專利名稱：一種使用剝離法形成金屬圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是涉及在化合物半導(dǎo)體上使用剝離法形成金 屬圖案的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，使用剝離(掀離)法在襯底上形成金屬圖案在III-V族化合物半 導(dǎo)體器件制作工藝中是一個(gè)重要而普遍的技術(shù)，這主要是由于以下幾方面的原因首先應(yīng) 用在此工藝制程中的典型金屬一般都是貴重金屬如金(Au)、鉬(Pt)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻 (Cr)、鉭(Ta)及其復(fù)合物，難以用普通包括濕法和干法的蝕刻方法進(jìn)行蝕刻；另一方面，由 于金屬的表面具有很強(qiáng)的反射，在其表面進(jìn)行光刻形成精細(xì)圖案存在諸多困難；另外，由于 蝕刻這些金屬需要用到很強(qiáng)的化學(xué)品，對(duì)其底下的襯底如砷化鎵、磷化銦和硅等等，有侵襲 的作用，從而會(huì)劣化其制成的微電子器件的性能；還有，蝕刻工藝還存在蝕刻選擇比的問 題，等等。而使用掀離(剝離)工藝可以避免以上蝕刻工藝的缺點(diǎn)，僅通過控制光阻的圖案， 便可在襯底上形成高精度的精細(xì)金屬圖案。目前使用剝離(掀離)法在襯底上形成金屬圖案的方案有多種，常見有以下兩 種(1)單層光阻法，它是使用氯苯對(duì)一般的酚醛樹脂正性光阻進(jìn)行浸泡處理，使其光 阻邊緣處產(chǎn)生懸突結(jié)構(gòu)。這樣，在沉積金屬薄膜時(shí)，懸突處會(huì)使金屬薄膜產(chǎn)生不連續(xù)，從而 在后續(xù)的溶液浸泡剝離(掀離)過程容易進(jìn)行，并能夠產(chǎn)生干凈的金屬線條。該方法的缺點(diǎn) 是難以控制溶劑擴(kuò)散進(jìn)入光阻層的深度，從而難以控制光阻邊緣產(chǎn)生的懸突結(jié)構(gòu)的尺寸； 并且由于氯苯有劇毒，且會(huì)對(duì)大氣造成污染，在很多先進(jìn)國家都已經(jīng)禁止使用。(2)雙層法。它主要是使用兩種特殊的光阻，如PMMA、PMGI和L0R，光刻精細(xì)圖案， 并通過分別控制兩種光阻的顯影時(shí)間，制作具有底切結(jié)構(gòu)的光阻剖面，從而使后續(xù)沉積的 金屬容易實(shí)現(xiàn)干凈的掀離。該方法因?yàn)樾枰厥獾墓庾?，需要使用深紫外波長的曝光工具， 并且光阻材料成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供在化合物半導(dǎo)體的使用剝離法形成金屬圖案的方法，該方 法工藝簡單，不會(huì)造成大氣污染，且成本也得到有效的降低。。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種使用剝離法形成金屬圖案的方法，該方法包括(1)在襯底上涂覆正光阻；(2)對(duì)已經(jīng)涂好光阻的襯底進(jìn)行軟烤，并使用曝光機(jī)對(duì)已經(jīng)軟烤完成的光阻進(jìn)行 全面曝光，使整個(gè)光阻層都進(jìn)行完全的感光反應(yīng)；(3)使用精細(xì)掩模板對(duì)襯底進(jìn)行曝光；(4)對(duì)完成曝光的襯底進(jìn)行曝光后烘烤；(5)使用顯影液對(duì)上述襯底進(jìn)行顯影，使上述的涂覆的正光阻產(chǎn)生底切結(jié)構(gòu)；
(6)使用物理氣相沉積法在上述正光阻襯底上沉積一層金屬薄膜；(7)使用一般去光阻的溶液將該正光阻溶解，光阻上面的金屬將從襯底掀離，從而 在襯底形成精細(xì)的圖案。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供一種使用剝離法形成金屬 圖案的方法，其是關(guān)于一種使用剝離(或掀離)技術(shù)在襯底形成精細(xì)金屬圖案的方法。該 方法使用雙層正光阻通過光刻技術(shù)形成具有底切結(jié)構(gòu)光阻剖面，使后續(xù)所沉積金屬在光阻 圖案邊緣出產(chǎn)生不連續(xù)，在溶液中使光阻溶解而將金屬掀離，從而形成精細(xì)的金屬圖案。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例襯底的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例在襯底上涂第一層光阻后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例對(duì)第一層光阻進(jìn)行全面曝光的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例以襯底上涂第二層光阻后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例在涂好兩層光阻后掩膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例在掩膜后曝光的的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例顯影后剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例金屬沉積后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例在襯底上形成圖案后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。如圖1-9所示，其是本發(fā)明實(shí)施例的制作工藝過程示意圖，本發(fā)明實(shí)施例涉及一 種使用剝離(掀離)工藝在合適的襯底1如硅或砷化鎵晶片上制作精細(xì)圖案5的方法，本 實(shí)施例以形成金屬線條為例，但本發(fā)明的方法不限于形成金屬線條。本發(fā)明實(shí)施例特別涉 及一種使用雙層普通正性光阻在上述襯底上形成具有底切結(jié)構(gòu)的光阻剖面，使后續(xù)沉積的 金屬易于利用剝離(掀離)，從而形成精細(xì)金屬線條的方法。由于該方法僅使用兩層普通的 正性光阻，光阻材料成本較低，并且光刻圖形可用一般的紫外曝光機(jī)形成，可以在普通的半 導(dǎo)體生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，本發(fā)明不限于兩層正性光阻結(jié)構(gòu)，也可以采用多層的正性光阻， 根據(jù)需要而定。本實(shí)施例的方法具體步驟如下1、在合適的襯底1上涂敷一層正性光阻2，襯底1是采用砷化鎵或硅單晶圓片制 成，典型的光阻2有富士膠片公司的ΠΠ-635Β，羅門哈斯公司的SPR955CM-0. 9和安智電子 公司的AZ MiR 701等等，這些材料均是市場(chǎng)上可以買到產(chǎn)品；2、對(duì)上一步驟已經(jīng)涂好光阻2的襯底進(jìn)行軟烤，以使大部分的溶劑從光阻層2中 去除，使用無掩模的全面曝光機(jī)對(duì)上述步驟2中已經(jīng)軟烤完成的光阻2進(jìn)行全面曝光，使整 個(gè)光阻層2都進(jìn)行完全的感光反應(yīng)；3、接著，再在此已經(jīng)全面曝光完成的襯底1上涂覆第二層正光阻3 ；4、使用與步驟2同樣方法對(duì)襯底1進(jìn)行第二次軟烤，使第二層光阻3的大部分溶
4劑去除；5、使用精細(xì)掩模板對(duì)4中烘烤完成的襯底1進(jìn)行曝光；6、對(duì)步驟5中完成曝光的襯底1進(jìn)行曝光后烘烤；7、使用合適的顯影液對(duì)上述襯底進(jìn)行顯影，顯影液采用如2. 38%四甲基氫氧化 銨，控制合適的顯影時(shí)間，使上述的已經(jīng)涂覆的兩層光阻產(chǎn)生如圖7所示的合適的底切結(jié) 構(gòu)；8、對(duì)上述顯影完成的襯底1進(jìn)行硬烘，使該兩層光阻的溶劑完全去除；9、使用物理氣相沉積方法在上述后烘完成的具有雙層光阻襯底上沉積所需要的 一定厚度的金屬薄膜5。由于金屬薄膜5的雙層光阻具有底切的剖面，金屬薄膜5在光阻圖 形的邊緣便會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)；10、使用一般去光阻的溶液將該兩層光阻溶解，光阻上面的金屬將從襯底掀離，從 而在襯底形成精細(xì)的金屬線條。在步驟1中，正性光阻優(yōu)選涂覆在旋轉(zhuǎn)的襯底，諸如砷化鎵或硅晶圓；所說的襯底 晶圓的優(yōu)選直徑為2英寸到12英寸，更為優(yōu)選的晶圓直徑為4英寸到8英寸；優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速 度為1000轉(zhuǎn)每分鐘到6000轉(zhuǎn)每分鐘，更優(yōu)選的轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)每分鐘到5000轉(zhuǎn)每分鐘，優(yōu) 選光阻類型為I線正光阻和/或G線正光阻，更優(yōu)選的光阻類型為I線正光阻。步驟2中烘烤工具優(yōu)選為烘箱或熱板，更優(yōu)選的烘烤工具為熱板烘烤。對(duì)于烘箱， 優(yōu)選的軟烤優(yōu)選溫度為70°C到110°C，更優(yōu)選的烘烤溫度為90°C到100°C;優(yōu)選的烘烤時(shí)間 為10分鐘到60分鐘，更優(yōu)選的烘烤時(shí)間30分鐘到50分鐘；對(duì)于熱板，優(yōu)選的烘烤溫度為 70°C到120°C，更優(yōu)選的烘烤溫度為90°C到110°C，優(yōu)選的烘烤時(shí)間為30秒到180秒，更為 優(yōu)選的烘烤時(shí)間為60秒到120秒。步驟2中的全面曝光設(shè)備所使用光源波長為紫外光到深紫外光，優(yōu)選的紫外波長 為436nm的為線或波長為365nm的i線，更優(yōu)選的波長為365nm的i線波長。優(yōu)選的曝光 能量為上述光阻的閾值曝光能量的一倍到四倍，更優(yōu)選的曝光能量為上述光阻的閾值曝光 能量的二倍到四倍。在步驟3中，優(yōu)選的光阻類型為I線正光阻或G線正光阻，更優(yōu)選的光阻類型為I 線正光阻；優(yōu)選的光阻分辨率為0. 3 1. 0微米，更優(yōu)選的光阻分辨率為0. 3 0. 5微米； 優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度為1000轉(zhuǎn)每分鐘到6000轉(zhuǎn)每分鐘，更優(yōu)選的轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)每分鐘到5000
轉(zhuǎn)每分鐘。在步驟4中，烘烤工具優(yōu)選為烘箱或熱板，更優(yōu)選的烘烤工具為熱板烘烤。對(duì)于烘 箱，優(yōu)選的軟烤優(yōu)選溫度為70°C到110°C，更優(yōu)選的烘烤溫度為90°C到100°C，優(yōu)選的烘烤 時(shí)間為10分鐘到60分鐘，更優(yōu)選的烘烤時(shí)間30分鐘到50分鐘；對(duì)于熱板，優(yōu)選的烘烤溫 度為70°C到120°C，更優(yōu)選的烘烤溫度為90°C到110°C，優(yōu)選的烘烤時(shí)間為30秒到180秒， 更為優(yōu)選的烘烤時(shí)間為60秒到120秒。在步驟5中，所說的精細(xì)掩模板優(yōu)選特征尺寸為0. 2 1. Oum，更優(yōu)選的特征尺寸 為0. 3 0. 5um ；所說的曝光優(yōu)選工具為接近式/投影視/步進(jìn)式光刻機(jī)，更為優(yōu)選的曝光 工具為5 1步進(jìn)式光刻機(jī)；所說的曝光波長優(yōu)選為為紫外光，更優(yōu)選的曝光波長為436nm 的g線或波長為365nm的i線，更為優(yōu)選的曝光波長為365nm的i線。在步驟6中，所說的曝光后烘烤優(yōu)選的烘烤工具為熱板；優(yōu)選的烘烤溫度為70°C到120°c，更優(yōu)選的烘烤溫度為100°C到110°c，優(yōu)選的烘烤時(shí)間為30秒到180秒，更為優(yōu)選 的烘烤時(shí)間為60秒到120秒。在步驟7中，所說的合適的顯影液優(yōu)選為2. 38%四甲基氫氧化銨；所說的合適的 顯影時(shí)間優(yōu)選為20秒到180秒，更優(yōu)選的顯影時(shí)間為40秒到90秒；所說的底切結(jié)構(gòu)優(yōu)選 尺寸為0. 1微米到0. 5微米，更為優(yōu)選的底切尺寸為0. 1微米到0. 2微米。步驟8中所說的硬烘優(yōu)選烘烤工具為烘箱或熱板，更優(yōu)選的烘烤工具為熱板烘 烤。對(duì)于烘箱，優(yōu)選的軟烤優(yōu)選溫度為70°C到120°C，更優(yōu)選的烘烤溫度為90°C到110°C， 優(yōu)選的烘烤時(shí)間為10分鐘到60分鐘，更優(yōu)選的烘烤時(shí)間30分鐘到50分鐘；對(duì)于熱板，優(yōu) 選的烘烤溫度為70°C到120°C，更優(yōu)選的烘烤溫度為90°C到110°C，優(yōu)選的烘烤時(shí)間為30 秒到180秒，更為優(yōu)選的烘烤時(shí)間為60秒到120秒。在步驟9中，所說的物理氣相沉積金屬薄膜，優(yōu)選的方法為電子束金屬蒸鍍或熱 阻蒸鍍，更為優(yōu)選的方法為電子束金屬蒸鍍。所說的金屬薄膜，優(yōu)選的金屬為金(Au)、鉬 (Pt)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)和 / 或鍺(Ge)及 其可能的各種比例的合金，更為優(yōu)選的金屬為金(Au)鉬(Pt)鈦(Ti)鍺(Ge)合金、金(Au) 鈦(Ti)合金、鎳(Ni)鉻(Cr)合金、鎢(W)硅(Si)合金和鋁(Al)硅(Si)合金。所說的金 屬薄膜的總厚度優(yōu)選為0. 1微米到1微米，更為優(yōu)選的厚度為0. 1微米到0. 6微米。在步驟10中，所說的將兩層光阻溶解而將金屬掀離的溶液優(yōu)選為N甲基吡咯烷酮 和/或丙酮和/或異丙醇和/或去離子水的組合溶液，更為優(yōu)選的溶液組合為N甲基吡咯 烷酮和丙酮和異丙醇和去離子水組合。所說的溶液組合的優(yōu)選工作溫度為20攝氏度到120 攝氏度，更為優(yōu)選的N甲基吡咯烷酮工作溫度為80攝氏度到110攝氏度，丙酮工作溫度為 20攝氏度到25攝氏度。所說的金屬剝離/掀離過程的時(shí)間優(yōu)選為20分鐘到180分鐘，依 襯底晶圓尺寸不同而有所不同；更為優(yōu)選的剝離/掀離時(shí)間為30分鐘到120分鐘。
權(quán)利要求
一種使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于，該方法包括(1)在襯底上涂覆正光阻；(2)對(duì)已經(jīng)涂好光阻的襯底進(jìn)行軟烤，并使用曝光機(jī)對(duì)已經(jīng)軟烤完成的光阻進(jìn)行全面曝光，使整個(gè)光阻層都進(jìn)行完全的感光反應(yīng)；(3)使用精細(xì)掩模板對(duì)襯底進(jìn)行曝光；(4)對(duì)完成曝光的襯底進(jìn)行曝光后烘烤；(5)使用顯影液對(duì)上述襯底進(jìn)行顯影，使上述的涂覆的正光阻產(chǎn)生底切結(jié)構(gòu)；(6)使用物理氣相沉積法在上述正光阻襯底上沉積一層金屬薄膜；(7)使用一般去光阻的溶液將該正光阻溶解，光阻上面的金屬將從襯底掀離，從而在襯底形成精細(xì)的圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法在，其特征在于所述的正 光阻是I線光阻或G線光線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的 襯底上涂覆有兩層正光阻，在第一層正光阻全面曝光完成后的襯底上涂覆第二層正光阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的(6) 步驟之前還包括對(duì)顯影完成的襯底進(jìn)行硬烘，使該兩層光阻的溶劑完全去除的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的 (2)和(4)中所述的烘烤或硬烤所使用的工具是烘箱或熱板，所述烘箱的烘烤溫度為 700C -110°C，烘烤時(shí)間為10分鐘-60分鐘；所述的熱板燒烤溫度為70°C -120°c，烘烤時(shí)間 為30秒-180秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的曝光 工具是光刻機(jī)，所述的曝光波長范圍為紫外光的波長范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的曝光 波長范圍為g線或i線的波長范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的顯影 時(shí)間為20秒-180秒，所述的底切結(jié)構(gòu)的尺寸為0. 1微米至0. 5微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在襯底上形成圖案的方法，其特征在于所述的(6)步驟中 金屬薄膜是金(Au)、鉬(Pt)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、 鎢(W)或鍺(Ge)中的一種或兩種以上的組合；所述金屬薄膜的厚度為0. 1微米至1微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用剝離法形成金屬圖案的方法，其特征在于所述的(10) 步驟中，金屬掀離的時(shí)間是20分鐘至180分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域，提供一種使用剝離法形成金屬圖案的方法，其是在襯底上涂覆正光阻；再對(duì)已經(jīng)涂好光阻的襯底進(jìn)行軟烤，并對(duì)已經(jīng)軟烤完成的光阻進(jìn)行全面曝光；再完成全面曝光的襯底進(jìn)行曝光后烘烤；使用顯影液對(duì)上述襯底進(jìn)行顯影，使上述的已經(jīng)涂覆的兩層光阻產(chǎn)生底切結(jié)構(gòu)；使用物理氣相沉積法在正光阻襯底上沉積一層金屬薄膜；使用一般去光阻的溶液將該光阻溶解，光阻上面的金屬將從襯底掀離，從而在襯底形成精細(xì)的圖案。該方法使用雙層正光阻通過光刻技術(shù)形成具有底切結(jié)構(gòu)光阻剖面，使后續(xù)所沉積金屬在光阻圖案邊緣出產(chǎn)生不連續(xù)，在溶液中使光阻溶解而將金屬掀離，從而形成精細(xì)的金屬圖案。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101894792SQ20091010698
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者楊坤進(jìn), 楊康, 陳汝欽 申請(qǐng)人:世紀(jì)晶源科技有限公司