利用剥离工艺进行图形转移的方法及半导体器件结构

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种利用剥离工艺进行图形转移的方法，还涉及一种半导体器件结构。

背景技术

在半导体器件制备过程中，有些材料的图形转移不适合用光刻胶做掩膜进行刻蚀的方法来制备。一种替代的图形转移工艺是剥离(lift off)工艺。示例性地，剥离工艺首先在基底表面形成光刻胶层，再通过光刻工艺对光刻胶层进行图形转移，显影后的光刻胶层的目标材料图形被去除，然后沉积一层或多层目标材料，此时目标材料部分直接沉积于基片表面，部分沉积在光刻胶层上，最后将基底浸泡于显影液中去除光刻胶层，位于光刻胶层上的目标材料也随之被去除，基底上的目标材料图形则保留下来。

然而，剥离工艺应用于目标材料覆盖在台阶上的结构时，目标材料容易在台阶处断开，得不到预期的目标材料形貌，从而会影响产品良率。

发明内容

基于此，有必要提供一种适用于在台阶结构上形成目标材料的利用剥离工艺进行图形转移的方法。

一种利用剥离工艺进行图形转移的方法，包括：获取基底，所述基底上形成有台阶结构；在所述台阶结构的侧面形成侧墙结构，所述侧墙结构的坡度比所述台阶结构的侧面平缓；在所述基底上、台阶结构上及侧墙结构上形成光刻胶层；使用具有目标材料图形的光刻版对所述光刻胶层进行曝光，然后对所述光刻胶层进行显影；形成目标材料层，所述目标材料层覆盖所述光刻胶层露出的基底、台阶结构及侧墙结构且在所述光刻胶层的边缘断开；去除所述光刻胶层，所述基底、台阶结构及侧墙结构上具有目标材料图形的目标材料层被保留。

上述利用剥离工艺进行图形转移的方法，通过在台阶结构的侧面形成更为平缓的侧墙结构，使得目标材料层在侧墙结构的位置不易断开，目标材料可以获得预期的连续结构，从而能够使得剥离工艺适用于台阶结构，扩展了剥离工艺的应用范围。

在其中一个实施例中，所述在所述台阶结构的侧面形成侧墙结构的步骤包括：步骤A，形成覆盖所述台阶结构和所述基底的侧墙材料；步骤B，对所述侧墙材料进行干法刻蚀，去除所述台阶结构上的侧墙材料；所述侧墙材料选择与所述台阶结构和所述基底具有足够大的刻蚀选择比从而减少所述台阶结构和基底在所述干法刻蚀中的损失的材料。

在其中一个实施例中，所述干法刻蚀为等离子体刻蚀。

在其中一个实施例中，所述步骤B完成后还包括：重复步骤A和步骤B，以获得坡度更平缓的侧墙结构。

在其中一个实施例中，所述目标材料层为金属层。

在其中一个实施例中，所述形成目标材料层的步骤是通过金属蒸镀工艺或溅射工艺在所述光刻胶层上、基底上、台阶结构上及侧墙结构上形成所述金属层。

在其中一个实施例中，在所述对所述光刻胶层进行显影的步骤之后、所述形成目标材料层的步骤之前，在所述光刻胶层的边缘形成了上部边缘突出于下部边缘的形貌。

在其中一个实施例中，所述在所述基底上、台阶结构上及侧墙结构上形成光刻胶层的步骤之前，还包括形成覆盖所述基底、台阶结构及侧墙结构的掩膜层的步骤，所述光刻胶层覆盖所述掩膜层；所述对所述光刻胶层进行显影的步骤中，所述掩膜层溶解于显影液，且所述掩膜层被所述显影液溶解至所述光刻胶层突出于所述掩膜层的边缘。

在其中一个实施例中，所述光刻胶层的材料为正性光刻胶。

在其中一个实施例中，所述基底包括半导体材料。

还有必要提供一种半导体器件结构。

一种半导体器件结构，包括：基底；台阶结构，位于所述基底上；侧墙结构，位于所述台阶结构的侧面，所述侧墙结构的坡度比所述台阶结构的侧面平缓；目标材料层，一侧位于所述台阶结构上，另一侧位于所述基底上，且所述目标材料层覆盖所述侧墙结构；其中，所述半导体器件结构是通过前述任一实施例所述的利用剥离工艺进行图形转移的方法形成。

上述半导体器件结构，通过在台阶结构的侧面形成更为平缓的侧墙结构，使得目标材料层在侧墙结构的位置不易断开，目标材料可以获得预期的连续结构，从而能够使得剥离工艺适用于台阶结构，扩展了剥离工艺的应用范围。

附图说明

为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。

图1a～图1d是一种示例性的通过剥离工艺对目标材料进行图形转移的示意图；

图2a～图2d是一种示例性的通过剥离工艺在台阶上对目标材料进行图形转移的示意图；

图3是一实施例中利用剥离工艺进行图形转移的方法的流程图；

图4a～4f是采用图3所示的利用剥离工艺进行图形转移的方法进行图形转移的一实施例中器件结构在图形转移过程中的剖面示意图；

图5是另一实施例中利用剥离工艺进行图形转移的方法的流程图；

图6是一实施例中在台阶结构侧面形成了两层侧墙的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

本文所使用的半导体领域词汇为本领域技术人员常用的技术词汇，例如对于P型和N型杂质，为区分掺杂浓度，简易的将P+型代表重掺杂浓度的P型，P型代表中掺杂浓度的P型，P-型代表轻掺杂浓度的P型，N+型代表重掺杂浓度的N型，N型代表中掺杂浓度的N型，N-型代表轻掺杂浓度的N型。

一种示例性的剥离(lift off)工艺的流程包括：在基底4上形成第一光刻胶层3和第二光刻胶层2(参照图1a)，然后通过光刻将目标材料图形转移到第一光刻胶层3和第二光刻胶层2上(参照图1b)，接着沉积目标材料1(参照图1c)，最后将基底4浸泡于剥离液中去除第一光刻胶层3和第二光刻胶层2(有机溶解去胶)，位于第二光刻胶层2上的目标材料1也随之被去除，基底4上的目标材料1(具有目标材料图形)则保留下来(参照图1d)。第二光刻胶层2略微突出于第一光刻胶层3的边缘，形成屋檐结构，这样基底4上的目标材料1与第一光刻胶层3之间会形成空隙，利于剥离液进入从而快速剥除第一光刻胶层3和第二光刻胶层2。

当上述剥离工艺应用于目标材料覆盖在台阶上的结构时，目标材料容易在台阶处断开，参见图2a～图2d。在图2a中，基底21上形成有台阶22。在基底21上和台阶22上涂覆第一光刻胶23，然后在第一光刻胶23上涂覆第二光刻胶24，显影后得到图2b所示的结构。为了保证第二光刻胶24上的目标材料25能与基底21上和台阶22上的目标材料25断开(方便去胶时将第二光刻胶24上的目标材料25剥除)，会将形成目标材料25的工艺参数(工艺条件)设置为台阶覆盖性不好的参数，这就会造成台阶22处的目标材料25断开，从而得不到预期的目标材料形貌，参照图2c。

本申请提出一种适用于在台阶结构上形成目标材料的利用剥离工艺进行图形转移的方法。图3是一实施例中利用剥离工艺进行图形转移的方法的流程图，包括下列步骤：

S310，获取基底，基底上形成有台阶结构。

在本申请的一个实施例中，晶圆的基底410包括半导体衬底，基底410上形成有台阶结构412。在本申请的一个实施例中，半导体衬底的材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等，还可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体。衬底上可以形成有器件，例如NMOS和/或PMOS等晶体管。相应地，衬底中还可以形成有导电构件，导电构件可以是晶体管的栅极、源极或漏极，也可以是与晶体管电连接的金属互连结构，等等。此外，衬底还可以形成有诸如STI(浅沟槽隔离结构)等隔离结构。

S320，在台阶结构的侧面形成侧墙结构。

由于台阶结构412边缘的坡度一般很陡(例如接近90度)，因此覆盖在台阶结构412上的材料如果覆盖能力不佳，就会在台阶处断开。本申请通过在台阶结构412的侧面形成坡度较为平缓的斜面结构(侧墙结构414)，使得覆盖在台阶结构412边缘的材料不容易断开，参见图4b。

在本申请的一个实施例中，步骤S320具体包括：

S322，形成覆盖台阶结构和基底的侧墙材料。

参见图4a，在本申请的一个实施例中，通过淀积工艺在晶圆正面形成一层侧墙材料414a。侧墙材料414a选择与台阶结构412和基底410的上表面具有较高的刻蚀选择比的材料。

S324，对侧墙材料进行干法刻蚀，去除台阶结构上的侧墙材料。

对侧墙材料414a进行各向异性刻蚀，由于刻蚀的各向异性，通过控制刻蚀时间，可以在将侧墙材料414a去除的同时，将台阶处的侧墙结构414保留下来，并形成坡度较缓的斜面结构，如图4b所示。由于侧墙材料414a为与台阶结构412和基底410的上表面具有较高的刻蚀选择比的材料，因此可以减少台阶结构412和基底410的上表面在步骤S324的刻蚀中的材料损失。

在本申请的一个实施例中，步骤S324的干法刻蚀采用等离子体刻蚀工艺。

请继续参考图3，步骤S320之后还包括：

S330，在基底、台阶结构及侧墙结构上形成光刻胶层。

在晶圆正面涂覆一层光刻胶。在本申请的一个实施例中，为了后续剥除光刻胶等结构时能够更快速，可以采用双层的掩膜结构。具体地，可以先在晶圆正面形成一掩膜层422，掩膜层422覆盖基底410、台阶结构412及侧墙结构414，掩膜层422采用不需要曝光就能被显影液溶解的材料。然后再于掩膜层422上涂覆一层光刻胶层424，参照图4c。或者，掩膜层422为正性光刻胶，在涂覆光刻胶层424之前对掩膜层422进行整体曝光，这样在后续的显影步骤中掩膜层422也能被显影液溶解。

S340，使用具有目标材料图形的光刻版对光刻胶层进行曝光，然后显影。

显影后，光刻胶层424被去除掉与目标材料图形的形状相同的区域，即露出一个与目标材料图形的形状相同的开口。而掩膜层422在光刻胶层424被溶穿后也开始溶解，并且位于光刻胶层424下方的掩膜层422也会由于侧向侵蚀被溶解掉一部分，从而使得光刻胶层424突出于掩膜层422的边缘，形成类似于屋檐的结构，参见图4d。掩膜层422侧向侵蚀的长度可以通过调整显影时间的长短来控制。

在本申请的一个实施例中，掩膜层422的材料为非感光光刻胶，即一种无论曝光与否都会溶解于显影液中的材料。

S350，在基底正面形成目标材料层。

在晶圆正面形成一层目标材料层。在图4e所示的实施例中，目标材料层432覆盖光刻胶层424，以及光刻胶层424的开口露出的基底410、台阶结构412及侧墙结构414。由于在光刻胶层424的开口处存在高低差，因此目标材料层432在光刻胶层424的开口边缘会断开；而台阶结构412的边缘由于形成有侧墙结构414，因此坡度较为缓和，目标材料层432在侧墙结构414的位置能够形成连续的形貌。

在本申请的一个实施例中，目标材料层432为金属层，步骤S350是通过金属蒸镀工艺或溅射工艺在晶圆正面形成一层金属层。金属层如果在台阶处断开会导致开路，需要尽力避免。本申请的实施例通过在台阶结构412的边缘设置坡度较为缓和的侧墙结构414，能够解决金属层在台阶处开路的问题。

S360，去除光刻胶层。

剥离去胶后，光刻胶层424上附着的目标材料层432与光刻胶一起被去除，基底410、台阶结构412及侧墙结构414上的目标材料层432则被保留下来，参见图4f。且由于光刻胶层424的开口(即显影被去除的区域)与光刻版上的目标材料图形的形状相同，因此残留的目标材料层432的形状也与目标材料图形的形状相同。

上述利用剥离工艺进行图形转移的方法，通过在台阶结构412的侧面形成更为平缓的侧墙结构414，使得目标材料层432在侧墙结构414的位置不易断开，目标材料可以获得预期的连续结构，从而能够使得剥离工艺适用于台阶结构，扩展了剥离工艺的应用范围。

在本申请的一个实施例中，光刻胶层424的材料为正性光刻胶。相应地，步骤S340曝光所使用的光刻版上的目标材料图形为透光图形。在本申请的另一个实施例中，步骤S330只使用单层的掩膜(光刻胶)，并且光刻胶为负胶，在步骤S340使用光刻版曝光时欠曝，这样光刻胶层底部的光刻胶在显影时会被溶解，同样可以形成屋檐结构。

图5是另一实施例中利用剥离工艺进行图形转移的方法的流程图，包括下列步骤：

S310，获取基底，基底上形成有台阶结构。

在本申请的一个实施例中，晶圆的基底410包括半导体衬底，基底410上形成有台阶结构412。

S322，形成覆盖台阶结构和基底的侧墙材料。

参见图4a，在本申请的一个实施例中，通过淀积工艺在晶圆正面形成一层侧墙材料414a。侧墙材料414a选择与台阶结构412和基底410的上表面具有较高的刻蚀选择比的材料。

S324，对侧墙材料进行干法刻蚀，去除台阶结构上的侧墙材料。

对侧墙材料414a进行各向异性刻蚀，由于刻蚀的各向异性，通过控制刻蚀时间，可以在将侧墙材料414a去除的同时，将台阶处的侧墙结构414保留下来，并形成坡度较缓的斜面结构，如图4b所示。由于侧墙材料414a为与台阶结构412和基底410的上表面具有较高的刻蚀选择比的材料，因此可以减少台阶结构412和基底410的上表面在步骤S324的刻蚀中的材料损失。

S326，判断侧墙结构是否满足预设条件，若是，则执行步骤S330，否则返回步骤S322。

步骤S324完成后，根据侧墙结构414是否满足预设条件来决定是执行步骤S330还是返回执行步骤S322。在本申请的一个实施例中，预设条件是步骤S322和步骤S324重复执行的次数是否达到了预设次数。例如预设了步骤S322和步骤S324一共需要执行两次，则在第一次完成步骤S324后，需要返回执行步骤S322，直到第二次完成步骤S324后，才继续执行步骤S330。台阶结构412的台阶高度越大，则单层的侧墙结构414的坡度就会越陡，因此若台阶高度很大，则需要执行两次甚至多次的步骤S322和步骤S324，来形成两层或以上的侧墙结构。在本申请的另一个实施例中，步骤S326的预设条件是判断侧墙结构的坡度是否足够平缓，若是，则执行步骤S330，否则返回步骤S322。图6是一实施例中步骤S322和步骤S324重复执行两次后器件结构的剖面示意图，其相应地形成了两层侧墙，即侧墙结构414和侧墙结构416。

步骤S330～步骤S360的内容与图3所示的实施例相似，此处不再赘述。

本申请相应提供一种通过前述任一实施例所述的利用剥离工艺进行图形转移的方法形成的半导体器件结构。参照图4f，在该实施例中，半导体器件结构包括基底410、台阶结构412、侧墙结构414及目标材料层432。台阶结构412位于基底410上。侧墙结构414位于台阶结构412的侧面，侧墙结构414的坡度比台阶结构412的侧面平缓。目标材料层432的一侧位于台阶结构412上，另一侧位于基底410上，且目标材料层432覆盖侧墙结构414。

应该理解的是，虽然本申请的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本申请的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。