CN114164402A - 一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，选取晶圆，对晶圆进行去污清洗并烘干，利用电子束蒸发或磁控溅射在晶圆表面蒸镀金属，形成由金属粘附层和金属阻挡层组成的金属复合膜，采用高温快速退火的方式处理镀膜后的晶圆，在晶圆表面形成致密、附着性强且耐腐蚀的金属掩膜，制作用于刻蚀晶圆图案的光刻版，对晶圆进行光刻，将图案从光刻版转移到光刻胶中，然后使用相应的腐蚀液或干法刻蚀工艺进行金属掩膜刻蚀，将图案从光刻胶中转移到金属掩膜；本发明方法可以制备用于湿法腐蚀的高精度金属掩膜。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆刻蚀掩膜的制作方法，尤其涉及一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制作方法，适用于采用金属掩膜进行深刻蚀加工的晶圆类工艺，如用于碳化硅或石英晶圆等。
背景技术
湿法腐蚀具有腐蚀速率快、各向异性差、选择比高、成本低且具有较高机械灵敏度，所以湿法腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。所谓的湿法腐蚀，就是将晶圆放入化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀的过程中，化学腐蚀液与晶圆的接触表面发生化学反应从而实现去除掉晶圆表面的部分或全部材料，最后形成特定结构。
随着MEMS、传感器技术的不断进步，各类晶圆材料的制备技术逐渐成熟，对不同材料的MEMS器件微纳加工工艺的具有特定需求。特别是对于碳化硅或者石英等材料的MEMS器件，在制备敏感单元的过程中通常需要加工几十到几百微米深度的立体结构，这对刻蚀技术以及掩膜的制备提出了更高苛刻的要求。
掩膜的制备对最终形成的器件结构至关重要，器件的结构通常由几个方面因素共同决定，包括光刻的精度、掩膜的质量和刻蚀条件。由于干法刻蚀碳化硅以及石英材料所需要的时间比较长，在刻蚀晶圆材料的同时也会消耗一定量的掩膜材料，这样对掩膜厚度的要求较高，通常需要几十微米厚的金属，这对制备金属掩膜的难度较大。而湿法腐蚀对金属掩膜的厚度没有特别的要求，用常用的电子束蒸发或者磁控溅射设备就能完成，但是对用于湿法腐蚀的金属掩膜需要具有致密性和耐腐蚀的要求。
能够作为掩膜的材料包括很多，如光刻胶、氧化硅、氮化硅、金属、氧化铝等，通常用于碳化硅和石英深刻蚀的掩膜采用金属掩膜。金属掩膜的制备通常采用物理方法沉积，比如电子束蒸发、磁控溅射和离子束溅射等。一般常用的金属掩膜材料有Cr、Au、Ni、Al、Ti和Cu 等，由于不同金属与晶圆表面的粘附性不同，通常采用两种及其两种以上的金属来作为金属掩膜，最后通过湿法腐蚀或者干法刻蚀形成图形。使用单层金属Ni作为湿法腐蚀的掩膜，存在与晶圆表面的粘附性以及耐腐蚀性差等问题如CN201710480815.8。使用CrAu双层金属作为湿法腐蚀掩膜，并通过增加Au膜的厚度来增强金属掩膜的耐腐蚀性(Tay F E H, Iliescu C , Jing J , et al. Defect-free wet etching through pyrex glassusing Cr/Au mask.Microsystem Technologies,2006, 12(10-11):935-939)。
前面所述制备的金属掩膜存在不足：1，使用单层金属无法形成致密性好、耐腐蚀性强的湿法腐蚀掩膜；2，无法通过常用的物理沉积方法增加金属掩膜的厚度来制备耐湿法腐蚀的金属掩膜。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提供一种用于湿法腐蚀晶圆的金属掩膜制备方法，弥补原有金属掩膜致密性差和耐腐蚀性差等不足，使用常规的物理沉积金属的方法完成，并使用简单的高温快速退火工艺处理，从而获得致密且耐腐蚀性强的湿法腐蚀掩膜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，包括如下步骤
（1）选取晶圆；
（2）对晶圆进行去污清洗并烘干；
（3）利用电子束蒸发或磁控溅射在晶圆表面蒸镀金属，形成由金属粘附层和金属阻挡层组成的金属复合膜，所述的金属粘附层和金属阻挡层均为Cr、Au、Ni、Al、Ti、Cu中的一种或者多种；
（4）采用高温快速退火的方式处理镀膜后的晶圆，在晶圆表面形成致密、附着性强且耐腐蚀的金属掩膜；
（5）制作用于刻蚀晶圆图案的光刻版：旋涂SPR-220稀释光刻胶，转速4000 r/min持续30s，前烘95℃持续1min，曝光130mJ/cm2，后烘110℃持续1min，显影35s；
（6）依次使用碘和碘化钾的混合溶液以及硝酸铈铵水溶液，对步骤（4）的晶圆进行光刻，将图案从光刻版转移到光刻胶中，然后使用相应腐蚀液或干法刻蚀工艺进行金属掩膜刻蚀，将图案从光刻胶中转移到金属掩膜。
所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其步骤（1）中的晶圆为碳化硅、石英或玻璃。
所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其步骤（2）具体为：首先采用丙酮、甲醇或异丙醇溶剂对晶圆进行超声清洗15～25 min，然后使用浓硫酸与过氧化氢的混合溶液加热煮沸10～20 min，再将晶圆用去离子水冲洗干净，使用氮气将晶圆表面的残留吹干，最后将晶圆放置在100℃热板上进行烘干。
所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其步骤（3）中的金属复合膜，金属粘附层厚度为5～80 nm，金属阻挡层厚度为50～500 。
所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其步骤（4）中的退火是350℃持续30s，温度上升速率为7℃/s，温度下降速率为3℃/s。
本发明的有益效果是：
1，可以制备用于湿法腐蚀的高精度金属掩膜，采用常规的物理方法沉积金属掩膜，再通过简单的短时间高温快速退火工艺处理得到耐腐蚀的金属掩膜，使用高温快速退火增加金属的合金化程度从而提高掩膜的致密性。
2，由于该金属掩膜的厚度薄，可以使用湿法腐蚀或者干法刻蚀完成图案的的转移，得到高精度的金属掩膜图形；使用该掩膜可以完成几微米到几百微米晶圆厚度的加工，如在碳化硅或石英晶圆上形成几百微米深度的立体结构。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程框图；
图2为本发明实施所选用的晶圆示意图；
图3为本发明实施例所用晶圆物理沉积金属厚后的示意图；
图4为本发明实施例金属掩膜高温快速退火前的显微镜图（50μm）
图5为本发明实施例金属掩膜高温快速退火后的显微镜图（50μm）；
图6为本发明实施例通过光刻金属掩膜之后的结构示意图；
图7为本发明实施例通过腐蚀金属掩膜之后的结构示意图。
各附图标记为：1—晶圆，2—金属粘附层，3—金属阻挡层，4—光刻胶。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
为了实现本发明的目的，本发明所涉及的一种用于晶圆湿法腐蚀的金属掩膜制备方法，主要包括：晶圆1的清洗、蒸镀金属掩膜、高温快速退火处理、光刻和完成图案转移，整个流程如图1所示。
（1）选取一片用于湿法腐蚀的晶圆1，如图2所示，如碳化硅、石英、玻璃等可以采用金属掩膜进行湿法腐蚀的晶圆。
（2）对选取的晶圆进行去污清洗。首先，采用丙酮、甲醇、异丙醇等有机溶剂对晶圆进行超声清洗15～25 min；然后，也可以使用一定体积比的浓硫酸与过氧化氢溶液，加热煮沸10～20 min，将晶圆用去离子水冲洗干净；其次，使用氮气将晶圆表面的残留吹干；最后，将晶圆放置在100℃热板上进行烘干。
（3）利用电子束蒸发在晶圆表面沉积金属掩膜结构，该金属掩膜为两层金属膜的复合结构：先在晶圆1表面蒸镀一层20 nm的Cr作为金属粘附层2，再蒸镀一层100 nm的Au作为金属阻挡层3，如图3所示。在完成金属膜蒸镀之后的显微镜图如图4。
（4）利用高温快速退火对晶圆表面蒸镀的金属进行退火处理，350℃持续30s，温度上升速率为7℃/s，温度下降速率为3℃/s。通过显微镜的暗场观察得到它的合金化程度如图5所示，合金化程度与退火前明显增强。
（5）旋涂SPR-220稀释光刻胶4，匀胶转速4000 r/min，持续30s，前烘95℃持续1min，曝光130mJ/cm2，后烘110℃持续1min，显影时间35s，获得制作耐腐蚀金属掩膜的光刻胶掩膜，如图6所示。
（6）使用碘、碘化钾混合溶液和硝酸铈铵水溶液对金属进行腐蚀，得到用于湿法腐蚀晶圆的致密性高、耐腐蚀性强的金属掩膜，如图7所示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其特征在于：包括如下步骤
（1）选取晶圆（1）；
（2）对晶圆（1）进行去污清洗并烘干；
（3）利用电子束蒸发或磁控溅射在晶圆表面蒸镀金属，形成由金属粘附层（2）和金属阻挡层（3）组成的金属复合膜，所述的金属粘附层（2）和金属阻挡层（3）为Cr、Au、Ni、Al、Ti、Cu中的一种或者多种；
（4）采用高温快速退火的方式处理镀膜后的晶圆，在晶圆表面形成致密、附着性强且耐腐蚀的金属掩膜；
（5）制作用于刻蚀晶圆图案的光刻版：旋涂SPR-220稀释光刻胶（4），转速4000 r/min持续30s，前烘95℃持续1min，曝光130mJ/cm2，后烘110℃持续1min，显影35s；
（6）依次使用碘和碘化钾的混合溶液以及硝酸铈铵水溶液，对步骤（4）的晶圆进行光刻，将图案从光刻版转移到光刻胶中，然后使用相应腐蚀液或干法刻蚀工艺进行金属掩膜刻蚀，将图案从光刻胶中转移到金属掩膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的晶圆（1）为碳化硅、石英或玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为：首先采用丙酮、甲醇或异丙醇溶剂对晶圆（1）进行超声清洗15～25min，然后使用浓硫酸与过氧化氢的混合溶液加热煮沸10～20 min，再将晶圆（1）用去离子水冲洗干净，使用氮气将晶圆（1）表面的残留吹干，最后将晶圆（1）放置在100℃热板上进行烘干。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的金属粘附层（2）厚度为5～80 nm，金属阻挡层（3）厚度为50～500 。
5.根据权利要求1所述的一种用于晶圆湿法腐蚀工艺的金属掩膜制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的退火是350℃持续30s，温度上升速率为7℃/s，温度下降速率为3℃/s。
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Citations (2)
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| CN111876728A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-03 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 一种金锡合金薄膜的制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111876728A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-03 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 一种金锡合金薄膜的制备方法 |
| CN111847847A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 保定开拓精密仪器制造有限责任公司 | 一种石英摆片的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 施雪娟等主编: "《纳米与生活》", 30 April 2018, 苏州大学出版社, pages: 51 * |
| 李宏等主编: "《新型特种玻璃》", 31 January 2020, 武汉理工大学出版社, pages: 200 * |
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