CN113594024A - 金属电极剥离胶膜的制作方法及金属剥离电极的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属电极剥离胶膜的制作方法及金属剥离电极的制作方法，金属电极剥离胶膜的制作方法包括采用碱性溶液浸泡清洗半成品芯片；依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗半成品芯片表面；将半成品芯片烘干；在半成品芯片上涂反转胶并进行前烘；对反转胶进行曝光、反转烘烤和泛曝光；对反转胶进行显影，形成电极剥离胶膜。本发明中，利用碱性溶液处理钝化层表面，能够使钝化层表面自由能降低，从而使钝化层表面呈现一定的亲水性，便于制作出胶膜倒台倾角和扩大倒台底部展宽，能够有效解决制作电极胶膜时倒台倾斜角不稳定和胶膜厚度变薄的问题，使剥离电极尺寸稳定可控，电极边沿无金属丝粘连，可广泛应用于半导体芯片的研制和批生产工艺中。
Description
技术领域
本发明属于半导体芯片制造技术领域，涉及一种金属电极剥离胶膜的制作方法及金属剥离电极的制作方法。
背景技术
在半导体芯片制造工艺中，金属电极制作方法主要有湿法腐蚀和电极胶膜剥离法，湿法腐蚀线条的均匀性和尺寸可控性较差；因此在半导体芯片工艺中主要采用电极胶膜剥离法制作芯片电极。负性光刻胶和多层正胶虽也可做剥离电极胶膜，但尺寸分辨率较低，同时多层胶剥离工艺也较复杂且工艺可控性较差，所以一般采用单层反转型光刻胶制作电极剥离胶膜。电极剥离胶膜一般做在SiO2或SiNx介质膜的表面，SiO2或SiNx介质膜在空气中放置会吸潮，当采用反转型光刻胶制作电极剥离胶膜时，胶膜显影后图形的倒台面角度很不稳定，而且在空气中放置时间越长在同一工艺条件下制作倒台面的侧壁内倾角度较大且倒台底部展宽很小，导致剥离金属电极尺寸偏差大、电极边沿金属丝粘连等技术问题，当反转胶的曝光时间减少到一定程度时虽在某些极限情况下可制作出较小的倒台倾斜角度和较大的倒台底部展宽，但显影时对光刻版图上的缺陷(如光刻版图上沾污，颗粒等)具有放大作用，同时非图形区域胶膜的显影速度会随着曝光时间减少而迅速增加导致胶膜变薄，工艺过程和结果具有较大的不确定性和不稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便于金属电极剥离的金属电极剥离胶膜的制作方法及金属剥离电极的制作方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种金属电极剥离胶膜的制作方法，包括以下步骤：
采用碱性溶液浸泡清洗半成品芯片；
依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗半成品芯片表面；
将半成品芯片烘干；
待半成品芯片冷却至常温之后，在半成品芯片上涂反转胶并进行前烘；
对反转胶进行曝光；
对反转胶进行反转烘烤和泛曝光；
对反转胶进行显影，形成电极剥离胶膜。
进一步的，浸泡清洗半成品芯片时，将半成品芯片放入对芯片外延材料无腐蚀性的碱性溶液中浸泡清洗3min～5min。
进一步的，将半成品芯片烘干时，将半成品芯片放入120℃～130℃的温度环境下烘烤10min～20min。
进一步的，在半成品芯片上涂反转型光刻胶并进行前烘时，涂胶转速为3000RPM～5000RPM，反转胶厚度为1.0μm～3.0μm，随后将半成品芯片放在90℃～100℃的温度环境下烘烤150±5S。
进一步的，对反转胶进行曝光时，采用接触式曝光机曝光，曝光模式为软接触，曝光时间为1.2S～1.8S，光强为11.5±0.5mJ/cm2。
进一步的，对反转胶进行反转烘烤和泛曝光时，反转烘烤温度为110±1℃，泛曝光时间为80S～100S。
进一步的，对反转胶进行显影时，显影时间为30S～60S，形成的电极剥离胶膜的倒台宽度范围为1.0μm～3.0μm。
一种金属剥离电极的制作方法，包括以下步骤：
在半成品芯片的外延层表面生长SiO2或SiNx介质膜或两者的复合膜作为钝化层；
在钝化层上进行电极窗口制作；
在钝化层上制作电极剥离胶膜；
在半成品芯片上蒸发金属电极；
进行金属电极剥离及清洗。
进一步的，蒸发金属电极时，蒸发时的衬底温度为RT～100℃，通过蒸发使整个芯片表面都覆盖0.2μm～0.8μm的金属层，电极窗口中的金属层形成金属电极。
进一步的，进行金属电极剥离及清洗时，先采用丙酮浸泡半成品芯片将电极剥离胶膜溶解掉，然后剥离掉电极剥离胶膜之上悬空的金属层，保留电极窗口区域的金属电极，再用芯片清洗剂将芯片表面清洗干净。
本发明中，利用碱性溶液处理钝化层的介质膜表面，能够使介质膜表面自由能降低，从而使介质膜表面呈现一定的亲水性。经处理过的介质膜表面状态稳定，便于制作出胶膜倒台倾角和扩大倒台底部展宽，能够有效解决在SiO2或SiNx介质膜表面制作电极胶膜时倒台倾斜角不稳定和胶膜厚度变薄的问题，使剥离电极尺寸稳定可控，电极边沿无金属丝粘连，可广泛应用于半导体芯片的研制和批生产工艺中。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明金属电极剥离胶膜的制作方法的一个优选实施例的流程图；
图2为在半成品芯片上制作的剥离电极胶膜的剖面示意图；
图3为本发明金属剥离电极的制作方法的一个优选实施例的流程图。
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。需要说明的是，以下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，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明还公开了一种金属电极剥离胶膜的制作方法，如图1所示，本发明金属电极剥离胶膜的制作方法的一个优选实施例包括以下步骤：
步骤S101、采用碱性溶液浸泡清洗半成品芯片。
本步骤具体为：取在衬底晶圆101上生长外延层102和钝化层103后形成的半成品芯片，所述钝化层103为SiO2介质膜或SiNx介质膜或两者的复合膜；将半成品芯片放入对芯片外延材料无腐蚀性的碱性溶液中浸泡清洗3min～5min。碱性溶液优选为采用70℃～90℃的弱碱性溶液，例如，可采用N-甲基吡硌烷酮(NMP)，并将NMP加热至70℃～90℃后，将半成品芯片放入NMP中浸泡清洗3min～5min。利用NMP处理SiO2或SiNx介质膜表面，能使SiO2表面产生羟基≡SiO－，或者使SiNx介质膜表面产生羟基≡SiO－和硅胺≡Si2N－基团，使介质膜表面自由能降低，从而使介质膜表面呈现一定的亲水性。当然，碱性溶液也可采用常温的强碱性溶液。
步骤S102、依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗半成品芯片表面。
本步骤中，先采用丙酮和乙醇依次对半成品芯片的表面进行清洗，去掉半成品芯片表面的有机物，再采用去离子水清洗半成品芯片的表面，洗去残留的离子，也可以把未挥发完的乙醇洗去。
步骤S103、将半成品芯片烘干。
优选的，采用120℃～130℃烘箱或热板对半成品芯片烘烤10min～20min，将半成品芯片烘干；优选为将半成品芯片放入125℃的烘箱烘烤15min。
步骤S104、待半成品芯片冷却至常温之后，在半成品芯片上涂反转胶并进行前烘。具体为：
待半成品芯片冷却至常温之后，在半成品芯片上涂反转胶(即反转型光刻胶)，涂胶转速优选为3000RPM～5000RPM，反转胶厚度为1.0μm～3.0μm，优选为1.2μm～1.5μm；随后将半成品芯片放在90℃～100℃热板上烘烤150±5S；热板温度优选为95℃，烘烤时间优选为150S。
步骤S105、对反转胶进行曝光，曝光时间为1.2S～1.8S，光强为11.5±0.5mJ/cm2。
本步骤中，优选为采用接触式曝光机曝光，曝光模式为软接触，曝光时间优选为1.5S。
步骤S106、对反转胶进行反转烘烤和泛曝光。
本步骤中，反转烘烤温度优选为110±1℃，泛曝光时间优选为80S～100S。
步骤S107、对反转胶进行显影，显影时间为30S～60S，形成电极剥离胶膜104，电极剥离胶膜104的倒台宽度范围为1.0μm～3.0μm。
本步骤中，显影时间可进一步优选为30S～40S，形成的电极剥离胶膜104的倒台宽度范围可进一步优选为1.0μm～2.0μm。如图2所示，为在最普通的半导体芯片上形成电极剥离胶膜104后的结构示意图。图中，从下往上依次为衬底晶圆101、外延层102、钝化层103、电极剥离胶膜104；本实施例的目的就是在这种芯片结构的衬底晶圆101、外延层102和钝化层103的基础上制备出所需的电极剥离胶膜104。假设电极剥离胶膜104的倒台角度为θ，反转光刻胶厚度为h，倒台宽度为d，它们之间的数学关系可近似表示为：
θ＝arctan(h/d)
当采用NMP处理洗SiO2或SiNx材料表面后，显影时图形区域光刻胶的横向显影速度会增大导致d增大，根据θ与光刻胶厚度为h、倒台宽度d的关系式可知倒台角度为θ必然减小。根据NMP表面处理的时间和条件的发生变化，横向显影速率会有所变化，当表面处理SiO2或SiNx表面时间温度等条件以及光刻胶的曝光显影条件固定，就可以稳定控制倒台宽度d的大小，从而较小的倒台角度θ就可以稳定地控制，使得剥离胶膜的工艺稳定，最终解决金属电极剥离工艺电极边沿金属丝粘连问题。
因此，经过NMP浸泡处理的介质膜表面状态很稳定，很容易制作出胶膜倒台倾角和扩大倒台底部展宽，制作的电极剥离胶膜104倒台倾角可稳定控制在30°～60°，倒台侧向展宽可稳定控制在1.0μm～3.0μm，可有效解决在SiO2或SiNx介质膜表面制作电极胶膜时倒台倾斜角不稳定和胶膜厚度变薄的问题，便于控制剥离电极尺寸，且剥离后电极边沿无金属丝粘连，可广泛应用于半导体芯片的研制和批生产工艺中。
本发明还公开了一种金属剥离电极的制作方法，如图3所示，本发明金属剥离电极的制作方法的一个优选实施例包括以下步骤：
步骤S1、取在衬底晶圆101上生长外延层102后形成的半成品芯片，在半成品芯片的外延层102表面生长SiO2或SiNx介质膜或两者的复合膜作为钝化层103。
步骤S2、在钝化层103上进行电极窗口制作。电极窗口的形状请参见图2中钝化层103和电极剥离胶膜104上的图形窗口。
步骤S3、在钝化层103上制作电极剥离胶膜104。具体包括以下步骤：
将NMP加热至70℃～90℃，将半成品芯片放入NMP中浸泡清洗3min～5min；
依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗半成品芯片的表面；
采用120℃～125℃烘箱或热板对半成品芯片烘烤10min～20min，将半成品芯片烘干；
待半成品芯片冷却至常温之后，在半成品芯片上涂反转胶，涂胶转速优选为3000RPM～5000RPM，反转胶厚度为1.0μm～3.0μm，随后将半成品芯片放在90℃～100℃的热台上烘烤150±5S；
采用软接触曝光模式对反转胶进行曝光，曝光时间为1.2S～1.8S；
对反转胶进行反转烘烤和泛曝光；反转烘烤温度为110±1℃，泛曝光时间为80S～100S；
对反转胶进行显影，形成电极剥离胶膜104；显影时间为30S～60S，形成的电极剥离胶膜104的倒台宽度范围为1.0μm～3.0μm。
步骤S4、在半成品芯片上蒸发金属电极。
蒸发金属电极时，蒸发时的衬底温度为RT～100℃，通过蒸发使整个芯片表面都覆盖0.2μm～0.8μm的金属层，即电极剥离胶膜104的表面和电极窗口中都被金属层覆盖，电极窗口中的金属层(即覆盖在外延层102和钝化层103上的金属层)为金属电极；金属层厚度优选为0.5μm。
步骤S5、进行金属电极剥离及清洗。
先采用丙酮浸泡半成品芯片将电极剥离胶膜104溶解掉，电极剥离胶膜104之上的金属层被悬空从而被剥离掉，电极窗口区域的金属电极被保留，再用芯片清洗剂将整个芯片表面清洗干净即可。
本实施例中，采用N-甲基吡硌烷酮(NMP)对半成品芯片进行浸泡，使SiO2介质膜表面产生羟基≡SiO－，或者使SiNx介质膜表面产生羟基≡SiO－和硅胺≡Si2N－基团，从而降低介质膜表面自由能，使介质膜表面呈现一定的亲水性；进而使介质膜表面状态稳定，在制作电极剥离胶膜104时，可稳定控制倒台倾角在30°～60°，倒台侧向展宽可稳定控制在1.0μm～3.0μm，使得剥离电极尺寸稳定可控，电极边沿无金属丝粘连，可广泛应用于半导体芯片的研制和批生产工艺中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用碱性溶液浸泡清洗半成品芯片；
依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗半成品芯片表面；
将半成品芯片烘干；
待半成品芯片冷却至常温之后，在半成品芯片上涂反转胶并进行前烘；
对反转胶进行曝光；
对反转胶进行反转烘烤和泛曝光；
对反转胶进行显影，形成电极剥离胶膜。
2.如权利要求1所述的金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，浸泡清洗半成品芯片时，将半成品芯片放入对芯片外延材料无腐蚀性的碱性溶液中浸泡清洗3min～5min。
3.如权利要求1所述的金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，将半成品芯片烘干时，将半成品芯片放入120℃～130℃的温度环境下烘烤10min～20min。
4.如权利要求1所述的金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，在半成品芯片上涂反转型光刻胶并进行前烘时，涂胶转速为3000RPM～5000RPM，反转胶厚度为1.0μm～3.0μm，随后将半成品芯片放在90℃～100℃的温度环境下烘烤150±5S。
5.如权利要求1所述的金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，对反转胶进行曝光时，采用接触式曝光机曝光，曝光模式为软接触，曝光时间为1.2S～1.8S，光强为11.5±0.5mJ/cm2。
6.如权利要求1所述的金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，对反转胶进行反转烘烤和泛曝光时，反转烘烤温度为110±1℃，泛曝光时间为80S～100S。
7.如权利要求1所述的金属电极剥离胶膜的制作方法，其特征在于，对反转胶进行显影时，显影时间为30S～60S，形成的电极剥离胶膜的倒台宽度范围为1.0μm～3.0μm。
8.一种金属剥离电极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在半成品芯片的外延层表面生长SiO2或SiNx介质膜或两者的复合膜作为钝化层；
在钝化层上进行电极窗口制作；
采用如权利要求1～7中任一项所述的金属电极剥离胶膜的制作方法在钝化层上制作电极剥离胶膜；
在半成品芯片上蒸发金属电极；
进行金属电极剥离及清洗。
9.如权利要求8所述的金属剥离电极的制作方法，其特征在于，蒸发金属电极时，蒸发时的衬底温度为RT～100℃，通过蒸发使整个芯片表面都覆盖0.2μm～0.8μm的金属层，电极窗口中的金属层形成金属电极。
10.如权利要求8所述的金属剥离电极的制作方法，其特征在于，进行金属电极剥离及清洗时，先采用丙酮浸泡半成品芯片将电极剥离胶膜溶解掉，然后剥离掉电极剥离胶膜之上悬空的金属层，保留电极窗口区域的金属电极，再用芯片清洗剂将芯片表面清洗干净。
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