一种具有自对准效应的自激发光刻方法

本申请涉及半导体工艺，尤其涉及一种具有自对准效应的自激发光刻方法。

背景技术：

1、光刻技术是实现将目标版图准确成像在衬底上的技术，现有成熟的光刻技术包括深紫外光刻技术、极紫外光刻技术以及光学光刻技术等。

2、从光学机理上看，上述光刻技术的光刻极限尺寸受制于光学衍射极限。对于深紫外波段的光刻技术而言，目前浸没式光刻技术的单次光刻极限分辨率为38纳米（最小周期76纳米），商用大批量的极限分辨率为40纳米（周期80纳米），使用193nm波长和水浸没式光刻，极限分辨率约为波长的20%。

3、现有的光刻技术难以实现超越衍射极限的分辨率增强性能；对于已有的超衍射成像技术，现有的方法采用了等比例的掩模，导致掩模制造难度极大；对于通过单孔等特征实现自激发的成像方法，其难以实现选区成像。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请提供了一种具有自对准效应的自激发光刻方法，使用的掩模版尺寸较大，降低其制造难度，并且可以实现选区成像。具体方案如下：

2、本申请第一方面提供一种具有自对准效应的自激发光刻方法，所述具有自对准效应的自激发光刻方法包括：提供一待处理结构，所述待处理结构包括衬底，以及位于所述衬底一侧的第一光刻胶层；

3、基于第一掩模版对所述第一光刻胶层进行第一次光刻处理以及图形转移处理，在所述衬底上形成多个凹槽结构，相邻两个所述凹槽结构之间具有凸起结构；

4、依次制备薄膜层以及第一金属层，位于所述凹槽结构底部的薄膜层以及第一金属层与位于所述凸起结构表面的薄膜层以及第一金属层具有高度差；

5、在所述第一金属层背离所述衬底的一侧形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层背离所述衬底一侧的表面与所述衬底所在平面平行；

6、在所述第二光刻胶层背离所述衬底的一侧形成第二金属层，所述第二金属层背离所述衬底一侧的表面与所述衬底所在平面平行；所述第一金属层和所述第二金属层为负折射率材料层；

7、确定具有干涉属性的平行光的波长，基于所述平行光的波长仿真优化膜层厚度以及所述凸起结构的宽度之后，在所述平行光从所述第二金属层背离所述衬底的一侧照射进行第二次光刻处理时，对位于所述凸起结构表面上的第二光刻胶层进行自激发选择性光刻，形成目标图形；

8、将所述目标图形转移至所述衬底上。

9、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述基于所述平行光的波长仿真优化膜层厚度以及所述凸起结构的宽度之后，在所述平行光从所述第二金属层背离所述衬底的一侧照射进行第二次光刻处理时，对位于所述凸起结构表面上的第二光刻胶层进行自激发选择性光刻，形成目标图形，包括：

10、基于所述平行光的波长仿真优化所述薄膜层的厚度、所述第一金属层的厚度、所述光刻胶层的厚度、所述第二金属层的厚度以及所述凸起结构的宽度，在所述平行光从所述第二金属层背离所述衬底的一侧照射进行第二次光刻处理时，对位于所述凸起结构表面上的第二光刻胶层进行自激发选择性光刻，形成目标图形。

11、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述仿真优化的方法为时域有限差分法、有限元法或严格耦合波理论。

12、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，

13、所述平行光的波长为193纳米、248纳米、365纳米、436纳米、532纳米或633纳米。

14、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，在将所述目标图形转移至所述衬底上之后，所述凸起结构对应的衬底的区域具有纳米级结构。

15、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述基于第一掩模版对所述第一光刻胶层进行第一次光刻处理以及图形转移处理，在所述衬底上形成多个凹槽结构，相邻两个所述凹槽结构之间具有凸起结构，包括：

16、基于所述第一掩模版对所述第一光刻胶层进行第一次光刻处理；

17、基于第一次光刻处理后的第一光刻胶层对所述衬底进行刻蚀处理，在所述衬底上形成多个凹槽结构，相邻两个所述凹槽结构之间具有凸起结构。

18、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述第一金属层的材料与所述第二金属层的材料相同。

19、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述将所述目标图形转移至所述衬底上，包括：

20、去除所述第二金属层；

21、基于所述第二光刻胶层对所述第一金属层进行刻蚀处理，并去除所述第二光刻胶层；

22、基于刻蚀处理后的第一金属层对所述薄膜层进行刻蚀处理，并去除所述第一金属层；

23、基于刻蚀处理后的薄膜层对所述衬底进行刻蚀处理，并去除所述薄膜层。

24、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述平行光以垂直入射的方式，或所述平行光经过光源调制之后以特定角度倾斜入射的方式，从所述第二金属层背离所述衬底的一侧照射进行第二次光刻处理；

25、所述入射光包括两束或多束相反倾斜角入射的平行光。

26、优选的，在上述具有自对准效应的自激发光刻方法中，所述凸起结构的宽度量级为微米级或一百纳米及以上的纳米级。

27、借由上述技术方案，本申请提供了一种具有自对准效应的自激发光刻方法，在第一次光刻处理时使用第一掩模版仅仅是为了定义出第二次光刻处理时的有效光刻区域，因此第一掩模版可以使用尺寸较大的掩模版，极大程度的降低了第一掩模版的制造难度；由于第一金属层和第二金属层均为负折射率材料层，且二者之间的第二光刻胶层存在厚度差异，在基于平行光的波长仿真优化膜层厚度以及凸起结构的宽度之后，可实现在凸起结构对应区域内的分辨率增强，实现了只对凸起结构对应区域具有自激发效果的自对准光刻图形成像效果。并且在第二次光刻处理时并没有使用掩模版，也进一步降低了工艺难度。

技术特征：

1.一种具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述具有自对准效应的自激发光刻方法包括：

2.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述基于所述平行光的波长仿真优化膜层厚度以及所述凸起结构的宽度之后，在所述平行光从所述第二金属层背离所述衬底的一侧照射进行第二次光刻处理时，对位于所述凸起结构表面上的第二光刻胶层进行自激发选择性光刻，形成目标图形，包括：

3.根据权利要求2所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述仿真优化的方法为时域有限差分法、有限元法或严格耦合波理论。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述平行光的波长为193纳米、248纳米、365纳米、436纳米、532纳米或633纳米。

5.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，在将所述目标图形转移至所述衬底上之后，所述凸起结构对应的衬底的区域具有纳米级结构。

6.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述基于第一掩模版对所述第一光刻胶层进行第一次光刻处理以及图形转移处理，在所述衬底上形成多个凹槽结构，相邻两个所述凹槽结构之间具有凸起结构，包括：

7.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述第一金属层的材料与所述第二金属层的材料相同。

8.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述将所述目标图形转移至所述衬底上，包括：

9.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述平行光以垂直入射的方式，或所述平行光经过光源调制之后以特定角度倾斜入射的方式，从所述第二金属层背离所述衬底的一侧照射进行第二次光刻处理；

10.根据权利要求1所述的具有自对准效应的自激发光刻方法，其特征在于，所述凸起结构的宽度量级为微米级或一百纳米及以上的纳米级。

技术总结
本发明提供了一种具有自对准效应的自激发光刻方法，涉及半导体工艺技术领域。在第一次光刻处理时使用第一掩模版仅仅是为了定义出第二次光刻处理时的有效光刻区域，因此第一掩模版可以使用尺寸较大的掩模版，极大程度的降低了第一掩模版的制造难度；由于第一金属层和第二金属层均为负折射率材料层，且二者之间的第二光刻胶层存在厚度差异，在基于平行光的波长仿真优化膜层厚度以及凸起结构的宽度之后，可实现在凸起结构对应区域内的分辨率增强，实现了只对凸起结构对应区域具有自激发效果的自对准光刻图形成像效果。并且在第二次光刻处理时并没有使用掩模版，也进一步降低了工艺难度。

技术研发人员：张利斌,芮定海,韦亚一,粟雅娟
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5