CN111128694A - 刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刻蚀方法，包括如下步骤：1)提供一基底；2)于基底上形成待刻蚀材料层，待刻蚀材料层的上表面具有高度差；3)于待刻蚀材料层的上表面形成抗反射层；4)于抗反射层的上表面形成光致酸产生剂层；5)对光致酸产生剂层进行曝光，以使得光致酸产生剂层曝光区域上部形成酸化区域；6)对酸化区域进行处理，以使得酸化区域转化为掩膜层；7)依据掩膜层依次刻蚀光致酸产生剂层、抗反射层及待刻蚀材料层。本发明的刻蚀方法中，掩膜层和位于掩膜层下方的光致酸产生剂层共同作为刻蚀掩膜层，光致酸产生剂层的厚度不需要太厚即可达到很好的刻蚀阻挡效果，不会存在解像度降低、刻蚀阻挡效果不好等问题。

Description

刻蚀方法

技术领域

本发明属于圆片级三维封装技术领域，特别是涉及一种刻蚀方法。

背景技术

在现有的半导体工艺中，由于种种原因会使得形成在基底上的待刻蚀材料层的上表面具有高度差，即使得所述待刻蚀材料层一部分的上表面高于所述待刻蚀材料层其他部分的高度而成台阶状。然而，若直接在所述待刻蚀材料层的上表面形成光刻胶层进行光刻，台阶的存在会导致很多问题，譬如，导致光刻过程中散焦(defocus)、解像不充分(sub-solution)及刻蚀过程中光刻胶的刻蚀阻挡效果(etch prevention)等问题；特别是随着工艺节点的减小，工艺节点达到亚28nm节点，台阶的影响更加显著。

现有的一种改进方法为先在具有台阶的待刻蚀材料层的上表面形成一层抗反射层，且抗反射层的上表面为平面以抵消所述待刻蚀材料层的台阶。然而，这种方法仅适用于所述待刻蚀材料层的台阶高度较小的情况，当所述待刻蚀材料层的台阶高度超过一定数值时，需要使用较厚的抗反射层来保持用于形成所述待刻蚀材料层的表面的平整度，即需要使用较厚的抗反射层来保证所述抗反射层上表面的平整度。由于刻蚀打开所述抗反射层的过程中会消耗光刻胶，较厚的抗反射层必然需要较厚的光刻胶，否则就无法保证光刻胶在刻蚀工艺中的刻蚀阻挡效果；而在需要形成的图形尺寸较小时，较厚的光刻胶层又会导致分辨率降低，从而影响工艺的精确度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种刻蚀方法用于解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：

1)提供一基底；

2)于所述基底上形成待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层的上表面具有高度差；

3)于所述待刻蚀材料层的上表面形成抗反射层；

4)于所述抗反射层的上表面形成光致酸产生剂层；

5)对所述光致酸产生剂层进行曝光，以使得所述光致酸产生剂层曝光区域上部形成酸化区域；

6)对所述酸化区域进行处理，以使得所述酸化区域转化为掩膜层；

7)依据所述掩膜层依次刻蚀所述光致酸产生剂层、所述抗反射层及所述待刻蚀材料层。

可选地，步骤1)与步骤2)之间还包括如下步骤：

于所述基底的上表面形成刻蚀阻挡层；

于所述刻蚀阻挡层的上表面形成图形结构；

步骤2)中，所述待刻蚀材料层形成于所述刻蚀阻挡层的上表面，且所述刻蚀材料层覆盖所述图形结构。

可选地，所述待刻蚀材料层包括待刻蚀区域及非刻蚀区域，所述图形结构位于所述非刻蚀区域；所述待刻蚀材料层非刻蚀区域的上表面的高度高于所述待刻蚀材料层待刻蚀区域的上表面的高度。

可选地，步骤6)包括如下步骤：

6-1)对所述酸化区域进行烘烤，以使得所述酸化区域发生催化反应而生成可与含硅气体发生离子反应的聚合物；

6-2)将所述聚合物与含硅气体进行反应以生成所述掩膜层。

可选地，步骤6-1))中对所述酸化区域进行烘烤的温度为100℃～150℃。

可选地，所述含硅气体包括甲硅烷。

可选地，所述掩膜层包括氧化硅层。

可选地，采用反应离子刻蚀工艺依次刻蚀所述光致酸产生剂层、所述抗反射层及所述待刻蚀材料层。

可选地，步骤5)中形成的所述酸化区域的厚度及所述步骤6)中形成的所述掩膜层的厚度均小于所述光致酸产生剂层的厚度。

可选地，步骤7)中之后，还包括去除所述掩膜层、所述光致酸产生剂层及所述抗反射层的步骤。

如上所述，本发明的一种刻蚀方法，具有以下有益效果：

本发明的刻蚀方法中，通过先在光致酸产生剂层的上部形成图形化的掩膜层，掩膜层和位于掩膜层下方的光致酸产生剂层共同作为刻蚀掩膜层，相当于增加了一层硬掩膜，在刻蚀具有高台阶的待刻蚀材料层时，光致酸产生剂层的厚度不需要太厚即可达到很好的刻蚀阻挡效果，不会存在解像度降低、刻蚀阻挡效果不好等问题。

附图说明

图1显示为本发明提供的刻蚀方法的流程图。

图2至图12显示为本发明提供的刻蚀方法各步骤所得结构的截面结构示意图。

元件标号说明

10 基底

11 待刻蚀材料层

111 待刻蚀区域

112 非刻蚀区域

12 抗反射层

13 光致酸产生剂层

14 酸化区域

15 掩膜层

16 刻蚀阻挡层

17 图形结构

18 聚合物

19 光掩模

20 光线

S1～S7 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：

1)提供一基底；

2)于所述基底上形成待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层的上表面具有高度差；

3)于所述待刻蚀材料层的上表面形成抗反射层；

4)于所述抗反射层的上表面形成光致酸产生剂层；

5)对所述光致酸产生剂层进行曝光，以使得所述光致酸产生剂层曝光区域上部形成酸化区域；

6)对所述酸化区域进行处理，以使得所述酸化区域转化为掩膜层；

7)依据所述掩膜层依次刻蚀所述光致酸产生剂层、所述抗反射层及所述待刻蚀材料层。

在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2，提供一基底10。

作为示例，所述基底10可以为任意一种可以起到支撑后续待刻蚀材料层11的任意一种基底，譬如，半导体基底、玻璃基底等等，优选地，所述基底10可以包括但不仅限于半导体基底，所述基底10可以具体为裸晶圆或内部形成有器件结构的晶圆等等。

作为示例，如图3所示，步骤1)与步骤2)之间还包括如下步骤：

于所述基底10的上表面形成刻蚀阻挡层16；

于所述刻蚀阻挡层16的上表面形成图形结构14。

作为示例，所述刻蚀阻挡层16可以为与任意一种与后续形成的所述待刻蚀材料层具有高选择比的材料层，即在相同的刻蚀条件下，所述待刻蚀材料层的刻蚀去除速率远大于所述刻蚀阻挡层16的刻蚀去除速率。所述刻蚀阻挡层16的材料可以根据所述待刻蚀材料层的材料而进行选择，当所述待刻蚀材料层为多晶硅层等时，所述刻蚀阻挡层16可以包括但不仅限于氮化钛层。

在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图4，于所述基底10上形成待刻蚀材料层11，所述待刻蚀材料层11的上表面具有高度差。

需要说明的是，当所述基底10上未形成所述刻蚀阻挡层16及所述图形结构17时，所述待刻蚀材料层11可以直接形成于所述基底10的上表面。此时，可以为所述基底10内形成有凹槽等结构以使得所待刻蚀材料层11直接形成于所述基底10的上表面后所述待刻蚀材料层11的上表面具有高度差。

需要进一步说明的是，当所述基底10的上表面形成有所述刻蚀阻挡层16及所述图形结构17时，所述待刻蚀材料层11形成于所述刻蚀阻挡层16的上表面，且所述刻蚀材料层11覆盖所述图形结构17，如图4所示。

作为示例，所述待刻蚀材料层11包括待刻蚀区域111及非刻蚀区域112，所述图形结构17位于所述非刻蚀区域112；由于所述非刻蚀区域112内形成有所述图形结构17，使得所述待刻蚀材料层11的非刻蚀区域112的上表面的高度高于所述待刻蚀材料层11的待刻蚀区域111的上表面的高度，即所述待刻蚀材料层11的上表面在所述刻蚀区域111及所述非刻蚀区域112的交界处呈台阶状突变。

作为示例，所述待刻蚀材料层11可以包括多晶硅层或介质层等等。

在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图5，于所述待刻蚀材料层11的上表面形成抗反射层(BARC)12。

作为示例，所述抗反射层12形成于所述待刻蚀材料层11的上表面后，所述抗反射层12的最大厚度大于所述待刻蚀材料层11上表面的高度差，以使得所抗反射层12的上表面为平面。

在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图6，于所述抗反射层12的上表面形成光致酸产生剂层13。

作为示例，所述光致酸产生剂层13的材料是一种光敏感的化合物，在光照下分解会产生酸(H⁺)，在曝光后烘烤过程中，曝光区域会发生催化反应。

在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图7，对所述光致酸产生剂层13进行曝光，以使得所述光致酸产生剂层13曝光区域上部形成酸化区域14。

作为示例，将以光掩模19置于所述光致酸产生剂层13的上方，所述光掩模19内形成有开口，所述开口下方暴露的区域即为所述光致酸产生剂层13的曝光区域；在所述光掩模19的遮挡下使用曝光光线20对所述光致酸产生剂层13进行曝光。在曝光过程中，由于所述光掩模19遮挡的区域所述曝光光线20无法到达，只有所述光掩模19未遮挡的区域(即所述光致酸产生剂层13的曝光区域)在所述曝光光线20的照射下曝光而产生所述酸化区域14。

作为示例，所述酸化区域14的厚度小于所述光致酸产生剂层13的厚度。

在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图8至图9，对所述酸化区域14进行处理，以使得所述酸化区域14转化为掩膜层15。

作为示例，步骤6)包括如下步骤：

6-1)对所述酸化区域进行烘烤，以使得所述酸化区域发生催化反应而生成可与含硅气体发生离子反应的聚合物；

6-2)将所述聚合物与含硅气体进行反应以生成所述掩膜层。

作为示例，步骤6-1)中，可以将步骤5)所得结构置于烘烤装置(譬如烘烤炉中)进行烘烤，以使得所述酸化区域14发生催化反应，所述酸化区域14进行烘烤的温度可以为100℃～150℃。

作为示例，所述聚合物18的厚度小于所述光致酸产生剂层13的厚度。

作为示例，步骤6-2)中，可以将步骤6-1)所得结构置于反应腔室内，在反应条件下向所述反应腔室内通入含硅气体进行反应。

作为示例，所述含硅气体可以包括但不仅限于甲硅烷。

作为示例，所述掩膜层15可以包括但不仅限于氧化硅层。

作为示例，所述掩膜层15的厚度小于所述光致酸产生剂层13的厚度。

在步骤7)中，请参阅图1中的S7步骤及图10至图11，依据所述掩膜层15依次刻蚀所述光致酸产生剂层13、所述抗反射层12及所述待刻蚀材料层11。

作为示例，开采用但不仅限于反应离子刻蚀(RIE)工艺依次刻蚀所述光致酸产生剂层13、所述抗反射层12及所述待刻蚀材料层11。在刻蚀过程中，所述掩膜层15覆盖的所述光致酸产生剂层13、所述抗反射层12及所述待刻蚀材料层11得以保留，所述掩膜层15暴露出的所述光致酸产生剂层13、所述抗反射层12及所述待刻蚀材料层11被刻蚀去除。在刻蚀过程中，所述掩膜层15及保留的所述光致酸产生剂层13共同作为刻蚀掩膜层，所述掩膜层15的存在相当于增加了一层硬掩膜，在刻蚀具有高台阶的所述待刻蚀材料层11时，所述光致酸产生剂层13的厚度不需要太厚即可达到很好的刻蚀阻挡效果，不会存在解像度降低、刻蚀阻挡效果不好等问题。

作为示例，如图12所示，步骤7)中之后，还包括去除所述掩膜层15、所述光致酸产生剂层13及所述抗反射层12的步骤。去除所述掩膜层15、所述光致酸产生剂层13及所述抗反射层12的具体方法为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。

综上所述，本发明刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：1)提供一基底；2)于所述基底上形成待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层的上表面具有高度差；3)于所述待刻蚀材料层的上表面形成抗反射层；4)于所述抗反射层的上表面形成光致酸产生剂层；5)对所述光致酸产生剂层进行曝光，以使得所述光致酸产生剂层曝光区域上部形成酸化区域；6)对所述酸化区域进行处理，以使得所述酸化区域转化为掩膜层；7)依据所述掩膜层依次刻蚀所述光致酸产生剂层、所述抗反射层及所述待刻蚀材料层。本发明的刻蚀方法中，通过先在光致酸产生剂层的上部形成图形化的掩膜层，掩膜层和位于掩膜层下方的光致酸产生剂层共同作为刻蚀掩膜层，相当于增加了一层硬掩膜，在刻蚀具有高台阶的待刻蚀材料层时，光致酸产生剂层的厚度不需要太厚即可达到很好的刻蚀阻挡效果，不会存在解像度降低、刻蚀阻挡效果不好等问题。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法包括如下步骤：

1)提供一基底；

2)于所述基底上形成待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层的上表面具有高度差；

3)于所述待刻蚀材料层的上表面形成抗反射层；

4)于所述抗反射层的上表面形成光致酸产生剂层；

5)对所述光致酸产生剂层进行曝光，以使得所述光致酸产生剂层曝光区域上部形成酸化区域；

6)对所述酸化区域进行处理，以使得所述酸化区域转化为掩膜层；

7)依据所述掩膜层依次刻蚀所述光致酸产生剂层、所述抗反射层及所述待刻蚀材料层。

2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，步骤1)与步骤2)之间还包括如下步骤：

于所述基底的上表面形成刻蚀阻挡层；

于所述刻蚀阻挡层的上表面形成图形结构；

步骤2)中，所述待刻蚀材料层形成于所述刻蚀阻挡层的上表面，且所述刻蚀材料层覆盖所述图形结构。

3.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于，所述待刻蚀材料层包括待刻蚀区域及非刻蚀区域，所述图形结构位于所述非刻蚀区域；所述待刻蚀材料层非刻蚀区域的上表面的高度高于所述待刻蚀材料层待刻蚀区域的上表面的高度。

4.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，步骤6)包括如下步骤：

6-1)对所述酸化区域进行烘烤，以使得所述酸化区域发生催化反应而生成可与含硅气体发生离子反应的聚合物；

6-2)将所述聚合物与含硅气体进行反应以生成所述掩膜层。

5.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，步骤6-1))中对所述酸化区域进行烘烤的温度为100℃～150℃。

6.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述含硅气体包括甲硅烷。

7.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，所述掩膜层包括氧化硅层。

8.根据权利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于，采用反应离子刻蚀工艺依次刻蚀所述光致酸产生剂层、所述抗反射层及所述待刻蚀材料层。

9.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，步骤5)中形成的所述酸化区域的厚度及所述步骤6)中形成的所述掩膜层的厚度均小于所述光致酸产生剂层的厚度。

10.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，步骤7)中之后，还包括去除所述掩膜层、所述光致酸产生剂层及所述抗反射层的步骤。

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