CN116190212A - 图形薄膜结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图形薄膜结构的制备方法，制备方法包括：1)提供一基底，在基底上形成具有沉积窗口的光刻胶图形，沉积窗口的顶部宽度小于沉积窗口的底部宽度；2)通过溅射工艺在光刻胶图形上及沉积窗口内的基底上沉积目标膜层，溅射工艺包括：a)通过溅射工艺在光刻胶图形上及沉积窗口内的基底上沉积目标膜层的部分厚度；b)对衬底进行降温处理；c)重复进行步骤a)和步骤b)，直至沉积所需厚度的目标膜层；3)剥离光刻胶图形以及位于光刻胶图形上的目标膜层，以获得位于基底上的图形薄膜结构。本发明可以避免由于温度上升过高而造成的光刻胶图形产生起泡及变性的现象。

Description

图形薄膜结构的制备方法

技术领域

本发明属于半导体设计和制造领域，特别是涉及一种图形薄膜结构的制备方法。

背景技术

剥离工艺(lift-off)是在MEMS制造或者半导体工艺中一种不需要刻蚀工序的图形转移工艺技术，其一般方法为在衬底上用光刻工艺获得图案化的光刻胶结构，利用镀膜工艺在掩膜上镀上目标涂层，再利用去胶液溶解光刻胶的方式获得与图案一致的目标图形结构。

通常我们使用蒸镀工艺沉积薄膜，其工艺比较成熟，沉积面积大，薄膜纯度高，但蒸镀工艺主要以生长金属为主，应用面较窄，且膜层易脱落，均一性较差，不能很好的满足剥离工艺(lift-off)工艺的需求。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图形薄膜结构的制备方法，用于解决现有技术中现有的剥离工艺中，金属层容易剥落，以及光刻胶容易起泡或变性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图形薄膜结构的制备方法，所述制备方法包括：1)提供一基底，在所述基底上形成具有沉积窗口的光刻胶图形，所述沉积窗口的顶部宽度小于所述沉积窗口的底部宽度；2)通过溅射工艺在所述光刻胶图形上及所述沉积窗口内的所述基底上沉积目标膜层，所述溅射工艺包括：a)通过溅射工艺在所述光刻胶图形上及所述沉积窗口内的所述基底上沉积所述目标膜层的部分厚度；b)对所述衬底进行降温处理；c)重复进行步骤a)和步骤b)，直至沉积所需厚度的目标膜层；3)剥离所述光刻胶图形以及位于所述光刻胶图形上的目标膜层，以获得位于所述基底上的图形薄膜结构。

可选地，步骤1)包括步骤：1-1)通过旋涂工艺于所述基底上形成负性光刻胶；1-2)对所述负性光刻胶进行曝光和显影，以形成沉积窗口，所述沉积窗口侧壁自所述光刻胶图形的顶面朝底面逐渐向远离所述沉积窗口中心的方向倾斜，形成具有倒角的光刻胶图形。

可选地，所述倒角的角度为65度～85度。

可选地，步骤1)包括步骤：1-1)通过旋涂工艺于所述基底上形成非感光材料层；1-2)通过旋涂工艺于所述非感光材料层上形成光刻胶层，所述非感光材料层与曝光后的所述光刻胶层可在同一显影溶液中被腐蚀去除；1-3)对所述光刻胶层进行曝光和显影，以形成曝光窗口，基于所述曝光窗口通过所述显影溶液继续腐蚀去除所述非感光材料层以形成空腔，并使得所述空腔的宽度大于所述曝光窗口的宽度。

可选地，所述空腔的宽度比所述曝光窗口的宽度大0.1微米～1微米。

可选地，所述光刻胶图形的厚度为5～7微米。

可选地，通过控制步骤a)沉积的所述目标膜层的部分厚度的大小，使所述光刻胶图形的温度始终低于其气泡或变性的温度。

可选地，步骤b)对所述衬底进行降温处理包括：关断溅射腔体的电源，并增加所述溅射腔体内的Ar或N2的浓度。

可选地，步骤b)对所述衬底进行降温处理，将所述衬底的温度降至溅射所述目标膜层所需的最低温度。

可选地，所述目标膜层包括Cu、Al、Ti、TiN、Pt、Au和绝缘介质中的一种或两种以上组成的复合层。

可选地，步骤2)所述目标膜层沉积完成后，所述目标膜层与所述沉积窗口的侧壁之间具有缝隙。

可选地，步骤3)采用湿法腐蚀溶液去除所述光刻胶图形，所述湿法腐蚀溶液还从所述缝隙与所述光刻胶图形接触以对所述光刻胶图形进行腐蚀。

如上所述，本发明的图形薄膜结构的制备方法，具有以下有益效果：

本发明采用分步沉积的方式溅射目标膜层，将一次性沉积的过程分为多步，先沉积目标膜层的部分厚度，然后关闭机台电源，增加溅射腔体内部Ar或者N₂等保护气体的浓度，使衬底表面降温冷却，再接续进行沉积步骤，以此循环直至获得所需厚度的目标膜层，这样晶圆在不需要退出溅射机台的情况下，就能形成所需目标厚度的目标膜层，从而避免由于温度上升过高而造成的光刻胶图形产生起泡及变性的现象。

本发明通过形成具有倒角的光刻胶图形，一方面，可以使得后续沉积的目标膜层与光刻胶图形的侧壁之间具有一定的间隙，在沉积或剥离过程中，光刻胶图形的侧壁不会对目标膜层造成影响，另一方面，在湿法腐蚀去除所述光刻胶图形的过程中，由于光刻胶图形的侧壁通过所述间隙完全暴露，腐蚀液可以通过所述间隙与光刻胶图形接触，从而更有利于光刻胶图形的去除，使得光刻胶图形更高效的被去除，且没有光刻胶残留。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1～图5显示为本发明实施例的图形薄膜结构的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。

元件标号说明

101 基底

102 光刻胶图形

103 沉积窗口

104 侧壁

105 部分厚度

106 目标膜层

107 间隙

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。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本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，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

通过对比，我们发现溅射镀膜工艺所形成的薄膜膜层致密性好、均一性高，其与衬底的粘附性也较高，能很好的满足剥离工艺(lift-off)的需求。由于沉积薄膜所需时间较长，溅射机台内部的能量聚集，使得机台腔体内部温度升高，光刻胶表层容易产生起泡(bubble)，光刻胶也容易变性导致剥离困难。因此我们若能解决镀膜过程中剥离工艺(lift-off)光刻胶的起泡(bubble)和变性问题，溅射工艺可能是剥离工艺中，制备金属一种更好的选择。

如图1～图5所示，本实施例提供一种图形薄膜结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

如图1～图2所示，首先进行步骤1)，提供一基底101，在所述基底101上形成具有沉积窗口103的光刻胶图形102，所述沉积窗口103的顶部宽度小于所述沉积窗口103的底部宽度。

所述基底101可以为硅衬底、锗衬底、锗硅衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底、绝缘体上锗硅衬底、三五族衬底、绝缘衬底(如蓝宝石、玻璃衬底、石英玻璃衬底等)，且并不限于上述所列举的示例。

在一个实施例中，步骤1)包括步骤：

1-1)通过旋涂工艺于所述基底101上形成负性光刻胶。

1-2)对所述负性光刻胶进行曝光和显影，以形成沉积窗口103，所述沉积窗口103侧壁104自所述光刻胶图形102的顶面朝底面逐渐向远离所述沉积窗口103中心的方向倾斜，形成具有倒角的光刻胶图形102。在一个实施例中，所述倒角的角度为65度～85度。

在一个实施例中，所述光刻胶图形102的厚度为5～7微米。例如，所述光刻胶图形102的厚度可以为6微米。

所述沉积窗口103的形状可以依据所需目标膜层106的形状进行调整，例如，所述沉积窗口103可以为矩形窗口、圆形窗口、三角形窗口、或其他多边形窗口等，所述沉积窗口103也可以为如矩阵排列，网状排列等，且并不限于上述所列举的示例。

所述沉积窗口103的顶部宽度小于所述沉积窗口103的底部宽度，一方面，可以使得后续沉积的目标膜层106与光刻胶图形102的侧壁104之间具有一定的间隙107，在沉积或剥离过程中，光刻胶图形102的侧壁104不会对目标膜层106造成影响，另一方面，在湿法腐蚀去除所述光刻胶图形102的过程中，由于光刻胶图形102的侧壁104通过所述间隙107完全暴露，腐蚀液可以通过所述间隙107与光刻胶图形102接触，从而更有利于光刻胶图形102的去除，使得光刻胶图形102更高效的被去除，且没有光刻胶残留。

如图3～图4所示，然后进行步骤2)，通过溅射工艺在所述光刻胶图形102上及所述沉积窗口103内的所述基底101上沉积目标膜层106，所述溅射工艺包括：

如图3所示进行步骤a)，通过溅射工艺在所述光刻胶图形102上及所述沉积窗口103内的所述基底101上沉积所述目标膜层的部分厚度105。

在一个实施例中，通过控制步骤a)沉积的所述目标膜层的部分厚度105的大小，使所述光刻胶图形102的温度始终低于其气泡或变性的温度。

然后进行步骤b)，对所述衬底进行降温处理。

在一个实施例中，步骤b)对所述衬底进行降温处理包括：关断溅射腔体的电源，并增加所述溅射腔体内的Ar或N₂的浓度。通过增加Ar或N₂的浓度，一方面可以加速所述溅射腔体的降温，另一方面，可以在降温过程中，进一步保护所述目标膜层106，避免目标膜层106的氧化等反应，提高目标膜层106的质量。

在一个实施例中，步骤b)对所述衬底进行降温处理，将所述衬底的温度降至溅射所述目标膜层106所需的最低温度。将将所述衬底的温度降至溅射所述目标膜层106所需的最低温度，可以增加每次沉积的目标膜层106的厚度，从而节省循环次数，降低工艺时间和成本。

本发明采用分步沉积的方式溅射目标膜层106，将一次性沉积的过程分为多步，先沉积目标膜层的部分厚度105，然后关闭机台电源，增加溅射腔体内部Ar或者N₂等保护气体的浓度，使衬底表面降温冷却，再接续进行沉积步骤，以此循环直至获得所需厚度的目标膜层106，这样晶圆在不需要退出溅射机台的情况下，就能形成所需目标厚度的目标膜层106，从而避免由于温度上升等造成的光刻胶图形102产生起泡及变性的现象。

如图4所示进行步骤c)，重复进行步骤a)和步骤b)，直至沉积所需厚度的目标膜层106。

在一个实施例中，步骤2)所述目标膜层106沉积完成后，所述目标膜层106与所述沉积窗口103的侧壁104之间具有缝隙。

在一个实施例中，所述目标膜层106包括Cu、Al、Ti、TiN、Pt、Au和绝缘介质中的一种或两种以上组成的复合层。

如图5所示，最后进行步骤3)，剥离所述光刻胶图形102以及位于所述光刻胶图形102上的目标膜层106，以获得位于所述基底101上的图形薄膜结构。

在一个实施例中，步骤3)采用湿法腐蚀溶液去除所述光刻胶图形102，所述湿法腐蚀溶液还从所述缝隙与所述光刻胶图形102接触以对所述光刻胶图形102进行腐蚀。由于目标膜层106与光刻胶图形102的侧壁104之间具有一定的间隙107，在剥离过程中，光刻胶图形102的侧壁104不会对目标膜层106造成影响，另一方面，在湿法腐蚀去除所述光刻胶图形102的过程中，由于光刻胶图形102的侧壁104通过所述间隙107完全暴露，腐蚀液可以通过所述间隙107与光刻胶图形102接触，从而更有利于光刻胶图形102的去除，使得光刻胶图形102更高效的被去除，且没有光刻胶残留。

实施例2

如图1～图5所示，本实施例提供一种图形薄膜结构的制备方法，其基本步骤如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于：步骤1)包括步骤：

1-1)通过旋涂工艺于所述基底101上形成非感光材料层。

1-2)通过旋涂工艺于所述非感光材料层上形成光刻胶层，所述非感光材料层与曝光后的所述光刻胶层可在同一显影溶液中被腐蚀去除。

1-3)对所述光刻胶层进行曝光和显影，以形成曝光窗口，基于所述曝光窗口通过所述显影溶液继续腐蚀去除所述非感光材料层以形成空腔，并使得所述空腔的宽度大于所述曝光窗口的宽度。

在本实施例中，所述空腔的宽度比所述曝光窗口的宽度大0.1微米～1微米。

本发明通过非感光材料层与光刻胶的组合，可以更有效的控制所述空腔的宽度与所述曝光窗口的宽度，进一步提高目标膜层106的质量和光刻胶图形102的去除效率。

如上所述，本发明的图形薄膜结构的制备方法，具有以下有益效果：

本发明采用分步沉积的方式溅射目标膜层106，将一次性沉积的过程分为多步，先沉积目标膜层的部分厚度105，然后关闭机台电源，增加溅射腔体内部Ar或者N₂等保护气体的浓度，使衬底表面降温冷却，再接续进行沉积步骤，以此循环直至获得所需厚度的目标膜层106，这样晶圆在不需要退出溅射机台的情况下，就能形成所需目标厚度的目标膜层106，从而避免由于温度上升过高而造成的光刻胶图形产生起泡及变性的现象。

本发明通过形成具有倒角的光刻胶图形102，一方面，可以使得后续沉积的目标膜层106与光刻胶图形102的侧壁104之间具有一定的间隙107，在沉积或剥离过程中，光刻胶图形102的侧壁104不会对目标膜层106造成影响，另一方面，在湿法腐蚀去除所述光刻胶图形102的过程中，由于光刻胶图形102的侧壁104通过所述间隙107完全暴露，腐蚀液可以通过所述间隙107与光刻胶图形102接触，从而更有利于光刻胶图形102的去除，使得光刻胶图形102更高效的被去除，且没有光刻胶残留。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种图形薄膜结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1)提供一基底，在所述基底上形成具有沉积窗口的光刻胶图形，所述沉积窗口的顶部宽度小于所述沉积窗口的底部宽度；

2)通过溅射工艺在所述光刻胶图形上及所述沉积窗口内的所述基底上沉积目标膜层，所述溅射工艺包括：a)通过溅射工艺在所述光刻胶图形上及所述沉积窗口内的所述基底上沉积所述目标膜层的部分厚度；b)对所述衬底进行降温处理；c)重复进行步骤a)和步骤b)，直至沉积所需厚度的目标膜层；

3)剥离所述光刻胶图形以及位于所述光刻胶图形上的目标膜层，以获得位于所述基底上的图形薄膜结构。

2.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：步骤1)包括步骤：

1-1)通过旋涂工艺于所述基底上形成负性光刻胶；

1-2)对所述负性光刻胶进行曝光和显影，以形成沉积窗口，所述沉积窗口侧壁自所述光刻胶图形的顶面朝底面逐渐向远离所述沉积窗口中心的方向倾斜，形成具有倒角的光刻胶图形。

3.根据权利要求2所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：所述倒角的角度为65度～85度。

4.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：步骤1)包括步骤：

1-1)通过旋涂工艺于所述基底上形成非感光材料层；

1-2)通过旋涂工艺于所述非感光材料层上形成光刻胶层，所述非感光材料层与曝光后的所述光刻胶层可在同一显影溶液中被腐蚀去除；

1-3)对所述光刻胶层进行曝光和显影，以形成曝光窗口，基于所述曝光窗口通过所述显影溶液继续腐蚀去除所述非感光材料层以形成空腔，并使得所述空腔的宽度大于所述曝光窗口的宽度。

5.根据权利要求4所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：所述空腔的宽度比所述曝光窗口的宽度大0.1微米～1微米。

6.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：所述光刻胶图形的厚度为5～7微米。

7.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：通过控制步骤a)沉积的所述目标膜层的部分厚度的大小，使所述光刻胶图形的温度始终低于其气泡或变性的温度。

8.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：步骤b)对所述衬底进行降温处理包括：关断溅射腔体的电源，并增加所述溅射腔体内的Ar或N₂的浓度。

9.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：步骤b)对所述衬底进行降温处理，将所述衬底的温度降至溅射所述目标膜层所需的最低温度。

10.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：所述目标膜层包括Cu、Al、Ti、TiN、Pt、Au和绝缘介质中的一种或两种以上组成的复合层。

11.根据权利要求1所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：步骤2)所述目标膜层沉积完成后，所述目标膜层与所述沉积窗口的侧壁之间具有缝隙。

12.根据权利要求11所述的图形薄膜结构的制备方法，其特征在于：步骤3)采用湿法腐蚀溶液去除所述光刻胶图形，所述湿法腐蚀溶液还从所述缝隙与所述光刻胶图形接触以对所述光刻胶图形进行腐蚀。

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