CN103094096A - 一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法，用可显影材料代替传统的两层光刻胶剥离工艺中的底层光刻胶，即在要制作金属图形的基片上先旋涂一层可显影材料，烘烤后再旋涂一层光刻胶，经一次带掩模版的曝光后，上层光刻胶的曝光区域和下层可显影材料都可被显影液溶解，因此在后续的显影过程中，由于显影液对下层可显影材料的纵向和横向同时显影，即可获得类T字形上宽下窄的光刻胶和可显影材料的组合图形，再经过在光刻胶图形表面金属溅射或蒸发，光刻胶和可显影材料剥离等步骤就可获得所需的金属图形。本发明解决了传统的两层光刻胶剥离工艺中工艺复杂，成本高，以及两层光刻胶之间互溶的问题，并获得所需的金属图形。

Description

一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种剥离工艺方法，尤其涉及一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，金属图形通常用来制作器件的引(连)线和电极，通常使用先光刻，再经湿法或干法刻蚀的方法来形成这些金属图形，但对于有些金属(如：铜、金、钛、镍、银、铂、铬)，难以用通常的湿法或干法刻蚀进行腐蚀，且刻蚀这些金属图形所需的化学物质对半导体器件的其他部位都会有腐蚀影响，因此通常使用剥离(Lift-off)工艺来制作这些金属的图形，以作为半导体器件的引(连)线或电极。

所谓lift-off工艺，就是在要制作金属图形的基片表面上旋涂一层或多层光刻胶，通过对其进行不同的曝光，显影等方式，形成如图1所示的上宽下窄的光刻胶图形，然后以此光刻胶为掩膜，通过金属溅射或蒸发的方法，在光刻胶和硅片表面形成相互断开的金属膜(层)，最后使用光刻胶剥离液去除光刻胶及其表面的金属膜(层)，而光刻胶开槽(Space)处与基片直接接触的金属膜(层)则得以保留，从而形成所需金属引(连)线或电极图形。

目前的lift-off工艺主要有以下几种：单层光刻胶有机苯溶剂浸泡工艺，两层光刻胶工艺，负性光刻胶工艺和图形反转工艺。其中的两层光刻胶工艺通常都需要使用额外的曝光步骤或额外的显影液和显影步骤来增加下层光刻胶的显影速率，其工艺复杂，成本也较高，另外，该lift-off工艺因为使用了两层光刻胶，不同层之间光刻胶因性质相似而产生的互溶的问题使得整个工艺变得不可控。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法，以解决使用传统的两层光刻胶lift-off工艺制备金属图形中工艺复杂，成本高，以及两层光刻胶之间互溶的问题，并获得所需的金属图形。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法，用可显影材料代替传统的两层光刻胶剥离工艺中的底层光刻胶，以获得类T字形上宽下窄的光刻胶和可显影材料的组合图形，该方法包括如下主要步骤：

(1)提供一需要制作金属膜图形的基片，在所述基片上进行可显影材料的旋涂和烘烤；

(2)进行光刻胶的旋涂和烘烤；

(3)使用掩模版进行曝光，光刻胶曝光区域变得可溶于显影液；

(4)对曝光后的基片进行显影及烘烤，形成类T字形上宽下窄的光刻胶和可显影材料的组合图形；

(5)使用物理溅射或蒸发的方法在基片及光刻胶图形上生长一层金属膜；

(6)使用光刻胶剥离液去除光刻胶和可显影材料，光刻胶上面的金属膜也同时被去除，而基片上的金属膜得以保留。

在步骤(1)中，所述的可显影材料不能溶于步骤(2)所述的光刻胶所使用的溶剂，但可以溶于常用的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液和常用的光刻胶剥离液。所述的可显影材料的主要组分包括：组分A：烷烃类、酮类、酯类、醚类等有机溶剂，组分B：含羧酸基团重复单元的聚合物，组分C：环氧基类或三聚氰胺类有机交联剂。所述的组分A占可显影材料的质量百分比含量为10-80％，所述的组分B占可显影材料的质量百分比含量为2-70％，所述的组分C占可显影材料的质量百分比含量为0.1-10％。优选的可显影材料指Fuji Film公司的Durimide116A。所述的可显影材料旋涂和烘烤以后的厚度为0.5-50微米。

在步骤(2)中，所述的光刻胶为正性或负性光刻胶，其曝光波长为436纳米的G-line或365纳米的I-line或248纳米的KrF或193纳米的ArF。

在步骤(5)中，所述的金属膜是指难以用通常的湿法或干法刻蚀进行腐蚀的金属。优选的，所述的金属膜采用铜、金、钛、镍、银、铂或铬。

在步骤(5)中，所述的金属膜的厚度为0.1-40微米，且所述的金属膜的厚度要小于步骤(1)所述的可显影材料的厚度。

在步骤(6)中，所述的光刻胶剥离液既能剥离步骤(1)所述的可显影材料，又可以剥离步骤(2)所述的光刻胶。优选的，所述的光刻胶剥离液为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、γ-丁内酯(GBL)或乳酸乙酯(EL)。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明因为使用了可显影材料，从而省去了传统的两层光刻胶lift-off工艺中为了增加下层光刻胶的显影速率而使用额外的曝光和显影步骤，降低了工艺复杂度，节省了成本；另外，由于可显影材料和光刻胶之间性质不相似，以及所述的可显影材料不能溶于光刻胶所使用的溶剂，因此也解决了传统的两层光刻胶lift-off工艺中光刻胶互溶的问题，并通过本发明的方法获得了所需的金属图形，可以用作半导体器件的引(连)线或电极。

附图说明

图1是Lift-off工艺中不同类型的光刻胶形貌示意图；其中，图1(A)是Lift-off工艺中的倒梯形光刻胶形貌示意图，图1(B)是Lift-off工艺中的T字形光刻胶形貌示意图，图1(C)是Lift-off工艺中的类T字形光刻胶形貌示意图；

图2是本发明方法中每一步骤完成后的剖面结构示意图；其中，图2(A)是步骤1完成后的剖面结构示意图；图2(B)是步骤2完成后的剖面结构示意图；图2(C)是步骤3完成后的剖面结构示意图；图2(D)是步骤4完成后的剖面结构示意图；图2(E)是步骤5完成后的剖面结构示意图；图2(F)是步骤6完成后的剖面结构示意图；

图3是本发明方法的工艺流程图。

图中附图标记说明如下：

1为需要制作金属膜(层)图形的基片，2为可显影材料，3为光刻胶，4为金属膜(层)，5为光刻胶曝光区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明公布了一种新的lift-off工艺，其特征就是用可显影材料代替传统的两层光刻胶lift-off工艺中的底层光刻胶，即在要制作金属图形的基片表面上先旋涂一层可显影材料，烘烤后再在该显影材料上方旋涂一层光刻胶，经一次带掩模版的曝光后，上层光刻胶的曝光区域和下层可显影材料都可被显影液溶解，因此在后续的显影过程中，由于显影液对下层可显影材料的纵向和横向同时显影，即可获得图1(C)所示的类T字形上宽下窄的光刻胶和可显影材料的组合图形，再经过在光刻胶图形表面金属溅射或蒸发，光刻胶和可显影材料剥离等步骤就可获得所需的金属图形。本发明因为使用了可显影材料，从而省去了传统的两层光刻胶lift-off工艺中为了增加下层光刻胶的显影速率而使用额外的曝光和显影步骤，降低了工艺复杂度，节省了成本；另外，由于可显影材料和光刻胶之间性质不相似，以及所述的可显影材料不能溶于光刻胶所使用的溶剂，因此也解决了传统的两层光刻胶lift-off工艺中光刻胶互溶的问题。

如图2和图3所示，本发明一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法，其主要步骤如下：

1，如图2(A)所示，提供一需要制作金属膜(层)图形的基片1；在基片1上进行可显影材料2的旋涂和烘烤；可显影材料2不能溶于步骤(2)所述的光刻胶3所使用的溶剂，但可以溶于常用的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液和常用的光刻胶剥离液，可显影材料2的主要组分包括：组分A：烷烃类、酮类、酯类、醚类等有机溶剂，组分B：含羧酸基团重复单元的聚合物，组分C：环氧基类或三聚氰胺类有机交联剂(如：环氧基聚合物、三聚氰胺类聚合物等)，所述的组分A占可显影材料的质量百分比含量为10-80％，所述的组分B占可显影材料的质量百分比含量为2-70％，所述的组分C占可显影材料的质量百分比含量为0.1-10％，优选的可显影材料指Fuji Film公司的Durimide 116A，所述的可显影材料旋涂和烘烤以后的厚度为0.5-50微米；

2，如图2(B)所示，在可显影材料2上进行光刻胶3的旋涂和烘烤；光刻胶3为正性或负性光刻胶，其曝光波长为436纳米的G-line或365纳米的I-line或248纳米的KrF或193纳米的ArF；

3，如图2(C)所示，使用掩模版进行曝光，光刻胶曝光区域5变得可溶于显影液；

4，如图2(D)所示，对曝光后的基片进行显影及烘烤，形成类T字形上宽下窄的光刻胶3和可显影材料2的组合图形；经步骤3一次带掩模版的曝光后，上层光刻胶曝光区域5和下层可显影材料2都可被碱性的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液溶解，且在该步骤的显影过程，由于显影液显影能力的各向同性的特征，因此在显影液对可显影材料的厚度方向进行显影时，可显影材料的侧向也会受到来自显影液的同样程度的显影(即显影液对下层可显影材料的纵向和横向可同时显影)，从而获得图2(D)所示的类T字形上宽下窄的光刻胶3和可显影材料2的组合图形；

5，如图2(E)所示，使用物理溅射或蒸发的方法在基片1及光刻胶图形(光刻胶3)上生长一层金属膜(层)4；所述的金属膜(层)4一般是指难以用通常的湿法或干法刻蚀进行腐蚀的金属(优选地，指铜、金、钛、镍、银、铂、铬)，但又不仅限于这些金属；所述的金属膜(层)4的厚度为0.1-40微米，且为了防止光刻胶3上面的金属膜(层)4和基片1上的金属膜(层)4发生粘连，金属膜(层)4的厚度要小于可显影材料2的厚度；

6，如图2(F)所示，使用光刻胶剥离液去除光刻胶3和可显影材料2，光刻胶3上面的金属膜(层)4也同时被去除，而基片1上的金属膜(层)4得以保留，形成金属膜(层)图形，以作为半导体器件的引(连)线或电极。所述的光刻胶剥离液既能剥离可显影材料2，又可以剥离光刻胶3，优选地，光刻胶剥离液指N-甲基吡咯烷酮(NMP)、γ-丁内酯(GBL)或乳酸乙酯(EL)。

上述的主要步骤可以归纳为图3所示的流程图。

Claims (13)

1.一种用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法，其特征在于，用可显影材料代替传统的两层光刻胶剥离工艺中的底层光刻胶，以获得类T字形上宽下窄的光刻胶和可显影材料的组合图形。

2.根据权利要求1所述的用于形成半导体器件金属图形的剥离工艺方法，其特征在于，包括如下主要步骤：

(1)提供一需要制作金属膜图形的基片，在所述基片上进行可显影材料的旋涂和烘烤；

(2)进行光刻胶的旋涂和烘烤；

(3)使用掩模版进行曝光，光刻胶曝光区域变得可溶于显影液；

(4)对曝光后的基片进行显影及烘烤，形成类T字形上宽下窄的光刻胶和可显影材料的组合图形；

(5)使用物理溅射或蒸发的方法在基片及光刻胶图形上生长一层金属膜；

(6)使用光刻胶剥离液去除光刻胶和可显影材料，光刻胶上面的金属膜也同时被去除，而基片上的金属膜得以保留。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的可显影材料不能溶于步骤(2)所述的光刻胶所使用的溶剂，但可以溶于常用的四甲基氢氧化氨显影液和常用的光刻胶剥离液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的可显影材料的主要组分包括：组分A：烷烃类、酮类、酯类、醚类有机溶剂，组分B：含羧酸基团重复单元的聚合物，组分C：环氧基类或三聚氰胺类有机交联剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述组分A占可显影材料的质量百分比含量为10-80％，所述组分B占可显影材料的质量百分比含量为2-70％，所述组分C占可显影材料的质量百分比含量为0.1-10％。

6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的可显影材料是FujiFilm公司的Durimide 116A。

7.根据权利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的可显影材料旋涂和烘烤以后的厚度为0.5-50微米。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的光刻胶为正性或负性光刻胶，其曝光波长为436纳米的G-line或365纳米的I-line或248纳米的KrF或193纳米的ArF。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的金属膜是指难以用通常的湿法或干法刻蚀进行腐蚀的金属。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的金属膜采用铜、金、钛、镍、银、铂或铬。

11.根据权利要求2或9或10所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的金属膜的厚度为0.1-40微米，且所述的金属膜的厚度要小于步骤(1)所述的可显影材料的厚度。

12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的光刻胶剥离液既能剥离步骤(1)所述的可显影材料，又可以剥离步骤(2)所述的光刻胶。

13.根据权利要求2或12所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的光刻胶剥离液为N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯或乳酸乙酯。

Images