CN102169288A - 一种在蓝宝石基板上进行光刻的方法 - Google Patents

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王栾井
宋雪云
谭崇斌
徐峰
徐洲
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Abstract

一种在蓝宝石基板上进行光刻的方法，属于半导体技术领域，先在蓝宝石衬底上制备厚度为5nm~2μm的光刻胶粘附层；再在所述光刻胶粘附层上旋涂光刻胶；然后在光刻胶上制作光刻图形。本发明中在进行光刻工艺前，在蓝宝石衬底上先制备一层氮化硅或多晶硅或二氧化硅或氮氧硅薄膜，作为光刻胶与蓝宝石衬底间的粘附层，以增强光刻胶在蓝宝石衬底的粘附性，解决因粘附性不强的原因造成的蓝宝石衬底上进行光刻工艺中出现的光刻胶易脱落或光刻图形变形的问题。

Description

一种在蓝宝石基板上进行光刻的方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域。
背景技术
蓝宝石衬底（即Al3O2基板）因其优良的光学性能、优良的化学稳定性以及成熟的生产技术、适中的价格而成为氮化物材料和器件外延层的主要衬底材料。近年来，通过半导体加工工艺处理，在蓝宝石衬底上制备周期排列的图形或进行衬底表面不规则的粗化，以提高于其上生长的氮化镓材料的外延层晶体质量及其器件的光电性能的研究以及与蓝宝石衬底加工工艺对应的技术和产品的推广备受关注。
在蓝宝石基衬底上进行光刻工艺时，由于绝大多数光刻胶所含的高分子聚合物是疏水的，而蓝宝石基衬底表面的羟基是亲水的，所以光刻胶与蓝宝石衬底两者表面粘附性不好，容易出现光刻工艺步骤操作中光刻胶从蓝宝石衬底上脱落或光刻图形变形的问题。另外，现在商用的光刻胶及与之对应的增粘剂绝大多数是适用于Si基衬底的，在蓝宝石基衬底表面使用效果不明显。
发明内容
本发明针对需在蓝宝石衬底上直接进行光刻工艺的半导体工艺处理需求，提出一种能使光刻胶不易脱落、光刻图形稳定性好的在蓝宝石基板上进行光刻的方法。
本发明包括以下步骤：
1）在蓝宝石衬底上制备厚度为5nm~2μm的光刻胶粘附层；
2）在所述光刻胶粘附层上旋涂光刻胶；
3）在光刻胶上制作光刻图形。
本发明适用的蓝宝石衬底可以是为蓝宝石衬底中的任何一种晶面，即可以为(0001)或c面、(1-102)或r面、(10-10)或m面、(11-20)或a面，或其他晶面。
所述光刻胶粘附层为氮化硅薄膜或多晶硅薄膜或二氧化硅薄膜或氮氧硅薄膜。作为光刻胶粘附层的氮化硅或多晶硅或二氧化硅或氮氧硅薄膜厚度的选择取决于将要在蓝宝石衬底上进行的光刻工艺的图形尺寸要求。
本发明中在进行光刻工艺前，在蓝宝石衬底上先制备一层氮化硅或多晶硅或二氧化硅或氮氧硅薄膜，作为光刻胶与蓝宝石衬底间的粘附层，以增强光刻胶在蓝宝石衬底的粘附性，解决因粘附性不强的原因造成的蓝宝石衬底上进行光刻工艺中出现的光刻胶易脱落或光刻图形变形的问题。本发明提供了一种通过制备粘附层的方法，使原本适用于传统Si基衬底工艺，但是因为在蓝宝石衬底上粘附性不强、在光刻工艺中易发生脱胶现象而不能适用于蓝宝石基衬底上的各种类型光刻胶可以适用于蓝宝石基的半导体器件工艺中，这将大大拓宽可以在蓝宝石衬底上成功实现光刻的光刻胶选择范围。
本发明所述氮化硅薄膜的制备方法为化学沉积方法或物理气相沉积方法；所述化学沉积方法为常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法；所述物理气相沉积方法为离子束增强沉积法，或磁控反应溅射法。
所述多晶硅薄膜的制备方法为低压化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法，或旋涂法。
所述二氧化硅薄膜的制备方法为化学气相沉积方法，或物理气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法，或旋涂法；所述化学气相沉积方法为常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法；所述物理气相沉积方法为离子束增强沉积法或磁控反应溅射法。
所述氮氧硅薄膜的制备方法为化学气相沉积方法，或物理气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法，或旋涂法；所述化学气相沉积方法为常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法；所述物理气相沉积方法为离子束增强沉积法或磁控反应溅射法。
另，步骤2）中所述光刻胶的极性包括正性光刻胶和负性光刻胶。
步骤2）中所述光刻胶的厚度为100nm~10μm。
步骤3）中制作光刻图形时，使用化学试剂除去光刻图形中露出的光刻胶粘附层。
本发明使原本只适用于Si衬底，却不适用于蓝宝石衬底的各种类型光刻胶借助于光刻胶粘附层的作用而适用于蓝宝石衬底的加工工艺中，这将大大拓宽在蓝宝石基的半导体器件工艺中适用的光刻胶类型。另外，本发明公布的作为粘附层的材料，其制备工艺成熟，工艺可控性高，易于实现。因此，本发明可适用于对蓝宝石衬底进行工艺处理的工业化生产中。
附图说明
图1 为在蓝宝石衬底上进行光刻后产品的结构剖面示意图。
图2 为本发明实施例1描述的具有最小线宽为4μm周期条纹光刻图形的表面显微镜观测图。
图3 为本发明实施例2描述的具有线宽为2μm周期条纹光刻图形的表面显微镜观测图。
具体实施方式
蓝宝石衬底可以是为蓝宝石衬底中的任何一种晶面，即可以为(0001)或c面、(1-102)或r面、(10-10)或m面、(11-20)或a面，或其他晶面。
实施例一：
制作方法：
步骤1：使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在2英寸蓝宝石衬底上制备一层厚度为10nm的二氧化硅薄膜作为光刻胶粘附层，其中采用SiH4和N2O为反应气源。
步骤2：在二氧化硅薄膜上采用旋涂工艺涂覆光刻胶，其中光刻胶的厚度为2μm。
步骤3：90℃下烘干3min，选用具有线宽为4μm、间距为8μm的周期条纹的光刻版，在紫外线30mw/cm2下曝光10sec，再烘干后在显影液中显影2min。
使用乙酸丙二醇单甲基醚酯30%与丙二醇甲醚醋酸脂70%混合液，N-甲基吡啶-2-吡咯烷酮、丙酮等除去光刻图形中露出的光刻胶粘附层。
产品结构特点：
如图1所示，在2英寸蓝宝石衬底1上具有10nm的二氧化硅薄膜2，在二氧化硅薄膜2上具有光刻胶层3。
通过图2可见：在蓝宝石衬底上完成线宽为4μm、间距为8μm的周期条纹光刻图形。
实施例二：
制作方法：
步骤1：使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在2英寸蓝宝石衬底上制备一层厚度为100nm的二氧化硅薄膜，其中采用SiH4和N2O为反应气源。
步骤2：在二氧化硅薄膜上采用旋涂工艺涂覆光刻胶，其中光刻胶的厚度为1μm。
步骤3：90℃下烘干1min，选用具有线宽为2μm、间距为2μm的周期条纹的光刻版，在紫外线30mw/cm2下曝光6sec，再烘干后在显影液中显影1min。
使用乙酸丙二醇单甲基醚酯30%与丙二醇甲醚醋酸脂70%混合液，N-甲基吡啶-2-吡咯烷酮、丙酮等除去光刻图形中露出的光刻胶粘附层。
产品结构特点同图1。
通过图3可见：在蓝宝石衬底上完成线宽为2μm、间距为2μm的周期条纹光刻图形。
另外，本发明还可以氮化硅薄膜或多晶硅薄膜或氮氧硅薄膜作为光刻胶粘附层。
氮化硅薄膜的制备方法可以是化学沉积方法或物理气相沉积方法。化学沉积方法可以是常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法。物理气相沉积方法可以是离子束增强沉积法，或磁控反应溅射法。
多晶硅薄膜的制备方法可以是低压化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法，或旋涂法。
二氧化硅薄膜的制备方法可以是化学气相沉积方法，或物理气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法，或旋涂法。其中，化学气相沉积方法可以是常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法。物理气相沉积方法可以是离子束增强沉积法或磁控反应溅射法。
氮氧硅薄膜的制备方法可以是化学气相沉积方法，或物理气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法，或旋涂法。其中，化学气相沉积方法可以是常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法；物理气相沉积方法可以是离子束增强沉积法或磁控反应溅射法。
光刻胶的极性可以是正性光刻胶，也可以是负性光刻胶。

Claims (10)

1.一种在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在蓝宝石衬底上制备厚度为5nm~2μm的光刻胶粘附层；
2）在所述光刻胶粘附层上旋涂光刻胶；
3）在光刻胶上制作光刻图形。
2.根据权利要求1所述的在蓝宝石上进行光刻的方法，其特征在于：步骤1中所述蓝宝石衬底为蓝宝石的c面，或r面，或m面，或a面。
3.根据权利要求1或2所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于所述光刻胶粘附层为氮化硅薄膜或多晶硅薄膜或二氧化硅薄膜或氮氧硅薄膜。
4.根据权利要求3所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于所述氮化硅薄膜的制备方法为化学沉积方法或物理气相沉积方法；所述化学沉积方法为常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法；所述物理气相沉积方法为离子束增强沉积法，或磁控反应溅射法。
5.根据权利要求3所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于所述多晶硅薄膜的制备方法为低压化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法，或旋涂法。
6.根据权利要求3所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于所述二氧化硅薄膜的制备方法为化学气相沉积方法，或物理气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法，或旋涂法；所述化学气相沉积方法为常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法；所述物理气相沉积方法为离子束增强沉积法或磁控反应溅射法。
7.根据权利要求3所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于所述氮氧硅薄膜的制备方法为化学气相沉积方法，或物理气相沉积方法，或化学溶液反应沉积方法，或旋涂法；所述化学气相沉积方法为常压化学气相沉积方法，或低压化学相沉积方法，或高温热化学气相沉积方法，或等离子体增强化学气相沉积方法；所述物理气相沉积方法为离子束增强沉积法或磁控反应溅射法。
8.根据权利要求1所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于步骤2）中所述光刻胶的极性包括正性光刻胶和负性光刻胶。
9.根据权利要求1所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征在于步骤2）中所述光刻胶的厚度为100nm~10μm。
10.根据权利要求1所述的在蓝宝石基板上进行光刻的方法，其特征是：步骤3）中制作光刻图形时，使用化学试剂除去光刻图形中露出的光刻胶粘附层。
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