CN108899756A - 金属电极的沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属电极的沉积方法，该方法包括：在晶圆表面蒸涂底膜；在所述晶圆的表面涂覆双层光刻胶层，所述双层光刻胶层覆盖所述底膜；对双层光刻胶层进行曝光、显影，以显现出特定沉积图形；依次在所述沉积图形上进行第一金属和第二金属沉积；将第三金属以不同速率分次在所述第二金属层上进行沉积；去除所述晶圆表面的光刻胶层，以在所述晶圆表面形成金属电极图形。本发明通过不同沉积速率搭配沉积的方式，可以较好地维持光刻胶的胶型，防止长时间高能量原子轰击光刻胶，导致光刻胶变形塌陷，解决金属剥离困难的问题。

Description

金属电极的沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种金属电极的沉积方法。

背景技术

金属电极沉积方法在半导体及微纳技术中广泛应用，通常有电子束蒸发物理沉积方法和电化学方法。采用电子束蒸发方式垂直入射方向好，且金属与半导体之间可获得较好的粘附性，从而在激光器芯片表面形成金属电路。在激光器芯片表面制作正面电极(p-电极)时，需要先进行黄光工艺，将特定的电路通道暴露出来，再采用金属沉积方式进行长金。

在有光刻胶掩膜的金属沉积工艺中，一般会采用双层光刻胶形成双层屋檐结构(undercut)，取代单层胶结构，便于长金后的金属剥离(lift-off)。但当电子束蒸发沉积＞2um金属时，单纯采用一种沉积速率达到目标沉积厚度时，不论单层光刻胶结构还是双层光刻胶结构，在金属应力及温度影响下，均会不同程度地出现光刻胶变形问题。例如：采用低沉积速率沉积金属时，金属沉积时间过长，生产效率低，生产成本过高，同时长时间金属沉积，也会导致过高的金属张应力；采用高沉积速率沉积金属时，高速率高能量原子轰击光刻胶会导致光刻胶发生塌陷，金属剥离困难、金属卷边问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属电极的沉积方法以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

根据本发明的实施例，提供了一种金属电极的沉积方法，包括：

在晶圆表面蒸涂底膜；

在所述晶圆的表面涂覆双层光刻胶层，所述双层光刻胶层覆盖所述底膜；

对双层光刻胶层进行曝光、显影，以显现出特定沉积图形；

依次在所述沉积图形上进行第一金属和第二金属沉积；

将第三金属以不同速率分次在所述第二金属层上进行沉积；

去除所述晶圆表面的光刻胶层，以在所述晶圆表面形成金属电极图形。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明通过不同沉积速率搭配沉积的方式，可以较好地维持光刻胶的胶型，防止长时间高能量原子轰击光刻胶，导致光刻胶变形塌陷，解决金属剥离困难的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明一示例性实施例示出的一种金属电极的沉积方法的流程图；

图2是本发明图1所示的步骤S15的具体步骤的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，图1是本发明一示例性实施例示出的一种金属电极的沉积方法的流程图。本公开实施例的金属电极的沉积方法，该方法包括步骤：

S11、在晶圆表面蒸涂底膜。

本实施例中，提供一晶圆，利用烤箱在晶圆表面蒸涂六甲基乙硅胺烷(HMDS)作为底膜，该底膜可以用于保证后续步骤中光刻胶与晶圆之间具有较好的粘附性。具体地，所需烤箱的控制温度为200℃-250℃，即该底膜蒸涂温度为200℃-250℃。优选地，该底膜蒸涂的最佳温度为250℃。

S12、在所述晶圆的表面涂覆双层光刻胶层，所述双层光刻胶层覆盖所述底膜。

该步骤具体地包括：在所述晶圆的表面涂覆第一光刻胶层，所述第一光刻胶层覆盖所述底膜；在所述第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层。

本实施例中，该第一层光刻胶层的材料为PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)。具体地，利用匀胶机旋涂第一光刻胶层，可以通过控制匀胶机的转速达到控制第一光刻胶层的厚度，该第一光刻胶层的厚度要适中，否则会导致显影后双层胶的屋檐尺寸太大或者太小。若该第一光刻胶层显影尺寸太大，第二光刻胶层容易塌陷；若该第一光刻胶层显影尺寸太小，金沉积时容易沉积至第一光刻胶层的侧壁，导致去胶时金属卷边现象。

在第一层光刻胶层经过烘烤之后，利用匀胶机在第一光刻胶层旋涂第二光刻胶层，可以通过控制匀胶机的转速达到控制第二光刻胶层的厚度。本实施例中，旋涂双层光刻胶的目的是为了获得双层屋檐结构，

便于在金属沉积后取出光刻胶。屋檐结构具体为：第二光刻胶层的边缘相对第一光刻胶层的边缘凸出，形成与屋檐相近似的结构。其中，该第二光刻胶层的厚度大于金沉积的厚度，否则金属沉积后无法剥离光刻胶。

其中，在所述晶圆的表面涂覆第一光刻胶层之后，该方法还包括：

热烘所述第一光刻胶层并去除所述第一光刻胶层中的多余溶剂，其中，所述热烘温度为100℃～120℃，热烘时间为5min。

具体地，利用热板对覆盖第一光刻胶层的晶圆进行热烘，在达到热烘时间后去除第一光刻胶层中多余的溶剂，如此可以提高该第一光刻胶层的黏附力。其中，该热烘温度为100℃～120℃，热烘时间为5min，该热烘温度优选为110℃。当然，在其他实施例中，本发明的热板烘烤是可以由其他具有烘烤功能的设备替代，时间及温度可以根据烘烤设备调整。

在所述第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层之后，该方法还包括：

室温冷却20min，热烘所述第二光刻胶层并去除所述第二光刻胶层中的多余溶剂，其中，所述热烘温度为110℃～130℃，热烘时间为2min，该热烘温度优选为120℃。

具体地，利用热板对覆盖第二光刻胶层的晶圆进行热烘，在达到热烘时间后取出第二光刻胶层中的多余溶剂，提高第一光刻胶层与第二光刻胶层之间的结合效果，为后续的显影操作中得到较佳的胶型提供条件。最后冷却至室温，热烘条件针对第一光刻胶层与第二光刻胶层综合进行，烘烤温度较高或者烘烤时间较长都会使第一光刻胶层显影困难。

S13、对双层光刻胶层进行曝光、显影，以显现出特定沉积图形。

本实施例中，利用紫外曝光机对第一光刻胶层及第二光刻胶层在真空曝光模式下进行曝光，将掩模版的图形转移到第一光刻胶层和第二光刻胶层上。其中，紫外曝光的条件具体为：紫外曝光的功率为20±0.2MW，时间为6s-10s。

而后在显影液中进行显影处理，将需要沉积金属的特定沉积图形显现出来。具体地，对第二光刻胶层进行显影，将曝光的第二光刻胶层去除，以使第一光刻胶层裸露。再对裸露的第一光刻胶层进行显影，去除裸露的第一光刻胶层，使第二光刻胶层的边缘相对第一光刻胶层的边缘悬空。其中，显影选用AR300-47显影液，并且AR 300-47显影液与水以1：1的体积比进行配比，显影时间为70s-100s。

S14、依次在所述沉积图形上进行第一金属和第二金属沉积。

本实施例中，该第一金属为Ti(钛)金属，第二金属为Pt(铂)金属，第三金属为Au(金)金属。具体地，首先在沉积图形上沉积金属钛，该金属钛用于提高金电极与半导体之间的粘附性，该金属钛不可太厚，若太厚则会影响芯片接触电阻。其次在金属钛上沉积金属铂，该金属铂用于阻止金沉积时扩散至半导体中。

S15、将第三金属以不同速率分次在所述第二金属层上进行沉积。

本实施例中，通过调节Au的沉积速度可以维持较好的光刻胶掩膜胶型，解决金属剥离困难的问题，避免引起局部光刻胶温度过高而短时间内无法散热，达到光刻胶的玻璃转化温度，而出现局部塌陷变形。本发明中采用低-高-低三挡不同速率进行沉积，经过三个不同阶段的沉积，最终达到目标沉积厚度。

如图2所示，在步骤S15中，该步骤具体包括：

S151、以第一速率在所述沉积图形上进行所述第三金属沉积，形成第一沉积层；

S152、以第二速率在所述第一沉积层上进行所述第三金属沉积，形成第二沉积层；

S153、以第三速率在所述第二沉积层上进行所述第三金属沉积，形成第三沉积层。

其中，所述第一速率等于所述第三速率，所述第一速率和第三速率均小于所述第二速率。

本实施例中，在形成第一沉积层时，以2A/s的速率进行Au沉积，该Au沉积的厚度为500nm。该实施例通过低沉积速率，以使低能量的Au原子达到第二光刻胶层的表面，将能量缓慢传递至光刻胶，从而可以起到坚膜的作用。

在形成第一沉积层之后，在抽真空状态下，通过氩气进行冷却。其中，真空度维持在0.5Pa，冷却时间为10min。通过氩气冷却的步骤可以使光刻胶降温至正常温度，以维持光刻胶的胶型。

在形成第二沉积层时，以10A/s的速率进行Au沉积，该Au沉积的厚度为1000nm。该实施例通过提高Au的沉积速率，缩短高能量Au原子轰击光刻胶表面的时间，从而缩短了金属沉积的时间，提高了生产效率。

在形成第二沉积层之后，在抽真空状态下，通过氩气进行冷却；其中，真空度维持在0.5Pa，冷却时间为10min。通过氩气冷却的步骤可以使光刻胶适当降温，起到一个缓冲作用。

在形成第三沉积层时，以2A/s的速率进行Au沉积，该Au沉积的厚度为500nm。该实施例中通过低速率沉积Au，防止长时间高能量原子轰击光刻胶，导致光刻胶变形塌陷。

在形成第三沉积层之后，在抽真空状态下，通过氩气进行冷却；其中，真空度维持在0.5Pa，冷却时间为30min。该步骤中增加氩气冷却的时间，可以及时地降低光刻胶表面温度，更好地维持光刻胶的胶型。另外，该步骤中增加氩气冷却的时间还可以防止取出样品时由于温度降低而导致光刻胶收缩，光刻胶收缩时尖角处由于应力集中发生金属撕裂，侧壁上的金属由于失去支撑而卷曲。

S16、去除所述晶圆表面的光刻胶层，以在所述晶圆表面形成金属电极图形。

利用去胶液去除所述晶圆表面剩余的第一光刻胶层及第二光刻胶层，其中，去胶液选用AR 300-73，去胶时间为15min。进一步地，利用等离子体去除第一光刻胶层及第二光刻胶层的杂质，保证能够去除干净第一光刻胶层与第二光刻胶层，保证金属剥离干净，从而可以在晶圆表面形成所需的金属电极图形。

本发明提出了一种低-高-低沉积速率搭配的金属沉积方式，可以维持较好的光刻胶掩膜的胶型，解决金属剥离困难的问题。其中，低速率2A/s沉积金属一定时间，具有低能量的原子到达光刻胶表面时，将能量传递给光刻胶，具有一定的坚膜作用。然后采用高速率10A/s沉积金属一定时间，提高沉积速率，缩短了沉积时间，提高了生产效率。最后采用低速率2A/s沉积金属。本发明的实施例经过三个不同阶段的沉积，最终达到目标沉积厚度。沉积过程中增加适当的氩气冷却时间，可以及时地降低光刻胶表面温度，更好地维持光刻胶的胶型。

本发明通过不同沉积速率搭配沉积的方式，可以较好地维持光刻胶的胶型，防止长时间高能量原子轰击光刻胶，导致光刻胶变形塌陷，解决金属剥离困难的问题。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种金属电极的沉积方法，其特征在于，包括：

在晶圆表面蒸涂底膜；

在所述晶圆的表面涂覆双层光刻胶层，所述双层光刻胶层覆盖所述底膜；

对双层光刻胶层进行曝光、显影，以显现出特定沉积图形；

依次在所述沉积图形上进行第一金属和第二金属沉积；

将第三金属以不同速率分次在所述第二金属层上进行沉积；

去除所述晶圆表面的光刻胶层，以在所述晶圆表面形成金属电极图形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将第三金属以不同速率分次在所述第二金属层上进行沉积，包括：

以第一速率在所述沉积图形上进行所述第三金属沉积，形成第一沉积层；

以第二速率在所述第一沉积层上进行所述第三金属沉积，形成第二沉积层；

以第三速率在所述第二沉积层上进行所述第三金属沉积，形成第三沉积层；

其中，所述第一速率等于所述第三速率，所述第一速率和第三速率均小于所述第二速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成第一沉积层之后，所述方法还包括：

在抽真空状态下，通过氩气进行冷却；其中，真空度维持在0.5Pa，冷却时间为10min。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成第二沉积层之后，所述方法还包括：

在抽真空状态下，通过氩气进行冷却；其中，真空度维持在0.5Pa，冷却时间为10min。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成第三沉积层之后，所述方法还包括：

在抽真空状态下，通过氩气进行冷却；其中，真空度维持在0.5Pa，冷却时间为30min。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一速率为2A/s，所述第二速率为10A/s，所述第三速率为2A/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金属为Ti金属，所述第二金属为Pt金属，所述第三金属为Au金属。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述晶圆的表面涂覆双层光刻胶层，包括：

在所述晶圆的表面涂覆第一光刻胶层，所述第一光刻胶层覆盖所述底膜；

在所述第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述晶圆的表面涂覆第一光刻胶层之后，还包括：

热烘所述第一光刻胶层并去除所述第一光刻胶层中的多余溶剂，其中，所述热烘温度为100℃～120℃，热烘时间为5min。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述第一光刻胶层上涂覆第二光刻胶层之后，还包括：

室温冷却20min，热烘所述第二光刻胶层并去除所述第二光刻胶层中的多余溶剂，其中，所述热烘温度为110℃～130℃，热烘时间为2min。