CN108183076B - 一种金属层剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属层剥离方法，包括步骤：提供前端结构，前端结构包括芯片区和切割道；在切割道上形成光刻胶层，光刻胶层上端宽下端窄，且下端覆盖切割道；在形成有光刻胶层的前端结构上形成金属层，金属层在光刻胶层的侧壁上形成薄弱处；震断金属层的薄弱处，使得金属层分为两部分；去除位于光刻胶层上的一部分金属层及光刻胶层，保留位于芯片区上的另一部分金属层。本发明通过先震断金属层的薄弱处后对金属层进行剥离的方式使后续剥离去除不需要的金属层区域时更容易，可改善直接剥离金属层所造成的金属层保留区域的毛刺缺陷，进而提高芯片上金属层保留区域的电学性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种金属层剥离方法。
背景技术
功率器件在封装过程中，上下电极与芯片焊接时引入较大内热阻，而正面蒸金工艺从根本上解决了此问题,降低了器件的正向压降VF、提高了芯片的剪切应力，从而提高了芯片的固有可靠性和抗热疲劳性能。在正面蒸金工艺中，需要利用金属在光刻胶和在金属上的粘附力差别，使用外力对光刻胶上的金属进行剥离，是为剥离技术。
在微米、亚微米范围内，利用剥离技术制作微细金属的图形,是一种前景广阔的技术。采用剥离技术制作细线条电极图形的投资较少,金属图形制作过程无机械损伤,表面也不易受污染。
不同于常规的光刻方法，剥离技术是在洁净的晶片材料表面上先溅射或蒸发金属薄膜层,然后涂制光刻胶、曝光、显影、腐蚀(湿法化学或干法刻蚀金属层)、去胶的方法获得微细电极图形。剥离技术的基本顺序是首先在洁净的晶片表面上涂上一层或多层光刻掩膜层,进行曝光、烘烤、显影、后烘烤等不同工艺处理后在基片上得到呈倒“八”字形光刻胶侧剖面几何图形,然后通过蒸发等方法,在基片表面获得不连续的金属层,最后剥离掉掩膜层及其上金属层,而与基片紧密接触的金属电极图形保留了下来。
由于金属图形线宽尺寸大小完全由光刻胶曝光后窗口区域决定,而不是由金属刻蚀工艺决定,在微米、亚微米范围内可以实现精确的掩膜图形的转移和优良的线宽控制。这对那些要求具有高分辨率又不易用刻蚀法形成金属图形的器件,采用剥离技术进行金属化更为合适。当然，剥离技术不局限于制作金属图形,也可用于制作多种薄膜。
剥离工艺技术的研究开发在特殊应用场景下需要考虑许多问题，工艺必须根据适合图形的制作材料、图形要求的最小线宽及其精度、金属图形厚度以及其他要求一起进行考虑。
在正面蒸金工艺的实际生产过程中，用剥离技术剥离正面金属特别是Ag时，很容易造成正面金属层Ag的部分脱落或毛刺现象，从而影响硅片正面金属电极Ag的导电性能。因此，目前亟需解决硅片正面金属层剥离时的部分脱落或毛刺问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种剥离方法，以解决在剥离硅片的正面金属时出现的部分脱落、毛刺现象。
为了达到上述目的，本发明提供了一种金属层剥离方法，包括：
提供前端结构，所述前端结构包括芯片区和切割道；
在所述切割道上形成光刻胶层，所述光刻胶层上端宽下端窄，且所述下端覆盖所述切割道；
在形成有光刻胶层的前端结构上形成金属层，所述金属层在所述光刻胶层的侧壁上形成薄弱处；
震断所述金属层的薄弱处，使得所述金属层分为两部分；以及
去除位于所述光刻胶层上的一部分金属层及所述光刻胶层，保留位于所述芯片区上的另一部分金属层。
可选的，所述前端结构包括多个芯片区和多个切割道。
可选的，所述光刻胶层由多层光刻胶经过多次曝光处理，再显影得到。
可选的，所述在所述切割道上形成光刻胶层的步骤包括：
在所述切割道上淀积六甲基二硅胺蒸气；
在所述切割道上涂布第一层光刻胶，并对所述第一层光刻胶朝向所述芯片区的一端进行软烘烤和全面曝光；
在所述第一层光刻胶上涂布第二层光刻胶，并对所述第二层光刻胶朝向所述芯片区的一端进行软烘烤和部分曝光；
利用显影液处理所述第一层光刻胶和第二层光刻胶，获得上端宽下端窄的光刻胶层，且所述下端覆盖所述切割道。
可选的，所述光刻胶层的形状为自上而下渐窄。
可选的，所述在所述切割道上形成光刻胶层的步骤还包括：
在利用显影液处理所述第一层光刻胶和第二层光刻胶之后，使用去离子水清洗并甩干所述前端结构。
可选的，所述金属层采用蒸发方法生长而成。
可选的，所述在形成有光刻胶层的前端结构上形成金属层的步骤包括：
烘烤所述前端结构，在所述芯片区上形成钝化层；
在所述前端结构上依次淀积形成钛层、镍层以及银层，使得所述钛层、镍层以及银层在所述光刻胶层的侧壁上形成薄弱处。
可选的，采用超声波清洗机震断所述金属层的薄弱处，使得所述金属层分为两部分。
可选的，将所述前端结构置于光刻胶清洗液中，利用超声波清洗所述金属层，以震断所述金属层的薄弱处。
可选的，所述超声波的持续时间为60S至180S。
可选的，所述超声波为兆声波。
可选的，所述去除位于所述光刻胶层上的一部分金属层及所述光刻胶层，保留位于所述芯片区上的另一部分金属层的步骤包括：
在所述薄弱处被震断的金属层上粘贴胶带；
撕拉所述胶带，去除所述光刻胶层上的一部分金属层，保留位于所述芯片区上的另一部分金属层；以及
去除所述光刻胶层。
在本发明的金属层剥离方法中，先震断金属层的薄弱处，使得金属层分为两部分，再进行金属层的剥离工艺，使得后续剥离去除不需要的金属层区域时更容易，从而可改善剥离工艺造成的正面金属层毛刺、部分凸起等缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例的方法步骤示意图；
图2为本发明实施例的前端结构示意图；
图3为本发明实施例中形成光刻胶的结构示意图；
图4为本发明实施例中形成金属层的结构示意图；
图5为本发明实施例中震断金属层的结构示意图；
图6为本发明实施例中剥离金属层的结构示意图；
图中，1-芯片区，11-衬底，12-外延层，13-顶层金属层，2-切割道，21-光刻胶层，3-金属层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的发明人研究发现，在硅片的正面蒸金工艺过程中，用现有的剥离技术剥离正面金属特别是Ag时，很容易造成正面金属特别是Ag部分脱落或出现毛刺。现有的剥离工艺主要利用外力拉扯金属层，而金属层在光刻胶和在金属上的粘附力存在差别，从而使得在同样大小的拉扯力作用下，光刻胶上的金属层被剥离下来，而金属上的金属层被保留。由于是使用外力拉扯，且在硅片中芯片区与切割道交接处的金属层不是断开的，只是该交接处的金属层比较薄弱，易于拉扯断开。但是，考虑到金属内部的金属键作用力较大，金属层薄弱处的金属还是比较难扯断，从而在金属层薄弱处很容易造成部分脱落或者出现毛刺。
基于此，本发明提供了一种金属层的剥离方法，先震断金属层的薄弱处，再进行金属层的剥离，使得金属层的剥离更容易更迅速，能避免由金属层剥离引起的金属层部分脱落或毛刺现象。
参见图1，并结合图2至图6，所述金属层的剥离方法包括如下步骤：
S1、提供一前端结构，如图2所示，所述前端结构包括芯片区1和切割道2；
S2、在切割道2上形成光刻胶层21，如图3所示，光刻胶层21上端宽下端窄，且所述下端覆盖切割道2；
S3、在形成有光刻胶层21的前端结构上形成金属层3，如图4所示，金属层3在光刻胶层21的侧壁上形成薄弱处A；
S4、震断金属层3的薄弱处A，如图5所示，金属层薄弱处A中产生裂缝，使得金属层3分为两部分，一部分位于光刻胶层21上，一部分位于芯片区1上；以及
S5、去除位于光刻胶层21上的一部分金属层及光刻胶层21，如图6所示，保留位于芯片区1上的另一部分金属层。
在步骤S4中，先震断金属层3的薄弱处A，使得后续在步骤S5中剥离去除金属层3的不需要的部分区域时更容易，从而可改善剥离工艺造成的金属层3的毛刺、凸起、脱落等缺陷，改善金属层3的电学性能。
其中，步骤S1中提供的前端结构如图2所示，所述前端结构包括多个相互交错分布的芯片区1和切割道2。芯片区1由衬底11、外延层12以及顶层金属层13构成，衬底11中形成有芯片区1的有源区结构，外延层12中形成有用来连接所述有源区结构与顶层金属层13的金属互联层结构。切割道2用来分隔多个芯片区1，以便于后续对所述前端结构的切割，得到多个分离的芯片晶粒。
可选的，在切割道2上形成光刻胶层21的步骤S2中，光刻胶层21由多层光刻胶经过多次曝光处理，再显影得到。光刻胶层21上宽下窄，光刻胶层21的侧剖面几何图形呈倒“八”字形。可选的，结合图3，在切割道2上形成光刻胶层21的步骤S2包括：
S21、在切割道2上淀积六甲基二硅胺蒸气；
S22、在切割道2上涂布第一层光刻胶，并对所述第一层光刻胶朝向芯片区1的一端进行软烘烤和全面曝光；
S23、在所述第一层光刻胶上涂布第二层光刻胶，并对所述第二层光刻胶朝向芯片区1的一端进行软烘烤和部分曝光；
S24、利用显影液处理所述第一层光刻胶和第二层光刻胶，获得上端宽下端窄的光刻胶层21，且所述下端覆盖所述切割道。
由于所述第一层光刻胶朝向芯片区1的一端前后共经历了两次曝光，在显影时，这部分光刻胶的显影速率就会比所述第二层光刻胶快，从而使得两层光刻胶在朝向芯片区1的一端形成一上端宽下端窄的延展部，也就是如图3所示的倒“八”字形，所述延展部自上而下渐窄，即可得到上端宽下端窄的光刻胶层21。
可选的，在切割道2上形成光刻胶层21的步骤S2还包括：
S25、在利用显影液处理所述第一层光刻胶和第二层光刻胶之后，静止所述前端结构，使用去离子水清洗并甩干所述前端结构。
形成金属层3之前清洗所述前端结构，可以去除所述前端结构表面的玷污物和自然氧化物，从而增大金属层3和顶层金属层13、光刻胶层21的结合强度。
可选的，在步骤S3中，金属层3采用蒸发方法生长而成。在本实施例中，利用美国摩托罗拉公司引进的多锅电子束蒸发台，进行金属层3的蒸发。
在电子束加热装置中，被加热的物质放置于水冷的坩埚中，可避免蒸发材料与坩埚壁发生反应影响薄膜的质量，因此，电子束蒸发沉积法可以制备高纯薄膜，同时在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，实现同时或分别蒸发，沉积多种不同的物质。电子束蒸发可以蒸发高熔点材料，比一般电阻加热蒸发热效率高、束流密度大、蒸发速度快，制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可以较准确地控制。
可选的，所述在形成有光刻胶层21的前端结构上形成金属层3的步骤S3包括：
S31、烘烤所述前端结构，在芯片区1上形成钝化层；
S32、在所述前端结构上依次淀积形成钛层、镍层以及银层，使得所述钛层、镍层以及银层在所述光刻胶层的侧壁上形成薄弱处A，如图4所示。
可选的，金属层3包括至少一层。借鉴成熟的背面多层金属化工艺，正面蒸金也采用3层金属组成，在本实施例中，金属层3包括三层：钛层、镍层以及银层。
其中，暴露在空气中的前端结构表面吸附了大量水汽，故在蒸发之前，还需将所述前端结构在真空室内烘烤至250℃，从而确保在所述前端结构的顶层金属层13表面形成均匀一致的金属薄膜，以防止顶层金属层13吸附的水汽对芯片区1的功能的影响。其次，在蒸发过程中采用了三层交叠蒸发工艺，即在相邻两层材料之间形成一种合金层。这既有利于各层材料之间的粘附，也增加了镍层作为阻挡层，防止钛层与银层材料之间的相互扩散作用。
为了满足半导体器件对金属材料的低欧姆接触、低电阻连接及稳定性、可靠性的要求，所选金属层3的金属材料应满足以下几点:①低电阻率；②容易与P型或N型硅形成低阻欧姆接触；③与Si和SiO2粘附性好，且不易发生有害反应；④能用蒸发或溅射的方法淀积成薄膜；⑤易于光刻；⑥具有良好的可焊性。
比较成熟的三层金属结构为钛层、镍层以及银层。此外，由于钛是一种高阻材料，为减小串联电阻和各层之间的内应力，钛层应较薄；镍作为阻挡层应起到良好的阻挡作用,故镍层应较厚；考虑到器件长期稳定性，银层应较厚。
可选的，在步骤S4中，采用超声波清洗机清洗金属层3，利用超声波震断金属层3的薄弱处A，使得金属层3分为两部分。将所述前端结构置于光刻胶清洗液中，再加上超声波震动，使得金属层3的薄弱处A断裂，如图5所示，光刻胶清洗液从断裂处进入并去除部分光刻胶层21，使后续剥离去除金属层3的不需要的部分区域时更容易，从而可改善剥离工艺造成的金属层3的毛刺缺陷。
其中，所述光刻胶清洗液可采用常见的光刻胶稀释剂，其成分为：单甲基醚丙二醇70％，乙酸丙二醇单甲基醚酯30％。
可选的，所述超声波的持续时间为60S至180S，即用超声波清洗1至3分钟。超声波清洗时间可结合金属层3薄弱处A的厚度以及超声波的功率作灵活调整，如可以为80S、95S、110S、134S等。
可选的，所述超声波为兆声波。兆声波清洗是由高频(850kHz)振效应结合化学清洗剂的化学反应对所述前端结构进行清洗的。
在清洗时，由换能器发出波长为1μm、频率为0.8兆赫的高能声波。溶液分子在这种声波的推动下作加速运动，最大瞬时速度可达到30cm/s，从而高频的兆声波可震断金属层3的薄弱处A。相比于普通的超声波清洗形成的清洗气泡，兆声波清洗只能以高速的流体波连续冲击晶片表面，使晶片表面附着的污染物的细小微粒被强制除去并进入到清洗液中，兆声波清洗抛光片可去掉晶片表面上小于0.2μm的粒子，起到普通超声波起不到的作用。
此外，震断金属层3的薄弱处A的方法不仅限于超声波清洗，还可以视工艺条件和要求采取其它震断方式，在此不再赘述。
震断金属层3的薄弱处A之后，清洗、甩干所述前端结构，再用外力撕扯金属层3。
可选的，参见图6，所述去除位于光刻胶层21上的一部分金属层及光刻胶层21，保留位于芯片区1上的另一部分金属层的步骤S5包括：
S51、在薄弱处A被震断的金属层3上粘贴胶带；
S52、撕拉所述胶带，去除光刻胶层21上的一部分金属层，保留位于芯片区1上的另一部分金属层；
S53、去除所述光刻胶层21。
综上所述，在本发明实施例提供的金属层剥离方法中，先采用光刻胶清洗液与超声波清洗所述前端结构以震断所述金属层的薄弱处，高频高能的超声波可震断所述金属层的薄弱处，同时光刻胶清洗液进入所述断裂处并去除部分光刻胶，使后续剥离去除光刻胶上的金属层时更容易，这样在后续剥离时可以避免金属层特别是银层因断裂困难而引起的部分脱落与毛刺现象，从而可改善直接剥离金属层所造成的金属层的保留区域的毛刺缺陷，提高芯片上金属层保留区域的电学性能。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种金属层剥离方法，其特征在于，包括：
提供前端结构，所述前端结构包括芯片区和切割道；
在所述切割道上形成光刻胶层，所述光刻胶层上端宽下端窄，且所述下端覆盖所述切割道；
在形成有光刻胶层的前端结构上形成金属层，所述金属层在所述光刻胶层的侧壁上形成薄弱处；
震断所述金属层的薄弱处，使得所述金属层分为两部分；
采用外力撕扯金属层去除位于所述光刻胶层上的一部分金属层，保留位于所述芯片区上的另一部分金属层；以及
去除所述光刻胶层。
2.如权利要求1所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述前端结构包括多个芯片区和多个切割道。
3.如权利要求1所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述光刻胶层由多层光刻胶经过多次曝光处理，再显影得到。
4.如权利要求3所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述在所述切割道上形成光刻胶层的步骤包括：
在所述切割道上淀积六甲基二硅胺蒸气；
在所述切割道上涂布第一层光刻胶，并对所述第一层光刻胶朝向所述芯片区的一端进行软烘烤和全面曝光；
在所述第一层光刻胶上涂布第二层光刻胶，并对所述第二层光刻胶朝向所述芯片区的一端进行软烘烤和部分曝光；
利用显影液处理所述第一层光刻胶和第二层光刻胶，获得上端宽下端窄的光刻胶层，且所述下端覆盖所述切割道。
5.如权利要求4所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述光刻胶层的形状为自上而下渐窄。
6.如权利要求4所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述在所述切割道上形成光刻胶层的步骤还包括：
在利用显影液处理所述第一层光刻胶和第二层光刻胶之后，使用去离子水清洗并甩干所述前端结构。
7.如权利要求1或4所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述金属层采用蒸发方法生长而成。
8.如权利要求1或4所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述在形成有光刻胶层的前端结构上形成金属层的步骤包括：
烘烤所述前端结构，在所述芯片区上形成钝化层；
在所述前端结构上依次淀积形成钛层、镍层以及银层，使得所述钛层、镍层以及银层在所述光刻胶层的侧壁上形成薄弱处。
9.如权利要求1或4所述的金属层剥离方法，其特征在于，采用超声波清洗机震断所述金属层的薄弱处，使得所述金属层分为两部分。
10.如权利要求9所述的金属层剥离方法，其特征在于，将所述前端结构置于光刻胶清洗液中，利用超声波清洗所述金属层，以震断所述金属层的薄弱处。
11.如权利要求10所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述超声波的持续时间为60S至180S。
12.如权利要求10所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述超声波为兆声波。
13.如权利要求10所述的金属层剥离方法，其特征在于，所述采用外力撕扯金属层去除位于所述光刻胶层上的一部分金属层，保留位于所述芯片区上的另一部分金属层的步骤包括：
在所述薄弱处被震断的金属层上粘贴胶带；
撕拉所述胶带，去除所述光刻胶层上的一部分金属层，保留位于所述芯片区上的另一部分金属层。
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