CN111463106B - 一种基于光刻工艺实现阵列图案的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于光刻工艺实现阵列图案的方法，涉及图案设计及图案制备领域。本申请根据所需制备图案特征，首先选择与新图案尺寸相匹配的光刻掩膜版；然后采用光刻工艺在垂直性好的光刻胶上进行初始图案化，在衬底上形成一层具有功能化阵列镂空图案的光刻胶；进一步选择非垂直镀膜的工艺方法，在上一步初始图案上进行目标材料一层或多层的沉积；最后选择去胶液或丙酮剥离得到目标设计的图案阵列。通过上述工艺，本申请能够减少光刻图案对掩膜版的依附性和降低光刻工艺成本，同时还可以实现复杂图案，且提高良率。本申请还可应用于光电半导体领域，解决相关技术中无法形成像素电极图案的问题，而且可应用于半导体器件中制造精细图案的工艺。
Description
技术领域
本申请涉及图案设计及制备领域，特别是涉及一种基于光刻工艺实现阵列图案的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，半导体制作技术的微纳化，具有周期阵列结构的图像备受关注。半导体产品在通讯、医疗、传感、探测等领域具有广泛的应用。
目前图案化工艺采用成熟的光刻工艺方法，根据掩膜版的形状在衬底的光刻孔内部生长一定厚度的材料，这导致光刻图案受到掩膜版图案的限制。因此对具有特殊复杂结构的阵列图案需借助多次光刻实现目标图案化，增加了工艺难度和提高工艺成本。
所以，目前亟需研制出一种实现阵列图案的方法，它能够减少光刻图案对掩膜版的依附性和降低光刻工艺成本，同时还可以实现复杂图案，且提高良率。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
本申请提供了一种基于光刻工艺实现功能化阵列图案的方法，按照下述步骤进行：
步骤100，设计图案，选择与图案尺寸匹配的光刻掩膜版，选择合适的光刻胶；
步骤200，采用光刻工艺在衬底上形成单层光刻胶，通过光刻工艺在单层光刻胶上进行初始图案化；
步骤300，采用非垂直镀膜的工艺，在所述初始图案上进行目标材料沉积生长材质层；
步骤400，剥离，去除光刻胶，最终得到所设计的图案。
可选地，所述单层光刻胶为厚胶且垂直性好。
可选地，所述单层光刻胶的厚度大于等于所述材质层的厚度的3倍。
可选地，所述材质层不与所述单层光刻胶发生物理变化和化学变化。
可选地，所述材质层的材料为硬金属。
可选地，所述材质层的摩尔硬度值至少为2.5。
可选地，步骤300采用非垂直镀膜的工艺，在所述初始图案上进行目标材料沉积时，可根据需求进行单层材料沉积或多层材料沉积。
可选地，根据所述的方法，制备碗状阵列图案，按照如下步骤进行：
步骤100，根据所需制备图案“碗”的直径和高度大小，选择光刻掩膜版，光刻掩膜版的开孔是圆形，且开孔的孔径与图案“碗”的直径匹配；
步骤200，采用光刻工艺在衬底上形成单层光刻胶，通过光刻工艺技术对所述单层光刻胶上进行初始图案化，在衬底上形成一层具有阵列结构的光刻胶，包含光刻胶开孔；
步骤300，采用材料沉积技术在初始图案结构表面沉积生长材质层，材料沉积后图案由三部分构成：光刻胶开孔的底部与衬底接触处生长材质层，光刻胶开孔的壁上的生长材质层和光刻胶表面生长材质层；
步骤400，采用溶液法浸泡剥离技术，去除衬底表面的所有光刻胶，由上述光刻胶开孔壁上的材质层与衬底接触的材质层两部分因底部相互连接组成一个类似“碗”状结构的阵列图案。
可选地，在由上述光刻胶开孔壁上的材质层与衬底接触的材质层所形成的“碗”状凹槽里，不使用光刻掩膜版，根据需要和使用要求，可再次在“碗”状图案基础上，生长第二种材料，构建二次新图案。
本申请的方法，根据所需制备图案特征，首先选择与新图案尺寸相匹配的光刻掩膜版；然后采用光刻工艺在垂直性好的光刻胶上进行初始图案化，在衬底上形成一层具有功能化阵列镂空图案的光刻胶；进一步选择非垂直镀膜的工艺方法，在上一步初始图案上进行目标材料一层或多层的沉积；最后选择去胶液或丙酮剥离得到目标设计的图案阵列。通过上述工艺，忽略了光刻掩膜版的影响，在正常光刻工艺中，通过实现厚胶工艺和材料沉积工艺方法，成功实现了与设计一致的阵列图案。因此，本申请能够减少光刻图案对掩膜版的依附性和降低光刻工艺成本，同时还可以实现复杂图案，且提高良率。
进一步地，本申请不仅应用于图案制造领域；还可应用于光电半导体领域，解决相关技术中无法形成像素电极图案的问题，而且可应用于半导体器件中制造精细图案的工艺。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请基于光刻工艺实现阵列图案的方法的示意性流程图；
图2是根据本申请在衬底上形成单层光刻胶的制造过程示意图；
图3是根据本申请在单层光刻胶上进行初始图案化的制造过程示意图；
图4是根据本申请在所述初始图案上进行目标材料沉积生长材质层的制造过程示意图；
图5是根据本申请在剥离去除光刻胶的制造过程示意图；
图6是图5的基础上生长第二种材料，构建二次新图案的制造过程示意图；
图7是本申请采用此实施图案化制造方法得到的SEM结构图，其中，(a)表示采用本申请所述方法得到的SEM截面图；(b)表示采用本申请所述方法得到的SEM平面图。
图中各符号表示含义如下：
1衬底；
2单层光刻胶；21光刻胶图案化结构；22光刻胶第一开孔；23光刻胶间隙壁；
3材质层；31沉积金属材料第一图案结构组成第一部分；32沉积金属第一图案结构组成第二部分；33沉积金属图案第一结构组成第三部分；
211第二开孔；
4第二种材料；41沉积金属第二图案结构组成第一部分；42沉积金属第二图案结构组成第二部分；43沉积金属第二图案结构组成第三部分。
具体实施方式
图1是根据本申请基于光刻工艺实现阵列图案的方法的示意性流程图。本实施例，提供了一种基于光刻工艺实现功能化阵列图案的方法，按照下述步骤进行：
步骤100，设计图案，选择与图案尺寸匹配的光刻掩膜版，选择合适的光刻胶。
步骤200，采用光刻工艺在衬底上形成单层光刻胶，通过光刻工艺在单层光刻胶上进行初始图案化，所述单层光刻胶为厚胶且垂直性好，优选地，所述单层光刻胶的厚度大于等于所述材质层的厚度的3倍。
步骤300，采用非垂直镀膜的工艺，在所述初始图案上进行目标材料沉积生长材质层。具体地，可根据需求进行单层材料沉积或多层材料沉积。进一步地，所述材质层不与所述单层光刻胶发生物理变化和化学变化，进一步地，所述材质层的材料为硬金属，更进一步地，所述材质层的摩尔硬度值至少为2.5。
步骤400，剥离，去除光刻胶，最终得到所设计的图案。
本申请所述方法根据所需制备图案特征，首先选择与新图案尺寸相匹配的光刻掩膜版；然后采用光刻工艺在垂直性好的光刻胶上进行初始图案化，在衬底上形成一层具有功能化阵列镂空图案的光刻胶；进一步选择非垂直镀膜的工艺方法，在上一步初始图案上进行目标材料一层或多层的沉积；最后选择去胶液或丙酮剥离得到目标设计的图案阵列。通过上述工艺，忽略了光刻掩膜版的影响，在正常光刻工艺中，通过实现厚胶工艺和材料沉积工艺方法，成功实现了与设计一致阵列图案。因此，本申请能够减少光刻图案对掩膜版的依附性和降低光刻工艺成本，同时还可以实现复杂图案，且提高良率。
进一步地，本申请不仅应用于图案制造领域；还可应用于光电半导体领域，解决相关技术中无法形成像素电极图案的问题，而且可应用于半导体器件中制造精细图案的工艺。
本实施例以“碗”状的阵列图案作为案例实施过程中第一图案，其制备方法如下：
步骤100，根据所需制备图案“碗”的直径和高度大小，选择或制备光刻掩膜版。其中，光刻掩膜版的开孔是圆形，且开孔的孔径与图案“碗”的直径匹配。
图2是根据本申请在衬底上形成单层光刻胶的制造过程示意图。图3是根据本申请在单层光刻胶上进行初始图案化的制造过程示意图。
步骤200，如图2所示，采用光刻工艺在衬底1上形成单层光刻胶2，保证单层光刻胶2的厚度大于设计“碗”图案的高度，保证单层光刻胶2的均匀性。如图3所示，通过光刻工艺技术对所述单层光刻胶2上进行初始图案化，在衬底上形成一层具有阵列结构的光刻胶，包含光刻胶开孔。
通过正常光刻工艺技术，将光刻掩膜版图案转移到单层光刻胶2，若是正性光刻胶，则在衬底1顶层的单层光刻胶2上形成与掩膜版开孔位置相对应的圆柱孔，反之若是负性光刻胶，衬底1顶层的单层光刻胶2上形成的圆柱孔位置与掩膜版开孔位置相反。本实施实例采用正性光刻胶，如图3所示，单层光刻胶2表面形成具有阵列结构的圆柱孔组成的图案包括：与衬底1接触光刻胶第一开孔22，光刻胶图案化结构21和光刻胶间隙壁23，保证“碗”状图案的成型，要求此开孔的垂直性好。
图4是根据本申请在所述初始图案上进行目标材料沉积生长材质层的制造过程示意图。
步骤300，采用材料沉积技术选择合适的角度在初始图案结构表面沉积生长材质层3。考虑新图案“碗”的特殊性，需在光刻胶第一开孔22的内壁同时生长材料，因此对光刻后的衬底1进行材料沉积，需选择合适角度进行材料沉积，否则若是垂直沉积材料则在光刻胶间隙壁23上难以沉积上材料，反之若是沉积角度过大，使光刻胶间隙壁23上沉积满材料导致最后难以剥离。如图4所示，本实施例采用离子束辅助沉积方法沉积材质层3，具有特定图案的材质层3包括三部分：沉积金属材料第一图案结构组成第一部分31，即在光刻胶图案化结构21表面形成的材质层；沉积金属第一图案结构组成第二部分32，即在光刻胶第一开孔22区域沉积的材料与衬底1接触形成材质层；沉积金属图案第一结构组成第三部分33，即在光刻胶间隙壁23侧壁上形成材质层。
图5是根据本申请在剥离去除光刻胶的制造过程示意图。
步骤400，采用溶液法浸泡剥离技术，去除衬底1表面的所有光刻胶，由上述光刻胶间隙壁23侧壁上的材质层即沉积金属图案第一结构组成第三部分33与衬底1接触的材质层即沉积金属第一图案结构组成第二部分32两部分材质层因底部相互连接组成一个类似“碗”状结构的阵列图案。
如图5所示，因为光刻胶的厚度大于沉积材料的厚度，导致沉积材料后，光刻胶间隙壁23侧壁上面区域没有被目标材料完全沉积覆盖，因此可采用溶液剥离的方法去除光刻胶图案化结构21，同时光刻胶图案化结构21表面的材质层即沉积金属材料第一图案结构组成第一部分31也将一起被剥离掉，形成第二开孔211。因沉积金属图案第一结构组成第三部分33的底部与沉积金属第一图案结构组成第二部分32相互连接，因此剥离过程中生长在光刻胶图案化结构21侧壁的材质层即沉积金属图案第一结构组成第三部分33将被保留，与沉积金属图案第一结构组成第三部分33材质层一起构成新图案结构的组成。
进一步地，实施例中采用厚胶，是因为若单层光刻胶2为薄胶，那么在光刻胶间隙壁23侧壁的材质层即沉积金属图案第一结构组成第三部分33材质层的高度会很低，沉积金属第一图案结构组成第二部分32和沉积金属材料第一图案结构组成第一部分31容易形成一个平缓过渡的坡面，从而完全无法进行剥离工艺。
本实施例中，材质层3不与单层光刻胶2发生物理变化和化学变化。这样才能正常的进行剥离，同理可以知道材质层3不与剥离的溶液发生物理变化和化学变化。
进一步地，材质层3可以是单层或多层材料。
优选地，单层光刻胶2的厚度大于等于材质层3厚度的3倍。进一步保证剥离的正常进行。
优选地，所述材质层3的摩尔硬度至少为2.5，这样才能使该图形结构具有一定的可靠性。
图6是图5的基础上生长第二种材料4，构建二次新图案的制造过程示意图。后续，可根据需求在此“碗”状结构的图案阵列上，由上述光刻胶开孔壁上的材质层与衬底1接触的材质层所形成的“碗”状凹槽里，不使用光刻掩膜版，不采用光刻工艺，可再次在“碗”状图案基础上，直接沉积其他材料生长第二种材料4，构建二次新图案。
具体地，在所述材质层底座和所述材质层侧壁中形成的凹槽里生长第二种材料4，构建第二种图案。如图6所示，第二种图案由3部分组成，与沉积金属第一图案结构组成第二部分32接触的沉积金属第二图案结构组成第一部分41；与沉积金属图案第一结构组成第三部分33接触的组成沉积金属第二图案结构组成第二部分42；与衬底1直接接触的沉积金属第二图案结构组成第三部分43。在衬底1上形成具有结构图案化的材质层时，可以采用离子束辅助沉积、磁控溅射、热蒸发和化学气相沉积等薄膜制备方法。
图7是本申请采用此实施图案化制造方法得到的SEM结构图，其中，(a)表示采用本申请所述方法得到的SEM截面图；(b)表示采用本申请所述方法得到的SEM平面图。证实本申请当前新结构“碗”设计实施方案的可行性。
综上所述，本申请实施例提供的图案制造方法中，在目标开孔的部分以及开孔壁上形成完整的新型类似于碗状的图案，开孔壁上的金属不会随着光刻胶图案的剥离而被去除，保证了图案的完整性，从而能够形成完整的目标材质图案。并且本申请的图案制造方法中，形成的凹槽可作为第二种材料4的生长的容器，实现特点材料的生长。
本申请在设计“碗”状的阵列图案和实施过程中，忽略了光刻掩膜版的影响，在正常光刻工艺中，通过实现厚胶工艺和材料沉积工艺方法，成功实现了与设计一致的“碗”状结构阵列图案。证明了此新图案不受掩膜版的影响，与常规相比减少了工艺步骤，可降低工艺时间与成本，提高了生产的效率。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种制备碗状阵列图案的方法，按照如下步骤进行：
步骤100，根据所需制备图案“碗”的直径和高度大小，选择光刻掩膜版，光刻掩膜版的开孔是圆形，且开孔的孔径与图案“碗”的直径匹配；
步骤200，采用光刻工艺在衬底上形成单层光刻胶，通过光刻工艺技术对所述单层光刻胶上进行初始图案化，在衬底上形成一层具有阵列结构的光刻胶，包含光刻胶开孔；
步骤300，采用材料沉积技术在初始图案结构表面沉积生长材质层，材料沉积后图案由三部分构成：光刻胶开孔的底部与衬底接触处生长材质层，光刻胶开孔的壁上的生长材质层和光刻胶表面生长材质层；
步骤400，采用溶液法浸泡剥离技术，去除衬底表面的所有光刻胶，由上述光刻胶开孔壁上的材质层与衬底接触的材质层两部分因底部相互连接组成一个类似“碗”状结构的阵列图案，其中
在由上述光刻胶开孔壁上的材质层与衬底接触的材质层所形成的“碗”状凹槽里，不使用光刻掩膜版，根据需要和使用要求，再次在“碗”状图案基础上，生长第二种材料，构建二次新图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单层光刻胶为厚胶且垂直性好。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单层光刻胶的厚度大于等于所述材质层的厚度的3倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材质层不与所述单层光刻胶发生物理变化和化学变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材质层的材料为硬金属。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材质层的摩尔硬度值至少为2.5。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤300中的材料沉积技术为采用非垂直镀膜的工艺，并在所述初始图案上进行目标材料沉积时，可根据需求进行单层材料沉积或多层材料沉积。
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