半导体结构及其形成方法、以及电子元器件与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法、以及电子元器件。


背景技术：

2.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(前者称正性光刻胶，后者称负性光刻胶)，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。
3.因此刻蚀过程中需要光刻胶具备高分辨率与高抗蚀性，在刻蚀3μm的硅片时，如果光刻胶的厚度过小，则后续在刻蚀硅片的过程中，光刻胶层容易被过量地消耗，进而导致在刻蚀过程中无法具有阻挡作用，从而影响半导体的结构性能。为了使光刻胶耐刻蚀，可以使光刻胶增加膜厚或提高光刻胶的c含量，但上述方法会降低图形分辨率，无法解析更小的图形，即光刻胶的耐刻蚀性以及高分辨率无法同时符合要求。


技术实现要素：

4.本发明针对现有的一层光刻胶的耐刻蚀性以及高分辨率无法同时符合要求的技术问题，提出一种半导体结构及其形成方法、以及电子元器件。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括：
6.s1：提供一半导体衬底；
7.s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括sog材料层、sion材料层与soc材料层的掩膜层；
8.s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
9.s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
10.s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
11.s6：去除所述光刻胶层；
12.s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
13.s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
14.上述的半导体结构的形成方法，其中，所述光刻胶层的厚度为1.2μm至5μm。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括：
16.s1：提供一半导体衬底，
17.s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括apf材料层与soc材料层的掩膜层；
18.s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
19.s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
20.s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
21.s6：去除所述光刻胶层；
22.s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
23.s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
24.上述的半导体结构的形成方法，其中，所述s2包括：
25.s21：在所述半导体衬底的表面上形成一apf材料层；
26.s22：在所述apf材料层的表面上形成一soc材料层。
27.上述的半导体结构的形成方法，其中，所述光刻胶层的厚度为1.2μm至5μm。
28.第三方面，本技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括：
29.s1：提供一半导体衬底，
30.s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括sog材料层与soc材料层的掩膜层；
31.s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
32.s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
33.s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
34.s6：去除所述光刻胶层；
35.s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
36.s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
37.上述的半导体结构的形成方法，其中，所述s2包括：
38.s21：在所述半导体衬底的表面上形成一sog材料层；
39.s22：在所述sog材料层的表面上形成一soc材料层。
40.上述的半导体结构的形成方法，其中，所述光刻胶层的厚度为1.2μm至5μm。
41.第四方面，本技术实施例提供了一种半导体结构，所述半导体结构通过上述任一方面所述的半导体结构的形成方法形成。
42.第五方面，本技术实施例提供了一种电子元器件，所述电子元器件包括上述第四方面所述的半导体结构。
43.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
44.本技术在光刻胶与硅片中间增加了具有耐刻蚀性的掩膜层，通过1.2μm至5μm厚的光刻胶作为掩膜对掩膜层进行刻蚀，将光刻胶上的目标图形转移至掩膜层，再利用掩膜层的耐刻蚀性对硅片进行刻蚀，上述过程中保持了图形的高分辨率，如此便在无需增加光刻胶的膜厚的同时提高了抗蚀刻性质。
附图说明
45.图1为现有技术中半导体结构的剖面图；
46.图2为本发明提供的半导体结构的形成方法的一步骤示意图；
可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
61.下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
62.如图1所示，使用一层iline光刻胶刻蚀3μm的硅片时，光刻胶的厚度为1.2μm-5μm，因此为了阻挡3μm的硅片的刻蚀，需提高光刻胶的耐刻蚀性，可以通过增加光刻胶的厚度或提高光刻胶的c含量来提高耐刻蚀性，但增加膜厚或提高c含量，均会降低分辨率，导致图形分辨率不够，无法解析更小的图形。为了使光刻胶的耐刻蚀性与分辨率同时符合要求,本技术实施例提出一种半导体结构及其形成方法、以及电子元器件。
63.图2为本发明提供的半导体结构的形成方法的一步骤示意图，如图2所示，本实施例揭示了一种半导体结构的形成方法(以下简称“方法”)的具体实施方式。
64.具体而言，本实施例所揭示的方法主要包括：
65.步骤s1：提供一半导体衬底；
66.步骤s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括sog材料层、sion材料层与soc材料层的掩膜层；
67.步骤s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
68.在具体实施中，所述半导体衬底的厚度为3μm；所述光刻胶层的厚度为1.2μm至5μm。本实施例中，所述半导体衬底为硅衬底。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他半导体材料。
69.进一步的，如图3所示，步骤s2包括：
70.步骤s21：在所述半导体衬底的表面上形成一sog材料层；
71.其中，sog材料层指的是旋转涂布玻璃(spin on glass coating，sog)，其具有抗蚀性与平坦性，为半导体制程上主要的局部性平坦化技术，具体的，sog是将含有介电材料的液态溶剂以旋转涂布(spin coating)方式，均匀地涂布在晶圆表面，以填补沉积介电层凹陷的孔洞。之后，再经过热处理，可去除溶剂，在晶圆表片上留下固化(curing)后近似二氧化硅(sio2)的介电材料。
72.步骤s22：在所述sog材料层的表面上形成一sion材料层；其中，sion具有非常好的抗蚀性。
73.步骤s23：在所述sion材料层的表面上形成一soc材料层。其中，soc材料层指的是旋涂碳(spin-on carbon，soc)，作为siarc材料中的一种，其具有非常好的耐刻蚀性与平坦化功能。
74.采用上述步骤对应形成的第一种半导体结构的剖视图如图4所示，其中，光刻胶层可由如旋转涂布的工艺形成于soc材料层上。本实施例中，所述soc材料层为光刻胶层的形成提供平坦面。
75.进一步的，上述sog材料层、sion材料层与soc材料层的形成顺序可根据实际情况进行调整；
76.可选的，步骤s2还可以包括：
77.步骤s211：在所述半导体衬底的表面上形成一soc材料层；
78.步骤s212：在所述soc材料层的表面上形成一sion材料层；
79.步骤s213：在所述sion材料层的表面上形成一sog材料层。
80.可选的，步骤s2还可以包括：
81.步骤s221：在所述半导体衬底的表面上形成一sion材料层；
82.步骤s222：在所述sion材料层的表面上形成一soc材料层；
83.步骤s223：在所述soc材料层的表面上形成一sog材料层。
84.可选的，步骤s2还可以包括：
85.步骤s231：在所述半导体衬底的表面上形成一sog材料层；
86.步骤s232：在所述sog材料层的表面上形成一soc材料层；
87.步骤s233：在所述soc材料层的表面上形成一sion材料层。
88.可选的，步骤s2还可以包括：
89.步骤s241：在所述半导体衬底的表面上形成一sion材料层；
90.步骤s242：在所述sion材料层的表面上形成一sog材料层；
91.步骤s243：在所述sog材料层的表面上形成一soc材料层。
92.可选的，步骤s2还可以包括：
93.步骤s251：在所述半导体衬底的表面上形成一soc材料层；
94.步骤s252：在所述soc材料层的表面上形成一sog材料层；
95.步骤s253：在所述sog材料层的表面上形成一sion材料层。
96.本实施例中利用了sog、氮氧化硅(sion)、soc三种材料的抗蚀性，以及sog、soc的平坦化功能，在所述硅衬底与光刻胶中间增加了三层抗蚀材料，降低了在后续刻蚀过程中的光刻胶膜厚，使光刻胶层的厚度保持在1.2μm至5μm，在增强了抗蚀性的同时增加了图形分辨率,利于后续解析出更小的图形。
97.步骤s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
98.具体的，光刻胶层可包含例如感光材料，其使得当光刻胶层曝露于光线时，于化学性质上经历改变，可以通过曝光显影的方式在光刻胶上形成目标图形。
99.步骤s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
100.步骤s6：去除所述光刻胶层。
101.具体的，以图案化的光刻胶层为掩膜，在不被光刻胶层覆盖的掩膜层中蚀刻出目标图形；蚀刻时，可利用干蚀刻工艺及/或湿蚀刻工艺，刻蚀优选各向异性的干法刻蚀工艺，其纵向刻蚀速率远远大于横向刻蚀速率，能够在图形化所述掩膜层的过程中，获得相当准确的图形转换，有利于精确控制所述掩膜层的形貌；刻蚀气体例如sf6、nf3、cos、cl2、hbr、以及碳氟比较小的氟代烃(cf4、chf3)等，采用该刻蚀工艺的刻蚀速率大于聚合物沉积速率，刻蚀线条垂直度较好。接着，掩膜层刻蚀完成后可以使用等离子灰化等方法去除所述光刻胶层。
102.步骤s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
103.步骤s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
104.具体的，以图案化的掩膜层为掩膜，在不被掩膜层覆盖的半导体衬底中蚀刻出目标图形的凹槽。刻蚀半导体衬底时，采用的刻蚀工艺可利用如上述步骤s4所述的干蚀刻工艺及/或湿蚀刻工艺。
105.在本发明一实施例中，结合图5所示，图5为本发明提供的半导体结构的形成方法的另一步骤示意图；方法主要包括：
106.s1：提供一半导体衬底，
107.s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括sog材料层的掩膜层；
108.s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
109.s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
110.s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
111.s6：去除所述光刻胶层；
112.s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
113.s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
114.通过上述步骤形成的第二种半导体结构如图6所示；本实施例中，在半导体衬底上形成的掩膜层为具有抗蚀性与平坦化功能的sog材料层，光刻胶层可由如旋转涂布的工艺形成于sog材料层上。所述soc材料层为光刻胶层的形成提供平坦面。
115.在本发明一实施例中，结合图7所示，图7为本发明提供的半导体结构的形成方法的另一步骤示意图；方法主要包括：
116.s1：提供一半导体衬底，
117.s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括sog材料层与soc材料层的掩膜层；
118.s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
119.s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
120.s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
121.s6：去除所述光刻胶层；
122.s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
123.s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
124.进一步的，结合图8所示，为本发明实施例提供的基于图7中步骤s2的一流程示意图，其中包括：
125.步骤s21：在所述半导体衬底的表面上形成一sog材料层；
126.步骤s22：在所述sog材料层的表面上形成一soc材料层。
127.通过上述步骤形成的第三种半导体结构如图9所示，可选的，上述sog材料层与soc材料层的形成顺序可根据实际情况进行调整；掩膜层由具有抗蚀性与平坦化功能的sog材料层与soc材料层组成，光刻胶层可由如旋转涂布的工艺形成于soc材料层上，所述soc材料层为光刻胶层的形成提供平坦面。
128.在本发明一实施例中，结合图10所示，图10为本发明提供的半导体结构的形成方
法的另一步骤示意图；包括：
129.s1：提供一半导体衬底，
130.s2：在所述半导体衬底的表面上形成一包括apf材料层与soc材料层的掩膜层；
131.s3：在所述掩膜层的表面上形成光刻胶层；
132.s4：通过光刻工艺在所述光刻胶层上形成目标图形；
133.s5：以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述掩膜层，以将所述目标图形转移至所述掩膜层；
134.s6：去除所述光刻胶层；
135.s7：以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形；
136.s8：在所述半导体衬底上刻蚀出所述目标图形后，去除所述掩膜层。
137.进一步的，结合图11所示，为本发明实施例提供的基于步骤s2的另一种半导体结构的形成方法的流程图，其中包括：
138.s21：在所述半导体衬底的表面上形成一apf材料层；其中，apf材料层中包括具有平坦化功能以及高抗蚀性的先进图膜(advanced patterning film，apf)。
139.s22：在所述apf材料层的表面上形成一soc材料层。
140.通过上述步骤形成的第四种半导体结构如图12所示，本实施例中掩膜层由具有抗蚀性与平坦化功能的apf材料层与soc材料层组成，光刻胶层可由如旋转涂布的工艺形成于soc材料层上，所述soc材料层为光刻胶层的形成提供平坦面。进一步的，上述apf材料层与soc材料层的形成顺序可根据实际情况进行调整；
141.可选的，步骤s2还可以包括：
142.s211：在所述半导体衬底的表面上形成一soc材料层；
143.s212：在所述soc材料层的表面上形成一apf材料层。
144.本技术的实施例还提供一种半导体结构，通过采用上述任意一实施例所述的半导体结构的形成方法形成。
145.相应的，本发明实施例还提供了一种电子元器件，包括上述任意一实施例提供的半导体结构。
146.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，未对上述实施例中的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。
147.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。