CN111403270A - 光刻胶图形及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种光刻胶图形及其形成方法，方法包括：提供基底；在基底上形成初始光刻胶图形层，包括图形密集区和图形稀疏区；对初始光刻胶图形层进行至少一次蚀刻前预处理，形成光刻胶图形层，蚀刻前预处理的步骤包括：形成附着在初始光刻胶图形层表面的修整层；对表面附着有修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；或者，蚀刻前预处理的步骤包括：对表面附着有修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理以减小初始光刻胶图形层侧壁与基底表面之间的角度；形成附着在剩余初始光刻胶图形层表面的修整层。本发明实施例有利于提高图形密集区和图形稀疏区上关键尺寸的一致性、提高图形转移的精度。

Description

光刻胶图形及其形成方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻胶图形及其形成方法。
背景技术
随着超大规模集成电路的发展，集成电路(Integrated Circuit，IC)中芯片的集成密度越来越高，电路设计尺寸越来越小，而且电路的关键尺寸(Critical Dimension，CD)的变化对器件性能的影响也越来越大，例如电路的关键尺寸变化会直接导致运行速度的变化。
在半导体领域中，通常利用光刻技术将印在光掩膜(mask)上的图形转移到基底上。光刻技术是集成电路的关键技术之一，光刻技术也是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。同时，光刻在整个产品制造中是重要的经济影响因子，光刻成本占了整个制造成本的30％左右。
因此，光刻胶图形的形成质量比如关键尺寸、线边缘粗糙度、分辨率等，对在基底上形成的图形有着至关重要的影响；而且，图形密集区(dense area)和图形稀疏区(isolated area)的关键尺寸差异也会影响形成的半导体器件电学性能的一致性。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种光刻胶图形及其形成方法，提高光刻胶图形的形成质量。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种光刻胶图形的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成初始光刻胶图形层，所述初始光刻胶图形层包括图形密集区和图形稀疏区；对所述初始光刻胶图形层进行至少一次蚀刻前预处理，形成光刻胶图形层，所述蚀刻前预处理的步骤包括：形成附着在所述初始光刻胶图形层表面的修整层；对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；或者，所述蚀刻前预处理的步骤包括：对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；形成附着在剩余所述初始光刻胶图形层表面的修整层。
可选的，形成所述修整层的步骤包括：采用等离子气体，处理所述初始光刻胶图形层，使等离子气体在所述初始光刻胶图形层表面反应，形成附着在初始光刻胶图形层表面的修整层。
可选的，所述等离子气体为CH4、SiCl4、CH3F和CH2F2中的一种或多种。
可选的，所述修整层材料为有机聚合物。
可选的，所述修整层的材料为碳氟聚合物和碳氢聚合物中的一种或两种。
可选的，采用等离子体刻蚀工艺，对表面附着有修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理。
可选的，所述等离子体刻蚀工艺采用方波脉冲式的偏置功率电压。
可选的，所述方波脉冲的高电平的电压值为500V至1500V，低电平的电压值为0V至400V。
可选的，所述方波脉冲的占空比为5％至90％，脉冲频率为100HZ至2000HZ。
可选的，所述等离子体刻蚀工艺的参数包括：刻蚀气体为CF4、CH3F和NF3，CF4气体流量为0sccm至200sccm，CH3F气体流量为50sccm至100sccm，NF3气体流量为0sccm至200sccm，源功率为100W至1500W，工艺压强为1mtorr至200mtorr。
可选的，形成所述初始光刻胶图形层之后，对所述初始光刻胶图形层进行蚀刻前预处理之前，所述形成方法还包括：对所述初始光刻胶图形层进行等离子体膨胀预处理以增大所述初始光刻胶图形层的体积。
可选的，所述等离子体膨胀预处理采用的气体为H2或He。
可选的，所述等离子体膨胀预处理的参数包括：所述等离子体膨胀预处理采用的气体为H2，H2气体流量为10sccm至500sccm，反应时间为5s至600s，工艺压强为5mtorr至200mtorr，偏置功率为0W至500W。
可选的，形成所述光刻胶图形层后，所述形成方法还包括：对所述光刻胶图形层进行硬化处理。
可选的，对所述光刻胶图形层进行硬化处理的步骤包括：对所述光刻胶图形层进行离子掺杂处理，所述离子掺杂处理的掺杂离子为Si离子。
相应的，本发明实施例还提供一种光刻胶图形，包括：基底；光刻胶图形层，位于所述基底上，所述光刻胶图形层包括图形密集区和图形稀疏区，所述光刻胶图形层包括经过修整处理后的剩余初始光刻胶图形层以及附着在剩余所述初始光刻胶图形层表面的修整层。
可选的，所述修整层的材料为有机聚合物。
可选的，所述修整层的材料为碳氟聚合物或碳氢聚合物中的一种或两种。
可选的，所述光刻胶图形层中掺杂有Si离子。
可选的，所述光刻胶图形层的剖面为梯形，同一光刻胶图形层中所述梯形剖面的上底与下底长度之差为2nm至50nm。
可选的，所述光刻胶图形层的剖面为梯形，所述图形密集区和图形稀疏区光刻胶图形层下底的长度之差为5nm至100nm。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例在形成所述修整层的步骤中，由于负载效应，附着在所述图形稀疏区初始光刻胶图形层表面修整层的量大于图形密集区初始光刻胶图形层表面修整层的量，而在对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理的步骤中，对图形稀疏区初始光刻胶图形层的修整处理速率大于对图形密集区初始光刻胶图形层101的修整处理速率，且所述修整处理速率的差异小于在初始光刻胶图形层表面形成修整层的速率差异，从而导致最终图形稀疏区上的修整层剩余量大于图形密集区的修整层剩余量，因此通过至少一次蚀刻前预处理，有利于降低所述图形密集区和图形稀疏区的光刻胶图形层的尺寸差异，后续以所述光刻胶图形层为掩膜图形化所述基底后，所述基底上图形密集区和图形稀疏区的图形尺寸差异也较小，提高了图形密集区和图形稀疏区上关键尺寸的一致性；而且，可以根据实际工艺需求，控制采取所述蚀刻前预处理的次数，从而得到不同的光刻胶层图形层尺寸。
此外，在半导体领域中，通常还包括以所述光刻胶图形层为掩膜图形化所述基底的步骤，与未进行蚀刻前预处理的方案相比，本发明实施例通过蚀刻前预处理，能够减小所述光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度，使所述光刻胶图形层的侧壁更加垂直，所述光刻胶图形层中产生底脚(footing)的概率较低，从而有利于降低图形化所述基底的步骤中所述光刻胶图形层底部的损失，进而降低了所述基底上图形和所述光刻胶图形层尺寸的差异，有利于提高图形转移的精度，使所述基底上的图形满足工艺需求。
附图说明
图1是一种光刻胶图形的结构示意图；
图2是图1所示光刻胶图形的电子显微镜扫描图；
图3是以图2中的光刻胶图形为掩膜图形化基底后的电子显微镜扫描图；
图4至图9是本发明光刻胶图形的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图10是以本实施例的光刻胶图形层为掩膜图形化基底后的电子显微镜扫描图。
具体实施方式
目前所形成的光刻胶图形的质量较差。现结合一种光刻胶图形的结构示意图分析光刻胶图形质量较差的原因。
参考图1，示出了一种光刻胶图形的结构示意图。
所述光刻胶图形包括：基底1；光刻胶图形层2，位于所述基底1上，所述光刻胶图形层2包括图形密集区i和图形稀疏区ii。
在现有技术的曝光过程中，由于衍射和散射等问题的影响，光刻胶所接受的辐照具有一定的分布，从而使形成的光刻胶图形层的侧面为斜面，因此如图1所示，所述光刻胶图形层2的剖面为梯形，所述光刻胶图形层底部形成有底脚(footing)，后续以所述光刻胶图形层2为掩膜刻蚀所述基底1时，由于所述光刻胶图形层2的底脚部分比较薄，因此容易在所述刻蚀过程中损耗，导致转移到所述基底1上的图形尺寸和光刻胶图形层2的尺寸差异较大；而且，所述图形密集区i和图形稀疏区ii上光刻胶图形层2也会出现明显的尺寸差异，例如，所述图形密集区i光刻胶图形层2的尺寸大于图形稀疏区ii光刻胶图形层2的尺寸，后续以所述光刻胶图形层2为掩膜刻蚀所述基底1时，所述基底1上图形密集区i和图形稀疏区ii的关键尺寸差异也较大，从而降低了图形转移的精度。
参考图2，示出了显影后检查(After Developing Inspection，ADI)中，不同图形密集度区域对应的光刻胶图形层2的电子显微镜扫描图，由左至右，光刻胶图形层2的图形密集度依次降低，由图可知，图形密集度的差异导致光刻胶图形层2有明显的尺寸差异。
参考图3，示出了刻蚀后检查(After Etching Inspection，AEI)中，不同图形密集度区域对应的基底1上图形的电子显微镜扫描图，由左至右，基底1上图形的密集度依次降低，由图可知，图形密集度的差异导致基底1上图形的关键尺寸差异也较大，而且，结合参考图2，所述基底1上的图形和对应的光刻胶图形层2也有明显的尺寸差异。
为了解决所述技术问题，本发明提供一种光刻胶图形的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成初始光刻胶图形层，所述初始光刻胶图形层包括图形密集区和图形稀疏区；对所述初始光刻胶图形层进行至少一次蚀刻前预处理，形成光刻胶图形层，所述蚀刻前预处理的步骤包括：形成附着在所述初始光刻胶图形层表面的修整层；对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；或者，所述蚀刻前预处理的步骤包括：对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；形成附着在剩余所述初始光刻胶图形层表面的修整层。
本发明实施例在形成所述修整层的步骤中，由于负载效应，附着在所述图形稀疏区初始光刻胶图形层表面修整层的量大于图形密集区初始光刻胶图形层表面修整层的量，而在对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理的步骤中，对图形稀疏区初始光刻胶图形层的修整处理速率大于对图形密集区初始光刻胶图形层101的修整处理速率，且所述修整处理速率的差异小于在初始光刻胶图形层表面形成修整层的速率差异，从而导致最终图形稀疏区上的修整层剩余量大于图形密集区的修整层剩余量，因此通过至少一次蚀刻前预处理，有利于降低所述图形密集区和图形稀疏区的光刻胶图形层的尺寸差异，后续以所述光刻胶图形层为掩膜图形化所述基底后，所述基底上图形密集区和图形稀疏区的图形尺寸差异也较小，提高了图形密集区和图形稀疏区上关键尺寸的一致性；而且，可以根据实际工艺需求，控制采取所述蚀刻前预处理的次数，从而得到不同的光刻胶层图形层尺寸。
此外，在半导体领域中，通常还包括以所述光刻胶图形层为掩膜图形化所述基底的步骤，与未进行蚀刻前预处理的方案相比，本发明实施例通过蚀刻前预处理，能够减小所述光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度，使所述光刻胶图形层的侧壁更加垂直，所述光刻胶图形层中产生底脚(footing)的概率较低，从而有利于降低图形化所述基底的步骤中所述光刻胶图形层底部的损失，进而降低了所述基底上图形和所述光刻胶图形层尺寸的差异，有利于提高图形转移的精度，使所述基底上的图形满足工艺需求。
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图4至图9是本发明光刻胶图形的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图4，提供基底100。
所述基底100为后续形成光刻胶图形层提供工艺平台。所述基底100内包括待刻蚀材料层(图未示)。
所述基底100内还形成有各种器件结构(图未示)和功能结构(图未示)，例如：半导体衬底、位于基底上的栅极结构、位于所述栅极结构两侧半导体衬底内的源漏掺杂层等。
参考图5，在所述基底100上形成初始光刻胶图形层101，所述初始光刻胶图形层101包括图形密集区I和图形稀疏区II。
所述初始光刻胶图形层101用于后续形成光刻胶层。
本实施例中，所述初始光刻胶图形层101的材料为光刻胶。
所述初始光刻胶图形层101通常经过光刻胶涂覆、对准与曝光、显影等工艺形成，形成所述初始光刻胶图形层101的工艺为半导体领域中常用的光刻工艺，本实施例在此不再赘述。
需要说明的是，在曝光过程中，由于衍射和散射等问题的影响，光刻胶所接受的辐照具有一定的分布，从而使所述初始光刻胶图形层101的侧面为斜面，即所述初始光刻胶图形层101的侧壁与所述基底100表面之间的角度α为钝角；而且，所述图形密集区I和图形稀疏区II上初始光刻胶图形层101也具有尺寸差异，具体地，所述图形密集区I初始光刻胶图形层101的尺寸大于图形稀疏区II初始光刻胶图形层101的尺寸。
本实施例中，在所述基底100上形成初始光刻胶层101之前，所述形成方法还包括：在所述基底100表面形成抗反射层(未标示)，所述抗反射层包括有机介电层(organicdielectric layer，ODL)(未标示)以及位于有机介电层上的Si-ARC抗反射层(未标示)，从而有利于减小光刻胶曝光时的反射效应、增加曝光景深(DOF)，提高光刻胶曝光时的均匀性，有利于提高图形转移的精度。
参考图6至图8，对所述初始光刻胶图形层101进行至少一次蚀刻前预处理，形成光刻胶图形层103，所述蚀刻前预处理的步骤包括：形成附着在所述初始光刻胶图形层101表面的修整层102；对表面附着有所述修整层102的初始光刻胶图形层101进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层101的侧壁与基底100表面之间的角度α(如图5所示)。
本发明实施例在形成所述修整层102的步骤中，由于负载效应，附着在所述图形稀疏区II初始光刻胶图形层101表面修整层102的量大于图形密集区I初始光刻胶图形层101表面修整层102的量，而在对表面附着有所述修整层102的初始光刻胶图形层101进行修整处理的步骤中，对图形稀疏区II初始光刻胶图形层101的修整处理速率大于对图形密集区I初始光刻胶图形层101的修整处理速率，且所述修整处理速率的差异小于在初始光刻胶图形层101表面形成修整层102的速率差异，从而导致最终图形稀疏区II的修整层102剩余量大于图形密集区I的修整层102剩余量，因此通过至少一次蚀刻前预处理，有利于降低所述图形密集区I和图形稀疏区II的光刻胶图形层103的尺寸差异，后续以所述光刻胶图形层103为掩膜，图形化所述基底100后，所述基底100上图形密集区I和图形稀疏区II的图形尺寸差异也较小，提高了图形密集区I和图形稀疏区II上关键尺寸的一致性；而且，可以根据实际工艺需求，控制采取所述蚀刻前预处理的次数，从而得到不同的光刻胶层图形层103尺寸。
此外，在半导体领域中，通常还包括以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100的步骤，与未进行蚀刻前预处理的方案相比，本发明实施例通过蚀刻前预处理，能够减小初始光刻胶图形层101的侧壁与基底100表面之间的角度α，从而最终所形成的光刻胶图形层103侧壁与基底100表面之间的角度β较小，使所述光刻胶图形层103的侧壁更加垂直，所述光刻胶图形层103中产生底脚的概率较低，从而有利于降低图形化所述基底100的步骤中所述光刻胶图形层103底部的损失，进而降低了所述基底100上图形和所述光刻胶图形层103尺寸的差异，从而有利于提高图形转移的精度，且使所述基底100上的图形满足工艺需求。
结合参考图6，需要说明的是，本实施例中，形成所述初始光刻胶图形层101之后，进行所述蚀刻前预处理之前，所述形成方法还包括：对所述初始光刻胶图形层101进行等离子体膨胀预处理200以增大所述初始光刻胶图形层101的体积。
通过所述等离子体膨胀预处理200，能够使所述初始光刻胶图形层101膨胀，从而增大所述初始光刻胶图形层101的体积，进而增大所述初始光刻胶图形层101的尺寸，为后续进行蚀刻前预处理提供工艺基础。
具体地，通过向所述初始光刻胶图形层101中通入等离子气体，进行等离子体膨胀预处理200。
所述等离子体膨胀预处理200采用的气体为H2或He，氢原子和氦原子的原子质量小，因此在相同偏置功率的情况下，氢原子和氦原子获得的动能较大，速度较快，能够将所述初始光刻胶图形层101中的化学键打断以产生自由官能团，从而使所述初始光刻胶图形层101体积膨胀，增大了所述初始光刻胶图形层101的关键尺寸，从而为后续进行蚀刻前预处理提供了工艺基础，而且，通过使所述初始光刻胶图形层101的体积膨胀，还能够缩小相邻的光刻胶图形层101之间的距离，从而有利于实现更小的线宽。
本实施例中，所述等离子体膨胀预处理200采用的气体为H2，H2为半导体工艺制程中常用的反应气体，而且容易获得，因此容易降低工艺成本。
需要说明的是，所述H2的气体流量不宜过小，也不宜过大。如果H2的气体流量过小，形成的等离子气体量较少，从而容易降低所述等离子体膨胀预处理200用于增大所述初始光刻胶图形层101体积的效果，而且容易降低所述等离子体膨胀预处理200的处理速度，降低工艺制造效率；如果H2的气体流量过大，容易导致初始光刻胶图形层101中自由官能团产生的过多，所述初始光刻胶图形层101具有较强的流动性，从而难以控制初始光刻胶图形层101的形貌，而且容易造成工艺成本的增加。为此，本实施例中，所述等离子体膨胀预处理200采用的气体为H2，H2的气体流量为10sccm至500sccm。
还需要说明的是，所述等离子体膨胀预处理200的反应时间不宜过短，也不宜过长。如果所述等离子体膨胀预处理200的反应时间过短，则所述等离子体仅在所述初始光刻胶图形层101表面反应，难以进入到所述初始光刻胶图形层101内部，从而导致产生的自由官能团过少，难以增大所述初始光刻胶图形层101的体积；如果所述等离子体膨胀预处理200的反应时间过长，则容易降低工艺制造效率，而且容易增加工艺成本。为此，本实施例中，所述等离子体膨胀预处理200的反应时间为5s至600s。
此外，所述等离子体膨胀预处理200的偏置功率不宜过小。也不宜过大。如果所述等离子体膨胀预处理200的偏置功率过小，则所述等离子体获得的能量较小，从而难以进入到所述初始光刻胶图形层101的内部，进而降低了所述等离子体膨胀预处理200用于增大所述初始光刻胶图形层101体积的效果；如果所述等离子体膨胀预处理200的偏置功率过大，容易导致初始光刻胶图形层101中自由官能团产生的过多，所述初始光刻胶图形层101具有较强的流动性，从而难以控制初始光刻胶图形层101的形貌，而且容易导致工艺成本的增加。为此，本实施例中，所述等离子体膨胀预处理200的偏置功率为0W至500W。
本实施例中，所述等离子体膨胀预处理200的工艺压强为5mtorr至200mtorr。通过将所述等离子体膨胀预处理200的气体流量、反应时间、偏置功率和工艺压强设定在合理范围内，并互相配合，从而能够提高处理效率和稳定性，而且能够降低工艺成本、减少副作用。
具体地，以下结合附图对所述蚀刻前预处理的具体步骤进行详细说明。
结合参考图7，形成附着在所述初始光刻胶图形层101表面的修整层102。
通过形成所述修整层102，所述修整层102附着在所述初始光刻胶图形层101表面，从而增大初始光刻胶图形层101的尺寸，为后续修整处理提供工艺基础。
具体地，形成所述修整层102的步骤包括：采用等离子气体，处理所述初始光刻胶图形层101，使等离子气体在所述初始光刻胶图形层101表面反应，形成附着在初始光刻胶图形层101表面的修整层102。
本实施例中，由于等离子气体会在所述初始光刻胶图形层101表面反应，在同样大小的区域上，所述图形密集区I光刻胶材料的量大于和图形稀疏区II上光刻胶材料的量，因此，在所述图形密集区I的光刻胶图形层101表面反应的等离子气体量小于在图形稀疏区II的光刻胶图形层101表面反应的等离子气体量，从而导致所述图形密集区I修整层102的形成速率小于图形稀疏区II修整层102的形成速率，所述图形密集区I上的修整层102的形成量小于图形稀疏区II上修整层102的形成量，为后续提高所述图形密集区I和图形稀疏区II的光刻胶图形层的尺寸一致性提供了工艺基础。
本实施例中，采用CH4、SiCl4、CH3F和CH2F2中的一种或多种等离子气体，形成所述修整层102。
本实施例中，所述修整层102的材料为有机聚合物。
光刻胶材料通常也为有机聚合物，通过使所述修整层102的材料为有机聚合物，从而有利于使所述修整层102附着在所述初始光刻胶图形层101上，而且有利于降低所述修整层102对初始光刻胶图形层101和基底100的影响，而且后续去除光刻胶材料的工艺可以将所述修整层102一并去除，有利于提高工艺兼容性、简化工艺流程。
本实施例中，采用CH4、SiCl4、CH3F和CH2F2中的一种或多种等离子气体，形成所述修整层102，因此，所述修整层102的材料为碳氟聚合物和碳氢聚合物中的一种或两种。
结合参考图8，对表面附着有所述修整层102的初始光刻胶图形层101进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层101的侧壁与基底100表面之间的角度α。
由于负载效应，对图形稀疏区II初始光刻胶图形层101进行修整处理的速率大于对图形密集区I初始光刻胶图形层101进行修整处理的速率，但所述修整处理速率的差异小于在初始光刻胶图形层101表面形成修整层102的速率差异，从而导致最终图形稀疏区II的修整层102剩余量大于图形密集区I的修整层102剩余量，因此能够降低所述图形密集区I和图形稀疏区II上光刻胶图形层103的尺寸差异。而且，通过所述修整处理，能够减小所述初始光刻胶图形层101侧壁与基底100表面之间的角度α，从而最终所形成的光刻胶图形层103侧壁与基底100表面之间的角度β较小，光刻胶图形层103的侧壁更加垂直，降低了所述光刻胶图形层103产生底脚的概率，进而减少后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100的步骤中，所述光刻胶图形层103的损失，提高了图形转移的精度和准确性。
本实施例中，采用等离子体刻蚀工艺，进行所述修整处理。
采用等离子刻蚀工艺时，可以通过调整偏置电压的大小的方式调整横向刻蚀和纵向刻蚀的比例，从而使所述光刻胶图形层103的侧壁剖面满足工艺需求。
本实施例中，所述等离子体刻蚀工艺采用方波脉冲式的偏置电压。采用方波脉冲式的偏置电压能够间歇性的为等离子气体提供较高的动能，与未采用方波脉冲式偏置电压的方案相比，方波脉冲式的偏置电压有利于精确控制对所述光刻胶图形层103底部的刻蚀量，从而能够使所述光刻胶图形层103的侧壁更加垂直。
本实施例中，方波脉冲式的偏置电压包括高电平与低电平，所述高电平的电压不宜过小，也不宜过大。如果所述高电平的电压值过小，容易导致对所述等离子气体提供的动能过小，从而容易降低对所述初始光刻胶图形层101侧壁的修整效果，所述光刻胶图形层103侧壁与所述基底100表面之间的角度β减小的效果不显著；如果所述高电平的电压值过大，容易导致对所述初始光刻胶图形层101和修整层102的刻蚀量较多，使所述光刻胶图形层103的尺寸难以满足工艺需求，而且，还容易导致图形稀疏区II的修整层102剩余量较少，从而难以降低所述图形密集区I和图形稀疏区II的光刻胶图形层103尺寸的差异。为此，本实施例中，所述方波脉冲式的电压中高电平的电压值为500V至1500V。
还需要说明的是，所述低电平的也电压值不宜过小或过大。如果所述低电平的电压值过小，则所述修整处理的各向异性较差，对所初始光刻胶图形层101和修整层102底部的修整效果相应较差，降低了所述修整处理用于减小初始光刻胶图形层101侧壁与基底100表面角度α的效果，从而最终所形成的光刻胶图形层103侧壁与基底100表面角度β仍较大，所述光刻胶图形层103底部形成底脚问题的概率较高；如果所述低电平的电压值过大，容易导致沿垂直于所述基底100表面的方向上，所述初始光刻胶图形层101和修整层102的刻蚀量较大，导致最终所形成的光刻胶图形层103厚度较薄，在后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100的过程中，所述光刻胶图形层103容易损失，从而容易导致所述基底100上的图形尺寸和光刻胶图形层103的尺寸差异较大，降低了图形转移的精度。为此，本实施例中，所述方波脉冲式的电压中低电平的电压值为0V至400V。
此外，在所述脉冲式的偏置电压中，所述偏置电压的占空比不宜过低，也不宜过高。如果所述偏置电压的占空比过低，即在一个脉冲周期内所述高电平的比例过低，从而难以起到对所述初始光刻胶图形层101进行修整处理的作用，而且，也难以减小所述初始光刻胶图形层101侧壁与基底100表面之间的角度α；如果所述偏置电压的占空比过高，容易导致对所述初始光刻胶层101的刻蚀量较大，使所述光刻胶图形层103的尺寸过小，而且，难以降低所述图形密集区I和图形稀疏区II上光刻胶图形层103的尺寸差异。为此，本实施例中，所述偏置电压的占空比为5％至90％。
本实施例中，所述脉冲式的偏置电压的脉冲频率为100HZ至2000HZ。通过合理设定偏置电压的高低电平的电压大小、占空比和脉冲频率并相互配合，从而使所述修整处理用于减小所述光刻胶图形层103和基底100表面之间角度α的作用更为显著的同时，保证最终所形成的光刻胶图形层103的厚度符合工艺需求，而且能够提高工艺制造效率、减少工艺成本。
所述等离子体刻蚀工艺的气体流量不宜过小，也不宜过大。如果气体流量过小，容易导致对所述初始光刻胶图形层101的刻蚀量较少，而且，难以减小所述初始光刻胶图形层101与基底100表面之间的角度α，最终所形成的光刻胶图形层103与基底100表面之间的角度β仍较大；如果气体流量过大，则容易导致对所述初始光刻胶图形层101和修整层102造成过刻蚀，导致所述光刻胶图形层103的尺寸难以满足工艺需求，而且容易增加工艺成本，产生副作用。为此，本实施例中，刻蚀气体为CF4、CH3F和NF3中的一种或几种，CF4气体流量为0sccm至200sccm，CH3F气体流量为50sccm至100sccm，NF3气体流量为0sccm至200sccm。
为此，本实施例中，为保证所述等离子气体的气体流量在预设范围内，所述等离子体刻蚀工艺的源功率为100W至1500W。
此外，所述等离子体刻蚀工艺的工艺压强为1mtorr至200mtorr，从而能够和等离子体刻蚀工艺的气体流量、偏置电压、以及源功率等工艺参数等相配合，提高工艺制造效率、减小副作用。
在其他实施例中，根据实际工艺需求，所述蚀刻前预处理的步骤还可以包括：对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；形成附着在剩余所述初始光刻胶图形层表面的修整层。
所述修整处理和形成修整层的步骤以及所述蚀刻前预处理的处理次数可以根据实际工艺需求灵活调整，而且，还可以灵活调整所述修整处理和形成修整层的时间、偏置功率等参数，从而实现不同的光刻胶图形层尺寸、进一步减小不同图形密度区域之间光刻胶尺寸的差异，甚至可实现图形稀疏区光刻胶图形层尺寸大于图形密集区光刻胶尺寸。
参考图9，形成所述光刻胶图形层103之后，还包括：对所述光刻胶图形层103进行硬化处理300。
通过所述硬化处理300，从而提高所述光刻胶图形层103的硬度，进而提高所述光刻胶图形层103的耐刻蚀性，后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100过程中，所述光刻胶图形层103的损失较少，从而提高了基底100上图形和光刻胶图形层103的尺寸一致性，优化了图形转移的精度，而且所述光刻胶图形层103的耐刻蚀性较大还有利于提高所述基底100上图形的分辨率。
具体地，对所述光刻胶图形层103进行硬化处理的步骤包括：对所述光刻胶图形层103进行离子掺杂处理，所述离子掺杂处理的掺杂离子为Si离子。
掺杂有Si离子的光刻胶图形层103硬度较大，从而有利于进一步提高所述光刻胶图形层103的耐刻蚀性，进而提高图形转移的精度，而且所述光刻胶图形层103的耐刻蚀性较大还有利于提高所述基底100上图形的分辨率。
结合参考图10，示出了本发明实施例以所述光刻胶图形层103为掩膜，图形化所述基底100后，对所述基底100上图形层进行刻蚀后检查所获得的电子显微镜扫描图，由左至右，所述基底100上图形的密集度依次降低。
本发明实施例中，所述图形密集区I和图形稀疏区II的光刻胶图形层103的尺寸差异较小，因此，结合参考图10，进行图形转移后，所述基底100上图形密集区I和图形稀疏区II的尺寸差异也较小。
而且，所述光刻胶图形层103与所述基底100表面之间的角度β较小，接近90°，所述光刻胶图形层103中产生底脚的概率较小，从而在图形化所述基底100的步骤中所述光刻胶图形层103底部的损失较小，降低了所述基底100上图形和所述光刻胶图形层103尺寸的差异，提高了图形转移的精度，使所述基底100上的图形满足工艺需求。
相应的，本发明还提供一种光刻胶图形。参考图9，示出了本发明光刻胶图形一实施例的结构示意图。
所述光刻胶图形包括：基底100；光刻胶图形层103，位于所述基底100上，所述光刻胶图形层103包括图形密集区I和图形稀疏区II，所述光刻胶图形层103包括经过修整处理后的剩余初始光刻胶图形层101以及附着在剩余所述初始光刻胶图形层101表面的修整层102。
本发明实施例中，在图形稀疏区II上的修整层102的量大于图形密集区I上的修整层102的量，因此有利于降低两个区域光刻胶图形层103尺寸的差异，后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100后，所述基底100上图形密集区I和图形稀疏区II的图形尺寸差异也较小，提高了图形密集区I和图形稀疏区II上关键尺寸的一致性。
此外，本发明实施例的光刻胶图形层103包括经过修整处理后的剩余初始光刻胶图形层101、以及附着在剩余所述初始光刻胶图形层101表面的修整层102，与所述剩余初始光刻胶图形层未经过修整处理、且所述光刻胶图形层不包括修整层的方案相比，所述光刻胶图形层103的侧壁与基底100表面之间的角度β较小，接近90°，所述光刻胶图形层103的侧壁更加垂直，所述光刻胶图形层103中产生底脚的概率较低，从而有利于降低后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100的步骤中所述光刻胶图形层103底部的损失，进而降低了所述基底100上图形和所述光刻胶图形层103尺寸的差异，提高了图形转移的精度，使所述基底100上的图形满足工艺需求。
所述基底100为光刻胶图形层103的形成提供工艺平台。所述基底100内包括待刻蚀材料层(图未示)。
所述基底100内还形成有各种器件结构(图未示)和功能结构(图未示)，例如：半导体衬底、位于基底上的栅极结构、位于所述栅极结构两侧半导体衬底内的源漏掺杂层等。
所述初始光刻胶图形层101的材料为光刻胶。
需要说明的是，在曝光过程中，由于衍射和散射等问题的影响，光刻胶所接受的辐照具有一定的分布，从而使所述初始光刻胶图形层101的侧面为斜面，即所述初始光刻胶图形层101的侧壁与所述基底100表面之间的角度α(如图5所示)为钝角；而且，所述图形密集区I和图形稀疏区II上初始光刻胶图形层101也具有尺寸差异，具体地，所述图形密集区I初始光刻胶图形层101的尺寸大于图形稀疏区II初始光刻胶图形层101的尺寸。
本实施例中，所述光刻胶图形还包括：抗反射层(未标示)，位于所述基底100和所述光刻胶图形层103之间，所述抗反射层包括有机介电层(未标示)以及位于有机介电层上的Si-ARC抗反射层(未标示)，从而有利于减小光刻胶曝光时的反射效应、增加曝光景深，提高光刻胶曝光时的均匀性，有利于提高图形转移的精度。
本实施例中，所述修整层102的材料为有机聚合物。
光刻胶材料通常也为有机聚合物，通过使所述修整层102的材料为有机聚合物，从而有利于使所述修整层102附着在所述初始光刻胶图形层101上，而且有利于降低所述修整层102对初始光刻胶图形层101和基底100的影响，而且后续去除光刻胶材料的工艺可以将所述修整层102一并去除，从而提高了工艺兼容性、简化工艺流程。具体地，所述修整层102的材料为碳氟聚合物和碳氢聚合物中的一种或两种。
需要说明的是，在半导体领域中，光刻后形成的初始光刻胶图形层101在不同图形密度区域上具有明显的尺寸差异，具体地，与所述图形密集区I相比，图形稀疏区II的初始光刻胶图形层101的尺寸较小，本实施例中，在图形稀疏区II上修整层102的量大于图形密集区I上修整层102的量，因此有利于补偿不同图形密度区域初始光刻胶图形层101的尺寸差异，从而提高了所述图形密集区I和图形稀疏区II的光刻胶图形层103的尺寸大小一致性。
具体地，本实施例中，所述光刻胶图形层103的剖面为梯形，所述图形密集区I和图形稀疏区II光刻胶图形层103下底的长度之差为5nm至100nm。所述长度之差较小，从而进一步提高所述图形密集区I和图形稀疏区II光刻胶图形层103的尺寸一致性，进而提高后续图形化所述基底100后基底100上图形的关键尺寸一致性。
而且，所述修整层102经过修整处理，所述光刻胶图形层103的侧壁与基底100表面之间的角度β接近直角，使所述光刻胶图形层103的侧壁更加垂直，所述光刻胶图形层103中产生底脚的概率较低，从而有利于降低后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100的步骤中所述光刻胶图形层103底部的损失，而且还有利于提高所述基底100上图形的边缘成像质量。
具体地，所述光刻胶图形层103的剖面为梯形，本实施例中，在同一光刻胶图形层103中，所述梯形剖面的上底与下底长度之差为2nm至50nm。所述差值较小，从而进一步提高了所述光刻胶图形层103侧壁的垂直度，进一步降低了所述光刻胶图形层103中产生底脚问题的概率。
需要说明的是，本实施例中，所述光刻胶图形层103中掺杂有Si离子。
掺杂有Si离子的光刻胶图形层103硬度较大，有利于提高所述光刻胶图形层103的耐刻蚀性，后续以所述光刻胶图形层103为掩膜图形化所述基底100过程中，所述光刻胶图形层103的损失较少，从而提高了基底100上图形和光刻胶图形层103的尺寸一致性，优化了图形转移的精度，而且所述光刻胶图形层103的耐刻蚀性较大还有利于提高所述基底100上图形的分辨率。
所述光刻胶图形可以采用前述实施例所述的形成方法所形成，也可以采用其他形成方法所形成。对本实施例所述光刻胶图形的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，本实施例在此不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (21)

1.一种光刻胶图形的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底上形成初始光刻胶图形层，所述初始光刻胶图形层包括图形密集区和图形稀疏区；
对所述初始光刻胶图形层进行至少一次蚀刻前预处理，形成光刻胶图形层，所述蚀刻前预处理的步骤包括：形成附着在所述初始光刻胶图形层表面的修整层；对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；或者，
所述蚀刻前预处理的步骤包括：对表面附着有所述修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理，以减小所述初始光刻胶图形层的侧壁与基底表面之间的角度；形成附着在剩余所述初始光刻胶图形层表面的修整层。
2.如权利要求1所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，形成所述修整层的步骤包括：采用等离子气体，处理所述初始光刻胶图形层，使等离子气体在所述初始光刻胶图形层表面反应，形成附着在初始光刻胶图形层表面的修整层。
3.如权利要求2所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述等离子气体为CH4、SiCl4、CH3F和CH2F2中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述修整层材料为有机聚合物。
5.如权利要求1所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述修整层的材料为碳氟聚合物和碳氢聚合物中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，采用等离子体刻蚀工艺，对表面附着有修整层的初始光刻胶图形层进行修整处理。
7.如权利要求6所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺采用方波脉冲式的偏置电压。
8.如权利要求7所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述方波脉冲的高电平的电压值为500V至1500V，低电平的电压值为0V至400V。
9.如权利要求7所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述方波脉冲的占空比为5％至90％，脉冲频率为100HZ至2000HZ。
10.如权利要求6所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺的参数包括：刻蚀气体为CF4、CH3F和NF3，CF4气体流量为0sccm至200sccm，CH3F气体流量为50sccm至100sccm，NF3气体流量为0sccm至200sccm，源功率为100W至1500W，工艺压强为1mtorr至200mtorr。
11.如权利要求1所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，形成所述初始光刻胶图形层之后，对所述初始光刻胶图形层进行蚀刻前预处理之前，所述形成方法还包括：对所述初始光刻胶图形层进行等离子体膨胀预处理以增大所述初始光刻胶图形层的体积。
12.如权利要求11所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述等离子体膨胀预处理采用的气体为H2或He。
13.如权利要求11所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，所述等离子体膨胀预处理的参数包括：所述等离子体膨胀预处理采用的气体为H2，H2气体流量为10sccm至500sccm，反应时间为5s至600s，工艺压强为5mtorr至200mtorr，偏置功率为0W至500W。
14.如权利要求1所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，形成所述光刻胶图形层后，所述形成方法还包括：对所述光刻胶图形层进行硬化处理。
15.如权利要求14所述的光刻胶图形的形成方法，其特征在于，对所述光刻胶图形层进行硬化处理的步骤包括：对所述光刻胶图形层进行离子掺杂处理，所述离子掺杂处理的掺杂离子为Si离子。
16.一种光刻胶图形，其特征在于，包括：
基底；
光刻胶图形层，位于所述基底上，所述光刻胶图形层包括图形密集区和图形稀疏区，所述光刻胶图形层包括经过修整处理后的剩余初始光刻胶图形层以及附着在剩余所述初始光刻胶图形层表面的修整层。
17.如权利要求16所述的光刻胶图形，其特征在于，所述修整层的材料为有机聚合物。
18.如权利要求16所述的光刻胶图形，其特征在于，所述修整层的材料为碳氟聚合物或碳氢聚合物中的一种或两种。
19.如权利要求16所述的光刻胶图形，其特征在于，所述光刻胶图形层中掺杂有Si离子。
20.如权利要求16所述的光刻胶图形，其特征在于，所述光刻胶图形层的剖面为梯形，同一光刻胶图形层中所述梯形剖面的上底与下底长度之差为2nm至50nm。
21.如权利要求16所述的光刻胶图形，其特征在于，所述光刻胶图形层的剖面为梯形，所述图形密集区和图形稀疏区光刻胶图形层梯形剖面下底的长度之差为5nm至100nm。
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