[发明专利]一种增强铝制程金属层与光阻附着力的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造领域，尤其涉及一种一种增强铝制程金属层与光阻附着力的表面处理方法。

背景技术

随着半导体性能要求的不断提高，集成电路芯片的尺寸也越来越小，光刻过程成为芯片制造中最核心的工序。通常一个完整的45纳米工艺芯片，视性能要求的不同大约需要40到60次光刻工序。随着器件尺寸的缩小，光刻的图形也不断缩小，光阻的厚度越来越小和光刻完成后的尺寸也越来越小。随着芯片生产工艺从微米级到目前最先进的15纳米工艺，光刻所使用的波长也随着芯片工艺的进步不断缩小，从汞的I系线，G系线到紫外区域的193nm紫外线，极紫外线EUV、乃至电子束。光刻成为一项精密加工技术。

芯片的制造对光刻工艺提出了非常苛刻的工艺条件，包括边缘粗糙度，尺寸均匀度，光阻截面形貌，缺陷等等。如果光阻与基底结合力不够，会造成光刻胶翘起，脱落产生缺陷，刻蚀底切等一系列问题。而光阻脱落是最为严重的缺陷，会导致图形失效，甚至造成颗粒源危及周边的区域。金属由于其表面的亲水性特性，比普通的氧化物或硅基薄膜更难与光刻胶紧密结合。尽管高端工艺中采用铜作为互连金属材料，但是在目前的市场上还有大量的0.18微米，0.13微米，乃至110纳米工艺还采用的铝互连工艺。因为铝制程具有工艺简单，价格低廉，性能良好，性价比较高，因此铝制程的集成电路在目前及未来较长一段时间内还将有一个较大的市场，特别是在中低端逻辑技术和动态随机存储器等应用市场。因此如何简单有效地避免铝制程中铝金属层的光阻脱落，成为一个非常有价值的研究课题。

要避免光阻的脱落，最关键的是提高光阻与基底的附着力。目前较为常用的几种提高附着力的方法有如下几种：

集成电路制造业界目前通用的增强光阻与基底结合力的办法是采用旋涂有机的表面粘合促进剂，目前常用的是六甲基二硅胺(英文:Hexamethyldisilazane，简称HMDS)。该方法的原理是：光阻是一种有机化合物，表现为疏水性。而正常经过集成电路制造过程中刻蚀，酸洗，水洗和干燥等之后的晶圆表面通常是亲水，因此很难与光阻直接形成较为牢固的结合。而HMDS是作为一种表面活性剂，通过在在表面涂覆一层表面活性剂的薄层，厚度仅为一两个分子层，使晶圆基底表面表现为疏水性，从而可以牢固的与光刻胶结合在一起。而下层基底也能很紧密的与表面活性剂层结合在一起。从而达到改善光阻与基底的结合性能，避免光阻脱落的问题。

中国专利（公开号CN1166798A  用于微电子的无胺光刻胶粘接促进剂）记载了另一种有机粘接促进剂，其原理与上述原理类似。但这种表面粘合促进剂方法的不足之处是提高的附着力有限，且欲获得较高的结合性能就必须加大粘合剂的用量，粘合剂的价格都较高，大大增加了成本。而且粘合剂太厚又会影响光刻的显影及光刻形貌和尺寸的控制。此外，HMDS会产生胺，对PR有毒害作用，会产生额外的缺陷。

美国专利（专利号6251804B1 Method for enhancing adhesion of photo-resist to silicon nitride surfaces）中被提到。该专利所发明的方法是用于增强多晶硅闸极表面的氮化硅与光刻胶的附着力。该发明主要是引入一个氧化过程，氧化剂为溶解臭氧的去离子水，氧气等离子体或硫酸双氧水的混合液，通过改变氮硅悬挂键儿提高氮化硅层与HMDS的结合力。但该方法是用于多晶硅栅极的氮化硅基底的强化，而对于本发明涉及的铝互连工艺的金属铝基底未做研究和阐述。金属的化学活性，界面性能都不同于氮化硅。

另一种方法在美国专利（专利号 4332881A：Resist adhesion in integrated circuit processing）中，该发明将光阻分为两次涂布。首先涂布一层较薄的光阻，然后高温烘烤，使光阻与基底良好结合，然后进行较厚的光阻涂布，较厚光阻与较薄的光阻能较好的结合在一起，从而达到提高结合力的目的。但是这种方法受光阻性能的影响，  所能提高的有限。而且，由于需要多次涂布，对整体光阻的曝光能力带来不利影响，如尺寸均匀性的难以控制，后续去胶的带来缺陷。此外，该方法还需要多次涂布光刻胶，降低了生产效率，增加了成本。

在金属铝的光刻工艺中，为了消除金属反光而形成驻波效应和提高抗电迁移性能，往往还会在铝表面生长一层氮化钛阻挡层（TiN），所以通常是图1-1所示的下层阻挡层/铝/上层阻挡层的三层堆叠结构。但氮化钛层同样是金属性亲水表面，也面临光阻结合力弱而产生光阻漆皮脱落的问题。而且氮化钛层的厚度太厚还会增大互连线的电阻，降低器件性能。