專利名稱：一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗腐蝕金屬掩膜制備方法，特別是一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的 金屬掩膜制備方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)常采用晶體材料基片來加工各種微結(jié)構(gòu)器件，其加工工藝流程主要 包括基片清洗、薄膜沉積、光刻、腐蝕等。清洗主要是去除基片表面的各種雜質(zhì)；薄膜 沉積是在基片表面采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)等方式沉積金屬薄膜，其作用是抵抗腐蝕 液的腐蝕和制作電極、引線；光刻是將結(jié)構(gòu)圖形和電極圖形轉(zhuǎn)移到基片上；腐蝕是整個 工藝過程中的重要環(huán)節(jié)，直接影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和器件性能，通常采用氫氟酸(HF)類腐蝕液 對基片進(jìn)行化學(xué)腐蝕加工，不被腐蝕部分采用抗腐蝕金屬掩膜進(jìn)行保護(hù)?？垢g金屬掩膜制備是化學(xué)腐蝕工序的基礎(chǔ)和難點。掩膜制備有兩個基本要 求第一，膜層附著力強(qiáng)、應(yīng)力小，以防止膜層與基底界面處的邊緣被破壞或者膜層大 面積失效(如飄起、脫皮、龜裂)；第二，膜層的結(jié)構(gòu)致密，雜質(zhì)少，以防止腐蝕液透過 膜層空隙及雜質(zhì)到達(dá)基片表面對其進(jìn)行腐蝕形成鉆蝕孔及損傷膜層，從而影響器件的表 面結(jié)構(gòu)質(zhì)量及膜層的電學(xué)性能。影響基片金屬膜抗腐蝕性能的因素主要有基片的表面質(zhì)量及清洗處理、掩膜的 沉積方法、掩膜制備的工藝參數(shù)(基片溫度、蒸發(fā)速率、真空度)等?；蛇x用如石 英玻璃或晶體、堿石灰玻璃、7740玻璃等。現(xiàn)有抗腐蝕掩膜制備的基本步驟為清洗和鍍 膜，以7740玻璃基底為例，先進(jìn)行基片的清洗，將雙面拋光的玻璃片浸入120°C的濃硫 酸中，加入適量的雙氧水清洗lOmin，以去除表面的有機(jī)物及顆粒等，然后用去離子水沖 洗、甩干；將基片放入鍍膜機(jī)中雙面磁控濺射TiW/Au?，F(xiàn)有抗腐蝕掩膜加工存在兩個明顯不足一是在腐蝕液中浸泡后掩膜表面存在 鉆蝕孔，這是由薄膜的表面缺陷和環(huán)境顆粒污染造成的。鍍膜前基片清洗過程顆粒的殘 留及鍍膜過程中顆粒的二次污染，顆粒在基片表面的數(shù)量和大小，決定了掩膜表面缺陷 的數(shù)量和大小。為了保證掩膜的抗腐蝕性，必須盡量減少掩膜表面缺陷的數(shù)量和大小并 嚴(yán)格控制環(huán)境顆粒污染；二是化學(xué)腐蝕后掩膜表面出現(xiàn)局部翹曲、起皮等典型缺陷。這 主要是由膜層的內(nèi)應(yīng)力和附著力造成的，如基片加工殘余應(yīng)力、基片與膜層、兩膜層之 間的附著力，膜層殘余應(yīng)力、沉積中材料熱膨脹系數(shù)不同和溫度變化造成的熱應(yīng)力等。 改善基片質(zhì)量，提高兩層薄膜之間、薄膜和基片之間的附著力，降低膜層的殘余應(yīng)力， 減少表面膜層缺陷是提高抗蝕性的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有掩膜腐蝕后存在的鉆蝕孔、局部翹曲、起皮缺陷等問 題，提出一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，包括如下步驟清洗步驟；鍍膜步驟；其中所述鍍膜步驟中所鍍膜為多層膜結(jié)構(gòu)。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中所述清洗步 驟包括兆聲清洗的步驟。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中所述清洗步 驟還包括采用氫氟酸雙氧水混合液或硫酸雙氧水混合液對待鍍膜基片腐蝕浸泡的步驟。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中所述腐蝕浸 泡在60 120°C條件下進(jìn)行，腐蝕浸泡時間為5 10分鐘，所述兆聲清洗時間為5 15min。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中所述鍍膜步 驟具體包括對待鍍膜基片表面進(jìn)行離子轟擊的步驟；采用磁控濺射方式對待鍍膜基片鍍膜的步驟，鍍膜條件為溫度100 220°C、 濺射氣壓0.3 0.8Pa、濺射功率1.9 2.5Kw。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中所述鍍膜步 驟中的離子轟擊為Ar離子轟擊，時間為5 lOmin，離子轟擊功率70 90w。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中在所述鍍膜 步驟后，還包括退火步驟，所述退火步驟在真空退火爐內(nèi)進(jìn)行。如上所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其中所述鍍膜步 驟中多層膜的材料為多層Cr/Cu金屬掩膜，多層Cr/Pt金屬掩膜或多層Cr/Au金屬掩膜。本發(fā)明的有益效果是1)通過采取多層膜方式，減少由于微小顆粒及膜層缺陷引起的針孔鉆蝕?，F(xiàn) 有技術(shù)中由于基片清潔后殘留及外界環(huán)境引起的基片表面微小塵埃顆粒，膜層沉積過程 中，靶材的純度、工藝氣體的純度、腔體的潔凈度有限引起的顆粒二次污染，經(jīng)過腐蝕 液浸泡后不可避免地存在針孔鉆蝕；膜層加厚和多次沉積在晶片表面同一位置出現(xiàn)顆粒 和缺陷的概率很小，可以減少由于微小顆粒及膜層缺陷引起的針孔鉆蝕。2)通過在清洗過程中加入兆聲清洗步驟，可以去除亞微米顆粒。3)通過在晶片清洗中，采用HF酸或硫酸對晶片進(jìn)行適量腐蝕，增加表面微觀粗 糙度的同時，也可以去掉表面加工變質(zhì)層以及普通清洗難以去除的顆粒污染，加強(qiáng)掩膜 與晶片的機(jī)械鎖合作用，即提高掩膜的附著力。4)通過使用Ar離子轟擊清洗晶片表面，可以去除晶片表面殘余的污染物以增加 附著力，提高膜層抗腐蝕能力，增加離子轟擊功率可以使晶片表面污染去除更徹底，但 功率過大可使鍍膜機(jī)真空室壁、工件盤等表面的污染物被濺射出來，晶片表面沉積一層 很薄的淺藍(lán)色膜，影響膜的附著力，轟擊功率70 90w較合適。5)通過優(yōu)化基片烘烤溫度提高附著力。鍍膜時烘烤溫度低，附著力不夠強(qiáng)，易 導(dǎo)致側(cè)向鉆蝕，溫度高附著力強(qiáng)，但熱應(yīng)力大，易導(dǎo)致膜層局部起皮。
6)通過選用與基底熱膨脹系數(shù)相同或接近的膜層材料(如Cr等)，并且優(yōu)化基 片加熱溫度，進(jìn)一步減少熱應(yīng)力。7)通過優(yōu)化基片溫度、濺射功率、工藝氣體壓力等參數(shù)，得到最佳鍍膜工藝參 數(shù)組合，進(jìn)一步減小本征應(yīng)力的產(chǎn)生。8)通過在鍍膜步驟后增加退火步驟，可以釋放部分應(yīng)力。


圖1是本發(fā)明提供的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法的加工流程 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方 法進(jìn)行介紹實施例中待鍍膜基片以石英晶體和7740玻璃基片為例，也可對其它基片進(jìn)行鍍膜。實施例1加工流程如圖1所示a.清洗采用氫氟酸雙氧水混合液，對石英晶體在60 120°C條件下腐蝕浸泡 5 10分鐘后，采用兆聲清洗5 15min。b.鍍膜(1)將清洗好的石英基片放置在磁控鍍膜機(jī)內(nèi)，先對基片表面進(jìn)行5 IOmin的Ar離子轟擊，離子轟擊功率70 90w ； (2)在溫度100 220°C、濺射氣壓0.3 0.8Pa、濺射功率1.9 2.5Kw條件下，使基片表面依次鍍厚度30nm的Cr膜和300nm的 Cu膜；(3)重復(fù)步驟(2)再次在基片表面鍍厚度30nm的Cr膜和300nm的Cu膜，形成 雙層Cr/Cu金屬掩膜。也可根據(jù)需要重復(fù)鍍更多層金屬掩膜。所述膜的厚度和金屬掩膜 的類型可根據(jù)實際使用需要決定，是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識。也可通過重復(fù)采用熱 蒸發(fā)方法進(jìn)行多層鍍膜，熱蒸發(fā)方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識。c.自然冷卻至室溫后取出基片，放置真空退火爐內(nèi)退火。實施例2 a.清洗采用硫酸放入雙氧水混合液，對7740玻璃基片在80 120°C條件下， 浸泡腐蝕8 10分鐘左右后，采用兆聲清洗5 lOmin。b.鍍膜(1)將清洗好的玻璃基片放置在磁控鍍膜機(jī)內(nèi)，先對玻璃基片表面進(jìn)行 5 7min的Ar離子轟擊，離子轟擊功率70 80w ； (2)在100 150°C、0.4 0.8Pa、 1.9 2.3Kw功率條件下，使基片表面依次鍍厚度30nm的Cr膜和300nm的Pt膜；(3) 重復(fù)步驟(2)再次在基片表面鍍厚度30nm的Cr膜和300nm的Pt膜，形成雙層Cr/Pt金
屬掩膜。c.自然冷卻至室溫后取出基片，放置真空退火爐內(nèi)退火。實施例3 a.清洗采用硫酸雙氧水混合液，對7740玻璃基片在100 120°C條件下浸泡 腐蝕5 7min后，采用兆聲清洗5 8min。
b.鍍膜(1)將清洗好的玻璃基片放置在磁控鍍膜機(jī)內(nèi)，先對基片表面進(jìn)行5 6min的Ar離子轟擊，離子轟擊功率70 80w ； (2)在120 150°C、0.6 0.8Pa、1.9 2.2Kw功率條件下，使基片表面依次鍍厚度30nm的Cr膜和300nm的Au膜；(3)重復(fù)步 驟⑵再次在基片表面鍍厚度30nm的Cr膜和300nm的Au膜，形成雙層Cr/Au金屬掩膜。c.自然冷卻至室溫后取出基片，放置真空退火爐內(nèi)退火。本方法采取清洗措施去掉表面加工變質(zhì)層以及普通清洗難以去除的顆粒污染， 改善了基片表面質(zhì)量、清潔度、降低了基片加工的殘余應(yīng)力，增加表面微觀粗糙度，腐 蝕后掩膜的鉆蝕孔數(shù)量及尺寸減小；在鍍膜工序離子轟擊可進(jìn)一步清洗晶片表面殘余污 染物，增加掩膜附著力，提高膜層抗腐蝕能力，腐蝕后鉆蝕孔數(shù)量及尺寸和起皮現(xiàn)象減 少，采用多層掩膜減小顆粒污染，也進(jìn)一步減少鉆蝕孔數(shù)量和大小，利用自然冷卻和退 火方式可減小和釋放薄膜、膜層之間的殘余應(yīng)力，退火后的膜起皮現(xiàn)象明顯減少。采用 本方法制備的掩膜可以在溫度70 85°C，濃度35 45%的HF腐蝕液中浸泡20小時以 上，實現(xiàn)厚度達(dá)到1.2mm的石英結(jié)構(gòu)器件化學(xué)腐蝕加工。
權(quán)利要求
1.一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，包括如下步驟清洗步驟；鍍膜步驟；其特征在于所述鍍膜步驟中所鍍膜為多層膜結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征在 于所述清洗步驟包括兆聲清洗的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征 在于所述清洗步驟還包括采用氫氟酸雙氧水混合液或硫酸雙氧水混合液對待鍍膜基片 腐蝕浸泡的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征在 于所述腐蝕浸泡在60 120°C條件下進(jìn)行，腐蝕浸泡時間為5 10分鐘；所述兆聲清 洗時間為5 15min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征在 于所述鍍膜步驟具體包括對待鍍膜基片表面進(jìn)行離子轟擊的步驟；采用磁控濺射方式對待鍍膜基片鍍膜的步驟，鍍膜條件為溫度100 220°C、濺射 氣壓0.3 0.8Pa、濺射功率1.9 2.5Kw。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征在 于所述鍍膜步驟中的離子轟擊為Ar離子轟擊，時間為5 lOmin，離子轟擊功率70 90w。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征在 于在所述鍍膜步驟后，還包括退火步驟，所述退火步驟在真空退火爐內(nèi)進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法，其特征在 于所述鍍膜步驟中多層膜的材料為多層Cr/Cu金屬掩膜，多層Cr/Pt金屬掩膜或多層 Cr/Au金屬掩膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗腐蝕金屬掩膜制備方法，特別是一種抗氫氟酸腐蝕液腐蝕的金屬掩膜制備方法。本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有掩膜腐蝕后存在的鉆蝕孔、局部翹曲、起皮缺陷等問題。本發(fā)明具體包括如下步驟a.清洗步驟首先采用氫氟酸雙氧水混合液或硫酸雙氧水混合液對待鍍膜基片腐蝕浸泡，再用兆聲清洗基片。b.鍍膜步驟(1)對基片表面Ar離子轟擊，(2)在溫度100～220℃、濺射氣壓0.3～0.gPa、濺射功率1.9～2.5Kw條件下，使基片表面依次鍍Cr膜和Cu膜；(3)重復(fù)步驟(2)再次在基片表面鍍Cr膜和Cu膜，形成雙層或多層Cr/Cu金屬掩膜。本發(fā)明有效減少由于微小顆粒及膜層缺陷引起的針孔鉆蝕，提高掩膜的附著力，并有效去除了應(yīng)力。
文檔編號C03C15/00GK102010135SQ20101054014
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者唐瓊, 張菁華, 曲蘊杰, 朱建偉, 李佳, 李海燕, 楊軍, 楊軼博 申請人:北京自動化控制設(shè)備研究所