半导体叠层结构及其形成方法与流程
本技术涉及半导体领域，特别是涉及一种半导体叠层结构及其形成方法。
背景技术：
1、随着半导体器件尺寸的不断微缩，半导体结构的设计也愈加复杂。例如，为了提高单位晶圆面积上的半导体器件的布置数量，半导体结构中的膜层堆叠层数被设置的越来越大。
2、然而，较大的膜层堆叠层数也为制造带来了难题，容易阻碍光刻机的测试光束顺利通过，使得光刻机无法准确获取位于膜层下方的对准标记的衍射光强，进而导致晶圆对准失效甚至无法正常生产。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种半导体叠层结构及其形成方法，以便于提高半导体叠层结构中各膜层的对准精确度，从而提高晶圆对准的可靠性和准确性。
2、一方面，本技术实施例提供了一种半导体叠层结构的形成方法。该形成方法包括如下步骤。
3、于衬底中形成基准对准标记。
4、根据第一叠层结构中待堆叠的膜层材料及单层膜层厚度，基于基准对准标记进行衍射光强仿真，以确定第一叠层结构的膜层层数。
5、根据膜层层数于衬底上形成第一叠层结构，第一叠层结构包含由至少两种不同材料交替层叠的多个膜层。
6、于第一叠层结构中形成参考对准标记，参考对准标记在衬底上的正投影位于基准对准标记在衬底上的正投影外。
7、本技术实施例中，先于衬底中形成基准对准标记，然后基于基准对准标记进行衍射光强仿真，可以确定第一叠层结构的膜层层数，以基于基准对准标记，形成第一叠层结构以及位于第一叠层结构之中的参考对准标记，并使得参考对准标记在衬底上的正投影位于基准对准标记在衬底上的正投影外。如此，可以大大提高第一叠层结构中各膜层的对准精确度。也即，在制备第一叠层结构的过程中，可以确保工艺设备(例如光刻机)的测试光束可以顺利通过已形成的各膜层，与位于已形成膜层之下的对准标记(例如基准对准标记)进行准确对位，从而提高了第一叠层结构中各膜层的对准精准度，进而提高了晶圆对准的可靠性及准确性。并且，第一叠层结构中形成的参考对准标记在衬底上的正投影位于基准对准标记在衬底上的正投影外，可以明显区分基准对准标记和参考对准标记，以利于实现基准对准标记和参考对准标记的选择识别，从而进一步提高晶圆对准的可靠性及准确性。
8、在一些实施例中，所述半导体叠层结构的形成方法还包括：于第一叠层结构上形成至少一个第二叠层结构，并于任一第二叠层结构中形成参考对准标记。其中，任一第二叠层结构的膜层层数根据该第二叠层结构中待堆叠的膜层材料及单层膜层厚度，基于该第二叠层结构靠近衬底一侧的相邻参考对准标记进行衍射光强仿真确定。各参考对准标记在衬底上的正投影均位于基准对准标记在衬底上的正投影外，且各参考对准标记在衬底上的正投影互不交叠。
9、本技术实施例中，在形成第一叠层结构之后可以继续于第一叠层结构上形成多个第二叠层结构以及在每个第二叠层结构中均形成对应的参考对准标记。其中，任一第二叠层结构的膜层层数可以根据该第二叠层结构中待堆叠的膜层材料及单层膜层厚度，基于该第二叠层结构靠近衬底一侧的相邻参考对准标记进行衍射光强仿真确定。并且，各参考对准标记在衬底上的正投影均位于基准对准标记在衬底上的正投影外，且各参考对准标记在衬底上的正投影互不交叠。如此，在多个第二叠层结构的制备过程中，形成在先的第二叠层结构中的各膜层不会阻碍检测光束的顺利通过，继而可以确保工艺设备能够与位于形成在先的第二叠层结构之下的基准对准标记或者参考对准标记准确对位，进而可以提高形成在后的第二叠层结构中各膜层的对准精确度。基于此，本技术方案可以提供具有较大堆叠层数且易于实现准确对准的叠层结构，进一步提高了包含较大堆叠层数的叠层结构的晶圆对准的可靠性及准确性。
10、在一些实施例中，所述根据第一叠层结构中待堆叠的膜层材料及单层膜层厚度，基于基准对准标记进行衍射光强仿真，以确定第一叠层结构的膜层层数，包括如下步骤。
11、根据第一叠层结构中待堆叠的膜层材料及预设的单层膜层厚度、基准对准标记，建立衍射光强仿真模型。
12、根据工艺设备参数确定第一叠层结构衍射光束的目标阈值。
13、根据衍射光强仿真模型及目标阈值，确定第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度。
14、根据第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度及该材料所构成膜层的单层膜层厚度，确定第一叠层结构中每种材料所构成膜层的层数。
15、本技术实施例中，根据第一叠层结构中待堆叠的膜层材料及预设的单层膜层厚度、基准对准标记建立衍射光强仿真模型，使得此衍射光强仿真模型可以准确表征第一叠层结构的光学特性。基于此，通过匹配工艺设备参数为第一叠层结构的衍射光束确定合适的目标阈值，可以根据衍射光强仿真模型与目标阈值确定第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度，并进一步根据其单层膜层厚度确定其层数。
16、在一些实施例中，所述根据第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度及该材料所构成膜层的单层膜层厚度，确定第一叠层结构中每种材料所构成膜层的层数，包括如下步骤。
17、根据第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度，确定第一叠层结构的目标总厚度。
18、根据第一叠层结构的目标总厚度，以及第一叠层结构中重复单元的预设厚度，确定重复单元的层数。重复单元为各不同材料单层的层叠结构。重复单元的预设厚度为不同材料构成膜层的单层膜层厚度之和。
19、本技术实施例中，根据第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度，可以确定出第一叠层结构的目标总厚度。这样在将由各不同材料单层所构成的层叠结构作为重复单元后，便于根据重复单元的预设厚度与第一叠层结构的目标总厚度较为便捷且准确地确定重复单元的层数。从而方便于根据重复单元的层数制备获得第一叠层结构，并确保第一叠层结构中不同材料的膜层交替层叠。此外，第一叠层结构中相同材料的各膜层保持厚度一致，不仅便于仿真计算，还利于确保第一叠层结构光学性能的均匀性及一致性。
20、在一些实施例中，所述根据第一叠层结构的目标总厚度，以及第一叠层结构中重复单元的预设厚度，确定重复单元的层数，包括如下步骤。
21、确定第一叠层结构的目标总厚度与重复单元的预设厚度的比值。
22、于比值非整数时，对比值进行取整运算，获取小于比值的最大整数为重复单元的层数。
23、在一些实施例中，所述根据第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度及该材料所构成膜层的单层膜层厚度，确定第一叠层结构中每种材料所构成膜层的层数，还包括如下步骤。
24、根据第一叠层结构中每种材料所构成膜层的单层膜层厚度和重复单元的层数的乘积，确定乘积是否大于第一叠层结构中相同材料所构成膜层的目标总厚度。
25、于乘积大于第一叠层结构中相同材料所构成膜层的目标总厚度时，舍弃第一叠层结构中至少一层相同材料的膜层。
26、本技术实施例中，在确定重复单元的层数后，还可以进一步将第一叠层结构中各种材料所构成膜层的单层膜层厚度和重复单元的层数的乘积与对应的相同材料所构成膜层的目标总厚度进行比对，并于此乘积大于该目标总厚度时，舍弃第一叠层结构中该材料所构成膜层的层数。从而对第一叠层结构中任一种材料对应各膜层的总厚度进行验证，以确保小于第一叠层结构中该材料所构成膜层的目标总厚度。
27、在一些实施例中，所述于衬底中形成基准对准标记，包括如下步骤。
28、图形化衬底形成第一沟槽图形。
29、向第一沟槽图形中填充透光材料，形成第一透光层。第一沟槽图形和第一透光层共同构成基准对准标记。
30、相应地，在一些实施例中，所述于第一叠层结构中形成参考对准标记，包括如下步骤。
31、图形化第一叠层结构形成第二沟槽图形。
32、向第二沟槽图形中填充透光材料，形成第二透光层。第二沟槽图形和第二透光层共同构成参考对准标记。
33、本技术实施例中，通过形成沟槽图形，并向沟槽图形中填充透光材料，形成透光层，使得沟槽图形和透光层共同构成对准标记(包括基准对准标记和参考对准标记)，从而确保对准标记的表面平整。如此，可以避免形成于对准标记之上的叠层结构由于随形覆盖而可能出现膜层畸变、错位等缺陷，进而避免所获得的叠层结构的光学特性严重偏离光学衍射仿真结果。此外，填充于沟槽中的透光材料可以确保对准标记具备良好的光学特性(例如较低的消光系数)，以使得对准标记在接收到测试光束后可以反馈较强光强的衍射光束，从而利于进一步提高晶圆对准的可靠性及准确性。
34、在一些实施例中，所述半导体叠层结构的形成方法还包括如下步骤。
35、从基准对准标记和参考对准标记中选择一个或多个对准标记作为目标标记。
36、基于目标标记进行堆叠膜层的对位刻蚀。
37、在一些实施例中，所述从基准对准标记和参考对准标记中选择一个或多个对准标记作为目标标记，包括如下步骤。
38、向基准对准标记和参考对准标记分别照射测试光束，并获取基准对准标记和参考对准标记分别反馈的多个衍射光束。
39、确定各衍射光束的光强。
40、于衍射光束的光强大于目标阈值时，确定该衍射光束对应的对准标记为目标标记。
41、本技术实施例中，可以从基准对准标记和参考对准标记中选择一个或多个对准标记作为目标标记进行堆叠膜层的对位刻蚀，扩大了半导体叠层结构制备过程中对准标记的选择范围。如此，不仅可以选择能够反馈较大光强衍射光束的对准标记进行对位，以提高堆叠膜层对位刻蚀的准确性，还能够在部分对准标记损伤时，选择其他的对准标记进行对位，以确保堆叠膜层对位刻蚀的可靠性。
42、另一方面，本技术实施例提供了一种半导体叠层结构，采用如前述一些实施例中所述的半导体叠层结构的形成方法获得。该半导体叠层结构所能实现的技术效果与前述一些实施例中半导体叠层结构的形成方法所能具有的技术效果相同，此处不再详述。
43、该半导体叠层结构包括：衬底和叠层结构。其中，衬底中设有基准对准标记。叠层结构位于衬底上，叠层结构包含由至少两种不同材料交替层叠的多个膜层。叠层结构中设有参考对准标记。叠层结构的衍射光强大于目标阈值。参考对准标记在衬底上的正投影位于基准对准标记在衬底上的正投影外。
44、在一些实施例中，叠层结构的数量为多个，且多个叠层结构沿远离衬底方向依次层叠设置。多个叠层结构包括设置于衬底上的第一叠层结构以及设置于第一叠层结构上的至少一个第二叠层结构。其中，各参考对准标记在衬底上的正投影均位于基准对准标记在衬底上的正投影外，且各参考对准标记在衬底上的正投影互不交叠。第一叠层结构基于基准对准标记的衍射光强大于第一目标阈值。任一第二叠层结构基于其靠近衬底一侧的相邻参考对准标记的衍射光强大于第二目标阈值。
45、在一些实施例中，多个叠层结构中任相邻两个膜层的材料不同。
46、在一些实施例中，基准对准标记包括：设置于衬底中的第一沟槽图形，以及填充于第一沟槽图形中的第一透光层。
47、在一些实施例中，参考对准标记包括：设置于叠层结构中的第二沟槽图形，以及填充于第二沟槽图形中的第二透光层。
48、在一些实施例中，第二沟槽图形的深度小于或等于其所在叠层结构的厚度。
49、在一些实施例中，叠层结构中至少一种材料的消光系数大于0。
50、在一些实施例中，叠层结构中相同材料构成的各膜层的厚度相同。
51、本技术实施例中，相同材料构成的各膜层的厚度相同。如此，不仅有利于基于衍射光强仿真的结果便捷且准确地确定各膜层的层数，还有利于确保叠层结构中各膜层光学性能的均匀性及一致性，以便于提高半导体叠层结构中堆叠膜层对位刻蚀的可靠性及准确性。
技术特征：
1.一种半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1或2所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，所述根据第一叠层结构中待堆叠的膜层材料及单层膜层厚度，基于所述基准对准标记进行衍射光强仿真，以确定所述第一叠层结构的膜层层数，包括：
4.根据权利要求3所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，所述根据所述第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度及该所述材料所构成膜层的所述单层膜层厚度，确定所述第一叠层结构中每种材料所构成膜层的层数，包括：
5.根据权利要求4所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，所述根据所述第一叠层结构的目标总厚度，以及所述第一叠层结构中重复单元的预设厚度，确定所述重复单元的层数，包括：
6.根据权利要求5所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，所述根据所述第一叠层结构中每种材料所构成膜层的目标总厚度及该所述材料所构成膜层的所述单层膜层厚度，确定所述第一叠层结构中每种材料所构成膜层的层数，还包括：
7.根据权利要求1所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，
8.根据权利要求1或2所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求8所述的半导体叠层结构的形成方法，其特征在于，所述从所述基准对准标记和所述参考对准标记中选择一个或多个对准标记作为目标标记，包括：
10.一种半导体叠层结构，其特征在于，包括：
11.根据权利要求10所述的半导体叠层结构，其特征在于，所述叠层结构的数量为多个，且多个所述叠层结构沿远离所述衬底方向依次层叠设置；多个所述叠层结构包括设置于所述衬底上的第一叠层结构以及设置于所述第一叠层结构上的至少一个第二叠层结构；
12.根据权利要求11所述的半导体叠层结构，其特征在于，多个所述叠层结构中任相邻两个所述膜层的材料不同。
13.根据权利要求10所述的半导体叠层结构，其特征在于，
14.根据权利要求13所述的半导体叠层结构，其特征在于，所述第二沟槽图形的深度小于或等于其所在叠层结构的厚度。
15.根据权利要求10所述的半导体叠层结构，其特征在于，所述叠层结构中至少一种材料的消光系数大于0。
16.根据权利要求10所述的半导体叠层结构，其特征在于，所述叠层结构中相同材料构成的各所述膜层的厚度相同。
技术总结
本申请涉及一种半导体叠层结构及其形成方法。所述半导体叠层结构的形成方法包括：于衬底中形成基准对准标记；根据第一叠层结构中待堆叠的膜层材料及单层膜层厚度，基于基准对准标记进行衍射光强仿真，以确定第一叠层结构的膜层层数；根据膜层层数于衬底上形成第一叠层结构，第一叠层结构包含由至少两种不同材料交替层叠的多个膜层；于第一叠层结构中形成参考对准标记，参考对准标记在衬底上的正投影位于基准对准标记在衬底上的正投影外。本申请所提供的半导体叠层结构的形成方法可以提高半导体叠层结构中各膜层的对准精确度，以提高晶圆对准的可靠性和准确性。
技术研发人员：李亮,姜淼,闫彬斌,梁迪,师江柳
受保护的技术使用者：北京超弦存储器研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23