CN115020202A - 一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法，将ID/金属光刻改用E3502负胶条件可达到工艺优化（解决黑边残胶异常，彩虹异常）等目的，生产加工过程只匀一次胶，无需泛曝光，加工难度降低，undercut较大能满足高速激光器产品的需求，返工减少，提高生产效率，并且E3502负胶单价更低，节约购买成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料光刻工艺技术领域，具体涉及一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法。
背景技术
当晶圆从外延材料生长完，一次光刻后完成脊腐蚀工艺，生长钝化层完成开窗工艺，接下来作业ID/金属光刻（光刻正胶AZ5214使用反转工艺），匀2次胶，曝光，PEB之后再泛曝光，最后2s一转慢速显影60s，undercut（腐蚀量）控制在2.5~4.5um，显影后图形完整规则，完成P面金属摇摆镀膜。
该技术存在以下缺点：第一，AZ5214为正胶，使用反转工艺，具有较高的光学敏感性，机台光强稍有偏差容易发生显影后出现彩虹，图形不规则等异常造成返工，并且显影后undercut控制范围较小，对于高速激光器产品而言，undercut＜5um均会出现金属卷边异常，只能控制在5.0~6.0um，undercut≥6um非常容易出现剥离异常，工艺难度较大，返工频繁；第二，该AZ5214膜厚偏薄，匀胶工艺需涂布2次，生产作业时存在漏涂风险；第三，该AZ5214为正胶做反转工艺，必须泛曝光，而是否泛曝光在显影之前并不能观察出来，因此生产作业时存在漏做风险，从而导致返工；第四，光刻胶为德国生产，国内代售，对比国内生产光刻胶易受到外贸物流影响，并且购买单价较高。
发明内容
为了解决上述技术中的不足，本发明的目的在于提供一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法，先制备P型电极，然后制备P面合金，再减薄后进行N面金属镀膜，完成N型电极制备，然后切割解理成管芯，得到单颗芯片；其中P型电极的制备包括以下步骤：
（1）当晶圆完成脊型区域电流通道开窗口工艺后，即开始P型电极制备；
（2）前处理：确保晶圆上面去胶干净，清洗完表面杂质，进行115℃，3~5min的干燥处理，然后对晶圆表面进行增粘处理，采用六甲基二硅胺烷旋涂1min，置于95℃烘盘上烘烤20~40s；
（3）旋转涂胶：将晶圆放置匀胶旋转台上吸住，滴管吸取光刻负胶滴满晶圆表面，启动程序，转速2500~4500r/min，旋转1分钟；
（4）软烘：置于115℃ 烘盘上烘烤1min；
（5）对准曝光：将清洗干净的光刻版置于光刻机上，将晶圆上与光刻板相对应的标记图对准后曝光5.0~6.0s；
（6）坚膜：将曝光后的晶圆置于115℃烘盘烘烤90s；
（7）显影：整个晶圆置于平底花篮中匀速旋转70~75s，用显影液溶解掉不需要的光刻负胶；
（8）检验：检查晶圆上的图形是否完整，显微镜测量腐蚀量undercut范围在3.5~6.5um之间，合格后安排金属镀膜；
（9）金属镀膜：将晶圆进行辉光1分钟后，清洗晶圆表面，立即送腔体镀膜，结束后用剥离液进行剥离，得到相应的金属薄膜，完成P型电极制备。
进一步的，E3502系列光刻负胶是由北京科华微电子材料有限公司生产。其中，E3502C(85cP)负胶中包括天然橡胶，树脂是聚异戊二烯，溶剂为二甲苯；感光剂对光能发生光化学反应，经过曝光后释放出氮气，产生的自由基在橡胶分子间形成交联，从而不溶于显影液。通过调节不同转速，胶厚可以在3.1~7um之间设置，满足不同胶厚的工艺（如图1所示）。天然橡胶作为光刻负胶中不同材料的粘合剂，给予光刻胶的机械与化学性质（粘附性，胶膜厚度、热稳定性等）。
进一步的，本发明所述的旋涂增粘剂HMDS六甲基二硅胺烷，使晶圆表面具有疏水性，增强基底表面与光刻负胶的粘附。
进一步的，本发明所述的软烘115℃ 1min，可以去除少部分溶剂，增强粘附性，释放胶膜内的应力。
进一步的，本发明所述的曝光5.5s，曝光灯随着工作时间的延长而逐渐下降，每天定期监控光强密度控制在7.9-8.1mw/cm2。光强太弱，则曝光不充分，显影后容易残留底膜，线条边缘不整齐，因此通过多次试验确定合适的曝光时间。
进一步的，本发明所述的显影70s，显影时间要适当，时间太长造成过显，线条变窄，边缘不齐整；时间太短，容易显不干净，残留底膜。
进一步的，本发明所述的金属镀膜前的辉光1分钟，保证显影后没有被光刻胶覆盖的区域表面干净。
本发明的有益效果：E3502具有高分辨率的剥离能力，具有更大的下切口，并且显影后undercut较大，很好控制在5.0~6.5um之间，用于金属沉积工艺，解决摇摆镀膜产生的金属卷边问题，匀胶使用4000r/min，只匀一次，胶厚约为35000A，曝光显影后均不会出现彩虹异常，金属镀膜后，也非常容易剥离，不会有残胶，无需泛曝光工艺更简单，满足高速激光器产品的需求。
附图说明
图1为使用E3502C(85cP)匀胶工艺涂布1次作业ID/金属光刻时转速与胶厚的关系；
图2为本发明的工艺流程图；
图3为本发明实施例1中使用E3502C(85cP)光刻胶显影后的附图；
图4为本发明实施例1中使用E3502光刻胶后的LIV测试良率。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法，先制备P型电极，然后制备P面合金，再减薄后进行N面金属镀膜，完成N型电极制备，然后切割解理成管芯，得到单颗芯片；其中P型电极的制备包括以下步骤：
（1）当晶圆完成脊型区域电流通道开窗口工艺后，即开始P型电极制备（欧姆接触制备）；
（2）前处理：确保晶圆上面去胶干净，清洗完表面杂质，进行115℃，3min的干燥处理。然后对晶圆表面进行增粘处理，采用HMDS六甲基二硅胺烷旋涂1min，置于95℃烘盘上烘烤20s；
（3）旋转涂胶：将晶圆放置匀胶旋转台上吸住，滴管吸取E3502光刻负胶滴满晶圆表面，启动程序，转速4000r/min，旋转1分钟；
（4）软烘：置于115℃ 烘盘上烘烤1min；
（5）对准曝光：将清洗干净的光刻版置于光刻机上，将晶圆上与光刻板相对应的标记图对准后曝光5.5s，曝光强度在7.9-8.1mw/cm2之间即可；
（6）坚膜：将曝光后的晶圆置于115℃烘盘烘烤90s；
（7）显影：整个晶圆置于平底花篮中匀速旋转70s，用显影液溶解掉不需要的光刻胶；
（8）检验：检查晶圆上的图形是否完整，显微镜测量undercut范围在5.0~6.5um之间，合格后即可安排金属镀膜；
（9）金属镀膜：将晶圆进行辉光1分钟后，清洗晶圆表面，立即送腔体镀膜，镀钛-铂-金这三种材料，通过电子束蒸发摇摆镀膜，结束后用剥离液进行剥离，得到相应的金属薄膜，完成P型电极制备。
对比例1
一种利用光刻正胶AZ5214制造半导体芯片的方法，包括以下步骤：
（1）当晶圆完成脊型区域电流通道开窗口工艺，即可开始P型电极制备（欧姆接触制备）；
（2）前处理：确保晶圆上面去胶干净，清洗完表面杂质，进行115℃，3min的干燥处理。然后对晶圆表面进行增粘处理，采用HMDS六甲基二硅胺烷旋涂1min，置于95℃烘盘上烘烤20s；
（3）旋转涂胶：将晶圆放置匀胶旋转台上吸住，滴管吸取AZ5214光刻正胶滴满晶圆表面，启动程序，转速2000r/min，旋涂1min，旋涂结束再匀一次胶再旋涂，一共旋涂2次；
（4）软烘：置于95℃ 烘盘上烘烤60s；
（5）对准曝光：将清洗干净的光刻版置于光刻机上，将晶圆上与光刻板相对应的标记图对准后曝光0.4s，曝光强度在7.9-8.1mw/cm2之间即可；
（6）PEB:置于115℃ 烘盘上烘烤60s；
（7）静置3min后泛曝光60s；
（8）显影：整个晶圆置于平底花篮中匀速旋转60s（3s转一圈），显影液溶解掉不需要的光刻胶；
（9）坚膜：将曝光后的晶圆置于115℃烘盘烘烤60s；
（10）检验：检查晶圆上的图形是否完整，显微镜测量undercut范围在2.5~4.5um之间，合格后即可安排金属镀膜；
（11）金属镀膜：将晶圆进行辉光1分钟后，清洗晶圆表面，立即送腔体镀膜，镀钛-铂-金这三种材料，通过电子束蒸发摇摆镀膜，结束后用剥离液进行剥离，得到相应的金属薄膜。这一道金属镀膜是完成P型电极制备，然后P面合金，再减薄后进行N面金属镀膜，完成N型电极制备，然后切割解理成管芯，得到单颗芯片。
测试数据
表1
表2
（1）测量5点胶厚均匀性，E3502C(85cP)条件优于AZ5214条件，如表1所示；
（2）测量E3502C(85cP)条件作业不同批间中心胶厚值，胶厚均值在35000A左右，如表2所示；
（3）金属镀膜后均能正常剥离，LIV测试良率正常，如图4所示；
（4）图3为本发明实施例1中使用E3502C(85cP)光刻胶显影后的附图，显影后undercut测量为3.83um，这是晶圆切开看侧面的胶厚以及显影的undercut，其中光刻胶厚为3.44um，显影后腐蚀量3.83um。
本发明中将ID/金属光刻改用E3502C(85cP)负胶条件可达到工艺优化（解决黑边残胶异常，彩虹异常）等目的，生产加工过程只匀一次胶，无需泛曝光，加工难度降低，undercut较大能满足高速激光器产品的需求，返工减少，提高生产效率，并且E3502C(85cP)负胶单价更低，节约购买成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法，其特征在于，先制备P型电极，然后制备P面合金，再减薄后进行N面金属镀膜，完成N型电极制备，然后切割解理成管芯，得到单颗芯片；其中P型电极的制备包括以下步骤：
（1）当晶圆完成脊型区域电流通道开窗口工艺后，即开始P型电极制备；
（2）前处理：确保晶圆上面去胶干净，清洗完表面杂质，进行115℃，3~5min的干燥处理，然后对晶圆表面进行增粘处理，采用六甲基二硅胺烷旋涂1min，置于95℃烘盘上烘烤20~40s；
（3）旋转涂胶：将晶圆放置匀胶旋转台上吸住，滴管吸取光刻负胶滴满晶圆表面，启动程序，转速2500~4500r/min，旋转1分钟；
（4）软烘：置于115℃ 烘盘上烘烤1min；
（5）对准曝光：将清洗干净的光刻版置于光刻机上，将晶圆上与光刻板相对应的标记图对准后曝光5.0~6.0s，曝光强度在7.9-8.1mw/cm2之间；
（6）坚膜：将曝光后的晶圆置于115℃烘盘烘烤90s；
（7）显影：整个晶圆置于平底花篮中匀速旋转70~75s，用显影液溶解掉不需要的光刻负胶；
（8）检验：检查晶圆上的图形是否完整，显微镜测量腐蚀量范围在3.5~6.5um之间，合格后安排金属镀膜；
（9）金属镀膜：将晶圆进行辉光1分钟后，清洗晶圆表面，立即送腔体镀膜，结束后用剥离液进行剥离，得到相应的金属薄膜，完成P型电极制备。
2.根据权利要求1所述的一种利用光刻负胶制造半导体芯片的方法，其特征在于，所述光刻负胶为E3502光刻负胶。
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