光刻图形的形成方法技术领域
本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种光刻图形的形成方法。
背景技术
半导体集成电路制造中，光刻工艺和刻蚀工艺常反复进行以在待处理基
底上形成半导体图形。通常的光刻是这样进行的：首先在硅片上旋转涂覆光
刻胶，即光阻层(PR)；然后将涂布有光刻胶的硅片曝露于某种光源下，如紫
外光、电子束或者X-射线，对光阻层(PR)进行选择性曝光；接着经过显影
工艺，仍保留在硅片上光阻层(PR)就形成了光刻图形，保护着其所覆盖的
区域。
由于正光刻胶很难通过一次曝光解析出尺寸较小的孔洞图形，负光刻胶
被开始被光刻制成采用，负光刻胶层的特性与正光刻胶层是不一样的，在进
行曝光时，负光刻胶层被曝光的区域会发生光固化反应或交联反应，对应形
成曝光区(未被曝光的区域对应为非曝光区)，曝光区在进行显影时不溶于显
影液。
随着集成电路工艺中的关键尺寸的缩小，采用负光刻胶形成的光刻图形
在形貌和尺寸上容易产生缺陷。
发明内容
本发明解决的问题是如何防止负光刻胶层中形成的光刻图形产生形貌缺
陷。
为解决上述问题，本发明提供一种光刻图形的形成方法，包括：
提供基底，所述基底上形成有负光刻胶层；
对部分所述负光刻胶层进行曝光，形成曝光区，所述负光刻胶层未曝光
的区域为非曝光区；
采用水基显影液进行第一显影，去除部分厚度的曝光区，，暴露出非曝光
区的顶部和部分侧壁表面；
第一显影后，采用有机显影液进行第二显影，去除非曝光区，形成光刻
图形。
可选的，所述水基显影液为TMAH的水溶液。
可选的，所述TMAH水溶液的体积百分比浓度为0.1％～3％。
可选的，所述第一显影的时间为1～100秒，TMAH的水溶液的温度为
22～23摄氏度。
可选的，所述负光刻胶层的厚度为40-1000nm。。
可选的，所述曝光区的被去除厚度为20～150埃。
可选的，所述有机显影液为正丁醇溶液。
可选的，正丁醇溶液的体积百分比浓度为0.5-10％。
可选的，还包括：在进行曝光后，进行曝光后热处理。
可选的，曝光后热处理的温度为100～250摄氏度，时间为50～120秒。
可选的，还包括：曝光后热处理后进行冷却处理。
可选的，还包括：所述冷却处理的温度为22～24摄氏度，时间为30～150
秒。
可选的，在进行第一显影后，进行第二显影前，进行第一冲洗。
可选的，进行第二显影后，进行第二冲洗。
可选的，进行第二冲洗后，进行显影后热处理。
可选的，所述光刻图形为通孔或凹槽。
可选的，所述基底和负光刻胶层之间还形成有抗反射涂层。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的光刻图形的形成方法，包括：提供基底，所述基底上形成有负
光刻胶层；对部分所述负光刻胶层进行曝光，形成曝光区，所述负光刻胶层
未曝光的区域为非曝光区；采用水基显影液进行第一显影，去除部分厚度的
曝光区；第一显影后，采用有机显影液进行第二显影，去除非曝光区，形成
光刻图形。在曝光时，形成的非曝光区的顶部和部分侧壁表面可能会被光固
化反应或交联反应后形成的材料(与曝光区的材料相同)覆盖，在曝光后，
进行第一显影，去除部分厚度的曝光区，暴露出非曝光区的顶部和部分侧壁
表面，同时去除了非曝光区的顶部和部分侧壁表面覆盖的光固化反应或交联
反应后形成的材料，使得在进行第二显影去除非曝光区时的工艺过程不会受
到影响，从而提高形成的光刻图形的尺寸均匀性并保质较好的侧壁形貌。
进一步，所述曝光区被去除的厚度为20～150埃，在干净的去除未曝光区
的顶部侧壁边缘表面和顶部表面不溶于有机显影液的材料的同时，保证剩余
的负光刻胶层的掩膜效果。
进一步，所述TMAH水溶液的体积百分比浓度为0.1％～3％，所述第一显
影的时间为1～100秒，TMAH的水溶液的温度为22～23摄氏度，在干净的去
除未曝光区的顶部侧壁边缘表面和顶部表面不溶于有机显影液的材料的同
时，使得曝光区被去除的厚度满足工艺要求，并且对未曝光区的影响较小。
附图说明
图1～图5为本发明实施例光刻图形形成过程的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有技术采用负光刻胶形成的光刻图形容易在形貌和
尺寸上容易产生缺陷，比如通过光刻工艺在光刻胶层中形成若干通孔图形时，
部分位置的通孔的尺寸会偏小或者该形成通孔位置没有形成通孔。
研究发现，当采用负光刻胶形成尺寸较小(小于100nm)的光刻图形(比
如通孔)时，负光刻胶层中需要被光照的区域定义为曝光区，负光刻胶层中
不需要被光照的区域定义为非曝光区，在进行曝光时，由于负光刻胶层表面
的接收的光强会相对较强，曝光区域表面部分光酸(参与光固化反应或交联
反应的物质)会向未曝光区的表面扩散，使得未曝光区表面的部分光刻胶材
料也会发生光固化反应或交联反应，在未曝光区的表面会形成不溶于显影液
的光刻胶材料，在采用显影液对曝光后的光刻胶层进行显影时，由于未曝光
区的表面被部分不溶于显影液的光刻胶材料(或者光固化反应或交联反应后
形成的材料)覆盖，加上未曝光区的尺寸很小，使得未曝光区的光刻胶材料
不能被显影液去除或者不能完全去除，从而造成形成的光刻图形的尺寸变化
或者该形成光刻图形的位置没有形成光刻图形，不利于后续工艺的进行。
为此，本发明提供了一种光刻图形的形成方法，提供基底，所述基底上
形成有负光刻胶层；对部分所述负光刻胶层进行曝光，形成曝光区，所述负
光刻胶层未曝光的区域为非曝光区；采用水基显影液进行第一显影，去除部
分厚度的曝光区；第一显影后，采用有机显影液进行第二显影，去除非曝光
区，形成光刻图形。在曝光时，形成的非曝光区的顶部和部分侧壁表面可能
会被光固化反应或交联反应后形成的材料(与曝光区的材料相同)覆盖，在
曝光后，进行第一显影，去除部分厚度的曝光区，暴露出非曝光区的顶部和
部分侧壁表面，同时去除了非曝光区的顶部和部分侧壁表面覆盖的光固化反
应或交联反应后形成的材料，使得在进行第二显影去除非曝光区时的工艺过
程不会受到影响，从而提高形成的光刻图形的尺寸均匀性并保质较好的侧壁
形貌。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图
对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，
示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应
限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三
维空间尺寸。
图1～图5为本发明实施例光刻图形形成过程的结构示意图。
参考图1，提供基底201，所述基底201上形成有负光刻胶层202。
所述基底201作为待注入材料或待刻蚀材料。
在一实施例中，所述基底201的材料为半导体材料，所述半导体材料可
以为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上
硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的半导体材料，例如砷化
镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。
在其他实施例中，所述基底201的材料可以为介质层材料、金属材料或
金属化合物材料，所述介质层材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮
碳化硅或其他合适的介质材料，所述金属材料可以为W、Al、Cu、Ti、Ag、
Au、Pt、Ni或其他合适的金属材料，所述金属化合物材料可以为TiN、TaN、
TaC、TaSiN、WN、Wsi或其他合适的金属化合物材料。
所述负光刻胶层202中后续形成光刻图形，并作为对基底201进行注入
或刻蚀时的掩膜。
所述负光刻胶层202的材料中包括感光树脂、增感剂和溶剂，负光刻胶
材料经光照(曝光)后，被光照区域(或曝光区域)的材料能很快地发生光
固化反应或交联反应，使得曝光区域的物理性能，特别是溶解性、亲合性等
发生明显变化。
所述负光刻胶层202的形成工艺为旋涂工艺，在一实施例中，所述负光
刻胶层202的厚度为40-1000nm。
在一实施例中，所述基底201和负光刻胶层202之间还形成有抗反射涂
层。
参考图2和图3，对部分所述负光刻胶层202进行曝光，形成曝光区204，
所述负光刻胶层202未曝光的区域为非曝光区203。
在进行曝光时，所述掩模版101位于基底201上方，曝光光线经过掩膜
版101后对基底201上的负光刻胶层202进行曝光，负光刻胶层202对应被
光照的区域形成曝光区204，未被曝光的区域为非曝光区203。
所述负光刻胶层202被光照的区域(曝光区204)发生光固化反应或交联
反应，使得该区域的物理特性与非曝光区域的物理特性发生改变。
还包括：在进行曝光后，进行曝光后热处理；进行曝光后热处理后，进
行冷却处理。进行曝光后热处理的目的是以使的曝光区的光固化反应或交联
反应更加完全、使得光酸的进一步扩散并烘干光刻胶层中部分溶剂和水分，
进行冷却处理的目的是使得光固化反应或交联反应停止、对基底进行降温。
在一实施例中，曝光后热处理的温度为100～250摄氏度，时间为50～120
秒，所述冷却处理的温度为22～24摄氏度，时间为30～150秒。
在进行曝光时，由于负光刻胶层202表面的接收的光强会相对较强，曝
光区域表面部分光酸会向未曝光区的表面扩散，使得未曝光区表面的部分光
刻胶材料也会发生光固化反应或交联反应，在未曝光区的表面会形成不溶于
显影液(第二显影时的显影液)的光刻胶材料(特别是未曝光区的顶部边缘
处有其严重)，本实施例中，请参考图3，由于未曝光区203顶部表面处形成
有不溶于显影液(第二显影时的显影液)的光刻胶材料，为方便示意，将曝
光区203顶部边缘(和顶部表面)的产生光固化反应或交联反应区域化部分
材料划分为曝光区204的区域。
参考图4，采用水基显影液进行第一显影，去除部分厚度的曝光区204，
暴露出非曝光区203的顶部和部分侧壁表面。
由于曝光区204相对于非曝光区203的物理特性不相同，研究发现，水
基显影液对曝光区204材料(光固化反应或交联反应后形成的材料)的溶解
性较高，而对非曝光区203材料的溶解性很低，采用水基显影液进行第一显
影时，可以去除部分厚度的曝光区204。
通过去除部分厚度的曝光区204，使得非曝光区203的顶部侧壁边缘表面
和顶部表面不会被曝光区材料(或者光固化反应或交联反应后形成的材料)
覆盖，后续进行第二显影时，由于未曝光区203的顶部侧壁边缘表面和顶部
表面不会存在不溶于有机显影液的材料的阻挡，通过第二显影可以很干净的
去除未曝光区203材料，形成光刻图形，使形成的光刻图形的上部的侧壁形
貌和尺寸与下部的侧壁形貌和尺寸保持一致。
所述曝光区204被去除的厚度不能太厚，太厚的话对剩余的负光刻胶层
的厚度会非常有限，后续进行刻蚀或离子注入工艺时，负光刻胶层的掩膜效
果会减弱，所述曝光区被去除的厚度也不能太薄，太薄的不能有效的去除未
曝光区203的顶部侧壁边缘表面和顶部表面不溶于有机显影液的材料，在一
实施例中，所述曝光区204被去除的厚度为20～150埃，在干净的去除未曝光
区203的顶部侧壁边缘表面和顶部表面不溶于有机显影液的材料的同时，保
证剩余的负光刻胶层的掩膜效果。
所述水基显影液为TMAH(四甲基氢氧化铵)的水溶液或者其他合适的
溶液。
TMAH的水溶液的浓度不能太大，太大的话，曝光区204被溶解的速率
抬高，不好控制被去除的曝光区的量，在一实施例中，所述TMAH水溶液的
体积百分比浓度为0.1％～3％，所述第一显影的时间为1～100秒，TMAH的水
溶液的温度为22～23摄氏度，在干净的去除未曝光区203的顶部侧壁边缘表
面和顶部表面不溶于有机显影液的材料的同时，使得曝光区204被去除的厚
度满足工艺要求，并且对未曝光区203的影响较小。
在进行第一显影后，进行第二显影前，进行第一冲洗；进行第一冲洗后
进行烘焙工艺，以防止水基显影液残留对后续第二显影产生影响。所述第一
冲洗采用去离子水。
参考图5，第一显影后，采用有机显影液进行第二显影，去除非曝光区，
形成光刻图形203。
所述有机显影液为正丁醇溶液或其他合适的溶液。
在一实施例中，所述正丁醇溶液的体积百分比浓度为0.5-10％。
进行第二显影后，进行第二冲洗；进行第二冲洗后，进行显影后热处理；
显影后热处理之后进行冷却处理。
所述第二冲洗采用去离子水。
在一实施例中，显影后热处理温度为100～150摄氏度，时间为50～120秒。
所述冷却处理的温度为22～24摄氏度，时间为30～150秒。
所述光刻图形203可以为通孔或凹槽。
还包括：以剩余的负光刻胶层为掩膜，沿光刻图形203对基底201进行
离子注入或刻蚀。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，
在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保
护范围应当以权利要求所限定的范围为准。