CN114967316A - 一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法的制备方法，根据光刻图形设计分隔构件，所述分隔构件包括罩板，罩板具有遮蔽区和镂空区，镂空区周缘垂直向下延伸形成隔板；在半导体基板表面涂覆光刻胶后放置分隔构件，并使隔板嵌入光刻胶中将光刻胶对应遮蔽区和对应镂空区的部分物理隔开，然后进行曝光、显影以及后续的蚀刻工艺。通过分隔构件物理隔离需曝光部分的光刻胶，可实现九十度的垂直剖面，实现了低成本，高精度的光刻工艺。
Description
技术领域
本发明属于光刻技术领域，具体涉及一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法。
背景技术
光刻技术在半导体及相关产业中占极其重要的地位，随着电子产业对精度尺寸的要求越来越高，光刻技术在应用中也需要不断进步以满足产业需求，而光刻技术同时还存在成本高，工艺可靠性、技术稳定性及良率低的问题。
光刻胶中含有光致酸产生剂，在曝光过程中光致酸产生剂会分解产生酸。在烘烤过程中这些酸作为催化剂使得聚合物上悬挂的酸不稳定基团脱落，产生新的酸，当足够多的基团脱落后，光刻胶就能溶于显影液。在实际生产中曝光时，由于光刻胶更接近光照的部分产生的酸浓度，比远离光照的部分中产生的酸浓度高，导致显影时光刻胶的溶解速度不一致，进而出现倒梯形的形貌。这直接影响了光刻工艺的精度。
在一些需要垂直剖面半导体结构的制备中，光刻过程形成的倒梯形的形貌会影响其精度，特别是在微米级别的精度下，所以提出形成半导体垂直剖面结构的光刻方法是必要的。目前用于实现垂直剖面的光刻胶成本较高，并且在效果上也无法满足高精度光刻的需求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法的制备方法，根据光刻图形制作耐酸碱且不透明的分隔构件，所述分隔构件包括罩板，所述罩板具有遮蔽区和镂空区，镂空区周缘垂直向下延伸形成隔板；所述光刻方法包括以下步骤：
1)于半导体基片表面涂覆光刻胶；
2)将分隔构件放置于光刻胶表面，向下按压至隔板嵌入光刻胶中，使光刻胶对应遮蔽区和对应镂空区的部分互相独立，然后对光刻胶进行软烘；
3)将步骤2)的结构置于曝光机中，进行曝光；
4)进行显影工艺，去除镂空区对应的光刻胶得到蚀刻窗口；
5)移除分隔构件；
6)对蚀刻窗口内的半导体基片进行蚀刻，蚀刻完成后，剥离光刻胶。
可选的，所述光刻胶是正性光刻胶，采用旋涂工艺涂覆于所述半导体基板表面；所述隔板的高度大于所述光刻胶厚度。
可选的，所述步骤2)中，采用机械吸板将所述分隔构件放置于所述光刻胶表面，采用机械压板按压所述分隔构件2～10s。
可选的，所述步骤2)中，软烘是在80-110℃下烘烤80-150s，随后在20-30℃下冷烤3-8min。
可选的，所述步骤3)中，所述曝光的功率密度为200-1000J/cm2，曝光时间40-100s。
可选的，所述隔板的厚度范围为1-100μm，所述镂空区的最小尺寸为1μm。
可选的，所述罩板具有多个镂空区，相邻镂空区的最小间隔至少1μm。
可选的，所述分隔构件的材料选自合金或聚合物材料，例如铂合金、钛合金、聚酰亚胺PI，聚苯硫醚PPS，聚醚醚酮PEEK。此外，其他具有耐酸碱、耐高温和紫外阻挡特性的材料也可适用。
本发明的有益效果为：
1)利用特殊结构分隔构件垂直隔绝曝光区域与非曝光区域的光刻胶，采用物理隔离防止光致酸产生剂产生酸的扩散，可避免出现倾斜侧壁，从而构建垂直的剖面，对光刻胶要求低，适用于常规光刻胶，节省了光刻胶的使用成本；
2)对比于传统光刻方法，节省了制造光罩版步骤，通过改变分隔构件的设计可配合需要实现的光刻图形，将图案完全转移，避免图案模糊，细节处理不到位，影响后续工艺的问题出现。
附图说明
图1为实施例的分隔构件的立体结构示意图；
图2为实施例的分隔构件的另一角度的立体结构示意图；
图3为实施例的步骤1得到的结构示意图；
图4为实施例的步骤2的流程图，其中箭头表示机械臂机构的作用方向；
图5为实施例的步骤4的原理图，其中箭头表示光照方向；
图6为实施例的步骤5得到的结构示意图；
图7为实施例的步骤6的流程图，其中箭头表示机械臂机构的作用方向；
图8为实施例的步骤7得到的结构示意图；
图9为实施例的步骤8得到的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
参考图1至图2，根据光刻图形设计出相应特殊结构分隔构件3。所述分隔构件的材料需符合耐高温、耐酸碱性及紫外线阻挡的要求，例如可以是铂合金、钛合金、聚酰亚胺PI，聚苯硫醚PPS，聚醚醚酮PEEK。分隔构件3包括罩板31，罩板31优选为平板结构，并具有遮蔽区31a和镂空区31b，镂空区31b周缘垂直向下延伸形成隔板32。其中，遮蔽区31a为水平非曝光区，镂空区31b为水平曝光区。本实施例中，具有若干分立的镂空区31b，隔板32由镂空区31b周缘垂直向下延伸形成与罩板31相连的筒状结构。分隔构件3制备完成后清洗10min，再甩干5min。
以下具体说明采用上述分隔构件3的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法。
步骤1：参考图3，在半导体基片1表面涂覆光刻胶2。
本实施例以半导体外延片举例，此外，也可以是具有金属层、钝化层等已完成部分器件制程的结构。将半导体基片1浸入511溶液，60度清洗10min，再甩干5min，随后在半导体基片1表面旋涂RZJ-304正性光刻胶。光刻胶2的厚度在微纳米级别，例如几百纳米至几微米的范围。
步骤2：参考图4并结合图1和图2，放置分隔构件3。
光刻胶旋涂完毕后，采用机械臂机构4吸附分隔构件3放置至光刻胶2表面，具体，可以采用真空吸放的方式抓取分隔构件3的罩板31并使隔板32向下。然后轻微按压3s，使隔板32完全嵌入光刻胶中，从而使光刻胶2对应遮蔽区31a和对应镂空区31b的部分互相独立，通过隔板32物理隔开。隔板32的高度大于光刻胶2的厚度，例如2-5微米。镂空区31b的最小尺寸可以是至1微米，相邻镂空区31b的最小间隔可以是1微米。
步骤3：软烘
将光刻胶在100℃下热烤120s，去除水汽，提高了光刻胶层与基片的粘附性，降低了隔板与光刻胶层粘附性。再进行23℃下冷烤5min。
步骤4：曝光
参考图5并结合图1和图2，将上述光刻基片放置曝光机内，以罩板31作为光罩版，曝光机功率密度为200-1000J/cm2，曝光60s。
在曝光过程中，镂空区31b范围内的光刻胶暴露在光照下，导致光致酸产生剂产生酸；遮蔽区31a范围内的光刻胶在罩板31的阻挡之下不受光照不发生反应。用隔板32垂直隔绝曝光区域与非曝光区域的光刻胶，物理隔离防止镂空区31b区域中的酸扩散至遮蔽区31a。此外在曝光区域中通过强光长时间照射，使这个区域内有足够多的聚合物上悬挂的酸不稳定基团脱落。
步骤5：显影
参考图6，将曝光后的上述光刻基片放置显影机中，正胶显影液采用RZX-3038，步骤为：
1、采用清洗液对晶圆片进行冲洗2-3s，冲洗后对晶圆片表面浸润；
2、对1处理后的晶圆片喷涂显影液，然后显影30s；
3、采用清洗液对2处理后的晶圆片进行冲洗20-30s；
4、将经步骤三处理后的晶圆片甩干1min；
去除了镂空区11b对应的光刻胶。
步骤6：移除分隔构件
参考图7，采用机械臂机构4吸附分隔构件3将其从光刻胶2中移除，光刻胶中即留下蚀刻窗口2a。
步骤7：蚀刻
以具有蚀刻窗口2a的光刻胶作为掩膜，采用例如干法蚀刻等工艺对半导体基片1进行蚀刻，达到转移图形的目的，蚀刻完成后如图8所示，半导体基片1上形成与蚀刻窗口2a对应的凹槽1a。
步骤8：光刻胶剥离
将刻蚀后的半导体基片1浸入ASTP136去胶液中，在60℃下去胶15min，再甩干5min。将去胶后的基片浸入511溶液中，60℃下清洗10min，再甩干5min。即实现垂直剖面的光刻工艺，如图9所示。
本发明的光刻方法得到的光刻结构，可以实现90°的垂直剖面。对比现有的可实现接近垂直剖面的光刻胶而言，适用于常规的光刻胶，节省了光刻胶的使用成本。对比于传统光刻方法，节省了制造光罩版步骤，特殊结构分隔构件可重复清洗使用，减少图形缺陷。通过改变分隔结构的设计可配合需要实现的光刻图形，将图案完全转移，避免图案模糊，细节处理不到位，影响后续工艺的问题出现。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于，根据光刻图形制作耐酸碱且不透明的分隔构件，所述分隔构件包括罩板，所述罩板具有遮蔽区和镂空区，镂空区周缘垂直向下延伸形成隔板；所述光刻方法包括以下步骤：
1)于半导体基片表面涂覆光刻胶；
2)将分隔构件放置于光刻胶表面，向下按压至隔板嵌入光刻胶中，使光刻胶对应遮蔽区和对应镂空区的部分互相独立，然后对光刻胶进行软烘；
3)将步骤2)的结构置于曝光机中，进行曝光；
4)进行显影工艺，去除镂空区对应的光刻胶得到蚀刻窗口；
5)移除分隔构件；
6)对蚀刻窗口内的半导体基片进行蚀刻，蚀刻完成后，剥离光刻胶。
2.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述光刻胶是正性光刻胶，采用旋涂工艺涂覆于所述半导体基板表面；所述隔板的高度大于所述光刻胶厚度。
3.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述步骤2)中，采用机械吸板将所述分隔构件放置于所述光刻胶表面，采用机械压板按压所述分隔构件2～10s。
4.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述步骤2)中，软烘是在80-110℃下烘烤80-150s，随后在20-30℃下冷烤3-8min。
5.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述曝光的功率密度为200-1000J/cm2，曝光时间40-100s。
6.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述隔板的厚度范围为1-100μm，所述镂空区的最小尺寸为1μm。
7.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述罩板具有多个镂空区，相邻镂空区的最小间隔至少1μm。
8.根据权利要求1所述的制备半导体垂直剖面结构的光刻方法，其特征在于：所述分隔构件的材料选自铂合金、钛合金、聚酰亚胺，聚苯硫醚，聚醚醚酮。
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