[发明专利]通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法

说明书

本发明公开了一种通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法。该方法解决了光刻厚胶工艺中，光刻胶侧壁难以实现具有底切结构的形貌的难题，同时具有成本低、实施性强等优点。根据本发明的方法包括：涂覆第一光刻胶并进行前烘，所述第一光刻胶仅对第一波长的光感光；涂覆第二光刻胶并进行前烘，所述第二光刻胶仅对第二波长的光感光，且所述第二波长不同于所述第一波长；使用第一波长的光对所述第一光刻胶进行曝光；使用第二波长的光对所述第二光刻胶进行曝光；对曝光后的第一光刻胶和第二光刻胶进行显影，其中设置曝光条件，使得在显影后第一光刻胶的尺寸小于第二光刻胶的尺寸。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法。

背景技术

通常认为光刻是半导体制造领域中最关键的步骤，因此需要高性能的光刻工艺以便结合其它工艺获得高成品率。光刻工艺需要应用光刻胶。光刻胶作为一种可溶解聚合物被涂覆在衬底表面上，然后进行烘焙、曝光、显影等一系列的处理，以便在衬底表面上形成图形。

光刻胶的一种重要特性参数是对比度。对比度指的是光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。具有高对比度从而产生垂直的光刻胶侧壁是最理想的。

随着半导体工艺的发展，厚光刻胶受到普遍关注。例如，厚光刻胶可用于芯片倒装焊区选择电镀的阻挡层。厚光刻胶还可在MEMS制造中用作干法刻蚀工艺以及剥离工艺的掩模等。

随着光刻胶厚度的增加，光刻胶的侧壁更加难以实现较高的垂直度。

图1A-1D示出CMEMS(互补金属氧化物半导体微机电系统)器件中的Ti层制备过程。

如图1A所示，在衬底101上涂覆光刻胶102，并进行烘焙、曝光、显影等过程，以在衬底上形成图形。然后，利用光刻胶102作为掩模对衬底101进行干法刻蚀，如图1B所示。再利用光刻胶102作为掩模沉积Ti层103，如图1C所示。最后，剥离光刻胶，如图1D所示。

在图1A-1D所示的过程中，光刻胶先后作为干法刻蚀工艺、Ti金属沉积工艺和剥离工艺的掩模层，胶厚必须满足一定要求。光刻胶的厚度一般需大于10微米，即该光刻胶层需采用厚胶工艺。因此，光刻胶侧壁难以实现较高陡直度。加之，干法刻蚀过程对光刻胶形貌有一定损伤，导致在金属Ti沉积的过程中，部分Ti沉积到了光刻胶的侧壁上。这一方面增加了光刻胶剥离工艺的难度，另一方面使得一部分Ti在键合柱的顶角残留，影响了后续键合工艺的质量。

为改善光刻胶形貌，使其侧壁陡直，避免金属残留，通常可采用改变胶厚、使用光刻胶-SiO₂-光刻胶结构、使用特种材料等方法。然而，由于图1A-1D所示工艺后续有干法刻蚀和剥离两步，光刻胶厚度需满足后续工艺要求，而无法进行改变。而如果要采用多层光刻胶方法，则需要将现有的单层光刻胶结构变为光刻胶-SiO₂-光刻胶结构，不仅工艺变更大，而且需要在光刻胶上沉积SiO₂，给生产带来了巨大风险。因此，以上手段都不是理想的解决方法。

目前，有厂商已研制出专门用于剥离工艺的专用光刻胶。这种胶利用胶体颗粒分布不同，通过调节光刻条件，可以制备出具有底切(undercut)结构的光刻图形。图2A-2C示出利用专用光刻胶作为掩模进行金属沉积的过程。

如图2A所示，在衬底201上涂覆光刻胶202，并进行烘焙、曝光、显影等过程，以在衬底201上形成具有底切结构的图形。然后，沉积金属层203，如图2B所示。最后，剥离光刻胶202，如图2C所示。由于这种光刻胶具有底切结构，故而没有残留金属。

但是这种光刻胶价格昂贵，工艺条件要求严格，适应性较差。

因此，需要一种能够改善光刻胶形貌的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用重复曝光改善光刻图形质量的方法。