CN101894792A - 一种使用剥离法形成金属图案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化合物半导体领域，提供一种使用剥离法形成金属图案的方法，其是在衬底上涂覆正光阻；再对已经涂好光阻的衬底进行软烤，并对已经软烤完成的光阻进行全面曝光；再完成全面曝光的衬底进行曝光后烘烤；使用显影液对上述衬底进行显影，使上述的已经涂覆的两层光阻产生底切结构；使用物理气相沉积法在正光阻衬底上沉积一层金属薄膜；使用一般去光阻的溶液将该光阻溶解，光阻上面的金属将从衬底掀离，从而在衬底形成精细的图案。该方法使用双层正光阻通过光刻技术形成具有底切结构光阻剖面，使后续所沉积金属在光阻图案边缘出产生不连续，在溶液中使光阻溶解而将金属掀离，从而形成精细的金属图案。

Description

一种使用剥离法形成金属图案的方法

技术领域

本发明涉及化合物半导体领域，尤其是涉及在化合物半导体上使用剥离法形成金属图案的方法。

背景技术

在现有技术中，使用剥离(掀离)法在衬底上形成金属图案在III-V族化合物半导体器件制作工艺中是一个重要而普遍的技术，这主要是由于以下几方面的原因：首先应用在此工艺制程中的典型金属一般都是贵重金属如金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钽(Ta)及其复合物，难以用普通包括湿法和干法的蚀刻方法进行蚀刻；另一方面，由于金属的表面具有很强的反射，在其表面进行光刻形成精细图案存在诸多困难；另外，由于蚀刻这些金属需要用到很强的化学品，对其底下的衬底如砷化镓、磷化铟和硅等等，有侵袭的作用，从而会劣化其制成的微电子器件的性能；还有，蚀刻工艺还存在蚀刻选择比的问题，等等。而使用掀离(剥离)工艺可以避免以上蚀刻工艺的缺点，仅通过控制光阻的图案，便可在衬底上形成高精度的精细金属图案。

目前使用剥离(掀离)法在衬底上形成金属图案的方案有多种，常见有以下两种：

(1)单层光阻法，它是使用氯苯对一般的酚醛树脂正性光阻进行浸泡处理，使其光阻边缘处产生悬突结构。这样，在沉积金属薄膜时，悬突处会使金属薄膜产生不连续，从而在后续的溶液浸泡剥离(掀离)过程容易进行，并能够产生干净的金属线条。该方法的缺点是难以控制溶剂扩散进入光阻层的深度，从而难以控制光阻边缘产生的悬突结构的尺寸；并且由于氯苯有剧毒，且会对大气造成污染，在很多先进国家都已经禁止使用。

(2)双层法。它主要是使用两种特殊的光阻，如PMMA、PMGI和LOR，光刻精细图案，并通过分别控制两种光阻的显影时间，制作具有底切结构的光阻剖面，从而使后续沉积的金属容易实现干净的掀离。该方法因为需要特殊的光阻，需要使用深紫外波长的曝光工具，并且光阻材料成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供在化合物半导体的使用剥离法形成金属图案的方法，该方法工艺简单，不会造成大气污染，且成本也得到有效的降低。。

本发明是这样实现的，一种使用剥离法形成金属图案的方法，该方法包括：

(1)在衬底上涂覆正光阻；

(2)对已经涂好光阻的衬底进行软烤，并使用曝光机对已经软烤完成的光阻进行全面曝光，使整个光阻层都进行完全的感光反应；

(3)使用精细掩模板对衬底进行曝光；

(4)对完成曝光的衬底进行曝光后烘烤；

(5)使用显影液对上述衬底进行显影，使上述的涂覆的正光阻产生底切结构；

(6)使用物理气相沉积法在上述正光阻衬底上沉积一层金属薄膜；

(7)使用一般去光阻的溶液将该正光阻溶解，光阻上面的金属将从衬底掀离，从而在衬底形成精细的图案。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种使用剥离法形成金属图案的方法，其是关于一种使用剥离(或掀离)技术在衬底形成精细金属图案的方法。该方法使用双层正光阻通过光刻技术形成具有底切结构光阻剖面，使后续所沉积金属在光阻图案边缘出产生不连续，在溶液中使光阻溶解而将金属掀离，从而形成精细的金属图案。

附图说明

图1是本发明实施例衬底的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例在衬底上涂第一层光阻后的剖面结构示意图；

图3是本发明实施例对第一层光阻进行全面曝光的剖面结构示意图；

图4是本发明实施例以衬底上涂第二层光阻后的剖面结构示意图；

图5是本发明实施例在涂好两层光阻后掩膜的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例在掩膜后曝光的的剖面结构示意图；

图7是本发明实施例显影后剖面结构示意图；

图8是本发明实施例金属沉积后的剖面结构示意图；

图9是本发明实施例在衬底上形成图案后的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-9所示，其是本发明实施例的制作工艺过程示意图，本发明实施例涉及一种使用剥离(掀离)工艺在合适的衬底1如硅或砷化镓晶片上制作精细图案5的方法，本实施例以形成金属线条为例，但本发明的方法不限于形成金属线条。本发明实施例特别涉及一种使用双层普通正性光阻在上述衬底上形成具有底切结构的光阻剖面，使后续沉积的金属易于利用剥离(掀离)，从而形成精细金属线条的方法。由于该方法仅使用两层普通的正性光阻，光阻材料成本较低，并且光刻图形可用一般的紫外曝光机形成，可以在普通的半导体生产线中实现，当然，本发明不限于两层正性光阻结构，也可以采用多层的正性光阻，根据需要而定。本实施例的方法具体步骤如下：

1、在合适的衬底1上涂敷一层正性光阻2，衬底1是采用砷化镓或硅单晶圆片制成，典型的光阻2有富士胶片公司的FHI-635B，罗门哈斯公司的SPR955CM-0.9和安智电子公司的AZ MiR 701等等，这些材料均是市场上可以买到产品；

2、对上一步骤已经涂好光阻2的衬底进行软烤，以使大部分的溶剂从光阻层2中去除，使用无掩模的全面曝光机对上述步骤2中已经软烤完成的光阻2进行全面曝光，使整个光阻层2都进行完全的感光反应；

3、接着，再在此已经全面曝光完成的衬底1上涂覆第二层正光阻3；

4、使用与步骤2同样方法对衬底1进行第二次软烤，使第二层光阻3的大部分溶剂去除；

5、使用精细掩模板对4中烘烤完成的衬底1进行曝光；

6、对步骤5中完成曝光的衬底1进行曝光后烘烤；

7、使用合适的显影液对上述衬底进行显影，显影液采用如2.38％四甲基氢氧化铵，控制合适的显影时间，使上述的已经涂覆的两层光阻产生如图7所示的合适的底切结构；

8、对上述显影完成的衬底1进行硬烘，使该两层光阻的溶剂完全去除；

9、使用物理气相沉积方法在上述后烘完成的具有双层光阻衬底上沉积所需要的一定厚度的金属薄膜5。由于金属薄膜5的双层光阻具有底切的剖面，金属薄膜5在光阻图形的边缘便会出现不连续；

10、使用一般去光阻的溶液将该两层光阻溶解，光阻上面的金属将从衬底掀离，从而在衬底形成精细的金属线条。

在步骤1中，正性光阻优选涂覆在旋转的衬底，诸如砷化镓或硅晶圆；所说的衬底晶圆的优选直径为2英寸到12英寸，更为优选的晶圆直径为4英寸到8英寸；优选旋转速度为1000转每分钟到6000转每分钟，更优选的转速为2000转每分钟到5000转每分钟，优选光阻类型为I线正光阻和/或G线正光阻，更优选的光阻类型为I线正光阻。

步骤2中烘烤工具优选为烘箱或热板，更优选的烘烤工具为热板烘烤。对于烘箱，优选的软烤优选温度为70℃到110℃，更优选的烘烤温度为90℃到100℃；优选的烘烤时间为10分钟到60分钟，更优选的烘烤时间30分钟到50分钟；对于热板，优选的烘烤温度为70℃到120℃，更优选的烘烤温度为90℃到110℃，优选的烘烤时间为30秒到180秒，更为优选的烘烤时间为60秒到120秒。

步骤2中的全面曝光设备所使用光源波长为紫外光到深紫外光，优选的紫外波长为436nm的为线或波长为365nm的i线，更优选的波长为365nm的i线波长。优选的曝光能量为上述光阻的阈值曝光能量的一倍到四倍，更优选的曝光能量为上述光阻的阈值曝光能量的二倍到四倍。

在步骤3中，优选的光阻类型为I线正光阻或G线正光阻，更优选的光阻类型为I线正光阻；优选的光阻分辨率为0.3～1.0微米，更优选的光阻分辨率为0.3～0.5微米；优选旋转速度为1000转每分钟到6000转每分钟，更优选的转速为2000转每分钟到5000转每分钟。

在步骤4中，烘烤工具优选为烘箱或热板，更优选的烘烤工具为热板烘烤。对于烘箱，优选的软烤优选温度为70℃到110℃，更优选的烘烤温度为90℃到100℃，优选的烘烤时间为10分钟到60分钟，更优选的烘烤时间30分钟到50分钟；对于热板，优选的烘烤温度为70℃到120℃，更优选的烘烤温度为90℃到110℃，优选的烘烤时间为30秒到180秒，更为优选的烘烤时间为60秒到120秒。

在步骤5中，所说的精细掩模板优选特征尺寸为0.2～1.0um，更优选的特征尺寸为0.3～0.5um；所说的曝光优选工具为接近式/投影视/步进式光刻机，更为优选的曝光工具为5∶1步进式光刻机；所说的曝光波长优选为为紫外光，更优选的曝光波长为436nm的g线或波长为365nm的i线，更为优选的曝光波长为365nm的i线。

在步骤6中，所说的曝光后烘烤优选的烘烤工具为热板；优选的烘烤温度为70℃到120℃，更优选的烘烤温度为100℃到110℃，优选的烘烤时间为30秒到180秒，更为优选的烘烤时间为60秒到120秒。

在步骤7中，所说的合适的显影液优选为2.38％四甲基氢氧化铵；所说的合适的显影时间优选为20秒到180秒，更优选的显影时间为40秒到90秒；所说的底切结构优选尺寸为0.1微米到0.5微米，更为优选的底切尺寸为0.1微米到0.2微米。

步骤8中所说的硬烘优选烘烤工具为烘箱或热板，更优选的烘烤工具为热板烘烤。对于烘箱，优选的软烤优选温度为70℃到120℃，更优选的烘烤温度为90℃到110℃，优选的烘烤时间为10分钟到60分钟，更优选的烘烤时间30分钟到50分钟；对于热板，优选的烘烤温度为70℃到120℃，更优选的烘烤温度为90℃到110℃，优选的烘烤时间为30秒到180秒，更为优选的烘烤时间为60秒到120秒。

在步骤9中，所说的物理气相沉积金属薄膜，优选的方法为电子束金属蒸镀或热阻蒸镀，更为优选的方法为电子束金属蒸镀。所说的金属薄膜，优选的金属为金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钽(Ta)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)和/或锗(Ge)及其可能的各种比例的合金，更为优选的金属为金(Au)铂(Pt)钛(Ti)锗(Ge)合金、金(Au)钛(Ti)合金、镍(Ni)铬(Cr)合金、钨(W)硅(Si)合金和铝(Al)硅(Si)合金。所说的金属薄膜的总厚度优选为0.1微米到1微米，更为优选的厚度为0.1微米到0.6微米。

在步骤10中，所说的将两层光阻溶解而将金属掀离的溶液优选为N甲基吡咯烷酮和/或丙酮和/或异丙醇和/或去离子水的组合溶液，更为优选的溶液组合为N甲基吡咯烷酮和丙酮和异丙醇和去离子水组合。所说的溶液组合的优选工作温度为20摄氏度到120摄氏度，更为优选的N甲基吡咯烷酮工作温度为80摄氏度到110摄氏度，丙酮工作温度为20摄氏度到25摄氏度。所说的金属剥离/掀离过程的时间优选为20分钟到180分钟，依衬底晶圆尺寸不同而有所不同；更为优选的剥离/掀离时间为30分钟到120分钟。

Claims (10)

1.一种使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于，该方法包括：

(1)在衬底上涂覆正光阻；

(2)对已经涂好光阻的衬底进行软烤，并使用曝光机对已经软烤完成的光阻进行全面曝光，使整个光阻层都进行完全的感光反应；

(3)使用精细掩模板对衬底进行曝光；

(4)对完成曝光的衬底进行曝光后烘烤；

(5)使用显影液对上述衬底进行显影，使上述的涂覆的正光阻产生底切结构；

(6)使用物理气相沉积法在上述正光阻衬底上沉积一层金属薄膜；

(7)使用一般去光阻的溶液将该正光阻溶解，光阻上面的金属将从衬底掀离，从而在衬底形成精细的图案。

2.根据权利要求1所述的使用剥离法形成金属图案的方法在，其特征在于：所述的正光阻是I线光阻或G线光线。

3.根据权利要求1或2所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的衬底上涂覆有两层正光阻，在第一层正光阻全面曝光完成后的衬底上涂覆第二层正光阻。

4.根据权利要求1所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的(6)步骤之前还包括对显影完成的衬底进行硬烘，使该两层光阻的溶剂完全去除的步骤。

5.根据权利要求1所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的(2)和(4)中所述的烘烤或硬烤所使用的工具是烘箱或热板，所述烘箱的烘烤温度为70℃-110℃，烘烤时间为10分钟-60分钟；所述的热板烧烤温度为70℃-120℃，烘烤时间为30秒-180秒。

6.根据权利要求2所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的曝光工具是光刻机，所述的曝光波长范围为紫外光的波长范围。

7.根据权利要求6所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的曝光波长范围为g线或i线的波长范围。

8.根据权利要求1所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的显影时间为20秒-180秒，所述的底切结构的尺寸为0.1微米至0.5微米。

9.根据权利要求1所述的在衬底上形成图案的方法，其特征在于：所述的(6)步骤中金属薄膜是金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钽(Ta)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)或锗(Ge)中的一种或两种以上的组合；所述金属薄膜的厚度为：0.1微米至1微米。

10.根据权利要求1所述的使用剥离法形成金属图案的方法，其特征在于：所述的(10)步骤中，金属掀离的时间是20分钟至180分钟。

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