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CN113075868B - 一种光刻胶图形化方法及双层光刻胶剥离方法 - Google Patents

一种光刻胶图形化方法及双层光刻胶剥离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光刻胶图形化方法及双层光刻胶剥离方法；所述方法包括：在衬底上依次形成第一光刻胶层及第二光刻胶层；利用掩膜版对所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层同时进行曝光处理；采用正显影液对曝光后的所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层进行正显影，分别在所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层中形成宽度相等的第一开口和第二开口；采用负显影液对所述第一光刻胶层进行负显影，增大所述第一开口的宽度，使得所述第一开口的宽度大于所述第二开口的宽度。本发明采用正光刻胶的负显影工艺，利用非曝光区的正性光刻胶溶于负显影液的特性，可以精确控制图形形状达到倒T型图形，避免对所需图案的二次曝光，保证了图案的高分辨率。

Description

一种光刻胶图形化方法及双层光刻胶剥离方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体涉及一种光刻胶图形化方法及双层光刻胶剥离方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，金属图形通常用来制作器件的引线和电极，通常使用先光刻，再经湿法或干法刻蚀的方法来形成这些金属图形，但是有些金属难以利用湿法或干法刻蚀进行腐蚀，且刻蚀这些金属图形所需的化学物质对半导体器件的其他部位都会有腐蚀影响，因此，通常使用剥离工艺来制作这些金属的图形。
传统的双层胶剥离工艺由于使用了上窄下宽的倒T型结构，降低了金属剥离难度，提高了剥离的效率；但是其制备的工艺复杂，通常都需要使用额外的曝光步骤或额外的显影液和显影步骤来增加下层光刻胶的显影速率，其工艺复杂，成本也较高。另外，目前的实际生产中的光刻处理利用正显影技术对正性光刻胶进行图案化，在采用两次正显影光刻处理的情况下，阵列图案会经受两次曝光，这会严重影响图案效果，不能满足生产要求。
发明内容
为了精确控制图形形状达到倒T型图形，避免对所需图案的二次曝光，保证了图案的高分辨率，本发明提供一种光刻胶图形化方法及双层光刻胶剥离方法。
解决上述技术问题所采用的技术内容具体如下：
一种光刻胶图形化方法，方法包括：
在衬底上依次形成第一光刻胶层及第二光刻胶层；
利用掩膜版对第一光刻胶层和第二光刻胶层同时进行曝光处理；
采用正显影液对曝光后的第一光刻胶层及第二光刻胶层进行正显影，分别在第一光刻胶层和第二光刻胶层中形成宽度相等的第一开口和第二开口；
采用负显影液对第一光刻胶层进行负显影，增大第一开口的宽度，使得第一开口的宽度大于第二开口的宽度。
进一步地方案是，第一光刻胶层和第二光刻胶层均为正性光刻胶。
进一步地方案是，正显影液为四甲基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵。
进一步地方案是，负显影液为乙酸正丁酯或甲基异丁基甲醇。
进一步地方案是，在采用负显影液对第一光刻胶层进行负显影之前包括：对第二光刻胶层进行固化。
进一步地方案是，第二光刻胶层包含光致产酸剂和酚醛树脂，采用六次甲基四胺对第二光刻胶层进行固化。
进一步地方案是，六次甲基四胺的用量为10％～15％，固化温度为150℃～170℃。
进一步地方案是，利用掩膜版对第一光刻胶层和第二光刻胶层同时进行曝光处理包括：对第一光刻胶层和第二光刻胶层以-0.05um的焦距，介于20mj/cm2～25mj/cm2的曝光剂量进行辐照。
一种双层光刻胶剥离方法，包括以下步骤：
采用上述任一方案所述方法在衬底上形成图形化的第一光刻胶层和第二光刻胶层；
在衬底上形成层金属膜；
去除第一光刻胶层及第二光刻胶层。
进一步地方案是，金属膜的厚度小于第一光刻胶层的厚度。
进一步地方案是，采用N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯或乳酸乙酯中的一种或多种对光刻胶进行剥离液。
进一步地方案是，金属膜的材料为铜、金、钛、镍、银、铂或铬。
与现有技术相比，本发明的优点至少如下：
本发明采用正光刻胶的负显影工艺，将用于负显影工艺的正性光刻胶作为双层光刻胶的底层光刻胶，利用非曝光区的正性光刻胶溶于负显影液的特性，使得在第一光刻胶层的第一开口的宽度大于第二光刻胶层的第二开口的宽度，精确控制图形形状达到倒T型图形，避免对所需图案的二次曝光，保证了图案的高分辨率；另外，使用本图形化方法可以精确地制备半导体器件的电极或引线，解决了双层光刻胶剥离工艺中制备金属图形工艺复杂问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的光刻胶图形化方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例1中双层光刻胶结构示意图；
图3为本发明实施例1中双层光刻胶曝光过程示意图；
图4为本发明实施例1中正显影处理后所得图形的结构示意图；
图5为本发明实施例1中固化处理后所得图形结构示意图；
图6为本发明实施例1中负显影处理后所得图形结构示意图；
图7为本发明实施例2中在图6表面形成金属膜后的结构示意图；
图8本发明实施例2中剥离光刻胶后的图形结构示意图；
图9为本发明实施例2的双层光刻胶剥离方法的步骤流程图。
图中：200-衬底；201-第一光刻胶层；202-第二光刻胶层；203-第一曝光区；204-第二曝光区；205-第一开口；206-第二开口；207-掩膜版；208-固化层；209-金属膜。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。
需要说明的是，在本申请文件中，所述的正显影液是指用于正显影工艺的显影液，光刻胶在曝光之前不溶于正显影液，经曝光后溶于正显影液，从而曝光区域被去除，未曝光区域被留下。负显影液是指用于负显影工艺的显影液，光刻胶在曝光之前溶于负显影液，经曝光后不溶于负显影液，从而曝光区域被留下，未曝光区域被去除。
实施例1
如图1所示，本发明实施例公开了一种光刻胶图形化方法。
在衬底200表面旋涂光刻胶，形成第一光刻胶层201；根据实际应用，在施加第一光刻胶层201之前，可以施加一层增粘剂以方便光刻胶的旋涂。将衬底200在90-110摄氏度的温度环境下烘烤，去除光刻胶中的溶剂；在衬底200上继续旋涂光刻胶，形成第二光刻胶层202；将所得衬底200在90-110摄氏度的温度环境下烘烤，去除光刻胶中的溶剂，在衬底200上形成双层光刻胶，如图2所示。
利用掩膜版207对第一光刻胶层201和第二光刻胶层202同时进行曝光，掩膜将要形成的图案遮住，将其余地方暴露于光，使得经曝光的第一光刻胶层201和第二光刻胶层202中的正性光刻胶溶于正显影液，未曝光的第一、第二光刻胶层202不溶于正性显影液；在曝光处理之前可以有软烘步骤，曝光之后进行曝光烘烤，使得光化学反应进行的更充分。具体地，第一光刻胶层201为正性光刻胶，包含有光敏产酸剂和树脂；树脂可以选用甲基丙烯酸甲酯(MMA)，环烯烃-马来酸酐(COMA)，甲基丙烯酸(2-乙烯氧基)乙酯(VEMA)中的一种；光敏产酸剂可以选用碘盐(TBI-PFOS)，硫盐(TPS-PFBS)，三苯基锍全氟丁基(TPS-Nf)，三苯基锍三氟磺酸(TPS-TF)中的一种；进一步地，可以包含光敏产酸剂7～8％、树脂30～40％、溶剂50～60％、光刻胶添加剂1％及碱性中和剂1～2％；溶剂可以选用丙二醇单甲基醚酯(PGMEA)，乳酸乙酯(EL)，甲基戊基酮(MAK)，丙二醇单甲基醚(PGME)中的一种；碱性中和剂可以选用四丁基氢氧化铵(TBAH)，四乙基氢氧化铵(TEA)，四丙基氢氧化铵(TPA)，三-十二烷基胺(TDDA)中的一种；第二光刻胶层202也为正性光刻胶，与第一光刻胶层的不同之处在于，第二光刻胶层202采用的树脂为酚醛树脂，其他的原料及配比均与第一光刻胶层相同。
将上述涂覆有两层光刻胶的衬底在曝光剂量为20mj/cm2～25mj/cm2，焦距为-0.05um的条件下进行曝光，在第一光刻胶层201形成第一曝光区203，第二光刻胶层202形成第二曝光区204；第一曝光区203的宽度等于第二曝光区204的宽度，如图3所示。
采用正显影液对图3进行正显影处理；具体地，将正显影液喷洒到第一光刻胶层201和第二光刻胶层202上，使得曝光图案显影，即经曝光的光刻胶层被去除，未曝光的光刻胶被留下，从而形成第一光刻胶层201的第一开口205和第二光刻胶的第二开口206；其中第一开口205的宽度等于第二开口206的宽度，如图4所示。其中正显影液可以为四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，当然本领域技术人员均理解正显影液不限于此，也可以是任何适用于本发明的正显影液，其不能溶解曝光前的正性光刻胶而能溶解曝光后的正胶，例如一些碱性水溶液，如四乙基氢氧化铵类有机碱，但是为了避免金属污染，一般不采用带有金属离子的碱性显影液。
采用固化剂对图4的第二光刻胶层进行固化处理，具体地，本实施例采用固化剂为10％～15％的六次甲基四胺，并在固化温度为150℃～170℃的条件下进行固化；第二光刻胶层202中的酚醛树脂可与六次甲基四胺发生反应，生成难溶的物质，形成固化层208，如图5所示。
采用负显影液对图5进行负显影处理，具体地，在第一光刻胶层201和第二光刻胶层202的表面喷洒负显影液，负显影液对第一光刻胶层201进行横向溶解，控制显影时间在45s～60s内，使得第一开口205宽度大于第二开口206的宽度，得到上窄下宽的倒T型图形，如图6所示。所述负显影液可以为乙酸正丁酯(NBA)或甲基异丁基甲醇(MIBC)，也可以是任何适用于本发明的负显影液，其能溶解曝光前的正性光刻胶而不能溶解曝光后的正性光刻胶，例如，酮类、醚类、酯类、烃类或酰胺类溶剂。
在显影结束后，通常对显影后的图形进行冲洗，其中显影后的冲洗液为有机溶剂，例如可以采用甲基异丁基酮(MIBK)、4-甲基-2-戊醇或异丙醇。
需要说明的是，若在第一光刻胶层上形成的第一开口205小于在第二光刻胶层上形成的第二开口206的宽度，也可以采用本实施例所述的负显影工艺进行显影处理，同样也可以得到如图6所示的光刻胶图形。
本实施例采用正光刻胶的负显影工艺，将用于负显影工艺的正性光刻胶作为双层光刻胶的底层光刻胶，利用非曝光区的正性光刻胶溶于负显影液的特性，可以精确控制图形形状达到倒T型图形，避免对所需图案的二次曝光，保证了图案的高分辨率。
实施例2
如图9所示，在实施例1的基础上，本实施例公开一种双层光刻胶剥离方法。
在图6的基础上，使用物理溅射或蒸发的方法在衬底200及其图形上生长一层金属膜209，如图7所示；其中金属膜209是指难以用通常的湿法或干法刻蚀进行腐蚀的金属，如采用的铜、金、钛、镍、银、铂或铬，但又不仅限于这些金属；为了防止第二光刻胶上面的金属膜209层和衬底200上的金属膜209发生黏连，金属膜209的厚度要小于第一光刻胶层201的厚度。
使用光刻胶剥离液去除第一光刻胶层201和第二光刻胶层202，第二光刻胶层202上的金属膜209也同时被去除，而在衬底200上的金属膜209得以保留，形成金属膜209图形，以作为半导体器件的引线或电极，如图8所示；光刻胶剥离液将两层光刻胶层剥离，其中光刻胶剥离液可以为N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯或乳酸乙酯中的一种或多种。
本实施例采用正光刻胶的负显影工艺，精确控制图形形状得到了上窄下宽的倒T型图形；并利用该图形制得了半导体器件的引线或电极所需的金属图形；解决了双层光刻胶剥离工艺中制备金属图形工艺复杂等问题。
本具体的实施例仅仅是对本发明的解释，而并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (12)

1.一种光刻胶图形化方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上依次形成第一光刻胶层及第二光刻胶层；
利用掩膜版对所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层同时进行曝光处理；
采用正显影液对曝光后的所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层进行正显影，分别在所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层中形成宽度相等的第一开口和第二开口；
采用负显影液对所述第一光刻胶层进行负显影，增大所述第一开口的宽度，使得所述第一开口的宽度大于所述第二开口的宽度。
2.根据权利要求1所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，所述第一光刻胶层和第二光刻胶层均为正性光刻胶。
3.根据权利要求1所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，所述正显影液为四甲基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵。
4.根据权利要求1所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，所述负显影液为乙酸正丁酯或甲基异丁基甲醇。
5.根据权利要求1所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，在采用负显影液对所述第一光刻胶层进行负显影之前包括：对所述第二光刻胶层进行固化。
6.根据权利要求5所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，所述第二光刻胶层包含光致产酸剂和酚醛树脂，采用六次甲基四胺对所述第二光刻胶层进行固化。
7.根据权利要求6所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，所述六次甲基四胺的用量为10％～15％，固化温度为150℃～170℃。
8.根据权利要求1所述的光刻胶图形化方法，其特征在于，利用掩膜版对所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层同时进行曝光处理包括：对所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层以-0.05um的焦距，介于20mj/cm2～25mj/cm2的曝光剂量进行辐照。
9.一种双层光刻胶剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用权利要求1-8中任一项所述的方法在衬底上形成图形化的第一光刻胶层和第二光刻胶层；
在衬底上形成层金属膜；
去除所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层。
10.根据权利要求9所述的双层光刻胶剥离方法，其特征在于，所述金属膜的厚度小于所述第一光刻胶层的厚度。
11.根据权利要求9所述的双层光刻胶剥离方法，其特征在于，采用N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯或乳酸乙酯中的一种或多种对所述光刻胶进行剥离液。
12.根据权利要求9所述的双层光刻胶剥离方法，其特征在于，所述金属膜的材料为铜、金、钛、镍、银、铂或铬。
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