[發明專利]一種增強鋁制程金屬層與光阻附著力的表面處理方法

有效

• 申請號: 201110232265.0
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102543846A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張亮;姬峰;李磊;陳玉文;胡友存
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/312
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及一種半導體制造領域，尤其涉及一種一種增強鋁制程金屬層與光阻附著力的表面處理方法。

背景技術

隨著半導體性能要求的不斷提高，集成電路芯片的尺寸也越來越小，光刻過程成為芯片制造中最核心的工序。通常一個完整的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。隨著器件尺寸的縮小，光刻的圖形也不斷縮小，光阻的厚度越來越小和光刻完成后的尺寸也越來越小。隨著芯片生產工藝從微米級到目前最先進的15納米工藝，光刻所使用的波長也隨著芯片工藝的進步不斷縮小，從汞的I系線，G系線到紫外區域的193nm紫外線，極紫外線EUV、乃至電子束。光刻成為一項精密加工技術。

芯片的制造對光刻工藝提出了非常苛刻的工藝條件，包括邊緣粗糙度，尺寸均勻度，光阻截面形貌，缺陷等等。如果光阻與基底結合力不夠，會造成光刻膠翹起，脫落產生缺陷，刻蝕底切等一系列問題。而光阻脫落是最為嚴重的缺陷，會導致圖形失效，甚至造成顆粒源危及周邊的區域。金屬由于其表面的親水性特性，比普通的氧化物或硅基薄膜更難與光刻膠緊密結合。盡管高端工藝中采用銅作為互連金屬材料，但是在目前的市場上還有大量的0.18微米，0.13微米，乃至110納米工藝還采用的鋁互連工藝。因為鋁制程具有工藝簡單，價格低廉，性能良好，性價比較高，因此鋁制程的集成電路在目前及未來較長一段時間內還將有一個較大的市場，特別是在中低端邏輯技術和動態隨機存儲器等應用市場。因此如何簡單有效地避免鋁制程中鋁金屬層的光阻脫落，成為一個非常有價值的研究課題。

要避免光阻的脫落，最關鍵的是提高光阻與基底的附著力。目前較為常用的幾種提高附著力的方法有如下幾種：

集成電路制造業界目前通用的增強光阻與基底結合力的辦法是采用旋涂有機的表面粘合促進劑，目前常用的是六甲基二硅胺(英文:Hexamethyldisilazane，簡稱HMDS)。該方法的原理是：光阻是一種有機化合物，表現為疏水性。而正常經過集成電路制造過程中刻蝕，酸洗，水洗和干燥等之后的晶圓表面通常是親水，因此很難與光阻直接形成較為牢固的結合。而HMDS是作為一種表面活性劑，通過在在表面涂覆一層表面活性劑的薄層，厚度僅為一兩個分子層，使晶圓基底表面表現為疏水性，從而可以牢固的與光刻膠結合在一起。而下層基底也能很緊密的與表面活性劑層結合在一起。從而達到改善光阻與基底的結合性能，避免光阻脫落的問題。

中國專利（公開號CN1166798A??用于微電子的無胺光刻膠粘接促進劑）記載了另一種有機粘接促進劑，其原理與上述原理類似。但這種表面粘合促進劑方法的不足之處是提高的附著力有限，且欲獲得較高的結合性能就必須加大粘合劑的用量，粘合劑的價格都較高，大大增加了成本。而且粘合劑太厚又會影響光刻的顯影及光刻形貌和尺寸的控制。此外，HMDS會產生胺，對PR有毒害作用，會產生額外的缺陷。

美國專利（專利號6251804B1?Method?for?enhancing?adhesion?of?photo-resist?to?silicon?nitride?surfaces）中被提到。該專利所發明的方法是用于增強多晶硅閘極表面的氮化硅與光刻膠的附著力。該發明主要是引入一個氧化過程，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，通過改變氮硅懸掛鍵兒提高氮化硅層與HMDS的結合力。但該方法是用于多晶硅柵極的氮化硅基底的強化，而對于本發明涉及的鋁互連工藝的金屬鋁基底未做研究和闡述。金屬的化學活性，界面性能都不同于氮化硅。

另一種方法在美國專利（專利號?4332881A：Resist?adhesion?in?integrated?circuit?processing）中，該發明將光阻分為兩次涂布。首先涂布一層較薄的光阻，然后高溫烘烤，使光阻與基底良好結合，然后進行較厚的光阻涂布，較厚光阻與較薄的光阻能較好的結合在一起，從而達到提高結合力的目的。但是這種方法受光阻性能的影響，??所能提高的有限。而且，由于需要多次涂布，對整體光阻的曝光能力帶來不利影響，如尺寸均勻性的難以控制，后續去膠的帶來缺陷。此外，該方法還需要多次涂布光刻膠，降低了生產效率，增加了成本。

在金屬鋁的光刻工藝中，為了消除金屬反光而形成駐波效應和提高抗電遷移性能，往往還會在鋁表面生長一層氮化鈦阻擋層（TiN），所以通常是圖1-1所示的下層阻擋層/鋁/上層阻擋層的三層堆疊結構。但氮化鈦層同樣是金屬性親水表面，也面臨光阻結合力弱而產生光阻漆皮脫落的問題。而且氮化鈦層的厚度太厚還會增大互連線的電阻，降低器件性能。