專利名稱：標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)械和微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)制版根據(jù)晶圓的大小以及加工精度的要求，設(shè)計(jì)用于晶向標(biāo)定的幾何版圖，并采用常規(guī)工藝加工出相應(yīng)的掩膜版；2)預(yù)刻蝕加工在硅片上加工出掩蔽層，然后利用掩膜版，將比對(duì)圖案轉(zhuǎn)移到掩蔽層中，隨后，將硅片置于腐蝕液中進(jìn)行預(yù)刻蝕加工；3)初定向在完成預(yù)刻蝕加工之后，通過裸眼在顯微鏡下進(jìn)行觀測(cè)，若待加工的結(jié)構(gòu)中具有細(xì)長(zhǎng)形狀的臂、梁、支持架等組件需要進(jìn)一步提高晶向的定位精度，可繼續(xù)采用后續(xù)的精定向步驟；4)精定向采用數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)預(yù)刻蝕工藝中形成的刻蝕坑的顯微照相結(jié)果進(jìn)行分析，找出與晶圓的大晶向方向最為接近的比對(duì)圖案；5)對(duì)版經(jīng)過預(yù)刻蝕加工和分析處理后，可以在硅片上形成并找出一個(gè)或者一組用來(lái)標(biāo)記正確的晶向方向的對(duì)版標(biāo)記；6)曝光利用對(duì)版標(biāo)記來(lái)調(diào)整掩膜版的方位，使版圖的方向與晶圓的大晶向方向保持一致，然后進(jìn)行刻蝕、漂洗和切片操作。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)是制版工藝中的幾何版圖是由一組呈扇形分布的矩形條組成，這些矩形條的中心都位于一個(gè)大圓的圓心上，其長(zhǎng)邊則與這個(gè)大圓的半徑方向平行，相鄰的兩個(gè)矩形條之間的夾角為0.05°～0.1°，所有這些矩形條分布在一個(gè)夾角為2°～4°且以晶圓的大晶向?yàn)榻瞧椒志€的扇形區(qū)域之內(nèi)，以硅片的大晶向?yàn)閷?duì)稱軸，這些矩形條呈對(duì)稱分布。
預(yù)刻蝕加工中腐蝕液為對(duì)硅片具有各向異性的刻蝕特性的KOH水溶液或EDP溶液，濃度為5～40％(wt)，反應(yīng)溫度為40℃～80℃，反應(yīng)時(shí)間為60min～90min。
精定向中數(shù)字圖象處理技術(shù)步驟是1)對(duì)圖象進(jìn)行二值化操作；
2)利用二維數(shù)字濾波器對(duì)圖象進(jìn)行低通濾波；3)采用輪廓跟蹤和邊緣提取技術(shù)分離出各版圖的邊緣線條，并計(jì)算由這些封閉的線條所包圍的面積，通過尋找具有最小面積的那個(gè)版圖，找出晶向所在的方位。
本發(fā)明適用于需要對(duì)硅單晶材料進(jìn)行晶向標(biāo)定的場(chǎng)合，特別適用于需要采用濕化學(xué)刻蝕工藝來(lái)加工的可動(dòng)微結(jié)構(gòu)的制造，只需用裸眼進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)整，即可將掩蔽圖案和晶圓晶向的對(duì)準(zhǔn)誤差控制在±0.1°范圍以內(nèi)，以滿足大多數(shù)微型器件的加工要求，減輕和消除因底切現(xiàn)象或因掩膜版和晶圓晶向的對(duì)準(zhǔn)誤差而造成的加工誤差，提高微型器件的加工精度。本方法在實(shí)際生產(chǎn)中只需根據(jù)對(duì)版標(biāo)記對(duì)掩膜版進(jìn)行調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)版圖和晶向的精確對(duì)準(zhǔn)，只在微器件的加工過程中增加一道預(yù)刻蝕工藝，不需要增加任何額外設(shè)備，與傳統(tǒng)的X射線衍射晶向標(biāo)定技術(shù)和激光反射式晶向標(biāo)定方法相比，降低了成本、提高了精度。
四

附圖是本發(fā)明所采用的掩膜版示意圖。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1參見附圖。
根據(jù)晶圓的大小以及加工精度的要求，設(shè)計(jì)用于晶向標(biāo)定的版圖，并采用常規(guī)工藝加工出相應(yīng)的掩膜版，掩膜版的版圖設(shè)計(jì)參見附圖，構(gòu)成版圖的比對(duì)圖案由一組呈扇形分布的矩形條組成，這些矩形條的中心都位于一個(gè)大圓的圓心上，相鄰的兩個(gè)矩形條之間的夾角為0.05°，所有的這些矩形條分布在一個(gè)夾角為2°且以晶圓的大晶向?yàn)榻瞧椒志€的扇形區(qū)域之內(nèi)，以硅片的大晶向?yàn)閷?duì)稱軸，這些矩形條呈對(duì)稱分布；然后在硅片上加工出掩蔽層，利用掩膜版，將比對(duì)圖案轉(zhuǎn)移到掩蔽層中去，上述操作可以采用常規(guī)工藝在通用生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)，隨后，將硅片置于40％的EDP溶液中把反應(yīng)溫度控制在80℃對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)刻蝕加工，反應(yīng)時(shí)間為90min，通過所形成的刻蝕坑來(lái)觀察硅單晶的大晶向所在的方位；采用數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)預(yù)刻蝕工藝中所形成的刻蝕坑的顯微照相結(jié)果進(jìn)行分析，圖象處理的具體操作路線如下首先對(duì)圖象進(jìn)行二值化操作，以去除照片中無(wú)用的色彩信息分量；然后利用二維數(shù)字濾波器對(duì)圖象進(jìn)行低通濾波，以消除圖象中的毛刺和污點(diǎn)等高頻噪聲；最后采用輪廓跟蹤和邊緣提取技術(shù)分離出各矩形圖案的邊緣線條，并計(jì)算由這些封閉的線條所包圍的面積，由于底切現(xiàn)象總是要不可避免地增大腐蝕坑的大小，因此，通過尋找具有最小面積的那個(gè)矩形圖案，找出晶向所在的方位；經(jīng)過預(yù)刻蝕加工和分析處理后，計(jì)算出晶圓晶向的標(biāo)記誤差，而且可以在硅片上形成一個(gè)或者一組用來(lái)標(biāo)記正確的晶向方向的對(duì)版標(biāo)記，接下來(lái)的曝光工藝中，利用這些對(duì)版標(biāo)記來(lái)調(diào)整掩膜版的方位，從而使得版圖的方向與晶圓的大晶向方向保持一致，后續(xù)工藝中的刻蝕、漂洗和切片操作與傳統(tǒng)的IC工藝相同；上述處理可以將晶圓的晶向標(biāo)定精度提高到±0.05°的水平。
實(shí)施例2根據(jù)晶圓的大小以及加工精度的要求，設(shè)計(jì)用于晶向標(biāo)定的版圖，并采用常規(guī)工藝加工出相應(yīng)的掩膜版，掩膜版的版圖設(shè)計(jì)參照附圖，構(gòu)成版圖的比對(duì)圖案是一組呈扇形分布的矩形條，這些矩形條的中心都位于一個(gè)大圓的圓心上，其長(zhǎng)邊則與這個(gè)大圓的半徑方向平行，相鄰的兩個(gè)矩形條之間的夾角為0.1°，所有的這些矩形條分布在一個(gè)夾角為4°且以晶圓的大晶向?yàn)榻瞧椒志€的扇形區(qū)域之內(nèi)，以硅片的大晶向?yàn)閷?duì)稱軸，這些矩形條呈對(duì)稱分布。然后在硅片上加工出掩蔽層，利用掩膜版，將比對(duì)圖案轉(zhuǎn)移到掩蔽層中去，上述操作可以采用常規(guī)工藝在通用生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)，隨后，將硅片置于15％的KOH水溶液中把反應(yīng)溫度控制在40℃對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)刻蝕加工，反應(yīng)時(shí)間為60min，以便通過所形成的刻蝕坑來(lái)觀察晶圓的大晶向所在的方位；然后通過裸眼在顯微鏡下進(jìn)行觀測(cè)即可將單晶硅材料的晶向定位精度提高到±0.1°的水平；經(jīng)過預(yù)刻蝕加工和分析處理后，不僅可以計(jì)算出晶圓晶向的標(biāo)記誤差，而且可以在硅片上形成一個(gè)或者一組用來(lái)標(biāo)記正確的晶向方向的對(duì)版標(biāo)記，在接下來(lái)的曝光工藝中，利用這些對(duì)版標(biāo)記來(lái)調(diào)整掩膜版的方位，從而使得版圖的方向與晶圓的大晶向方向保持一致，后續(xù)工藝中的刻蝕、漂洗和切片操作與傳統(tǒng)的IC工藝相同。
本方法只在微器件的加工過程中增加一道預(yù)刻蝕工藝，不增加任何額外設(shè)備，對(duì)版標(biāo)記是現(xiàn)場(chǎng)加工在硅片之上的，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)只需根據(jù)這些對(duì)版標(biāo)記對(duì)掩膜版進(jìn)行調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)版圖和晶向的精確對(duì)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的X射線衍射晶向標(biāo)定技術(shù)和激光反射式晶向標(biāo)定方法相比，降低了成本、提高了精度；在整個(gè)生產(chǎn)過程中，只需用裸眼進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)整，即可將掩蔽圖案和晶圓晶向的對(duì)準(zhǔn)誤差控制在±0.1°范圍以內(nèi)，用于標(biāo)定晶向的比對(duì)圖案是一組呈扇形分布的矩形條，如附圖所示。通過一組比對(duì)圖案和隨后進(jìn)行的預(yù)刻蝕加工，本發(fā)明可以將單晶硅晶圓的晶向標(biāo)定精度，由原來(lái)的±1°～2°，提高到±0.1°以上，以滿足大多數(shù)MEMS器件的加工要求，對(duì)于需要更高標(biāo)定精度的場(chǎng)合，可以采用數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)刻蝕后所得到的顯微照相結(jié)果進(jìn)行處理，以便將晶向的定位精度提高到±0.05°以上。本發(fā)明所提出的方法不僅可供實(shí)際加工微型器件時(shí)對(duì)硅片的晶向進(jìn)行精確標(biāo)定，而且也可以作為硅片的生產(chǎn)廠家在晶圓上切割大晶向時(shí)，用來(lái)確定晶圓的晶向的改進(jìn)工藝，以提高批量加工出的硅片產(chǎn)品的切片精度。
權(quán)利要求
1.一種標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法，其特征在于1)制版根據(jù)晶圓的大小以及加工精度的要求，設(shè)計(jì)用于晶向標(biāo)定的幾何版圖，并采用常規(guī)工藝加工出相應(yīng)的掩膜版；2)預(yù)刻蝕加工在硅片上加工出掩蔽層，然后利用掩膜版，將比對(duì)圖案轉(zhuǎn)移到掩蔽層中，隨后，將硅片置于腐蝕液中進(jìn)行預(yù)刻蝕加工；3)初定向在完成預(yù)刻蝕加工后，通過裸眼在顯微鏡下進(jìn)行觀測(cè)；若待加工的結(jié)構(gòu)中具有細(xì)長(zhǎng)形狀的臂、梁、支持架等組件需要進(jìn)一步提高晶向的定位精度，可繼續(xù)采用后續(xù)的精定向步驟；4)精定向采用數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)預(yù)刻蝕工藝中所形成的刻蝕坑的顯微照相結(jié)果進(jìn)行分析，找出與晶圓的大晶向方向最為接近的比對(duì)圖案；5)對(duì)版經(jīng)過預(yù)刻蝕加工和分析處理后，可以在硅片上形成一個(gè)或者一組用來(lái)標(biāo)記正確的晶向方向的對(duì)版標(biāo)記；6)曝光利用對(duì)版標(biāo)記來(lái)調(diào)整掩膜版的方位，使得版圖的方向與晶圓的大晶向方向保持一致，然后進(jìn)行刻蝕、漂洗和切片操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法，其特征在于所說(shuō)的制版工藝中的幾何版圖是由一組呈扇形分布的矩形條組成的，這些矩形條的中心都位于一個(gè)大圓的圓心上，而其長(zhǎng)邊則與這個(gè)大圓的半徑方向相平行，相鄰的兩個(gè)矩形條之間的夾角為0.05°～0.1°，所有這些矩形條分布在一個(gè)夾角為2°～4°且以晶圓的大晶向?yàn)榻瞧椒志€的扇形區(qū)域之內(nèi)，以硅片的大晶向?yàn)閷?duì)稱軸，這些矩形條呈對(duì)稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法，其特征在于所說(shuō)的預(yù)刻蝕加工中腐蝕液為對(duì)硅片具有各向異性的刻蝕特性的KOH水溶液或EDP溶液，濃度為5～40％(wt)，反應(yīng)溫度為40℃～80℃，反應(yīng)時(shí)間為60min～90min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法，其特征在于所述的精定向中數(shù)字圖象處理技術(shù)步驟是1)對(duì)圖象進(jìn)行二值化操作；2)利用二維數(shù)字濾波器對(duì)圖象進(jìn)行低通濾波；3)采用輪廓跟蹤和邊緣提取技術(shù)分離出各版圖的邊緣線條，并計(jì)算由這些封閉的線條所包圍的面積，通過尋找具有最小面積的那個(gè)版圖，找出晶向所在的方位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法，其特征在于根據(jù)晶圓的大小以及加工精度的要求，設(shè)計(jì)用于晶向標(biāo)定的版圖，并采用常規(guī)工藝加工出相應(yīng)的掩膜版，掩膜版的版圖是由一組呈扇形分布的矩形條組成，這些矩形條的中心都位于一個(gè)大圓的圓心上，相鄰的兩個(gè)矩形條之間的夾角為0.05°，所有的這些矩形條分布在一個(gè)夾角為2°且以晶圓的大晶向?yàn)榻瞧椒志€的扇形區(qū)域之內(nèi)，以硅片的大晶向?yàn)閷?duì)稱軸，這些矩形條呈對(duì)稱分布；然后在硅片上加工出掩蔽層，利用掩膜版，將比對(duì)圖案轉(zhuǎn)移到掩蔽層中，隨后，將硅片置于40％的EDP溶液中把反應(yīng)溫度控制在80℃對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)刻蝕加工，反應(yīng)時(shí)間為90min；采用數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)預(yù)刻蝕工藝中形成的刻蝕坑的顯微照相結(jié)果進(jìn)行分析，圖象處理的具體操作路線是首先對(duì)圖象進(jìn)行二值化操作，然后利用二維數(shù)字濾波器對(duì)圖象進(jìn)行低通濾波，最后采用輪廓跟蹤和邊緣提取技術(shù)分離出各矩形圖案的邊緣線條，計(jì)算由這些封閉的線條所包圍的面積，通過尋找具有最小面積的矩形圖案，找出晶向所在的方位，將晶圓的晶向標(biāo)定精度提高到±0.05°的水平；經(jīng)過預(yù)刻蝕加工和分析處理后，計(jì)算出晶圓晶向的標(biāo)記誤差，在硅片上形成一個(gè)或者一組用來(lái)標(biāo)記正確的晶向方向的對(duì)版標(biāo)記；曝光工藝中，利用這些對(duì)版標(biāo)記來(lái)調(diào)整掩膜版的方位，使版圖的方向與晶圓的大晶向方向保持一致，后續(xù)工藝中的刻蝕、漂洗和切片操作與傳統(tǒng)的IC工藝相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法，其特征在于根據(jù)晶圓的大小以及加工精度的要求，設(shè)計(jì)用于晶向標(biāo)定的版圖，并采用常規(guī)工藝加工出相應(yīng)的掩膜版，掩膜版的版圖是由一組呈扇形分布的矩形條組成，這些矩形條的中心都位于一個(gè)大圓的圓心上，其長(zhǎng)邊則與這個(gè)大圓的半徑方向平行，相鄰的兩個(gè)矩形條之間的夾角為0.1°，所有的這些矩形條分布在一個(gè)夾角為4°且以晶圓的大晶向?yàn)榻瞧椒志€的扇形區(qū)域之內(nèi)，以硅片的大晶向?yàn)閷?duì)稱軸，這些矩形條呈對(duì)稱分布；然后在硅片上加工出掩蔽層，利用掩膜版，將比對(duì)圖案轉(zhuǎn)移到掩蔽層中，隨后，將硅片置于15％的KOH水溶液中把反應(yīng)溫度控制在40℃對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)刻蝕加工，反應(yīng)時(shí)間為60min；然后通過裸眼在顯微鏡下進(jìn)行觀測(cè)即可將單晶硅材料的晶向定位精度提高到±0.1°的水平；經(jīng)過預(yù)刻蝕加工和分析處理后，不僅可以計(jì)算出晶圓晶向的標(biāo)記誤差，而且可以在硅片上形成一個(gè)或者一組用來(lái)標(biāo)記正確的晶向方向的對(duì)版標(biāo)記；在曝光工藝中，利用這些對(duì)版標(biāo)記來(lái)調(diào)整掩膜版的方位，使版圖的方向與晶圓的大晶向方向保持一致，后續(xù)工藝中的刻蝕、漂洗和切片操作與傳統(tǒng)的IC工藝相同。
全文摘要
一種涉及微機(jī)械和微電子領(lǐng)域的用于標(biāo)定單晶硅晶圓晶向的方法。通過一套精心設(shè)計(jì)的比對(duì)圖案和隨之而進(jìn)行的預(yù)刻蝕加工,將晶圓的晶向清晰地暴露出來(lái),通過觀察不同的比對(duì)圖案所形成的刻蝕結(jié)果,可以將晶圓的晶向標(biāo)定誤差控制在±0.1°之內(nèi),采用數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)刻蝕結(jié)果作進(jìn)一步的處理,則該標(biāo)定精度還可以提高到±0.05°或者更高的水平。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1345085SQ0113173
公開日2002年4月17日 申請(qǐng)日期2001年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月30日
發(fā)明者賈陳平, 屈梁生 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)