CN117174583B - 半导体结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体结构及其制备方法，方法包括：于衬底上形成第一光刻胶材料层；干法刻蚀第一光刻胶材料层的顶面，以于第一光刻胶材料层内形成沿第一方向交替排布的突出部及凹槽，以形成图形化第一光刻胶层；形成填充满凹槽且顶面高于突出部的顶面的第二光刻胶材料层；图形化处理第二光刻胶材料层、图形化第一光刻胶层，以得到暴露出部分衬底的目标图形化光刻胶层。上述制备方法能够改善光刻胶层层间分层、倾斜、倒塌等问题，还能够提供胶层间的机械咬合力，以进一步提高多层光刻胶结构的稳定性，进而改善产品的整体性能。

Description

半导体结构及其制备方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术

随着芯片性能的日益提升，对不同种类光刻图形的设计及制造需求也进一步提升，在不同结构或不同性能需求的半导体制备工艺中，光刻层所需的膜厚也不同。部分光刻层需要具有较大的深宽比，且工艺中一般采用多层旋胶的涂布方式来获得更大深宽比的光刻胶层。

然而，采用多层旋胶的涂布方式形成光刻图形，在后续显影及冲洗等过程中容易产生缺陷，进而影响产品性能和良率。因此，亟需提供一种半导体结构及其制备方法，以提高具有较大深宽比的光刻图形的质量，从而改善器件性能。

发明内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种半导体结构及其制备方法，以提高具有较大深宽比的光刻图形的质量及稳定性，进而提高半导体产品的性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的一方面提供一种半导体结构的制备方法，包括：于衬底上形成第一光刻胶材料层；干法刻蚀第一光刻胶材料层的顶面，以于第一光刻胶材料层内形成沿第一方向交替排布的突出部及凹槽，以形成图形化第一光刻胶层；形成填充满凹槽且顶面高于突出部的顶面的第二光刻胶材料层；图形化处理第二光刻胶材料层、图形化第一光刻胶层，以得到暴露出部分衬底的目标图形化光刻胶层。

于上述实施例中的半导体结构的制备方法中，干法刻蚀第一光刻胶材料层以形成沿第一方向交替排布的突出部及凹槽，以形成具有多个突出部及凹槽的图形化第一光刻胶层，然后在图形化第一光刻胶层的顶面形成第二光刻胶材料层，第二光刻胶材料层至少填满图形化第一光刻胶层的凹槽，从而提高图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层的接触面积，进而提高层间结合力。由于图形化第一光刻胶层中的突出部及凹槽是交替排布的，因此，图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层接触面上不同位置的结合强度均能够得到提升，从而改善图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层中的分层或倾斜等问题，还能够改善后续图形化处理过程中容易出现倒塌的现象。另外，上述结构在提高了图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层接触面积的同时，还存在胶层间的机械咬合力，能够进一步提高多层旋胶结构的稳定性，进而改善产品的整体性能。

在其中一些实施例中，干法刻蚀第一光刻胶材料层的顶面，包括：基于反应离子刻蚀第一光刻胶材料层的顶面，反应离子选自氧离子、氯离子、氟离子和其组合；反应离子相对于第一光刻胶材料层的顶面具有预设入射角度。

在其中一些实施例中，干法刻蚀第一光刻胶材料层的顶面，包括：基于离子束对第一光刻胶材料层的顶面进行铣加工，离子束包括惰性气体离子束；惰性气体离子束相对于第一光刻胶材料层的顶面具有预设入射角度。

在其中一些实施例中，形成第二光刻胶材料层之后及图形化处理第二光刻胶材料层之前，还包括：干法刻蚀第二光刻胶材料层的顶面，以于第二光刻胶材料层内形成沿预设水平方向交替排布的突出部及凹槽；预设水平方向与第一方向共面且二者平行或相交；形成填充满凹槽且顶面高于突出部的顶面的第三光刻胶材料层；形成目标图形化光刻胶层，包括：图形化处理第三光刻胶材料层、第二光刻胶材料层、图形化第一光刻胶层，以得到暴露出部分衬底的目标图形化光刻胶层。

在其中一些实施例中，凹槽的顶面在衬底顶面的正投影面积大于或等于凹槽的底面在衬底顶面的正投影面积。

在其中一些实施例中，图形化第一光刻胶层的厚度大于第二光刻胶材料层的厚度；凹槽的深度与第一光刻胶材料层的厚度正相关。

在其中一些实施例中，于衬底上形成第一光刻胶材料层，包括：在衬底的顶面涂覆光刻胶材料后，对光刻胶材料烘烤处理，得到第一光刻胶材料层；图形化处理第二光刻胶材料层、图形化第一光刻胶层，包括：对第二光刻胶材料层及图形化第一光刻胶层进行曝光；对曝光后的第二光刻胶材料层及图形化第一光刻胶层进行显影，以进行图形化处理。

根据一些实施例，本申请的另一方面提供一种半导体结构，其采用本申请实施例中任一项所述的方法制备而成。半导体结构包括位于衬底上的沿第一方向间隔排布的子光刻胶柱；子光刻胶柱包括第二光刻胶材料层，以及位于第二光刻胶材料层与衬底之间的图形化第一光刻胶层；图形化第一光刻胶层包括沿第一方向交替排布的突出部及凹槽；第二光刻胶材料层填充满凹槽且顶面高于突出部的顶面。

在其中一些实施例中，突出部沿第一方向的最大长度范围为[d1+0.05×d2，d1+0.3×d2]；其中，d1为曝光过程中的最小图形尺寸，d2为衬底的切割道尺寸。

在其中一些实施例中，凹槽沿第一方向的最大长度范围为[0.05×d2，0.1×d2]。

本申请意想不到的技术效果是：图形化第一光刻胶层具有沿第一方向交替排布的突出部及凹槽，第二光刻胶材料层与图形化第一光刻胶层通过突出部及凹槽进行连接，从而提高了接触面积，以提高结合强度，改善或避免多层光刻胶堆叠而导致的分层、倾斜或倒塌等问题；并且上述结构中第二光刻胶材料层与图形化第一光刻胶层之间还存在机械咬合力，能够在提高结合强度的同时，提高多层光刻胶的均匀性及稳定性，进而提高产品质量。

附图说明

为了更好地描述和说明这里公开的那些申请的实施例和/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申请、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些申请的最佳模式中的任何一者的范围的限制。

图1显示为本申请一实施例中提供的光阻涂布工艺中不同步骤过程的示意图；

图2显示为本申请一实施例中提供的第一次涂布与第二次涂布的光阻厚度与光刻胶涂布机转速关系的曲线示意图；

图3显示为本申请一实施例中提供的一种半导体结构的制备方法的流程示意图；

图4显示为本申请一实施例中提供的一种于衬底上形成第一光刻胶材料层的截面结构示意图；

图5显示为本申请一实施例中提供的在图4所示的结构上形成图形化第一光刻胶层的截面结构示意图；

图6显示为本申请另一实施例中提供的在图4所示的结构上形成图形化第一光刻胶层的截面结构示意图；

图7显示为本申请又一实施例中提供的在图4所示的结构上形成图形化第一光刻胶层的截面结构示意图；

图8显示为本申请一实施例中提供的一种反应离子刻蚀机的立体结构示意图；

图9显示为本申请一实施例中提供的在图5所示的结构上形成第二光刻胶材料层的截面结构示意图；

图10显示为本申请一实施例中提供的在图9所示的结构上形成目标图形化光刻胶层的截面结构示意图。

附图标记说明：

11、晶圆承载台；12、晶圆；13、表面冲洗喷头；14、旋胶喷头；15、光刻层；16、边缘冲洗喷头；17、背面冲洗喷头；200、半导体结构；21、衬底；22、第一光刻胶材料层；23/23a/23b/23c、图形化第一光刻胶层；231/231a/231b/231c、突出部；232/232a/232b/232c、凹槽；24、第二光刻胶材料层；25、目标图形化光刻胶层；300、反应离子刻蚀机；31、真空壁；32、功率电极；33、反应离子；34、基片；35、刻蚀反应室。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参考相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请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申请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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。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，在不脱离本申请教导之下，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申请的限制。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。

这里参考作为本申请的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述申请的实施例。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，本申请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，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申请的范围。

请参阅图1-图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽图示中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，随着芯片性能的日益提升，对更多种类光刻图形的设计及制造需求也进一步提升，常规光刻层进行一次光刻胶涂布便能满足膜厚需求。在形成光刻层15的过程中，首先，请参阅图1中的（a），将晶圆12放置在晶圆承载台11上，并利用表面冲洗喷头13对晶圆的表面进行冲洗，以去除晶圆表面的杂质；然后，请参阅图1中的（b），利用旋胶喷头14对晶圆12表面进行旋胶，具体地，晶圆12静止时，进行涂胶，然后加速晶圆承载台11的旋转，以甩胶并挥发溶剂；请参阅图1中的（c），重复上述图1中的（b）所包括的步骤，得到光刻层15；请参阅图1中的（d），在形成光刻层15后，利用边缘冲洗喷头16对光刻层15的边缘进行冲洗，并同时利用背面冲洗喷头17对晶圆12的背面进行冲洗，以去除晶圆边缘不均匀光刻胶的堆积及杂质。但部分光刻层在执行光刻工艺时，出于提高光刻胶抗离子注入和刻蚀能力等目的，需要制备具有大深宽比的图形。但由于单一光阻均具有一定的膜厚使用范围限制，即通过一次涂胶形成的光刻层15的厚度范围不能够满足部分光刻图形的厚度需求，因而，采用多层旋胶涂布方式是获得大深宽比图形的可靠工艺之一。

请参阅图2，胶层的厚度与旋胶速度成反比，可以看出，在仅进行一次涂胶的情况下，胶层的厚度可以达到A，厚度有限，若想将厚度提高到B，需进行第二次涂布，若想继续增加胶层厚度，还要进一步增加涂布次数。采用多层涂胶的方式虽然可以增大光刻图形深宽比，但深宽比的增加也导致图形结构稳定性显著降低，尤其是不同光阻层间的界面结合强度和稳定性较差，图形在后续显影、去离子水冲洗过程中容易发生分层、倒塌、倾斜和错位等缺陷，进而影响产品性能和良率。

基于上述技术问题，本申请提供一种半导体结构及其制备方法，以提高具有较大深宽比的光刻图形的质量及稳定性，进而提高半导体产品的性能。

作为示例，本申请实施例中所述的第一方向可以为ox方向，第二方向可以为oy方向。

作为示例，请参阅图3，本申请的一方面提供一种半导体结构的制备方法，包括：

步骤S4：于衬底上形成第一光刻胶材料层；

步骤S6：干法刻蚀第一光刻胶材料层的顶面，以于第一光刻胶材料层内形成沿第一方向交替排布的突出部及凹槽，以形成图形化第一光刻胶层；

步骤S8：形成填充满凹槽且顶面高于突出部的顶面的第二光刻胶材料层；

步骤S10：图形化处理第二光刻胶材料层、图形化第一光刻胶层，以得到暴露出部分衬底的目标图形化光刻胶层。

于上述实施例中的半导体结构的制备方法中，干法刻蚀第一光刻胶材料层，形成沿第一方向交替排布的突出部及凹槽，得到具有多个突出部及凹槽的图形化第一光刻胶层，然后在图形化第一光刻胶层的顶面形成第二光刻胶材料层，第二光刻胶材料层至少填满图形化第一光刻胶层的凹槽，从而提高了图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层的接触面积，进而提高层间结合力。由于图形化第一光刻胶层中的突出部及凹槽是交替排布的，因此，图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层接触面上不同位置的结合强度均能够得到提升，从而改善图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层的分层、倒塌、倾斜、界面脱粘等问题。另外，上述结构在提高了图形化第一光刻胶层和第二光刻胶材料层接触面积的同时，还引入了胶层间的机械咬合力，能够进一步提高多层旋胶结构的稳定性，提高大深宽比多层涂胶光刻图形的结构稳定性，从而提高其在后续工艺中的抗离子注入和蚀刻能力，进而改善产品的整体性能。

在步骤S4中，请参阅图3中的步骤S4及图4，提供衬底21并于衬底21上形成第一光刻胶材料层22，第一光刻胶材料层22可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶。光刻工艺包括负性光刻和正性光刻两种基本工艺，负性光刻是把与掩膜版上图形相反的图形复刻到衬底21表面；正性光刻是把与掩膜版上图形相同的图形复刻到衬底21表面。

作为示例，衬底21可以采用半导体材料、绝缘材料、导体材料或者它们的任意组合构成。衬底21可以为单层结构，也可以为多层结构。例如，衬底21可以是诸如硅（Si）衬底、硅锗（SiGe）衬底、硅锗碳（SiGeC）衬底、碳化硅（SiC）衬底、砷化镓（GaAs）衬底、砷化铟（InAs）衬底、磷化铟（InP）衬底或其它的III/V半导体衬底或II/VI半导体衬底。或者，还例如，衬底21可以是包括诸如Si/SiGe、Si/SiC、绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗的层状衬底。本领域的技术人员可以根据衬底21上形成的晶体管类型选择衬底21类型，因此，衬底21的类型不应限制本申请的保护范围。衬底21内可以包括晶体管、字线、位线等中的一个或多个。

在步骤S6中，请参阅图3中的步骤S6及图5，基于目标离子处理第一光刻胶材料层22的顶面，以于第一光刻胶材料层22内形成沿第一方向（例如ox方向）交替排布的突出部231a及凹槽232a，以形成图形化第一光刻胶层23a；目标离子相对于衬底21的顶面具有预设入射角度，以对第一光刻胶材料层22的顶面进行方向选择性刻蚀，从而形成均匀间隔排布的形状及尺寸相同的凹槽232a，以均匀地提高第一光刻胶材料层22顶面的粗糙性，便于提高与相邻光刻胶层之间的结合强度及稳定性。

作为示例，预设入射角度范围为[0°,180°]。示例地，预设入射角度范围可以为0°、30°、90°、120°或180°等等。预设入射角度能够决定凹槽开口的方向及凹槽的形状，不同的凹槽开口方向及形状所增大的胶层间结合强度效果也不相同，可根据实际工艺需求设置不同的预设入射角度范围。需要说明的是，本申请不限制目标离子的具体预设入射角度。

作为示例，在本申请中，预设入射角度为具有水平方向的第一光刻胶材料层22的顶面与目标离子形成的入射线之间的角度。

作为示例，请继续参阅图5，凹槽232a的深度与第一光刻胶材料层22的厚度正相关。例如，凹槽232a深度范围为第一光刻胶材料层22厚度的20%-70%。示例地，凹槽232a深度可以为第一光刻胶材料层22厚度的20%、30%、50%、60%或70%等等。需要说明的是，凹槽232a深度不能浅也不能太深，若凹槽232a深度太浅，会降低胶层间结合力及机械咬合力，以及不能够满足胶层结合稳定性的需求；若凹槽232a深度太深，会破坏第一光刻胶材料层22自身的质量，使其松动或倾斜，也会增加刻蚀时间，降低刻蚀效率，并且在后续形成相邻光刻胶层的过程中，会增加材料使用量，增大材料成本。因此，凹槽232a深度范围为第一光刻胶材料层22厚度的20%-70%，能够在合理范围内提高不同胶层之间的结合强度及结合的稳定性。

作为示例，本申请提供的制备方法适用于所有利用具有蚀刻角度、宽度和深度可控的离子刻蚀设备来制备胶层间嵌套结构的方法。

作为示例，请继续参阅图5，凹槽232a的顶面在衬底21顶面的正投影面积大于或等于凹槽232a的底面在衬底21顶面的正投影面积，以保证第二光刻胶材料层24（请参阅图9）在凹槽232a中的部分材料使得图形化第一光刻胶层23a与第二光刻胶材料层24紧密连接，且具有机械咬合力，结合强度更大，并且使得多层光刻胶层更不易倒塌、倾斜或断裂。

作为示例，请继续参阅图5，需要保证突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的长度大于曝光过程中的最小图形尺寸，避免突出部231a不能被有效曝光显影。切割道宽度对于芯片的质量具有重要影响，合适的切割道宽度可以确保芯片在切割过程中不会产生损伤或者裂纹，从而保证芯片的完整性和可靠性。为了提高制备突出部231a的尺寸均一性及质量，设置突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度范围为[d1+0.05×d2，d1+0.3×d2]；其中，d1为曝光过程中的最小图形尺寸，d2为衬底21的切割道尺寸。由于突出部231a是与凹槽232a交替排布的，因此，突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度也为相邻凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大间距，即相邻凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大间距为[d1+0.05×d2，d1+0.3×d2]，保证凹槽232a与突出部231a交替排布，提高制备突出部231a的尺寸均一性及质量，从而提高图形化第一光刻胶层23a与第二光刻胶材料层24之间的咬合力，提高胶层嵌套效果。示例地，突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度可以为（d1+0.05×d2）、（d1+0.1×d2）、（d1+0.2×d2）或（d1+0.3×d2）等等。

作为示例，请继续参阅图5，凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度范围为[0.05×d2，0.1×d2]。示例地，凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度可以为（0.05×d2）、（0.06×d2）、（0.08×d2）或（0.1×d2）等等。凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的长度不能太大，若凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的长度太大，则在同样面积的衬底21顶面上，凹槽232a的数量就越少，则图形化第一光刻胶层23a与第二光刻胶材料层24之间的咬合力就越差，因此，嵌套效果就越差。在本申请中，可根据实际工艺需求设置凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的形状及长度，以达到最优的嵌套效果。

作为示例，请参阅图6，当目标离子的预设入射角度为90°时，避免目标离子的物理轰击力产生不可控的水平分量，通过其他刻蚀参数设置，可于第一光刻材料层中形成截面为倒等腰三角形且沿第二方向（例如oy方向）延伸的凹槽232b，且突出部231b的截面形状为等腰梯形，以形成图形化第一光刻胶层23b。

作为示例，请参阅图7，当目标离子的预设入射角度为90°时，通过其他刻蚀参数设置，可于第一光刻材料层中形成截面为矩形的凹槽232c和突出部231c，且凹槽232c沿第二方向（例如oy方向）延伸，以形成图形化第一光刻胶层23c。

需要说明的是，除了图5-图7中所示的图形化第一光刻胶层23顶面的突出部231与凹槽232的形状，还可以根据需要将突出部231与凹槽232设置为任意形状，本申请不限制突出部231与凹槽232的具体形状。

作为示例，形成第二光刻胶材料层24之后及图形化处理第二光刻胶材料层24之前，还包括：

步骤S91：干法刻蚀第二光刻胶材料层的顶面，以于第二光刻胶材料层内形成沿预设水平方向交替排布的突出部及凹槽；预设水平方向与第一方向共面且二者平行或相交；

步骤S92：形成填充满凹槽且顶面高于突出部的顶面的第三光刻胶材料层（未图示）。

示例地，形成目标图形化光刻胶层25，包括：

步骤S11：图形化处理第三光刻胶材料层、第二光刻胶材料层24、图形化第一光刻胶层23，以得到暴露出部分衬底21的目标图形化光刻胶层25。

本领域技术人员可以重复步骤S91及步骤S92，本申请对重复的次数不作具体限定，根据实际需求确定即可。

作为示例，本申请利用了方向选择性刻蚀原理，即在刻蚀设备的电极如阴极附近设置方向可控的电场，通过调整电场方向可以使目标离子在一定的工作压力下，以一定的预设入射角度射向第一光刻胶材料层的表面，对第一光刻胶材料层22的表面进行物理或化学轰击，使得刻蚀具有很好的各向异性。

作为示例，方向选择性刻蚀可以采用的刻蚀设备包括但不限于反应离子刻蚀机、光栅分区反应离子束刻蚀机及离子铣设备。

作为示例，请参阅图8，图8示出了一种反应离子刻蚀机300工作过程中的立体结构示意图，具体地，反应离子刻蚀机300可以为全自动反应离子刻蚀机300。干法刻蚀第一光刻胶材料层22的顶面，包括：基于反应离子刻蚀第一光刻胶材料层22的顶面，反应离子选自氧离子、氯离子、氟离子和其组合。反应离子刻蚀主要通过电场结构调控嵌套界面形状，可通过磁场约束电场形状和分布强度，改变界面结合形状，如规则锯齿状或矩形等结构，并且反应离子刻蚀可通过任意角度进行选择刻蚀，可以获得不规则界面结合形状。

作为示例，请继续参阅图8，全自动反应离子刻蚀机300通过调节工作台位置、反应离子束形状和入射方向实现蚀刻角度的调节，使蚀刻角度在任意角度内可控，其以整个真空壁31接地作为阳极，阴极是功率电极32，阴极侧面具有接地屏蔽罩，其可防止功率电极32受到溅射。具体地，在反应离子刻蚀机300的工作过程中，将要刻蚀的基片34放在功率电极32上，在本申请中，基片34可以为衬底21上的第一光刻材料层，刻蚀气体按照一定的工作压力和搭配比例充满整个刻蚀反应室35，反应离子刻蚀机300对刻蚀气体施加大于气体击穿临界值的高频电场，在强电场作用下，被高频电场加速的杂散电子与气体分子或原子经历随机碰撞和非弹性碰撞过程，并不断激发或电离气体分子，以形成反应离子33，反应离子33可以为等离子体。由于非弹性碰撞产生的等离子体具有强化学活性，可与第一光刻材料层表面的原子产生化学反应，形成挥发性物质，以达到刻蚀第一光刻材料层表层的目的。

作为示例，请继续参阅图5-图9，在反应离子33刻蚀过程中，刻蚀气体可以采用氧气，氧气的流量范围为[1.5sccm，5.5sccm]，压强范围为[2Pa，50Pa]，具体刻蚀时间取决于突出部231与凹槽232的形状及尺寸、刻蚀速率的设置等因素。具体地，氧气的流量可以为1.5sccm、2.5sccm、3.5sccm、4.5sccm或5.5sccm等等，压强可以为2Pa、10Pa、20Pa、35Pa或50Pa等等。

作为示例，请继续参阅图9，干法刻蚀第一光刻胶材料层22的顶面，包括：基于离子束对第一光刻胶材料层22的顶面进行铣加工，离子束包括惰性气体离子束。本申请还可以采用离子束刻蚀以形成图形化第一光刻胶层23，离子束刻蚀也称为离子铣，是指定向高能离子向固体靶撞击时，能量从入射离子转移到固体表面原子上，当入射离子能量大于表面原子间结合能时，表面原子就会被除掉。离子束刻蚀所用的离子来自惰性气体，束流最小直径约10nm。因此，选择离子束刻蚀可以实现10nm以上显微结构的快速选择性蚀刻。

作为示例，在对第一光刻胶材料层22的顶面进行铣加工时，刻蚀气体可以采用惰性气体，例如氩气，真空度范围为[10^-4Torr，10^-9Torr]，离子束能量范围为[0.5KeV，5KeV]，具体刻蚀时间取决于突出部231与凹槽232的形状及尺寸、刻蚀速率的设置等因素。具体地，真空度可以为10^-4Torr、10^-5Torr、10^-6Torr、10^-7Torr或10^-9Torr等等，离子束能量可以为0.5KeV、1KeV、2KeV、3KeV或5KeV等等。

作为示例，在步骤S6中形成图形化第一光刻胶层之后，以及步骤S8中形成第二光刻胶材料层之前，还可以包括：

步骤S7：对图形化第一光刻胶层表面形成的凹槽及突出部进行处理，处理过程可以包括去离子水冲洗、烘烤和六甲基二硅烷（HMDS）涂布工艺，以改善图形化第一光刻胶层在进行刻蚀后的表面状况。

在步骤S8中，请参阅图3中的步骤S8及图9，于图形化第一光刻胶层23顶部形成填充满凹槽232且顶面高于突出部231的顶面的第二光刻胶材料层24。第二光刻胶材料层24的厚度至少大于图形化第一光刻胶层23中凹槽232的深度。第二光刻胶材料层24可以为正性光刻胶或负性光刻胶。

作为示例，请继续参阅图5-图9，图形化第一光刻胶层23与第二光刻胶材料层24的材料可以相同，也可以不同。当图形化第一光刻胶层23与第二光刻胶材料层24的材料不同时，本申请可以通过双重曝光技术解决不同材料光刻胶层之间结合的关键尺寸一致性问题。

作为示例，请继续参阅图5-图9，图形化第一光刻胶层23的厚度大于第二光刻胶材料层24的厚度。具体地，第二光刻胶材料层24的厚度为图形化第一光刻胶层23的厚度的30%-90%。具体地，第二光刻胶材料层24的厚度可以为图形化第一光刻胶层23的厚度的30%、50%、60%、80%或90%等等，需要注意的是，第二光刻胶材料层24需保证至少填满并覆盖图形化第一光刻胶层23中的凹槽232。

作为示例，请继续参阅图5-图9，本申请中提供的半导体结构200中还可以包括两层以上的光刻胶层，各光刻胶层沿第二方向（例如oy方向）依次叠置，且除最顶部的光刻胶层之外，其他光刻胶层的顶部均具有沿第一方向（例如ox方向）交替排布的突出部231及凹槽232，不同光刻胶层中凹槽232的尺寸和形状可以相同或不同，且与其顶部相邻的光刻胶层需至少填满其凹槽232。示例地，本申请中提供的半导体结构200还可以包括第三光刻胶层，其中，第二光刻胶材料层24的顶面具有沿第一方向（例如ox方向）交替排布的突出部231及凹槽232，第三光刻胶层至少填满第二光刻胶材料层24中的凹槽232。

于上述实施例所述的半导体结构200中，能够改善在具有两层及两层以上光刻胶层的光刻图形中的分层、倒塌、倾斜、界面脱粘等问题，在提高了各光刻胶层间接触面积的同时，还引入了胶层间的机械咬合力，能够进一步提高多层旋胶结构的稳定性，提高大深宽比多层涂胶光刻图形的结构稳定性，并且能够提供半导体工艺制备过程中所需的任意厚度的光刻图形，以提高其在后续工艺中的抗离子注入和蚀刻能力，进而改善半导体产品的良率。

作为示例，请参阅图3中的步骤S10及图10，于衬底上形成第一光刻胶材料层，包括：在衬底的顶面涂覆光刻胶材料后，对光刻胶材料烘烤处理，得到硬化后的第一光刻胶材料层；步骤S10中图形化处理第二光刻胶材料层24、图形化第一光刻胶层23，包括：

步骤S101：对第二光刻胶材料层24及图形化第一光刻胶层23进行曝光；

步骤S102：对曝光后的第二光刻胶材料层24及图形化第一光刻胶层23进行显影，以进行图形化处理。

在步骤S101及步骤S102中，请继续参阅图10，形成第二光刻胶材料层24包括在图形化第一光刻胶层23的顶面涂覆光刻胶材料后，对光刻胶材料烘烤处理，得到硬化后的第二光刻胶材料层24。图形化处理可以包括实际工艺中所需的任意形状的图形，在本实施例中，图形化处理所得到的目标图形化光刻胶层25为多个沿第一方向（例如ox方向）排布的子光刻胶柱，相邻子光刻胶柱之间具有预设间隙。在图形化处理的过程中，由于图形化第一光刻胶层23与第二光刻胶材料层24之间具有嵌套结构及机械咬合力。因此，在曝光及显影的过程中，避免了胶层的分层、倒塌、倾斜、界面脱粘等问题，提高了图形化处理的效率以及产品的良率。

作为示例，请继续参阅图5，突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度范围为[d1+0.05×d2，d1+0.3×d2]；其中，d1为曝光过程中的最小图形尺寸，d2为衬底21的切割道尺寸。由于突出部231a是与凹槽232a交替排布的，因此，突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度也为相邻凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大间距，即相邻凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大间距为[d1+0.05×d2，d1+0.3×d2]，保证凹槽232a与突出部231a交替排布，提高图形化第一光刻胶层23a与第二光刻胶材料层24之间的咬合力，提高胶层嵌套效果。示例地，突出部231a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度可以为（d1+0.05×d2）、（d1+0.1×d2）、（d1+0.2×d2）或（d1+0.3×d2）等等。

作为示例，请继续参阅图5，凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度范围为[0.05×d2，0.1×d2]。示例地，凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的最大长度可以为（0.05×d2）、（0.06×d2）、（0.08×d2）或（0.1×d2）等等。凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的长度不能太大，若凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的长度太大，则在同样面积的衬底21顶面上，凹槽232a的数量就越少，则图形化第一光刻胶层23a与第二光刻胶材料层24之间的咬合力就越差，因此，嵌套效果就越差。在本申请中，可根据实际工艺需求设置凹槽232a沿第一方向（例如ox方向）的形状及长度，以达到最优的嵌套效果。

应该理解的是，除非本文中有明确的说明，所述的步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以其它的顺序执行。而且，所述的步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子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，这些子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的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

作为示例，请继续参阅图10，本申请的另一方面提供一种半导体结构200，其采用本申请实施例中任一项所述的方法制备而成。半导体结构200包括衬底21及目标图形化光刻胶层25。

于上述实施例中的半导体结构200中，目标图形化光刻胶层25包括若干个子光刻胶柱，相邻子光刻胶柱之间具有预设间隙。在各子光刻胶柱中，图形化第一光刻胶层23具有沿第一方向（例如ox方向）交替排布的突出部231及凹槽232，第二光刻胶材料层24与图形化第一光刻胶层23通过突出部231及凹槽232进行连接，从而提高了接触面积，以提高结合强度，改善或避免多层光刻胶堆叠而导致的分层、倾斜或倒塌等问题；并且上述结构还存在相邻胶层之间的机械咬合力，能够在提高结合强度的同时，提高多层光刻胶的均匀性及稳定性，进而提高产品质量。

于上述半导体结构200及其制备方法中，本申请意想不到的技术效果是：针对多层涂胶工艺中胶层间易分离、倾斜或倒塌的问题，本申请利用具有各向异性的目标离子刻蚀工艺在第一光刻胶材料层22的表层构建具有一定角度和深度的凹槽232，以获得相互嵌套的规则界面结合结构，在经过图形化处理后能够获得具有胶层嵌套结构的大深宽比图形；上述方案能够提高不同层光刻胶间的结合强度及稳定性，从而拓宽了光阻的可使用膜厚范围，还能够提高光刻图形的抗离子注入和刻蚀能力。

请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本申请的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

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。

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。

Claims (10)

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

于衬底上形成第一光刻胶材料层；

干法刻蚀所述第一光刻胶材料层的顶面，以于所述第一光刻胶材料层内形成沿平行于所述衬底的第一方向交替排布的突出部及凹槽，以形成图形化第一光刻胶层；其中，所述凹槽的深度与所述第一光刻胶材料层的厚度正相关；

形成填充满所述凹槽且顶面高于所述突出部的顶面的第二光刻胶材料层；

图形化处理所述第二光刻胶材料层、所述图形化第一光刻胶层，以得到暴露出部分所述衬底的目标图形化光刻胶层；其中，所述图形化第一光刻胶层的厚度大于所述第二光刻胶材料层的厚度。

2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀所述第一光刻胶材料层的顶面的步骤包括：

基于反应离子刻蚀所述第一光刻胶材料层的顶面，所述反应离子选自氧离子、氯离子、氟离子和其组合；所述反应离子相对于所述第一光刻胶材料层的顶面具有预设入射角度。

3.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀所述第一光刻胶材料层的顶面的步骤包括：

基于离子束对所述第一光刻胶材料层的顶面进行铣加工，所述离子束包括惰性气体离子束；所述惰性气体离子束相对于所述第一光刻胶材料层的顶面具有预设入射角度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，形成所述第二光刻胶材料层之后及图形化处理所述第二光刻胶材料层之前，还包括如下步骤：

干法刻蚀所述第二光刻胶材料层的顶面，以于所述第二光刻胶材料层内形成沿预设水平方向交替排布的突出部及凹槽；所述预设水平方向与所述第一方向共面且二者平行或相交；

形成填充满所述凹槽且顶面高于所述突出部的顶面的第三光刻胶材料层；

形成所述目标图形化光刻胶层的步骤包括：

图形化处理所述第三光刻胶材料层、所述第二光刻胶材料层、所述图形化第一光刻胶层，以得到暴露出部分所述衬底的目标图形化光刻胶层。

5.根据权利要求1-3任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述凹槽的顶面在所述衬底顶面的正投影面积大于或等于所述凹槽的底面在所述衬底顶面的正投影面积。

6.根据权利要求1-3任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，于衬底上形成第一光刻胶材料层的步骤包括：

在所述衬底的顶面涂覆光刻胶材料后，对所述光刻胶材料烘烤处理，得到所述第一光刻胶材料层；

所述图形化处理所述第二光刻胶材料层、所述图形化第一光刻胶层，包括：

对所述第二光刻胶材料层及所述图形化第一光刻胶层进行曝光；

对曝光后的所述第二光刻胶材料层及所述图形化第一光刻胶层进行显影，以进行所述图形化处理。

7.一种半导体结构，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的方法制备而成；所述半导体结构包括位于衬底上的沿第一方向间隔排布的子光刻胶柱；所述子光刻胶柱包括第二光刻胶材料层，以及位于所述第二光刻胶材料层与所述衬底之间的图形化第一光刻胶层；

所述图形化第一光刻胶层包括沿第一方向交替排布的突出部及凹槽；

所述第二光刻胶材料层填充满所述凹槽且顶面高于所述突出部的顶面。

8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述突出部沿所述第一方向的最大长度范围为[d1+0.05×d2，d1+0.3×d2]；

其中，d1为曝光过程中的最小图形尺寸，d2为所述衬底的切割道尺寸。

9.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述凹槽沿所述第一方向的最大长度范围为[0.05×d2，0.1×d2]。

10.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述凹槽的顶面在所述衬底顶面的正投影面积大于或等于所述凹槽的底面在所述衬底顶面的正投影面积。