图形化光刻胶层及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种图形化光刻胶层及其制备方法。

背景技术：

现有技术中，图形化光刻胶层的形成方法一般为：先基底上旋涂光刻胶层后对所述光刻胶层进行一次曝光后显影以形成图形化光刻胶层。而当所述光刻胶层的厚度比较厚或需要形成的图形单元的宽度比较小时，即需要形成的图形单元具有高深宽比时，在光刻工艺中仅采用一次曝光时会很难避免阴影效应(shadoweffect)的影响。阴影效应的存在会是的最终形成的所述图形化光刻胶层内形成的所述图形单元发生偏移而失真。当所述光刻胶层用于刻蚀工艺作为刻蚀阻挡层或用于离子注入工艺作为离子注入阻挡层时，会对刻蚀或离子注入区域的精度产生影响，从而影响最终形成的器件的性能。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图形化光刻胶层及其制备方法，用于解决现有技术中形成具有高深宽比的图形单元的图形化光刻胶层时存在无法避免阴影效应的影响而使得图形单元发生偏移失真的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图形化光刻胶层的制备方法，所述图形化光刻胶层的制备方法包括如下步骤：

1)提供一目标材料层；

2)于所述目标材料层上形成光刻胶层；

3)基于一光掩模版对所述光刻胶层进行第一次曝光，以于所述光刻胶层内形成第一曝光区域；

4)基于所述光掩模版于失焦及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层进行第二次曝光，以于所述光刻胶层内形成第二曝光区域，所述第二曝光区域顶部的宽度大于所述第二曝光区域其他部位的宽度；

5)对第二次曝光后的所述光刻胶层进行显影，以去除所述第二曝光区域内的光刻胶，从而于所述光刻胶层内形成若干个图形单元，所述图形单元的深宽比大于4，且所述图形单元顶部开口的宽度大于所述图形单元其他部位的宽度。

可选地，步骤1)中提供的所述目标材料层包括基底。

可选地，所述目标材料层还包括介质层，所述介质层位于所述基底的表面；步骤2)中所述光刻胶层位于所述介质层的表面。

可选地，步骤2)中形成的所述光刻胶层包括正性光刻胶层。

可选地，步骤3)中于聚焦及亚阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层进行第一次曝光。

可选地，步骤4)中形成的所述第二曝光区域上部的纵截面形状呈倒梯形；步骤5)中形成的所述图形单元上部的纵截面形状呈倒梯形。

本发明还提供一种图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有若干个图形单元，所述图形单元的深宽比大于4，且所述图形单元顶部开口的宽度大于所述图形单元其他部位的宽度。

可选地，所述图形单元上部的纵截面形状呈倒梯形。

如上所述，本发明的图形化光刻胶层及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明通过在第一次曝光后于失焦及超阈值曝光能量条件下对光刻胶层进行第二次曝光，在显影后可以在光刻胶层内形成顶部开口宽度增大的图形单元，且得到的图形化光刻胶层不存在光刻胶足部(footing)及残留物(scum)；得到的图形化光刻胶层用于刻蚀或离子注入时可以使得工艺更加简单，可以确保工艺的精确度；

本发明于聚焦及亚阈值曝光能量条件下对光刻胶层进行第一次曝光，由于曝光能量低于阈值能量，曝光后形成的第一曝光区域的光刻胶层并不能直接显影去除，只有在对光刻胶层进行第二次曝光后与第二次曝光重叠的区域的光刻胶层才可以显影区域，第一次曝光过程中即使出现偏移也不会对最终的形成的图形单元的精度产生影响。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的图形化光刻胶层的制备方法的流程图。

图2至图6显示为本发明实施例一中提供的图形化光刻胶层的制备方法中各步骤对应结构的截面结构示意图。

图7显示为本发明实施例二中提供的图形化光刻胶层的截面结构示意图。

元件标号说明

10目标材料层

101基底

102介质层

11光刻胶层

111第一曝光区域

112第二曝光区域

12图形化光刻胶层

13图形单元

131第一部

132第二部

d1第一部顶部的宽度

d2第二部顶部的宽度

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种图形化光刻胶层的制备方法，所述图形化光刻胶层的制备方法包括如下步骤：

1)提供一目标材料层；

2)于所述目标材料层上形成光刻胶层；

3)基于一光掩模版对所述光刻胶层进行第一次曝光，以于所述光刻胶层内形成第一曝光区域；

4)基于所述光掩模版于失焦及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层进行第二次曝光，以于所述光刻胶层内形成第二曝光区域，所述第二曝光区域顶部的宽度大于所述第二曝光区域其他部位的宽度；

5)对第二次曝光后的所述光刻胶层进行显影，以去除所述第二曝光区域内的光刻胶，从而于所述光刻胶层内形成若干个图形单元，所述图形单元的深宽比大于4，且所述图形单元顶部开口的宽度大于所述图形单元其他部位的宽度。

在步骤1)中，请参阅图1中的s1步骤及图2，提供一目标材料层10。

作为示例，所述目标材料层10可以为需要进行刻蚀的材料层结构或需要进行离子注入的材料层结构。在一示例中，所述目标材料层10可以为基底101，所述基底101可以包括但不仅限于硅晶圆。在另一示例中，所述目标材料层10还包括介质层102，所述介质层102位于所述基底101的表面；所述介质层102可以包括但不仅限于氧化硅层。

在步骤2)中，请参阅图1中的s2步骤及图3，于所述目标材料层10上形成光刻胶层11。

作为示例，于所述目标材料层10上形成所述光刻胶层11的具体方法为：首先，于所述目标材料层10的表面旋涂光刻胶，具体的，可以采用涂胶设备对于所述目标材料层10的表面旋涂光刻胶；然后，将旋涂后的所述光刻胶进行烘烤以得到所述光刻胶层11。

作为示例，所述光刻胶层11可以为正性光刻胶层。对所述正性光刻胶层进行曝光后，使用显影液可以将曝光区域的光刻胶予以去除。

作为示例，所述光刻胶层11的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述光刻胶层的厚度与后续在所述光刻胶层内形成的图形单元的宽度之比大于4。

在步骤3)中，请参阅图1中的s3步骤及图4，基于一光掩模版14对所述光刻胶层11进行第一次曝光，以于所述光刻胶层11内形成第一曝光区域111。

在一示例中，可以于正常曝光条件下对所述光刻胶层11进行第一次曝光，即可以于聚焦及阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行第一次曝光。但由于在第一次曝光时有可能会存在阴影效应的影响，若该步骤于正常曝光条件下对所述光刻胶层11进行第一次曝光，形成的所述第一曝光区域111可能会存在偏移，而又所述第一曝光区域111是在正常曝光条件下得到的，在后续显影的过程中所述第一曝光区域111的光刻胶可以被去除，使得最终得到的图形单元会发生偏移，从而对后续刻蚀或离子注入工艺产生不良影响。

在另一示例中，于聚焦及亚阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行第一次曝光，具体的，在最佳的聚焦条件下及亚阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行第一次曝光。需要说明的是，最佳的聚焦条件是指在曝光前的调焦过程中，所需观察的图形达到最佳的清晰度，最佳的聚焦条件也可以根据实际生产中多批次曝光产品的聚焦情况选择而得到，如何得到最佳的聚焦条件为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。需要进一步说明的是，亚阈值曝光能量是指低于阈值曝光能量(指在该能量条件下曝光后的光刻胶刚好可以被显影去除的能量)的能量，在亚阈值曝光能量下，曝光区域的光刻胶可以实现初步曝光，但由于曝光能量太低，曝光后形成的所述第一曝光区域111内的光刻胶并不能被显影去除，只有再执行一次曝光，与后续执行的曝光重叠的区域的光刻胶才能够被去除。因此，在该条件下，第一次曝光过程中形成的第一曝光区域111即使相较于目标曝光区域出现偏移，由于偏移区域与后续第二次曝光过程中形成的曝光区域不会重叠，在显影过程中偏移区域的光刻胶也不会被去除，依然可以得到精度非常高的图形单元，不会对最终的形成的图形单元的精度产生影响。

需要说明的是，在该步骤中进行第一次曝光所需的亚阈值曝光能量至少要满足低于阈值曝光能量，但所述亚阈值曝光能量的具体能量值可以由本领域技术人员根据聚焦条件结合来得到，最优选为，在最佳聚焦条件下，对所述光刻胶层11进行第一次曝光后所述第一曝光区域111的光刻胶处于不能被显影去除的临界值(即曝光能量再增加所述第一曝光区域111的光刻胶即可以被显影去除)时对应的能量即可以为该步骤中的亚阈值曝光能量。

在步骤4)中，请参阅图1中的s4步骤及图5，基于所述光掩模版14于失焦及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行第二次曝光，以于所述光刻胶层11内形成第二曝光区域112，所述第二曝光区域112顶部的宽度大于所述第二曝光区域112其他部位的宽度。

作为示例，使用与步骤3)相同的所述光掩模版14于失焦条件下及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行第二次曝光，由于该步骤中使用的所述光掩模版14与步骤3)中使用的所述光掩模版14相同，该步骤曝光时形成的所述第二曝光区域112必然包括步骤3)需要形成的目标曝光区域(即未发生偏移的所述第一曝光区域111)。需要说明的是，所述失焦条件是指相较于聚焦条件偏移一定聚焦角度，即非聚焦条件；所述超阈值曝光能量条件是指大于阈值曝光能量条件。在失焦条件及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行曝光，可以得到上部呈倒梯形的曝光区域，即所述第二曝光区域112的上部呈倒梯形，如图2所示，所述第二曝光区域112的纵截面形状(即沿平行于所述光刻胶层11厚度方向截取的截面的形状)为下部呈矩形的条状，上部呈倒梯形，所述倒梯形底部的宽度与所述矩形的宽度相同。在该步骤中得到的所述第二曝光区域112顶部的宽度大于其他部位的宽度，可以在后续显影过程中得到顶部开口的宽度大于其他部位的宽度的图形单元。

在步骤5)中，请参阅图1中的s5步骤及图6，对第二次曝光后的所述光刻胶层11进行显影，以去除所述第二曝光区域112内的光刻胶，从而于所述光刻胶层11内形成若干个图形单元13，所述图形单元13的深宽比大于4，且所述图形单元13顶部开口的宽度大于所述图形单元13其他部位的宽度。

作为示例，对第二次曝光后的所述光刻胶层11进行显影的方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。

作为示例，显影后即得到内部形成有若干个所述图形单元13的图形化光刻胶层12，所述图形单元13沿所述图形化光刻胶层12的厚度方向贯穿所述图形化光刻胶层12。所述图形单元13包括第一部131及位于所述第一部131下方且与所述第一部131的底部一体连通的第二部132；所述第一部131的纵截面形状可以成倒梯形，所述第二部132的纵截面形状可以成矩形，且所述第二部132的宽度d2与所述第一部131底部的宽度相同，小于所述第一部131顶部的宽度d1。

本发明通过在第一次曝光后于失焦及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层11进行第二次曝光，在显影后可以在所述光刻胶层11内形成顶部开口宽度增大的所述图形单元13，且得到的所述图形化光刻胶层12不存在光刻胶足部(footing)及残留物(scum)；得到的所述图形化光刻胶层12用于刻蚀或离子注入时可以使得工艺更加简单，且可以确保工艺的精确度。

实施例二

请结合图1至图6参阅图7，本发明还提供一种图形化光刻胶层12，所述图形化光刻胶层12内形成有若干个图形单元13，所述图形单元13的深宽比可以大于4，且所述图形单元13顶部开口的宽度大于所述图形单元13其他部位的宽度。

作为示例，所述图形化光刻胶层12可以采用但不仅限于如实施例一中所述的图形化光刻胶层的制备方法制备而得到。

作为示例，所述图形单元13上部的纵截面形状呈倒梯形；具体的，所述图形单元13沿所述图形化光刻胶层12的厚度方向贯穿所述图形化光刻胶层12，所述图形单元13包括第一部131及位于所述第一部131下方且与所述第一部131的底部一体连通的第二部132；所述第一部131的纵截面形状可以成倒梯形，所述第二部132的纵截面形状可以成矩形，且所述第二部132的宽度d2与所述第一部131底部的宽度相同，小于所述第一部131顶部的宽度d1。

本发明所述的所述图形单元13的顶部开口大于其他部位的宽度，所述图形化光刻胶层12用于刻蚀或离子注入时由于其具有宽度较大的开口，可以使得工艺更加简单，且可以确保工艺的精确度。

综上所述，本发明的图形化光刻胶层及其制备方法，所述图形化光刻胶层的制备方法包括如下步骤：1)提供一目标材料层；2)于所述目标材料层上形成光刻胶层；3)基于一光掩模版对所述光刻胶层进行第一次曝光，以于所述光刻胶层内形成第一曝光区域；4)基于所述光掩模版于失焦及超阈值曝光能量条件下对所述光刻胶层进行第二次曝光，以于所述光刻胶层内形成第二曝光区域，所述第二曝光区域顶部的宽度大于所述第二曝光区域其他部位的宽度；5)对第二次曝光后的所述光刻胶层进行显影，以去除所述第二曝光区域内的光刻胶，从而于所述光刻胶层内形成若干个图形单元，所述图形单元的深宽比大于4，且所述图形单元顶部开口的宽度大于所述图形单元其他部位的宽度。本发明通过在第一次曝光后于失焦及超阈值曝光能量条件下对光刻胶层进行第二次曝光，在显影后可以在光刻胶层内形成顶部开口宽度增大的图形单元，且得到的图形化光刻胶层不存在光刻胶足部(footing)及残留物(scum)；得到的图形化光刻胶层用于刻蚀或离子注入时可以使得工艺更加简单，可以确保工艺的精确度；本发明于聚焦及亚阈值曝光能量条件下对光刻胶层进行第一次曝光，由于曝光能量低于阈值能量，曝光后形成的第一曝光区域的光刻胶层并不能直接显影去除，只有在对光刻胶层进行第二次曝光后与第二次曝光重叠的区域的光刻胶层才可以显影区域，第一次曝光过程中即使出现偏移也不会对最终的形成的图形单元的精度产生影响。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。