光刻胶图形的形成方法与流程

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种光刻胶图形的形成方法。

背景技术：

随着半导体集成电路技术的不断发展，半导体器件尺寸不断减小，集成密度也不断增加。如何获得高质量的，且关键尺寸(Critical Dimension，CD)小的器件是目前半导体的研究热点和未来发展的趋势。

现有技术公开了一种化学收缩技术，通过分辨率增强光刻辅助化学收缩(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink，RELACS)试剂缩小孔洞或沟槽的关键尺寸。该方法的基本原理为在图形化的光刻胶表面存在的光酸的作用下，RELACS试剂中的高分子和交联分子发生交联反应，此交联反应在光刻胶表面形成一层交联层以增大光刻胶图形的宽度。由于孔洞或沟槽是通过刻蚀相邻光刻胶之间的材料形成，光刻胶图形宽度的增大意味着孔洞或沟槽关键尺寸的收缩。

然而，RELACS试剂受到光酸分布的制约，缩小的尺寸和光酸浓度有很强的关联性。而本领域技术人员均知道，在光刻胶图形化的过程中图形密集区域受到的光照比较多，接收的光子数量也就多，导致产生的光酸也更多。在图形化后，在图形密集区，光酸浓度高，而在图形空旷区，光酸密度低。这也就决定了使用RELACS试剂缩小关键尺寸的方法，在不同区域缩小的尺寸会有较大差异，这会导致后续光学临近矫正(Optical Proximity Correction，OPC)难度增加。

因此，需要稳定的收缩关键尺寸的方法。

技术实现要素：

本发明提供光刻胶图形的形成方法，可以准确地控制图形化的光刻胶尺寸增大的程度，因此对应结构关键尺寸的缩小程度稳定、可控。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种光刻胶图形的形成方法，包括：

形成图形化的光刻胶；

在所述图形化的光刻胶表面涂覆甲基丙烯酸类树脂；以及

烘烤涂覆有甲基丙烯酸类树脂的所述图形化的光刻胶，使部分所述图形化的光刻胶与所述甲基丙烯酸类树脂发生反应，从而在所述图形化的光刻胶的表面形成交联层。

可选地，所述方法进一步包括用有机溶剂冲洗，去除残留的所述甲基丙烯酸类树脂。

可选的，所述甲基丙烯酸树脂为具有式(Ⅰ)结构的聚合物，

其中，n和m分别为聚合度，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中至少一个为亚甲基丙烯酸酯。

可选的，所述n和m分别为10～30的整数。

可选的，所述R₁、R₂、R₃、R₄和R₅其中至少一个为氢。

可选的，所述亚甲基丙烯酸酯为亚甲基丙烯酸杂环酯和具有极性基团的亚甲基丙烯酸酯中的至少一种。

可选的，所述具有式(Ⅰ)结构的聚合物的分子量为5000～8000。

可选的，所述烘烤的时间为40～80秒。

可选的，所述烘烤的温度为80～120℃。

可选的，所述有机溶剂为醇类。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明采用甲基丙烯酸类树脂与光刻胶材料进行反应以增大图形化的光刻胶的尺寸，反应与光酸浓度无关，增大的尺寸仅与甲基丙烯酸类树脂的结构有关，故图形化的光刻胶的尺寸增大程度稳定、可控，也就意味着后续形成的对应结构(例如，沟槽、孔洞等)的关键尺寸的缩小程度稳定、可控；

进一步的，在光刻胶图形的形成过程中，对图形化的光刻胶进行了二次修正，所以对环形粗糙度(circularity)或线条粗糙度(LWR)有一定的改善作用；

进一步的，所述具有式(I)结构的甲基丙烯酸类树脂的结构与光刻胶的结构相似，因此形成的交联层的结构与光刻胶的结构也相似，故后续的去除过程中，可以与光刻胶以相同的方法一并去除。

附图说明

图1是本发明实施例的光刻胶图形的形成方法的流程示意图；

图2至图5为本发明实施例的光刻胶图形形成的过程的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例中光刻胶图形增大程度与节距(pitch)的相关性研究结果。

具体实施方式

由于在现有技术中，通过RELACS试剂进行的化学收缩技术，受到光酸分布的制约，缩小的尺寸和光酸浓度有很强的关联性。而图形化后的光刻胶，在图形密集区，光酸浓度高，而在图形空旷区，光酸密度低，这也就决定了使用RELACS试剂的方法，缩小的尺寸会有较大差异，故导致光学临近矫正 (Optical Proximity Correction，OPC)难度增加。因此，发明人经过研究，提出了一种光刻胶图形的形成方法，所述形成方法包括：形成图形化的光刻胶；在所述图形化的光刻胶表面涂覆甲基丙烯酸类树脂；以及烘烤涂覆有甲基丙烯酸类树脂的所述图形化的光刻胶，使部分所述图形化的光刻胶与所述甲基丙烯酸类树脂发生反应，从而在所述图形化的光刻胶的表面形成交联层。由于采用甲基丙烯酸类树脂与光刻胶材料进行反应以增大图形化的光刻胶的尺寸，反应与光酸浓度无关，增大的尺寸仅与甲基丙烯酸类树脂的结构有关，故图形化的光刻胶的尺寸增大程度稳定、可控，也就意味着后续形成的对应结构(例如，沟槽、孔洞等)的关键尺寸的缩小程度稳定、可控。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。本发明实施例首先提供了一种光刻胶图形的形成方法，请参考图1，为本发明实施例的光刻胶图形的形成方法的流程示意图，具体包括：

步骤S101，形成图形化的光刻胶；

步骤S102，在所述图形化的光刻胶表面涂覆甲基丙烯酸类树脂；

步骤S103，烘烤所述涂覆后的图形化的光刻胶，形成交联层；

步骤S104，去除残留的甲基丙烯酸类树脂。

图2至图5为本发明实施例的光刻胶图形形成过程的剖面结构示意图。

请参考图2，在衬底100表面形成图形化的光刻胶101，所述衬底100不是必须的，图形化的光刻胶101可以形成在任何待刻蚀的结构的表面。本发明有些实施例以衬底为例进行说明。

所述衬底100为单层结构或多层堆叠结构。

当所述衬底100为单层结构时，所述衬底100为硅衬底、锗衬底、硅锗 衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底其中的一种。

当所述衬底100为多层堆叠结构时，所述衬底100包括半导体衬底(未示出)和位于半导体衬底表面的一层或多层层间介质层(未示出)。

所述图形化的光刻胶101可以是正胶或者负胶，图形化光刻胶的方法为本领域技术人员所熟知的方法，在此不再赘述。

请参考图3，在所述图形化的光刻胶101表面涂覆甲基丙烯酸类树脂，形成甲基丙烯酸类树脂层102。

所述甲基丙烯酸类树脂层102覆盖所述衬底100和所述图形化的光刻胶101的表面。

所述涂覆的方法为本领域技术人员所熟知的方法，在此不再赘述。

本发明对甲基丙烯酸类树脂的结构没有特殊限定，只要能够和所述图形化的光刻胶101发生交联反应即可。本发明有些实施例中甲基丙烯酸类树脂为具有式(I)结构的聚合物，

其中，n和m分别为聚合度，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中至少一个为亚甲基丙烯酸酯。所述具有式(I)结构的甲基丙烯酸类树脂和光刻胶的结构相似，因此后续形成的交联层的结构与光刻胶的结构也相似，故后续的去除过程中，可以与光刻胶以相同的方法一并去除。

所述R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中有至少一个为亚甲基丙烯酸酯即可，对于其它取代基并无特殊的限定。本发明有些实施例中所述R₁、R₂、R₃、R₄和R₅ 至少两个相同。本发明有些实施例中所述R₁、R₂、R₃、R₄和R₅也可以均不同。本发明有些实施例中R₁、R₂、R₃、R₄和R₅中至少一个氢。所述R₁、R₂、R₃、R₄和R₅的可以参照光刻胶的结构，与光刻胶结构相似度越大，后续形成的交联层的结构与光刻胶的结构越相似，因此在去除的过程中，可以实现与光刻胶以相同的方法一并去除。

所述n和m分别为聚合度，并无特殊的限定。所述n和m的数值越小的话，图形化的光刻胶增大的尺寸越小，所述n和m的数值越大的话，图形化的光刻胶增大的尺寸越大。本发明有些实施例中，所述n和m分别为10～30的整数。聚合度为10～30的聚合物光刻胶图形增大的效果更好，既不会因为聚合度太小，达不到增大的效果，也不会因为聚合度太大，导致涂覆过程中聚合物不能很好地涂覆到相邻的图形化的光刻胶之间的沟槽中。

本发明对于具有式(I)结构的聚合物的分子量并无特殊的限定。本发明有些实施例中所述具有式(I)结构的聚合物的分子量为5000～8000，此分子量和光刻胶的分子量接近，因此从分子量上进一步保证了与光刻胶的相似性，进一步保证了在去除的过程中，可以实现与光刻胶以相同的方法一并去除。

请参考图4，烘烤所述涂覆后的图形化的光刻胶，形成交联层103，所述图形化的光刻胶101和所述交联层103一起构成光刻胶图形。

所述烘烤的方法为领域技术人员所公知的方法即可，并无特殊的限定。本发明有些实施例中烘烤的温度为80～120℃，时间为40～80秒。如果烘烤温度太低，交联反应会出现不完全的现象，需要的烘烤时间也相应较长；如果烘烤温度太高，一旦超过光刻胶本身的玻璃化温度，会导致光刻胶变形。所述烘烤过程主要作用在于使甲基丙烯酸类树脂与图形化的光刻胶表面的游离羟基发生交联反应，形成所述交联层103。本实施例中以具有式(Ⅰ)结构的甲基丙烯酸类树脂为例，对发生交联反应的机理进行说明。本领域技术人 员均知道光刻胶为具有式(Ⅱ)结构的聚合物，

其中，光刻胶中的离去基团在图形化或者加热的过程中均比较容易离去，因此在图形化的光刻胶101表面有很多游离的羟基。而在所述具有式(Ⅰ)结构的甲基丙烯酸类树脂的结构中又存在很多游离的羧基，因此在烘烤的过程中，所述图形化的光刻胶中游离的羟基和所述具有式(Ⅰ)结构的甲基丙烯酸类树脂中游离的羧基发生交联反应，形成所述交联层103。所述图形化的光刻胶101和所述交联层103一起构成光刻胶图形。

所述具有式(Ⅰ)结构的甲基丙烯酸类树脂中的亚甲基丙烯酸酯并无特殊的限定。本发明有些实施例中亚甲基丙烯酸酯为亚甲基丙烯酸杂环酯和具有极性基团的亚甲基丙烯酸酯中的至少一种。所述亚甲基丙烯酸杂环酯可提高所述交联层103阻挡刻蚀的能力，而具有极性基团的亚甲基丙烯酸酯可以用来调整所述交联层103的极性。

本发明有些实施例中所述亚甲基丙烯酸杂环酯为具有式(Ⅲ)、式(Ⅳ)、式(Ⅴ)、式(Ⅵ)和式(Ⅶ)结构中的至少一种，具有式(Ⅲ)、式(Ⅳ)、式(Ⅴ)、式(Ⅵ)或者式(Ⅶ)结构的甲基丙烯酸类树脂和所述图形化的光刻胶101形成的所述交联层103有更好的阻挡刻蚀的能力。

本发明有些实施例中所述具有极性基团的亚甲基丙烯酸酯为具有式(Ⅷ)和式(Ⅸ)结构中的至少一种，具有式(Ⅷ)或者式(Ⅸ)结构的取代基可以进一步调整甲基丙烯酸类树脂的极性。

其中A为金属。

请参考图5，去除残留的甲基丙烯酸类树脂。

所述去除残留的甲基丙烯酸类树脂的方法为本领域所熟知的方法即可。本发明有些实施例中采用有机溶剂冲洗的方法进行去除。所述有机溶剂能够溶解甲基丙烯酸类树脂即可，并无特殊的限制。本发明有些实施例中为醇类。进一步的，本发明有些实施例中为正丁醇，正丁醇对甲基丙烯酸类树脂有较 好的溶解性。

由上述原理可知，图形化的光刻胶增大的尺寸仅与甲基丙烯酸类树脂的结构有关，与操作对象和操作过程无关。下面结合具体的实验数据进行说明。

请参考图6，为本发明实施例中光刻胶图形增大程度与节距(pitch)的相关性研究结果。

所述节距是指相邻图形化的光刻胶之间的节距。从附图6可以看出，横坐标代表所述节距，纵坐标代表图形化的光刻胶增大的尺寸。所述节距在150nm到1000nm的范围变化，而图形化的光刻胶增大的尺寸的差异变化很小，仅有3.5nm。因此，进一步说明了利用本发明所述形成光刻胶图形的方法，实现图形化的光刻胶增大的尺寸与光刻胶图形密集程度无关，增大程度稳定、可控。

综上，本发明实施例中，由于采用采用甲基丙烯酸类树脂与光刻胶材料进行反应以增大图形化的光刻胶的尺寸，反应与光酸浓度无关，增大的尺寸仅与甲基丙烯酸类树脂的结构有关，故图形化的光刻胶的尺寸增大程度稳定、可控，也就意味着后续形成的对应结构(例如，沟槽、孔洞等)的关键尺寸的缩小程度稳定、可控；

进一步的，在光刻胶图形的形成过程中，对图形化的光刻胶进行了二次修正，所以对环形粗糙度(circularity)或线条粗糙度(LWR)有一定的改善作用；

进一步的，所述具有式(I)结构的甲基丙烯酸类树脂的结构与光刻胶的结构相似，因此形成的交联层的结构与光刻胶的结构也相似，故后续的去除过程中，可以与光刻胶以相同的方法一并去除。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的 方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。