半导体结构及其形成方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。

背景技术：

在集成电路制造中，光刻工艺至关重要。半导体器件的制造需要经过上百道工艺，光刻工艺作为图案化的主要工艺步骤，在半导体器件的制造过程中处于举足轻重的地位。光刻工艺首先需要将光刻胶旋涂于介质层表面，之后进行曝光、显影等步骤。将光刻胶旋涂于薄膜表面，形成光刻胶层，所述光刻胶层和介质层之间的接触面积大小会影响光刻胶层的黏附性，从而对光刻的精确度或后续的工艺制程产生影响。

现有技术形成的光刻胶的光刻精确度不足，进而影响形成的半导体结构的性能。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法，以提高半导体结构的性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底；对所述衬底进行第一表面处理，使所述衬底表面具有第二粗糙度，且所述第二粗糙度在预设范围内；在进行所述第一表面处理之后，在所述衬底表面形成光刻胶层。

可选的，所述衬底为半导体基底。

可选的，所述衬底包括半导体基底和位于半导体基底表面的第一材料层。

可选的，所述第一材料层的材料包括：导电材料和非导电材料中的一种或多种。

可选的，所述导电材料包括：硅、氮化钛、氮化钴、氮化铝或金属。

可选的，所述非导电材料包括：氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、碳、碳化硅、氧化铝、氧化铪、氮氧化硅或碳氧化硅。

可选的，所述第一材料层为一层以上沿垂直于衬底表面方向层叠的材料层，各材料层的材料为导电材料或非导电材料。

可选的，所述第一材料层包括介质层和导电层，且介质层暴露出导电层。

可选的，在所述第一表面处理之前，所述衬底表面具有第一粗糙度。

可选的，当所述第一粗糙度的范围在0埃～10埃时，进行所述第一表面处理，使第一粗糙度增大到预设范围内的第二粗糙度；对所述衬底进行第一表面处理的方法包括：等离子表面处理、湿法刻蚀工艺或激光表面处理工艺中的一种或者几种。

可选的，当所述第一表面处理方法为等离子表面处理时，可通过降低气体流量、射频功率或压强中的一种或者几种来降低等离子体的密度，同时通过增加处理时间来增加衬底表面粗糙度；当所述第一表面处理方法为湿法刻蚀工艺时，通过增大主刻蚀液中其他成分，同时增加刻蚀时间来增加衬底表面粗糙度，所述其他成分包括：氧气、臭氧或氮化物。

可选的，当所述第一粗糙度的范围大于300埃时，进行所述第一表面处理，使第一粗糙度减小到预设范围之内的第二粗糙度；对所述衬底进行第一表面处理的方法包括：等离子表面处理、湿法刻蚀工艺或激光表面处理工艺中的一种或者几种。

可选的，当所述第一表面处理方法为等离子表面处理时，可通过增加气体流量、射频功率或压强中的一种或者多种来增加等离子体的密度，同时通过增加处理时间来减小衬底表面粗糙度；当所述第一表面处理方法为湿法刻蚀工艺时，通过降低主刻蚀液中其他成分或者不加入其他成分，同时通过增加刻蚀时间来减小衬底表面粗糙度，所述其他成分包括：氧气、臭氧或氮化物。

可选的，所述预设范围为10埃～300埃。

可选的，进行所述第一表面处理之前，还包括：对所述衬底表面进行第二表面处理；所述第二表面处理的方法包括：紫外光照射、通入氧气、紫外光照射通入的氧气、紫外光照射通入的臭氧或通入臭氧对衬底进行表面处理。

可选的，形成所述光刻胶层的工艺包括：旋涂工艺。

可选的，去除所述光刻胶层的工艺包括：干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或灰化工艺中的一种或者几种组合。

相应的，本发明还提供一种半导体结构，包括：衬底，所述衬底表面具有第二粗糙度，且所述第二粗糙度在预设范围内；位于衬底表面的光刻胶层。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的半导体结构的形成方法中，通过对衬底进行第一表面处理，使所述衬底表面具有第二粗糙度，且所述第二粗糙度在预设范围内。所述预设范围内的第二粗糙度有利于衬底和位于衬底表面的光刻胶层之间形成合适的接触面积，即，所述接触面积能够满足所述光刻胶层和衬底表面之间形成较好的黏附性。一方面，所述衬底和位于衬底表面的光刻胶层之间的黏附性足够大，不易脱离于衬底表面，使光刻胶层能够稳定黏附于衬底表面，从而有利于后续图案化，进而提高光刻精确度；另一方面，所述衬底和位于衬底表面的光刻胶层之间的黏附性不至于过大，从而满足光刻工艺形成图案之后，后续容易去除位于衬底表面的光刻胶层，从而减少衬底表面的有机物残留。综上，所述方法能够提高光刻效果，有利于提高半导体结构的性能。

进一步，进行第一表面处理之前，还包括：对所述衬底表面进行第二表面处理。通过所述第二表面处理，可以分解第一材料层表面的有机物，从而能够清除衬底表面杂质，同时也有助于减少后续的第一表面处理受到干扰，从而更容易对衬底表面进行处理，进而有助于改变衬底表面的粗糙度，有利于提高所述半导体结构的性能。

附图说明

图1是一种半导体结构的结构示意图；

图2是另一种半导体结构的结构示意图；

图3至图7是本发明一实施例的半导体结构形成方法各步骤的结构示意图；

图8至图12是本发明另一实施例的半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，所述界面的粗糙度存在缺点。

图1是一种半导体结构的结构示意图。

请参考图1，半导体结构包括：基底100；位于基底100表面的材料层110，所述材料层110具有粗糙度r1；位于所述材料层110表面的光刻胶层120。

在上述半导体结构中，所述材料层110的粗糙度r1较小，从而材料层110与光刻胶层120之间的接触面积较小，导致光刻胶层120对材料层110的黏附性较低，从而不利于后续进行的光刻工艺，导致光刻效果较差，不利于形成性能较好的半导体结构。

图2是另一半导体结构的结构示意图。

请参考图2，半导体结构包括：基底200；位于基底200表面的材料层210，所述材料层210具有粗糙度r2；位于所述材料层210表面的光刻胶层220。

在上述半导体结构中，所述材料层210的粗糙度r2较大，从而材料层210和光刻胶层220之间的接触面积较大，导致所述光刻胶层220对材料层210的黏附性较大，不利于后续光刻工艺之后，将光刻胶层220去除干净，从而使材料层210表面仍有有机物残留，从而对后续的工艺制程造成影响，不利于形成性能较好的半导体结构。

为了解决所述技术问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，提供衬底；对所述衬底进行第一表面处理，使所述衬底表面具有第二粗糙度，且所述第二粗糙度在预设范围内；在进行所述第一表面处理之后，在所述衬底表面形成光刻胶层。所述方法使所述衬底表面的第二粗糙度在预设范围之内，从而形成性能较好的半导体结构。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3至图7是本发明一实施例中半导体结构形成方法各步骤的结构示意图。

提供衬底。所述衬底可以为半导体基底；也可以包括半导体基底和位于半导体基底表面的第一材料层。

在本实施例中，所述衬底包括半导体基底和位于半导体基底表面的第一材料层。请结合图3至4，对所述衬底的形成过程进行详细说明。

请参考图3，提供基底300。

所述基底300的材料为单晶硅。

所述基底还可以是多晶硅或非晶硅。所述基底的材料还可以为锗、锗化硅或砷化镓等半导体材料。所述基底还能够是绝缘体上半导体结构，所述绝缘体上半导体结构包括绝缘体及位于绝缘体上的半导体材料层，所述半导体材料层的材料包括硅、锗、硅锗、砷化镓或铟镓砷等半导体材料。

请参考图4，在所述基底300表面形成第一材料层310。

所述衬底320包括基底300和位于基底300表面的第一材料层310。

所述第一材料层310的材料包括：导电材料和非导电材料中的一种或多种。

所述导电材料包括：硅、氮化钛、氮化钴、氮化铝或金属。

所述非导电材料包括：氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、碳、碳化硅、氧化铝、氧化铪、氮氧化硅或碳氧化硅。

所述第一材料层310可以为一层以上沿垂直于衬底表面方向层叠的材料层，各材料层的材料为导电材料或非导电材料。

所述第一材料层310也可以包括介质层和导电层，且介质层暴露出导电层。

在本实施例中，所述第一材料层310为单层材料层，且所述单层材料层的材料为氧化硅。

在其他实施例中，所述第一材料层为多层沿垂直于衬底表面方向层叠的材料层。

所述第一材料层310的形成工艺包括：化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、热氧化工艺或原子层沉积工艺。

所述第一材料层具有第一粗糙度r1。

在本实施例中，所述第一材料层310的第一粗糙度r1为大于300埃，即衬底320表面的第一粗糙度r1为大于300埃。

请参考图5，对所述衬底320进行第二表面处理。

所述第二表面处理用于清洗所述衬底320的表面。

在本实施例中，所述第二表面处理用于清洗所述第一材料层310的表面。

所述第二表面处理的方法包括：利用紫外光照射、通入氧气、紫外光照射通入的氧气、紫外光照射通入的臭氧或通入臭氧对衬底320进行表面处理。

在本实施例中，所述第二表面处理的方法为：紫外光照射通入的臭氧对所述衬底320表面进行处理。所述紫外光照射通入的臭氧的工艺参数包括：臭氧浓度为1％wt～20％wt，流量为500标准毫升/分钟～30000标准毫升/分钟，压力为1托～760托，紫外光波长为10纳米～400纳米，处理时间为10秒～600秒。

通过所述第二表面处理，所述紫外光可以分解衬底320表面的有机物，从而能够清除衬底320表面的杂质，同时，紫外光还可以将臭氧分解为氧自由基和氧气，所述氧自由基也可以清除衬底320的表面杂质，从而进一步减少衬底320的表面杂质，同时也有助于减少后续第一表面处理受到干扰，从而更容易对衬底320表面进行处理，进而有助于改变衬底320表面的粗糙度，有利于提高所述半导体结构的性能。

请参考图6，所述第二表面处理之后，对所述衬底320进行第一表面处理，使所述衬底320表面具有第二粗糙度r2，且所述第二粗糙度r2在预设范围之内。

所述第一表面处理用于使衬底320表面的第二粗糙度r2在预设范围之内。

在本实施例中，所述第一表面处理用于使第一材料层310表面的第二粗糙度r2在预设范围之内。

当所述第一粗糙度的范围大于300埃时，进行所述第一表面处理，使第一粗糙度减小到预设范围之内的第二粗糙度；对所述衬底320进行第一表面处理的方法包括：等离子表面处理、湿法刻蚀工艺或激光表面处理工艺中的一种或者几种。

当所述第一表面处理方法为等离子表面处理时，通过增加气体流量、射频功率或压强中的一种或者多种来增加等离子体的密度，同时再通过增加处理时间来降低衬底320表面粗糙度；当所述第一表面处理方法为湿法刻蚀工艺时，通过降低主刻蚀液中其他成分或者不加入其他成分，同时通过增加刻蚀时间来减小衬底320表面粗糙度，所述其他成分包括：氧气、臭氧或氮化物。

在本实施例中，所述第一材料层310的材料为氧化硅，所述第一材料层310表面的第一粗糙度r1为大于300埃，所述第一表面处理使第一粗糙度减小到预设范围内的第二粗糙度r2，具体的第一表面处理采用的方法为：等离子表面处理。所述等离子表面处理的工艺参数包括：采用的气体为nf3和nh3，其中nf3的流量为5标准毫升/分钟～100标准毫升/分钟，nh3的流量为10标准毫升/分钟～300标准毫升/分钟，处理时间为20秒～200秒。

通过第一表面处理之后，所述第一材料层310具有第二粗糙度r2，所述第二粗糙度r2为10埃～300埃。

所述第二粗糙度r2的预设范围为10埃～300埃。

选择所述预设范围的意义在于：若所述第二粗糙度r2小于10埃，则所述衬底320与后续在所述衬底320表面形成的光刻胶层之间的接触面积较小，即衬底320表面与光刻胶层之间的黏附性较小，容易脱离衬底320表面，从而使光刻胶层无法稳定黏附于衬底320表面，不利于后续进行图案化，进而光刻精确度较差，使形成的半导体结构的性能较差；若所述第二粗糙度r2大于300埃，则所述衬底320与后续在所述衬底320表面形成的光刻胶层之间的接触面积较大，即衬底320表面与光刻胶层之间的黏附性过大，则进行光刻工艺形成了图案之后，不利于去除干净衬底320表面光刻胶层，从而衬底320表面存在有机物残留，使形成的半导体结构的性能较差。

通过对衬底320进行第一表面处理，使所述衬底320的第二粗糙度r2在10埃～300埃的预设范围内，有利于衬底320和后续在所述衬底320表面形成的光刻胶层之间形成合适的接触面积，即，所述接触面积既能够满足使所述光刻胶层和衬底320之间形成较好的黏附性，又能够满足后续光刻工艺之后容易去除位于光刻胶层，减少衬底320表面的有机物残留，从而有利于提高半导体结构的性能。

请参考图7，对衬底320进行所述第一表面处理后，在衬底320表面形成光刻胶层330。

所述光刻胶层330的材料包括：底部抗反射涂层(barc)、六甲基二硅胺(hmds)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚甲基戊二酰亚胺(pmgi)或酚醛树脂(dnq)。

在本实施例中，所述光刻胶层的材料为：底部抗反射涂层(barc)。

所述光刻胶层的形成工艺为：旋涂工艺。

在本实施例中，还包括：进行光刻工艺形成图案；所述光刻工艺之后，去除位于衬底320表面的光刻胶层330。

去除所述光刻胶层330的工艺包括：干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或灰化工艺中的一种或者几种组合。

在本实施例中，去除所述光刻胶层330的工艺为灰化工艺。

由于所述衬底320的第二粗糙度r2在预设范围之内，所述衬底320表面与光刻胶层330之间的接触面积不至于过大，即，所述衬底320表面与光刻胶层330之间的黏附性不至于过大，有利于通过灰化工艺将衬底320表面的光刻胶层去除干净，从而减少衬底320表面的有机物残留，从而有利于提高形成的半导体结构的性能。

图8至图12是本发明另一实施例中半导体结构形成方法各步骤的结构示意图。

提供衬底。所述衬底可以为半导体基底；也可以包括半导体基底和位于半导体基底表面的第一材料层。

在本实施例中，所述衬底包括半导体基底和位于半导体基底表面的第一材料层。请结合图8至9，对所述衬底的形成过程进行详细说明。

请参考图8，提供基底400。

所述基底400的材料与上述实施例中的基底300相同，所述基底400的材料为硅。

请参考图9，在所述基底400表面形成第一材料层410，所述第一材料层410具有第一粗糙度r3。

所述衬底420包括基底400和位于基底400表面的第一材料层410。

在本实施例中，所述第一材料层410为双层材料层，且所述双层材料层沿垂直于衬底420表面方向层叠。所述第一材料层410包括第一材料膜(图中未示出)和位于第一材料膜表面的第二材料膜(图中未示出)。

所述第一材料膜的材料为氧化硅，所述第二材料膜的材料为氮化硅。

所述第一材料层410的形成工艺和上述实施例中第一材料层310的形成工艺相同，不再赘述。

所述第一材料层410表面具有第一粗糙度r3，所述第一粗糙度r3为2埃～8埃。

请参考图10，对所述衬底420进行第二表面处理。

在本实施例中，所述第二表面处理的方法为：采用紫外光照射对所述衬底420表面进行处理。所述紫外光照射的工艺参数包括：紫外光波长为10纳米～400纳米，处理时间10秒～600秒。

所述第二表面处理与上述实施例中的第二表面处理中紫外光作用原理相同，能够清除衬底420表面杂质，同时也有助于后续进行的第一表面处理，在此不再赘述。

请参考图11，所述第二表面处理之后，对所述衬底420进行第一表面处理，使所述衬底420具有第二粗糙度r4。

当所述第一粗糙度的范围在0埃～10埃时，进行所述第一表面处理，使第一粗糙度增大到预设范围内的第二粗糙度。对所述衬底420进行第一表面处理的方法包括：等离子表面处理、湿法刻蚀工艺或激光表面处理工艺中的一种或者几种。

当所述第一表面处理方法为等离子表面处理时，可通过降低气体流量、射频功率或压强中的一种或者几种来降低等离子体的密度，同时通过增加处理时间来增加衬底420表面粗糙度；当所述第一表面处理方法为湿法刻蚀工艺时，通过增加主刻蚀液中其他成分的浓度，同时增加刻蚀时间来增加衬底表面粗糙度，所述其他成分包括：氧气、臭氧或氮化物。

在本实施例中，所述第一表面处理的方法为：湿法刻蚀工艺。所述湿法刻蚀工艺的工艺参数包括：采用的主刻蚀液为稀释的氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液中hf：h2o的比例范围为1000：1～10：1，加入的其他成分为氧气，且所述氧气的浓度为1ml/l～30ml/l，即每升主刻蚀溶液溶解1ml～30ml氧气，刻蚀时间为1秒～10秒。

通过所述湿法刻蚀工艺处理之后，所述衬底420具有第二粗糙度r4，为10埃～300埃。

在本实施例中，所述第一材料层410为双层材料层，且所述第一材料层410的第一粗糙度r3为2埃～8埃，所述第一表面处理使第一粗糙度r3增大到预设范围内的第二粗糙度r4，所述第二粗糙度r4有利于衬底420和后续在所述衬底420表面形成的光刻胶层420之间形成合适的接触面积，即，所述接触面积能够满足使所述光刻胶层和衬底420之间形成较好的黏附性，又能够满足后续光刻工艺之后容易去除位于衬底420表面的光刻胶层420，减少衬底420表面的有机物残留，从而有利于提高半导体结构的性能。

请参考图12，对衬底420进行所述第一表面处理后，在所述衬底420表面形成光刻胶层430。

在本实施例中，所述光刻胶层430的材料为：六甲基二硅胺(hmds)。

所述光刻胶层430的形成工艺为：旋涂工艺。

相应的，本发明还提供一种半导体结构，请继续参考图7，包括：衬底320，所述衬底320表面具有第二粗糙度r2，且所述第二粗糙度r2在预设范围内；位于衬底320表面的光刻胶层330。

所述预设范围内的第二粗糙度r2有利于衬底320和位于衬底320表面的光刻胶层330之间形成合适的接触面积，即，所述接触面积能够满足所述光刻胶层330和衬底320表面之间形成较好的黏附性。一方面，所述衬底320和位于衬底320表面的光刻胶层330之间的黏附性足够大，不易脱离于衬底320表面，使光刻胶层330能够稳定黏附于衬底320表面，从而有利于后续图案化，进而提高光刻精确度；另一方面，所述衬底320和位于衬底320表面的光刻胶层330之间的黏附性不至于过大，从而满足光刻工艺形成图案之后，后续容易去除位于衬底320表面的光刻胶层330，从而减少衬底320表面的有机物残留。综上，所述半导体结构的性能较好。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。