一種用于4μm NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于4μm NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法，包括以下步驟：①在Al2O3基片上濺射沉積NiCr薄膜；②光刻，形成所需要的圖形；③將步驟②所得的Al2O3基片通過專用夾具放入離子束刻蝕機中，用Ar氣進行離子束刻蝕；將步驟③所得的Al2O3基片進行濕法去膠，去除殘余光刻膠。本發(fā)明解決了NiCr薄膜難以采用光刻膠作為掩膜進行4μm NiCr薄膜干法圖形化的問題，且工藝簡單，容易操作，重復性好，適合用于大規(guī)模生產。
【專利說明】一種用于4um NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導體微細加工【技術領域】，是一種基于微機械加工技術的4 μ m合金 薄膜刻蝕工藝。更具體地說，本發(fā)明涉及一種離子束干法刻蝕工藝，其刻蝕材料由Ni-Cr合 金組成，并且能夠刻蝕4μηι NiCr合金薄膜。

【背景技術】
[0002] NiCr合金是一種具有廣泛應用的合金材料。高電阻率，低溫度系數電阻（TCR)及 較高的應變系數（GF)使得NiCr合金薄膜可應用于傳統(tǒng)的電阻材料和壓阻材料。同時，由 于NiCr合金材料具有應變穩(wěn)定性良好、不易氧化、熱學性能好以及與下層基質附著性較好 等優(yōu)點，在半導體器件中常選擇NiCr薄膜作為電阻材料。此外，NiCr薄膜還被用作紅外與 太赫茲波段傳感與探測器件的反射層與吸收層。在這些應用中，NiCr薄膜的圖形化至關重 要。但由于Ni、Cr金屬都是抗腐蝕的惰性元素，因此對NiCr合金的圖形化工藝一直是半導 體制造工藝技術的難點。
[0003] 目前，濕法刻蝕是較常用的刻蝕NiCr合金薄膜的方法（K. R. Williams，K. Gupta， and M. ffasilik, Etch Rates for Micromachining Processing -Part II, JOURNAL OF MICR0ELECTR0MECHANICAL SYSTEMS，2003,12 (6)，p 761-778)，但NiCr 合金的濕法腐蝕溶液 均含有硝酸、高氯酸等強酸性試劑，這種酸性腐蝕溶液各個方向的腐蝕速率均相同，屬"各 向同性"腐蝕，難以制備具有較高深寬比的NiCr合金薄膜，具有較差的片內、片間均勻性。且 在濕法腐蝕過程中，這種酸性腐蝕溶液會破壞光刻膠與基底之間的附著力，產生浮膠現象， 造成較為嚴重的表面鉆蝕等。因此，濕法刻蝕圖形轉移精度較低，難以完成2μηι以上NiCr 合金薄膜圖形的轉移。
[0004] 專利CN103107085A公開了一種NiCr薄膜的干法刻蝕工藝，其采用的是反應離子 刻蝕（RIE)工藝，是一種通過化學反應和物理離子轟擊去除晶片表面材料的干法刻蝕技 術，刻蝕具有各向異性，且對于被刻蝕材料與刻蝕掩膜的選擇比較高，但是卻有以下缺點：
[0005] 1)對被刻蝕材料有所要求，主要用于刻蝕氧化硅、氮化硅等材料，對于NiCr合金 薄膜材料的刻蝕效果較差，尤其對于4 μ m NiCr合金薄膜的刻蝕來說，是很難完成的；
[0006] 2)相對于離子束刻蝕來說，反應離子刻蝕的射頻等離子體的離化率較低，為了保 持較高的刻蝕速度必須增大離子能量，由此導致高能離子轟擊對器件表面產生的轟擊損傷 比較大，同時也會造成光刻膠掩膜材料急劇升溫、變形，影響刻蝕精度；
[0007] 3)反應離子刻蝕（RIE)的工作氣壓較高，離子沾污較大，在刻蝕過程中，會造成樣 品表面污染嚴重，影響器件性能。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明旨在克服現有技術的不足，主要解決如何進行4μηι NiCr合金薄膜刻蝕的 厚膠掩膜制備及采用何種方式成功實現4 μ m NiCr合金薄膜的高精度圖形化的問題，提供 一種用于4μπι NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：
[0010] 所述用于4 μ m NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法包括如下步驟：
[0011] ⑴采用離子束溉射法在洗凈的A1A基片表面制備厚度為4±0· 05 μ m的NiCr合 金薄膜層；
[0012] (2)采用光刻法在NiCr合金薄膜層上制備光刻膠掩膜層，形成掩模圖形；所述光 刻膠掩膜層材料為SX AR-PC 5000 ;
[0013] ⑶將經步驟⑵處理后的A1203基片放入離子束刻蝕機，在Ar氣環(huán)境下進行離 子束刻蝕，刻蝕深度等于NiCr合金薄膜層厚度，刻蝕線寬為10±0. 5 μ m ;
[0014] ⑷將經步驟⑶處理后的ai2o3基片去膠、洗凈、烘干。
[0015] 其中，步驟（3)所述離子束蝕刻機的離子束采用考夫曼離子源，離子源的束徑φ =140mm-16〇咖，優(yōu)選ISO圓，離子束的束流均勻性φ = I20mm±5%。步驟⑶所述離子 束刻蝕時過刻蝕時間與主刻蝕時間的比例為（5% -10%): 1。步驟（3)所述離子刻蝕時刻 蝕工件臺轉速為8rpm/min-12rpm/min，優(yōu)選10rpm/min。步驟（4)所述去膠是丙酮濕法去 月父、酒精濕法去膠或超聲機濕法去膠。
[0016] 下面對本發(fā)明作進一步說明：
[0017] 本發(fā)明采用氧化鋁陶瓷材料作為基底，具有很高的耐熱性，能耐2000Γ左右的高 溫；它的硬度很高，耐磨性好，塑性低，具有較高的耐壓性；具有較高的耐腐蝕性及絕緣性； 同時，陶瓷材料的表面能較大，在其上沉積表面能較小的金屬材料，二者可以很好的浸潤， 使薄膜具有好的附著性。
[0018] 本發(fā)明中的被刻蝕材料為NiCr合金（80:20)，即NiCr合金薄膜層，厚度為4 μ m， 刻蝕線寬為ΙΟμηι;
[0019] -般的光刻膠厚度比SX AR-PC 5000大，但是耐溫性很差，對于4 μ m NiCr合金刻 蝕來說，刻蝕時間較長，離子束的長時間轟擊將造成光刻膠溫度急劇上升，需要選擇一種耐 溫性好的光刻膠作為掩膜材料，本發(fā)明選擇的光刻膠掩膜層材料為SX AR-PC 5000,耐溫 性可達2〇0°C。本發(fā)明采用旋涂滴膠、間隔勻膠、分步堅膜等方法制備厚度為8 μ m的光刻掩 膜層，提高了光刻膠掩膜的致密性及結合力，從而提高抗刻蝕能力，其耐溫性好，長時間刻 蝕情況下不變形、不碳化。提高了光刻膠厚度、均勻性及致密度，降低光刻膠的刻蝕速率。 [00 20] _離子束刻蝕（IBE)是一種干法刻蝕工藝，是利用低能量的聚焦束離子源產生的離 子束進行刻蝕，主要用于微電子器件制造工藝，用于超精細高保真度的圖形轉移。離子束干 法刻蝕的顯著優(yōu)點是較高的刻蝕圖形線寬分辨率（可小于〇. 01 μ m)、優(yōu)良的輪廓控制能力 以及刻蝕的各向異性，具有良好的片內均勻性等，且工藝穩(wěn)定性好等特點，方向性好，各向 異性，無鉆蝕，陡直度高、不受刻蝕材料限制（金屬或化合物，無機物或有機物，絕緣體或半 導體均可）等。本發(fā)明采用微機械加工技術，有利于提高加工工藝的一致性和加工器件使 用的可靠，水并可實現微小器件的批量生產，有效降低制造成本。
[0021]采用離子束刻蝕技術刻蝕4μηι NiCr合金薄膜，刻蝕時工件臺不斷循環(huán)旋轉，轉 速為lOrpm/min，可提高刻蝕均勻性；同時，工件臺直接水冷，防止耐蝕光刻膠因溫度不斷 升高而碳化，造成去膠不干凈，可將光刻膠的刻蝕速率降低 5?1〇倍，獲得較高的刻蝕選 擇比多1，刻蝕后各向異性好（> 90。），橫向鉆蝕?。慌c反應離子刻蝕相比，離子束刻蝕后 線條齊整，刻蝕厚度4 μ m ;與反應離子束刻蝕相比，離子束刻蝕后線條齊整，加工厚度可達 4μ m ;同時離子束刻蝕線寬分辨率較高，有利于加工高性能、高精度、高集成度的功能器件。
[0022] 總之，由于利用了離子束刻蝕技術（IBE)，對于刻蝕材料沒有選擇性，本發(fā)明方法 不僅可以完成4μ m NiCr合金薄膜圖形的高精度轉移，還可以提高可靠性、加工效率、加工 重復性和加工尺寸的可控性水平。本發(fā)明解決了 NiCr薄膜難以采用光刻膠作為掩膜進行 4 μ m NiCr薄膜干法圖形化的問題，且工藝簡單，容易操作，重復性好，適合用于大規(guī)模生 產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明的實施例中刻蝕NiCr薄膜后的顯微圖片；
[0025] 圖中，1、A1203基片，2、NiCr合金薄膜層，3、光刻膠掩膜層。

【具體實施方式】
[0026] 實施例1
[0027] 參見圖1，所述用于4μ m NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法包括如下步驟：
[0028] (1)洗凈ai2o3基片1，去除基片表面油污及雜質；
[0029] (2)將基片裝入夾具，放入鍍膜系統(tǒng)行星架上，采用離子束濺射法在洗凈的A120 3 基片表面制備厚度為4 μ m的NiCr合金（Ni: Cr二80:20)薄膜層2 ;
[0030] (3)采用光刻法在NiCr合金薄膜層上制備光刻膠掩膜層3,形成所需要的掩模圖 形；所述光刻膠掩膜層材料為SX AR-PC 5000,最小線條寬度為2μ m ;
[0031] (4)將經步驟（3)處理后的A1203基片用專用夾具放入離子束刻蝕機，在Ar氣環(huán) 境下進行離子束刻蝕，刻蝕深度等于NiCr合金薄膜層厚度，刻蝕線寬為10 μ m ;
[0032] 其中，步驟（4)所述離子束蝕刻機的離子束采用考夫曼離子源，離子源的束徑Φ =150臟，離子束的束流均勻性Φ = 120mm±5%;步驟⑷所述離子束刻蝕時過刻蝕時間與 主刻蝕時間的比例為（5%-10% ) : 1。步驟（4)所述離子刻蝕時刻蝕工件臺轉速為l〇rpm/ min，直接水冷；
[0033] 步驟⑷的離子刻蝕中其他工藝參數見表1
[0034] 表 1
[0035]

【權利要求】
1. 一種用于4μπι NiCr合金薄膜的離子束干法刻蝕方法，其特征在于，所述方法包括 如下步驟： (1) 采用離子束濺射法在洗凈的A1203基片表面制備厚度為4±0. 05 μ m的NiCr合金 薄膜層； (2) 采用光刻法在NiCr合金薄膜層上制備光刻膠掩膜層，形成掩模圖形；所述光刻膠 掩膜層材料為SX AR-PC 5000 ; (3) 將經步驟（2)處理后的A1203基片放入離子束刻蝕機，在Ar氣環(huán)境下進行離子束 刻蝕，刻蝕深度等于NiCr合金薄膜層厚度，刻蝕線寬為10±0. 5 μ m ; (4) 將經步驟（3)處理后的A1203基片去膠、洗凈、烘干。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3)所述離子束蝕刻機的離子束采用考 夫曼離子源，離子源的束徑Φ = 140mm -160mm，離子束的束流均勻性Φ = 。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（3)所述離子束刻蝕時過刻蝕時間與主 刻蝕時間的比例為（5% -10% ) :1。
4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（3)所述離子刻蝕時刻蝕工件臺轉速為 8rpm/min-12rpm/min〇
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（4)所述去膠是丙酮濕法去膠、酒精濕 法去膠或超聲機濕法去膠。
【文檔編號】H01L21/3213GK104241096SQ201410421026
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】陳偉, 景濤, 謝貴久, 雷凱, 周國方, 陳浩 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所