CN101378033A - 形成薄膜金属导线的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了形成薄膜金属导线的方法，所述方法包括以下步骤：在衬底上形成种金属层；在种金属层上形成第一光刻胶(PR)层，和使用第一PR层作为掩模形成金属导线图案；除去第一PR层，然后形成与金属导线图案间隔预定距离的第二PR层；通过电镀形成包围金属导线图案的保护膜；和进行蚀刻以除去第二PR层和种金属层的暴露部分。

Description

形成薄膜金属导线的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年8月31日提交的韩国专利申请2007-0088543的优先权，其公开内容通过引入全部并入本文。
技术领域
本发明涉及薄膜金属导线(以下称为金属导线)及其形成方法，更具体地涉及金属导线及其形成方法，当形成用于高集成、高频、高精度导线衬底中的超精确导线时其有效地防止底切效应(undercut effect)，从而形成高集成、高频、高精度金属导线。
背景技术
最近，随着移动通信技术的开发，在移动通信技术领域中日益增加对尺寸减小的、复合的、模块化的、和高频电子元件的需要。为满足这种需要，应该进一步提高金属导线(配线)的精度。
图1A～1D是显示形成金属导线的常规方法的图。通过以下方法形成金属导线。首先，通过在包含超过99.5％氧化铝的陶瓷衬底上溅射来顺序形成由Ti、Pt、和Al组成的种金属层(seed metal layer)。种金属层的厚度分别设定为约3000、200和3000。然而，厚度可基于应用领域而不同。然后，在具有种金属层的衬底上涂敷光刻胶以形成光刻胶(PR)层，通过使用光刻方法以金属导线图案的形式部分除去PR层(图1A)。
然后，在通过部分除去PR层而暴露的种金属层上，镀敷主金属层以形成金属导线图案。通过具有极好的膜形成速度的电镀方法由Al形成主金属层(图1B)。然后，使用剥离设备和化学品除去PR层(图1C)。此外，通过湿蚀刻法蚀刻在衬底上暴露的种金属层(图1D)。
在这种方法中，可发现通过湿蚀刻法蚀刻在衬底上暴露的种金属层时，在蚀刻金属导线图案时发生底切效应，如图1D所示。因此，难以形成精确的导线图案。此外，当不充分地进行种蚀刻时，由于残留在种金属层上的残余物而导致产生短路缺陷。随着电路距离减小这种问题变得突出。尤其是，在衬底是用于要求高精度阻抗布线性能的探针卡的衬底或用作移动通信元件的多层布线衬底时，其输出特性受到致命的影响，这使得难以实现需要高集成度和高精度的多层布线衬底。
同时，为防止半导体制造过程中的底切效应，提出了一种方法，其中通过电镀或化学镀在导线图案的外表面上进行镀敷。然而，在实现用于要求高集成度和高精度的探针卡的衬底的镀敷情况下，当在细微线宽的填隙(gap filling)上未实现自底而上的填充时，在图案中形成接缝或空隙。由于短路的金属导线或残留在空隙中的电解质的影响，这种接缝或空隙可破坏元件。因此，在形成用于高集成和高精度衬底的金属导线时，需要通过更大改进的镀敷法形成保护膜。
同时，铝通常用作金属导线材料。这是因为铝具有极好的电导率，并易于处理和具有相对低的价格。然而，铝形成的导线实现高集成和高性能高速元件中所需的导线电阻方面有局限性。因此，需要具有低电阻和极好的电迁移(EM)性能的铜代替铝用作金属导线的材料。
发明内容
本发明的目的是提供薄膜金属导线及其形成方法，其中，在形成薄膜导线时，形成PR层以与形成在高集成和高精度衬底上的金属导线图案间隔预定距离，通过使用磁场的电镀方法在高集成和高精度金属导线图案上形成保护膜，使得在蚀刻期间防止底切效应。
根据本发明的一个方面，形成薄膜金属导线的方法包括以下步骤:在衬底上形成种金属层；在种金属层上形成第一光刻胶(PR)层，和使用第一PR层作为掩模形成金属导线图案；除去第一PR层，然后形成与金属导线图案间隔预定距离的第二PR层；通过电镀形成包围金属导线图案的保护膜；和进行蚀刻以除去第二PR层和种金属层的暴露部分。
在进行电镀时，可以通过磁场发生器施加磁场以进行镀敷。
磁场的强度可为400～1000高斯(Gauss)。
金属导线可以为铜导线。
衬底可以为用于探针卡的衬底或用作移动通信元件的多层布线衬底。
磁场发生器可以配置有永磁体或电磁体。
每个永磁体和电磁体可以由几个层构成。
可以通过湿蚀刻来实施蚀刻。
预定距离可以为0.1-2μm。
根据本发明的另一个方面，提供通过根据上述方面的方法形成的薄膜金属导线。
金属可包括铜。
薄膜金属导线可以为用于探针卡衬底的配线(wiring line)或用作移动通信元件的多层配线。
附图说明
由以下结合附图的详细说明，本发明的上述及其他目的、特征及优点将更明显，其中:
图1A～1D是显示形成金属导线的常规方法的图；
图2A～2J是显示根据本发明形成薄膜金属导线的方法的图；
图3显示根据本发明的磁场强度和镀膜的沉积速率之间的相关性；和
图4A～4D显示根据本发明的磁场强度阶梯覆盖之间的相关性。
具体实施方式
以下，将参考附图描述根据本发明示例性实施方案的形成薄膜金属导线的方法。
图2A～2J是显示根据本发明的一种形成薄膜金属导线的方法的图。如下实施根据本发明形成薄膜金属导线的方法。
首先，如图2A所示，通过化学镀方法、化学气相沉积(CVD)方法、或物理气相沉积(PVD)方法在衬底上顺序形成Ti、Pt和Cu层，从而形成种金属层(图2A)。
在种金属层上涂敷光敏PR膜。然后，通过曝光和显影工艺形成第一PR层(图2B)。使用第一PR层作为掩模，通过电镀方法形成金属导线图案(图2C)。
在形成金属导线图案之后，除去第一PR层(图2D)。然后，在其上形成有金属导线图案的衬底上涂敷第二PR层。在这种情况下，通过曝光和显影工艺形成第二PR层，使得与金属导线图案间隔预定距离(例如0.1-2μm)(图2E)。
为了在金属导线图案周围形成保护膜，进行电镀。在进行电镀时，通过磁场发生器施加磁场(图2F)。磁场的施加可以使用永磁体或电磁体来进行。为了在镀敷浴中任意的磁场分布，可以以多种方式设置磁场发生器。例如，多个电磁体层可以围绕镀敷浴设置，使得可以通过电磁体调节磁场强度。
同时，对于镀敷法，提供化学镀方法和电镀方法。在电镀方法中，可以实现极好的填隙性能和高速生长，甚至在具有高深宽比的布线结构中。然而，低的EM性能和复杂的化学反应使得难以进行控制。在电镀方法中，化学反应相对简单，易于进行处理，并且EM性能极好。然而，填隙性能低。
在本发明中，通过电镀形成保护膜时，施加磁场以改善填隙性能和生长速度。然后，可以在细微金属导线图案上形成高质量保护膜(图2H)。在电镀期间在垂直于电流方向的方向上由磁场发生器(电磁体或永磁体)施加磁场时，通过洛伦兹力活化镀敷离子的移动性。然后，在细微图案中可以实现极好的阶梯覆盖和填隙性能，并且可以实现均匀的镀敷。
在通过上述方法在高精度金属导线图案上形成保护膜之后，除去第二PR层(图2I)，并且通过蚀刻除去衬底上暴露的种层。然后，由于均匀镀敷的保护膜，未发生金属导线图案的底切(图2J)。
图3显示根据本发明的磁场强度和镀膜的沉积速率(生长速度)之间的相关性。如图3所示，可以发现随着磁场强度增加，生长增速增加。然而，强度超过400高斯的时候，生长速度降低。
图4A～4D显示磁场强度和深宽比5:1的1μm图案中阶梯覆盖之间的相关性。如图4A～4D所示，可以发现磁场强度为0高斯(图4A)～200高斯(图4B)时，由于不良的镀敷而导致图案的边缘厚度增加，以及不可靠地镀敷沟槽的低部，从而形成空隙。然而，磁场的强度为400高斯(图4C)～600高斯(图4D)时，阶梯覆盖变得极好，并且不形成空隙。
因此，考虑到镀膜的沉积速率和填隙特征，在电镀期间施加超过400高斯或优选400-1000高斯的磁场时，可形成金属导线图案的保护膜，其具有极好的沉积速率和填隙性能。在这种情况下，尽管与施加400-1000高斯的磁场相比可能没有差异，但是可以施加超过1000高斯的磁场。
根据本发明，在制造形成高密度电路的高密度衬底例如探针卡衬底或用作移动通信元件的多层布线衬底时，形成PR层以与金属导线间隔预定距离，从而在金属导线图案周围形成保护膜。然后，通过电镀方法在间隔中形成包围金属导线图案的保护膜。在进行电镀时，在金属导线图案周围形成增加电镀速度并具有极好的填隙性能的保护膜，这使得能防止底切效应。
虽然已经参考本发明的某些示例性实施方案显示并描述了本发明，但是应理解，不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围，本领域技术人员可以在形式上和细节上进行不同的变化。

Claims (12)

1.一种形成薄膜金属导线的方法，所述方法包括以下步骤:
在衬底上形成种金属层；
在所述种金属层上形成第一光刻胶(PR)层，和使用所述第一PR层作为掩模形成金属导线图案；
除去所述第一PR层，然后形成与所述金属导线图案间隔预定距离的第二PR层；
通过电镀形成包围所述金属导线图案的保护膜；和
进行蚀刻以除去所述种金属层的暴露部分和所述第二PR层。
2.权利要求1的方法，其中，当进行所述电镀时，通过磁场发生器施加磁场以进行所述镀敷。
3.权利要求2的方法，其中所述磁场的强度为400～1000高斯。
4.权利要求1～3任一项的方法，其中所述金属导线是铜导线。
5.权利要求4的方法，其中所述衬底是用于探针卡的衬底或用作移动通信元件的多层布线衬底。
6.权利要求3的方法，其中所述磁场发生器配置有永磁体或电磁体。
7.权利要求6的方法，其中所述永磁体和所述电磁体的每一个由几个层构成。
8.权利要求1的方法，其中通过湿蚀刻来实施所述蚀刻。
9.权利要求1的方法，其中所述预定距离是0.1-2μm。
10.通过权利要求1的方法形成的薄膜金属导线。
11.权利要求10的薄膜金属导线，其中所述金属包含铜。
12.权利要求11的薄膜金属导线，其中所述薄膜金属导线包括用于探针卡衬底的配线或用作移动通信元件的多层配线。
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