半导体结构的制备方法与流程

1.本技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种半导体结构的制备方法。


背景技术：

2.在半导体结构（如图像传感器）中，通常通过金属垫（例如铝垫）与外部电路连接。金属垫的制作过程通常为：首先，形成金属层，并在金属层上形成光刻胶层；然后，对光刻胶层进行曝光、显影，形成图形化光刻胶层；最后，基于图形化光刻胶层，对金属层进行刻蚀形成金属垫。
3.然而，在显影的过程中，金属层会与显影液反应产生杂质残渣，杂质残渣会影响器件的性能。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对传统技术中金属层与显影液反应产生杂质残渣的问题提供一种半导体结构的制备方法。
5.为了实现上述目的，本技术提供了一种半导体结构的制备方法，包括如下步骤：提供基底，且于所述基底上形成金属层；于所述金属层上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光、显影，以于所述光刻胶层内形成凹槽；对形成有凹槽的光刻胶层进行刻蚀，去除凹槽底部光刻胶，形成图形化光刻胶，所述图形化光刻胶具有开口，开口暴露所述金属层；基于所述图形化光刻胶，对金属层进行刻蚀，以形成金属垫。
6.上述半导体结构的制备方法，在光刻胶层内形成凹槽使得凹槽底部的光刻胶被保留，此时，被保留的光刻胶可以有效保护金属层不与显影液反应，进而保护金属垫不产生杂质残渣。因此，本实施例中的半导体结构可以改善光电二极管的响应时间，从而提高图像传感器工艺的良率，改善器件的性能。
7.在其中一个实施例中，对所述光刻胶层进行曝光、显影，以于所述光刻胶层内形成凹槽，包括如下步骤：确定所述光刻胶层内的曝光焦点的位置；基于所述曝光焦点，对所述光刻胶层进行曝光、显影，以于所述光刻胶层内形成凹槽。
8.在其中一个实施例中，所述光刻胶层的厚度为aμm，所述曝光焦点位于距光刻胶层上表面a/3
±
0.5μm的位置处。
9.在其中一个实施例中，所述光刻胶层包括第一光刻胶层与第二光刻胶层，于所述金属层上形成光刻胶层包括如下步骤：于所述金属层上形成第二光刻胶层；于所述第二光刻胶层上形成第一光刻胶层。
10.在其中一个实施例中，对所述光刻胶层进行曝光、显影，以于所述光刻胶层内形成凹槽，还包括如下步骤：对所述第一光刻胶层进行曝光、显影，形成第一图形化光刻胶层，所述第一图形化光刻胶层具有开口，开口暴露所述第二光刻胶层。
11.在其中一个实施例中，所述第一光刻胶层与第二光刻胶层均采用正性光刻胶，所述第一光刻胶层的曝光能量阈值小于所述第二光刻胶层的曝光能量阈值。
12.在其中一个实施例中，所述第一光刻胶层采用正性光刻胶，所述第二光刻胶层采用负性光刻胶。
13.在其中一个实施例中，所述凹槽的深度大于阈值厚度，所述阈值厚度为图形化光刻胶作为刻蚀阻挡层的最小厚度。
14.在其中一个实施例中，所述凹槽的底角为90
°
~95
°
。
15.在其中一个实施例中，所述金属垫包括铝垫。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。
17.图1为一实施例中提供的半导体结构的制备方法的流程图；图2为一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s10中所得结构的截面结构示意图；图3为一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s30中所得结构的截面结构示意图；图4为一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s40中所得结构的截面结构示意图；图5为一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s50中所得结构的截面结构示意图；图6为另一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s21中所得结构的截面结构示意图；图7为另一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s30中所得结构的截面结构示意图；图8为另一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s40中所得结构的截面结构示意图；图9为另一个实施例中提供的半导体结构的制备方法步骤s50中所得结构的截面结构示意图。
18.附图标记说明：10-基底，21-金属层，22-金属垫，31-光刻胶层，311-第一光刻胶层，312-第二光刻胶层，32-图形化光刻胶层，321-第一图形化光刻胶层，322-第二图形化光刻胶层。
具体实施方式
19.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
20.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
21.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、 第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
22.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
23.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
24.这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。
25.在一个实施例中，请参阅图1，提供一种半导体结构的制备方法。其中，半导体结构可以包括但不限于为图像传感器结构。
26.包括如下步骤：步骤s10，提供基底10，且于基底10上形成金属层21；步骤s20，于金属层21上形成光刻胶层31；步骤s30，对光刻胶层31进行曝光、显影，以于光刻胶层31内形成凹槽；步骤s40，对形成有凹槽的光刻胶层31进行刻蚀，去除凹槽底部光刻胶，形成图形
化光刻胶，图形化光刻胶具有开口，开口暴露金属层21；步骤s50，基于图形化光刻胶，对金属层21进行刻蚀，以形成金属垫22。
27.在步骤s10中，请参阅图2，基底10可以包括衬底或者包括衬底以及形成在衬底上的多种功能层，衬底可以采用半导体材料。例如，衬底可以是硅衬底、蓝宝石衬底、砷化镓衬底、氮化镓衬底等。金属层21形成在基底10上并覆盖基底10表面，金属层21的材料可以包括但不限于为铝。
28.在步骤s20中，在金属层21上涂敷光刻胶，形成光刻胶层31。光刻胶可以包括正性光刻胶，也可以包括正性光刻胶与负性光刻胶。在曝光的过程中，正性光刻胶的被曝光区域的分子链由长链变为短链，而负性光刻胶的被曝光区域的分子链由短链变为长链。在显影的过程中，由于短链分子溶于显影液，而长链分子不溶于显影液，所以正性光刻胶的被曝光区域与显影液反应，并被去除，而负性光刻胶的被曝光区域不与显影液反应，从而被保留。
29.在步骤s30中，请参阅图3，对光刻胶层31进行曝光、显影，在光刻胶层31内形成凹槽。
30.作为示例，请参阅图3或图7，凹槽的底角α可以为90
°
~95
°
。当然，凹槽的底角可以为其他度数，在此不作限制。
31.在步骤s40中，请参阅图4，作为示例，可以对形成有凹槽的光刻胶层31进行干法刻蚀，干法刻蚀的可控性更好，可以更准确的去除凹槽底部的光刻胶。
32.基于凹槽刻蚀其底部的光刻胶并形成图形化光刻胶，凹槽的形状会影响图形化光刻胶开口的形状。开口的底角β度数与凹槽的底角度数相接近，例如可以为90
°
~95
°
。
33.在步骤s50中，请参阅图5，金属垫22由对金属层21进行刻蚀得到。
34.当金属层21包括铝层时，金属垫22包括铝垫。
35.金属垫22的形状受到图形化光刻胶形状的影响。
36.当图形化光刻胶开口的底角β度数为90
°
~95
°
时，金属垫22的底角γ度数可以为85
°
~90
°
，金属垫22的形状更接近矩形可以为后续的步骤提供较好的金属垫22形貌。
37.在本实施例中，在光刻胶层31内形成凹槽使得凹槽底部的光刻胶被保留，此时，被保留的光刻胶可以有效保护金属层21不与显影液反应，进而保护金属垫22不产生杂质残渣。因此，本实施例中的半导体结构可以改善光电二极管的响应时间，从而提高图像传感器工艺的良率，改善器件的性能。
38.在一个实施例中，步骤s30包括如下步骤：步骤s31，确定光刻胶层31内的曝光焦点的位置；步骤s32，基于曝光焦点，对光刻胶层31进行曝光、显影，以于所述光刻胶层31内形成凹槽。
39.在步骤s31中，曝光焦点为光刻胶层31内曝光光强的最大值点，焦点两侧光强依次递减。
40.作为示例，设光刻胶的厚度为aμm，曝光焦点的位置选取在光刻胶内，距离光刻胶上表面a/3
±
0.5μm处。曝光焦点与光刻胶层31的上表面间的距离小于其与光刻胶层31下表面间的距离。
41.具体地，例如，当a为6时，光刻胶厚6μm，曝光焦点可以选取在距离光刻胶上表面的1.5μm至2.5μm之间。
42.在步骤s32中，基于曝光焦点对光刻胶层31进行曝光，曝光焦点处光强最强，焦点两侧光强依次递减。曝光焦点与光刻胶层31的上表面间的距离较小，在显影过程中曝光焦点上方的光刻胶可以完全溶于显影液，而曝光焦点下方的光刻胶只有靠近焦点的部分溶于显影液，远离焦点且与金属层21接触的部分不溶于显影液，从而形成了凹槽。
43.具体的，在显影后，还可以进行烘烤等步骤，烘烤后，凹槽底部未暴露金属层21。
44.在本实施例中，曝光焦点的选取可以在光刻胶层内准确的形成凹槽结构，凹槽结构未暴露金属层21，金属层21未与显影液接触，所以不会产生杂质残渣。
45.在一个实施例中，请参阅图6，光刻胶层31包括第一光刻胶层311与第二光刻胶层312，步骤s20包括如下步骤：步骤s21，于金属层21上形成第二光刻胶层312；步骤s22，于第二光刻胶层312上形成第一光刻胶层311。
46.在步骤s21中，请参阅图6，在金属层21上涂敷一层光刻胶，作为第二光刻胶层312。
47.在步骤s22中，在第二光刻胶层312上涂敷另一层光刻胶，作为第一光刻胶层311。
48.作为示例，第一光刻胶层311和第二光刻胶层312均可以采用正性光刻胶。正性光刻胶被曝光的位置会与显影液反应，在显影结束后，该位置会被去除。
49.第一光刻胶层311的曝光能量阈值与第二光刻胶层312的曝光能量阈值相比更小。
50.曝光能量阈值为使光刻胶曝光发生反应，形成能溶于显影液的物质的最小能量。例如，曝光能量阈值可以为使光刻胶曝光时，其内的酚醛树脂与光酸抑制剂（pac）间的分子链断开，形成溶于碱性显影液的酚醛树脂的最小能量。
51.在此示例中，可以通过适当曝光能量的设置，使得曝光后，第一光刻胶层311更容易在显影过程中与显影液反应，而第二光刻胶层312不容易与显影液反应，可以为后续凹槽的形成提供基础。
52.作为又一示例，可以设置第一光刻胶层311采用正性光刻胶，第二光刻胶层312采用负性光刻胶。
53.此时，在对光刻胶层31进行曝光以及显影的过程中，在曝光区域内，正性光刻胶的分子链变短，进而与显影液反应并可以被去除，然而，负性光刻胶的分子链变长，不能溶于显影液而可以被保留。而在未曝光区域内，正性光刻胶由于不与显影液反应而被保留，负性光刻胶因位于正性光刻胶下不会与显影液反应，在显影的过程中负性光刻胶也被保留下来。
54.在此示例中，第一光刻胶层311和第二光刻胶层312选择不同曝光性质的光刻胶，光刻胶不会被完全去除，进而避免了金属层21与显影液接触并发生反应，为后续凹槽的形成提供基础。
55.在一个实施例中，请参阅图7，步骤s30还包括如下步骤：对第一光刻胶层311进行曝光、显影，形成第一图形化光刻胶，第一图形化光刻胶具有开口，开口暴露第二光刻胶层312。
56.具体地，例如，当第一光刻胶层311及第二光刻胶层312均采用正性光刻胶时，因第一光刻胶层311的曝光能量阈值小于第二光刻胶层312的曝光能量阈值，可以选取曝光能量大于第一光刻胶层311的曝光能量阈值且小于第二光刻胶层312的曝光能量阈值，使第一光刻胶层311与显影液反应形成开口，开口暴露第二光刻胶层312，进而形成凹槽结构。
57.又如，当设置第一光刻胶层311采用正性光刻胶，第二光刻胶层312采用负性光刻胶时，选取一定的曝光强度，使正性光刻胶与负性光刻胶均被曝光，第一光刻胶层311的正性光刻胶形成开口，同时，第二光刻胶层312的负性光刻胶的分子链由短链变为长链，不与显影液反应，被保留下来，进而形成凹槽结构。
58.通过曝光、显影完全去除第一光刻胶层311，而不破坏第二光刻胶层312，此时，光刻胶层31内的凹槽的深度与第一光刻胶层311的厚度一致。在其他实施例中，凹槽的深度可以与第一光刻胶层311的厚度不一致，对此不作限制。具体地，凹槽的深度可以大于第一光刻胶层311的厚度，也就是第二光刻胶层312也被部分曝光、显影。或者，凹槽的深度也可以小于第一光刻胶层311的厚度，也就是凹槽形成在第一光刻胶层311内。
59.请参阅图8及图9，对第一光刻胶层311进行曝光、显影，形成第一图形化光刻胶之后，还基于第一图形化光刻胶层321对第二光刻胶层312进行刻蚀，形成第二图形化光刻胶层322之后，继续对金属层21进行刻蚀形成金属垫22。
60.在本实施例中，第一光刻胶层311被曝光、显影从而形成开口，开口暴露第二光刻胶层312，两层光刻胶层31的设置，便于对凹槽深度的控制。
61.在一个实施例中，凹槽的深度大于阈值厚度，阈值厚度为图形化光刻胶作为刻蚀阻挡层的最小厚度。请参阅图3及图7，设定凹槽的深度为d，则d大于阈值厚度。
62.在对形成有凹槽的光刻胶层31进行刻蚀时，光刻胶层31中位于凹槽底部的光刻胶被刻蚀掉的同时，光刻胶层31位于凹槽开口两侧的光刻胶也会被刻蚀掉一定的厚度，此厚度约等于凹槽底部的光刻胶的厚度。得到图形化光刻胶后，图形化光刻胶的厚度与形成于光刻胶层31内的凹槽的深度相一致。此后，在对金属层21进行刻蚀时，图形化光刻胶层金属层21可以起到刻蚀阻挡的作用，防止金属层21被刻蚀掉。
63.具体地，请参与图7，光刻胶层31包括第一光刻胶层311与第二光刻胶层312。凹槽的深度等于第一光刻胶层311的厚度时，凹槽底部的光刻胶的厚度等于第二层光刻胶的厚度。此时，图形化光刻胶的厚度与第一层光刻胶的厚度相一致，为了保证图形化光刻胶起到刻蚀阻挡的作用，可以设置第一光刻胶层311的厚度较大，而第二光刻胶层312的厚度相较于第一光刻胶层311不能过大。
64.在本实施例中，凹槽的深度大于阈值厚度，可以使图形化光刻胶的厚度大于阈值厚度，从而在刻蚀过程中保护金属层。
65.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
66.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
67.上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施
例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。