一种晶圆金属层的腐蚀方法和装置与流程

1.本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种晶圆金属层的腐蚀方法和装置。


背景技术：

2.腐蚀工艺是半导体后道工艺中良率的保证，其属于晶圆金属湿法刻蚀工艺，也称为湿法化学刻蚀，主要是利用腐蚀液与晶圆上沉积的金属之间的化学反应将金属层溶解，达到刻蚀图形的目的。腐蚀工艺通过图像质量的转移，需要保证图形的质量。金属图形边缘线条和侧壁是否光滑是影响腐蚀工艺的直接因素。
3.对于沉积较厚金属层的碳化硅晶圆，如果仅仅按照腐蚀液对光刻胶掩膜和金属的刻蚀比来计算得到所需的光刻胶掩膜厚度大多时候无法保证图形中线条规整平直。主要原因在于金属腐蚀的过程中，腐蚀液不仅仅在金属层的纵向腐蚀，同时对金属层的横向也进行腐蚀，称为横向钻蚀，同时腐蚀过程中伴随着晶圆在腐蚀液中的抖动，光刻胶如果没有下层金属粘接或粘接力不足，容易导致光刻胶掉落。当金属层厚度较薄时，光刻胶和碳化硅衬底之间的狭窄间隙阻止了大部分腐蚀液分子进入，因此在一定程度上阻止了横向钻蚀过程，避免了光刻胶掩膜层和金属下层衬底之间因无支撑而出现掉胶现象或塌胶现象。但是当沉积的金属层较厚时，横向钻蚀非常明显，尤其在过腐蚀过程中，腐蚀边缘由于掉胶和塌胶引起的线条参差不齐的现象愈加明显，导致晶圆的良率低。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术中由于掉胶和塌胶引起的腐蚀边缘线条参差不齐导致的晶圆良率低的不足，本发明提供了一种晶圆金属层的腐蚀方法，包括：
5.采用溅射工艺或蒸发工艺在晶圆表面沉积一定厚度的金属层；
6.采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案；
7.采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀。
8.所述金属层的厚度大于2.5微米。
9.所述采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案，包括：
10.对金属层表面进行增粘处理，并在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶；
11.将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案。
12.所述对金属层表面进行增粘处理，包括：
13.在所述金属层表面粘附增粘剂。
14.所述在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶，包括：
15.采用涂胶工艺在增粘处理后的金属层表面涂覆粘稠状的光刻胶；
16.其中，所述光刻胶的厚度均匀，且厚度大于所述金属层厚度的1.2倍。
17.所述将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案，包括：
18.按照预设的烘烤温度和烘烤时间，采用烘烤工艺将涂覆有光刻胶的晶圆进行烘
烤；
19.采用曝光工艺对烘烤后的晶圆进行曝光；
20.使用显影工艺对晶圆表面进行显影，使曝光区域的光刻胶溶解；
21.采用清洗液对晶圆表面进行清洗，得到光刻胶掩膜图案。
22.所述采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案之后，所述方法还包括：
23.采用坚膜工艺对晶圆表面进行处理，使光刻胶固化。
24.所述采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀，包括：
25.将所述光刻胶掩膜图案作为掩膜，使用腐蚀液对金属层进行腐蚀，将刻胶掩膜图案转移至金属层，得到带有光刻胶掩膜图案的金属层。
26.所述烘烤温度为110℃～120℃；
27.所述烘烤时间为4min～6min。
28.另一方面，本技术还提供了一种晶圆金属层的腐蚀装置，包括：
29.沉积模块，用于采用溅射工艺或蒸发工艺在晶圆表面沉积一定厚度的金属层；
30.光刻模块，用于采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案；
31.腐蚀模块，用于采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀。
32.所述金属层的厚度大于2.5微米。
33.所述光刻模块用于：
34.对金属层表面进行增粘处理，并在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶；
35.将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案。
36.所述光刻模块对金属层表面进行增粘处理，具体是在所述金属层表面粘附增粘剂。
37.所述光刻模块在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶，具体是采用涂胶工艺在增粘处理后的金属层表面涂覆粘稠状的光刻胶；其中，所述光刻胶的厚度均匀，且厚度大于所述金属层厚度的1.2倍。
38.所述光刻模块将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案，具体过程为：
39.按照预设的烘烤温度和烘烤时间，采用烘烤工艺将涂覆有光刻胶的晶圆进行烘烤；具体的，烘烤温度为110℃～120℃；烘烤时间为4min～6min；
40.采用曝光工艺对烘烤后的晶圆进行曝光；
41.使用显影工艺对晶圆表面进行显影，使曝光区域的光刻胶溶解；
42.采用清洗液对晶圆表面进行清洗，得到光刻胶掩膜图案。
43.本技术还包括固化模块，固化模块用于：
44.采用坚膜工艺对晶圆表面进行处理，使光刻胶固化。
45.腐蚀模块采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀，具体过程为：
46.将所述光刻胶掩膜图案作为掩膜，使用腐蚀液对金属层进行腐蚀，将刻胶掩膜图案转移至金属层，得到带有光刻胶掩膜图案的金属层。
47.本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
48.本发明提供的晶圆金属层的腐蚀方法中，采用溅射工艺或蒸发工艺在晶圆表面沉积一定厚度的金属层，采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案，采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀，能够尽可能避免腐蚀后出现掉胶和塌胶现象，避免掉胶和塌胶而引起的表面线条不规整、侧壁形貌参差不齐等工艺不良问题，提高了晶圆的良率；
49.本发明提供的技术方案对于碳化硅晶圆沉积厚度超过2.5um的金属层，选择光刻胶作为光刻掩膜图形，涂胶厚度超过需要腐蚀的金属层厚度1.2倍，可极大改善腐蚀区边缘线条的光滑平直性，保证了金属层腐蚀图形的质量，有效地完善了金属腐蚀工艺和光刻工艺之间的互补性；
50.本发明提供的技术方案通过光刻工艺更好的控制湿法腐蚀的偏差，对于半导体流片后续其他工艺提供了良好的金属形貌，大大提高了各层膜之间的图形转移质量。
附图说明
51.图1是本技术实施例中晶圆金属层的腐蚀方法流程图；
52.图2是本技术实施例中光学显微镜下腐蚀前光刻胶及金属al正面形貌图；
53.图3是本技术实施例中采用传统工艺沉积晶圆金属层，光学显微镜下腐蚀后的光刻胶形貌及金属线条示意图；
54.图4是本技术实施例中若采用本技术工艺沉积晶圆金属层，光学显微镜下腐蚀后的光刻胶形貌及金属线条示意图；
55.图5是本技术实施例中采用传统工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀后，去掉光刻胶，通过扫描电子显微镜正面观测腐蚀边缘示意图；
56.图6是本技术实施例中用本技术提供的技术方案对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀后，去掉光刻胶，通过扫描电子显微镜正面观测腐蚀边缘示意图；
57.图7是本技术实施例中腐蚀后未去胶情况下，扫描电子显微镜观测的侧壁光刻胶和金属截面形貌示意图；
58.图8是本技术实施例中腐蚀后去胶情况下，扫描电子显微镜观测的侧壁光刻胶和金属截面形貌示意图；
59.图9是本技术实施例中晶圆金属层的腐蚀装置结构图示意图。
具体实施方式
60.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
61.实施例1
62.本发明实施例1提供了一种晶圆金属层的腐蚀方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：
63.s101：采用溅射工艺或蒸发工艺在晶圆表面沉积一定厚度的金属层；
64.s102：采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案；
65.s103：采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀。
66.上述s101中，可以将晶圆放置在溅射台(或金属蒸发台)上，然后采用溅射工艺或蒸发工艺在晶圆表面沉积金属层。本发明实施例中，沉积到晶圆表面的金属层为金属al。对
于sic或si的晶圆，沉积到晶圆表面的金属层为金属al，金属层的厚度大于2.5微米。
67.采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案，包括：
68.对金属层表面进行增粘处理，并在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶。
69.具体的，在金属层表面粘附增粘剂，并采用涂胶工艺在增粘处理后的金属层表面涂覆粘稠状的光刻胶。本发明实施例中，将沉积有金属层的晶圆放置在hmds烘箱内，然后在100℃环境下，往金属层表面粘附hmds增粘剂(温度为120
±
1℃，hmds增粘剂的厚度为5nm～12nm)，以增加后续光刻胶和金属层之间的界面黏着力。且本技术实施例采用涂胶工艺在增粘处理后的金属层表面涂覆azmir
‑
6130粘稠状光刻胶，具体是使用利用全自动涂胶显影机旋涂az mir
‑
6130光刻胶。azmir
‑
6130粘稠状光刻胶厚度均匀，且为了防止塌胶，azmir
‑
6130粘稠状光刻胶的厚度和金属层厚度比例范围为1.2～2，如针对4
±
0.2μm的金属al，则选用6
±
0.2μm的光刻胶。且随着金属层越厚，涂胶的厚度也需要逐步增大比例。在光学显微镜下腐蚀前光刻胶2及金属al(图2中的1)正面形貌图如图2所示。
70.将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案。
71.将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案，包括：
72.按照预设的烘烤温度和烘烤时间，采用烘烤工艺将涂覆有光刻胶的晶圆进行烘烤，使光刻胶固化。具体的，烘烤温度为110℃～120℃；烘烤时间为4min～6min。本技术实施例中，烘烤温度为120℃，烘烤时间为240s。例如，可以在120℃环境中烘烤晶圆360s。
73.采用曝光工艺对烘烤后的晶圆进行曝光，以将光刻掩膜版图形转移至晶圆上光刻胶层。具体的，可以使用步进式光刻机对烘烤后的晶圆进行曝光。可以采用光强为640mw/cm2i
‑
730mw/cm2的i线，均匀性小于2％，选用6
±
0.2μm的光刻胶，曝光剂量为195ms～215ms，焦距为
‑
0.1～0.2，实现对对烘烤后的晶圆的曝光。
74.使用显影工艺(可以采用显影液fhd5)对晶圆表面进行显影，使曝光区域的光刻胶溶解。具体可以使用全自动涂胶显影机对晶圆表明进行显影150s，清洗50s，得到光刻胶掩膜图形。
75.采用清洗液(如去离子水)对晶圆表面进行清洗，以去除显影液及溶解的残渣，得到光刻胶掩膜图案。需要说明的是，本技术实施例选用6μm
±
0.2μm的az mir
‑
6130光刻胶，每显影30s
‑
35s,水洗10s
‑
20s,需要反复4次。
76.光学显微镜下腐蚀前(也就是采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案之后)光刻胶及金属al正面形貌图如图2所示。
77.采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案之后，本技术实施例提供的腐蚀方法还包括：
78.采用坚膜工艺对晶圆表面进行处理，使光刻胶固化。具体的，可以使用程控坚膜烘箱，设定110℃
‑
120℃的环境，对晶圆表明烘烤480s
±
5s，使得光刻胶固化。
79.所述采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀，包括：
80.将所述光刻胶掩膜图案作为掩膜，使用腐蚀液(如磷酸和部分硝酸合成)对金属层进行腐蚀，将刻胶掩膜图案转移至金属层，得到带有光刻胶掩膜图案的金属层。需要说明的是，根据金属层的不同厚度，腐蚀的时间不同，例如，针对4μm
±
0.2μm的金属al，腐蚀时间为600s～650s。
81.若采用传统工艺沉积晶圆金属层，光学显微镜下腐蚀后的光刻胶形貌及金属线条
示意图如图3所示。然而，若采用本技术工艺沉积晶圆金属层，光学显微镜下腐蚀后的光刻胶形貌及金属线条示意图如图4所示，对比图3和图4可以看出，图3中的金属线条弯曲不直，图4中的线条光滑平直。采用传统工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀后，去掉光刻胶，通过扫描电子显微镜正面观测腐蚀边缘示意图如图5所示，采用本技术提供的技术方案对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀后，去掉光刻胶，通过扫描电子显微镜正面观测腐蚀边缘示意图如图6所示。对比图5和图6可以看出，图5中去胶后使用扫描电子显微镜观测到的金属线条粗犷，界面不光滑，然而图6中去胶后使用扫描电子显微镜观测到的金属线条光滑，平整。图7和图8为腐蚀后未去胶和去胶后，扫描电子显微镜观测的侧壁光刻胶和金属截面形貌示意图。从图7和图8可以看出，未出现掉胶和塌胶现象，同时侧壁形貌优异。可以表明，通过本技术实施例提供的腐蚀工艺极大的提高了图形质量。需要说明的是，图3至图8中，1表示金属al，2表示光刻胶。
82.实施例2
83.基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种晶圆金属层的腐蚀装置，如图9所示，包括：
84.沉积模块，用于采用溅射工艺或蒸发工艺在晶圆表面沉积一定厚度的金属层；
85.光刻模块，用于采用光刻工艺在沉积有金属层的晶圆表面形成光刻胶掩膜图案；
86.腐蚀模块，用于采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀。
87.所述金属层的厚度大于2.5微米。
88.所述光刻模块用于：
89.对金属层表面进行增粘处理，并在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶；
90.将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案。
91.所述光刻模块对金属层表面进行增粘处理，具体是在所述金属层表面粘附增粘剂。
92.所述光刻模块在增粘处理后的金属层表面涂覆光刻胶，具体是采用涂胶工艺在增粘处理后的金属层表面涂覆粘稠状的光刻胶；其中，所述光刻胶的厚度均匀，且厚度大于所述金属层厚度的1.2倍。
93.所述光刻模块将涂覆有光刻胶的晶圆依次进行烘烤、曝光和显影，得到光刻胶掩膜图案，具体过程为：
94.按照预设的烘烤温度和烘烤时间，采用烘烤工艺将涂覆有光刻胶的晶圆进行烘烤；具体的，烘烤温度为110℃～120℃；烘烤时间为4min～6min；
95.采用曝光工艺对烘烤后的晶圆进行曝光；
96.使用显影工艺对晶圆表面进行显影，使曝光区域的光刻胶溶解；
97.采用清洗液对晶圆表面进行清洗，得到光刻胶掩膜图案。
98.本技术还包括固化模块，固化模块用于：
99.采用坚膜工艺对晶圆表面进行处理，使光刻胶固化。
100.腐蚀模块采用腐蚀工艺对所述光刻胶掩膜图案底部的金属层进行腐蚀，具体过程为：
101.将所述光刻胶掩膜图案作为掩膜，使用腐蚀液对金属层进行腐蚀，将刻胶掩膜图案转移至金属层，得到带有光刻胶掩膜图案的金属层。
102.为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
103.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
104.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
105.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
106.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
107.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。