CN109087852B - 晶体管金属电极结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶体管金属电极结构的制作方法，包括以下步骤，在基板上形成金属粘附膜；在金属粘附膜上形成金属电极膜；在金属电极膜上形成图案层；以图案层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺对金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层。本发明的通过在形成金属电极层的湿制程工艺中，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀，提高了腐蚀电解质溶液的导电率，避免局部电流密度过大而产生点蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体管制作技术，特别涉及一种晶体管金属电极结构的制作方法。
背景技术
在IC/FPD/PCB等半导体行业的晶体管制程中，晶体管包括由金属电极，而其中由于在制程中，金属电极与基板的粘附性及在半导体有源层中易扩散的特点，使得金属电极一般具有两层或多层结构，比如Cu/Mo结构。
现有技术中Cu/Mo结构的湿刻蚀制程中，Cu/Mo界面形成合金层，晶格失配导致点阵势能较大，容易反应；且由于Cu(1)和Mo(2)在电解质溶液中的电势电位差异，形成电化学腐蚀。而Cu/Mo腐蚀电解质溶液(蚀刻液&水)导电率较低，局部腐蚀电流密度较大，易形成点蚀(如图1)，导致Cu/Mo界面腐蚀分离，进而提高了Cu扩散对沟道的影响和断线断膜的风险。
故，需要提供一种避免出现金属间界面发生腐蚀的晶体管金属电极结构的制作方法，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种晶体管金属电极结构的制作方法；以解决现有的晶体管金属电极结构的做作方法中，在湿刻蚀过程中由于Cu/Mo腐蚀电解质溶液(蚀刻液&水)导电率较低，局部腐蚀电流密度较大，易形成点蚀，导致Cu/Mo界面腐蚀分离，进而提高了Cu扩散对沟道的影响和断线断膜的风险的技术问题。
本发明实施例提供一种晶体管金属电极结构的制作方法，其包括以下步骤：
在基板上形成金属粘附膜；
在所述金属粘附膜上形成金属电极膜，所述金属粘附膜的电位高于所述金属电极膜的电位；
在所述金属电极膜上形成图案层；
以所述图案层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺对所述金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层；
其中，在所述采用湿法刻蚀工艺对所述金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层的步骤中，
采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的腐蚀电解质溶液对所述金属电极膜进行刻蚀，以提高所述腐蚀电解质溶液的导电率，避免局部电流密度过大使得所述金属电极层产生的点蚀。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述金属电极层和所述金属粘附层的组合为Cu/Mo、Al/Mo、Cu/Nb、Cu/Ti或Cu/Ni中的一种。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，当采用加入可溶解电离的气体的腐蚀电解质溶液对所述金属电极膜进行刻蚀时，所述气体通入量达到其在所述腐蚀电解质溶液的最大溶解度。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，当采用加入电解质的腐蚀电解质溶液对所述金属电极膜进行刻蚀时，所述电解质的质量分数为M，其中2％≤M≤50％。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述气体为可溶于水或有机溶剂的可电离气体。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述气体为二氧化碳、氨气和二氧化硫中的一种。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述电解质为可溶于水或有机溶剂的电解质。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述电解质为氯化铵、氯化钾、氯化钠或硫酸铜中的一种。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述晶体管金属电极结构的制作方法还包括以下后续步骤：
以所述图案层为掩膜，采用刻蚀工艺对所述金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；或
采用所述湿式刻蚀工艺，继续对所述金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；
去除所述图案层。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述金属粘附膜和所述金属电极层通过物理溅射法沉积形成。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述图案层由光刻工艺形成。
在本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中，所述金属粘附膜的厚度大于所述金属电极膜的厚度。
相较于现有技术的晶体管金属电极结构的制作方法，本发明的晶体管金属电极结构的制作方法通过在形成金属电极层的湿制程的湿式刻蚀工艺中，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀，提高了腐蚀电解质溶液的导电率，使得电流分散，避免局部电流密度过大产生点蚀，从而减少了金属粘附层和金属电极层的界面腐蚀；
另外，湿制程还包括水洗金属电极层、金属粘附层和图案层的水洗工艺和剥离图案层的剥离工艺，在这两个工艺中，分别采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的纯水进行水洗，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的剥离液进行剥离图案层，提高了腐蚀电解质溶液的导电率，使得电流分散，避免局部电流密度过大产生点蚀；解决了现有的晶体管金属电极结构的做作方法中，在湿刻蚀过程中由于Cu/Mo腐蚀电解质溶液(蚀刻液&水)导电率较低，局部腐蚀电流密度较大，易形成点蚀，导致Cu/Mo界面腐蚀分离，进而提高了Cu扩散对沟道的影响和断线断膜的风险的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅为本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1为现有技术的晶体管金属电极结构的结构示意图；
图2为本发明的晶体管金属电极结构的制作方法的流程图；
图3为本发明的晶体管金属电极结构的制作方法中步骤S4，采用氯化钠和硫酸铜作为电解质的实验数据图。
具体实施方式
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
请参照图2，图2为本发明的晶体管金属电极结构的制作方法的流程图。
本实施例的晶体管金属电极结构的制作方法，其包括以下步骤：
S1：在基板上形成金属粘附膜；
S2：在所述金属粘附膜上形成金属电极膜，所述金属粘附膜的电位高于所述金属电极膜的电位；
S3：在所述金属电极膜上形成图案层；
S4：以所述图案层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺对所述金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层；
S5：以所述图案层为掩膜，采用刻蚀工艺对所述金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；或采用所述湿式刻蚀工艺，继续对所述金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；
S6：去除所述图案层。
在本发明的实施例的步骤中，在步骤S1：在基板上形成金属粘附膜。即在基板上形成金属粘附膜，其中，金属粘附膜通过物理溅射法沉积形成，金属粘附膜具有与基板的粘附性。
在步骤S2：在金属粘附膜上形成金属电极膜，金属粘附膜的电位高于金属电极膜的电位。其中，金属电极膜通过物理溅射法沉积形成。
其中，金属电极膜和金属粘附膜的组合为Cu/Mo、Al/Mo、Cu/Nb、Cu/Ti或Cu/Ni中的一种。
另外金属粘附膜的厚度大于金属电极膜的厚度。这样的设置，提高了金属粘附层的支撑性能。
在步骤S3：在金属电极膜上形成图案层。图案层由光刻工艺形成。具体的，先在金属电极膜上涂布一层光刻胶层，然后通过曝光、显影处理，最后去掉部分光刻胶层，形成图案层。图案层定义层后续形成的金属电极结构图形。
在步骤S4：以图案层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺对金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层。就是以图案层为掩膜，刻蚀去除金属电极膜中暴露的金属电极膜，直至露出金属粘附膜表面。其中被图案层覆盖的金属电极膜得到保留，形成金属电极层。
具体的，在采用湿法刻蚀工艺对金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层的步骤中，
采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀，以提高腐蚀电解质溶液的导电率，使得电流分散，避免局部电流密度过大使得金属电极层产生的点蚀，从而减少了金属粘附层和金属电极层的界面腐蚀。
另外，加入可溶解电离的气体或/和电解质的腐蚀电解质溶液，提高了腐蚀电解质溶液的导电率，加剧了大面积的腐蚀效果，避免了金属电极层和金属粘附层界面的局部腐蚀。
在步骤S4中，当采用加入可溶解电离的气体的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀时，气体为可溶于水或有机溶剂的可电离气体。且气体通入量达到其在腐蚀电解质溶液的最大溶解度。
其中，采用气体溶入腐蚀电解质溶液的方式，提高了腐蚀电解质溶液配合气体的溶解效率。腐蚀电解质溶液包括刻蚀液和纯水，气体通入并溶解在腐蚀电解质溶液中，使得腐蚀电解质溶液的导电性增大。
当气体通入量的越多，腐蚀电解质溶液的导电性就越大，而当气体的通入量达到腐蚀电解质溶液的最大溶解度时，即达到饱和状态，其导电性最大，使得腐蚀电解质溶液的腐蚀效果加剧，提高了大面积腐蚀的效果；当需要避免金属电极层和金属粘附层的界面产生点蚀，并不一定需要将气体的通入量达到腐蚀电解质溶液的最大溶解度，只要能使得金属电极层的底部不发生点蚀即可。
另外，当在一定的条件下，气体的通入量达到饱和状态，而金属电极层仍存在点蚀现象时，可以通过降低温度或/和增大压强的方式，来提高气体在腐蚀电解质溶液中的溶解度，进而继续通入气体，以消除点蚀现象。
其中可选的，气体为二氧化碳、氨气和二氧化硫中的一种。当然气体也可以是其他气体，因此本发明并不限于此。
在步骤S4中，当采用加入可溶解电离的电解质的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀时，电解质为可溶于水或有机溶剂的电解质。电解质的质量分数为M，其中2％≤M≤50％。
需要说明的是，质量分数为电解质的质量与腐蚀电解质溶液质量的比值。可以理解的是，当电解质加入腐蚀电解质溶液的量越大，腐蚀电解质溶液的导电性越大，而当电解质的加入量达到腐蚀电解质溶液的最大溶解度时，即达到饱和状态，其导电性最大，使得腐蚀电解质溶液的腐蚀效果加剧，提高了大面积腐蚀的效果；当需要避免金属电极层和金属粘附层的界面产生点蚀，并不一定需要将电解质的加入量达到腐蚀电解质溶液的最大溶解度，只要能使得金属电极层的底部不发生点蚀即可。
另外，当在一定的条件下，电解质的加入量达到饱和状态，而金属电极层仍存在点蚀现象时，可以通过降低温度或/和增大压强的方式，来提高电解质在腐蚀电解质溶液中的溶解度，进而继续加入电解质，以消除点蚀现象。
在步骤S4中，可选的电解质为氯化铵、氯化钾、氯化钠或硫酸铜中的一种，但并不限于此。
本实施例以金属电极膜和金属粘附膜的组合为Cu/Mo结构为例，即金属电极膜为Cu(铜)，金属粘附膜为Mo(钼)，进行说明，但并不限于此。
请参照图3，在常温标准大气压下，电解质是氯化钠，当氯化钠的质量分数为0.1％时，金属电极层Cu出现长为
高度为
的点蚀缺口；当氯化钠的质量分数为0.5％时，金属电极层Cu出现长为
高度为
的点蚀缺口；当氯化钠的质量分数为2％时，金属电极层Cu没有出现点蚀现象。
在常温标准大气压下，电解质是硫酸铜时，当硫酸铜的质量分数为0.1％时，金属电极层Cu出现长为
高度为
的点蚀缺口；当硫酸铜的质量分数为0.5％时，金属电极层Cu出现长为
高度为
的点蚀缺口；当硫酸铜的质量分数为2％时，金属电极层Cu没有出现点蚀现象。
由此可见，当电解质的质量分数达到2％时，金属电极层便不会出现局部腐蚀现象。
在步骤S4中，当采用加入可溶解电离的气体和电解质的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀时，电解质为可溶于水或有机溶剂的电解质，气体为可溶于水或有机溶剂的气体。电解质的质量分数和气体的质量分数之和大于等于2％。至于加入气体和电解质的效果，请参照采用加入气体的腐蚀电解质溶液的方式进行刻蚀，和采用加入电解质的腐蚀电解质溶液的方式进行刻蚀的阐述。本处不再赘述。
在步骤S5中，以图案层为掩膜，采用刻蚀工艺对金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；或采用湿式刻蚀工艺，继续对金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层。
需要说明的是，步骤S5根据不同的金属电极结构，可采用不同的方法以形成金属粘附层，比如当金属电极结构为Cu/Ti、Cu/Ni、Cu/Mo时，可以以图案层为掩模，采用刻蚀工艺对金属粘附膜进行刻蚀，以形成图案化的金属粘附层，即金属电极层和金属粘附层采用分步的方式形成，其中刻蚀工艺可以是湿式刻蚀。
当金属电极结构为Cu/Mo、Al/Mo时，可以以图案层为掩模，采用刻蚀金属电极膜的湿式刻蚀工艺，继续对金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层，即金属电极层和金属粘附层采用同一湿刻蚀工艺，采用腐蚀电解质溶液一步到位刻蚀金属电极膜和金属粘附膜。
在步骤S6：去除图案层。即采用剥离液去除图案层，以形成金属电极结构。
其中，由于金属电极层和金属粘附层之间在剥离液(有机溶剂)中也会形成原电池结构，导致金属电极层的点蚀，因此，在剥离工艺中，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的剥离液进行图案层的剥离。
另外，在形成金属粘附层的步骤之后和去除图案层的步骤的之前，还包括水洗步骤，以清洗成型的金属电极层和金属粘附层；而由于金属电极层和金属粘附层之间在纯水中也会形成原电池结构，导致金属电极层的点蚀，因此，在水洗工艺中，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的纯水进行水洗。
相较于现有技术的晶体管金属电极结构的制作方法，本发明的晶体管金属电极结构的制作方法通过在形成金属电极层的湿式刻蚀工艺中，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的腐蚀电解质溶液对金属电极膜进行刻蚀，提高了腐蚀电解质溶液的导电率，使得电流分散，避免局部电流密度过大产生点蚀，从而减少了金属粘附层和金属电极层的界面腐蚀；
另外，湿制程还包括水洗金属电极层、金属粘附层和图案层的水洗工艺和剥离图案层的剥离工艺，在这两个工艺中，分别采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的纯水进行水洗，采用加入可溶解电离的气体或/和电解质的剥离液进行剥离图案层，提高了腐蚀电解质溶液的导电率，使得电流分散，避免局部电流密度过大产生点蚀；解决了现有的晶体管金属电极结构的做作方法中，在湿刻蚀过程中由于Cu/Mo腐蚀电解质溶液(蚀刻液&水)导电率较低，局部腐蚀电流密度较大，易形成点蚀，导致Cu/Mo界面腐蚀分离，进而提高了Cu扩散对沟道的影响和断线断膜的风险的技术问题。
本发明尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或多个其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，实施例前的序号，如“第一”、“第二”等仅为描述方便而使用，对本发明各实施例的顺序不造成限制。并且，上述实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (7)
1.一种晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基板上形成金属粘附膜；
在所述金属粘附膜上形成金属电极膜，所述金属粘附膜的电位高于所述金属电极膜的电位；
在所述金属电极膜上形成图案层；
以所述图案层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺对所述金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层；
其中，在所述采用湿法刻蚀工艺对所述金属电极膜进行刻蚀，形成图案化的金属电极层的步骤中，
采用加入可溶解电离的气体的腐蚀电解质溶液对所述金属电极膜进行刻蚀，以提高所述腐蚀电解质溶液的导电率，避免局部电流密度过大使得所述金属电极层产生的点蚀。
2.根据权利要求1所述的晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，所述金属电极膜和所述金属粘附膜的组合为Cu/Mo、Al/Mo、Cu/Nb、Cu/Ti或Cu/Ni中的一种。
3.根据权利要求1所述的晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，当采用加入可溶解电离的气体的腐蚀电解质溶液对所述金属电极膜进行刻蚀时，所述气体通入量达到其在所述腐蚀电解质溶液的最大溶解度。
4.根据权利要求1所述的晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，所述气体为可溶于水或有机溶剂的可电离气体。
5.根据权利要求4所述的晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，所述气体为二氧化碳、氨气和二氧化硫中的一种。
6.根据权利要求1所述的晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，所述晶体管金属电极结构的制作方法还包括以下后续步骤：
以所述图案层为掩膜，采用刻蚀工艺对所述金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；或
采用所述湿法刻蚀工艺，继续对所述金属粘附膜进行刻蚀，形成图案化的金属粘附层；
去除所述图案层。
7.根据权利要求1所述的晶体管金属电极结构的制作方法，其特征在于，所述金属粘附膜和所述金属电极层通过物理溅射法沉积形成。
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