CN114334642A - 膜层的图形化方法及半导体器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种膜层的图形化方法及半导体器件的制备方法。在膜层的图形化方法中，通过光刻胶层的掩模对薄膜材料层中需要保留的部分进行等离子体表面处理，以使该部分的顶表面被钝化而形成钝化层，从而可利用形成的钝化层保护其下方的薄膜材料不会被去除，实现膜层的图形化效果。本发明提供的图形化方法，可有效改善光刻胶残留的问题，减少图形化工艺所带来的缺陷，并且工艺简单，实现了对图形化工艺的进一步优化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种膜层的图形化方法及半导体器件的制备方法。
背景技术
在半导体加工中，图形化工艺用于实现特定图形结构的制备，是必不可少且至关重要的加工工序。现有的一种图形化方法包括：首先，在待图形化的薄膜材料层上形成图形化的光刻胶层，以利用光刻胶层覆盖不需要被去除的部分；接着，将薄膜材料层中未被光刻胶层覆盖的部分去除，并使薄膜材料层中被光刻胶层覆盖的部分保留，以实现膜层的图形化，最后可进一步去除光刻胶层。而另一种图形化方法则是采用剥离工艺实现，即：优先在衬底上形成图形化的光刻胶层，所述光刻胶层中暴露出需要形成膜层的区域；接着，淀积薄膜材料，之后，剥离光刻胶层以同时去除光刻胶层上附着的薄膜材料，使得需要形成膜层的区域内的薄膜材料被保留，进而形成图形化的膜层。
然而，如上所述的两种图形化方法中均存在一定的工艺缺陷，例如光刻胶容易残留在衬底上而造成器件不良。此外，针对剥离工艺而言，其工艺能力还会受到光刻胶层厚度的限制而难以用于较大厚度的膜层的图形化过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜层的图形化方法，以优化图形化效果，减少图形化工艺所带来的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种膜层的图形化方法，包括：在一衬底上形成薄膜材料层；在所述薄膜材料层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露出部分薄膜材料层；对所述薄膜材料层中暴露出的部分进行等离子体表面处理，以使暴露出的薄膜材料层的顶部钝化形成钝化层；以及，去除所述光刻胶层，并去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
可选的，利用含氧离子执行所述等离子体表面处理，以使所述薄膜材料层的顶部形成氧化物层。
可选的，利用含氮离子执行所述等离子体表面处理，以使所述薄膜材料层的顶部形成氮化物层。
可选的，去除所述光刻胶层后，采用湿法刻蚀工艺和/或干法刻蚀工艺刻蚀所述薄膜材料层，以去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
可选的，所述薄膜材料层的材料包括镍。其中，在利用光刻胶剥离液去除所述光刻胶层后，可继续采用所述剥离液侵蚀所述薄膜材料层，以去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
可选的，所述薄膜材料层为金属材料层。以及，在去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分后，还可包括：热退火工艺。
可选的，所述衬底包括硅衬底或者碳化硅衬底。
本发明还提供了一种半导体器件的制备方法，包括如上所述的膜层的图形化方法。
在本发明提供的膜层的图形化方法中，将光刻胶层形成在待图形化的薄膜材料层的上方，避免了光刻胶层接触于衬底表面，降低了光刻胶残留于衬底上的风险。之后，在光刻胶层的掩模下对薄膜材料层中需要保留的部分进行等离子体表面处理，以使该部分的顶表面被钝化而形成钝化层，从而可利用形成的钝化层保护其下方的薄膜材料不会被去除，而仅将薄膜材料层中未覆盖有钝化层的部分去除，实现膜层的图形化过程。即，本发明中图形化后的光刻胶层是覆盖在薄膜材料层中需要被去除的部分，从而在剥离光刻胶层时即使存在光刻胶残留，然而在随后刻蚀薄膜材料层时将会进一步去除残留的光刻胶，避免光刻胶残留物粘附在衬底上而难以被去除。因此，本发明提供的图形化方法，有效减少了图形化工艺所带来的缺陷，并且工艺简单，实现了对图形化工艺的进一步优化。
附图说明
图1为本发明一实施例中的膜层的图形化方法的流程示意图。
图2-图 5为本发明一实施例中的膜层在图形化过程中的结构示意图。
其中，附图标记如下：100-衬底；200-薄膜材料层；210-钝化层；300-光刻胶层。
具体实施方式
本发明的核心思路在于提供一种新的膜层图形化方法，具体可参考图1所示，本发明一实施例中的图形化方法可包括如下步骤。
步骤S100，在一衬底上形成薄膜材料层。
步骤S200，在所述薄膜材料层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露出部分薄膜材料层。
步骤S300，对所述薄膜材料层中暴露出的部分进行等离子体表面处理，以使暴露出的薄膜材料层的顶部钝化形成钝化层。
步骤S400，去除所述光刻胶层，并去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
即，本发明提供的图形化方法中，在光刻胶层的掩模下对薄膜材料层中需要保留的部分进行等离子体表面处理，以使该部分的顶表面被钝化而形成钝化层，从而可以利用形成的钝化层保护其下方的薄膜材料不会被去除，而仅将薄膜材料层中未覆盖有钝化层的部分去除，实现薄膜层的图形化过程。
以下结合图1及图2-图5和具体实施例对本发明提出的薄膜的图形化方法及半导体器件的制备方法作进一步详细说明。其中，图1为本发明一实施例中的膜层的图形化方法的流程示意图，图2-图 5为本发明一实施例中的膜层在图形化过程中的结构示意图。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当认识到，附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。
在步骤S100中，具体参考图2所示，在一衬底100上形成薄膜材料层200。
其中，所述衬底100可以为硅衬底、锗硅衬底或者碳化硅衬底等；例如在一示例中，所述衬底100为碳化硅外延片，以及碳化硅外延片的厚度例如为200um～500um。
进一步的，所述薄膜材料层200的材料和厚度可基于实际状况选择。举例而言，所述薄膜材料层200可以为导电材料层，其中的导电材料例如包括金属材料。本实施例中，以所述薄膜材料层200为金属材料层为例进行说明，其中的金属材料例如可包括镍或钛、或者两者的组合，以及所述金属材料层的厚度例如为50nm-600nm。
在步骤S200中，具体参考图3所示，在所述薄膜材料层200上形成图形化的光刻胶层300。其中，所述光刻胶层300覆盖所述薄膜材料层200中需要被去除的部分，并暴露出所述薄膜材料层200中需要被保留的部分。
应当认识到，所述光刻胶层300是形成在薄膜材料层200的上方，而不接触于衬底100的表面，因此不会出现光刻胶残留于衬底100表面上的情况。
作为对比，在传统的剥离工艺（Liff-Off）中，其需要将光刻胶层形成在衬底的表面上，并通过光刻和显影，将需要形成金属层的衬底表面暴露出，此时暴露出的衬底表面上容易残留有光刻胶，并在后续形成金属层时，将会进一步导致金属层和衬底之间出现接触不良的问题。并且，剥离工艺也存在有一定的工艺限制，例如受到光刻胶层的厚度限制而难以实现较大厚度的金属层的图形化工艺。
由此可见，相对于剥离工艺的这一图形化方法，本实施例提供的图形化方法可以有效避免光刻胶残留于衬底表面的问题，尤其是，在面对金属层的图形化时，相应的可以避免所形成的金属层和衬底之间由于光刻胶残留而导致接触性能不佳的问题。此外，本实施提供的图形化方法也有利于克服剥离工艺中所存在的工艺限制，降低图形化工艺的难度。
在步骤S300中，具体参考图4所示，对所述薄膜材料层200中暴露出的部分进行等离子体表面处理，以使暴露出的薄膜材料层200的顶部钝化形成钝化层210。
具体而言，通过使薄膜材料层200的顶部钝化以改变薄膜材料层200顶部的膜层性质，使得顶部钝化的部分和薄膜材料层200中未钝化的部分在后续的刻蚀工艺中分别具有不同的刻蚀速率，例如，未钝化的部分和顶部钝化的部分的刻蚀选择比大于等于10:1。即，所述薄膜材料层中的钝化层210和所述薄膜材料层中未钝化的部分具有不同的刻蚀速率。
需要说明的是，本实施例中利用等离子体对薄膜材料层200进行表面处理，此时仅会使得薄膜材料层200的顶表面及靠近顶表面的小部分会被钝化，而并不会对薄膜材料层200的整体厚度均形成钝化。即，表面处理后的薄膜材料层200其顶部下方仍具有未钝化的部分；例如，以金属材料层为例，在对金属材料层进行表面处理后，仅金属材料层的顶部可以被钝化，而所述金属材料层的下部分未被钝化而仍保持其原本的性能（例如，导电性能等）。
一种可选的方案中，可采用含氧等离子执行等离子体表面处理，此时暴露出的薄膜材料层200的顶部即可在氧的氛围内而形成氧化物层，所形成的氧化物层即构成所述钝化层210。以金属材料层为例，所述金属材料层的顶部即会在氧的氛围内形成金属氧化物层，所述金属氧化物层即构成所述钝化层210，举例来说，针对镍金属层而言，其顶部将被钝化而形成氧化镍。
在另一种可选的方案中，还可采用含氮等离子执行等离子体表面处理，此时暴露出的薄膜材料层200的顶部即可在氮的氛围内而形成氮化物层，所形成的氮化物层即构成所述钝化层210。以金属材料层为例，则金属材料层的顶部即会在氮的氛围内形成金属氮化物层，举例来说，针对镍金属层而言，其顶部将被钝化而形成氮化镍。
在步骤S400中，具体参考图5所示，去除所述光刻胶层，并去除所述薄膜材料层200中未覆盖有所述钝化层210的部分。即，所述薄膜材料层中对应于光刻胶层所覆盖的部分将继续被去除。
其中，可采用光刻胶剥离液去除所述光刻胶层。需要说明的是，由于薄膜材料层200中被光刻胶层所覆盖的部分即对应于后续需要被去除的部分，那么在剥离所述光刻胶层后即使存在有光刻胶残留的情况，随着后续薄膜材料层的进一步去除，将会同时清除其上残留的光刻胶，从而避免了光刻胶残留在衬底上。
作为对比，在传统的图形化工艺中，图形化后的光刻胶层需要覆盖薄膜材料层需要被保留的部分，并暴露出薄膜材料层中不需要被保留的部分，接着基于光刻胶层的掩模下刻蚀所述薄膜材料层，以使薄膜材料层中被光刻胶层覆盖的部分被保留，之后去除光刻胶层，此时在去除所述光刻胶层时即容易导致光刻胶残留在图形化后的薄膜层上，并且剥离液中的光刻胶残渣也容易粘附至暴露出的衬底表面上。
而与如上所述的传统图形化工艺相比，本实施例提供的图形化方法中，在去除光刻胶层时，所述薄膜材料层200仍覆盖衬底100的表面，因此可以有效避免光刻胶残留或粘附在衬底表面上；并且，随着后续对薄膜材料层200的进一步刻蚀，也有利于清除残留的光刻胶。
具体而言，在去除所述光刻胶层后，即暴露出所述薄膜材料层200中需要被去除的部分，并可采用湿法刻蚀工艺和/或干法刻蚀工艺刻蚀所述薄膜材料层200，以去除所述薄膜材料层200中未覆盖有所述钝化层210的部分。如上所述，所述钝化层210和薄膜材料层200中被钝化的部分具有不同的刻蚀选择比，因此所述薄膜材料层200中需要被保留的部分，可以在钝化层210的保护下而不会被去除，而薄膜材料层200中未遮盖有钝化层的部分即会被刻蚀。
具体的方案中，可以根据所述薄膜材料层200的材料而选取对应的刻蚀方式和刻蚀剂。例如，针对金属材料层而言，即可采用金属腐蚀液湿法刻蚀所述金属材料层，以所述薄膜材料层200为镍层或钛层为例，则可采用镍金属腐蚀液或者钛金属腐蚀液等刻蚀所述薄膜材料层200。此外，针对镍金属层而言，还可直接采样光刻胶剥离液刻蚀所述薄膜材料层200，如此，即有利于简化工艺，节省成本。具体的，可利用EKC剥离液去除所述光刻胶层，接着继续利用所述EKC剥离液去除暴露出的镍金属层。
参考图5所示，在去除所述薄膜材料层中未覆盖有钝化层210的部分，并使覆盖有钝化层210的部分被保留以形成图形化后的薄膜层。应当认识到，图形化后的薄膜层中，顶部为钝化后形成的钝化层210，而钝化层210下方仍为未钝化的部分。可选的方案中，还可以进一步去除所述钝化层210。
本实施例中，以所述薄膜材料层为金属材料层为例，则在对所述金属材料层进行图形化后，还可包括：执行热退火工艺。具体的，通过热退火工艺，可使金属材料层中的金属和衬底中的硅发生反应而生成金属硅化物，形成低接触电阻的欧姆接触结构。
综上所述，本实施例提供的膜层的图形化方法，其具体是在光刻胶层的掩模下对薄膜材料层中需要保留的部分进行等离子体表面处理，以使该部分的顶表面被钝化而形成钝化层，从而可以利用形成的钝化层保护其下方的薄膜材料不会被去除，而仅将薄膜材料层中未覆盖有钝化层的部分去除，实现薄膜层的图形化过程。如此，即可有效避免光刻胶接触于衬底表面，降低了光刻胶残留于衬底上的风险，减少图形化工艺所带来的缺陷。
此外，在将如上所述的膜层的图形化方法进一步应用于半导体器件的制备方法中，也有利于提高所制备出的半导体器件的性能。即，一种半导体器件的制备方法中可采用如上所述的图形化方法实现图形化过程。例如，可采用如上所述的图形化方法在衬底上制备欧姆接触结构，其制备出的欧姆接触结构和衬底之间具有更低的接触电阻，提高接触性能。
需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。
Claims (10)
1.一种膜层的图形化方法，其特征在于，包括：
在一衬底上形成薄膜材料层；
在所述薄膜材料层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露出部分薄膜材料层；
对所述薄膜材料层中暴露出的部分进行等离子体表面处理，以使暴露出的薄膜材料层的顶部钝化形成钝化层；以及，
去除所述光刻胶层，并去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
2.如权利要求1所述的膜层的图形化方法，其特征在于，利用含氧离子执行所述等离子体表面处理，以使所述薄膜材料层的顶部形成氧化物层。
3.如权利要求1所述的膜层的图形化方法，其特征在于，利用含氮离子执行所述等离子体表面处理，以使所述薄膜材料层的顶部形成氮化物层。
4.如权利要求1所述的膜层的图形化方法，其特征在于，去除所述光刻胶层后，采用湿法刻蚀工艺和/或干法刻蚀工艺刻蚀所述薄膜材料层，以去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
5.如权利要求1所述的膜层的图形化方法，其特征在于，所述薄膜材料层的材料包括镍。
6.如权利要求5所述的膜层的图形化方法，其特征在于，利用光刻胶剥离液去除所述光刻胶层后，继续采用所述剥离液侵蚀所述薄膜材料层，以去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分。
7.如权利要求1所述的膜层的图形化方法，其特征在于，所述薄膜材料层为金属材料层。
8.如权利要求7所述的膜层的图形化方法，其特征在于，在去除所述薄膜材料层中未覆盖有所述钝化层的部分后，还包括：热退火工艺。
9.如权利要求1所述的膜层的图形化方法，其特征在于，所述衬底包括硅衬底或者碳化硅衬底。
10.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的膜层的图形化方法。
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