CN116643453B - 一种基于半导体器件的光刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了基于半导体器件的光刻方法，涉及半导体技术领域；方法包括：提供蚀刻沟槽后的外延片；在外延片上涂布至少两次负光刻胶，其中负光刻胶涂布于外延片的台面并填充沟槽；对涂布后的光刻胶进行曝光；并在预设条件下对曝光后的光刻胶进行显影；其中，预设条件满足：温度区间为110摄氏度‑120摄氏度、时间窗口90秒‑120秒。本发明提供的光刻方法可有效解决了沟槽Trench填充不完全的问题，避免由于光刻胶厚度不够从而导致的显影液渗透腐蚀Trench内未感光的光刻胶从而导致表面开裂的问题；并在降低工艺复杂度的情况下，有效解决了光刻工艺在光刻图形与设计上的偏差问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种基于半导体器件的光刻方法。
背景技术
光刻工艺是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤，该步骤利用曝光和显影在光刻胶层上刻画几何图形结构，然后通过蚀刻工艺将光掩模上的图形转移到所在外延片上，但对于沟槽器件而言，是需要在沟槽Trench蚀刻完成，生产氧化层后，再进行GuardRing 光刻。
现有技术中对于沟槽器件是直接填充沟槽Trench，在此基础上，会存在未达到足够的光阻厚度的问题，导致存在沟槽Trench填充不完全，从而使显影液渗透腐蚀沟槽Trench内未感光的光刻胶，致使半导体器件表面开裂。
基于此技术问题，业界常用正性光刻胶及两次曝光方式，来解决Trench底部无法完全感光的导致残留问题。
但两次过曝光方式会增加曝光机镜头的温度，影响镜头的使用寿命，同时由于曝光时间的增加，会影响作为瓶颈的曝光工序的through put，而且其工艺窗口也比较窄，对于不同深度的沟槽Trench需要重新去调节工艺参数，增加工艺复杂程度，且在此基础上，容易导致做出的光刻图形与设计上存在BIAS问题。
且采用正光刻胶，其感光部分会因为发生光化学反应，进而溶于显影液，而未感光的部分则不溶于显影液，仍然保留在外延片上，进而会加剧由于沟槽Trench底部无法完全感光的光刻胶被显影液融掉流出而导致残留，破坏曝光结构。
发明内容
本发明提供了一种基于半导体器件的光刻方法，其能够降低工艺复杂程度，并有效改善沟槽填充不完全的问题，并在此基础上优化沟槽Trench内未被感光的光刻胶被显影液融掉后流出形成的残留问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
本申请实施例提供一种基于半导体的光刻方法，应用于沟槽器件，所述方法包括：
提供蚀刻沟槽后的外延片；
在所述外延片上涂布至少两次负光刻胶；所述负光刻胶涂布于所述外延片的台面并填充所述沟槽；
对涂布后的负光刻胶进行曝光；
在预设条件下对曝光后的负光刻胶进行显影；
其中，预设条件满足：
温度区间为110摄氏度-120摄氏度、时间区间为90秒-120秒。
可选地，在所述外延片上涂布至少两次且粘度不同的负光刻胶。
可选地，在所述外延片的表面涂布负光刻胶，作为第一层负光刻胶；
在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶；
其中，第二次涂布的负光刻胶的粘度大于或等于第一次涂布的负光刻胶的粘度。
可选地，在所述外延片上涂布至少两次的负光刻胶，其中，负光刻胶的粘度逐次递增。
可选地，所述负光刻胶的粘度呈非线性的逐次递增。
可选的，采用旋涂法在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶。
可选地，采用匀加速的旋涂法在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶。
可选地，在所述外延片上涂布至少两次的负光刻胶，且负光刻胶的总厚度大于或等于5μm。
可选地，采用能量范围为5000 mj/cm2-6000mj/cm2对涂布的光刻胶进行一次曝光。
可选地，采用能量为5500 mj/cm2对涂布的光刻胶进行一次曝光。
相对于现有技术，本申请具有以下益效果：
本申请提供一种基于半导体器件的光刻方法，应用于沟槽器件，所述方法包括：提供蚀刻沟槽后的外延片；在所述外延片上涂布至少两次的负光刻胶；对涂布后的光刻胶进行曝光；在预设条件下对曝光后的光刻胶进行显影，其中，预设条件满足:温度区间为110℃-120℃、时间窗口90秒-120秒。
本申请中采用多次负光刻胶涂布的方式有效解决了沟槽Trench填充不完全的问题，并缓解了由于光刻胶厚度不够从而导致的显影液渗透腐蚀沟槽内未感光的光刻胶从而导致表面开裂的问题；并采用能量范围为5000 mj/cm2-6000mj/cm2对涂布的光刻胶进行一次曝光，降低了生产工艺复杂度，有效解决了光刻工艺在光刻图形与设计上的偏差问题，且在预设温度与时间条件下对曝光后的光刻胶进行显影，使得负光刻胶感光后，小分子交联成大分子更充分，形成不溶于显影液的大分子，有效解决了沟槽内未被感光的负光刻胶被显影液融掉后流出形成的残留问题。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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为本申请实施例提供的基于半导体器件的光刻方法的一种实例性流程；
图2（a）为基于本申请实施例所提供的基于半导体器件的光刻方法构成的半导体器件表面检测图；
图2（b）为基于现有技术所提供的基于半导体器件的光刻方法的构成的半导体器件表面检测图；
图3（a）为基于本申请实施例所提供的基于半导体器件的光刻方法构成的半导体沟槽覆盖图；
图3（b）为基于现有技术所提供的基于半导体器件的光刻方法的构成的半导体器沟槽覆盖图；
图4为基于现有技术所提供的基于半导体器件的光刻方法的光刻胶残留示意图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
由于现有技术中的屏蔽栅沟槽型(Shield Gate 沟槽，SGT)器件因为其低的比导通电阻和低的栅漏耦合电容，被得到广泛的应用。在此基础上，沟槽器件，例如HV（HighVoltage 高压）SGT的高压分立器件，需要在沟槽Trench刻蚀完成后，生成氧化层，再进行GuardRing 光刻。
鉴于此，本申请实施例提供一种基于半导体的光刻方法，应用于沟槽Trench器件，采用多次负光刻胶涂布的方式有效解决了沟槽Trench填充不完全的问题，以及由于光刻胶厚度不够从而导致的显影液渗透腐蚀沟槽Trench内未感光的光刻胶从而导致表面开裂的问题；并采用加大能量的一次曝光法，有效解决了光刻工艺在光刻图形与设计上的偏差问题，且在预设温度与时间条件下对曝光后的光刻胶进行显影，使得负光刻胶感光后，小分子交联成大分子更充分，形成不溶于显影液的大分子，有效解决了沟槽Trench内未被感光的负光刻胶被显影液融掉后流出形成的残留问题。
下面对本申请提供的基于半导体器件的光刻方法进行示例性说明：
作为一种可选地实现方法，请参考图1，该方法应用于沟槽Trench器件，该方法包括：
S101、提供蚀刻沟槽后的外延片；
在一种可选的实现方法中，该外延片包括衬底。
S102、在外延片上涂布至少两次负光刻胶；负光刻胶涂布于所述外延片的台面并填充沟槽；
在一种实现方法中，可使用不同粘度的负光刻胶对外延片进行多次涂布，即：在外延片上涂布至少两次且粘度不同的负光刻胶，第一次在外延片的表面涂布负光刻胶，作为第一层负光刻胶；并在第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶，其中第二次涂布的负光刻胶的粘度大于或等于第一次涂布的负光刻胶的粘度。
在一种实现方法中，涂布的负光刻胶粘度呈非线性逐次递减。由于光刻胶的粘度越大，流动性越小，容易产生较厚的光刻胶 越小粘度的光刻胶，其光刻胶的厚度越均匀，在第一次涂布采用较低粘度的光刻胶可在沟槽的表面均匀涂布，再叠加后面多次的光刻胶可使沟槽填充更加完整，且相对第一次涂布光刻胶的粘度越大，该沟槽表面形成的光阻厚度越大，可避免由于光刻胶厚度不够而导致的显影液渗透腐蚀沟槽Trench内未感光的光刻胶，从而导致表面开裂的问题。
在一种实现方法中，采用多次涂布且不同粘度的负光刻胶可填补上一次涂布沟槽未完全的沟槽孔隙，可以有效解决了Trench填充不完全的问题。
在一种可选的实现方法中，采用匀加速的旋涂法在第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶，在本申请的实施例中，可采用的加速方法为300转每分钟到600转每分钟再到900转每分钟；通过缓慢的加速，可使得光刻胶充分填充沟槽Trench中。
在一种可选的实现方法中，负光刻胶的总厚度大于或等于5μm；基于本申请实施例中提供的实现方法，负光刻胶的总厚度大于或等于5μm就足够抵抗显影液的腐蚀，避免显影液渗透腐蚀沟槽Trench内未感光的光刻胶，从而导致表面开裂的问题。
进一步地，本发明实施例做了如下对比实现，提供了光阻涂布与开裂结果分组实验，如表1所示；
表1
经过上述实验数据可知，当光阻厚度为4.5um存在有开裂的问题，当厚度大于等于5um时没有开裂，有效保证了足够的光阻厚度，可抵抗显影液的腐蚀，解决了Trench填充不完全的问题，从而避免了显影液渗透腐蚀Trench内未感光的光刻胶，导致表面开裂的问题，并对该涂布方式的半导体表面进行检测，得到了如图2（a）所示的实验结果，对比图2（b）可知，在涂布的过程中保证负光刻胶的涂布厚度大于或等于5μm足够抵抗显影液的腐蚀。
S103、对涂布后的负光刻胶进行曝光；
现有技术中，由于光阻会形成T-TOP形状，底部的光刻胶宽度小于顶部光刻胶宽度，因此需要适当加到能量，保证底部的光刻胶盖住器件设计的位置。对于一般工艺，负胶的能量需要1500mj/cm2。
在一种可选的实现方法中，采用能量范围为5000 mj/cm2-6000mj/cm2对涂布的光刻胶进行一次曝光，即采用加大能量的光照对涂布的光刻胶进行曝光，在本申请文件的实施例中，可优选能量为5500mj/cm2对涂布后的负光刻胶进行一次曝光。采用加大能量的一次曝光可在降低工艺复杂程度下，有效解决了此工艺做出的光刻图形与设计上的BIAS问题。
本发明实施例进行了不同曝光能量实验，其不同曝光能量对该层图形设计总结出的BIAS问题如表2所示：
表2
可知，通过采用增大曝光量的方式，使得沟槽宽度增大，如图3（a）中的虚线尺寸所示，其可盖住图3（a）中右边的黑色区域内沟槽，且根据实验数据显示，由于晶圆wafer 显影后CD不同区域有一定的波动，为了增加工艺窗口，可至少增加到5500mj/cm2，从而能充分保证底部盖住指定Trench 沟槽，如图3（b）中的红色区域所示。
S104、在预设条件下对曝光后的负光刻胶进行显影；
其中，预设条件满足：
温度区间为110摄氏度-120摄氏度、时间区间为90秒-120秒。
在一种可选的实现方法中，将PEB温度和时间满足115℃、90秒就可以有效改善残留析出问题。
现有技术中，光刻胶需要110℃、60S的PEB时间，但是此工艺的温度和时间较低，会在晶圆wafer的局部区域，如沟槽Trench没盖到的地方会有从沟槽Trench被盖到的地方析出光刻胶残留，如图4所示；
本申请文件的实施例进行了相应实验，检验了PEB温度和时间对显影后残留的影响，其结果为表3所示；
表3
可知，本实施例中选取负光刻胶，并通过增加PEB的温度和时间，在负光刻胶感光后，充分的将负光刻胶中的小分子交联成大分子，形成不溶于显影液的大分子，从而有效解决了沟槽Trench内未被感光的负光刻胶被显影液融掉后流出形成的残留问题。
综上所述，本申请提供一种基于半导体器件的光刻方法，应用于沟槽Trench器件，该方法包括：提供蚀刻沟槽后的外延片；在外延片上涂布至少两次负光刻胶；对涂布后的负光刻胶进行曝光；在预设条件下对曝光后的光刻胶进行显影；其中，预设条件满足：温度区间为110℃-120℃、时间窗口90秒-120秒。本申请文件采用多次负光刻胶涂布的方式有效解决了沟槽Trench填充不完全的问题，避免了由于光刻胶厚度不够从而导致的显影液渗透腐蚀沟槽Trench内未感光的光刻胶从而导致表面开裂的问题；采用加大能量的一次曝光法，降低了工艺复杂程度的情况下，有效解决了光刻工艺在光刻图形与设计上的偏差问题，且在预设温度与时间条件下对曝光后的负光刻胶进行显影，使得负光刻胶感光后，更充分的将小分子交联成大分子，形成不溶于显影液的大分子，有效解决了沟槽Trench内未被感光的负光刻胶被显影液融掉后流出形成的残留问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种基于半导体光器件的光刻方法，其特征在于，应用于沟槽器件，所述方法包括：
提供蚀刻沟槽后的外延片；
在所述外延片上涂布至少两次负光刻胶；所述负光刻胶涂布于所述外延片的台面并填充所述沟槽；
对涂布后的负光刻胶进行曝光；
在预设条件下对曝光后的负光刻胶进行显影；
其中，预设条件满足：
温度区间为115摄氏度-120摄氏度、时间区间为120秒;
所述对涂布后的光刻胶进行曝光的步骤包括：
采用能量范围为5000 mj/cm2-6000mj/cm2对涂布的光刻胶进行一次曝光。
2.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，在所述外延片上涂布至少两次负光刻胶的步骤包括：
在所述外延片上涂布至少两次且粘度不同的负光刻胶。
3.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述在所述外延片上涂布至少两次负光刻胶的步骤包括：
在所述外延片的表面涂布负光刻胶，作为第一层负光刻胶；
在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶；
其中，第二次涂布的负光刻胶的粘度大于或等于第一次涂布的负光刻胶的粘度。
4.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述在所述外延片上涂布至少两次负光刻胶的步骤包括：
在所述外延片上涂布至少两次负光刻胶，其中，负光刻胶的粘度逐次递增。
5.根据权利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述负光刻胶的粘度逐次递增的步骤包括：
所述负光刻胶的粘度呈非线性逐次递增。
6.根据权利要求3所述的基于半导体光器件的光刻方法，其特征在于，所述在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶的步骤包括：
采用旋涂法在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶。
7.根据权利要求6所述的基于半导体光器件的光刻方法，其特征在于，所述采用旋涂法在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶的步骤包括：
采用匀加速的旋涂法在所述第一层负光刻胶的表面涂布第二层负光刻胶。
8.根据权利要求1所述的基于半导体光器件的光刻方法，其特征在于，所述在所述外延片上涂布至少两次的负光刻胶的步骤包括：
在所述外延片上涂布至少两次的负光刻胶，且负光刻胶的总厚度大于或等于5μm。
9.根据权利要求1所述的基于半导体光器件的光刻方法，其特征在于，所述对涂布后的光刻胶进行曝光的步骤包括：
采用能量为5500 mj/cm2对涂布的光刻胶进行一次曝光。
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- 2023-07-25 CN CN202310913108.9A patent/CN116643453B/zh active Active
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