CN117008412A - 光刻胶底切形貌的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻胶底切形貌的制作方法，包含：步骤一，提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面沉积一层反射层；步骤二，通过光刻、涂胶、曝光、显影定义所述反射层，去除最终光刻胶底切区域以外的所述反射层；步骤三，在整个半导体衬底表面涂布光刻胶；步骤四，利用特殊设计的灰度光罩曝光，灰度光罩要求从Dark主图形向外透光率渐变增强；通过反射层使得光刻胶底切区域形成光强自下而上分布，完成底切图形的光刻胶图形化。本发明通过给不同反射率的半导体衬底使用不同反射率的反射层，结合灰度光罩，反射层所在区域的光罩透光率高，曝光光束通过透光率较高的光罩区域，经反射层反射给光刻胶，能形成形貌更为理想的底切形状，提高lift‑off工艺水平。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路工艺制造领域，特别是涉及一种光刻胶底切形貌的制作方法。
背景技术
光刻(photoetching or lithography)是通过一系列生产步骤，将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留的是特征图形部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。
光刻是基本工艺中最关键的步骤。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻的质量对于集成电路的制造工艺具有相当重要的影响。
光刻机是光刻的重要设备，在半导体制造领域，光刻机是半导体集成电路制造过程中最为昂贵和必不可少的设备，光刻机的性能直接关系到工艺的能力，工艺的能力直接关系到半导体公司的制造能力。
一般半导体生产工艺为光刻-刻蚀工艺，首先在半导体基板上进行成膜，然后将光刻胶涂布在膜层上，经过光刻、曝光、显影，形成光刻胶图形。利用光刻胶作为刻蚀阻挡层，进行刻蚀工艺，去除非光刻胶区域膜层，然后将剩余光刻胶剥离，留在半导体基板上的膜层即为所需膜层。
剥离工艺（lift-off工艺）是首先将光刻胶在基板上涂布，然后经过曝光显影形成光刻胶图形，再经过成膜，最后经过剥胶工艺将光刻胶以及光刻胶上的图形一并剥离去除，剩余在基板上的图形即为所需的成膜图形。lift-off工艺的优点是省去了刻蚀步骤，节约了成本。Lift-off工艺通常作为制作金属电极的基础手段。如图1所示，lift-off工艺要求光刻胶图形具有底切（阴角）形貌，这样有利于减少后续的成膜和去除残留。顶切结构以及半导体制造工艺中的陡直形貌，对成膜不利。
通常情况下，lift-off工艺采用双层胶工艺，利用双层胶来实现曝光图形剖面结构控制，在第一层光刻胶LOR(lift-off工艺专用光刻胶)涂布之后，进行充分的烘烤，然后进行第二次光刻胶进行曝光，利用底部第一层光刻胶和顶部第二层光刻胶对能量敏感度不同，形成底切结构，但这种方法因为需要多次特殊材料LOR涂布，工艺时间和成本较多，且底切形貌控制对于比较困难，另外对于小尺寸图形实现较难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种光刻胶底切形貌的制作方法，能形成形貌优良的底切形状，提高lift-off工艺的性能。
为解决上述问题，本发明所述的一种光刻胶底切形貌的制作方法，包含：
步骤一 ：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面沉积一层反射层；
步骤二 ：通过光刻、涂胶、曝光、显影定义所述反射层，去除最终光刻胶底切区域以外的所述反射层；
步骤三 ：在整个半导体衬底表面涂布光刻胶；
步骤四 ：利用特殊设计的灰度光罩曝光，灰度光罩要求从Dark主图形向外透光率渐变增强；通过反射层使得光刻胶底切区域形成光强自下而上分布，完成底切图形的光刻胶图形化。
进一步地，所述步骤一中，所述的反射层的厚度可调，厚度范围为50～600Å。
进一步地，所述步骤一中，所述的反射层是有机材料，或者是无机材料；所述的反射层与半导体衬底的材料有高的刻蚀选择比，通过刻蚀能够定义出反射层图案。
进一步地，所述步骤二中，所述的反射层是抗反射层，或者是增强反射层；所述反射层为最终光刻胶底切形貌定义，要求底切区域反射率大于0.05。
进一步地，所述的反射层，可以是负光刻胶，或者是正光刻胶；当所述半导体衬底材料反射率大于0.05时，使用正光刻胶抗反射层；当所述半导体衬底材料反射率小于0.02时，使用负光刻胶增强反射层。
进一步地，所述的灰度光罩是具有图形密集度渐变及微小单元尺寸渐变的光罩；所述的光刻胶底切对应区域光强分布较弱，光刻胶选择激发能量较高的光刻胶，正常曝光是不足以对激活光刻胶活性，无法形成光刻胶图形。
进一步地，所述制作方法能完成单边底切形貌制作；将光刻胶图形另一边对称设置时，能形成双边底切形貌。
本发明所述的光刻胶底切形貌的制作方法，通过给不同反射率的半导体衬底使用不同反射率的反射层，结合灰度光罩，反射层所在区域的光罩透光率高，曝光光束通过透光率较高的光罩区域，经反射层反射给光刻胶，能形成形貌更为理想的底切形状，提高lift-off工艺水平。
附图说明
图1 是lift-off工艺光刻胶底切及顶切的形貌。
图2 是本发明制作方法中在衬底上沉积反射层的示意图。
图3 是本发明制作方法中反射层刻蚀之后的示意图。
图4 是本发明制作方法中涂布正性光刻胶的示意图。
图5 是本发明制作方法中使用灰度光罩对光刻胶进行曝光的示意图。
图6 是本发明制作方法中灰度光罩的示意图及光刻胶形貌仿真图。
图7 是本发明制作方法的步骤流程图。
附图标记说明
1是衬底，2是反射层，3是正性光刻胶，4是灰度光罩。
实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明不限于以下的实施方式。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明所述的一种光刻胶底切形貌的制作方法，在一个实施例中，包含如下的步骤：
步骤一 ，提供一半导体衬底，比如硅衬底、砷化镓衬底、碳化硅衬底等。不同的半导体衬底材质，在光刻工艺中的曝光工艺时对曝光光束具有不同的反射率。以硅衬底为例，在所述硅衬底1表面沉积一层反射层2，如图2所示。
反射层的厚度可调，厚度范围为50～600Å，可根据工艺需要选择合适的厚度，或者是经过多次实验取得一个最佳值。
所述的反射层可以是有机材料，也可以是无机材料；主要目的是所述的反射层与半导体衬底的材料之间有较高的刻蚀选择比，通过刻蚀能够定义出反射层图案。
所述的反射层可以是抗反射层，也可以是增强反射层，具体需要依据半导体衬底本身的反射率来决定。同时，所述的反射层，可以是负光刻胶Dark tone，也可以是正光刻胶Clear Tone。当所述半导体衬底材料反射率大于0.05时，使用正光刻胶Clear Tone抗反射层；当所述半导体衬底材料反射率小于0.02时，使用负光刻胶Dark tone增强反射层。所述的反射层为最终光刻胶底切形貌定义，要求底切区域反射率大于0.05。
步骤二，通过光刻、涂胶、曝光、显影定义所述反射层，去除最终光刻胶底切区域以外的所述反射层2，如图3所示。保留的反射层2的位置是后续用于形成光刻胶底切的位置。
步骤三，在整个半导体衬底表面涂布光刻胶，如图4所示。本实施例中，根据衬底材质的反射率，光刻胶采用正性光刻胶。
步骤四，利用特殊设计的灰度光罩曝光，灰度光罩要求从Dark主图形向外透光率渐变增强；通过反射层使得光刻胶底切区域形成光强自下而上分布，完成底切图形的光刻胶图形化，如图5所示。灰度光罩要求从DARK主图形向外透光率渐变增强，即为图5中所示的光罩4，从左到右透光率逐渐增强。
DARK主图形为图6中左侧中间大片空白区域，目标图形为Line的情况。
从左到右透光率逐渐增强的作用在于，在没有反射层的情况下，曝光光束透过光罩灰度区域的光强，虽然呈现出从左到右增强的分布，但无法引起光刻胶感光反应。在增加了抗反射层的情况下，相当于额外增加了由底部产生的曝光能量，由此在底部产生了从左到右反射光强逐渐增强的效果，从而底部形成底切。
曝光时，曝光光束从透光率较大的区域投射到衬底的反射层上，然后通过反射层反射到光刻胶上，完成对下方的光刻胶的曝光，经过显影能形成下方向两侧吃进的底切形貌。
所述的灰度光罩是具有图形密集度渐变及微小单元尺寸渐变的光罩，如图6中左侧图形所示，灰度光罩上具有大小不一且渐变排布的微小单元，其排布的密度也呈现出变化的形态，不同分布密度及尺寸大小的微小单元，能使光罩上不同局域对曝光光束具有不同的透光率，微小单元的尺寸越小，分布越密集，则透光率越低，反之越高。所述的光刻胶底切对应区域光强分布较弱，光刻胶选择激发能量较高的光刻胶，正常曝光是不足以对激活光刻胶活性，无法形成光刻胶图形。
本发明所述的光刻胶底切形貌的制作方法，通过给不同反射率的半导体衬底使用不同反射率的反射层，结合灰度光罩，反射层所在区域的光罩透光率高，曝光光束通过透光率较高的光罩区域，经反射层反射给光刻胶，能形成形貌更为理想的底切形状，提高lift-off工艺水平。上述的制作方法通过工艺模拟仿真，其仿真结果如图6中右侧所示，整个形貌满足预期的要求。
上述的制作方法能完成单边底切形貌制作，将光刻胶图形的另一边做对称设置时，也能形成双边底切形貌，本发明中不再做展示。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光刻胶底切形貌的制作方法，包含如下步骤：
步骤一，提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面沉积一层反射层；
步骤二，通过光刻、涂胶、曝光、显影定义所述反射层，去除最终光刻胶底切区域以外的所述反射层；
步骤三，在整个半导体衬底表面涂布光刻胶；
步骤四，利用特殊设计的灰度光罩曝光，灰度光罩要求从Dark主图形向外透光率渐变增强；通过反射层使得光刻胶底切区域形成光强自下而上分布，完成底切图形的光刻胶图形化。
2.如权利要求1所述的光刻胶底切形貌的制作方法，其特征在于：所述步骤一中，所述的反射层的厚度可调，厚度范围为50～600Å。
3.如权利要求1所述的光刻胶底切形貌的制作方法，其特征在于：所述步骤一中，所述的反射层是有机材料，或者是无机材料；所述的反射层与半导体衬底的材料有高的刻蚀选择比，通过刻蚀能够定义出反射层图案。
4.如权利要求1所述的光刻胶底切形貌的制作方法，其特征在于：所述步骤二中，所述的反射层是抗反射层，或者是增强反射层；所述反射层为最终光刻胶底切形貌定义，要求底切区域反射率大于0.05。
5.如权利要求1所述的光刻胶底切形貌的制作方法，其特征在于：所述的反射层，能采用负光刻胶，或者是正光刻胶；当所述半导体衬底材料反射率大于0.05时，使用正光刻胶抗反射层；当所述半导体衬底材料反射率小于0.02时，使用负光刻胶增强反射层。
6.如权利要求1所述的光刻胶底切形貌的制作方法，其特征在于：所述的灰度光罩是具有图形密集度渐变及微小单元尺寸渐变的光罩；所述的光刻胶底切对应区域光强分布较弱，光刻胶选择激发能量较高的光刻胶，正常曝光是不足以对激活光刻胶活性，无法形成光刻胶图形。
7.如权利要求1～6任一项所述的光刻胶底切形貌的制作方法，其特征在于：所述制作方法能完成单边底切形貌制作；将光刻胶图形另一边对称设置时，能形成双边底切形貌。
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