CN105446084B - 一种光刻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光刻方法，涉及半导体技术领域。本发明的光刻方法包括：步骤S101：在待刻蚀膜层上依次形成正光刻胶层和表面光可分解碱性层；步骤S102：利用掩膜板对所述正光刻胶层进行曝光处理；步骤S103：使用有机溶剂进行负显影处理，溶解去除非曝光区域以形成图形化的光刻胶。该光刻方法通过在曝光工艺之前在正光刻胶层之上形成表面光可分解碱性层，可以避免经负显影处理形成的图形化的光刻胶出现T型顶部缺陷。

Description

一种光刻方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种光刻方法。
背景技术
在半导体技术领域中，与正型显影技术采用TMAH溶解掉光刻胶的曝光区域的技术方案不同，负性显影技术(negative tone develop；NTD)是一种采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未曝光区域的技术方案。负性显影技术(NTD)由于具有可以提高小间距图形的分辨率的优点而具有比较广阔的应用前景。
在现有技术中，一种采用负性显影技术的浸没式光刻方法主要包括如下步骤：步骤E1：在待刻蚀膜层100上依次形成底部抗反射层(BARC)101、正光刻胶层102和顶部抗水涂层(TC)103，如图1A所示；步骤E2：利用掩膜板600对正光刻胶层102进行曝光处理，形成曝光区10201和非曝光区10202，如图1B所示；步骤E3：进行负性显影处理以形成用作掩膜的图形化的光刻胶1021，如图1C所示。通常地，采用上述方法形成的图形化的光刻胶1021往往会出现T型顶部缺陷(T-top issue)，即，光刻胶图案的顶部宽于底部，如图1C所示。而T型顶部缺陷的存在，会降低负性显影技术(NTD)实现小间距图形的能力。
为解决现有技术中通过负性显影工艺形成的图形化的光刻胶容易出现T型顶部缺陷的技术问题，本领域的技术人员进行了诸多尝试，例如：改变DEV溶剂，改善光对比度(NILS)，改变负性光刻胶组分等，然而这些方案的技术效果均不是很理想。因此，为解决这一技术问题，有必要提出一种新的光刻方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种光刻方法，可以解决通过负性显影工艺形成的图形化的光刻胶容易出现T型顶部缺陷(T-top issue)的技术问题。
本发明的一个实施例提供一种光刻方法，包括如下步骤：
步骤S101：在待刻蚀膜层上依次形成正光刻胶层和表面光可分解碱性层；
步骤S102：利用掩膜板对所述正光刻胶层进行曝光处理；
步骤S103：进行负性显影处理以形成图形化的光刻胶。
可选地，所述表面光可分解碱性层包括在涂覆时自生成顶部涂层的光可分解碱。
可选地，所述表面光可分解碱性层中的光可分解碱包括氟化的单羧酸盐阳离子光可分解碱或氟化的二羧酸盐阳离子光可分解碱。
可选地，形成所述表面光可分解碱性层的方法包括涂覆法。
可选地，形成所述正光刻胶层的方法为涂覆正光刻胶，其中所述正光刻胶包括光致产酸剂、光刻胶添加剂和溶剂。
可选地，所述光致产酸剂包括鎓盐、芳香族重氮盐、锍盐、二芳基碘盐、十二烷硫酸盐和磺酸酯类中的至少一种。
可选地，在所述步骤S101中，通过涂覆光刻胶的方法形成所述正光刻胶层和所述表面光可分解碱性层，其中所述光刻胶包括光分解碱、光致产酸剂、光刻胶添加剂和溶剂。
可选地，在所述步骤S101中，在形成所述正光刻胶层之前，在所述待刻蚀膜层上形成底部抗反射层。
本发明的光刻方法，通过在曝光工艺之前在正光刻胶层之上形成表面光可分解碱性层，可以避免经显影处理形成的图形化的光刻胶出现T型顶部缺陷。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1A、图1B和图1C为现有技术中的一种光刻方法的相关步骤形成的结构的剖视图；
图2A、图2B和图2C为本发明实施例的一种光刻方法的相关步骤形成的结构的剖视图；
图2C’为本发明实施例的一种光刻方法形成的另一种图形化的光刻胶的剖视图；
图3为本发明实施例的光刻方法的一种流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明实施例提供一种采用负性显影技术(NTD)的光刻方法，可以解决解决现有技术中通过负性显影工艺形成的图形化的光刻胶容易出现T型顶部缺陷(T-top issue)的技术问题。
下面，参照图2A至图2C和图2C’、图3来描述本发明实施例提出的光刻方法。其中，图2A至图2C为本发明实施例的光刻方法的相关步骤形成的结构的剖视图；图2C’为本发明实施例的光刻方法形成的另一种图形化的光刻胶的剖视图；图3为本发明实施例的光刻方法的一种流程图。
本发明实施例的光刻方法，主要包括如下步骤：
步骤A1：在待刻蚀膜层200上依次形成底部抗反射层201、正光刻胶层202和表面光可分解碱性层203，如图2A所示。
其中，待刻蚀膜层200可以为半导体器件制程中所涉及的各种膜层，例如栅极材料层、金属层、层间介电层等，在此并不进行限定。
其中，底部抗反射层(Bottom Anti Reflective Coating；BARC)201的作用是减少曝光过程中光在光刻胶的下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被光刻胶所吸收。在本实施例中，底部抗反射层201可以选用各种合适的材料。并且，底部抗反射层201可以省略。
在本实施例中，形成正光刻胶层202的方法可以采用涂覆法(即，涂覆正光刻胶)或其他合适的方法。其中，形成正光刻胶层202的正光刻胶包括光致产酸剂(photoacidgenerator)、光刻胶添加剂和溶剂。
其中，光致产酸剂包括鎓盐(onium salts)、芳香族重氮盐(aromaticdiazonium)、锍盐(sulfonium salts)、二芳基碘盐(diaryliodium salts)、N-羟基萘二甲酰亚胺盐(N-hydroxy-naphthalimide)中的十二烷硫酸盐(dodecane sulfonate)、N-烷基羧酸(N-hydroxyamides)中的磺酸酯类(sulfonic acid esters)等之中的至少一种。
在本实施例的一个示例中，形成表面光可分解碱性层203的方法可以采用涂覆法或其他合适的方法。
在另一个示例中，通过涂覆光刻胶的方法形成正光刻胶层202和表面光可分解碱性层203，其中所述光刻胶包括光分解碱、光致产酸剂、光刻胶添加剂和溶剂。
其中，表面光可分解碱性层203的材料可以为在涂覆时自生成顶部涂层的光可分解碱(TC-PDB)，或普通的光可分解碱(PDB)，即非自生成顶部涂层的光可分解碱。由于表面光可分解碱性层203自身含有碱性物质，因此，在对正光刻胶层202曝光之后，表面光可分解碱性层203位于非曝光区的部分可以提供碱以阻止光酸的扩散，进而可以避免显影后的图形化的光刻胶出现T型顶部缺陷。
其中，自生成顶部涂层的光可分解碱(TC-PDB)至少包括氟化的单羧酸盐阳离子光可分解碱，或氟化的二羧酸盐阳离子光可分解碱。该组分可以保证获取足够的相分离能量以使得自生顶部涂层光可分解碱上升至光刻胶体系的顶部表面。
在一个示例中，自生成顶部涂层的光可分解碱(TC-PDB)包括如下结构的化合物：
其中，Y为氟(F)。M选自硫(S)或碘(I)。R选自氢(H)、氢氧根(hydroxyls)、羧基(carboxyls)、胺基(amines)、烷基(alkyls)、亚烷基(alkylenes)、芳香基(aryls)和亚芳香基(arylenes)。当x等于2时，M为碘(I)。当x等于3时，M为硫(S)。n为自然数，其取值范围为6-100。
在另一个示例中，自生成顶部涂层的光可分解碱(TC-PDB)包括如下结构的化合物：
其中，Y为氟(F)。M选自硫(S)或碘(I)。R选自氢(H)、氢氧根、羧基、胺基、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基。并且，当x等于2时，M为碘(I)；当x等于3时，M为硫(S)。n为自然数，其取值范围为6-100。
在第三个示例中，自生成顶部涂层的光可分解碱(TC-PDB)包括如下结构的化合物：
其中，Y为氟(F)。Z选自氢(H)、碳(C)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、硫(S)、卤素、氢氧根、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基。M选自硫(S)或碘(I)。R选自氢(H)、氢氧根、羧基、胺基、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基。并且，当x等于2时，M为碘(I)；当x等于3时，M为硫(S)。m和n为自然数，其取值范围为6-100。
在一个更具体的实例中，自生成顶部涂层的光可分解碱(TC-PDB)包括如下结构的化合物中的至少一种：
步骤A2：利用掩膜板800对正光刻胶层202进行曝光处理，形成曝光区20201和非曝光区20202，如图2B所示。
其中，掩膜板800为各种可行的掩膜板，掩膜板800上的透光区域与待刻蚀膜层200上拟被保留的区域相对应。
在曝光处理的过程中，表面光可分解碱性层203的暴露出的部分也会在光照下发生一定的反应。例如，在曝光过程中，表面光可分解碱性层203位于曝光区的部分所包含的碱被分解。
研究发现，图形化的光刻胶出现的T型顶部缺陷主要是光刻胶的曝光区产生的酸越过曝光区与非曝光区的边界进入到非曝光区所导致的。在本实施例中，由于表面光可分解碱性层203的存在，可以阻止光刻胶的曝光区产生的酸进入到非曝光区之中，从而防止显影之后图形化的光刻胶产生T型顶部缺陷。具体地，表面光可分解碱性层203会在光刻胶的非曝光区的顶部形成相对比较高的浓度的碱，在曝光工艺之后，表面光可分解碱性层203位于非曝光区的部分所包含的碱会与正光刻胶层202的曝光区因曝光所产生的酸反应，从而可以阻止位于曝光区的酸越过曝光区与非曝光区的边界进入到非曝光区。于是，在显影工艺之后，图形化的光刻胶不会产生T型顶部缺陷。
步骤A3：进行负性显影处理以形成图形化的光刻胶2021，如图2C或图2C’所示。
其中，在负性显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域。形成的图形化的光刻胶2021为经过曝光处理的区域，其用作刻蚀待刻蚀膜层的掩膜。
由于表面光可分解碱性层203会在光刻胶的非曝光区的顶部形成相对比较高的浓度的碱，可以阻止位于光刻胶的曝光区的光酸越过曝光区与非曝光区的边界进入到非曝光区，因此，在显影工艺之后，图形化的光刻胶不会产生T型顶部缺陷。也就是说，本发明实施例的光刻方法，通过在正光刻胶层202之上形成表面光可分解碱性层203，可以解决通过负性显影工艺形成的图形化的光刻胶容易出现T型顶部缺陷的技术问题。
其中，图形化的光刻胶2021不会产生T型顶部缺陷，也就是说，图形化的光刻胶的顶部宽度小于等于底部宽度。
在一个实例中，经过显影处理，形成的图形化的光刻胶2021的形貌如图2C所示，即，图形化的光刻胶202的剖视图为顶部略窄于底端的圆滑形貌。
在另一个实例中，经过显影处理，图形化的光刻胶2021的形貌如图2C’所示，即，图形化的光刻胶202为垂直形貌，其剖视图近似矩形。
显然，在图2C和图2C’所示的结构中，显影后形成的图形化的光刻胶2021均不具有T型顶部缺陷。其中，显影之后的图形化的光刻胶2021会出现上述图2C和图2C’所示的不同结构，主要是由于表面光可分解碱性层203的材料、厚度等的不同所导致。
本发明实施例的光刻方法，通过在曝光工艺之前在正光刻胶层之上形成表面光可分解碱性层，可以避免经显影处理形成的图形化的光刻胶出现T型顶部缺陷，因而可以提高图形间距的分辨率。
图3示出了本发明实施例的光刻方法的一种流程图，用于简要示出上述方法的典型流程。具体包括：
步骤S101：在待刻蚀膜层上依次形成正光刻胶层和表面光可分解碱性层；
步骤S102：利用掩膜板对所述正光刻胶层进行曝光处理；
步骤S103：进行负性显影处理以形成图形化的光刻胶。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (12)

1.一种光刻方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S101：在待刻蚀膜层上依次形成正光刻胶层和表面光可分解碱性层；
步骤S102：利用掩膜板对所述正光刻胶层进行曝光处理；
步骤S103：进行负性显影处理以形成图形化的光刻胶，所述图形化的光刻胶的顶部宽度小于等于底部宽度。
2.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述表面光可分解碱性层包括在涂覆光刻胶时自生成的顶部光可分解碱层。
3.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述表面光可分解碱性层的表面具有顶部抗水涂层，其中所述顶部抗水涂层为单独涂覆法形成，或者在光刻胶涂覆时自生成。
4.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述表面光可分解碱性层中的光可分解碱包括氟化的单羧酸盐阳离子光可分解碱或氟化的二羧酸盐阳离子光可分解碱。
5.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述表面光可分解碱性层中的光可分解碱包括如下结构的化合物：
其中，Y为氟，M选自硫或碘，R选自氢、氢氧根、羧基、胺基、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基；n为自然数，且n的取值范围为6-100；并且，当x等于2时，M为碘；当x等于3时，M为硫。
6.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述表面光可分解碱性层中的光可分解碱包括如下结构的化合物：
其中，Y为氟，M选自硫或碘，R选自氢、氢氧根、羧基、胺基、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基；n为自然数，且n的取值范围为6-100；并且，当x等于2时，M为碘；当x等于3时，M为硫。
7.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述表面光可分解碱性层中的光可分解碱包括如下结构的化合物：
其中，Y为氟，Z选自氢、碳、氧、氮、磷、硫、卤素、氢氧根、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基，M选自硫或碘，R选自氢、氢氧根、羧基、胺基、烷基、亚烷基、芳香基和亚芳香基；m和n为自然数，其取值范围为6-100；并且，当x等于2时，M为碘；当x等于3时，M为硫。
8.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，形成所述表面光可分解碱性层的方法包括涂覆法。
9.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，在所述步骤S101中，形成所述正光刻胶层的方法为涂覆正光刻胶，其中所述正光刻胶包括光致产酸剂、光刻胶添加剂和溶剂。
10.如权利要求9所述的光刻方法，其特征在于，所述光致产酸剂包括鎓盐、芳香族重氮盐、锍盐、二芳基碘盐、十二烷硫酸盐和磺酸酯类中的至少一种。
11.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，在所述步骤S101中，通过涂覆光刻胶的方法形成所述正光刻胶层和所述表面光可分解碱性层，其中所述光刻胶包括光分解碱、光致产酸剂、光刻胶添加剂和溶剂。
12.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，在所述步骤S101中，在形成所述正光刻胶层之前，在所述待刻蚀膜层上形成底部抗反射层。
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