[发明专利]光刻胶掩模图形的显影方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造方法，特别涉及光刻胶掩模图形的显影方法。

背景技术

光刻是集成电路制造领域的关键技术之一。光刻工艺的精确度，对芯片 的良率和品质起到至关重要的作用。对光刻工艺的改进，是集成电路制造领 域始终关注的热点问题。

目前在先进的集成电路制造工艺中，光刻工艺普遍采用深紫外(Deep Ultra Violent，DUV)光源和组合物光刻胶。常见的组合物光刻胶之一是采用光致生 酸物质以及酯类聚合有机物光阻物质所组成的组合物光刻胶。

上述的光刻工艺通常包括如下步骤：

涂胶，在半导体衬底1的表面均匀的涂敷一层光刻胶2。如图1A所示， 光刻胶2的主要成分包括光致生酸物质与酯类聚合有机物。光致生酸物质在 受到光照的情况下，可以解离产生氢离子而显酸性，故而称之为光致生酸物 质。

曝光，将需要保留的部分曝光，遮挡需要除去的部分。如图1B所示，曝 光可以使光刻胶中曝光部分2b的光致生酸物质解离出氢离子，未曝光部分2a 和2c不发生变化。

烘烤，在曝光部分2b中，烘烤可以促使氢离子同酯类聚合有机物反应， 生成羟类聚合物。

硅化，通入硅化反应物，如HMDS(HexaMethylDiSilazane，六甲基二硅 氨烷)。如图1C所示，通入硅化反应物之后，曝光部分2b生成的羟类聚合物 与硅化反应物反应，形成了由含硅的有机物构成的硅化部分2b’，化学性质稳 定。

显影，采用干法显影，典型的工艺例如采用氧等离子体刻蚀手段刻蚀光 刻胶2，其中未曝光部分2a和2c中的酯类聚合有机物与氧反应，因此可以被 刻蚀除去，而曝光部分2b由于硅化反应生成了硅化部分2b’，在氧等离子体 的环境下并不发生化学反应，因此曝光部分2b得以保留。如图1D所示，显 影后形成了由曝光部分2b和硅化部分2b’构成的掩模图形。

在美国专利申请US5427649中，揭露了更多与上述技术方案相关的信息。 干法显影污染小、工艺稳定，并且比湿法显影适合于小线宽工艺。

现有技术中，采用氧气干法显影形成的掩模图形，由于反应速率和气流 的影响，掩模图形的侧壁的平整度较差。如图1E所示，为采用氧等离子体刻 蚀显影之后的光刻胶掩模图形的俯视图。采用此方法，由于氧等离子体与光 刻胶之间反应的活性较强，反应速度很快，导致由曝光部分2b和硅化部分2b’ 构成的掩模图形侧壁有锯齿产生。这种侧壁的锯齿状结构影响了光刻工艺的 精确度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种消除掩模图形侧壁锯齿状结构， 提高光刻工艺的精确度的光刻胶掩模图形的显影方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻胶掩模图形的显影方法， 包括：a)提供表面涂敷光刻胶并经过曝光处理的半导体衬底；b)将半导体衬底 置于刻蚀反应室中；c)采用含有元素周期表中VIIA族原子的第一刻蚀气体对 光刻胶进行预刻蚀；d)采用第二刻蚀气体对光刻胶进行刻蚀。

可选的，步骤c)包括：c1)将含有元素周期表中VIIA族原子的第一刻蚀 气体通入刻蚀反应室；c2)激发通入的第一刻蚀气体，使通入的气体呈等离子 态并与光刻胶的未曝光部分发生反应。

可选的，所述含有元素周期表中VIIA族原子的第一刻蚀气体包括含有 F₂、Cl₂、Br₂、I₂、HF、HCl、HBr或HI的气体。

可选的，步骤c2)中所述激发通入的第一刻蚀气体，持续时间为10秒至 120秒。

可选的，步骤c2)中所述激发通入的第一刻蚀气体，包括采用射频功率源 进行激发。

可选的，在步骤c2)进行的过程中，刻蚀反应室的气压为1帕～100帕。

可选的，在步骤c2)进行的过程中，刻蚀反应室的温度为150℃～400℃。

可选的，在实施步骤b)之前，对经曝光处理后的半导体衬底表面的光刻 胶进行硅化处理。

可选的，所述硅化处理包括如下步骤：将曝光后的涂敷有光刻胶的半导 体衬底置于硅化反应室中；提供包括下式所示一种或多种硅基有机物的反应 物质：