形成图案化金属层的方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种形成图案化金属层的方法。

背景技术：

传统的mems产品金属工艺会经常用到剥离(liftoff)工艺进行金属层的制备。为了形成金属图形，通常先在基板上沉积光刻胶层，图形化光刻胶层，并根据光刻胶层的图形沉积形成金属层。在图形化光刻胶层时，由于光酸不充分扩散会导致光刻胶层顶部光酸分布较多底部光酸分布较少，从而形成倒梯形光刻胶，然后利用倒梯形光刻胶为掩膜沉积金属层。但旋涂后烘烤温度、显影前烘烤温度及光刻露光能量等会影响光酸分布，从而影响光刻时光刻胶倒梯形的角度，导致影响后续剥离工艺的窗口大小及剥离后金属边缘的形貌。因此，在工艺要求较高的金属剥离工艺应用中负胶工艺的稳定性难以达到要求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对在金属剥离技术中负胶工艺稳定性差的问题，提供一种一种形成图案化金属层的方法。

一种形成图案化金属层的方法，包括：

提供基板，并在所述基板上依次形成有机涂层和光刻胶层；

图形化所述光刻胶层；

刻蚀所述有机涂层，使所述有机涂层相对于所述光刻胶层形成底切结构；

沉积金属材料；

去除所述有机涂层、所述光刻胶层以及光刻胶层上方的金属材料，形成图案化的金属层。

在其中一个实施例中，所述刻蚀所述有机涂层包括将所述有机涂层溶解于预设温度的纯水。

在其中一个实施例中，所述预设温度高于常温。

在其中一个实施例中，所述有机涂层的材料包括聚乙烯醇。

在其中一个实施例中，所述聚乙烯醇的醇解度为87％～89％。

在其中一个实施例中，所述预设温度大于等于65摄氏度。

在其中一个实施例中，所述有机涂层的溶解速度为

在其中一个实施例中，所述在所述基板上依次形成有机涂层和光刻胶层包括：

在所述基板上涂覆聚乙烯醇溶液；

烘烤所述聚乙烯醇溶液以形成有机涂层；

于所述有机涂层上涂覆光刻胶形成所述光刻胶层。

在其中一个实施例中，所述沉积金属材料的步骤包括：

采用物理气相沉积或电子枪束法沉积金属材料。

在其中一个实施例中，所述去除所述有机涂层、所述光刻胶层以及光刻胶层上方的金属材料包括：

使用有机溶剂溶解所述有机涂层和所述光刻胶层以去除所述光刻胶层上方的金属材料，所述有机溶剂包括nmp或ekc溶液。

上述形成图案化金属层的方法通过在基板上先形成有机涂层再形成光刻胶层，刻蚀有机涂层使得有机涂层相对于光刻胶层形成底切结构，也即使得有机涂层和光刻胶层之间形成台阶，进而在沉积金属层时由于光刻胶层和有机涂层之间不连续，金属层无法在底切结构底部形成，便于去除光刻胶层上的金属材料，且通过控制对有机涂层的刻蚀过程便于控制金属剥离工艺的窗口大小。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的形成图案化金属层的方法流程图；

图2a～图2e为图1所示方法流程图中各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。

正如背景技术所述，传统技术中制备图案化金属层通常将光刻胶层进行图案化处理形成倒梯形光刻胶，沉积金属材料时金属材料无法覆盖光刻胶底部，然后通过湿法刻蚀工艺去除光刻胶形成图案化金属层。然而利用光刻胶沉积金属层对光刻胶厚度要求较高，通常要求光刻胶层厚度与金属层的厚度比例为3:1，导致光刻工艺的最小解像能力较差。另外，倒梯形光刻胶是由于光酸的不充分扩散形成的，而光刻工艺中光刻胶旋涂后烘烤温度、显影前烘烤温度及光刻露光能量等都会影响光酸分布，从而影响倒梯形的角度，直接影响到剥离工艺的窗口大小和剥离能力。

因此，针对上述问题，本申请提出一种形成图案化金属层的方法，通过在基板上依次形成水溶性的有机涂层和光刻胶层，先刻蚀光刻胶层，然后利用纯水刻蚀有机涂层上形成底切结构，使得有机涂层和光刻胶层之间形成台阶，沉积金属材料时金属材料无法沉积在底切结构底部，从而便于去除有机涂层和光刻胶层以及光刻胶层上的金属材料。另外，由于利用纯水溶解有机涂层，通过控制纯水的温度和溶解时间即可控制有机涂层的线宽，控制方便。

请参阅图1，本申请的一个实施例提供一种形成图案化金属层的方法，包括以下步骤：

s100：提供基板，并在基板上依次形成有机涂层和光刻胶层。

如图2a所示，基板110可以是硅片。为了便于形成图案化金属层，本实施例中在基板110上先依次形成有机涂层120和光刻胶层130。其中有机涂层120可以是聚乙烯醇(polyvinylalcohol,vinylalcoholpolymer，pva)。在制备有机涂层120时，可在基板110上旋涂聚乙烯醇水溶液，并烘烤成膜。由于pva材料不易溶解于光刻胶中普遍采用的丙二醇甲醚(propryleneglycolmonomethylether，pgme)或γ-丁内酯(gamma-butyrolactone，gbl)等材料，两者膜质不会发生互溶，因此在有机涂层120上涂覆光刻胶对光刻胶层130无影响。pva水溶性较好，可以溶解于高于常温的纯水中，而在常温水中基本不会溶解。在刻蚀有机涂层120时，可采用高于常温的纯水溶解pva，制程简单。另外，由于pva的耐热性较好，耐热温度为120℃～140℃，而光刻胶工艺中烘烤温度通常为90℃～120℃，因此可耐受光刻胶工艺中的烘烤温度。本实施例中采用醇解度为87％～89％的pva，醇解度在87％～89％的聚乙烯醇pva水溶材料能够溶解在65度以上的纯水，并且能够通过改变温度控制溶解的速度。另外，醇解度在87％～89％的聚乙烯醇pva水溶材料不溶于常温的纯水及显影液溶剂，在光刻显影工艺时不会对有机涂层有损伤。

s200：图形化光刻胶层。

本实施例中的光刻胶可以是正胶也可以是负胶，优选为负胶，采用负胶便于刻蚀后形成倒梯形角度。如图2b所示，对光刻胶层130进行曝光、显影，将掩膜版上的图形转移到光刻胶层130。在进行曝光时，由于光酸的不充分扩散，导致光刻胶层130顶部光酸分布较多，底部光酸分布较少，显影后形成倒梯形光刻胶。由于本申请中光刻胶层130下方形成有有机涂层120，两层共同用作后续沉积金属层的阻挡层，因此相较于传统技术中，本申请中的光刻胶层130厚度较薄，便于控制倒梯形角度，进而可提高光刻胶的解像能力。

s300：刻蚀有机涂层，使有机涂层相对于光刻胶层形成底切结构。

如图2c所示，根据光刻胶层130的图形刻蚀有机涂层120。本实施例中，采用超过预设温度的纯水溶解有机涂层120。当有机涂层120的材料为醇解度在87％～89％的pva时，预设温度可以大于等于65℃，且随着温度的升高，pva在纯水中的溶解速度也越快。因此通过控制水温可控制pva的溶解速度，继而控制有机涂层120的宽度。本实施例中，有机涂层120的溶解速度为另外，在另一个实施例中，还可通过控制溶解时间控制有机涂层120的宽度，可以理解的是，可同时控制纯水温度和溶解时间以控制有机涂层120的线宽。本实施例中，当有机涂层120溶解至宽度与光刻胶层130底部宽度相同时，继续溶解有机涂层120，使得在平行于基板110的方向上，有机涂层120的宽度小于光刻胶层130底部的宽度，有机涂层120相对于光刻胶层130形成底切结构。也即，有机涂层120和光刻胶层130之间形成台阶，且光刻胶层130的边缘突出于有机涂层120的边缘，以使后续沉积金属材料时金属材料无法沉积在光刻胶层130底部正投影对应的基板110上。由于光刻胶层130不溶于纯水，而有机涂层120在纯水中的溶解率高，因此采用纯水作为刻蚀液可提高有机涂层120和光刻胶层130的刻蚀选择比，提高刻蚀精度。

s400：沉积金属材料。

如图2d所示，在前述结构上沉积金属材料140，金属材料140覆盖保留的光刻胶层130表面和基板110表面。由于光刻胶层130底部和有机涂层110之间形成底切结构不连续，因此，金属材料140无法沉积在光刻胶层130底部正投影对应的基板110上，便于后续从底切结构底部溶解有机涂层120。本实施例中可采用物理气相沉积法或电子枪束法在前述结构上沉积金属材料140。

s500：去除有机涂层、光刻胶层以及光刻胶层上的金属材料，形成图案化金属层。

如图2e所示，本实施例中利用有机溶剂从底切结构底部金属材料没有覆盖的位置处溶解有机涂层120和光刻胶层130，以去除有机涂层120、光刻胶层130和光刻胶层13上的金属材料140形成图案化金属层。其中，有机溶剂可以是n-甲基吡咯烷酮(n-methyl-2-pyrrolidone，nmp)或ekc溶液。

上述实施例提供的形成图案化金属层的方法，在基板110上先形成有机涂层120再形成光刻胶层130，刻蚀有机涂层120使得有机涂层120相对于光刻胶层130形成底切结构，也即有机涂层120和光刻胶层130之间形成台阶，进而在沉积金属材料140时由于光刻胶层130和有机涂层120之间不连续，金属材料无法在光刻胶层130底部正投影对应的基板110上形成，提高金属成长的阻挡能力，便于去除光刻胶层130上的金属材料140，且通过控制对有机涂层110的刻蚀过程便于控制金属剥离工艺的窗口大小。另外，由于在光刻胶层130底部先形成有机涂层120，采用光刻胶层130和有机涂层120共同作为沉积金属材料140的掩膜，相较于传统技术中只采用光刻胶层为掩膜，本申请中可降低光刻胶层130的厚度，进而提高光刻胶的解像能力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。