專利名稱:一種在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域,特別是指一種依靠在GaN基材料表面上先蒸一層幾何圖形金屬遮光層再利用聚酰亞胺負(fù)型感光性的性質(zhì)來(lái)制備聚酰亞胺微圖形的方法。
背景技術(shù):
氮化鎵(GaN)三族氮化物寬禁帶半導(dǎo)體材料體系,由于其寬廣的帶隙(從O. 6eV的紅外區(qū)域一直覆蓋到6.1eV的深紫外區(qū)域)和優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì),在藍(lán)、綠、紫外(UV)·及深紫外波段的發(fā)光二極管(LED)和激光器(LD)等光電子器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用。由于一些GaN芯片的特殊設(shè)計(jì),經(jīng)常需要一種粘附性良好不易被顯影液、去膠液等溶脹又具有一定厚度且具有光敏特性的絕緣材料來(lái)充當(dāng)圖形表面的保護(hù)膜、層間的絕緣膜、深溝槽的填充物,尤其是隨著芯片大集成化、高密度化,多芯片組件(MCM)應(yīng)運(yùn)而生,其關(guān)鍵技術(shù)就是需要填充深溝槽將多芯片組件表面平坦化。以聚酰亞胺(PI)、旋涂玻璃介質(zhì)膜(SOG)、苯丙環(huán)丁烯(BCB)為代表的耐熱性樹(shù)脂由于具有優(yōu)良的耐熱性、絕緣性和機(jī)械性,已被廣泛用作電子學(xué)領(lǐng)域中的半導(dǎo)體元件表面保護(hù)膜、層間絕緣膜、溝槽填充物等。尤其是PI相對(duì)SOG有著理想的膜厚及良好粘附性,而PI相對(duì)BCB其成本優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn),因此PI在眾多耐熱性樹(shù)脂中更是脫穎而出,首推為最理想的使用材料。光敏性PI經(jīng)紫外線(i,g線)曝光后發(fā)生光固化交聯(lián)反應(yīng),將曝光區(qū)或者非曝光區(qū)用有機(jī)或水性溶劑溶解后,可得到高分辨率的圖形,此圖形經(jīng)加熱固化后形成的聚酰亞胺層膜具有低介電常數(shù)和低吸水率及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能及光學(xué)性能。但聚酰亞胺旋涂的基材一般為硅片、陶瓷、耐熱性樹(shù)脂、載體膜、鋁板、不銹鋼板、各種合金板等支撐的基材,由于GaN本身發(fā)光等一些特殊性質(zhì)導(dǎo)致僅單純使用紫外光刻技術(shù)要讓負(fù)型感光性聚酰亞胺在GaN基上形成標(biāo)準(zhǔn)有效的微圖形很困難,進(jìn)而在制作工藝上阻礙了一些設(shè)計(jì)良好的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造方案之實(shí)施。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種依靠在GaN基材料表面上先蒸一層幾何圖形金屬遮光層再利用聚酰亞胺負(fù)型感光性的性質(zhì)來(lái)制備聚酰亞胺微圖形的方法。本發(fā)明包括以下步驟
1)利用紫外光刻技術(shù)在以藍(lán)寶石或Si或SiC為襯底的GaN基材料表面上制備光刻膠幾何圖形掩膜層;
2)利用真空蒸鍍?cè)O(shè)備在步驟I)具有光刻膠幾何圖形的GaN基上蒸鍍一金屬層作為光刻聚酰亞胺的遮光層;
3)利用去膠液對(duì)步驟2)形成的所述遮光層先進(jìn)行Lift-off處理,然后將半制品先后經(jīng)丙酮和無(wú)水乙醇浸泡后,再用去離子水沖洗干凈,最后置于100 150°C的烘箱內(nèi)烘烤5 20min ;
4)利用旋涂法在步驟3)所述的GaN基上涂布一層均勻的負(fù)型聚酰亞胺薄膜,并置于100 150°C烘箱內(nèi)烘烤3 IOmin ;
5)采用步驟I)中使用的掩模版為光刻掩模版對(duì)負(fù)型聚酰亞胺薄膜進(jìn)行曝光,再經(jīng)顯影液顯影、以定影液乙酸丁酯定影,得到聚酰亞胺的微圖形;
6)對(duì)所述聚酰亞胺的微圖形進(jìn)行O 300°C的低溫固化;
7)用鹽酸水溶液或者氫氟酸水溶液去除GaN基上的殘余金屬遮光層;
8)對(duì)聚酰亞胺的微圖形進(jìn)行300°C 400°C高溫固化處理30 60min。本發(fā)明可在GaN基上形成不會(huì)被顯影液等溶脹、絕緣性優(yōu)異且厚度能達(dá)到 2.5 μ πΓ4. 5 μ m的負(fù)型聚酰亞胺的微圖形。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)便,易操作,成本較低,且成品率高。制備出的聚酰亞胺圖形與GaN粘附性良好,同時(shí)不易被顯影液、去膠液等溶脹,而且低介電常數(shù)絕緣性能較好,厚度適中,機(jī)械性能優(yōu)良,用此聚酰亞胺圖形充當(dāng)GaN芯片的表面保護(hù)膜、層間絕緣膜、深溝槽填充物,尤其能夠解決多芯片組件(MCM)的表面平坦化。因此本發(fā)明是一種具有極大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值的聚酰亞胺微圖形的制備方法,市場(chǎng)前景廣闊。為了確保發(fā)明產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)一步提高,本發(fā)明步驟I)中,首先在GaN基上旋涂O. 5 2. O μ m的負(fù)型光刻膠,在紫外線波長(zhǎng)為245 410nm的條件下曝光I 20s,烘烤后經(jīng)過(guò)3 IOmin的顯影。步驟I)的光刻膠幾何圖形掩膜層的邊長(zhǎng)或直徑為20 3000 μ m,圖形之間的間隔為 20 1000 μ m。步驟2)中所述金屬為Ni或Ti,但不限于Ni或Ti ;所述金屬層的厚度為50 3000nmo步驟3)中以丙酮浸泡的時(shí)間為10 30s,以無(wú)水乙醇浸泡的時(shí)間為10 30s。步驟4)中,旋涂聚酰亞胺時(shí)先于IOOOrpm的低速條件下旋轉(zhuǎn)10 20s ;再于2000rpm的高速條件下旋轉(zhuǎn)20 50s。步驟5)中,所述曝光時(shí)間為10 30s,顯影時(shí)間為2 IOmin,定影時(shí)間為2 5min。步驟6)的低溫固化是依次經(jīng)80°C條件下固化120min ;150°C條件下固化min ;180°C條件下固化60min ;250°C條件下固化60min ;300°C條件下固化60min。步驟7)的鹽酸水溶液或者氫氟酸水溶液的體積濃度為30 70%,在40 80°C下對(duì)GaN片材處理3 20min。
具體實(shí)施例方式一、實(shí)施例1 :1、利用常規(guī)紫外光刻技術(shù)在以藍(lán)寶石為襯底的GaN基上旋涂O. 5 2. O μ m的負(fù)型光刻膠,在紫外線波長(zhǎng)為245 410nm的條件下曝光I 20s,烘烤后經(jīng)過(guò)3 IOmin的顯影,制備出邊長(zhǎng)為20um、間隔為300um四邊形的光刻膠幾何圖形掩膜層。2、利用真空蒸鍍?cè)O(shè)備在步驟I具有光刻膠幾何圖形的GaN上蒸鍍一層厚度為IOOnm的Ni金屬層作為光刻聚酰亞胺的遮光層。3、用110°C去膠液3min將步驟2所述的金屬遮光層進(jìn)行Lift-off工藝處理,即將上述半制品放入110°C去膠液中3min使得步驟I中四邊形光刻膠幾何圖形(包含此圖形表面上的Ni金屬)剝離。Lift-off工藝后先將半制品浸入丙酮中IOs,取出后,再浸入無(wú)水乙醇中IOs,再取出后,用去離子水沖洗干凈,最后置于110°C的烘箱內(nèi)烘烤lOmin。4、利用旋涂方法在步驟3所述的GaN基上涂布一層均勻的負(fù)型聚酰亞胺薄膜,旋涂時(shí)低速轉(zhuǎn)速lOOOrpm,時(shí)間10s,高速轉(zhuǎn)速2000rpm,時(shí)間50s,前烘溫度為110°C,烘烤時(shí)間為 5min。5、用步驟I中所用的光刻掩模版對(duì)步驟4的聚酰亞胺薄膜進(jìn)行曝光,曝光時(shí)間為12s,用聚酰亞胺相應(yīng)的顯影液顯影3min,然后在乙酸丁酯中定影2min,得到聚酰亞胺的微圖形。6、對(duì)形成的聚酰亞胺圖形進(jìn)行(T300°C的低溫固化,具體為80°C,120min ; 150°C,60min ;180°C,60min ;250°C,60min ;300°C,60min。7、用溫度為40 80°C、體積濃度為50%的鹽酸水溶液浸泡5min,以去除GaN片材
上的殘余Ni金屬遮光層。8、對(duì)GaN片材上的聚酰亞胺圖形進(jìn)行330°C、60min的高溫固化,完成聚酰亞胺微圖形的制備。二、實(shí)施例 2:1、利用常規(guī)紫外光刻技術(shù)在以藍(lán)寶石為襯底的GaN基上旋涂0. 5 2. 0 ii m的負(fù)型光刻膠,在紫外線波長(zhǎng)為245 410nm的條件下曝光I 20s,烘烤后經(jīng)過(guò)3 IOmin的顯影,制備出邊長(zhǎng)為200um、間隔為50um六邊形的光刻膠幾何圖形掩膜層。2、利用真空蒸鍍?cè)O(shè)備在步驟I具有光刻膠幾何圖形的GaN上蒸鍍一層厚度為200nm的Ti金屬層作為光刻聚酰亞胺的遮光層。3、用110°C去膠液5min將步驟2所述的金屬遮光層進(jìn)行Lift-off工藝處理,即將上述半制品放入110°C去膠液中3min使得步驟I中四邊形光刻膠幾何圖形(包含此圖形表面上的Ti金屬)剝離。然后先浸入丙酮中10s,再浸入無(wú)水乙醇中10s,而后用去離子水沖洗干凈,再放入烘箱110°C,烘烤lOmin。4、利用旋涂方法在步驟3所述的GaN基上涂布一層均勻的負(fù)型聚酰亞胺薄膜,旋涂時(shí)低速轉(zhuǎn)速lOOOrpm,時(shí)間20sec,高速轉(zhuǎn)速2000rpm,時(shí)間30sec,前烘溫度為110°C,烘烤時(shí)間為8min。5、用步驟I中所用的光刻掩模版對(duì)步驟4的聚酰亞胺薄膜進(jìn)行曝光,曝光時(shí)間為18s,用聚酰亞胺相應(yīng)的顯影液顯影5min,然后在乙酸丁酯中定影3min,得到聚酰亞胺的微圖形。6、對(duì)步驟5所述的聚酰亞胺圖形進(jìn)行(T300 V的低溫固化80 V,120min ;150°C,60min ;180°C,60min ;250°C,60min ;300°C,60min。7、用溫度為40 80°C、體積濃度為40%的氫氟酸水溶液浸泡IOmin,以去除GaN片材上的殘余Ti金屬遮光層。8、對(duì)GaN片材上的聚酰亞胺圖形進(jìn)行330°C、60min的高溫固化,完成聚酰亞胺微圖形的制備。三、對(duì)實(shí)施例1和2的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)1、將例I和例2取得的聚酰亞胺微圖形分別進(jìn)行漏電流檢測(cè),其漏電流均小于IOy A,說(shuō)明聚酰亞胺的絕緣性能較好。2、將例I和例2制備的GaN片分別用來(lái)制備HV-LED (高壓LED)和AC-LED (交流LED)兩種集成芯片,集成芯片的深溝槽(深度約4 y m)基本已經(jīng)填平,說(shuō)明聚酰亞胺薄膜的厚度能夠達(dá)到4 u m左右,在整個(gè)工藝中需要進(jìn)行多次的光刻顯影(不少于5次)和Lift-off工藝(不少于3次),即需要多次長(zhǎng)時(shí)間的浸入顯影液和去膠液中,但聚酰亞胺微圖形均未脫落,說(shuō)明此方法制備的聚酰亞胺微圖形與GaN粘附的很好,同時(shí)不易被顯影液、去膠液等溶 脹。3、制備好的集成芯片能夠長(zhǎng)時(shí)間且穩(wěn)定地處于點(diǎn)亮發(fā)光狀態(tài),不會(huì)因?yàn)辄c(diǎn)亮發(fā)熱導(dǎo)致聚酰亞胺熱膨脹進(jìn)而損壞聚酰亞胺表面的互連線結(jié)構(gòu),說(shuō)明聚酰亞胺機(jī)械性能還是很不錯(cuò)的。
權(quán)利要求
1.一種在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于包括以下步驟 1)利用紫外光刻技術(shù)在以藍(lán)寶石或Si或SiC為襯底的GaN基材料表面上制備光刻膠幾何圖形掩膜層; 2)利用真空蒸鍍?cè)O(shè)備在步驟I)具有光刻膠幾何圖形的GaN基上蒸鍍一金屬層作為光刻聚酰亞胺的遮光層; 3)利用去膠液對(duì)步驟2)形成的所述遮光層先進(jìn)行Lift-off處理,然后將半制品先后經(jīng)丙酮和無(wú)水乙醇浸泡后,再用去離子水沖洗干凈,最后置于100 150°C的烘箱內(nèi)烘烤5 20min ; 4)利用旋涂法在步驟3)所述的GaN基上涂布一層均勻的負(fù)型聚酰亞胺薄膜,并置于100 150°C烘箱內(nèi)烘烤3 IOmin ; 5)采用步驟I)中使用的掩模版為光刻掩模版對(duì)負(fù)型聚酰亞胺薄膜進(jìn)行曝光,再經(jīng)顯影液顯影、以定影液乙酸丁酯定影,得到聚酰亞胺的微圖形; 6)對(duì)所述聚酰亞胺的微圖形進(jìn)行O 300°C的低溫固化; 7)用鹽酸水溶液或者氫氟酸水溶液去除GaN基上的殘余金屬遮光層; 8)對(duì)聚酰亞胺的微圖形進(jìn)行300°C 400°C高溫固化處理30 60min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于在所述步驟I)中,首先在GaN基上旋涂O. 5 2. O μ m的負(fù)型光刻膠,在紫外線波長(zhǎng)為245 410nm的條件下曝光I 20s,烘烤后經(jīng)過(guò)3 IOmin的顯影。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于所述步驟I)的光刻膠幾何圖形掩膜層的邊長(zhǎng)或直徑為20 3000 μ m,圖形之間的間隔為20 1000 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于所述步驟2)中所述金屬為Ni或Ti ;所述金屬層的厚度為50 3000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于所述步驟3)中以丙酮浸泡的時(shí)間為10 30s,以無(wú)水乙醇浸泡的時(shí)間為10 30s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于在所述步驟4)中,旋涂聚酰亞胺時(shí)先于IOOOrpm的低速條件下旋轉(zhuǎn)10 20s ;再于2000rpm的高速條件下旋轉(zhuǎn)20 50s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于步驟5)中,所述曝光時(shí)間為10 30s,顯影時(shí)間為2 IOmin,定影時(shí)間為2 5min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于所述步驟6)的低溫固化是依次經(jīng)80 °C條件下固化120min ;150°C條件下固化60min ;180°C條件下固化60min ;250°C條件下固化60min ;300°C條件下固化60min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,其特征在于所述步驟7)的鹽酸水溶液或者氫氟酸水溶液的體積濃度為30 70%,在40 80°C下對(duì)GaN片材處理3 20min。
全文摘要
一種在GaN基材料表面上制備聚酰亞胺微圖形的方法,屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域,先在GaN基材料表面上制備光刻膠幾何圖形掩膜層,再蒸鍍遮光層,行Lift-off處理后,經(jīng)丙酮和無(wú)水乙醇浸泡、去離子水沖洗干凈、烘烤;再在GaN基上涂布負(fù)型聚酰亞胺薄膜、烘烤、曝光、顯影、定影,得到聚酰亞胺的微圖形;然后對(duì)聚酰亞胺的微圖形進(jìn)行低溫固化,去除GaN基上的殘余金屬遮光層后,再對(duì)聚酰亞胺的微圖形進(jìn)行高溫固化。用此聚酰亞胺圖形充當(dāng)GaN芯片的表面保護(hù)膜、層間絕緣膜、深溝槽填充物,尤其能夠解決多芯片組件的表面平坦化的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L33/44GK103022309SQ20121049258
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者徐兆青, 陳鵬, 譚崇斌, 徐洲, 張琳, 吳真龍, 徐峰, 高峰, 夏群, 邵勇, 王欒井, 宋雪云 申請(qǐng)人:南京大學(xué)揚(yáng)州光電研究院