CN112882343A - 光刻胶倒梯形结构的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光刻胶倒梯形结构的形成方法，所述光刻胶倒梯形结构的形成方法包括以下步骤：在基板上涂覆正性光刻胶，形成胶层；将所述胶层划分为光阻区和暴露区，得到待光刻结构，其中，所述光阻区在朝向所述基板的方向上渐宽设置，所述暴露区在朝向所述基板的方向上呈渐窄设置；对设有所述待光刻结构进行处理，以使所述暴露区转化为碱性不可溶结构，得到半成品；将所述光阻区转化为碱性可溶结构后，显影除去所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构。本发明提供的光刻胶倒梯形结构的形成方法旨在解决现有光刻胶倒梯形结构制备方法难以控制坡度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种光刻胶倒梯形结构的形成方法。
背景技术
半导体制造工艺中，蒸镀材料(如金属)的剥离是至关重要的一步，要求光刻胶上方需要剥离的蒸镀材料与不需要被剥离的蒸镀材料之间不能交连。如果两种蒸镀材料之间产生交连，那么，剥离时受限于蒸镀材料的保护，光刻胶将不能被完全剥离。由于金属无法被刻蚀，如果两种蒸镀材料相连，则该器件制作到此步骤后将无法进行后续步骤，即报废。
基于此，通常先在基板上覆上一层负性光刻胶，经过曝光的负性光刻胶，显影后留下来，未曝光区域的负性光刻胶被显影液显影掉。利用光的衍射效应，负性光刻胶曝光显影后就能够制作出光刻胶倒梯形结构，即上宽下窄的结构，从而实现蒸镀金属后光刻胶上的金属与器件所需金属之间不相连的目的。这种光刻胶倒梯形结构中，倒梯形的坡度对金属剥离步骤有很大影响：坡度过小会导致不需要被剥离的蒸镀材料能够沉积的量太少，使得形成的金属层变窄；坡度过大会导致光刻胶上方需要剥离的蒸镀材料与不需要被剥离的蒸镀材料之间产生交联，进而导致器件报废。然而，受到光刻光学的限制，负性光刻胶曝光后所形成的倒梯形结构的坡度难以控制，从而大大影响了半导体器件加工的良品率。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种光刻胶倒梯形结构的形成方法，旨在解决现有光刻胶倒梯形结构制备方法难以控制坡度的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种光刻胶倒梯形结构的形成方法，所述光刻胶倒梯形结构的形成方法包括以下步骤：
在基板上涂覆正性光刻胶，形成胶层；
将所述胶层划分为光阻区和暴露区，得到待光刻结构，其中，所述光阻区在朝向所述基板的方向上渐宽设置，所述暴露区在朝向所述基板的方向上呈渐窄设置；
对所述待光刻结构进行处理，以使所述暴露区转化为碱性不可溶结构，得到半成品；
将所述光阻区转化为碱性可溶结构后，显影除去所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构。
可选地，对所述待光刻结构进行处理，以使所述暴露区转化为碱性不可溶结构，得到半成品的步骤包括：
对所述待光刻结构进行曝光，以使得所述暴露区转化为碱性可溶结构，得到曝光产物；
在氨气气氛中，对所述曝光产物进行烘烤，以使得所述碱性可溶结构转化为碱性不可溶结构，得到半成品。
可选地，对所述待光刻结构进行曝光，以使得所述暴露区转化为碱性可溶结构，得到曝光产物的步骤中，所述曝光时采用的紫外光波长为190～436nm。
可选地，所述在氨气气氛中，对所述曝光产物进行烘烤，以使得所述碱性可溶结构转化为碱性不可溶结构，得到半成品的步骤中，所述烘烤温度不低于50℃。
可选地，所述烘烤温度为50～200℃。
可选地，将所述光阻区转化为碱性可溶结构后，显影除去所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构的步骤包括：
对所述半成品进行泛曝，以使得所述光阻区转化为碱性可溶结构，得到泛曝产物；
将所述泛曝产物显影以去除所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构。
可选地，对所述半成品进行泛曝，以使得所述光阻区转化为碱性可溶结构，得到泛曝产物的步骤中，所述泛曝时采用的紫外光波长为190～436nm。
可选地，将所述泛曝产物显影以去除所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构的步骤中，所述显影时采用碱性显影液溶解去除所述光阻区。
可选地，所述在基板上旋涂正性光刻胶，形成胶层的步骤包括：
在基板上依次旋涂增粘剂、正性光刻胶，形成胶层。
本发明提供的技术方案中，将呈倒梯形结构的暴露区转化为碱性不可溶结构后，再次对光阻区进行处理，以将光阻区转化为碱性可溶结构，如此，通过显影去除掉光阻区，即可得到保留暴露区的光刻胶倒梯形结构，相较负性光刻胶，正性光刻胶光刻角度更好控制，能够很好地控制坡度，大大提高了器件良品率。而且，相较负性光刻胶，正性光刻胶为水溶液，对健康、环境的危害性小。本发明提供的方法解决了现有光刻胶倒梯形结构制备方法难以控制坡度的问题，且扩展了现有制备方法的光刻胶原料选择。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提出的光刻胶倒梯形结构的形成方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明提出的光刻胶倒梯形结构的形成方法的另一实施例的流程示意图；
图3为步骤S10产物的结构示意图；
图4为步骤S20产物的结构示意图；
图5为步骤S40制得的光刻胶倒梯形结构的结构示意图；
图6为步骤S41产物的结构示意图；
图7为蒸镀过程中需要剥离的蒸镀材料与不需要被剥离的蒸镀材料的设置示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
半导体制造工艺中，蒸镀材料(如金属)的剥离是至关重要的一步，要求光刻胶上方需要剥离的蒸镀材料与不需要被剥离的蒸镀材料之间不能交连。如果两种蒸镀材料之间产生交连，那么，剥离时受限于蒸镀材料的保护，光刻胶将不能被完全剥离。由于金属无法被刻蚀，如果两种蒸镀材料相连，则该器件制作到此步骤后将无法进行后续步骤。
基于此，通常先在基板上覆上一层负性光刻胶，经过曝光的负性光刻胶，显影后留下来，未曝光区域的负性光刻胶被显影液显影掉。利用光的衍射效应，负性光刻胶曝光显影后就能够制作出光刻胶倒梯形结构，即上宽下窄的结构，从而实现蒸镀金属后光刻胶上的金属与器件所需金属之间不相连的目的，如图7所示。这种光刻胶倒梯形结构中，倒梯形的坡度对金属剥离步骤有很大影响：坡度过小会导致不需要被剥离的蒸镀材料102能够沉积的量太少，使得形成的金属层变窄；坡度过大会导致光刻胶上方需要剥离的蒸镀材料101与不需要被剥离的蒸镀材料102之间产生交联，进而导致器件报废。然而，受到光刻光学的限制，负性光刻胶曝光后所形成的倒梯形结构的坡度难以控制，从而大大影响了半导体器件加工的良品率。
鉴于此，本发明提出一种光刻胶倒梯形结构41的形成方法，图1和图2为本发明提供的光刻胶倒梯形结构41的形成方法的具体实施例。
参阅图1，所述光刻胶倒梯形结构41的形成方法包括以下步骤：
步骤S10，在基板10上涂覆正性光刻胶20，形成胶层。
参阅图3，本实施例中，在基板10上涂覆一层正性光刻胶20，以在基板10上形成一层胶层。
其中，基板10为本领域常见的基板10材料，例如硅晶圆、砷化镓、碳化硅、氮化镓等，可以在市面上购得。
其中，正性光刻胶20也称为正胶。本实施例中，正性光刻胶20包括线性醛酚树脂、感光剂以及水溶剂，其中，线性醛酚树脂用以提供光刻胶的粘附性、化学抗蚀性，当没有溶解抑制剂存在时，线性酚醛树脂会溶解在显影液中；感光剂是光敏化合物(PAC，PhotoActive Compound)，最常见的是重氮萘醌(DNQ)，在曝光前，DNQ是一种强烈的溶解抑制剂，能够降低树脂的溶解速度，在紫外曝光后，DNQ转变为烯酮，并在与水接触时，进一步转变为茚羟酸，从而得以被碱性溶液显影除去。由此，曝光过的光刻胶会溶解于显影液而被去除，而未曝光的光刻胶部分则得以保留。此外，正性光刻胶20为水溶性组合物，便于处理，对健康、环境的危害度较小。正性光刻胶20可以在市面上购得。
需要说明的是，实际操作时，胶层的厚度可以根据实际需要自行调整，本发明对此不作限定。
此外，考虑到一些基板10材质与光刻胶的粘附性不好，在进行步骤S10时，还可以按照如下方式进行：
步骤S11，在基板10上依次涂覆增粘剂、正性光刻胶20，形成胶层。
即，在基板10和光刻胶之间设置增粘剂层，以提高光刻胶和基板10之间的粘附性。增粘剂可以选用市面上常见的、具有增粘作用的试剂，例如，HMDS(六甲基二硅胺)等。
步骤S20，将所述胶层划分为光阻区30和暴露区40，得到待光刻结构，其中，所述光阻区30在朝向所述基板10的方向上渐宽设置，所述暴露区40在朝向所述基板10的方向上呈渐窄设置。
本实施例中，朝向基板10的方向即为自上而下的方向，即光阻区30呈上窄下宽的正梯形结构，暴露区40呈上宽下窄的倒梯形结构。具体地，本实施例在胶层的上表面上覆盖掩膜板50，掩膜板50图案化处理，具有图形化的待光刻图案，因此只能部分覆盖胶层，如图4所示，掩膜板50的设置，将胶层划分为多个光阻区30和多个暴露区40。需要说明的是，光阻区30和暴露区40是根据曝光时胶层能否被光照到的区域进行划分的，具体来说，由于胶层上方设有掩膜板50，基于光的衍射效应，掩膜板50下方正梯形区域的胶层无法受到光照，这一部分胶层定义为光阻区30，其结构呈上窄下宽的梯形设置；位于两个掩膜板50之间的倒梯形区域的胶层可以受到光照，这一部分定义为暴露区40，暴露区40的结构呈上宽下窄的倒梯形设置。
步骤S30，对设有所述待光刻结构进行处理，以使所述暴露区40转化为碱性不可溶结构，得到半成品。
本实施例对步骤S20制得的产物，即待光刻结构，进行处理，由于掩膜板50的保护，只有暴露区40发生反应，转化为碱性不可溶的结构，且该结构不受曝光影响。
参阅图2，具体实施时，步骤S30可以按照如下步骤操作：
步骤S31，对设有所述待光刻结构进行曝光，以使得所述暴露区40转化为碱性可溶结构，得到曝光产物。
本实施例中对待光刻结构进行曝光，胶层中的PAC在紫外光作用下转变成可溶于碱性溶液的水溶性物质(羧酸)，实际加工时，通过调整曝光时间的长度、胶层厚度等工艺参数即可很容易地控制暴露区40的坡度，进而控制倒梯形结构41的坡度。本步骤的反应过程如下所示：
其中，所述曝光时采用的紫外光波长为190～436nm。
步骤S32，在氨气气氛中，对所述曝光产物进行烘烤，以使得所述碱性可溶结构转化为碱性不可溶结构，得到半成品。
本实施例将步骤S31得到的曝光产物置于氨气烘烤箱中进行烘烤，氨气扩散进入曝光后的正性光刻胶20中，与之反应转化成IDA碱性不可溶结构，且该结构对光不敏感，即使再次光刻，该结构的碱性不可溶性质也不会发生改变。具体地，反应过程如下所示：
其中，在进行烘烤时，所述烘烤温度不低于50℃，例如，50℃、60℃、70℃、75℃、78℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃、200℃、240℃、280℃、300℃等，优选为50～200℃。
需要说明的是，具体实施时，在步骤S31结束后，可以撤去掩膜板50，然后将曝光产物送入氨气烘烤箱进行烘烤。
步骤S40，将所述光阻区30转化为碱性可溶结构后，显影除去所述光阻区30，得到光刻胶倒梯形结构41。
参阅图2，具体实施时，步骤S40可以包括：
步骤S41，对所述半成品进行泛曝，以使得所述光阻区30转化为碱性可溶结构，得到泛曝产物；
步骤S42，将所述泛曝产物显影以去除所述光阻区30，得到光刻胶倒梯形结构41。
参阅图5，本实施例在将暴露区40转化为碱性不可溶且不受曝光影响的结构后，再次对胶层进行曝光处理，光阻区30在紫外光作用下转变成可溶于碱性溶液的结构，其转化过程与暴露区40曝光过程类似，在此不做详述。此时，将二次曝光产物进行显影处理，即可除去光阻区30，使得基板10上只保留暴露区40，从而得到光刻胶倒梯形结构41，如图6所示。
具体实施时，所述泛曝时采用的紫外光波长为190～436nm；所述显影时采用碱性显影液溶解去除所述光阻区30。
本发明提供的技术方案中，将呈倒梯形结构41的暴露区40转化为碱性不可溶结构后，再次对光阻区30进行处理，以将光阻区30转化为碱性可溶结构，如此，通过显影去除掉光阻区30，即可得到保留暴露区40的光刻胶倒梯形结构41，相较负性光刻胶，正性光刻胶光刻角度更好控制，能够很好地控制坡度，大大提高了器件良品率。而且，相较负性光刻胶，正性光刻胶20为水溶液，对健康、环境的危害性小。本发明提供的方法解决了现有光刻胶倒梯形结构制备方法难以控制坡度的问题，且扩展了现有制备方法的光刻胶原料选择。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基板上涂覆正性光刻胶，形成胶层；
将所述胶层划分为光阻区和暴露区，得到待光刻结构，其中，所述光阻区在朝向所述基板的方向上渐宽设置，所述暴露区在朝向所述基板的方向上呈渐窄设置；
对所述待光刻结构进行处理，以使所述暴露区转化为碱性不可溶结构，得到半成品；
将所述光阻区转化为碱性可溶结构后，显影除去所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构。
2.如权利要求1所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，对所述待光刻结构进行处理，以使所述暴露区转化为碱性不可溶结构，得到半成品的步骤包括：
对所述待光刻结构进行曝光，以使得所述暴露区转化为碱性可溶结构，得到曝光产物；
在氨气气氛中，对所述曝光产物进行烘烤，以使得所述碱性可溶结构转化为碱性不可溶结构，得到半成品。
3.如权利要求2所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，对所述待光刻结构进行曝光，以使得所述暴露区转化为碱性可溶结构，得到曝光产物的步骤中，所述曝光时采用的紫外光波长为190～400nm。
4.如权利要求2所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，所述在氨气气氛中，对所述曝光产物进行烘烤，以使得所述碱性可溶结构转化为碱性不可溶结构，得到半成品的步骤中，所述烘烤温度不低于50℃。
5.如权利要求4所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，所述烘烤温度为50～200℃。
6.如权利要求1所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，将所述光阻区转化为碱性可溶结构后，显影除去所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构的步骤包括：
对所述半成品进行泛曝，以使得所述光阻区转化为碱性可溶结构，得到泛曝产物；
将所述泛曝产物显影以去除所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构。
7.如权利要求6所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，对所述半成品进行泛曝，以使得所述光阻区转化为碱性可溶结构，得到泛曝产物的步骤中，所述泛曝时采用的紫外光波长为190～436nm。
8.如权利要求6所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，将所述泛曝产物显影以去除所述光阻区，得到光刻胶倒梯形结构的步骤中，所述显影时采用碱性显影液溶解去除所述光阻区。
9.如权利要求1所述的光刻胶倒梯形结构的形成方法，其特征在于，所述在基板上旋涂正性光刻胶，形成胶层的步骤包括：
在基板上依次旋涂增粘剂、正性光刻胶，形成胶层。
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