高深宽比图形的形成方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010687576.5 (22)申请日 2020.07.16 (71)申请人 上海华力微电子有限公司 地址 201315 上海市浦东新区良腾路6号 (72)发明人 杨要华马立飞 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人 曹廷廷 (51)Int.Cl. H01L 21/027(2006.01) H01L 27/146(2006.01) (54)发明名称 高深宽比图形的形成方法 (57)摘要 本发明提供了一种高深宽比图形的形成方 法。 。

2、所述形成方法包括： 在半导体衬底上形成第 一光刻胶层和位于所述第一光刻胶层上的第二 光刻胶层； 对所述第二光刻胶层进行曝光和显影 工艺， 以将光罩上的目标图案转移至所述第二光 刻胶层上， 形成图案化的第二光刻胶层； 以所述 图案化的第二光刻胶层为掩膜层， 对所述第一光 刻胶层进行曝光和显影工艺， 以将所述第二光刻 胶层上的图案转移到所述第一光刻胶层上。 由于 本发明先在半导体衬底上形成一层预设厚度的 第一光刻胶层， 再在所述第一光刻胶层上形成厚 度小于第一光刻胶层厚度的第二光刻胶层， 之后 采用不同光源对其分别曝光显影， 从而避免了光 刻胶层曝光显影不充分， 导致形成在衬底上的光 刻胶层的景深。

3、小的问题。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 111799156 A 2020.10.20 CN 111799156 A 1.一种高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述形成方法包括： 提供一半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成第一光刻胶层和位于所述第一光刻胶层上的第二光刻胶层； 采用第一曝光光源对所述第二光刻胶层进行曝光和显影工艺， 以将光罩上的目标图案 转移至所述第二光刻胶层上， 形成图案化的第二光刻胶层； 以所述图案化的第二光刻胶层为掩膜层， 并采用第二曝光光源对所述第一光刻胶层进 行曝光和显影工艺， 以将所述第二光刻胶层上的图案转移到所述第一光刻胶层上。 2.如权利要求1。

4、所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第一曝光光源的波 长比所述第二曝光光源的波长短。 3.如权利要求2所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第一曝光光源为深 紫外DUV光源或者极紫外光EUV光源。 4.如权利要求2或3所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第一曝光光源 为KrF准分子激光、 ArF准分子激光或F2准分子激光。 5.如权利要求2所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第二曝光光源为波 长大于350nm的紫外光光源。 6.如权利要求2或5所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第二曝光光源 为波长为365nm或436nm的高。

5、压汞灯。 7.如权利要求1所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第一光刻胶的厚度 大于第二光刻胶的厚度。 8.如权利要求1所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 在将所述第二光刻胶层 上的图案转移到所述第一光刻胶层上后， 所述第一光刻胶层和第二光刻胶层组合成高深宽 比图形， 所述高深宽比图形的深宽比为430。 9.如权利要求1或7或8所述的高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 所述第一光刻胶 层的厚度与所述第二光刻胶的厚度之比为220； 和/或， 所述第一光刻胶层的厚度可以为 0.5 m3.5 m， 所述第二光刻胶的厚度可以为0.2 m1.5 m。 10.如权利要求1所述的。

6、高深宽比图形的形成方法， 其特征在于， 在将所述第二光刻胶 层上的图案转移到所述第一光刻胶层上之后， 还包括 以所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层为掩膜， 刻蚀所述半导体衬底， 以将所述第 一光刻胶层中的图案转移到所述半导体衬底上； 或者， 还包括： 去除所述第二光刻胶层， 并以所述第一光刻胶层为掩膜， 刻蚀所述半导 体衬底， 以将所述第一光刻胶层中的图案转移到所述半导体衬底上； 再或者， 还包括： 先去除所述第二光刻胶层， 并以所述第一光刻胶层为掩膜， 对所述半 导体衬底进行离子注入， 以在所述半导体衬底中形成离子注入区。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111799156 A 2 高深宽。

7、比图形的形成方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体技术领域， 特别涉及一种高深宽比图形的形成方法。 背景技术 0002 在互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor， CMOS) 图像传感器芯片制造工艺中， 常常要用到高深宽比的图形结构， 以满足器件的设计要求。 目 前， 为了形成高深宽比的图形结构(例如， 通孔或岛状结构)， 在执行光刻工艺时， 通常会在 衬底表面涂覆厚度较厚的光刻胶层， 并利用一光罩对该光刻胶层执行多次曝光以将光罩上 的图案复制到光刻胶层， 再执行显影步骤， 以在所述光刻胶层中形成高深宽比的图形结构， 之后， 以。

8、前述形成的光刻胶结构为基础进行离子注入。 0003 然而， 在对光刻胶层执行多次曝光的过程中， 由于光刻胶层的厚度较厚， 则通常会 通过增大光束的能量以提高曝光强度， 来对该厚度较厚的光刻胶层进行曝光。 此时， 较高能 量的光束会使得最终形成在该光刻胶层的顶部被过度曝光， 则使得后续执行显影步骤时， 无法在光刻胶中形成预期形状的高深宽比的图形结构； 同时， 基于该光刻胶层的厚度较厚， 该光刻胶层的底部不易被曝光， 则导致后续执行完显影步骤后， 光刻胶层无法暴露出衬底。 这会导致形成在衬底上的光刻胶层的景深小， 从而造成最终制得的半导体器件的产能低和 成本高的问题。 0004 因此， 亟需一种克。

9、服形成在衬底上的光刻胶层存在景深小的问题， 在传统的介质 薄膜结构的基础上形成满足景深大的高深宽比图形的方法。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种高深宽比图形的形成方法， 以解决现有的高深宽比图 形的形成方法中形成在衬底上的光刻胶层的景深小的问题。 0006 为解决上述技术问题， 本发明提供一种高深宽比图形的形成方法， 所述形成方法 包括： 0007 提供一半导体衬底； 0008 在所述半导体衬底上形成第一光刻胶层和位于所述第一光刻胶层上的第二光刻 胶层； 0009 采用第一曝光光源对所述第二光刻胶层进行曝光和显影工艺， 以将光罩上的目标 图案转移至所述第二光刻胶层上， 形成图案化的。

10、第二光刻胶层； 0010 以所述图案化的第二光刻胶层为掩膜层， 并采用第二曝光光源对所述第一光刻胶 层进行曝光和显影工艺， 以将所述第二光刻胶层上的图案转移到所述第一光刻胶层上。 0011 可选的， 所述第一曝光光源的波长比所述第二曝光光源的波长短。 0012 可选的， 所述第一曝光光源为深紫外DUV光源或者极紫外光EUV光源。 0013 可选的， 所述第一曝光光源为KrF准分子激光、 ArF准分子激光或F2准分子激光。 0014 可选的， 所述第二曝光光源为波长大于350nm的紫外光光源。 说明书 1/6 页 3 CN 111799156 A 3 0015 可选的， 所述第二曝光光源为波长为。

11、365nm或436nm的高压汞灯。 0016 可选的， 所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层的涂覆方式为旋转涂布法或喷雾 式涂布法。 0017 可选的， 所述第一光刻胶的厚度大于第二光刻胶的厚度。 0018 可选的， 在将所述第二光刻胶层上的图案转移到所述第一光刻胶层上后， 所述第 一光刻胶层和第二光刻胶层组合成高深宽比图形， 所述高深宽比图形的深宽比为430。 0019 可选地， 所述第一光刻胶层的厚度与所述第二光刻胶的厚度之比为220； 和/或， 所述第一光刻胶层的厚度可以为0.5 m3.5 m， 所述第二光刻胶的厚度可以为0.2 m1.5 m。 0020 可选的， 在将所述第二光刻胶层上的。

12、图案转移到所述第一光刻胶层上之后， 还可 以包括： 以所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层为掩膜， 刻蚀所述半导体衬底， 以将所述 第一光刻胶层中的图案转移到所述半导体衬底上； 0021 或者， 还可以包括： 去除所述第二光刻胶层， 并以所述第一光刻胶层为掩膜， 刻蚀 所述半导体衬底， 以将所述第一光刻胶层中的图案转移到所述半导体衬底上； 0022 再或者， 还包括： 先去除所述第二光刻胶层， 并以所述第一光刻胶层为掩膜， 对所 述半导体衬底进行离子注入， 以在所述半导体衬底中形成离子注入区。 0023 与现有技术相比， 本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一： 0024 1、 由于本发明先在。

13、半导体衬底上形成一层预设厚度的第一光刻胶层， 再在所述第 一光刻胶层上形成厚度小于第一光刻胶层厚度的第二光刻胶层， 之后采用不同光源对其分 别曝光显影， 从而避免了光刻胶层曝光显影不充分， 导致形成在衬底上的光刻胶层的景深 小的问题。 0025 2、 由于在本发明实施例中采用双层涂胶， 分别曝光显影的方式， 下层的第一光刻 胶层用于阻挡离子注入， 第二光刻胶层用于产生工艺要求的线宽。 由于第二光刻胶层具有 景深大的特性且第一光刻胶层具有密度大、 成本低的特性， 同时， 在对第一光刻胶层进行曝 光时并不需要光罩， 只需少量的能量便可把第二光刻胶层中定义好的图型转移到第一光刻 胶层中， 从而实现了。

14、在形成高深宽比图形的同时降低了半导体器件的制造成本的目的。 附图说明 0026 图1为一种高深宽比图形的形成方法的流程示意图； 0027 图2a图2e为本发明一实施例中的高深宽比图形的形成方法在其制备过程中的 结构示意图。 具体实施方式 0028 承如背景技术所述， 目前， 为了形成满足图像传感器芯片制造工艺中中需要的高 深宽比的图形结构， 在执行光刻工艺时， 通常会在衬底表面涂覆厚度较厚的光刻胶层， 并利 用一光罩对该光刻胶层执行多次曝光以将光罩上的图案复制到光刻胶层， 再执行显影步 骤， 以在所述光刻胶层中形成高深宽比的图形结构， 之后， 以前述形成的光刻胶结构为基础 进行离子注入。 然而。

15、， 在对光刻胶层执行多次曝光的过程中， 由于光刻胶层的厚度较厚， 则 通常会通过增大光束的能量以提高曝光强度， 来对该厚度较厚的光刻胶层进行曝光。 此时， 说明书 2/6 页 4 CN 111799156 A 4 较高能量的光束会使得最终形成在该光刻胶层的顶部被过度曝光， 则使得后续执行显影步 骤时， 无法在光刻胶中形成预期形状的高深宽比的图形结构； 同时， 基于该光刻胶层的厚度 较厚， 该光刻胶层的底部不易被曝光， 则导致后续执行完显影步骤后， 光刻胶层无法暴露出 衬底。 这会导致形成在衬底上的光刻胶层的景深小， 从而造成最终制得的半导体器件的产 能低和成本高的问题。 0029 为此， 本发。

16、明提供了一种高深宽比图形的形成方法， 以解决现有的高深宽比图形 的形成方法中形成在衬底上的光刻胶层的景深小的问题。 例如参考图1所示， 所述高深宽比 图形的形成方法包括如下步骤： 0030 步骤S100， 提供一半导体衬底； 0031 步骤S200， 在所述半导体衬底上形成第一光刻胶层和位于所述第一光刻胶层上的 第二光刻胶层； 0032 步骤S300， 采用第一曝光光源对所述第二光刻胶层进行曝光和显影工艺， 以将光 罩上的目标图案转移至所述第二光刻胶层上， 形成图案化的第二光刻胶层； 0033 步骤S400， 以所述图案化的第二光刻胶层为掩膜层， 并采用第二曝光光源对所述 第一光刻胶层进行曝光。

17、和显影工艺， 以将所述第二光刻胶层上的图案转移到所述第一光刻 胶层上。 0034 即， 由于本发明先在半导体衬底上形成一层预设厚度的第一光刻胶层， 再在所述 第一光刻胶层上形成厚度小于第一光刻胶层厚度的第二光刻胶层， 之后采用不同光源对其 分别曝光显影， 从而避免了光刻胶层曝光显影不充分， 导致形成在衬底上的光刻胶层的景 深小的问题。 0035 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高深宽比图形的形成方法作进一步 详细说明。 根据下面说明， 本发明的优点和特征将更清楚。 需说明的是， 附图均采用非常简 化的形式且均使用非精准的比例， 仅用以方便、 明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 0036 。

18、图2a图2e为本发明一实施例中的高深宽比图形的形成方法在其制备过程中的 结构示意图。 0037 在步骤S100中， 具体参考图2a所示， 提供一半导体衬底100， 所述半导体衬底100可 以是以下所提到的材料中的至少一种： Si、 Ge、 SiGe、 SiC、 SiGeC、 InAs、 GaAs、 InP或者其它 III/V化合物半导体， 还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(SOI)、 绝缘 体上层叠硅(SSOI)、 绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、 绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘 体上锗(GeOI)等。 示例性的， 在本实施例中， 所述半导体衬底100为硅衬底。。

19、 0038 需要说明的是， 半导体衬底100可以是集成电路制造的前段制程(FEOL)中的衬底， 也可以是进入集成电路制造后段制程(BEOL)的衬底， 所述半导体衬底100中或该半导体衬 底100的表面上还可以定义有相应的各种结构(未图示)， 例如， 在该半导体衬底100中还可 以形成有隔离结构， 所述隔离结构可以为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔 离结构， 并通过隔离结构定义半导体衬的有源区。 0039 继续参考图2a所示， 在步骤S200中， 在所述半导体衬底100上形成第一光刻胶110 和位于所述第一光刻胶层110上的第二光刻胶层120。 0040 其中， 所述第一光。

20、刻胶层采用的光刻胶可以为I-line类型的光刻胶， 且该I-line 类型的光刻胶的感光剂为对普通紫外光I-line(波长大于350nm)感光的第一感光树脂； 示 说明书 3/6 页 5 CN 111799156 A 5 例性的， 作为本发明的一种可选实施方式， 所述第一感光树脂可以包括萘醌系重氮型感光 树脂， 该感光树脂的数均分子量为4002000。 萘醌系重氮型感光树脂的聚合物分子中含有 邻位重氮萘醌结构， 吸收光能后溶解性能从油溶性转变成碱水溶性。 而所述第二光刻胶层 采用的光刻胶可以为DUV类型或者EUV类型的光刻胶， 所述第二光刻胶层中的感光剂为对深 紫外光DUV(波长为200nm3。

21、50nm)或者极紫外光EUV(波长小于200nm)感光的第二感光树 脂， 示例性的， 作为本发明的一种可选实施方式， 所述第二感光树脂包括光酸产生剂(PAG)。 0041 本实施例中， 先在半导体衬底100上形成一层第一厚度的第一光刻胶层110， 再在 所述第一光刻胶层110上形成第二厚度的第二光刻胶层120。 0042 其中， 所述第一光刻胶层110和所述第二光刻胶层120的形成方法可以为例如旋转 涂布法或喷雾式涂布法。 由于在本发明实施例中， 先在半导体衬底上形成一层第一厚度的 第一光刻胶层110， 再在所述第一光刻胶层110上形成第二厚度的第二光刻胶层120， 之后采 用两种不同光源按先。

22、后分别对两层光刻胶层曝光显影， 从而避免了光刻胶层曝光显影不充 分， 导致形成在衬底上的光刻胶层的景深小的问题。 0043 进一步的， 所述第一光刻胶层110的厚度大于第二光刻胶120的厚度， 例如第一光 刻胶层110的厚度与第二光刻胶120的厚度之比为220。 0044 本实施例中， 所述第一光刻胶层110的厚度可以为0.5 m3.5 m； 所述第二光刻胶 120的厚度可以为0.2 m1.5 m。 可以理解的是， 由于第二光刻胶层120为DUV类型或者EUV 类型的光刻胶层， 具有景深大的特性， 因此， 只需要较薄厚度的第二光刻胶层120就可以生 产出符合工艺要求的线宽， 即， 形成高深宽比。

23、的图形结构； 而光刻胶类型为I-line类型的第 一光刻胶层110具有密度大， 成本低的特性。 因此， 可以在半导体衬底上采用双层涂胶， 且下 层I-line类型的第一光刻胶层的厚度厚于上层的DUV类型的第二光刻胶层120的厚度， 从而 实现了在形成高深宽比图形的同时降低了半导体器件的制造成本的目的。 0045 在步骤S300中， 具体参考图2b所示， 采用第一曝光光源A对所述第二光刻胶层120 进行曝光和显影工艺， 以将光罩上的目标图案转移至所述第二光刻胶层120上， 形成图案化 的第二光刻胶层120 。 0046 本实施例中， 在对第二光刻胶层120进行构图时， 可以在第二光刻胶层120上。

24、设置 与该第二光刻胶层120相对的光罩(未示图)， 该光罩上设置有目标图形。 利用具有第一波长 的第一曝光光源A透过光罩上的图形对第二光刻胶层120进行照射， 实现曝光。 将所述光罩 移除之后， 可以对所述曝光后的第二光刻胶层进行显影， 形成如图2c所示的图案化的第二 光刻胶层120 。 0047 进一步的， 所述第一曝光光源A可以为深紫外DUV光源或者极紫外光EUV光源。 其 中， 深紫外DUV光源指的是能产生波长(第一波长)在200nm350nm的紫外光的光源， 极紫外 光EUV光源指的是能产生波长在200nm以下的紫外光的光源。 更进一步的， 所述第一曝光光 源A可以为KrF准分子激光、。

25、 ArF准分子激光或F2准分子激光。 其中， KrF准分子激光的波长为 248nm， ArF准分子激光的波长为193nm， F2准分子激光的波长为157nm。 0048 在步骤S400中， 具体参考图2d所示， 以所述图案化的第二光刻胶层120 为掩膜层， 并采用第二曝光光源B对所述第一光刻胶层110进行曝光和显影工艺， 以将所述第二光刻胶 层120 上的图案转移到所述第一光刻胶层110上， 以形成如图2e所示的图形化的第一光刻 胶层110 。 说明书 4/6 页 6 CN 111799156 A 6 0049 本实施例中， 由于第二光刻胶层120 已定义好相应的图案， 因此在对I-line光。

26、刻 胶层(第一光刻胶层110)曝光时并不需要光罩， 只需少量的能量便可把第二光刻胶层120 中定义好的图案转移到下层的第一光刻胶层110中， 从而实现了在形成高深宽比图形的同 时降低了半导体器件的制造成本的目的。 0050 进一步的， 所述第二曝光光源B为波长大于350nm的普通紫外光光源。 0051 进一步的， 所述第二曝光光源B可以为波长为365nm或436nm的高压汞灯。 0052 需要进一步说明的是， 所述第一曝光光源A的波长比所述第二曝光光源B的波长 短， 由此， 能够利用第一曝光光源A将光罩上的图案以高精度的形式转移到第二光刻胶层 120中， 进而保证第二光刻胶层120 中的图形向。

27、下转移的性能。 0053 可以理解的是， 在将所述第二光刻胶层120 上的图案转移到所述第一光刻胶层 110上后， 形成的第一光刻胶层110 和第二光刻胶层120 组合成高深宽比图形， 所述高深宽 比图形的深宽比可以为430。 0054 此外， 在本发明提供的高深宽比图形的形成方法， 在形成在将所述第二光刻胶层 120 上的图案转移到所述第一光刻胶层110 上之后， 还可以进一步包括： 0055 以所述第一光刻胶层110 和所述第二光刻胶层120 为掩膜， 刻蚀所述半导体衬底 100， 以将所述第一光刻胶层110 中的图案转移到所述半导体衬底100上； 0056 或者， 先去除所述第二光刻胶层。

28、120 ， 然后以所述第一光刻胶层110 为掩膜， 刻蚀 所述半导体衬底100， 以将所述第一光刻胶层110 中的图案转移到所述半导体衬底100上； 0057 再或者， 先去除所述第二光刻胶层120 ， 之后， 以所述第一光刻胶层110 为掩膜， 并将所述第一光刻胶层110 作为离子注入阻挡层， 对所述半导体衬底100进行离子注入， 从 而在所述半导体衬底100中形成离子注入区。 当半导体衬底100为集成电路前段制程中的衬 底时， 形成的离子注入区可以是有源区。 0058 综上所述， 由于本发明先在半导体衬底上形成一层预设厚度的第一光刻胶层， 再 在所述第一光刻胶层上形成厚度小于第一光刻胶层厚。

29、度的第二光刻胶层， 之后采用不同光 源对两层光刻胶层分别曝光显影， 从而避免了光刻胶层曝光显影不充分， 导致形成在衬底 上的光刻胶层的景深小的问题。 0059 进一步的， 由于在本发明实施例中采用双层涂胶， 分别曝光显影的方式， 下层的第 一光刻胶层用于阻挡离子注入， 第二光刻胶层用于产生工艺要求的线宽。 由于第二光刻胶 层具有景深大的特性且第一光刻胶层具有密度大、 成本低的特性， 同时， 在对第一光刻胶层 进行曝光时并不需要光罩， 只需少量的能量便可把第二光刻胶层中定义好的图型转移到第 一光刻胶层中， 从而实现了在形成高深宽比图形的同时降低了半导体器件的制造成本的目 的。 0060 需要说明。

30、的是， 虽然本发明已以较佳实施例披露如上， 然而上述实施例并非用以 限定本发明。 对于任何熟悉本领域的技术人员而言， 在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰， 或修改为等 同变化的等效实施例。 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均仍属于本发明技术方案保护的范围。 0061 还应当理解的是， 除非特别说明或者指出， 否则说明书中的术语 “第一” 、“第二” 、 “第三” 等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、 元素、 步骤等， 而不是用于表示各个组 说。

31、明书 5/6 页 7 CN 111799156 A 7 件、 元素、 步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。 本文中 “和/或” 的含义是二选一或者二者 兼具。 0062 此外还应该认识到， 此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例， 而不是用来限制 本发明的范围。 必须注意的是， 此处的以及所附权利要求中使用的单数形式 “一个” 和 “一 种” 包括复数基准， 除非上下文明确表示相反意思。 例如， 对 “一个步骤” 或 “一个装置” 的引 述意味着对一个或多个步骤或装置的引述， 并且可能包括次级步骤以及次级装置。 应该以 最广义的含义来理解使用的所有连词。 以及， 词语 “或” 应该被理解为具有逻辑 “或” 的定义， 而不是逻辑 “异或” 的定义， 除非上下文明确表示相反意思。 此外， 本发明实施例中的方法 和/或设备的实现可包括手动、 自动或组合地执行所选任务。 说明书 6/6 页 8 CN 111799156 A 8 图1 图2a 说明书附图 1/3 页 9 CN 111799156 A 9 图2b 图2c 图2d 说明书附图 2/3 页 10 CN 111799156 A 10 图2e 说明书附图 3/3 页 11 CN 111799156 A 11 。