[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。 

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缺陷，会导致图形失效，甚至造成颗粒源危及周边的区域。 

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。 

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： 

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。 

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、显影过程中的气体，液体，高温都会对保留下的光刻胶13¹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13¹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，还会产生额外的缺陷。 

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。 

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。