解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，特别涉及一种解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法。

背景技术

在半导体器件制备工艺集成技术领域，要制备具有垂直结构的小尺寸优良器件或者进行平面结构器件的三维集成制作，都要求制备得到没有金属毛刺凸起的金属电极和无半导体或绝缘体凸起的中间介质层材料，尤其在cross-bar结构器件领域，三层金属-半导体-金属结构的小器件的制备工艺都需要采用光刻的方法进行制备，单层光刻胶的使用会造成镀电极去胶后存在金属毛刺及很难去胶的问题。如如图1所示，图1中上半部分为光刻胶形貌，下半部分为镀电极形貌，金属毛刺的存在使得小尺寸垂直器件上下电极连通，使得器件损坏；而在制备中间介质层时若存在介质层毛刺问题也会增加器件的线电阻影响器件性能；要实现三维集成，顶电极同样不能存在金属毛刺。若光刻胶去除不干净则会使器件线电阻很大，影响器件的性能。因此，制备去胶干净没有毛刺的电极和介质层材料是非常关键的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种工艺简单、安全可靠的解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，包括以下步骤：

步骤一：下层光刻胶的匀胶：将需要光刻图案化的基片放于匀胶机上，滴附第一层光刻胶作为下层光刻胶，在一定速度下进行甩胶；

步骤二：下层光刻胶的烘烤：将甩完第一层光刻胶的基片放在热板上烘烤，完成下层光刻胶的涂附和固化；

步骤三：上层光刻胶的匀胶：将甩完第一层光刻胶的基片进行第二层光刻胶的匀胶过程；

步骤四：上层光刻胶的烘烤：将涂附完两层光刻胶的基片放在热板上进行烘烤，完成上层光刻胶的涂附和固化；

步骤五：光刻胶曝光：在图形化光刻板的遮挡下，对上层光刻胶进行曝光；

步骤六：光刻胶显影：用显影液进行光刻胶显影，被曝光部分被显影液洗掉，未曝光部分的光刻胶被保留下来；

步骤七：等离子体清洗：将显影后的带光刻胶的基片放入等离子体清洗机中进行清洗，去除显影残留的光刻胶，使基片上的光刻胶图形平直清晰；

步骤八：镀电极/薄膜：用低温镀膜工艺在形成图案化的基片上进行镀膜；

步骤九：光刻胶的剥离：采用去胶液辅以加热进行光刻胶的剥离工艺，完成LIFT-OFF工艺。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤一中，第一层光刻胶的厚度为240±5 nm；所述步骤三中，第二层光刻胶的厚度为480±5 nm。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤一中下层光刻胶匀胶的甩胶转速为4500rpm，所述步骤三中上层光刻胶匀胶的甩胶转速为6000~8000rpm。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤二中，甩完第一层光刻胶的基片的烘烤温度为170±1 ℃；所述步骤四中，涂附完第二层光刻胶的基片的烘烤温度为105±1 ℃。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤六中，显影时间为43~45 s。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤七中，用等离子清洗机在纯氧中用200 W功率清洗3 min，去除显影过程中残留的光刻胶。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤八中，使用磁控溅射、电子束、脉冲激光沉积镀膜设备进行镀膜，采用电子束镀膜进行Ti-Pt、Ti-Au、Ti-Ag金属电极的镀膜工艺以及磁控溅射进行氧化物的镀膜工艺，开启镀膜设备的自转保证镀膜的均一性。

上述解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，所述步骤九中，采用NMP去胶液在60 ℃条件下去胶10 min，从而完全去除光刻胶。

本发明的有益效果在于：本发明的具体步骤为下层光刻胶的匀胶-下层光刻胶的烘烤-上层光刻胶的匀胶-上层光刻胶的烘烤-光刻胶曝光-光刻胶显影-等离子体清洗-镀电极/薄膜-光刻胶的剥离，采用较薄的下层光刻胶作为底胶，以保证足够的底切和精确度较高的线宽；采用较短的曝光时间，减少了曝光过程中的干涉衍射现象带来的图形边缘扭曲问题；用氧等离子体清洗可以有效去除显影残留的光刻胶，保证图案的平直度，也有利于后续的去胶过程；较低温度的镀膜工艺可以保证光刻胶在镀膜过程中保持原有形貌；用专门的剥离胶去胶液加热辅助去胶，确保光刻胶完全剥离。

附图说明

图1为单层胶工艺光刻胶图案及其镀电极形貌图。

图2为本发明的原理图及其镀电极形貌图。

图3为去胶不干净时电极扫描图。

图4为本发明的无毛刺和光刻胶存留的AFM扫描电极形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图2所示，一种解决光刻工艺镀膜过程中存在毛刺及去胶残留的方法，包括以下步骤：

步骤一：下层光刻胶的匀胶：将需要光刻图案化的基片1放于匀胶机上，滴附第一层光刻胶2作为下层光刻胶，第一层光刻胶2的厚度为240±5 nm；在一定速度下进行甩胶，甩胶转速为4500rpm。

步骤二：下层光刻胶的烘烤：将甩完第一层光刻胶2的基片1放在热板上烘烤，烘烤温度为170±1 ℃，完成下层光刻胶的涂附和固化。

步骤三：上层光刻胶的匀胶：将甩完第一层光刻胶2的基片1进行第二层光刻胶3的匀胶过程，第二层光刻胶3的厚度为480±5 nm，甩胶转速为6000~8000rpm。

步骤四：上层光刻胶的烘烤：将涂附完两层光刻胶的基片1放在热板上进行烘烤，烘烤温度为105±1 ℃，完成上层光刻胶的涂附和固化。

步骤五：光刻胶曝光：在图形化光刻板的遮挡下，对上层光刻胶进行曝光。

步骤六：光刻胶显影：用显影液进行光刻胶显影，被曝光部分（即第二层光刻胶3）被显影液洗掉，未曝光部分保留下来；未曝光部分的下层光刻胶（即第一层光刻胶2）可以在显影液中被腐蚀，且腐蚀速率一般高于上层光刻胶，从而形成上窄下宽的双层光刻图案。

在显影液中的显影时间长短直接影响下层光刻胶被显影液往里腐蚀的底切的多少，影响镀膜去胶后是否存在毛刺现象，根据下层光刻胶厚度和其在显影液中的显影速率选择显影时间为43~45 s。

步骤七：等离子体清洗：将显影后的带光刻胶的基片1放入等离子体清洗机中进行清洗，用等离子清洗机在纯氧中用200 W功率清洗3 min，去除显影残留的光刻胶，使基片1上的光刻胶图形平直清晰。当先镀有活性电极的时候可去除此步骤。

步骤八：镀电极/薄膜：用低温镀膜工艺在形成图案化的基片1上进行镀膜。可以使用磁控溅射、电子束、脉冲激光沉积镀膜设备进行镀膜，采用电子束镀膜进行Ti-Pt、Ti-Au、Ti-Ag金属电极4的镀膜工艺以及磁控溅射进行氧化物的镀膜工艺，开启镀膜设备的自转保证镀膜的均一性。

步骤九：光刻胶的剥离：采用NMP去胶液在60 ℃条件下去胶10 min，完全去除光刻胶，形成想要的图案化样品，不会残留光刻胶造成胶体毛刺，完成LIFT-OFF工艺。

采用现有的工艺得到的去胶后电极形貌图如图3所示，采用本发明的方法得到的去胶后的电极形貌图如图4所示，对比图3和图4可知，本发明的方法不存在毛刺，并且去胶无残留。