CN110931351A - 半导体结构的制备方法 - Google Patents

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CN110931351A CN201811102015.3A CN201811102015A CN110931351A CN 110931351 A CN110931351 A CN 110931351A CN 201811102015 A CN201811102015 A CN 201811102015A CN 110931351 A CN110931351 A CN 110931351A
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李天慧
杨瑞鹏
肖德元
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Abstract

本发明提供一种半导体结构的制备方法，包括如下步骤：1)提供一基底，于基底上形成目标材料层；2)采用定向自组装方法于目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层；3)去除聚苯乙烯层；4)依据聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层刻蚀目标材料层，以形成初始图形结构；去除聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层；5)于步骤4)所得结构的表面形成光刻胶层；6)提供一二元式光掩膜版，二元式光掩膜版内形成有修正图形；7)依据二元式光掩膜版对光刻胶层进行曝光显影，以得到图形化光刻胶层；8)依据图形化光刻胶层对初始图形结构进行修正，以得到目标图形结构。本发明的半导体结构的制备方法只使用一个二元式光刻掩膜版，节省了光掩模版的使用数量，降低生产成本。

Description

半导体结构的制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种半导体结构的制备方法。
背景技术
在现有半导体工艺中，双重图形(Double patterning)工艺以得到广泛应用。现有双重图形工艺制备半导体结构的方法主要包括LELE(litho-etch-litho-etch，曝光-刻蚀-曝光-刻蚀)、LFLE(litho-freeze-litho-etch，曝光-冻结-曝光-刻蚀)及SADP(Self-Aligned Double Patterning，自对准双图案)等，但上述工艺中均要涉及两次曝光工艺，需要使用两种不同的光掩模版，而光掩模版的成本非常昂贵，这必然会导致生产成本的增加；同时，上述各方法的工艺步骤比较繁琐，工艺复杂。另一种改进的双重图形工艺为IDEAL(Innovative Double Exposure by Advanced Lithography)，但该工艺中需要使用相移掩膜(PSM)及二元式光掩模版(binary reticle)，同样存在需要使用两种不同的光掩模版，生产成本高，工艺步骤比较繁琐，工艺复杂等问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体结构的制备方法用于解决现有技术中双图形工艺存在的生产成本高、工艺步骤繁琐及工艺复杂等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体结构的制备方法，所述半导体结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供一基底，于所述基底上形成目标材料层；
2)采用定向自组装方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层，分层后的所述嵌段共聚物层包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及聚苯乙烯层，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层定义出初始图形结构的位置及形状；
3)去除所述聚苯乙烯层；
4)依据所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层刻蚀所述目标材料层，以形成初始图形结构；去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层；
5)于步骤4)所得结构的表面形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述初始图形结构；
6)提供一二元式光掩膜版，所述二元式光掩膜版内形成有修正图形；
7)依据所述二元式光掩膜版对所述光刻胶层进行曝光显影，以得到图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有所述修正图形；
8)依据所述图形化光刻胶层对所述初始图形结构进行修正，以得到目标图形结构。
可选地，步骤1)中提供的所述基底包括晶圆。
可选地，步骤2)中，采用定向自组装方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层包括如下步骤：
2-1)于所述目标材料层上形成嵌段共聚物层，所述嵌段共聚物层包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯；
2-2)采用光照或者加热的方式使所述嵌段共聚物层中的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯及所述聚苯乙烯自动分层，以形成分离的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及所述聚苯乙烯层。
可选地，步骤2-1)中，所述嵌段共聚物层中还包括氧化还原剂、感光剂及金属离子中的至少一种。
可选地，步骤2)中，分层后的所述嵌段共聚物层包括若干个呈条状分布的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及若干个呈条状分布的所述聚苯乙烯层，且沿平行于所述目标材料层表面的方向，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层与所述聚苯乙烯层交替排布。
可选地，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层的宽度与所述聚苯乙烯层的宽度相同。
可选地，步骤3)中，采用盐酸溶液去除所述聚苯乙烯层，或采用丙二醇单甲基醚醋酸酯和丙二醇单甲基醚的混合液去除所述聚苯乙烯层。
可选地，步骤8)中，依据所述图形化光刻胶层采用刻蚀工艺对所述初始图形结构进行修正。
如上所述，本发明的一种半导体结构的制备方法，具有以下有益效果：
本发明的半导体结构的制备方法先采用定向自组装方法形成自动分成的嵌段共聚物层，在去除聚苯乙烯层之后即可得到初始图形，再使用二元式光刻版对初始图形修正即可得到目标图形结构，定向自组装方法的使用可以在整个制备过程中只使用一个二元式光刻掩膜版，节省了光掩模版的使用数量，降低生产成本；同时，嵌段共聚物层的形成、分层和去除都比较容易，大大简化了工艺步骤。
附图说明
图1显示为本发明提供的半导体结构的制备方法的流程图。
图2至图12显示为本发明提供的半导体结构的制备方法各步骤所得结构的截面结构示意图。
元件标号说明
10 基底
11 目标材料层
111 初始图形结构
112 目标图形结构
12 嵌段共聚物
121 聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层
122 聚苯乙烯层
13 光刻胶层
14 二元式光刻掩膜版
141 修正图形
15 图形化光刻胶层
S1～S8 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种半导体结构的制备方法，所述半导体结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供一基底，于所述基底上形成目标材料层；
2)采用定向自组装方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层，分层后的所述嵌段共聚物层包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及聚苯乙烯层，分层后的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层定义出初始图形结构的位置及形状；
3)去除所述聚苯乙烯层；
4)依据所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层刻蚀所述目标材料层，以形成初始图形结构；去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层；
5)于步骤4)所得结构的表面形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述初始图形结构；
6)提供一二元式光掩膜版，所述二元式光掩膜版内形成有修正图形；
7)依据所述二元式光掩膜版对所述光刻胶层进行曝光显影，以得到图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有所述修正图形；
8)依据所述图形化光刻胶层对所述初始图形结构进行修正，以得到目标图形结构。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2，提供一基底10，于所述基底10上形成目标材料层11。
作为示例，所述基底10可以为但不仅限于晶圆。具体的，所述晶圆可以为未经过任何加工处理的裸晶圆，也可以为内部已形成有功率器件(未示出)的晶圆。优选地，本实施例中，所述晶圆为已经完成前道工艺的晶圆。
作为示例，可以采用但不仅限于物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺于所述基底10的表面形成所述目标材料层11，所述目标材料层11可以为任意一种需要进行刻蚀以形成目标图形结构的材料层，譬如，多晶硅层、介质层或金属层等等。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图3至图4，采用定向自组装方法于所述目标材料层11上形成自动分层的嵌段共聚物层12，分层后的所述嵌段共聚物层12包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121及聚苯乙烯层122，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121定义出初始图形结构111的位置及形状。
作为示例，采用定向自组装(Directed self-assembly，DSA)方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层包括如下步骤：
2-1)于所述目标材料层11上形成嵌段共聚物层12，所述嵌段共聚物层12包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯(Poly methyl methacrylate，PMMA)及聚苯乙烯(polystyrene，PS)，如图3所示；具体的，可以采用但不仅限于涂布工艺于所述目标材料层11上形成所述嵌段共聚物层12；
2-2)采用光照或者加热的方式使所述嵌段共聚物层12中的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯及所述聚苯乙烯自动分层，以形成分离的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121及所述聚苯乙烯层122。
作为示例，步骤2-1)形成的所述嵌段共聚物层12中还包括氧化还原剂、感光剂及金属离子中的至少一种，以助于在光照或加热的方式下使得所述嵌段共聚物层中的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯与所述聚苯乙烯分层。
作为示例，步骤2-2)中，分层后的所述嵌段共聚物层12包括若干个呈条状分布的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121及若干个呈条状分布的所述聚苯乙烯层122，且沿平行于所述目标材料层11表面的方向，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121与所述聚苯乙烯层122交替排布。
作为示例，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121的宽度可以与所述聚苯乙烯层122的宽度相同。当然，在其他示例中，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121的宽度也可以与所述聚苯乙烯层122的宽度不同。
在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图5，去除所述聚苯乙烯层122。
需要说明的是，在去除所述聚苯乙烯层122的同时需要确保不会对所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121造成损伤。
作为示例，可以采用盐酸溶液去除所述聚苯乙烯层122，或采用丙二醇单甲基醚醋酸酯(PGMEA)和丙二醇单甲基醚(PGME)的混合液去除所述聚苯乙烯层122。
在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图6至图7，依据所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121刻蚀所述目标材料层11，以形成初始图形结构111；去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121。
作为示例，可以采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺依据所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121作为刻蚀阻挡层对所述目标材料层11进行刻蚀，刻蚀后得到的结构如图6所示。
作为示例，可以采用现有任一一种可以去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121的物质或工艺去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121，去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121的结构如图7所示；所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层121的去除方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。
在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图8，于步骤4)所得结构的表面形成光刻胶层13，所述光刻胶层13覆盖所述初始图形结构111。
作为示例，可以先于步骤4)所得结构的表面旋涂光刻胶，然后对所述光刻胶进行烘烤即可得到所述光刻胶层13。
作为示例，所述光刻胶层13可以为正性光刻胶层，也可以为负性光刻胶层，优选地本实施例中，所述光刻胶层13位正性光刻胶层。
在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图9，提供一二元式光掩膜版(binaryreticle)14，所述二元式光掩膜版14内形成有修正图形141。
作为示例，所述二元式光掩模版14为没有相位转移的光掩模版，所述修正图形141的具体形状可以根据实际需要进行设定，此处不做限定。但需要注意的是，所述二元式光掩模版14至于所述光刻胶层13正上方时，所述修正图形141在所述初始图形结构111上的正投影需要与已形成的所述初始图形结构111至少部分重合，以确保所述修正图形141可以对所述初始图形结构111进行修正。
在步骤7)中，请参阅图1中的S7步骤及图9至图10，依据所述二元式光掩膜版14对所述光刻胶层13进行曝光显影，以得到图形化光刻胶层15，所述图形化光刻胶层15内形成有所述修正图形141。
在对所述光刻胶层13进行曝光显影的过程中，所述二元式光掩模版14内的所述修正图形141被转移至所述光刻胶层13内以形成所述图形化光刻胶层15，显影得到的结构如图10所示。依据所述二元式光掩模版14对所述光刻胶层13进行曝光显影的具体方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。
在步骤8)中，请参阅图1中的S8步骤及图11至图12，依据所述图形化光刻胶层15对所述初始图形结构111进行修正，以得到目标图形结构112。
作为示例，可以采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺依据所述图形化光刻胶层15作为刻蚀阻挡层对所述初始图形结构111进行修正，在修正过程中，于所述修正图形141对应暴露出的部分所述初始图形结构111被去除，从而得到所述目标图形结构112，如图11所示。
作为示例，在得到所述目标图形结构112之后，还包括去除所述图形化光刻胶层15的步骤，如图12所示；去除所述图形化光刻胶层15的具体方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。
综上所述，本发明半导体结构的制备方法，所述半导体结构的制备方法包括如下步骤：1)提供一基底，于所述基底上形成目标材料层；2)采用定向自组装方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层，分层后的所述嵌段共聚物层包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及聚苯乙烯层，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层定义出初始图形结构的位置及形状；3)去除所述聚苯乙烯层；4)依据所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层刻蚀所述目标材料层，以形成初始图形结构；去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层；5)于步骤4)所得结构的表面形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述初始图形结构；6)提供一二元式光掩膜版，所述二元式光掩膜版内形成有修正图形；7)依据所述二元式光掩膜版对所述光刻胶层进行曝光显影，以得到图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有所述修正图形；8)依据所述图形化光刻胶层对所述初始图形结构进行修正，以得到目标图形结构。本发明的半导体结构的制备方法先采用定向自组装方法形成自动分成的嵌段共聚物层，在去除聚苯乙烯层之后即可得到初始图形，再使用二元式光刻版对初始图形修正即可得到目标图形结构，定向自组装方法的使用可以在整个制备过程中只使用一个二元式光刻掩膜版，节省了光掩模版的使用数量，降低生产成本；同时，嵌段共聚物层的形成、分层和去除都比较容易，大大简化了工艺步骤。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，所述半导体结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供一基底，于所述基底上形成目标材料层；
2)采用定向自组装方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层，分层后的所述嵌段共聚物层包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及聚苯乙烯层，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层定义出初始图形结构的位置及形状；
3)去除所述聚苯乙烯层；
4)依据所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层刻蚀所述目标材料层，以形成初始图形结构；去除所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层；
5)于步骤4)所得结构的表面形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述初始图形结构；
6)提供一二元式光掩膜版，所述二元式光掩膜版内形成有修正图形；
7)依据所述二元式光掩膜版对所述光刻胶层进行曝光显影，以得到图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有所述修正图形；
8)依据所述图形化光刻胶层对所述初始图形结构进行修正，以得到目标图形结构。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤1)中提供的所述基底包括晶圆。
3.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用定向自组装方法于所述目标材料层上形成自动分层的嵌段共聚物层包括如下步骤：
2-1)于所述目标材料层上形成嵌段共聚物层，所述嵌段共聚物层包括聚乙烯甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯；
2-2)采用光照或者加热的方式使所述嵌段共聚物层中的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯及所述聚苯乙烯自动分层，以形成分离的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及所述聚苯乙烯层。
4.根据权利要求3所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤2-1)中，所述嵌段共聚物层中还包括氧化还原剂、感光剂及金属离子中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，分层后的所述嵌段共聚物层包括若干个呈条状分布的所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层及若干个呈条状分布的所述聚苯乙烯层，且沿平行于所述目标材料层表面的方向，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层与所述聚苯乙烯层交替排布。
6.根据权利要求5所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯甲基丙烯酸甲酯层的宽度与所述聚苯乙烯层的宽度相同。
7.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，采用盐酸溶液去除所述聚苯乙烯层，或采用丙二醇单甲基醚醋酸酯和丙二醇单甲基醚的混合液去除所述聚苯乙烯层。
8.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，步骤8)中，依据所述图形化光刻胶层采用刻蚀工艺对所述初始图形结构进行修正。
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