CN105334699B - 通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法。该方法解决了光刻厚胶工艺中，光刻胶侧壁难以实现具有底切结构的形貌的难题，同时具有成本低、实施性强等优点。根据本发明的方法包括：涂覆第一光刻胶并进行前烘，所述第一光刻胶仅对第一波长的光感光；涂覆第二光刻胶并进行前烘，所述第二光刻胶仅对第二波长的光感光，且所述第二波长不同于所述第一波长；使用第一波长的光对所述第一光刻胶进行曝光；使用第二波长的光对所述第二光刻胶进行曝光；对曝光后的第一光刻胶和第二光刻胶进行显影，其中设置曝光条件，使得在显影后第一光刻胶的尺寸小于第二光刻胶的尺寸。

Description

通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法。
背景技术
通常认为光刻是半导体制造领域中最关键的步骤，因此需要高性能的光刻工艺以便结合其它工艺获得高成品率。光刻工艺需要应用光刻胶。光刻胶作为一种可溶解聚合物被涂覆在衬底表面上，然后进行烘焙、曝光、显影等一系列的处理，以便在衬底表面上形成图形。
光刻胶的一种重要特性参数是对比度。对比度指的是光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。具有高对比度从而产生垂直的光刻胶侧壁是最理想的。
随着半导体工艺的发展，厚光刻胶受到普遍关注。例如，厚光刻胶可用于芯片倒装焊区选择电镀的阻挡层。厚光刻胶还可在MEMS制造中用作干法刻蚀工艺以及剥离工艺的掩模等。
随着光刻胶厚度的增加，光刻胶的侧壁更加难以实现较高的垂直度。
图1A-1D示出CMEMS(互补金属氧化物半导体微机电系统)器件中的Ti层制备过程。
如图1A所示，在衬底101上涂覆光刻胶102，并进行烘焙、曝光、显影等过程，以在衬底上形成图形。然后，利用光刻胶102作为掩模对衬底101进行干法刻蚀，如图1B所示。再利用光刻胶102作为掩模沉积Ti层103，如图1C所示。最后，剥离光刻胶，如图1D所示。
在图1A-1D所示的过程中，光刻胶先后作为干法刻蚀工艺、Ti金属沉积工艺和剥离工艺的掩模层，胶厚必须满足一定要求。光刻胶的厚度一般需大于10微米，即该光刻胶层需采用厚胶工艺。因此，光刻胶侧壁难以实现较高陡直度。加之，干法刻蚀过程对光刻胶形貌有一定损伤，导致在金属Ti沉积的过程中，部分Ti沉积到了光刻胶的侧壁上。这一方面增加了光刻胶剥离工艺的难度，另一方面使得一部分Ti在键合柱的顶角残留，影响了后续键合工艺的质量。
为改善光刻胶形貌，使其侧壁陡直，避免金属残留，通常可采用改变胶厚、使用光刻胶-SiO2-光刻胶结构、使用特种材料等方法。然而，由于图1A-1D所示工艺后续有干法刻蚀和剥离两步，光刻胶厚度需满足后续工艺要求，而无法进行改变。而如果要采用多层光刻胶方法，则需要将现有的单层光刻胶结构变为光刻胶-SiO2-光刻胶结构，不仅工艺变更大，而且需要在光刻胶上沉积SiO2，给生产带来了巨大风险。因此，以上手段都不是理想的解决方法。
目前，有厂商已研制出专门用于剥离工艺的专用光刻胶。这种胶利用胶体颗粒分布不同，通过调节光刻条件，可以制备出具有底切(undercut)结构的光刻图形。图2A-2C示出利用专用光刻胶作为掩模进行金属沉积的过程。
如图2A所示，在衬底201上涂覆光刻胶202，并进行烘焙、曝光、显影等过程，以在衬底201上形成具有底切结构的图形。然后，沉积金属层203，如图2B所示。最后，剥离光刻胶202，如图2C所示。由于这种光刻胶具有底切结构，故而没有残留金属。
但是这种光刻胶价格昂贵，工艺条件要求严格，适应性较差。
因此，需要一种能够改善光刻胶形貌的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用重复曝光改善光刻图形质量的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种重复曝光光刻胶的方法，包括：涂覆第一光刻胶并进行前烘，所述第一光刻胶仅对第一波长的光感光；涂覆第二光刻胶并进行前烘，所述第二光刻胶仅对第二波长的光感光，且所述第二波长不同于所述第一波长；使用第一波长的光对所述第一光刻胶进行曝光；使用第二波长的光对所述第二光刻胶进行曝光；对曝光后的第一光刻胶和第二光刻胶进行显影，其中设置曝光条件，使得在显影后第一光刻胶的尺寸小于第二光刻胶的尺寸。
根据本发明的一个方面，前述方法还包括在显影之后，对所得结构进行后烘。
根据本发明的一个方面，前述方法中，第一波长为365nm。
根据本发明的一个方面，前述方法中，第二波长为248nm。
根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一光刻胶和第二光刻胶为正性光刻胶，在对所述第一光刻胶进行曝光时，加大曝光能量，使得第一光刻胶过曝光，从而显影后的第一光刻胶的尺寸小于设计尺寸。
根据本发明的一个方面，前述方法中，在对所述第二光刻胶进行曝光时，利用所述第二光刻胶的最佳曝光条件，使得显影后的第二光刻胶的尺寸等于设计尺寸。
根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一光刻胶和第二光刻胶为负性光刻胶，在对所述第一光刻胶进行曝光时，利用所述第一光刻胶的最佳曝光条件，使得显影后的第一光刻胶的尺寸等于设计尺寸。
根据本发明的一个方面，前述方法中，在对所述第二光刻胶进行曝光时，加大曝光能量，使得显影后的第二光刻胶的尺寸大于设计尺寸。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
根据本发明的实施例的光刻胶处理方法充分利用了窄带光刻胶对曝光光波长的选择性，不改变现有工艺流程，不增加光罩。解决了光刻厚胶工艺中，光刻胶侧壁难以实现具有底切结构的形貌的难题。同时，具有成本低、实施性强等优点。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，放大了层和区域的厚度。相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1A-1D示出CMEMS器件中的Ti层制备过程。
图2A-2C示出利用专用光刻胶作为掩模进行金属沉积的过程。
图3A-3E示出根据本发明的一个实施例形成具有底切形貌的光刻胶图形的过程横截面示意图。
图4示出根据本发明的一个实施例形成具有底切形貌的光刻胶图形的流程图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
本发明披露了一种利用重复曝光，改善光刻图形质量的方法。
根据本发明的一个实施例，通过涂覆两种具有不同曝光波长的窄带光刻胶，然后利用不同的光刻工艺参数对每种光刻胶分别进行曝光、显影，实现了具有底切形貌的光刻胶图形。
图3A-3E示出根据本发明的一个实施例形成具有底切形貌的光刻胶图形的过程横截面示意图。
为了便于说明，图3A至3E中未示出在衬底300中已经形成的半导体结构。
如图3A所示，衬底300可以是包括半导体元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上的硅(SOI)。在衬底300上可具有其它结构，为了使本说明书简要而未具体描述这些结构。
首先，在衬底300上涂覆仅对第一波长的光感光的第一光刻胶301，然后对第一光刻胶进行前烘。在一个实施例中，第一波长的光可以是波长为365nm的光，第一光刻胶可以是正性光刻胶，但本发明不限于此。
如图3B所示，涂覆仅对第二波长的光感光的第二光刻胶302，然后对第二光刻胶进行前烘，其中第二波长不同于第一波长。在一个实施例中，第二波长的光可以是波长为248nm的光，第二光刻胶可以是正性光刻胶，但本发明不限于此。
如图3C所示，首先，使用第一波长的光对第一光刻胶301进行曝光。调节光刻条件，使得最佳焦面位于第一光刻胶的上表面。同时加大曝光能量，使得第一光刻胶过曝光，从而显影后的第一光刻胶的尺寸小于设计尺寸。
如图3D所示，使用第二波长的光对第二光刻胶302进行曝光。调节光刻条件，达到第二光刻胶的最佳曝光条件，使得第二光刻胶上曝光所得的尺寸满足设计尺寸要求，即显影后的第二光刻胶尺寸等于设计尺寸。
然后，对所得结构进行曝光后的烘焙，显影，后烘。由于第一光刻胶被过曝光，显影后的留下的第一光刻胶的尺寸小于设计尺寸，而第二光刻胶被正常曝光，显影后的第二光刻胶尺寸等于设计尺寸，因此，在显影后衬底上留下的第一光刻胶的尺寸小于留下的第二光刻胶的尺寸，即可获得具有底切结构的光刻胶图形，如图3E所示。
以上结合图3A至3E描述了利用重复曝光改善光刻图形质量的方法的一个实施例，然而本发明不限于此。
在本发明的另一个实施例中，第一光刻胶和第二光刻胶可以均为负性光刻胶。在该实施例中，可通过调节曝光条件，使得在显影后衬底上留下的第一光刻胶少于留下的第二光刻胶。例如，利用第一光刻胶的最佳曝光条件，使得显影后的第一光刻胶尺寸等于设计尺寸，而对于第二光刻胶加大曝光能量，使得显影后的第二光刻胶尺寸大于实际设计尺寸。使得在第一光刻胶上曝光出的图形小于第二光刻胶上曝光出的图形，从而形成底切结构。
图4示出根据本发明的一个实施例形成具有底切形貌的光刻胶图形的流程图。
首先，在步骤401，在衬底上涂覆第一光刻胶并进行前烘。该第一光刻胶仅对第一波长的光感光。
在步骤402，涂覆第二光刻胶并进行前烘。该第二光刻胶仅对第二波长的光感光，且第二波长不同于第一波长。
在步骤403，使用第一波长的光对第一光刻胶进行曝光。
在步骤404，使用第二波长的光对第二光刻胶进行曝光。
在步骤405，对所得结构进行曝光后的烘焙，显影，后烘。
在步骤403和404中可对曝光条件进行选择，使得在显影后衬底上留下的第一光刻胶少于留下的第二光刻胶，从而在步骤405中形成底切结构。
在完成上述步骤之后，可继续进行半导体制造的其它工艺。在一个实施例中，接下来，可进行干法刻蚀、金属层沉积、光刻胶剥离等工艺。
根据本发明的实施例的光刻胶处理方法充分利用了窄带光刻胶对曝光光波长的选择性，不改变现有工艺流程，不增加光罩。解决了光刻厚胶工艺中，光刻胶侧壁难以实现具有底切结构的形貌的难题。同时，具有成本低、实施性强等优点。
以上描述了本发明的若干实施例。然而，本发明可具体化为其它具体形式而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅是说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非前述描述限定。落入权利要求书的等效方案的含义和范围内的所有改变被权利要求书的范围所涵盖。

Claims (6)

1.一种重复曝光光刻胶的方法，包括：
涂覆第一光刻胶并进行前烘，所述第一光刻胶仅对第一波长的光感光；
涂覆第二光刻胶并进行前烘，所述第二光刻胶仅对第二波长的光感光，且所述第二波长不同于所述第一波长；
使用第一波长的光对所述第一光刻胶进行曝光；
使用第二波长的光对所述第二光刻胶进行曝光；
对曝光后的第一光刻胶和第二光刻胶进行显影，
其中设置曝光条件，使得在显影后第一光刻胶的尺寸小于第二光刻胶的尺寸,其中，所述第一光刻胶和第二光刻胶为正性光刻胶，在对所述第一光刻胶进行曝光时，加大曝光能量，使得第一光刻胶过曝光，从而显影后的第一光刻胶的尺寸小于设计尺寸，在对所述第二光刻胶进行曝光时，利用所述第二光刻胶的最佳曝光条件，使得显影后的第二光刻胶的尺寸等于设计尺寸。
2.一种重复曝光光刻胶的方法，包括：
涂覆第一光刻胶并进行前烘，所述第一光刻胶仅对第一波长的光感光；
涂覆第二光刻胶并进行前烘，所述第二光刻胶仅对第二波长的光感光，且所述第二波长不同于所述第一波长；
使用第一波长的光对所述第一光刻胶进行曝光；
使用第二波长的光对所述第二光刻胶进行曝光；
对曝光后的第一光刻胶和第二光刻胶进行显影，
其中设置曝光条件，使得在显影后第一光刻胶的尺寸小于第二光刻胶的尺寸,其中，所述第一光刻胶和第二光刻胶为负性光刻胶，在对所述第一光刻胶进行曝光时，利用所述第一光刻胶的最佳曝光条件，使得显影后的第一光刻胶的尺寸等于设计尺寸，在对所述第二光刻胶进行曝光时，加大曝光能量，使得显影后的第二光刻胶的尺寸大于设计尺寸。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括在显影之后，对所得结构进行后烘。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一波长为365nm。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二波长为248nm。
6.一种半导体结构，包括通过权利要求1至5中的任一项所述方法制造的结构。
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