本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，特別涉及一種光刻圖形的形成方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路制造中，光刻工藝和刻蝕工藝常反復(fù)進(jìn)行以在待處理基底上形成半導(dǎo)體圖形。通常的光刻是這樣進(jìn)行的：首先在硅片上旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠，即光阻層(PR)；然后將涂布有光刻膠的硅片曝露于某種光源下，如紫外光、電子束或者X-射線，對光阻層(PR)進(jìn)行選擇性曝光；接著經(jīng)過顯影工藝，仍保留在硅片上光阻層(PR)就形成了光刻圖形，保護(hù)著其所覆蓋的區(qū)域。

由于正光刻膠很難通過一次曝光解析出尺寸較小的孔洞圖形，負(fù)光刻膠被開始被光刻制成采用，負(fù)光刻膠層的特性與正光刻膠層是不一樣的，在進(jìn)行曝光時，負(fù)光刻膠層被曝光的區(qū)域會發(fā)生光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)，對應(yīng)形成曝光區(qū)(未被曝光的區(qū)域?qū)?yīng)為非曝光區(qū))，曝光區(qū)在進(jìn)行顯影時不溶于顯影液。

隨著集成電路工藝中的關(guān)鍵尺寸的縮小，采用負(fù)光刻膠形成的光刻圖形在形貌和尺寸上容易產(chǎn)生缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是如何防止負(fù)光刻膠層中形成的光刻圖形產(chǎn)生形貌缺陷。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種光刻圖形的形成方法，包括：

提供基底，所述基底上形成有負(fù)光刻膠層；

對部分所述負(fù)光刻膠層進(jìn)行曝光，形成曝光區(qū)，所述負(fù)光刻膠層未曝光的區(qū)域?yàn)榉瞧毓鈪^(qū)；

采用水基顯影液進(jìn)行第一顯影，去除部分厚度的曝光區(qū)，，暴露出非曝光 區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面；

第一顯影后，采用有機(jī)顯影液進(jìn)行第二顯影，去除非曝光區(qū)，形成光刻圖形。

可選的，所述水基顯影液為TMAH的水溶液。

可選的，所述TMAH水溶液的體積百分比濃度為0.1％～3％。

可選的，所述第一顯影的時間為1～100秒，TMAH的水溶液的溫度為22～23攝氏度。

可選的，所述負(fù)光刻膠層的厚度為40-1000nm。。

可選的，所述曝光區(qū)的被去除厚度為20～150埃。

可選的，所述有機(jī)顯影液為正丁醇溶液。

可選的，正丁醇溶液的體積百分比濃度為0.5-10％。

可選的，還包括：在進(jìn)行曝光后，進(jìn)行曝光后熱處理。

可選的，曝光后熱處理的溫度為100～250攝氏度，時間為50～120秒。

可選的，還包括：曝光后熱處理后進(jìn)行冷卻處理。

可選的，還包括：所述冷卻處理的溫度為22～24攝氏度，時間為30～150秒。

可選的，在進(jìn)行第一顯影后，進(jìn)行第二顯影前，進(jìn)行第一沖洗。

可選的，進(jìn)行第二顯影后，進(jìn)行第二沖洗。

可選的，進(jìn)行第二沖洗后，進(jìn)行顯影后熱處理。

可選的，所述光刻圖形為通孔或凹槽。

可選的，所述基底和負(fù)光刻膠層之間還形成有抗反射涂層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的光刻圖形的形成方法，包括：提供基底，所述基底上形成有負(fù)光刻膠層；對部分所述負(fù)光刻膠層進(jìn)行曝光，形成曝光區(qū)，所述負(fù)光刻膠層未曝光的區(qū)域?yàn)榉瞧毓鈪^(qū)；采用水基顯影液進(jìn)行第一顯影，去除部分厚度的 曝光區(qū)；第一顯影后，采用有機(jī)顯影液進(jìn)行第二顯影，去除非曝光區(qū)，形成光刻圖形。在曝光時，形成的非曝光區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面可能會被光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后形成的材料(與曝光區(qū)的材料相同)覆蓋，在曝光后，進(jìn)行第一顯影，去除部分厚度的曝光區(qū)，暴露出非曝光區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面，同時去除了非曝光區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面覆蓋的光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后形成的材料，使得在進(jìn)行第二顯影去除非曝光區(qū)時的工藝過程不會受到影響，從而提高形成的光刻圖形的尺寸均勻性并保質(zhì)較好的側(cè)壁形貌。

進(jìn)一步，所述曝光區(qū)被去除的厚度為20～150埃，在干凈的去除未曝光區(qū)的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不溶于有機(jī)顯影液的材料的同時，保證剩余的負(fù)光刻膠層的掩膜效果。

進(jìn)一步，所述TMAH水溶液的體積百分比濃度為0.1％～3％，所述第一顯影的時間為1～100秒，TMAH的水溶液的溫度為22～23攝氏度，在干凈的去除未曝光區(qū)的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不溶于有機(jī)顯影液的材料的同時，使得曝光區(qū)被去除的厚度滿足工藝要求，并且對未曝光區(qū)的影響較小。

附圖說明

圖1～圖5為本發(fā)明實(shí)施例光刻圖形形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所言，現(xiàn)有技術(shù)采用負(fù)光刻膠形成的光刻圖形容易在形貌和尺寸上容易產(chǎn)生缺陷，比如通過光刻工藝在光刻膠層中形成若干通孔圖形時，部分位置的通孔的尺寸會偏小或者該形成通孔位置沒有形成通孔。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用負(fù)光刻膠形成尺寸較小(小于100nm)的光刻圖形(比如通孔)時，負(fù)光刻膠層中需要被光照的區(qū)域定義為曝光區(qū)，負(fù)光刻膠層中不需要被光照的區(qū)域定義為非曝光區(qū)，在進(jìn)行曝光時，由于負(fù)光刻膠層表面的接收的光強(qiáng)會相對較強(qiáng)，曝光區(qū)域表面部分光酸(參與光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)的物質(zhì))會向未曝光區(qū)的表面擴(kuò)散，使得未曝光區(qū)表面的部分光刻膠材料也會發(fā)生光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)，在未曝光區(qū)的表面會形成不溶于顯影液的光刻膠材料，在采用顯影液對曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影時，由于未曝光區(qū)的表面被部分不溶于顯影液的光刻膠材料(或者光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后 形成的材料)覆蓋，加上未曝光區(qū)的尺寸很小，使得未曝光區(qū)的光刻膠材料不能被顯影液去除或者不能完全去除，從而造成形成的光刻圖形的尺寸變化或者該形成光刻圖形的位置沒有形成光刻圖形，不利于后續(xù)工藝的進(jìn)行。

為此，本發(fā)明提供了一種光刻圖形的形成方法，提供基底，所述基底上形成有負(fù)光刻膠層；對部分所述負(fù)光刻膠層進(jìn)行曝光，形成曝光區(qū)，所述負(fù)光刻膠層未曝光的區(qū)域?yàn)榉瞧毓鈪^(qū)；采用水基顯影液進(jìn)行第一顯影，去除部分厚度的曝光區(qū)；第一顯影后，采用有機(jī)顯影液進(jìn)行第二顯影，去除非曝光區(qū)，形成光刻圖形。在曝光時，形成的非曝光區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面可能會被光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后形成的材料(與曝光區(qū)的材料相同)覆蓋，在曝光后，進(jìn)行第一顯影，去除部分厚度的曝光區(qū)，暴露出非曝光區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面，同時去除了非曝光區(qū)的頂部和部分側(cè)壁表面覆蓋的光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后形成的材料，使得在進(jìn)行第二顯影去除非曝光區(qū)時的工藝過程不會受到影響，從而提高形成的光刻圖形的尺寸均勻性并保質(zhì)較好的側(cè)壁形貌。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

圖1～圖5為本發(fā)明實(shí)施例光刻圖形形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供基底201，所述基底201上形成有負(fù)光刻膠層202。

所述基底201作為待注入材料或待刻蝕材料。

在一實(shí)施例中，所述基底201的材料為半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料可以為硅(Si)、鍺(Ge)、或硅鍺(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是絕緣體上硅(SOI)，絕緣體上鍺(GOI)；或者還可以為其它的半導(dǎo)體材料，例如砷化鎵等Ⅲ-Ⅴ族化合物。

在其他實(shí)施例中，所述基底201的材料可以為介質(zhì)層材料、金屬材料或金屬化合物材料，所述介質(zhì)層材料可以為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮 碳化硅或其他合適的介質(zhì)材料，所述金屬材料可以為W、Al、Cu、Ti、Ag、Au、Pt、Ni或其他合適的金屬材料，所述金屬化合物材料可以為TiN、TaN、TaC、TaSiN、WN、Wsi或其他合適的金屬化合物材料。

所述負(fù)光刻膠層202中后續(xù)形成光刻圖形，并作為對基底201進(jìn)行注入或刻蝕時的掩膜。

所述負(fù)光刻膠層202的材料中包括感光樹脂、增感劑和溶劑，負(fù)光刻膠材料經(jīng)光照(曝光)后，被光照區(qū)域(或曝光區(qū)域)的材料能很快地發(fā)生光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)，使得曝光區(qū)域的物理性能，特別是溶解性、親合性等發(fā)生明顯變化。

所述負(fù)光刻膠層202的形成工藝為旋涂工藝，在一實(shí)施例中，所述負(fù)光刻膠層202的厚度為40-1000nm。

在一實(shí)施例中，所述基底201和負(fù)光刻膠層202之間還形成有抗反射涂層。

參考圖2和圖3，對部分所述負(fù)光刻膠層202進(jìn)行曝光，形成曝光區(qū)204，所述負(fù)光刻膠層202未曝光的區(qū)域?yàn)榉瞧毓鈪^(qū)203。

在進(jìn)行曝光時，所述掩模版101位于基底201上方，曝光光線經(jīng)過掩膜版101后對基底201上的負(fù)光刻膠層202進(jìn)行曝光，負(fù)光刻膠層202對應(yīng)被光照的區(qū)域形成曝光區(qū)204，未被曝光的區(qū)域?yàn)榉瞧毓鈪^(qū)203。

所述負(fù)光刻膠層202被光照的區(qū)域(曝光區(qū)204)發(fā)生光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)，使得該區(qū)域的物理特性與非曝光區(qū)域的物理特性發(fā)生改變。

還包括：在進(jìn)行曝光后，進(jìn)行曝光后熱處理；進(jìn)行曝光后熱處理后，進(jìn)行冷卻處理。進(jìn)行曝光后熱處理的目的是以使的曝光區(qū)的光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)更加完全、使得光酸的進(jìn)一步擴(kuò)散并烘干光刻膠層中部分溶劑和水分，進(jìn)行冷卻處理的目的是使得光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)停止、對基底進(jìn)行降溫。

在一實(shí)施例中，曝光后熱處理的溫度為100～250攝氏度，時間為50～120秒，所述冷卻處理的溫度為22～24攝氏度，時間為30～150秒。

在進(jìn)行曝光時，由于負(fù)光刻膠層202表面的接收的光強(qiáng)會相對較強(qiáng)，曝 光區(qū)域表面部分光酸會向未曝光區(qū)的表面擴(kuò)散，使得未曝光區(qū)表面的部分光刻膠材料也會發(fā)生光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)，在未曝光區(qū)的表面會形成不溶于顯影液(第二顯影時的顯影液)的光刻膠材料(特別是未曝光區(qū)的頂部邊緣處有其嚴(yán)重)，本實(shí)施例中，請參考圖3，由于未曝光區(qū)203頂部表面處形成有不溶于顯影液(第二顯影時的顯影液)的光刻膠材料，為方便示意，將曝光區(qū)203頂部邊緣(和頂部表面)的產(chǎn)生光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)區(qū)域化部分材料劃分為曝光區(qū)204的區(qū)域。

參考圖4，采用水基顯影液進(jìn)行第一顯影，去除部分厚度的曝光區(qū)204，暴露出非曝光區(qū)203的頂部和部分側(cè)壁表面。

由于曝光區(qū)204相對于非曝光區(qū)203的物理特性不相同，研究發(fā)現(xiàn)，水基顯影液對曝光區(qū)204材料(光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后形成的材料)的溶解性較高，而對非曝光區(qū)203材料的溶解性很低，采用水基顯影液進(jìn)行第一顯影時，可以去除部分厚度的曝光區(qū)204。

通過去除部分厚度的曝光區(qū)204，使得非曝光區(qū)203的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不會被曝光區(qū)材料(或者光固化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)后形成的材料)覆蓋，后續(xù)進(jìn)行第二顯影時，由于未曝光區(qū)203的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不會存在不溶于有機(jī)顯影液的材料的阻擋，通過第二顯影可以很干凈的去除未曝光區(qū)203材料，形成光刻圖形，使形成的光刻圖形的上部的側(cè)壁形貌和尺寸與下部的側(cè)壁形貌和尺寸保持一致。

所述曝光區(qū)204被去除的厚度不能太厚，太厚的話對剩余的負(fù)光刻膠層的厚度會非常有限，后續(xù)進(jìn)行刻蝕或離子注入工藝時，負(fù)光刻膠層的掩膜效果會減弱，所述曝光區(qū)被去除的厚度也不能太薄，太薄的不能有效的去除未曝光區(qū)203的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不溶于有機(jī)顯影液的材料，在一實(shí)施例中，所述曝光區(qū)204被去除的厚度為20～150埃，在干凈的去除未曝光區(qū)203的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不溶于有機(jī)顯影液的材料的同時，保證剩余的負(fù)光刻膠層的掩膜效果。

所述水基顯影液為TMAH(四甲基氫氧化銨)的水溶液或者其他合適的溶液。

TMAH的水溶液的濃度不能太大，太大的話，曝光區(qū)204被溶解的速率抬高，不好控制被去除的曝光區(qū)的量，在一實(shí)施例中，所述TMAH水溶液的體積百分比濃度為0.1％～3％，所述第一顯影的時間為1～100秒，TMAH的水溶液的溫度為22～23攝氏度，在干凈的去除未曝光區(qū)203的頂部側(cè)壁邊緣表面和頂部表面不溶于有機(jī)顯影液的材料的同時，使得曝光區(qū)204被去除的厚度滿足工藝要求，并且對未曝光區(qū)203的影響較小。

在進(jìn)行第一顯影后，進(jìn)行第二顯影前，進(jìn)行第一沖洗；進(jìn)行第一沖洗后進(jìn)行烘焙工藝，以防止水基顯影液殘留對后續(xù)第二顯影產(chǎn)生影響。所述第一沖洗采用去離子水。

參考圖5，第一顯影后，采用有機(jī)顯影液進(jìn)行第二顯影，去除非曝光區(qū)，形成光刻圖形203。

所述有機(jī)顯影液為正丁醇溶液或其他合適的溶液。

在一實(shí)施例中，所述正丁醇溶液的體積百分比濃度為0.5-10％。

進(jìn)行第二顯影后，進(jìn)行第二沖洗；進(jìn)行第二沖洗后，進(jìn)行顯影后熱處理；顯影后熱處理之后進(jìn)行冷卻處理。

所述第二沖洗采用去離子水。

在一實(shí)施例中，顯影后熱處理溫度為100～150攝氏度，時間為50～120秒。

所述冷卻處理的溫度為22～24攝氏度，時間為30～150秒。

所述光刻圖形203可以為通孔或凹槽。

還包括：以剩余的負(fù)光刻膠層為掩膜，沿光刻圖形203對基底201進(jìn)行離子注入或刻蝕。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。