CN104576323A - 一种金属图形化结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属图形化方法，该方法包括以下步骤：1）提供一衬底，在该衬底上沉积一层金属膜；2）在所述金属膜上依次沉积钛层和氮化钛层；3）旋涂光刻胶，并通过掩膜曝光和显影形成所需的光刻胶图形；4）在该图形化的光刻胶上形成金属焊接层；5）选取不腐蚀金属的溶剂选择性去除光刻胶，从而形成图形化金属焊接层。本发明的工艺方法使金属不直接曝露在空气中，从而避免金属沾污，氧化等引起的接触电阻过大现象，本发明也可以有效改善金属焊接层脱落的现象。
Description
技术领域
本发明涉及功率器件和微电子制造领域,尤其是涉及金属图形化工艺中剥离技术的处理方法。
背景技术
在半导体器件的生产中,一般光刻过程是用照相复印的方法,将光刻掩模的图形精确地复印到涂在待刻蚀材料等薄层表面的光刻胶上面。然后,在抗蚀剂的保护下,对待刻蚀材料进行选择性刻蚀。从而在待刻蚀材料上得到所需的图形。但在器件制造工艺中，有些材料很难用光刻胶做掩膜，用化学试剂腐蚀；有些多层金属用不同的腐蚀液交替使用时会产生严重横向钻蚀；有些金属腐蚀液会对下层材料产生影响。以上这些难题都可以用到剥离技术来解决。剥离技术的难点就在于需要掩膜图形的稳定性好，形变小，金属易于剥离，金属焊接层不易peeling等。
剥离技术是一种采用牺牲光刻胶的图形化工艺,它避免了干湿法中衬底损伤和离子污染的问题,且工艺简单,非常适合于金属图形化。剥离工艺技术分为单层光刻胶剥离技术和多层光刻胶剥离技术,而多层光刻胶剥离技术必须采用多种光源的光刻胶,使用常规工艺和设备很难实现。单层光刻胶剥离工艺是指在基片表面涂上一层刻胶,经过前烘、曝光、显影形成掩模图形,要求在不需要金属膜的区域覆有光刻胶,用镀膜的方法在其表面覆盖一层金属,这样金属膜只在需要的区域与衬底相接触,最后浸泡于剥离液中(剥离液不与金属层发生反应),随着光刻胶的溶解,其上的金属也随其一起脱落,从而留下所需的金属图形。剥离工艺的关键是使光刻胶与基底上的金属膜断开,从而易于剥离液渗透进去溶解光刻胶,使其上面的金属膜浮起而被除去。
以金属剥离工艺为例，它是在需要制作金属的基片上制作一层具有对应图形的光刻胶“膜版”，在其上面蒸发或溅射金属膜，再用剥离液（通常用丙酮）去掉光刻胶膜版及其上面覆盖的金属层，从而得到需要的金属图形。
现有的金属剥离技术为了能有效进行剥离,剥离掩膜层必须满足以下要求:
(1).首先要使好的金属图形层沉积在光刻胶掩膜断开区域内,而掩膜上金属层与掩膜断开区域内金属图形层相互是分离的。这就要求掩膜层厚度一定要比形成图形的金属层厚。
(2).剥离掩膜必须易形成光刻掩膜版上图形,且有高的分辨率,在烘烤、蒸发金属等环境下,掩膜材料的膨胀率要小,掩膜图形热稳定性要好,形变小。为了有效形成剥离图形,所用掩膜层也必须很容易剥离掉。
(3).刻掩膜层图形侧剖面呈倒“八”字型,这是剥离能否成功的关键因素。
(4).脆性金属材料(如Al)比延展性好的金属材料(如Au)易得到好的剥离金属图形。
(5).所有工序中必须不损伤晶片材料或对基片表面金属微电极图形产生有害的影响。
上述要求使得金属剥离技术极为严苛，使用范围大大受限，鉴于此，实有必要提供一种新的金属图形化结构及方法以解决上述技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种金属图形化结构及方法，用于解决现有剥离工艺中由于金属层被沾污，氧化等而导致金属与金属焊接层之间形成接触电阻的问题。同时，可以有防止光刻胶的变形，也可以避免光刻胶汽化引起的接触面沾污而导致金属脱离的现象。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种金属图形化结构，其包括衬底、形成在所述衬底上的金属膜、形成于该金属膜上的钛层、形成于所述钛层上的氮化钛层以及形成于所述氮化钛层上的图形化金属层。
优选地，所述金属膜为AlSiCu合金或Al或AlCu合金。
优选地，所述金属膜的厚度在0.1微米至20微米之间。
优选地，所述钛层的厚度在0.005微米到0.5微米之间；所述氮化钛层的厚度在0.005微米到0.5微米之间。
优选地，所述图形化金属焊接层的材料为TI/Ni/Ag。
本发明还提供一种金属图形化方法，该方法包括以下步骤：
1）提供一衬底，在该衬底上沉积一层金属膜；
2）在所述金属膜上依次沉积钛层和氮化钛层；
3）旋涂光刻胶，并通过掩膜曝光和显影形成所需的光刻胶图形；
4）在该图形化的光刻胶上形成金属焊接层；
5）选取不腐蚀金属的溶剂选择性去除光刻胶，从而形成图形化金属焊接层。
优选地，所述步骤4）中在图形化的光刻胶上正面常温蒸发镀膜形成金属焊接层。
与现有技术相比较，本发明具有以下特点:
1.在金属焊接层与金属层之间长一定厚度的钛和氮化钛，可以有效降低金属的沾污，氧化等而导致的金属与金属焊接层之间的接触电阻；
2.金属焊接层选用蒸发镀膜的方法可以有效降低需要被剥离的膜层与留下的膜层边缘在光刻胶侧壁的膜层相连的区域的大小；
3.金属焊接层选用正面金属常温蒸发镀膜，不仅可以防止光刻胶的变形，也可以避免光刻胶汽化而引起的接触面沾污而导致金属焊接层脱落的现象。
附图说明
图1显示为本发明衬底沉积金属膜的示意图。
图2显示为本发明衬底沉积金属膜的示意图。
图3显示为本发明中金属和TI/TIN上涂上光刻胶，并通过掩膜曝光和显影形成需要的图形结构示意图。
图4显示为本发明中在金属层和光刻胶上通过蒸发镀膜的方法形成金属焊接层的结构示意图。
图5显示为本发明用不腐蚀金属的溶剂选择性去除光刻胶之后的结构示意图。
元件标号说明
10 衬底
20 金属膜
30 钛层
40 氮化钛层
50 图形化光刻胶层
60 金属焊接层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种金属图形化结构，其包括衬底10、形成在所述衬底10上的金属膜20、形成于该金属膜20上的钛层30、形成于所述钛层30上的氮化钛层40以及形成于所述氮化钛层40上的图形化金属层60。
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式:
请参阅附图1所示，提供一衬底10，在该衬底上生长一层金属膜20，该金属膜的厚度在0.1微米至20微米之间。所述衬底可以选用硅衬底、碳化硅衬底或绝缘体上硅衬底等常用衬底材料。本实施例中，优选为在硅衬底上沉积AlSiCu合金金属膜20。该金属膜还可以采用Al或AlCu代替。在衬底上生长该金属膜可以采用磁控溅射法、化学气相沉积法或ALD（等离子体沉积）来制备。该金属膜20的厚度控制在0.1微米至20微米之间，优选地为1-10微米。
请参阅附图2所示，在上述步骤形成的结构上利用物理或化学方法在金属膜20上依次沉积一层钛层30和氮化钛层40；所述氮化钛层40位于所述钛层30上方。本实施例中，钛层的厚度控制在0.005微米到0.5微米之间。所述氮化钛的厚度控制在0.005微米到0.5微米之间。利用物理或化学方法包括磁控溅射法、化学气相沉积法或ALD（等离子体沉积）等方法。
请参阅附图3所示，在上述步骤形成的结构上旋涂光刻胶，即在所述氮化钛层上旋涂光刻胶，然后通过掩模曝光和显影制成所需的图形化光刻胶层50,本实施例中，采用对不需要金属膜的区域覆有光刻胶，对需要金属膜的区域没有光刻胶，从而形成不连续的光刻胶层。从而暴露出部分氮化钛层40。
请参阅图4所示，在上述步骤之后形成的结构上用常温（一般是指室温25度左右）正面蒸发镀膜的方法在图形化光刻胶层50和部分暴露的氮化钛层40上形成金属焊接层60。本实施例中，该金属焊接层60采用Ti/Ni/Ag合金材料。实际上，本发明中金属焊接层只要是满足和氮化钛有良好的黏附性和欧姆接触，并且具有耐焊性的合金材料都可以。
请继续参阅图5所示。用不腐蚀（刻蚀）金属的溶剂选择性去除光刻胶，形成不连续的图形化金属焊接层，从而完成剥离工艺的基本步骤。该图形化金属焊接层仅在需要它的区域与金属膜（氮化钛层）相连。
本发明的工艺处理可以有效的改善，而使得剥离工艺成功率更高，图形更完美。
与传统的剥离工艺相比，本发明有三个优点:
1.在金属焊接层与金属层之间长一定厚度的钛和氮化钛，可以有效降低金属的沾污、氧化等而导致的金属与金属焊接层之间的接触电阻。
2.金属焊接层选用蒸发镀膜的方法可以有效降低需要被剥离的膜层与留下的膜层边缘在光刻胶侧壁的膜层相连的区域的大小；有效的降低光刻胶侧壁金属膜层区域的大小。
3.金属焊接层选用正面金属常温蒸发镀膜，不仅可以防止光刻胶的变形，也可以避免光刻胶汽化而引起的接触面沾污而导致金属焊接层脱落的现象。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种金属图形化结构，其特征在于，所述金属图形化结构包括衬底、形成在所述衬底上的金属膜、形成于该金属膜上的钛层、形成于所述钛层上的氮化钛层以及形成于所述氮化钛层上的图形化金属焊接层。
2.如权利要求1所述的金属图形化结构，其特征在于，所述金属膜为AlSiCu合金或Al或AlCu合金。
3.如权利要求1或2所述的金属图形化结构，其特征在于，所述金属膜的厚度在0.1微米至20微米之间。
4.如权利要求3所述的金属图形化结构，其特征在于，所述钛层的厚度在0.005微米到0.5微米之间；所述氮化钛层的厚度在0.005微米到0.5微米之间。
5.如权利要求1所述的金属图形化结构，其特征在于，所述图形化金属焊接层的材料为TI/Ni/Ag。
6.一种金属图形化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1）提供一衬底，在该衬底上沉积一层金属膜；
2）在所述金属膜上依次沉积钛层和氮化钛层；
3）旋涂光刻胶，并通过掩膜曝光和显影形成所需的光刻胶图形；
4）在该图形化的光刻胶上形成金属焊接层；
5）选取不腐蚀金属的溶剂选择性去除光刻胶，从而形成图形化金属焊接层。
7.如权利要求6所述的金属图形化方法，其特征在于：所述步骤4）中在图形化的光刻胶上正面常温蒸发镀膜形成金属焊接层。
8.如权利要求6所述的金属图形化方法，其特征在于：所述金属膜为AlSiCu合金或Al或AlCu合金。
9.如权利要求6所述的金属图形化方法，其特征在于：所述金属膜的厚度在0.1微米至20微米之间。
10.如权利要求6所述的金属图形化方法，其特征在于：所述钛层的厚度在0.005微米到0.5微米之间；所述氮化钛层的厚度在0.005微米到0.5微米之间。
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