CN106629581B - 全湿法腐蚀形成器件结构的方法 - Google Patents

全湿法腐蚀形成器件结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种全湿法腐蚀形成器件结构的方法，包括以下步骤：在半导体衬底上键合石英玻璃，并对所述石英玻璃进行减薄；在所述减薄后的石英玻璃上形成钛钨合金层；在所述钛钨合金上形成铝层或者铝铜合金层；形成光刻胶并进行光刻图形化；以所述图形化后的光刻胶为掩膜，采用铝腐蚀液对所述铝层或铝铜合金层进行湿法腐蚀；湿法去除光刻胶；以及以所述湿法腐蚀后的铝层或铝铜层为掩膜，采用钛钨腐蚀液对所述钛钨合金层进行湿法腐蚀，其中所述钛钨腐蚀液包含碱性溶液和双氧水，并且pH值介于6～8之间。本发明优化了工艺流程步骤，有效降低了生产成本。

Description

全湿法腐蚀形成器件结构的方法
技术领域
本发明涉及微电子领域，具体涉及一种全湿法腐蚀形成器件结构的方法。
背景技术
钛钨合金因其对红外敏感的特性而被广泛应用于热成像传感器。通常，钛钨合金热成像单元多需要采用金属布线来完成互联。为了在布线的同时不对钛钨合金造成损伤，现有技术中多采用剥离方法蒸镀金来实现互联。在图1、图2中分别示出了金剥离工艺前后的器件结构示意图。钛钨合金热成像器件包括硅衬底100、石英玻璃101、光刻胶赋形层102以及钛钨合金103。之后，在钛钨合金103上通过金剥离工艺形成金104以实现互联。但是该制造方法存在以下问题：剥离工艺会产生很多金属碎屑，容易造成钛钨合金单元短路，影响产品良率。此外，由于需要采用金来进行互联，导致器件成本提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种全湿法腐蚀形成器件结构的方法，
包括以下步骤：
在半导体衬底上键合石英玻璃，并对所述石英玻璃进行减薄；
在所述减薄后的石英玻璃上形成钛钨合金层；
在所述钛钨合金上形成铝层或者铝铜合金层；
形成光刻胶并进行光刻图形化；
以所述图形化后的光刻胶为掩膜，采用铝腐蚀液对所述铝层或铝铜合金层进行湿法腐蚀；
湿法去除光刻胶；
以所述湿法腐蚀后的铝层或铝铜层为掩膜，采用钛钨腐蚀液对所述钛钨合金层进行湿法腐蚀。
其中所述钛钨腐蚀液包含碱性溶液和双氧水，并且所述钛钨腐蚀液的pH值介于6～8之间。
优选为，所述半导体衬底为硅衬底。
优选为，所述碱性溶液为无机碱或有机碱性。
优选为，所述碱性溶液为氨水。
优选为，所述钛钨合金层的湿法腐蚀工艺温度为25℃～65℃。
优选为，所述铝层或铝铜合金层的湿法腐蚀工艺温度为25℃～65℃。
优选为，所述光刻胶湿法去除工艺温度为20℃～30℃。
优选为，所述铝铜合金中铜的质量百分比为0.5～3％。
优选为，所述钛钨合金中钛、钨的原子比为1:9～3:7。
本发明采用铝或者铝铜合金来代替现有技术中的金，并且刻蚀工艺采用全湿法腐蚀，能够有效降低生产成本。此外，以铝或铝铜为掩膜对钛钨合金层进行腐蚀，减少了工艺流程步骤，进一步降低了制造成本
附图说明
图1是金剥离工艺前的器件结构示意图。
图2是金剥离工艺后的器件结构示意图。
图3是全湿法腐蚀形成器件结构的方法的流程图。
图4是半导体衬底键合石英玻璃后的器件结构示意图。
图5是形成钛钨合金后的器件结构示意图。
图6是形成铝后的器件结构示意图。
图7是形成光刻胶赋形层后的器件结构示意图。
图8是对铝进行湿法腐蚀并去除光刻胶后的器件结构示意图。
图9是对钛钨合金进行湿法腐蚀后的器件结构示意图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以下结合附图，针对本发明的实施例1进行说明。图3是本发明的全湿法腐蚀形成器件结构的方法的流程图。如图3所示，首先在步骤S1中，在半导体衬底200上键合石英玻璃201，并对石英玻璃201进行减薄处理，优选减薄到约100μm左右，如图4所示。其中，半导体衬底优选为硅衬底，键合方式例如为共价键合，减薄的方式例如可以使用减薄机减薄并作化学机械平坦化(CMP)精细剥光或者利用缓冲氧化物刻蚀液(BOE)、氢氟酸(HF)等化学液进行腐蚀。在步骤S2中，经过清洗工艺去除颗粒、尘埃杂质以后，在此键合片上磁控溅射形成钛钨合金层202，所得结构如图5所示。优选地，钛钨合金层厚度为200nm以下，钛钨合金中钛、钨原子比为1:9～3:7。在步骤S3中，在钛钨溅射机台原位溅射铝层203，厚度优选为200nm以下，所得结构如图6。此外，也可以是铝铜合金，其中，铝铜合金中铜的质量百分比优选为0.5～3。当然也可以采用其他的方式形成，例如通过在蒸发台上蒸发的方式沉积。接下来，在步骤S4中，在顶层铝203上形成光刻胶204并进行光刻图形化，如图7所示。
接下来，在步骤S5中，以图形化后的光刻胶204为掩膜，采用铝腐蚀液对铝层203进行湿法腐蚀。根据铝的普贝图，铝在中性pH值下保持化学惰性。由于铝表面形成的非常致密的氧化铝层对其形成了保护，从而使得多数酸都难以将其腐蚀。另一方面，碱会破坏光刻胶和待腐蚀衬底的粘附性，导致光刻胶意外剥离。因此，采用含有磷酸、硝酸、冰乙酸的配方型成熟铝腐蚀配方液进行湿法腐蚀，如FUJIFILM公司的ALUMINUM ETCH 16:1:1:2型铝腐蚀液，工艺温度为25℃。硝酸能够使铝表面快速形成氧化铝，而磷酸能够腐蚀氧化铝。由于硝酸也能腐蚀铜，在采用铝铜合金的情况下，也不需要单独的化学液处理。并且铝腐蚀液对钛和钨都没有腐蚀，此腐蚀工艺可以完美地停止到钛钨层而不造成其任何损伤。在步骤S6中，通过湿法去除工艺，利用有机溶剂(如醚)和胺去除光刻胶、并中和pH值，所得结构如图8所示。湿法去除光刻胶的工艺温度为20℃，在该工艺温度下有机溶剂(如醚)和胺对铝铜、钛钨的腐蚀速率<0.1纳米/分钟。在步骤S7中，以图形化后的铝层203为掩膜，对钛钨合金层202进行湿法腐蚀，所得结构如图9所示。该工艺的难点在于要求钛钨相对铝的腐蚀选择比非常高，否则会改变钛钨合金层的设计尺寸或者铝层的设计厚度。根据钛和钨各自的普贝图，这两个元素都得需要氧化剂来实现腐蚀，例如双氧水等，而且双氧水对腐蚀钛有额外的络合反应。由于纯双氧水的pH值接近4处于酸性环境可能对铝有腐蚀性，并且考虑到在一定pH值之上才能腐蚀钨，因此，以碱性溶液为缓冲液调节升高双氧水为主的配方液的pH值，使其pH值为6，从而获得较高的钛钨/铝腐蚀选择比。其中，碱性溶液可以是氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)等无机碱，也可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)、可啉(Coline)等有机碱等。例如，将氨水加入到双氧水水溶液中，其中双氧水、水的体积比为10:1，氨水、双氧水的体积比为1:300～1:100，工艺温度为25℃，获得较高选择比。
实施例2
以下结合附图，对本发明的实施例2进行说明。同样，如图3所示，首先，在步骤S1中，在半导体衬底200上键合石英玻璃201，并对石英玻璃201进行减薄处理，优选减薄到约100μm左右，如图4所示。其中，半导体衬底优选为硅衬底，键合方式例如为共价键合，减薄的方式例如可以使用减薄机减薄并作化学机械平坦化(CMP)精细剥光或者利用缓冲氧化物刻蚀液(BOE)、氢氟酸(HF)等化学液进行腐蚀。接下来，在步骤S2中，经过清洗工艺去除颗粒、尘埃杂质以后，在此键合片上磁控溅射形成钛钨合金层202，所得结构如图5所示。优选地，钛钨合金层厚度为200nm以下，钛钨合金中钛、钨原子比为1:9～3:7。在步骤S3中，在钛钨溅射机台原位溅射铝层203，厚度优选为200nm以下，所得结构如图6。此外，也可以是铝铜合金，其中，铝铜合金中铜的质量百分比优选为0.5～3。当然也可以采用其他的方式形成，例如通过在蒸发台上蒸发的方式沉积。接下来，在步骤S4中，在顶层铝203上形成光刻胶204并进行光刻图形化，如图7所示。
接下来，在步骤S5中，以图形化后的光刻胶204为掩膜，采用铝腐蚀液对铝层203进行湿法腐蚀。根据铝的普贝图，铝在中性pH值下保持化学惰性。由于铝表面形成的非常致密的氧化铝层对其形成了保护，从而使得多数酸都难以将其腐蚀。另一方面，碱会破坏光刻胶和待腐蚀衬底的粘附性，导致光刻胶意外剥离。因此，采用含有磷酸、硝酸、冰乙酸的配方型成熟铝腐蚀液进行湿法腐蚀，如FUJIFILM公司的ALUMINUM ETCH 16:1:1:2型铝腐蚀液，工艺温度为65℃。硝酸能够使铝表面快速形成氧化铝，而磷酸能够腐蚀氧化铝。由于硝酸也能腐蚀铜，在采用铝铜合金的情况下，也不需要单独的化学液处理。并且铝腐蚀液对钛和钨都没有腐蚀，此腐蚀工艺可以完美地停止到钛钨层而不造成其任何损伤。在步骤S6中，通过湿法腐蚀工艺，利用有机溶剂(如醚)和胺去除光刻胶、并中和pH值，所得结构如图8所示。湿法去除光刻胶的工艺温度为30℃，在该工艺温度下有机溶剂(如醚)和胺对铝铜、钛钨的腐蚀速率<0.1纳米/分钟。在步骤S7中，以图形化后的铝层203为掩膜，对钛钨合金层202进行湿法腐蚀，所得结构如图9所示。该工艺的难点在于要求钛钨相对铝的腐蚀选择比非常高，否则会改变钛钨合金层的设计尺寸或者铝层的设计厚度。根据钛和钨各自的普贝图，这两个元素都得需要氧化剂来实现腐蚀例如双氧水等，而且双氧水对腐蚀钛有额外的络合反应。由于纯双氧水的pH值接近4处于酸性环境可能对铝有腐蚀性，并且考虑到在一定pH值之上才能腐蚀钨，因此，以碱性溶液为缓冲液调节升高双氧水为主的配方液的pH值，使其pH值为8，从而获得较高的钛钨/铝腐蚀选择比。其中，碱性溶液可以是氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)等无机碱，也可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)、可啉(Coline)等有机碱等。例如，将氨水加入到双氧水水溶液中，其中双氧水、水的体积比为1:10，氨水、双氧水的体积比为1:300～1:100，工艺温度为65℃，获得较高选择比。
本发明采用铝或者铝铜合金来代替现有技术中的金，并且刻蚀工艺采用全湿法腐蚀，能够有效降低生产成本。此外，以铝或铝铜为掩膜对钛钨合金层进行腐蚀，减少了工艺流程步骤，进一步降低了制造成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全湿法腐蚀形成器件结构的方法，其特征在于，用于热成像传感器的制作，包括以下步骤：
在半导体衬底上键合石英玻璃，并对所述石英玻璃进行减薄；
在所述减薄后的石英玻璃上形成钛钨合金层；
在所述钛钨合金上形成铝层或者铝铜合金层；
形成光刻胶并进行光刻图形化；
以所述图形化后的光刻胶为掩膜，采用铝腐蚀液对所述铝层或铝铜合金层进行湿法腐蚀，工艺温度为25℃～65℃；
利用湿法去除光刻胶；
以所述湿法腐蚀后的铝层或铝铜层为掩膜，采用钛钨腐蚀液对所述钛钨合金层进行湿法腐蚀，其中，所述钛钨腐蚀液包含氨水和双氧水，并且所述钛钨腐蚀液的pH值介于6～8之间，所述氨水、双氧水的体积比为1∶100～1∶300。
2.根据权利要求1所述的全湿法腐蚀形成器件结构的方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底。
3.根据权利要求1所述的全湿法腐蚀形成器件结构的方法，其特征在于，所述钛钨合金层的湿法腐蚀工艺温度为25℃～65℃。
4.根据权利要求1所述的全湿法腐蚀形成器件结构的方法，其特征在于，所述光刻胶湿法去除工艺温度为20℃～30℃。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的全湿法腐蚀形成器件结构的方法，其特征在于，所述铝铜合金中铜的质量百分比为0.5～3％。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的全湿法腐蚀形成器件结构的方法，其特征在于，所述钛钨合金中钛、钨的原子比为1∶9～3∶7。
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