(ICP)刻蝕，刻蝕 形成的溝槽6深度為100nm。清除干法刻蝕后半導(dǎo)體材料1表面的第一層光敏薄膜3。
將第二層光敏薄膜5附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只留出2個(gè)空白窗口不附著第二 層光敏薄膜，并使得光刻標(biāo)記位于窗口區(qū)域中央；第二層光敏薄膜5的厚度為4pm;窗 口 4的面積為2mm2。
如圖5C所示，在2個(gè)空白窗口以及第二層光敏薄膜5上淀積一層難熔金屬2;難 熔金屬2為鎢，厚度為100nm。通過清除第二層光敏薄膜5去餘窗口 4區(qū)域以外的難熔 金屬，在窗口區(qū)域內(nèi)留下被難熔金屬覆蓋的淺槽7。金屬淺槽7圖形的俯視圖如圖1所示。
實(shí)施例2:
如圖4所示，首先將第一層光敏薄膜5附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料(碳化硅襯底上生長 了一層氮化鎵薄膜)l表面，只在光刻標(biāo)記待刻區(qū)域留出2個(gè)空白窗口4不附著第一層 光敏薄膜5;第一層光敏薄膜5的厚度為4阿。光刻標(biāo)記位于窗口4區(qū)域中央，窗口4 的面積為4mm2。
如圖6A所示，在2個(gè)空白窗口以及第一層光敏薄膜5表面淀積一層難熔金屬8， 難熔金屬8為鎢氮，厚度為200nm。通過清除第一層光敏薄膜5去除窗口 4區(qū)域以外的 難熔金屬8;如圖6B所示，利用第二層光敏薄膜14在難熔金屬8表面形成光刻標(biāo)記圖形；第二 層光敏薄膜14的厚度為3拜。
如圖6C所示，利用光敏薄膜14作掩模對(duì)難熔金屬8進(jìn)行干法刻蝕形成金屬溝槽9; 難熔金屬的刻蝕方法為離子銑，刻蝕形成的溝槽9深度為100nm。
如圖6D所示，清除干法刻蝕后第二層光敏薄膜14，在窗口4區(qū)域內(nèi)留下金屬溝槽 9。金屬溝槽9的俯視圖如圖1所示。 實(shí)施例3:
如圖4所示，將第一層光敏薄膜5附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料(藍(lán)寶石襯底上生長了一 層氮化鋁薄膜)1表面，只在光刻標(biāo)記待刻區(qū)域留出2個(gè)空白窗口 4不附著第一層光敏 薄膜5;光敏薄膜5的厚度為2pm。光刻標(biāo)記位于窗口 4區(qū)域中央，窗口 4的面積為lmm2。
如圖7A所示，在2個(gè)空白窗口 4以及第一層光敏薄膜5表面淀積第一層難熔金屬 10;第一層難熔金屬10為鎢，厚度為150nm。通過清除第一層光敏薄膜5除去窗口 4 區(qū)域以外的第一層難熔金屬10。
如圖7B所示，利用第二層光敏薄膜11在第一層難熔金屬10表面形成光刻標(biāo)記圖 形，第二層光敏薄膜11的厚度為3pm。
如圖7C所示，在第一層難熔金屬10以及第二層光敏薄膜11上淀積第二層難熔金 屬12，難熔金屬12為鎢，厚度為150nm。
如圖7D所示，清除第二層光敏薄膜11以清除第二層光敏薄膜11上的第二層難熔 金屬12，留在半導(dǎo)體材料1表面的第一層難熔金屬10和第二層難熔金屬12形成陡直的 溝槽13。難熔金屬溝槽13圖形的俯視圖如圖1所示。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，具有陡直的溝槽，其特征在于光刻標(biāo)記表面有一層50～300nm厚的難熔金屬膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，其特征在于所述難熔金屬材 料為鎢或鎢氮。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，其特征在于所述半導(dǎo)體材料 為低反射率半導(dǎo)體材料或高反射率半導(dǎo)體材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，其特征在于所述低反射率半 導(dǎo)體材料為碳化硅晶片，或碳化硅襯底上生長了一層或者多層碳化硅薄膜的外延片，或 碳化硅襯底上生長了氮化鎵薄膜、或AlGaN薄膜、或氮化鋁薄膜的一層或者多層外延 片，或藍(lán)寶石襯底上生長了氮化鎵薄膜、或AlGaN薄膜、或氮化鋁薄膜的一層或者多 層外延片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，其特征在于所述高反射率半 導(dǎo)體材料為硅或砷化鎵。
6、 一種制備權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于該方 法包括如下步驟(1) 利用第一層光敏薄膜在半導(dǎo)體材料表面形成光刻標(biāo)記圖形；(2) 利用第一層光敏薄膜作掩模對(duì)半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行干法刻蝕形成陡直的溝槽；(3) 清除半導(dǎo)體材料表面的第一層光敏薄膜；(4) 將第二層光敏薄膜附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只留出2個(gè)空白窗口不附著第 二層光敏薄膜，并使得光刻標(biāo)記位于窗口區(qū)域中央；(5) 在2個(gè)空白窗口以及第二層光敏薄膜上淀積一層難熔金屬；(6) 通過清除第二層光敏薄膜去除窗口區(qū)域以外的難熔金屬，在窗口區(qū)域內(nèi)留下被 難熔金屬覆蓋的溝槽圖形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于第一層光 敏薄膜的厚度為1~2拜；第二層光敏薄膜的厚度為2-4^im。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(2)中 刻蝕的方法為反應(yīng)離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子刻蝕；刻蝕形成溝槽的深度為 100~150腦。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(4)中 窗口的面積為1 4rnrn2。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(5) 中所述難熔金屬材料為鎢或鎢氮；難熔金屬的淀積方法為濺射法；難熔金屬的厚度為100~150腿。
11、 一種制備權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于該方 法包括如下步驟-(1) 將第一層光敏薄膜附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只在光刻標(biāo)記待刻區(qū)域留出2 個(gè)空白窗口不附著第一層光敏薄膜；(2) 在2個(gè)空白窗口以及第一層光敏薄膜表面淀積一層難熔金屬；(3) 通過清除第一層光敏薄膜去除窗口區(qū)域以外的難熔金屬；(4) 利用第二層光敏薄膜在難熔金屬表面形成光刻標(biāo)記圖形；(5) 利用第二層光敏薄膜作掩模對(duì)難熔金屬進(jìn)行干法刻蝕形成陡直的難熔金屬溝槽；(6) 清除第二層光敏薄膜。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于第一層 光敏薄膜的厚度為3~4^im;第二層光敏薄膜的厚度為2~4pm。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(l) 中窗口的面積為l~4mm2。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(2) 中所述難熔金屬材料為鎢或鎢氮；難熔金屬的淀積方法為濺射法；難熔金屬的厚度為 200~300nm。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(5) 中難熔金屬的刻蝕方法為離子銑、反應(yīng)離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子刻蝕，刻蝕形成溝槽 的深度為100~150nm。
16、 一種制備權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于該方 法包括如下步驟(1) 將第一層光敏薄膜附著于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面，只在光刻標(biāo)記待刻區(qū)域留出2 個(gè)空白窗口不附著第一層光敏薄膜；(2) 在2個(gè)空白窗口以及第一層光敏薄膜表面淀積第一層難熔金屬；(3) 通過清除第一層光敏薄膜去除窗口區(qū)域以外的第一層難熔金屬；(4) 利用第二層光敏薄膜在第一層難熔金屬表面形成光刻標(biāo)記圖形；(5) 在第一層難熔金屬以及第二層光敏薄膜上淀積第二層難熔金屬；(6) 清除第二層光敏薄膜以清除第二層光敏薄膜上的第二層難熔金屬，留在半導(dǎo)體 材料表面的第一層難熔金屬和第二層難熔金屬形成陡直的溝槽。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于第一層光敏薄膜的厚度為2~4^mi;第二層光敏薄膜的厚度為2~4jmi。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于第一層 難熔金屬和第二層難熔金屬材料相同，材料為鎢或鎢氮；難熔金屬的淀積方法為濺射法; 第一層難溶金屬厚度為100~150nm,第二層難溶金屬厚度為100~150nm。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的方法，其特征在于步驟(l) 中窗口的面積為l~4mm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，具有陡直的溝槽，光刻標(biāo)記表面有一層50～300nm厚的難熔金屬膜。本發(fā)明還公開了上述半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記的三種制作方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體材料上的光刻標(biāo)記，解決了由于半導(dǎo)體材料表面反射率低而造成的光刻標(biāo)記不能被光刻系統(tǒng)識(shí)別或者由于光刻標(biāo)記分辨率太低導(dǎo)致光刻精度降低的問題；同時(shí)這種光刻標(biāo)記經(jīng)過高溫工藝后能夠保持良好的表面形貌，保證了采用高溫工藝的半導(dǎo)體器件的光刻工藝精度。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101320215SQ200810024289
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者忠 馮, 松 柏, 蔣幼泉, 剛 陳 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所