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1、(10)申请公布号 CN 102610516 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 0 5 1 6 A *CN102610516A* (21)申请号 201110206446.6 (22)申请日 2011.07.22 H01L 21/312(2006.01) (71)申请人上海华力微电子有限公司 地址 201210 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路568号 (72)发明人张亮 姬峰 胡友存 陈玉文 李磊 (74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司 31213 代理人王敏杰 (54) 发明名称 一种提高光刻胶与金属/金属化合物表面之 间粘附力的方法 (5。
2、7) 摘要 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种 提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力 的方法。本发明公开了一种提高光刻胶与金属/ 金属化合物表面之间粘附力的方法，通过在传统 的工艺流程中加入氧化气氛，氧化金属/金属化 合物层上表面的金属，并于其上生长一层粘接过 渡层，从而改善金属/金属化合物层上表面与光 刻胶的附着力，以减少光刻胶脱落的风险和工艺 缺陷的产生，提高工艺稳定性和器件的良率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种提高。
3、光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，一半导体器件所包含 的MIM结构的上表面设置有金属/金属化合物层，其特征在于，包括如下步骤： 步骤S1：在高温条件下利用含氧气体的等离子体对金属/金属化合物层的上表面进行 氧化反应，使金属/金属化合物层的上表面上的金属氧化为金属氧化物； 步骤S2：利用硅基有机物气体的等离子体对金属氧化物进行处理，形成覆盖金属/金 属化合物层的上表面的粘结过渡层； 步骤S3： 在粘结过渡层上涂覆粘合促进层后，再旋涂光刻胶或直接在粘结过渡层上 旋涂光刻胶。 2.根据权利要求1所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其 特征在于，步骤S1中高温的范围为1。
4、00-700。 3.根据权利要求1所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其 特征在于，步骤S1中含氧气体为氧气、臭氧、二氧化碳。 4.根据权利要求1所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法， 其特征在于，步骤S2中的硅基有机物气体为含有硅、碳、氢的有机化合物气体，优选的为甲 烷、二甲基硅烷。 5.根据权利要求1所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其 特征在于，步骤S2中粘结过渡层的厚度为数个到数十个原子层的厚度。 6.根据权利要求1所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其 特征在于，所述粘合促进层的材质为六甲基二硅胺。 7.。
5、根据权利要求1所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其 特征在于，所述金属/金属化合物层的材质为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛或钨。 权 利 要 求 书CN 102610516 A 1/4页 3 一种提高光刻胶与金属 / 金属化合物表面之间粘附力的方 法 技术领域 0001 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高光刻胶与金属/金属化合物表面 之间粘附力的方法。 背景技术 0002 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，而一个完整 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，所以光刻过程就成 为芯片制造中最核心的工序。随着光刻的图。
6、形由于器件尺寸的缩小也在不断缩小，导致光 刻胶的厚度和光刻完成后的尺寸也越来越小，即光刻成为一项精密加工技术。例如，随着芯 片生产工艺从微米级到目前的纳米工艺，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(extreme ultraviolet，简 称EUV)、乃至电子束。 0003 当前，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，光刻胶(Photoresist，简称PR)截面形貌，缺陷等等。光刻胶与基底结合力不够，会 造成光刻胶翘起、脱落产生缺陷，刻蚀底切等一系列问题，其中，光刻胶脱落是最为严重的。
7、 缺陷，会导致图形失效，甚至造成颗粒源危及周边的区域。 0004 由于金属表面的亲水性特性，而光刻胶表现为疏水性，从而导致金属比 普通的氧化物或硅基薄膜更难与光刻胶紧密结合。随着金属-绝缘层-金属 (metal-insulator-metal，简称MIM)电容结构在微波或射频芯片中得到越来越广泛的应 用，而该种电容的上极板就是金属或金属化合物。因此，如何简单有效地避免光刻胶脱落， 成为一个非常有价值的研究课题。 0005 要避免光刻胶的脱落，最关键的是提高光刻胶与基底的附着力。目前较为常用的 几种提高附着力的方法有如下几种： 0006 集成电路制造业界目前通用的增强光刻胶与基底结合力的办法是采。
8、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(Hexamethyldisilazane，简 称HMDS)。由 于光刻胶是一种有机化合物，表现为疏水性，而经过集成电路制造过程中的刻蚀、酸洗、水 洗、干燥等工艺之后的晶圆表面通常为是亲水性的金属/金属化合物，因此很难与光刻胶 直接形成较为牢固的结合。 0007 如图1-3所示，为传统光刻工艺流程结构示意图。首先在MIM电容结构1的上电 极板11的上表面上，旋涂有机的表面粘合促进剂HMDS分子层12覆盖上极板11，然后旋涂 光刻胶13覆盖HMDS分子层12，对光刻胶13进行曝光、显影工艺。HMDS分子层12作为一 种表面活性剂，通过在上电极。
9、板11表面涂覆一层表面活性剂的HMDS分子层12，其厚度仅为 一两个分子层，HMDS分子层12的上层与光刻胶13的下表面结合在一起，HMDS分子层12的 下层与上电极板11的上表面也能很紧密的结合在一起，从而改善光刻胶13与上电极板11 的结合性能，避免光刻胶13脱落的问题；但HMDS分子层的附着力有限，而在曝光、显影过程 说 明 书CN 102610516 A 2/4页 4 中的气体，液体，高温都会对保留下的光刻胶13 1 产生作用，由于结合力不足以抵抗上述作 用，保留下的光刻胶13 1 就会翘起，脱落，从而使图形改变而工艺失效，同时HMDS会产生胺， 不仅对PR有毒害作用，还会产生额外的缺。
10、陷。 0008 中国专利(公开号1166798，用于微电子的无胺光刻胶粘接促进剂)公开了一种有 机粘接促进剂，其原理与上述原理类似。但此专利中记载的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，而粘合剂太 厚又会影响光刻的显影及光刻形貌、尺寸的控制，且粘合剂的价格较高，致使其成本昂贵。 0009 美国专利(专利号US6251804B1，增强多晶硅闸极表面的氮化硅与光刻胶的附 着力的方法(Method for enhancing adhesion of photo-resist to silicon nitride surfaces)公开了一种用。
11、于增强多晶硅闸极表面的氮化硅与光刻胶的附着力的方法，其主 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。但该发明是用于多晶硅栅极 的氮化硅基底的强化，而对金属/金属化合物基底未做阐述。 0010 美国专利(专利号US4332881A，集成电路中的粘附工艺(Resist adhesion in integrated circuit processing)公开了一种将光刻胶分为两次涂布的工艺。首先涂布 一层较薄的光刻胶，然后高温烘烤，使光刻胶与基底良好结合，然后进行较厚 的光刻胶涂 布，较厚光刻胶与较薄的光。
12、刻胶能较好的结合在一起，从而达到提高结合力的目的。但是这 种方法受光刻胶性能的影响，所能提高的粘附力也有限，且由于需要多次涂布，对整体光刻 胶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等；此外，该 方法还需要多次涂布光刻胶，导致生产效率降低和工艺成本的上升。 0011 由于金属与有机物的键合较难形成，因此，金属/金属化合物基底与光刻胶的结 合力更弱于硅或硅化物基底。而上述几种方法虽都有其优点，但均没有公开可以有效提高 金属/金属化合物基底表面与光刻胶的粘附力。 0012 随着技术的进步，越来越多的金属/金属化合物基底会成为与光刻胶直接接触的 表面，如电容的金属极板层，金。
13、属布线，金属硬掩模板等。因此，如何找到一种方法可以实现 快速、廉价、可靠地方法提高金属/金属化合物表面与光刻胶之间的粘附力成为一个半导 体业界亟待解决的重要技术难题。 发明内容 0013 本发明公开了一种提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，一半 导体器件所包含的MIM结构的上表面设置有金属/金属化合物层，其中，包括如下步骤： 0014 步骤S1：在高温条件下利用含氧气体的等离子体对金属/金属化合物层的上表面 进行氧化反应，使金属/金属化合物层的上表面上的金属氧化为金属氧化物； 0015 步骤S2：利用硅基有机物气体的等离子体对金属氧化物进行处理，形成覆盖金属 /金属化合物层的上表。
14、面的粘结过渡层； 0016 步骤S3：在粘结过渡层上涂覆粘合促进层后，再旋涂光刻胶或直接在粘结过渡层 上旋涂光刻胶。 0017 所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其中，步骤S1中 高温的范围为100-700。 说 明 书CN 102610516 A 3/4页 5 0018 所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其中，步骤S1中 含氧气体为氧气、臭氧、二氧化碳等。 0019 所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其中，步骤S2中 的硅基有机物气体为含有硅、碳、氢等的有机化合物气体，优选的为甲烷、 二甲基硅烷等气 体。 0020 所述的提高。
15、光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其中，步骤S2中 粘结过渡层的厚度为数个到数十个原子层的厚度。 0021 所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其中，所述粘合 促进层的材质为六甲基二硅胺。 0022 所述的提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法，其中，所述金属/ 金属化合物层的材质为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛或钨等。 0023 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种提高光刻胶与金属/金属 化合物表面之间粘附力的方法，通过在传统的工艺流程中加入氧化气氛，氧化金属/金属 化合物层上表面的金属，并于其上生长一层粘接过渡层，从而改善金属/金属化合。
16、物层上 表面与光刻胶的附着力，以减少光刻胶脱落的风险和工艺缺陷的产生，提高工艺稳定性和 器件的良率。 附图说明 0024 图1-3是本发明背景技术中传统光刻工艺流程结构示意图； 0025 图4-7是本发明提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法的流程结 构示意图。 具体实施方式 0026 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明： 0027 如图4-7所示，本发明提供了一种提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附 力的方法，在衬底2上从下至上顺序设置有第一极板21、介质层22。其中，第一极板21可 以是预留的具有一定图形的铜或铝的金属互连线，也可以是利用物理气相沉积工艺沉积金 。
17、属铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛等于衬底2上形成的金属/金属化合物层；介质层22为 利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)、原子层沉积(Atomic layer deposition，简称ALD)或炉管生长工艺，在第一极板21上生长一层含有氧化硅、氮化硅、氮 氧化硅、碳化硅，氮碳化硅、氧化铪或氧化铝中的任意一种或几种的高介电常数的绝缘介电 层。 0028 首先，在介质层22上表面生长材质为铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛或钨等金属/ 金属化合物的第二极板23，形成三层堆叠结构的MIM电容机构后，在温度控制在100-700 范围内前提下，采用含氧气体如氧。
18、气、臭氧、二氧化碳等气体，优选的采用氧气对第二极板 23的上表面进行高温氧化热处理工艺，以氧化第二极板23的上表面上的金属氧化为金属 氧化物。在实际生产过程中，由于从电容基底准备好到进行光刻，有一个等待时间，可能会 产生颗粒或其他缺陷，且第二极板23的生长过程也会存在一定的缺陷和不均匀性，通过高 温氧化热处理工艺可以有效地消除第二极板23表面上可能存在的粘污或其他缺陷，恢复 说 明 书CN 102610516 A 4/4页 6 到原子级的清洁表面。本实施例优选的采用氧气等离子体进行高温氧化热处理工艺可以增 强反应活性，从而降低反应温度，以缩短工艺时间，进而减少能耗，增加产量。实际制备工艺 中根。
19、据反应速度，器件容忍的温度，清洁效率等因素，选择合适的氧化处理方式和参数。 0029 然后，在高温氧化热处理工艺完成后，采用含硅、碳、氢的有机化合物气体，如甲 烷、二甲基硅烷等气体，在等离子体活化作用下，上述的有机化合物气体与第二极板23的 上表面生成一层金属-硅-氧的粘结过渡层24，粘结过渡层24的厚度为数个至数十个原子 层的厚度。此时，第二极板23的上表面的亲水性金属原子层被改性为更易与光刻胶或HMDS 粘结促进层25结合的粘结过渡层24，从而使其结合力大为增强。实际制备工艺中根据所需 结合力提升的幅度，来选择反应物和反应参数。 0030 最后，喷溅HMDS蒸汽形成覆盖粘结过渡层24的HM。
20、DS粘结促进层25，其厚度为数 个分子层的厚度；旋涂光刻胶26覆盖HMDS粘结促进层25，曝光、显影后，制备定义的图形 结构，由于改变了第二极板23的上表面的亲水特性，剩余的光刻胶26 1 不易产生起皮和脱 落缺陷的出现。 0031 其中，在高温氧化热处理工艺和生成粘结过渡层的工艺之间的顺序可以倒置，也 可以只采用两工艺中的任一工艺进行制备。 0032 由于采用了高温氧化热处理工艺和生成粘结过渡层的工艺，使得光刻胶与金属/ 金属化合物层之间的结合力大大增强，因此有效控制光刻胶的起皮和脱落，从而提高工艺 的可靠性和良率。 0033 进一步的，本发明提高光刻胶与金属/金属化合物表面之间粘附力的方法。
21、， 也可 用在返工光刻工艺中。首先，将失败的曝光显影后的晶圆，经过常规的去胶技术，灰化和酸 洗后，以去除晶圆表面的光阻、HMDS等杂质。然后，采用与实施例一类似的工艺步骤，经过 高温等离子体氧化处理，去除可能残留的有机粘污和酸残留，改善晶圆表面状态，获得清洁 表面；其后，利用含硅、碳等的有机化合物等离子体生成粘结过渡层，以提高光刻胶与返工 后的金属/金属化合物层的粘结力，从而减少光刻胶的起皮和脱落缺陷的出现。 0034 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种提高光刻胶与金属/金属 化合物表面之间粘附力的方法，通过高温氧化热处理工艺，有效地去除金属/金属化合物 基底表面的粘污和不均匀状。
22、态，并改变金属/金属化合物基底的亲水性能，其后利用气体 浸润吸附，然后等离子体反应生成一层粘附过渡层，以提高金属基底与光阻或与HMDS的结 合力，减少缺陷和光刻胶脱落现象，提升工艺可靠性和良率。 0035 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限 制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和 替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和 修改，都应涵盖在本发明的范围内。 说 明 书CN 102610516 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102610516 A 2/3页 8 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102610516 A 3/3页 9 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102610516 A 。