TW201704505A - 利用光刻膠沉積金屬構形的方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種利用光刻膠沉積金屬構形的方法，包括：在基材的表面塗布光刻膠的步驟；將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟，顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角在80和100之間；將金屬沉積到經顯影處理後的光刻膠圖形表面，在光刻膠開口的地方金屬則落到基材表面的步驟；將上述光刻膠表面上的金屬去除的步驟；以及把光刻膠去除的步驟。以克服金屬電極或金屬導線的底部寬度遠遠大於頂部寬度的問題。

Description

利用光刻膠沉積金屬構形的方法

本發明涉及半導體領域，具體地，涉及一種利用光刻膠沉積金屬構形的方法。

目前，金屬構形在微電子、微光子或微機械裝置中非常重要，比如金屬電極或導線。製造金屬構形的工藝有多種，利用倒梯形負性光刻膠的剝離工藝就是其中的一種，英文叫做Lift Off。

在現有剝離工藝中，金屬構形的製作流程是：(1)在基材表面上塗布負性光刻膠，然後通過烘烤、曝光、烘烤和顯影等步驟做出需要佈線的溝槽或其他形狀的圖形。在該步驟中要求光刻膠圖形中的光刻膠一定呈倒梯狀，如圖1所示，倒角一般在70和80之間。(2)採取蒸鍍、濺射、化學氣相沉積或其他方法把金屬沉積到光刻膠圖形表面，在光刻膠開口的地方金屬則落到基材表面。(3)用合適的試劑浸泡，把光刻膠從基材表面剝離，光刻膠表面上的金屬一起被剝離，落在基材表面上的金屬便形成金屬構形。

在現有剝離工藝的第(1)步之後，有時需要用腐蝕液在光刻膠開口的區域把一層薄膜去掉，例如用BOE(Buffered Oxide Etch)把二氧化矽(SiO2) 薄層腐蝕掉。在這一步腐蝕過程中，很容易發生側腐，即腐蝕液從光刻膠和基材表面的粘結處滲入到光刻膠圖形之下。這一側腐現象跟光刻膠圖形的倒梯狀有關聯，因為光刻膠在跟基材表面接觸的部分沒有充分固化。

在現有剝離工藝的第(3)步之前，有時需要用膠帶或其他方法把光刻膠表面上的貴重金屬粘離回收，同時使光刻膠暴露而有利於第(3)步的剝離過程。

現有剝離工藝的核心就是，光刻膠的圖形必須呈倒梯狀(見圖1)。倒梯形狀的第一個目的，是為了在剝離的時侯試劑可以接觸到光刻膠圖形的側面，特別是光刻膠跟基材表面接觸的部位，從而使光刻膠脫離基材表面。在這個剝離過程中，光刻膠不一定要能溶解於剝離試劑，被剝離即可。倒梯圖形的第二個目的，是使落到基材表面上的金屬跟光刻膠圖形表面上的金屬斷開。必須指出，跟垂直圖形的光刻膠相比，倒梯圖形不僅增加光刻膠配方調製的難度，而且會降低光刻膠其他方面的性能，例如交聯度和解析度。

倒梯狀圖形是負性光刻膠的特徵，所以，正性光刻膠不適合採用倒梯形光刻膠的剝離工藝。

光刻膠的倒梯形狀有時是通過兩層膠實現的。例如，在基材表面先塗一層不具光敏性的薄膜，即溶解於顯影液的時候表現出各向同性，通常稱作LOR(Lift Off Resist)。然後塗一層一般的光刻膠，曝光顯影後便出現如圖2所示意的圖形。其他沉積金屬和剝離等步驟跟上述工藝相同。

在現有剝離工藝中，光刻膠的厚度必須大於金屬構形的厚度，一般情況下，光刻膠的厚度是金屬電極或佈線厚度的2至3倍。舉例說明，如果蒸 鍍、濺射或化學氣相沉積金屬厚度要達到1.2微米，光刻膠圖形的厚度是在2.4微米到3.6微米之間。否則，落到基材表面上的金屬跟光刻膠圖形表面上的金屬就會發生粘連。粘連後會造成金屬殘留並增加剝離難度。

在現有剝離工藝中，由於光刻膠的厚度遠大於金屬構形的厚度，金屬很容易附著在光刻膠圖形的側壁上，去膠後產生金屬殘留。如圖3所示，是按傳統剝離工藝製作的金電極，邊緣上的金殘留非常明顯。

在現有剝離工藝中，經常會遇到三個問題。第一，因為倒梯形的緣故，在蒸鍍、濺射或化學氣相沉積金屬前的腐蝕過程中容易出現側腐蝕現象。第二，光刻膠的倒梯形狀會導致金屬電極或金屬導線的底部寬度遠遠大於頂部寬度，如圖4所示，按現有剝離工藝製作的金線底部明顯比頂部寬。第三，容易產生金屬殘留(見圖3)。

本發明的目的在於，針對上述問題，提出一種利用光刻膠沉積金屬構形的方法，以克服金屬電極或金屬導線的底部寬度遠遠大於頂部寬度的問題。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種利用光刻膠沉積金屬構形的方法，包括：在基材的表面塗布光刻膠的步驟；將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟，顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角在80和100之間；將金屬沉積到經顯影處理後的光刻膠圖形表面，在光刻膠開口的地方 金屬則落到基材表面的步驟；將上述光刻膠表面上的金屬去除的步驟；以及把光刻膠去除的步驟。

優選的，將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟後，還包括，腐蝕經顯影處理後光刻膠開口處基材表面薄層的步驟。

優選的，所述顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角在85和95之間。

優選的，所述顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角為90。

優選的，經顯影處理後的光刻膠圖形，光刻膠的厚度在沉積的金屬厚度上下浮動40%範圍內。

優選的，所述光刻膠的厚度等於或小於沉積的金屬厚度。

優選的，將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟中，曝光光源為可見光、436納米波長光、360納米波長光、248納米波長光或193納米波長光的一種或多種混合，曝光方式採用投影式、接觸式或接近式，顯影液採用鹼性溶液或者有機溶劑。

優選的，金屬沉積的方法，包括但不限於蒸鍍、濺射和化學氣相沉積。

優選的，把光刻膠去除具體為試劑浸泡把光刻膠溶解去除；或/和用試劑浸泡把光刻膠溶解去除時，採取加熱或超聲震盪的輔助方法。

優選的，在試劑浸泡前將光刻膠表面上的金屬去除採用膠帶粘離的方法；或/和按照粘離到試劑浸泡到粘離的步驟重複進行。

本發明的技術方案具有以下有益效果：本發明的技術方案，將光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角限定在80和100之間，使得光刻膠圖形的側壁與基材表面幾乎垂直，從而使得金屬構形的金屬電極或金屬導線的底部寬度與頂部寬度大約相同，如圖7所示。而對光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角進一步限定為85和95之間，以及90，使得得到更優的金屬電極或金屬導線。同時光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角限定在80和100之間，當需要腐蝕經顯影處理後光刻膠開口處基材表面薄層時，避免了側腐蝕現象。將光刻膠的厚度限定在沉積的金屬厚度上下浮動40%範圍內，可以避免金屬電極或金屬導線邊緣上的金殘留現象，尤其是光刻膠的厚度等於或小於沉積的金屬厚度時，得到的金屬電極或金屬導線邊緣更光滑，並且增加各個步驟的工藝寬容度。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

1‧‧‧光刻膠

2‧‧‧基材

3‧‧‧LOR

4‧‧‧金電極

5‧‧‧金殘留

6‧‧‧金線

7‧‧‧金屬

圖1為現有剝離工藝中光刻膠倒梯形狀的截面示意圖；圖2為現有剝離工藝中由LOR形成的圖形截面示意圖；圖3為現有剝離工藝製作的金電極在電子顯微鏡下的示意圖；圖4為現有剝離工藝製作的金線在電子顯微鏡下的示意圖；圖5a 為本發明剝離工藝中光刻膠圖形的截面示意圖；圖5b 為本發明剝離工藝中沉積金屬後的截面示意圖；圖5c 為本發明剝離工藝中表面金屬被粘離後的截面示意圖；圖5d 為本發明剝離工藝中光刻膠剝離後金線的截面示意圖； 圖6a 為本發明光刻膠厚度大於金屬構形厚度的示意圖；圖6b 為本發明光刻膠厚度等於金屬構形厚度的示意圖；圖6c 為本發明光刻膠厚度小於金屬構形厚度的示意圖；圖7 為本發明剝離工藝製作的金線在電子顯微鏡下的示意圖；圖8a 為本發明實施例二中負性光刻膠圖形在電子顯微鏡下的示意圖；圖8b 為本發明實施例二中蒸鍍金之後在電子顯微鏡下的示意圖；圖8c 為本發明實施例二中表面金膜被粘離之後在電子顯微鏡下的示意圖；圖8d 為本發明實施例二中光刻膠被剝離後在電子顯微鏡下的示意圖；圖9a 為本發明實施例三中負性光刻膠圖形在電子顯微鏡下的示意圖；圖9b 本發明實施例三中蒸鍍金之後在電子顯微鏡下的示意圖；圖9c 為本發明實施例三中表面金膜被粘離之後的電子顯微鏡圖片；圖9d 為本發明實施例三中光刻膠被剝離後在電子顯微鏡下的示意圖；圖10a 為本發明實施例四中負性光刻膠圖形在電子顯微鏡下的示意圖；圖10b 為本發明實施例四中蒸鍍金之後在電子顯微鏡下的示意圖；圖10c 為本發明實施例四中表面金膜被粘離之後在電子顯微鏡下的示意圖；圖10d 為本發明實施例四中光刻膠被剝離後在電子顯微鏡下的示意圖；圖11a 本發明實施例五中正性光刻膠圖形在電子顯微鏡下的示意圖；圖11b 為本發明實施例五中蒸鍍金之後在電子顯微鏡下的示意圖；圖11c為本發明實施例五中表面金膜被粘離之後在電子顯微鏡下的示意 圖；圖11d為本發明實施例五中光刻膠被剝離後在電子顯微鏡下的示意圖。

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例一：

一種利用光刻膠沉積金屬構形的方法，包括：在基材的表面塗布光刻膠的步驟；將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟，顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角在80和100之間；將金屬沉積到經顯影處理後的光刻膠圖形表面，在光刻膠開口的地方金屬則落到基材表面的步驟；將上述光刻膠表面上的金屬去除的步驟；把光刻膠去除的步驟。

優選的，將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟後，還包括，腐蝕經顯影處理後光刻膠開口處基材表面薄層的步驟。

優選的，顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角在85和95之間。更優的夾角為90。顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角可為80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100 。

優選的，經顯影處理後的光刻膠圖形，光刻膠的厚度在沉積的金屬厚度上下浮動40%範圍內。最好光刻膠的厚度等於或小於沉積的金屬厚度。

優選的，將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟中，曝光光源為可見光、436納米波長光、360納米波長光、248納米波長光或193納米波長光的一種或多種混合，曝光方式採用投影式、接觸式或接近式，顯影液採用鹼性溶液或者有機溶劑。

金屬沉積的方法，包括但不限於蒸鍍、濺射和化學氣相沉積。把光刻膠去除具體為試劑浸泡把光刻膠溶解去除。在用試劑浸泡把光刻膠溶解去除時，可採取加熱或超聲震盪等輔助方法。

在試劑浸泡前將光刻膠表面上的金屬去除採用膠帶粘離的方法。並可按照粘離到試劑浸泡到粘離重複進行。即用膠帶粘離的光刻膠表面上的金屬的步驟和用試劑浸泡把光刻膠溶解去除的步驟可交替多次進行。

本發明的一種具體工藝流程為：(1)在基材表面上通過塗布可溶性光刻膠，然後通過烘烤、曝光、烘烤和顯影等步驟做出需要的圖形，這些圖形對應電極或導線的形狀。如圖5a所示，這是對應於導線形狀的光刻膠圖形的截面示意圖，圖形側面與基材表面的夾角在80和100之間即可，85和95之間更好，90最好。(2)採取蒸鍍、濺射、化學氣相沉積或其他方法把金屬沉積到光刻膠圖形表面，在光刻膠開口的地方金屬則落到基材表面，如圖5b所示。(3)用膠帶把覆蓋在光刻膠圖形表面上的金屬粘離，或用任何其他方法把覆蓋在光刻膠圖形表面上的金屬去除，如圖5c所示。(4)用合適的試劑浸泡，把光刻膠從基材表面溶解去除，落在基材表面上的金 屬形成金屬構形，如圖5d所示。

上述第(1)步中，光刻膠的厚度在金屬構形厚度上下浮動40%的範圍內，最好是跟金屬構形的厚度相同或小於金屬構形的厚度。舉例說明，如果要製作金屬電極或導線的厚度是1.5微米，光刻膠的厚度應該在0.9微米和2.1微米之間，最好是在0.9微米和1.5微米之間。光刻膠厚度大於金屬構形厚度的時候容易造成金屬殘留。光刻膠厚度分別大於、等於和小於金屬構形厚度的情形分別如圖6a、6b和6c所示。

本發明技術方案中的光刻膠圖形無需倒梯形狀，甚至可以採用一定程度的正梯圖形。因此，正性光刻膠完全適用本發明，即負性光刻膠和正性光刻膠均適用。而現有剝離工藝要求光刻膠圖形必須呈倒梯狀如圖1，或光刻膠疊加LOR的形狀如圖2。

第(1)步中的烘烤、曝光和顯影步驟需要按光刻膠要求的條件進行。

第(3)步中使用的膠帶，是指一面具有粘性的薄膜。第(3)步可以重複進行，或以“粘離->試劑浸泡->粘離”的方式進行，直至光刻膠圖形表面上的金屬完全去除。

第(4)步中，由於光刻膠是可溶性的，剝離試劑從裸露的表面開始逐步把光刻膠溶解去除。在這一步操作過程中，可以採取升高溫度或使用超聲震盪等方法促進剝離速度和剝離完全度。有圖4和圖7可以明顯看出金屬電極或金屬導線的底部寬度與頂部寬度的變化。即採用本發明技術方案後金屬電極或金屬導線的底部寬度與頂部寬度相同。

下文給出幾個具體的實施例對本發明的技術方案進行說明：

實施例二：

將已經圖形化並外延氮化鎵的2英寸藍寶石圓片，手工置於旋轉勻膠機內，滴加大約2毫升可溶性負性光刻膠，啟動勻膠機，每分鐘3000轉，持續60秒後。使用熱板在110攝氏度條件下烘烤60秒，然後降到室溫。光刻膠膜厚度用Dektak XT臺階儀測量為2.35微米。用接近式(美國SUSS曝光機MA-100E)曝光機在10微米間隙下曝光，曝光光源採用高壓汞燈混合波長光源。掩範本為帶finger的LED電極圖形。然後使用熱板在110攝氏度下烘烤60秒，然後降到室溫。浸泡在2.38%四甲級氫氧化銨顯影液中顯影60秒，去離子水沖洗。如圖8a所示，是所得到光刻膠圖形的截面電子顯微鏡圖片，槽溝寬5.0微米，光刻膠圖形的側壁垂直於基材表面。室溫下用BOE(Buffer Oxide Etcher)腐蝕40秒。在ei-5z高真空蒸發鍍膜設備(日本ULVAC)中蒸鍍金屬金5小時。圖8b所示是蒸鍍金屬金之後的截面電子顯微鏡圖片。隨後用藍色膠帶(日本日東藍膜)粘離光刻膠圖形表面上的鍍金。圖8c是光刻膠表面上的鍍金被粘離後的截面電子顯微鏡圖片。最後在85攝氏度的NMP溶液浸泡10-30分鐘，光刻膠被溶解去除。圖8d是光刻膠被去除後的截面電子顯微鏡圖片。本實施例中負性光刻膠厚度大於金屬構形厚度。

實施例三：

將已經圖形化並外延氮化鎵的2英寸藍寶石圓片，手工置於旋轉勻膠機內，滴加大約2毫升可溶性負性光刻膠啟動勻膠機，每分鐘4000轉，持續60秒使用熱板在110攝氏度條件下烘烤60秒，然後降到室溫。光刻膠膜厚度用Dektak XT臺階儀測量為1.50微米。採用實施例二的工藝進行曝光、烘烤和顯影處理。圖9a是所得到光刻膠圖形的截面電子顯微鏡圖片，槽溝寬5.0微米，光刻膠圖形的側壁垂直於基材表面。室溫下用BOE(Buffer Oxide Etcher)腐 蝕40秒。在ei-5z高真空蒸發鍍膜設備(日本ULVAC)中蒸鍍金屬金5小時。圖9b是蒸鍍金屬金之後的截面電子顯微鏡圖片。隨後用藍色膠帶(日本日東藍膜)粘離光刻膠圖形表面上的鍍金。圖9c是光刻膠表面上的鍍金被粘離後的截面電子顯微鏡圖片。最後在85攝氏度的NMP溶液浸泡10-30分鐘，光刻膠被溶解去除。圖9d是光刻膠被去除後的截面電子顯微鏡圖片。本實施例中負性光刻膠厚度等於金屬構形厚度。

實施例四：

將已經圖形化並外延氮化鎵的2英寸藍寶石圓片，手工置於旋轉勻膠機內，滴加大約2毫升可溶性負性光刻膠，啟動勻膠機，每分鐘4500轉，持續60秒。使用熱板在110攝氏度下烘烤60秒，然後降到室溫。光刻膠膜厚度用Dektak XT臺階儀測量為1.20微米。採用實施例二的工藝進行曝光、烘烤和顯影處理。圖10a是所得到光刻膠圖形的截面電子顯微鏡圖片，槽溝寬5.0微米，光刻膠圖形的側壁垂直於基材表面。室溫下用BOE(Buffer Oxide Etcher)腐蝕40秒。在ei-5z高真空蒸發鍍膜設備(日本ULVAC)中蒸鍍金屬金5小時。圖10b是蒸鍍金屬金之後的截面電子顯微鏡圖片。隨後用藍色膠帶(日本日東藍膜)粘離光刻膠圖形表面上的鍍金。圖10c是光刻膠表面上的鍍金被粘離後的截面電子顯微鏡圖片。最後在85攝氏度的NMP溶液浸泡10-30分鐘，光刻膠被溶解去除。圖10d是光刻膠被去除後的截面電子顯微鏡圖片。本實施例中負性光刻膠厚度小於金屬構形厚度。

實施例五：

將已經圖形化並外延氮化鎵的2英寸藍寶石圓片，手工置於旋轉勻膠機內，滴加大約2毫升可溶性正性光刻膠啟動勻膠機，每分鐘4000轉，持續60 秒。使用熱板在110攝氏度條件下烘烤60秒，然後降到室溫。光刻膠膜厚度用Dektak XT臺階儀測量為1.23微米。採用實施例二的工藝進行曝光、烘烤和顯影處理，唯一不同的本實施例曝光中採用正性掩模版。圖11a是所得到光刻膠圖形的截面電子顯微鏡圖片，槽溝寬5.0微米，光刻膠圖形的側壁垂直於基材表面。室溫下用BOE(Buffer Oxide Etcher)腐蝕40秒。在ei-5z高真空蒸發鍍膜設備(日本ULVAC)中蒸鍍金屬金5小時。圖11b是蒸鍍金屬金之後的截面電子顯微鏡圖片。隨後用藍色膠帶(日本日東藍膜)粘離光刻膠圖形表面上的鍍金。圖11c是光刻膠表面上的鍍金被粘離後的截面電子顯微鏡圖片。最後在85攝氏度的NMP溶液浸泡10-30分鐘，光刻膠被溶解去除。圖11d是光刻膠被去除後的截面電子顯微鏡圖片。本實施例中使用的光刻膠是正性光刻，並且光刻膠膠厚度小於金屬構形厚度。

最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

1‧‧‧光刻膠

2‧‧‧基材

3‧‧‧LOR

4‧‧‧金電極

5‧‧‧金殘留

6‧‧‧金線

7‧‧‧金屬

Claims (10)

1. 一種利用光刻膠沉積金屬構形的方法，其特徵在於，包括：在基材的表面塗布光刻膠的步驟；將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟，顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角在80和100之間；將金屬沉積到經顯影處理後的光刻膠圖形表面，在光刻膠開口的地方金屬則落到基材表面的步驟；將上述光刻膠表面上的金屬去除的步驟；以及把光刻膠去除的步驟。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟後，還包括，腐蝕經顯影處理後光刻膠開口處基材表面薄層的步驟。
3. 根據根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，所述顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角也可在85和95之間。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，所述顯影後得到的光刻膠圖形的側壁與基材表面的夾角也可為90。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，經顯影處理後的光刻膠圖形，光刻膠的厚度在沉積的金屬厚度上下浮動40%範圍內。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，所述 光刻膠的厚度等於或小於沉積的金屬厚度。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，將上述塗布完光刻膠的基材依次經烘烤、曝光、烘烤和顯影處理的步驟中，曝光光源為可見光、436納米波長光、360納米波長光、248納米波長光或193納米波長光的一種或多種混合，曝光方式採用投影式、接觸式或接近式，顯影液採用鹼性溶液或者有機溶劑。
8. 根根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，其金屬沉積的方法，包括但不限於蒸鍍、濺射和化學氣相沉積。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，該方把還可加入把光刻膠去除具體為試劑浸泡把光刻膠溶解去除，或/和用試劑浸泡把光刻膠溶解去除時，採取加熱或超聲震盪的輔助方法。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之利用光刻膠沉積金屬構形的方法，其特徵在於，在試劑浸泡前將光刻膠表面上的金屬去除採用膠帶粘離的方法或/和按照粘離到試劑浸泡到粘離的步驟重複進行。