專利名稱：增強光刻膠黏性的無定形碳層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)，更具體地是涉及具有增強的黏著性質(zhì)的電子器件，例如半導(dǎo)體器件，以及制造含有增強黏性的有機層的方法。
背景技術(shù)：
使用目前的方法，以光刻膠黏性形式的有機材料層對具有存在于表面上的一層低表面能材料(例如，Teflon AF)的襯底的黏性以及低表面能材料對襯底表面的黏性是非常低的。該結(jié)果降低了光刻處理的質(zhì)量，并且不能將低表面能材料結(jié)合在多層器件中。已經(jīng)進行了幾次嘗試，用于提高有機材料(例如，光刻膠)對具有低表面能材料作為頂面的各種襯底表面的黏性。在沒有任何預(yù)處理的情況下，有機光刻膠材料將不會浸潤低表面能表面，因此不能以可促進圖形化的方式涂覆這些表面。盡管已經(jīng)利用了許多表面預(yù)處理選項，但是這些傳統(tǒng)的操作不具有完成所有必要的加工步驟所需的黏性持久性。這些操作中的一些操作產(chǎn)生了實質(zhì)上非常短暫的效果，而通過其它的操作，在顯影步驟期間或在清潔溶液(例如，氫氧化銨(NH4OH)溶液(在水中10％))中浸泡期間已經(jīng)觀察到光刻膠層從晶片表面剝離。通常在例如刻蝕或沉積的隨后處理步驟之前使用此NH4OH溶液來清潔晶片表面。
最近已經(jīng)進行了幾種關(guān)于預(yù)處理選項的嘗試，用于改性表面，努力提高抗蝕劑黏性。這些選項包括脫水烘烤、施加i線和用作薄膜夾層的DUV抗反射涂層、標(biāo)準(zhǔn)的HMDS氣相涂布、和施加幾種硅烷基有機偶聯(lián)劑。但是，這些處理都沒有充分地提高黏性。
目前業(yè)內(nèi)用作制備抗蝕劑涂層的硅晶片的標(biāo)準(zhǔn)工藝是通過六甲基二硅胺烷(HMDS)氣相涂布晶片表面。但是，HMDS僅化學(xué)地與硅及其氧化物兼容，并且不能以相同的方式與大多數(shù)其它材料反應(yīng)。HMDS從氣相階段在硅表面上施加有機的單層，該有機單層排斥水或其它的水溶液，例如顯影劑或NH4OH。該膜在襯底/抗蝕劑界面上的斥水性質(zhì)維持了足夠的表面能，以允許抗蝕劑粘住并形成膜，但是防止了抗蝕劑膜在隨后的水性處理(例如顯影或清潔)期間的升高。已知的是，水在表面的接觸角是表面能和表面斥水性的良好的度量標(biāo)準(zhǔn)。水滴在適當(dāng)HMDS涂布的硅表面上的接觸角通常測量是在65至72°之間。此外還發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的氣相涂布到必須再次涂覆晶片之前只能維持三天。另外，在氣相涂布工藝期間，通常將晶片放在150℃溫度下超過30分鐘。這對于某些溫度敏感的應(yīng)用來說是要不得的，如上所述，通過HMDS氣相涂布對大部分的低表面能材料(例如Teflon或其它的含氟聚合物)沒有影響。
如上所述，存在其它的方法用于促進有機材料對晶片表面的黏性，更具體地是對低表面能材料的表面。經(jīng)常用于修改作為氣相涂布插入物的表面的一種這樣的方法是使用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝在襯底上施加第二材料的薄層(小于500埃)，第二材料例如氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO)。當(dāng)與傳統(tǒng)的HMDS氣相涂布結(jié)合時，沉積的這種材料提供了抗蝕劑層對晶片表面的極好的黏性。但是，這樣的覆層稍后必須被去除，這能夠帶來其它的問題。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通常通過干法刻蝕技術(shù)去除SiN材料是非常強烈的，能夠?qū)е乱姿榫庋訉拥膿p壞。
還存在其它的方法用于促進光刻膠對晶片的黏性，例如在通過抗蝕劑涂覆表面之前使用氧氣等離子體使表面粗糙化并將氧引入表面。此工藝暫時提高了表面能，但是僅產(chǎn)生短暫的效果，因為分子中的低表面能官能團會再遷移到表面，恢復(fù)到其原始的低水平的表面能。此外，表面粗糙度維持在可能并不是預(yù)期的水平。在使用無定形的TeflonAF的例子中，氧氣等離子體使Teflon AF表面粗糙化，并促進了增加的黏性，但是允許抗蝕劑溶劑來侵蝕Teflon AF。此外還提議使用與光刻膠材料混合的表面活性劑來幫助表面濕潤。該工藝是復(fù)雜的，并由于第一涂層的濕潤通常是不完整的，所以需要雙抗蝕劑涂層。通常，相對于抗蝕劑需要10％-15％的表面活性劑，而通過第一涂層僅產(chǎn)生80％的覆蓋。
最后，其它的材料已經(jīng)用作界面黏性促進劑。已經(jīng)使用了鋁，而鋁在抗蝕劑顯影劑中發(fā)生刻蝕，由此限制了分辨率。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種包括界面材料的器件，例如半導(dǎo)體器件、光子器件、微流器件、聲波器件、壓印器件等，該界面材料能夠促進光刻膠對低表面能材料的增強的黏性或者低表面能材料對襯底的增強的黏性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括界面材料的器件，該界面材料能夠促進增強的黏性，該黏性在隨后去除抗蝕劑和界面層時不損壞下面的材料表面。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括界面材料的器件，該界面材料能夠促進增強的黏性，并允許在與傳統(tǒng)的刻蝕工藝結(jié)合的傳統(tǒng)方法中使用抗蝕劑層來圖形化低表面能層。
本發(fā)明的另一個目的是提供制造器件的方法，包括提供界面材料的步驟，該界面材料能夠促進光刻膠對低表面能材料的增強的黏性或者低表面能材料對襯底的增強的黏性。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供包括襯底、低表面能材料層和設(shè)置在襯底上并鄰近低表面能材料層的無定形碳層的器件以及制造該器件的方法基本上滿足了這些需求以及其它的需求。制造該器件的方法包括提供具有表面的襯底、在襯底上沉積低表面能材料層、以及在襯底的表面上并鄰近低表面能材料層沉積無定形碳層。利用標(biāo)準(zhǔn)的離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)或通過濺射來形成無定形碳層。


本領(lǐng)域技術(shù)人員通過結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明，將很容易了解本發(fā)明的前述和其它的更具體的目的及優(yōu)點，其中圖1至6顯示了按照本發(fā)明的制造第一實施例的半導(dǎo)體器件的步驟的剖面圖，該器件包括用于增強光刻膠對低表面能材料層的黏性的無定形碳層；和圖7至8顯示了按照本發(fā)明的制造第二實施例的半導(dǎo)體器件的步驟的剖面圖，該器件包括用于增強低表面能材料層對襯底的黏性的無定形碳層。
具體實施例方式
在本說明書中，使用相同的數(shù)字標(biāo)識顯示本發(fā)明的不同附圖中的相同元件。此外，在說明優(yōu)選實施例的過程中，說明了半導(dǎo)體器件，而且本公開還期望術(shù)語“器件”可以包括半導(dǎo)體器件、光子器件、微流器件、聲波器件、壓印器件等。因此，圖1顯示了按照本發(fā)明的制造器件(即，半導(dǎo)體器件)的方法中第一步驟的簡化剖面圖。圖1中所示的是通常標(biāo)記為10的半導(dǎo)體器件，包括作為第一步驟提供襯底12。在特定實施例中，襯底12被說明由硅或氧化硅材料形成。更具體地，襯底12被說明由硅形成。應(yīng)當(dāng)理解，本公開期望是以III-V族(例如GaAs、InGaAs、InAlAs或任何類似的材料)材料，或者任何其它通常用作半導(dǎo)體襯底的材料(包括但不限于硅、含硅的材料、某種金屬和金屬氧化物)制造襯底12。
在襯底12的上表面13上已經(jīng)沉積了低表面能材料層14。低表面能材料層14通常由Teflon AF形成，但是也可以選擇的由無定形或半結(jié)晶的含氟聚合物、聚對二甲苯、其結(jié)構(gòu)包含硅樹脂成分(聚二甲基硅氧烷)的硅樹脂基材料(例如DOW bisbenzocyclobutene(DOWBCB))等形成。在此特定的實施例中，在襯底12的表面13上提供低表面能材料層14，以便為表面13提供對低表面能材料固有的特殊特性(例如斥水性、穩(wěn)定性、低粘性/高可釋放性、高電阻)以及為了保護表面13避免磨損、沾污或其它雜質(zhì)。低表面能材料層14通常很難濕潤，結(jié)果是其上不能黏著或涂覆任何東西。這阻止了在許多可能是有益的情況下使用低表面能材料，例如低k材料、不粘東西的掩模涂層、MEMS器件、微流、步進與閃光壓印蝕刻(SFIL)技術(shù)的圖形化層等。為了增加可濕潤性并提高黏性，在低表面能材料層14的最上表面15上沉積無定形碳層16。公開的是，使用典型的半導(dǎo)體沉積技術(shù)通過沉積在低表面能材料層14的表面15上的無定形碳材料來形成無定形碳層16。更具體地，使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)或通過濺射在低表面能材料層14的表面15上沉積無定形碳層16。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)沉積時，無定形碳層16可以含有其它的元素，例如氫、氮或氧。無定形碳層16在襯底12與光刻膠之間提供了增強的黏性(目前討論的)。
由無定形碳的薄層形成碳層16。在此優(yōu)選實施例中，使用業(yè)內(nèi)公知的標(biāo)準(zhǔn)PECVD技術(shù)或通過濺射來沉積厚度小于100埃的無定形碳層16，優(yōu)選地厚度為30至70埃。無定形碳層16的沉積提高了隨后沉積的光刻膠對低表面能材料層14的黏性持久性，允許通過傳統(tǒng)的光刻膠和刻蝕加工技術(shù)來處理并圖形化低表面能材料層14。
現(xiàn)在參照圖2和3，接下來通過有機光刻膠堆疊20來涂覆通常標(biāo)記為10的晶片堆疊。有機光刻膠堆疊20可由一層或多層光可成像的有機光刻膠層構(gòu)成，包括光學(xué)敏感和/或電子束敏感的這些材料。如圖2所示，有機光刻膠堆疊20形成為標(biāo)準(zhǔn)的單層抗蝕劑，包括光刻膠層22。如圖3所示，或者，有機光刻膠堆疊20形成為多層抗蝕劑，例如標(biāo)準(zhǔn)的雙層抗蝕劑，包括光刻膠層22和24。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)預(yù)期的圖形，能夠形成無論是作為單層抗蝕劑堆疊還是作為多層抗蝕劑堆疊所形成的抗蝕劑堆疊20，使其包括正抗蝕劑或負(fù)抗蝕劑。
如圖4所示，接下來使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻方法(如電子束、光學(xué)等)來曝光并圖形化晶片堆疊10，更具體地是抗蝕劑堆疊20，然后通過適當(dāng)?shù)臐穹ɑ瘜W(xué)顯影劑來顯影。如圖所示，在顯影工藝期間去除堆疊20的區(qū)域26，由此形成圖形。
接下來，在氧氣等離子體中對完全顯影的晶片堆疊10刻蝕大約1分鐘，以去除在圖形化步驟期間露出的無定形碳層16的一部分，并提供隨后的刻蝕步驟。接下來在氧氣中對堆疊10刻蝕大約1至10分鐘，以去除低表面能材料層14的一部分。然后任選地在10％的NH4OH溶液中浸泡堆疊10，通常持續(xù)1至5分鐘。在隨后的步驟(即，刻蝕、金屬化等)之前，堆疊10浸泡在NH4OH溶液中能夠清潔襯底12的暴露表面13。測量黏著強度和持久性的標(biāo)準(zhǔn)是在室溫下在10％的氫氧化銨(NH4OH)水溶液中浸泡10分鐘。在此浸沒期間，不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)即使最小的、通常亞微類型的抗蝕劑特征的上升或底切。
通常在大約15秒內(nèi)沉積無定形碳層16，并且容易通過低的或零偏置氧氣等離子體去除無定形碳層16。如圖6所示，在下面的預(yù)期工藝之后，去除有機抗蝕劑堆疊20和無定形碳層16?？梢酝ㄟ^包括濕法化學(xué)分解或氧氣等離子體灰化或其組合的技術(shù)進行該去除步驟。使用碳層和此處所述的單層或雙層抗蝕劑堆疊的圖形化的晶片樣本被顯影1分鐘，并且在10％的氫氧化銨溶液中浸泡10分鐘。使用掃描電子顯微鏡(SEM)對圖形化的抗蝕劑進行檢查，顯示出抗蝕劑沒有升高，其輪廓也沒有顯示出任何分層或底切的跡象。結(jié)果得出結(jié)論，含有無定形碳層16使得低表面能材料層14的表面15很好的適于有機光刻膠堆疊20的黏著。
此公開期望碳層16由無定形碳形成，并沉積在低表面能材料層14的表面15上，厚度小于200埃，但是應(yīng)當(dāng)理解，層16可以具有30埃至10000埃的厚度。在優(yōu)選實施例中，形成厚度在30至70埃之間的碳層16。公開了兩種類型的無定形碳適于碳層16的制造。更具體地，為碳層16公開了聚合物形式的碳材料(PLC)和金剛石狀碳(DLC)材料。在優(yōu)選實施例中，聚合物形式的碳材料被公開為～60％聚合的、含有可測量的數(shù)量的氫、具有～0.9g/cc的低密度值、～2.0GPa的硬度值以及在633nm的n～1.7和k～0.02的光學(xué)常數(shù)數(shù)據(jù)。金剛石狀碳材料被公開為35％聚合的、含有可測量的數(shù)量的其它元素(例如氮和氫，甚至可以含有氧)、具有～1.4g/cc的高密度值、～8.0GPa的硬度值以及在633nm的n～1.9和k～0.20的光學(xué)常數(shù)數(shù)據(jù)。盡管沒有檢測落在PLC和DLC的說明之間的具體的碳膜，但是應(yīng)當(dāng)相信它們在此應(yīng)用中將同樣好的工作。無定形碳層16通過改變低表面能材料層14的表面能，提供了光刻膠堆疊20對低表面能材料層14的表面15的增強的黏性，因此提供了與光刻膠堆疊20的更大的兼容性，同時排斥水或水的混合物。
在可選實施例中，如圖7和8所示，在襯底12′的最上表面上形成無定形碳層16′，在無定形碳層16′的最上表面上形成低表面能材料層14′。應(yīng)當(dāng)注意，通過類似的數(shù)字指出所有與圖1中所示的部件類似的部件，這些數(shù)字添加了標(biāo)記以表示不同的實施例。
更具體地，第二實施例中顯示的是期望在襯底12′上沉積低表面能材料層14′的器件。為了促進低表面能材料層14′對襯底12′的黏性，在低表面能材料層14′的沉積之前，在襯底12′上鄰近襯底12′沉積無定形碳層16′。這種類型的應(yīng)用對于低k材料、不粘東西的掩模涂層、MEMS器件、微流和SFIL器件的圖形化層是有益的。
如圖7和8所示，提供襯底12′，并由與圖1至6中公開的襯底12類似的那些材料形成。接下來，在襯底12′上并鄰近襯底12′的最上表面13′設(shè)置無定形碳層16′。無定形碳層16′由與圖1至6中公開的無定形碳層16類似的那些材料形成，并且提供了低表面能材料層14′在襯底12′上增強的黏性。低表面能材料層14′以特定實施例的TeflonAF形成，但是可以預(yù)見，也能夠按照圖1至6中所述由其它的低表面能材料形成。
在此特別的實施例中，在器件10′的制造期間，如上所述使用PECVD或其它的技術(shù)在襯底12′的表面13′上沉積小于100埃的無定形碳的薄層。通過此公開可以預(yù)見，層16′通常小于200埃，但是應(yīng)當(dāng)理解，層16′能夠具有在30埃至10000埃范圍內(nèi)的厚度。
在無定形碳層16′頂上沉積或旋涂一層低表面能材料14′。使用無定形碳作為界面層提供了低表面能材料14′對襯底12′的增強的黏性。
因此，公開了用于增強有機層的黏性的無定形碳層以及制造方法。含有無定形碳層提供了抗蝕劑層對低表面能材料表面的增強的黏性，或者低表面能材料層對襯底的增強的黏性。此增強的黏性特性改進了半導(dǎo)體器件、光子器件、微流器件、表面聲波器件、壓印模板等的制造，包括圖形化所述低表面能材料的制造，并且通過此黏性容易實現(xiàn)抗蝕劑層的去除。
權(quán)利要求
1.一種器件，包括具有表面的襯底；形成在所述襯底的表面上的低表面能材料層；和形成在所述襯底的表面上并鄰近所述低表面能材料層的無定形碳層。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中在所述襯底的表面與所述無定形碳層之間形成所述低表面能材料層，在所述無定形碳層的最上表面上形成光刻膠堆疊。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述光刻膠堆疊形成為多層光刻膠。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其中低表面能材料選自于無定形的含氟聚合物、半結(jié)晶的含氟聚合物、聚對二甲苯和硅樹脂基的材料組成的組。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其中無定形碳層由聚合物形式的碳形成。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中無定形碳層由金剛石狀碳形成。
7.一種器件，包括具有表面的襯底；鄰近所述襯底的表面形成的低表面能材料層；鄰近所述低表面能材料層的最上表面形成的、等離子體增強化學(xué)氣相沉積的無定形碳層；和鄰近所述無定形碳層的最上表面形成的光刻膠堆疊。
8.一種器件，包括具有表面的襯底；鄰近所述襯底的表面形成的、等離子體增強化學(xué)氣相沉積的無定形碳層；鄰近所述無定形碳層的最上表面形成的低表面能材料層。
9.一種形成器件的方法，包括以下步驟提供具有表面的襯底；在所述襯底的表面上形成一層低表面能材料；在所述襯底的表面上并鄰近所述低表面能材料沉積無定形碳層。
10.如權(quán)利要求9所述的形成器件的方法，其中所述形成一層低表面能材料的步驟包括在所述襯底與無定形碳層之間形成該層低表面能材料，并且在所述無定形碳層的最上表面上形成光刻膠堆疊。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件(10)，包括用于提高光刻膠層的黏性的無定形碳層(16)。此外，公開了一種制造所述半導(dǎo)體器件的方法。器件(10)包括具有表面(15)的襯底(12)、形成在襯底的表面(15)上的無定形碳層(16)、以及形成在襯底的表面上的低表面能材料層(14)。通過提供具有表面(15)的襯底(10)、使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)或濺射沉積低表面能材料(14)以及在襯底(12)的表面上并鄰近低表面能材料層(14)沉積無定形碳層(16)來形成器件(10)。
文檔編號H01L29/40GK1853270SQ200480026568
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者戴維·P·曼西尼, 熱姆·A·金特羅, 道格拉斯·J·貝斯尼克, 史蒂文·M·史密斯 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司