CN102314078B

CN102314078B - 光刻方法

Info

Publication number: CN102314078B
Application number: CN 201010228236
Authority: CN
Inventors: 安辉; 郝静安
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: CN102314078A

Abstract

本发明公开了一种光刻方法，该方法包括：采用二氧化碳CO₂和氢气H2的混合气体对衬底表面进行等离子体处理；在衬底表面旋涂光阻PR，形成光刻图案。采用该方法能够避免光刻图案剥落。

Description

光刻方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种光刻方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，因此半导体工艺的精度也变得更加重要。在半导体制造工艺中，其中一个重要的工艺就是光刻，光刻是将掩膜版上的图案转移为晶片上的光刻图案的工艺过程，因此光刻的质量会直接影响到最终形成的芯片的性能。

由于衬底的主要成分为二氧化硅(SiO₂)，其中，位于衬底表面的硅离子可与空气中水分子的羟基(-OH)相结合，从而在衬底表面生成带有羟基的化合物，带有羟基的化合物通常都具有亲水性(hydrophilic)，从而使得衬底表面具有了亲水性。光阻(PR)是一种大分子化合物，其包含憎水基团，从而使得PR具有了憎水性(hydrophobic)。通常我们将这种现象称为：衬底表面和PR具有相反的极性。

当对衬底进行光刻时，其中一个必要的步骤就是在衬底表面旋涂PR，由于衬底表面和PR具有相反的极性，因此，旋涂后的PR难以很好的地附着于衬底表面，最终造成光刻图案的剥落。

为了避免光刻图案的剥落，在旋涂PR之前，通常对衬底表面进行一系列的处理，现有技术中处理的主要原理是：采用憎水基团置换衬底表面的羟基，从而使衬底表面具有憎水性，下面详细介绍处理的方法。

处理的方法为：将衬底置于密闭容器中，在一定温度下采用六甲基二硅烷(HMDS)与衬底表面进行化学反应，HMDS的分子结构式为：

HMDS与羟基反应的原理可用下式表示：

为了清楚地表明处理过程，图1为现有技术中采用HMDS对衬底表面进行处理的示意图。如图1所示，当衬底表面与HMDS进行化学反应之前，衬底表面为亲水性的羟基，当衬底表面与HMDS进行化学反应之后，衬底表面的羟基转变为

而

是一种憎水基团，因此，衬底表面也具有了憎水性，使得PR和衬底表面具有了相同的极性，旋涂后的PR可以附着于衬底表面，避免了光刻图案的剥落。

然而，在实际应用中，由于亲水基团

的体积很大，当其置换羟基时，假设衬底表面的羟基有N个，可是在空间上难以在衬底表面容纳置换后的N个

通常将这种现象称为立体位阻效应(steric hindranceeffect)，基于立体位阻效应，N个羟基中只有部分羟基可被置换。由上述分析可知，衬底表面还是具有大量亲水性的羟基，旋涂后的PR有可能还是难以很好的地附着于衬底表面，造成光刻图案的剥落。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光刻方法，能够避免光刻图案剥落。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种光刻方法，该方法包括：

采用二氧化碳CO₂和氢气H₂的混合气体对衬底表面进行等离子体处理；

在衬底表面旋涂光阻，并形成光刻图案。

所述混合气体的流量为20至500标准状态毫升/分。

CO₂和H₂的体积比例为1∶20至4∶1。

等离子体处理的时间为10至70秒；

等离子体处理的温度为0至60摄氏度。

所述光刻图案是对光阻进行曝光、显影形成。

根据本发明所提供的技术方案，采用CO₂和H₂的混合气体对衬底表面进行等离子体处理，然后在衬底表面旋涂PR，并对PR进行曝光、显影，生成光刻图案。衬底表面与CO₂和H₂的混合气体进行化学反应之后，衬底表面的羟基转变为甲基，而甲基的体积比较小，避免了立体位阻效应，使得衬底表面由亲水性转变为憎水性，因此，旋涂后的PR可以很好地附着于衬底表面，能够避免光刻图案的剥落。

附图说明

图1为现有技术中采用HMDS对衬底表面进行处理的示意图。

图2为本发明所提供的一种光刻方法的流程图。

图3为本发明中采用CO₂和H₂的混合气体对衬底表面进行处理的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

本发明的核心思想为：采用二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)的混合气体对衬底表面进行等离子体处理，衬底表面与CO₂和H₂的混合气体进行化学反应之后，衬底表面的羟基转变为甲基，而甲基的体积比较小，当其置换羟基时，若衬底表面的羟基有N个，在空间上也可以在衬底表面容纳置换后的N个甲基，避免了立体位阻效应，使得衬底表面由亲水性转变为憎水性，因此，旋涂后的PR可以很好地附着于衬底表面，避免了光刻图案的剥落。

图2为本发明所提供的一种光刻方法的流程图。如图2所示，该方法包括；

步骤201，采用二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)的混合气体对衬底表面进行等离子体处理。

CO₂和H₂的混合气体与衬底表面的羟基的反应原理可用下式表示：

为了清楚地表明反应过程，图3为本发明中采用CO₂和H₂的混合气体对衬底表面进行处理的示意图。如图3所示，当衬底表面与CO₂和H₂的混合气体进行化学反应之前，衬底表面具有亲水性的羟基，当衬底表面与CO₂和H₂的混合气体进行化学反应之后，衬底表面的羟基转变为甲基(-CH₃)，而甲基具有憎水性，因此，衬底表面也具有了憎水性，使得PR和衬底表面具有了相同的极性，旋涂后的PR可以附着于衬底表面，避免了光刻图案的剥落。

在本发明中，衬底表面与CO₂和H₂的混合气体进行化学反应之后，衬底表面的羟基转变为甲基，而甲基的体积比较小，当其置换羟基时，若衬底表面的羟基有N个，在空间上也可以在衬底表面容纳置换后的N个甲基，避免了立体位阻效应；或者，至少N个羟基中的绝大部分羟基都可以被甲基置换，大大减少了衬底表面羟基的数量，使得衬底表面由亲水性转变为憎水性。

另外，当采用CO₂和H₂的混合气体对衬底表面进行等离子体处理时，优选地，混合气体的流量为20至500标准状态毫升/分(sccm)，等离子体处理的时间为10至70秒，等离子体处理的温度为0至60摄氏度。

其中，CO₂和H₂在混合气体中的体积比例优选为1∶20至4∶1。

步骤202，在衬底表面旋涂PR，并形成光刻图案。

其中，光刻图案是对PR进行曝光、显影形成。

步骤202为现有技术的内容，此处不予赘述。

需要说明的是，当采用CO₂和H₂的混合气体对衬底表面进行等离子体处理时，只是改变了衬底表面的材料的极性，而对表面以下的衬底不会造成影响，因此不会改变整个衬底的性能。

由上述的技术方案可见，本发明所提供的一种光刻方法包括：采用CO₂和H₂的混合气体对衬底表面进行等离子体处理，然后在衬底表面旋涂PR，并对PR进行曝光、显影，生成光刻图案。因此，在本发明中，衬底表面与CO₂和H₂的混合气体进行化学反应之后，衬底表面的羟基转变为甲基，而甲基的体积比较小，当其置换羟基时，若衬底表面的羟基有N个，在空间上也可以在衬底表面容纳置换后的N个甲基，避免了立体位阻效应，使得衬底表面由亲水性转变为憎水性，因此，旋涂后的PR可以很好地附着于衬底表面，能够避免光刻图案的剥落。

另外，本发明步骤201的具体过程不仅可以用于光刻工艺中，还可用于衬底的化学气象沉积(CVD)工艺中，当在密闭容器中完成CVD工艺而形成衬底后，可直接执行步骤201，则后续进入光刻工艺后则不必再重复执行步骤201。

本发明所提供的方法还可以和现有技术相结合，例如，采用HMDS对衬底表面进行处理后，还可进一步使用本发明提供的方法，尽量能够全部置换衬底表面的羟基。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光刻方法，该方法包括：

采用二氧化碳CO₂和氢气H₂的混合气体对衬底表面进行等离子体处理，将衬底表面的羟基转变为防止立体位阻效应的甲基，衬底表面由亲水性转变为憎水性；

在衬底表面旋涂光阻，并形成光刻图案；

所述混合气体的流量为20至500标准状态毫升/分；CO₂和H₂的体积比例为1：20至4：1；等离子体处理的时间为10至70秒；等离子体处理的温度为0至60摄氏度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻图案是对光阻进行曝光、显影形成。