一种基于双层光刻胶的光刻方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双层光刻胶的光刻方法，该方法包括以下步骤：(1)在基底上涂抹一层正性光刻胶，并烘干；再在正性光刻胶上涂抹一层负性光刻胶，并烘干；(2)在曝光光源下，透过载有模板图案的光刻掩膜版或者通过聚焦光源直写，对两层光刻胶进行单次曝光，然后进行烘干；(3)用负胶显影液对负性光刻胶进行显影；(4)用正胶显影液对正性光刻胶进行可控显影；(5)通过材料沉积技术或者刻蚀技术，将轮廓线图案转移到基底材料上；(6)去除光刻胶。与现有单次曝光的光刻技术相比，本发明专利技术方法简单，通过图案轮廓化，实现比传统技术更高小的线宽，该方法可广泛应用于半导体工艺，并具有广泛研究和应用价值。究和应用价值。究和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双层光刻胶的光刻方法


[0001]本专利技术涉及半导体微结构加工
，具体涉及一种基于双层光刻胶的光刻方法。

技术介绍

[0002]集成电路的飞速发展有赖于相关的制造工艺—光刻技术的发展，光刻技术是迄今所能达到的最高精度的加工技术。光刻技术是一种精密的微细加工技术。常规光刻技术是采用波长为的紫外光作为图像信息载体，以光致抗蚀剂为中间或图像记录媒介，实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片，主要指硅片，或介质层上的一种工艺。
[0003]从原理上，光刻技术是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂(又名光刻胶)将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。其主要过程为：首先，紫外光通过掩膜版照射到附有一层光刻胶薄膜的基片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶，使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上；最后，利用刻蚀技术将图形转移到基片上。
[0004]光刻是集成电路最重要的加工工艺，它的作用，如同金工车间中车床的作用。在整个芯片制造工艺中，几乎每个工艺的实施，都离不开光刻的技术。光刻也是制造芯片的最关键技术，它占芯片制造成本的35％以上。
[0005]光刻技术按曝光光源主要分为光学光刻，常见的光源包括紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、极紫外光源(EUV)，以及粒子束光刻，常见的粒子束光刻主要有X射线、电子束和离子束光刻等。
[0006]通常，在光学光刻中，UV能只能实现一微米左右的图案分辨率。而DUV、EUV等虽然能实现更高的分辨率，但需要使用到只有业界巨头才有能力入手的昂贵机器。此外，在粒子束光刻中，EBL、FIB虽然也能一定程度上提高分别率，但需要耗时长、多次循环的书写制程，大大降低了工作效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单、比传统技术具有更小的线宽、可广泛应用于半导体工艺，并具有广泛研究和应用价值的基于双层光刻胶的光刻方法。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]利用正负性光刻胶，即正胶和负胶对光源响应的不同和单次曝光中得到曝光能量的不同，利用相互匹配的正负性光刻胶实际显影后图案大小差异，得到基于原图案的特征的轮廓线图案，实现轮廓线宽小于原图案特征线宽，结合针对基底材料或者沉积材料的刻蚀工艺，可将图案转移至目标材料，具体方案如下：
[0010]一种基于双层光刻胶的光刻方法，该方法包括以下步骤：
[0011](1)在基底材料进行清洗，然后在基底上涂抹一层正性光刻胶，并烘干；再在正性光刻胶上涂抹一层负性光刻胶，并烘干；
[0012](2)在曝光光源下，透过载有模板图案的光刻掩膜版或者通过聚焦光源直写，对两层光刻胶进行单次曝光，曝光后，在负性光刻胶和正性光刻胶上分别形成大小不同的曝光图案，然后进行烘干；
[0013](3)用负胶显影液对负性光刻胶进行显影；
[0014](4)用正胶显影液对正性光刻胶进行可控显影，仅洗去正性光刻胶上曝光图案的边缘部分，并暴露基底材料，从而将模板图案转换成轮廓线型图案；
[0015](5)通过材料沉积技术或者刻蚀技术，将轮廓线图案转移到基底材料上；
[0016](6)去除光刻胶。
[0017]进一步地，所述的基底材料包括半导体、金属、绝缘体、聚合物或复合材料。比如硅片或者表面附着一层氧化硅薄膜的硅片。
[0018]进一步地，对于在硅片基底上进行金纳米线的阵列，具体包括以下步骤：
[0019](1)清洗硅片：依次用浓硫酸、用去离子水和乙醇超声清洗后，将硅片基底用氮气吹干，放置于干法刻蚀仪中，用氧等离子体刻蚀清洗；
[0020](2)旋涂正性光刻胶：将清洗过后的硅片放置于旋涂仪，真空固定；用滴管滴涂2
‑
4滴正性光刻胶，进行光刻胶的旋涂，然后烘干；
[0021](3)旋涂负性光刻胶：将冷却过后的硅片放置于旋涂仪，真空固定；再用滴管滴涂2
‑
4滴负性光刻胶，进行负性光刻胶的旋涂，然后烘干；
[0022](4)紫外曝光：将经过以上步骤的硅片基底紧密固定在含有线阵列的掩模板下，抽真空并正置于紫外光光源之下，打开光源进行光刻操作，根据光刻胶配对组的种类和光刻胶层的厚度调整曝光时间；曝光结束后，取下掩膜版，将曝光过的硅片移到加热台上进行烘干；
[0023](5)两步显影：
[0024]后烘结束，待硅片冷却到室温后，进行分别显影，过程为：将光刻后的硅片置于负性光刻胶显影液中，使硅片上未被曝光的负性光刻胶被清洗掉；之后将硅片取出并用水清洗，氮气流吹干；
[0025]再将硅片置于正性光刻胶显影液中，使硅片上暴露出来的未被曝光的正性光刻胶被清洗掉，同时不完全去除曝光过的负性光刻胶下面的未被曝光过的负性光刻胶；之后将硅片取出并用水清洗，氮气流吹干，制备出基于模板图案的轮廓线型图案；
[0026](6)材料沉积：将显影之后的硅片置于蒸发镀膜仪内，分别热蒸发5纳米的钛薄膜和50纳米的金薄膜，5纳米的钛薄膜用作金薄膜的粘附层。
[0027](7)去除光刻胶：待腔体冷却后，解除真空，将镀膜之后的硅片取出。把硅片浸没在丙酮中，超声清洗直到光刻胶被全部除去，留下线宽约200nm的金纳米线图案。
[0028]进一步地，对于在表面生长有厚氧化硅薄膜的硅片表面制备氧化硅轮廓化图案，具体包括以下步骤：
[0029](1)旋涂正性光刻胶：将氧化硅硅片，进行正性光刻胶的旋涂，然后烘烤；
[0030](2)旋涂负性光刻胶：将冷却过后的硅片放置于旋涂仪，真空固定，进行负性光刻胶的旋涂，然后烘烤；
[0031](3)紫外曝光：将经过以上步骤的硅片基底紧密固定在正方形图案掩模板下，抽真空并正置于紫外光光源之下，打开光源进行光刻操作。根据光刻胶配对组的种类和光刻胶层的厚度调整曝光时间。曝光结束后，取下掩膜版，将曝光过的硅片移到加热台上，然后烘烤；
[0032](4)两步显影：
[0033]后烘结束，待硅片冷却到室温后，进行分别显影，过程为：将光刻后的硅片置于负性光刻胶显影液中，使硅片上未被曝光的负性光刻胶被清洗掉；之后将硅片取出并用水清洗，氮气流吹干；
[0034]再将硅片置于正性光刻胶显影液中，使硅片上暴露出来的未被曝光的正性光刻胶被清洗掉，同时不完全去除曝光过的负性光刻胶下面的未被曝光过的负性光刻胶；之后将硅片取出并用水清洗，氮气流吹干。制备出基于模板图案的正方形轮廓线图案。
[0035](5)干法刻蚀：将硅片置于离子刻蚀机内，通过等离子体气体刻蚀二氧化硅掩膜层，即可在正方形轮廓线型图案处，除掉提前沉积的二氧化硅层，使下面的硅基暴露出来。
[0036](6)去除光刻胶：将硅片浸没在丙酮中，超声清洗直到光刻胶被全部除去，从而制备出二氧化硅正方形轮廓线。
[0037]进一步地，所述的旋涂过程包括在500
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双层光刻胶的光刻方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在基底上旋涂一层正性光刻胶，并烘干；再在正性光刻胶上旋涂一层与正性光刻胶相匹配的负性光刻胶，并烘干；(2)在曝光光源下，透过载有模板图案的光刻掩膜版或者通过聚焦光源直写，对两层光刻胶进行单次曝光，曝光后，在负性光刻胶和正性光刻胶上分别形成大小不同的曝光图案，然后进行烘干；(3)用负胶显影液对负性光刻胶进行显影；(4)用正胶显影液对正性光刻胶进行可控显影，仅洗去正性光刻胶上曝光图案的边缘部分，并暴露基底材料，从而将模板图案转换成轮廓线型图案；(5)通过材料沉积技术或者刻蚀技术，将轮廓线图案转移到基底材料上；(6)去除光刻胶。2.根据权利要求1所述的一种基于双层光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述的旋涂过程包括在500
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8000rpm的转速下旋涂；旋涂后烘干的温度为30
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300℃。3.根据权利要求1所述的一种基于双层光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述的曝光光源包括紫外光源、深紫外光源、极紫外光源、离子束、电子束或X射线。4.根据权利要求1或3所述的一种基于双层光刻胶的光刻方法，其特征在于，所述曝光的光源波长为10
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400nm，曝光通量为1
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1000mJ/cm2，曝光后烘干的温度为30
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【专利技术属性】
技术研发人员：高艺佼，
申请(专利权)人：上海微起光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：