CN114518699A - 一种倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法及光刻胶 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法及光刻胶，其包括：预处理晶圆和中心定位；在所得晶圆上涂光刻胶和前烘；再次涂光刻胶和前烘；曝光、显影和坚膜；本发明提供的技术方案有效提高了lift‑off工艺掩膜层侧壁形貌的可控性，实现了图形的精准转移，且操作方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制备工艺，具体讲涉及一种倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法。
背景技术
在器件制备过程中，有些材料不易用光刻胶做掩膜进行腐蚀的方法来制备微细图形，有些多层金属用不同的腐蚀液进行交替腐蚀时，会发生严重的横向钻蚀，有些腐蚀液甚至会腐蚀下层材料，导致实际图形与设计图形尺寸相差较大，甚至微细图形消失，不能很好地实现图形的精准转移，影响芯片集成度与成品率。
在光刻过程中，利用剥离工艺(lift-off)可以有效解决这些问题。lift-off工艺是一种不需要刻蚀工序的图形转移工艺技术，是针对难刻蚀金属实现图形化的常用方法，其可应用于纳米至厘米级别。Lift-off工艺首先在基片表面沉积一层比较容易去掉的掩膜层，通过光刻工艺在掩膜层上制备与设计图形相反的图形，然后沉积一层或多层目标材料，此时目标材料部分直接沉积于基片表面，部分沉积在掩膜层上，然后将基片浸泡于剥离液中去除掩膜层，同时位于掩膜层上的目标材料随之去除，从而在基片上形成特定图形。通常我们采用的掩膜层为光刻胶，经过曝光显影的方式形成相反图形，沉积目标材料后，再次浸泡于显影液，去除光刻胶掩膜。
lift-off工艺的关键是使掩膜层上的材料与基片上的断开，这样剥离液可迅速进入掩膜层，若要达到此目的，一则是需要掩膜层厚度大于目标材料的厚度，二是掩膜层侧壁形貌为倒梯形。一般常规光刻后，光刻胶侧壁呈正梯形的侧壁形貌，这样目标材料沉积时，光刻胶全部被覆盖，使得剥离液很难穿透目标材料薄膜进入溶解光刻胶，增加了剥离难度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法。本发明提供的技术方案如下：
一种倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理晶圆并中心定位；
(2)于步骤(1)所得晶圆上涂光刻胶和前烘；
(3)再次涂光刻胶和前烘；
(4)对步骤(3)所得晶圆曝光、显影和坚膜。
进一步的，所述步骤(1)的预处理包括：
a)脱水烘培所述晶圆；
b)用六甲基乙硅氮烷或三甲基甲硅烷基二乙胺在涂胶显影机上增粘处理步骤a)所得晶圆。
进一步的，所述步骤(2)的光刻胶的感光度高于步骤(3)的光刻胶。
进一步的，所述步骤(2)的光刻胶包括：2.1-2.8um厚的AZ6130；所述步骤(3)的光刻胶包括：1.5um厚的AZ703。
进一步的，所述前烘包括：在150℃下烘烤60s后冷却30s。
进一步的，所述曝光剂量430-500ms，聚焦-3—2.4um。
进一步的，所述显影包括：中心定位后显影60s，得到图形。
进一步的，所述坚膜包括于120℃下处理120-180s。
上述任一项所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法所得的光刻胶。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1)本发明提供的技术方案在同一晶圆上使用感光度不同的光刻胶并通过一次曝光实现倒梯形的侧壁形貌，由于在进行lift-off工艺时，光刻胶侧壁形貌作为掩膜层很容易影响到最终沉积薄膜的质量，而采用双层胶的方法使得沉积薄膜时曝光与未曝光部分不会相连，互不影响，大大提高了图形转移质量，并且消除了由于光刻胶侧壁形貌的不确定性带来的沉积薄膜发生难剥离、易残留、边缘粗糙的情况，有效提高了lift-off工艺的掩膜层侧壁形貌的可控性，实现了图形的精准转移，提高了芯片集成度与成品率，同时方法简单易操作。
2)本发明提供的技术方案通过控制前烘的时间和温度，大大促进了胶膜内溶剂的挥发，胶膜的干燥，使得胶膜与晶圆表面的粘附性及耐磨性均得到了提高。
附图说明
图1本发明提供的双层胶lift-off工艺流程图；
1目标材料；2第二层光刻胶；3第一层光刻胶；4基片。
具体实施方式
下面对本发明提供的技术方案作清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部。
lift-off工艺是一种不需要刻蚀工序的图形转移工艺技术，是针对难刻蚀金属实现图形化的常用方法，其可应用于纳米至厘米级别。理想的lift-off工艺光刻胶侧壁应为倒梯形，即光刻胶与基片裸露部分角度小于90°。影响光刻胶侧壁形貌的参数有很多，通常不同光刻胶设定有固定的最佳光刻胶膜厚，曝光光源的入射光在通过光刻胶的膜层时，针对不同光刻胶、不同膜厚区间，能量分布也不尽相同，故显影后得到的光刻胶侧壁形貌通常不尽相同。
本发明提出的双层胶lift-off工艺的流程图如图1所示，依次在基片4表面沉积感光较强的第一层光刻胶3、第二层光刻胶2和目标材料1，随后采用步进式光刻机投影式曝光，再选择合适的曝光剂量，并使得焦点聚焦于第一层光刻胶3，由于感光剂分散在光刻胶中，光线进入光刻胶发生扩散，使得下层光刻胶产生一定量的CD-loss(线宽损失)，而第二层光刻胶2仍在，从而形成倒梯形侧壁形貌，再将基片浸泡于剥离液中去除掩膜层，位于掩膜层上的目标材料随之去除，从而在基片上形成特定图形。
光刻胶又称为光抗刻蚀剂，是光刻技术中最关键的技术材料，具有光反应特性，与光发生反应后，其特性会发生改变。在曝光时，由于光刻胶中的光敏感成分对光的吸收以及发生光化学反应，这就需要入射光在光刻胶薄膜内扩散，使得光刻胶在曝光能量和焦距上具有足够的宽裕度，从而可以根据两种光刻胶的感光特性选择一定的曝光条件实现倒梯形侧壁形貌。
涂胶显影机主要是进行光刻胶的涂覆，并在涂覆前对晶圆表面进行清洁及增强粘附性的预处理，涂覆后进行光刻胶前烘，使光刻胶中的溶剂缓慢、充分的挥发出来，使胶膜充分干燥；同时在光刻胶进行曝光后进行显影作业，由于曝光后光刻胶的性质发生变化，使其更容易溶于显影液，最终形成图形。
步进式光刻机的曝光方式为投影式曝光，扫描方式为步进式，曝光系统通过一个狭缝式曝光带(slit)照射在掩模上，而载台随曝光进行移动。步进式光刻机可以通过改变曝光时间和聚焦偏移来实现曝光剂量和焦点改变，使感光特性好的光刻胶层发生CD-loss，从而形成倒梯形光刻胶侧壁形貌。
本发明的技术方案为将晶圆依次进行预处理、涂感光性强的光刻胶、前烘、涂感光性弱的光刻胶、前烘、曝光、显影和坚膜。其中在涂覆感光性较强的光刻胶时，所需曝光能量小，曝光时间短；其次，由于在液态的光刻胶溶剂的成份占65％—85％，甩胶后光刻胶变成固态薄膜但仍含有10％—30％的溶剂，容易粘污灰尘。所以涂胶以后的硅片，需要在一定的温度下进行烘烤，这一步骤称为前烘，前烘的目的是促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与晶圆表面的粘附性及耐磨性；在涂覆感光性较弱的光刻胶时，所需曝光的能量约为第一层光刻胶的2-3倍；光刻胶在经过前烘之后，原来为液态的光刻胶在硅片表面上固化，此时便可以对其曝光，即对光刻胶进行光照，光刻胶中的感光剂与照射光反应，光照部分与非光照部分因此产生溶解性的差异，由于下层光刻胶感光特性强，设定合适的曝光时间和聚焦，可使光线在光刻胶中扩散，下层光刻胶发生CD-loss，从而得到倒梯形光刻胶侧壁形貌；光刻胶进行光学曝光后，将晶圆浸没于显影液之中，此时曝光区会在显影中溶解，下层光刻胶由于曝光剂量的增加产生CD-loss向内钻蚀；经过显影后的晶圆，需要一个高温处理过程，称为坚膜，主要作用为进一步增强光刻胶对衬底的附着力，同时固定边缘侧壁形貌。
实施例1
本实施例中倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理晶圆：在涂胶显影机上，用HMDS(六甲基乙硅氮烷)预处理Si晶圆，增强表面粘附性，然后再中心定位。
(2)涂胶和前烘：使用旋涂的方式涂光刻胶AZ6130，胶厚2.8um，然后在150℃下烘烤60s，再冷却30s。
(3)涂胶和前烘：在已旋涂过一层厚度2.8um的AZ6130光刻胶的晶圆上旋涂另一种光刻胶AZ703，厚度1.5um。
(4)曝光：设定曝光时间430ms、聚焦-2.4um。
(5)显影：光学曝光后，将晶圆浸没于显影液之中，中心定位后显影60s，得到图形。
(6)坚膜：于120℃下坚膜120s。
实施例2
本实施例中倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理晶圆：在涂胶显影机上，用三甲基甲硅烷基二乙胺预处理Si晶圆，增强表面粘附性，然后再中心定位。
(2)涂胶和前烘：使用旋涂的方式涂光刻胶AZ6130，胶厚2.8um，然后在150℃下烘烤60s，再冷却30s。
(3)涂胶和前烘：在已旋涂过一层厚度2.8um的AZ6130光刻胶的晶圆上旋涂另一种光刻胶AZ703，厚度2.1um。
(4)曝光：设定曝光时间500ms、聚焦-3.0um。
(5)显影：光学曝光后，将晶圆浸没于显影液之中，中心定位后显影60s，得到图形。
(6)坚膜：于120℃下坚膜180s。
本实施例的倒梯形侧壁形貌呈倒梯形，形貌平滑完整无锯齿状。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)预处理晶圆并中心定位；
(2)于步骤(1)所得晶圆上涂光刻胶和前烘；
(3)再次涂光刻胶和前烘；
(4)对步骤(3)所得晶圆曝光、显影和坚膜。
2.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的预处理包括：
a)脱水烘培所述晶圆；
b)用六甲基乙硅氮烷或三甲基甲硅烷基二乙胺在涂胶显影机上增粘处理步骤a)所得晶圆。
3.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的光刻胶的感光度高于步骤(3)的光刻胶。
4.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的光刻胶包括：2.1-2.8um厚的AZ6130；所述步骤(3)的光刻胶包括：1.5um厚的AZ703。
5.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述前烘包括：在150℃下烘烤60s后冷却30s。
6.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述曝光剂量430-500ms，聚焦-3—2.4um。
7.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述显影包括：中心定位后显影60s，得到图形。
8.如权利要求1所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法，其特征在于，所述坚膜包括于120℃下处理120-180s。
9.如权利要求1-8任一项所述的倒梯形光刻胶侧壁形貌的制备方法所得的光刻胶。
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