專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體性能要求的不斷提高，集成電路芯片的尺寸也越來(lái)越小，而一個(gè)完整的45納米工藝芯片，視性能要求的不同大約需要40到60次光刻工序，所以光刻過(guò)程就成為芯片制造中最核心的工序。隨著光刻的圖形由于器件尺寸的縮小也在不斷縮小，導(dǎo)致光刻膠的厚度和光刻完成后的尺寸也越來(lái)越小，即光刻成為一項(xiàng)精密加工技術(shù)。例如，隨著芯片生產(chǎn)工藝從微米級(jí)到目前的納米工藝，光刻所使用的波長(zhǎng)也隨著芯片工藝的進(jìn)步不斷縮小，從萊的I系線，G系線到紫外區(qū)域的193nm紫外線,極紫外線(extreme ultraviolet,簡(jiǎn)稱(chēng)EUV)、乃至電子束。當(dāng)前，芯片的制造對(duì)光刻工藝提出了非?？量痰墓に嚄l件，包括邊緣粗糙度，尺寸均勻度，光刻膠(Photoresist，簡(jiǎn)稱(chēng)PR)截面形貌，缺陷等等。光刻膠與基底結(jié)合力不夠，會(huì)造成光刻膠翹起、脫落產(chǎn)生缺陷，刻蝕底切等一系列問(wèn)題，其中，光刻膠脫落是最為嚴(yán)重的缺陷，會(huì)導(dǎo)致圖形失效，甚至造成顆粒源危及周邊的區(qū)域。由于金屬表面的親水性特性，而光刻膠表現(xiàn)為疏水性，從而導(dǎo)致金屬比普通的氧化物或硅基薄膜更難與光刻膠緊密結(jié)合。隨著金屬-絕緣層-金屬 (metal-insulator-metal,簡(jiǎn)稱(chēng)MIM)電容結(jié)構(gòu)在微波或射頻芯片中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而該種電容的上極板就是金屬或金屬化合物。因此，如何簡(jiǎn)單有效地避免光刻膠脫落， 成為一個(gè)非常有價(jià)值的研究課題。要避免光刻膠的脫落，最關(guān)鍵的是提高光刻膠與基底的附著力。目前較為常用的幾種提高附著力的方法有如下幾種集成電路制造業(yè)界目前通用的增強(qiáng)光刻膠與基底結(jié)合力的辦法是采用旋涂有機(jī)的表面粘合促進(jìn)劑，目前常用的是六甲基二娃胺(Hexamethyldisilazane,簡(jiǎn)稱(chēng)HMDS)。由于光刻膠是一種有機(jī)化合物，表現(xiàn)為疏水性，而經(jīng)過(guò)集成電路制造過(guò)程中的刻蝕、酸洗、水洗、干燥等工藝之后的晶圓表面通常為是親水性的金屬/金屬化合物，因此很難與光刻膠直接形成較為牢固的結(jié)合。如圖1-3所示，為傳統(tǒng)光刻工藝流程結(jié)構(gòu)示意圖。首先在MM電容結(jié)構(gòu)I的上電極板11的上表面上，旋涂有機(jī)的表面粘合促進(jìn)劑HMDS分子層12覆蓋上極板11，然后旋涂光刻膠13覆蓋HMDS分子層12，對(duì)光刻膠13進(jìn)行曝光、顯影工藝。HMDS分子層12作為一種表面活性劑，通過(guò)在上電極板11表面涂覆一層表面活性劑的HMDS分子層12，其厚度僅為一兩個(gè)分子層，HMDS分子層12的上層與光刻膠13的下表面結(jié)合在一起，HMDS分子層12的下層與上電極板11的上表面也能很緊密的結(jié)合在一起，從而改善光刻膠13與上電極板11 的結(jié)合性能，避免光刻膠13脫落的問(wèn)題；但HMDS分子層的附著力有限，而在曝光、顯影過(guò)程中的氣體，液體，高溫都會(huì)對(duì)保留下的光刻膠131產(chǎn)生作用，由于結(jié)合力不足以抵抗上述作用，保留下的光刻膠131就會(huì)翹起，脫落，從而使圖形改變而工藝失效，同時(shí)HMDS會(huì)產(chǎn)生胺， 不僅對(duì)PR有毒害作用，還會(huì)產(chǎn)生額外的缺陷。中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)1166798，用于微電子的無(wú)胺光刻膠粘接促進(jìn)劑)公開(kāi)了一種有機(jī)粘接促進(jìn)劑，其原理與上述原理類(lèi)似。但此專(zhuān)利中記載的表面粘合促進(jìn)劑方法的不足之處是提高的附著力有限，且欲獲得較高的結(jié)合性能就必須加大粘合劑的用量，而粘合劑太厚又會(huì)影響光刻的顯影及光刻形貌、尺寸的控制，且粘合劑的價(jià)格較高，致使其成本昂貴。美國(guó)專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)US6251804B1，增強(qiáng)多晶硅閘極表面的氮化硅與光刻膠的附著力的方法(Method for enhancing adhesion of photo-resist to silicon nitride surfaces))公開(kāi)了一種用于增強(qiáng)多晶娃閘極表面的氮化娃與光刻膠的附著力的方法,其主要是引入一個(gè)氧化過(guò)程，氧化劑為溶解臭氧的去離子水，氧氣等離子體或硫酸雙氧水的混合液，通過(guò)改變氮硅懸掛鍵兒提高氮化硅層與HMDS的結(jié)合力。但該發(fā)明是用于多晶硅柵極的氮化硅基底的強(qiáng)化，而對(duì)金屬/金屬化合物基底未做闡述。美國(guó)專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)US4332881A,集成電路中的粘附工藝(Resist adhesion in integrated circuit processing))公開(kāi)了一種將光刻膠分為兩次涂布的工藝。首先涂布一層較薄的光刻膠，然后高溫烘烤，使光刻膠與基底良好結(jié)合，然后進(jìn)行較厚的光刻膠涂布，較厚光刻膠與較薄的光刻膠能較好的結(jié)合在一起，從而達(dá)到提高結(jié)合力的目的。但是這種方法受光刻膠性能的影響，所能提高的粘附力也有限，且由于需要多次涂布，對(duì)整體光刻膠的曝光能力帶來(lái)不利影響，如尺寸均勻性的難以控制、后續(xù)去膠的帶來(lái)缺陷等；此外，該方法還需要多次涂布光刻膠，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低和工藝成本的上升。由于金屬與有機(jī)物的鍵合較難形成，因此，金屬/金屬化合物基底與光刻膠的結(jié)合力更弱于硅或硅化物基底。而上述幾種方法雖都有其優(yōu)點(diǎn)，但均沒(méi)有公開(kāi)可以有效提高金屬/金屬化合物基底表面與光刻膠的粘附力。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的金屬/金屬化合物基底會(huì)成為與光刻膠直接接觸的表面，如電容的金屬極板層，金屬布線，金屬硬掩模板等。因此，如何找到一種方法可以實(shí)現(xiàn)快速、廉價(jià)、可靠地方法提高金屬/金屬化合物表面與光刻膠之間的粘附力成為一個(gè)半導(dǎo)體業(yè)界亟待解決的重要技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，一半導(dǎo)體器件所包含的MIM結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置有金屬/金屬化合物層，其中，包括如下步驟步驟SI :在高溫條件下利用含氧氣體的等離子體對(duì)金屬/金屬化合物層的上表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，使金屬/金屬化合物層的上表面上的金屬氧化為金屬氧化物；步驟S2 :利用硅基有機(jī)物氣體的等離子體對(duì)金屬氧化物進(jìn)行處理，形成覆蓋金屬 /金屬化合物層的上表面的粘結(jié)過(guò)渡層；步驟S3 :在粘結(jié)過(guò)渡層上涂覆粘合促進(jìn)層后，再旋涂光刻膠或直接在粘結(jié)過(guò)渡層上旋涂光刻膠。所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其中，步驟SI中高溫的范圍為100-700°C。
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所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其中，步驟SI中
含氧氣體為氧氣、臭氧、二氧化碳等。所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其中，步驟S2中的硅基有機(jī)物氣體為含有硅、碳、氫等的有機(jī)化合物氣體，優(yōu)選的為甲烷、二甲基硅烷等氣體。所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其中，步驟S2中粘結(jié)過(guò)渡層的厚度為數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)原子層的厚度。所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其中，所述粘合促進(jìn)層的材質(zhì)為六甲基二硅胺。所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其中，所述金屬/ 金屬化合物層的材質(zhì)為鋁、銅、鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦或鎢等。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，通過(guò)在傳統(tǒng)的工藝流程中加入氧化氣氛，氧化金屬/金屬化合物層上表面的金屬，并于其上生長(zhǎng)一層粘接過(guò)渡層，從而改善金屬/金屬化合物層上表面與光刻膠的附著力，以減少光刻膠脫落的風(fēng)險(xiǎn)和工藝缺陷的產(chǎn)生，提高工藝穩(wěn)定性和器件的良率。


圖1-3是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)光刻工藝流程結(jié)構(gòu)示意圖；圖4-7是本發(fā)明提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明如圖4-7所示，本發(fā)明提供了一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，在襯底2上從下至上順序設(shè)置有第一極板21、介質(zhì)層22。其中，第一極板21可以是預(yù)留的具有一定圖形的銅或鋁的金屬互連線，也可以是利用物理氣相沉積工藝沉積金屬鋁、銅、鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦等于襯底2上形成的金屬/金屬化合物層；介質(zhì)層22為利用化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)、原子層沉積(Atomic layer deposition,簡(jiǎn)稱(chēng)ALD)或爐管生長(zhǎng)工藝，在第一極板21上生長(zhǎng)一層含有氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅，氮碳化硅、氧化鉿或氧化鋁中的任意一種或幾種的高介電常數(shù)的絕緣介電層。首先，在介質(zhì)層22上表面生長(zhǎng)材質(zhì)為鋁、銅、鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦或鎢等金屬/ 金屬化合物的第二極板23，形成三層堆疊結(jié)構(gòu)的MM電容機(jī)構(gòu)后，在溫度控制在100-700°C 范圍內(nèi)前提下，采用含氧氣體如氧氣、臭氧、二氧化碳等氣體，優(yōu)選的采用氧氣對(duì)第二極板 23的上表面進(jìn)行高溫氧化熱處理工藝，以氧化第二極板23的上表面上的金屬氧化為金屬氧化物。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于從電容基底準(zhǔn)備好到進(jìn)行光刻，有一個(gè)等待時(shí)間，可能會(huì)產(chǎn)生顆粒或其他缺陷，且第二極板23的生長(zhǎng)過(guò)程也會(huì)存在一定的缺陷和不均勻性，通過(guò)高溫氧化熱處理工藝可以有效地消除第二極板23表面上可能存在的粘污或其他缺陷，恢復(fù)到原子級(jí)的清潔表面。本實(shí)施例優(yōu)選的采用氧氣等離子體進(jìn)行高溫氧化熱處理工藝可以增強(qiáng)反應(yīng)活性，從而降低反應(yīng)溫度，以縮短工藝時(shí)間，進(jìn)而減少能耗，增加產(chǎn)量。實(shí)際制備工藝中根據(jù)反應(yīng)速度，器件容忍的溫度，清潔效率等因素，選擇合適的氧化處理方式和參數(shù)。然后，在高溫氧化熱處理工藝完成后，采用含硅、碳、氫的有機(jī)化合物氣體，如甲烷、二甲基硅烷等氣體，在等離子體活化作用下，上述的有機(jī)化合物氣體與第二極板23的上表面生成一層金屬-硅-氧的粘結(jié)過(guò)渡層24，粘結(jié)過(guò)渡層24的厚度為數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)原子層的厚度。此時(shí)，第二極板23的上表面的親水性金屬原子層被改性為更易與光刻膠或HMDS 粘結(jié)促進(jìn)層25結(jié)合的粘結(jié)過(guò)渡層24，從而使其結(jié)合力大為增強(qiáng)。實(shí)際制備工藝中根據(jù)所需結(jié)合力提升的幅度，來(lái)選擇反應(yīng)物和反應(yīng)參數(shù)。最后，噴濺HMDS蒸汽形成覆蓋粘結(jié)過(guò)渡層24的HMDS粘結(jié)促進(jìn)層25，其厚度為數(shù)個(gè)分子層的厚度；旋涂光刻膠26覆蓋HMDS粘結(jié)促進(jìn)層25，曝光、顯影后，制備定義的圖形結(jié)構(gòu)，由于改變了第二極板23的上表面的親水特性，剩余的光刻膠261不易產(chǎn)生起皮和脫落缺陷的出現(xiàn)。其中，在高溫氧化熱處理工藝和生成粘結(jié)過(guò)渡層的工藝之間的順序可以倒置，也可以只采用兩工藝中的任一工藝進(jìn)行制備。由于采用了高溫氧化熱處理工藝和生成粘結(jié)過(guò)渡層的工藝，使得光刻膠與金屬/ 金屬化合物層之間的結(jié)合力大大增強(qiáng)，因此有效控制光刻膠的起皮和脫落，從而提高工藝的可靠性和良率。進(jìn)一步的，本發(fā)明提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，也可用在返工光刻工藝中。首先，將失敗的曝光顯影后的晶圓，經(jīng)過(guò)常規(guī)的去膠技術(shù)，灰化和酸洗后，以去除晶圓表面的光阻、HMDS等雜質(zhì)。然后，采用與實(shí)施例一類(lèi)似的工藝步驟，經(jīng)過(guò)高溫等離子體氧化處理，去除可能殘留的有機(jī)粘污和酸殘留，改善晶圓表面狀態(tài)，獲得清潔表面；其后，利用含硅、碳等的有機(jī)化合物等離子體生成粘結(jié)過(guò)渡層，以提高光刻膠與返工后的金屬/金屬化合物層的粘結(jié)力，從而減少光刻膠的起皮和脫落缺陷的出現(xiàn)。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，通過(guò)高溫氧化熱處理工藝，有效地去除金屬/金屬化合物基底表面的粘污和不均勻狀態(tài)，并改變金屬/金屬化合物基底的親水性能，其后利用氣體浸潤(rùn)吸附，然后等離子體反應(yīng)生成一層粘附過(guò)渡層，以提高金屬基底與光阻或與HMDS的結(jié)合力，減少缺陷和光刻膠脫落現(xiàn)象，提升工藝可靠性和良率。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，一半導(dǎo)體器件所包含的MM結(jié)構(gòu)的上表面設(shè)置有金屬/金屬化合物層，其特征在于，包括如下步驟步驟SI :在高溫條件下利用含氧氣體的等離子體對(duì)金屬/金屬化合物層的上表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，使金屬/金屬化合物層的上表面上的金屬氧化為金屬氧化物；步驟S2 :利用硅基有機(jī)物氣體的等離子體對(duì)金屬氧化物進(jìn)行處理，形成覆蓋金屬/金屬化合物層的上表面的粘結(jié)過(guò)渡層；步驟S3 在粘結(jié)過(guò)渡層上涂覆粘合促進(jìn)層后，再旋涂光刻膠或直接在粘結(jié)過(guò)渡層上旋涂光刻膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其特征在于，步驟SI中高溫的范圍為100-700°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其特征在于，步驟SI中含氧氣體為氧氣、臭氧、二氧化碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法， 其特征在于，步驟S2中的硅基有機(jī)物氣體為含有硅、碳、氫的有機(jī)化合物氣體，優(yōu)選的為甲燒、_■甲基娃燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其特征在于，步驟S2中粘結(jié)過(guò)渡層的厚度為數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)原子層的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其特征在于，所述粘合促進(jìn)層的材質(zhì)為六甲基二硅胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，其特征在于，所述金屬/金屬化合物層的材質(zhì)為鋁、銅、鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦或鎢。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種提高光刻膠與金屬/金屬化合物表面之間粘附力的方法，通過(guò)在傳統(tǒng)的工藝流程中加入氧化氣氛，氧化金屬/金屬化合物層上表面的金屬，并于其上生長(zhǎng)一層粘接過(guò)渡層，從而改善金屬/金屬化合物層上表面與光刻膠的附著力，以減少光刻膠脫落的風(fēng)險(xiǎn)和工藝缺陷的產(chǎn)生，提高工藝穩(wěn)定性和器件的良率。
文檔編號(hào)H01L21/312GK102610516SQ20111020644
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司