[发明专利]用于微电子基材湿蚀刻加工的旋压保护涂层

说明书

技术领域

本发明涉及新的保护涂层(底涂层、第一保护涂层和任选的第二保护涂层) 以及在制造如用于微机电系统(MEMS)的微电子装置中使用这些涂层的方法。

背景技术

用于深蚀刻的蚀刻剂可根据制造装置所需的蚀刻选择性而定。典型的含碱 或碱性蚀刻剂包括选自KOH、TMAH和NaOH的蚀刻剂。这些蚀刻剂典型的 以10-45％溶液，以及更典型的约30％溶液提供。碱性蚀刻剂可含有胺类，例 如乙二胺、乙醇胺和/或例如异丙醇的水溶性低级醇，以调节溶液的蚀刻性能。 体态硅蚀刻的进行温度典型的为40℃至120℃，更典型为60℃至90℃。蚀刻 时间为1至24小时，更典型的为5至15小时。

酸性蚀刻剂包括氢氟酸(HF)水溶液，其包括浓的(49％-50％)HF、其 水稀释液以及包含HF与氟化铵水性混合物的缓冲氧化物蚀刻剂。HF蚀刻剂主 要用来蚀刻二氧化硅。混合的酸蚀刻剂典型的包含70％硝酸(HNO₃)、49％HF 和一种稀释酸(如85％磷酸(H₃PO₄)或100％醋酸)的混合物，并且主要用于 体态硅蚀刻。上述混合物常见的组分体积比例如为：

HNO₃/HF/H₃PO₄＝7∶1∶7或3∶1∶4

以这些酸的混合物蚀刻体态硅的时间典型的为5至30分钟，在一些情形 中，于室温下则长达120分钟。

在硅蚀刻处理中，通常在硅基材上采用氮化硅或二氧化硅的薄涂层 (100-300纳米)作为图案蚀刻的罩幕或作为钝化层来封闭活性电路。因此，在 此所述的保护涂层系统通常涂到Si₃N₄或SiO₂上，其意味着与这些基材的良好 粘结是获得可接受的保护效果的关键。

现有技术中，用于MEMS制造过程的保护涂层或罩幕主要已通过反复试 验法进行了选择，因为市面上没有通用的保护涂层。蚀刻剂对不同材料的蚀刻 选择性常成为MEMS制造工程师的指南。由于氮化硅膜的蚀刻速率远小于硅， 其已作为KOH或TMAH体态硅蚀刻中的保护层或硬罩。二氧化硅的蚀刻速率 比氮化硅快，因此其仅作为短暂蚀刻的保护/罩幕层。金(Au)、铬(Cr)和 硼(B)亦已报道用于某些情形。非图案化硬烤光致抗蚀剂已用作罩幕，但其 很容易在碱溶液中被蚀刻。聚甲基丙烯酸甲酯也被评估作为KOH的蚀刻罩幕。 然而由于酯基团的皂化，该聚合物罩幕时间从60℃的165分钟大幅缩减至90℃ 的15分钟。黑蜡(W，可获自于位于美国新泽西州的Scientific Instrument Services公司)也用作30重量％KOH蚀刻过程(70℃)中的保护涂 层。湿蚀刻后，使用三氯乙烯除去该蜡。

有机聚合物非常适合作为保护涂层。IC和MEMS产业多年来已使用聚合 物涂层材料作为光致抗蚀剂、抗反射涂层和平坦化层。这些材料能通过旋涂法 (spin-on method)方便的涂成薄膜，接着经烘烤或UV固化形成最终涂层形式。 对所述聚合物一个重要的要求为，其在室温下能高度溶于对环境无害的溶剂。 因为缺少适合的溶剂，诸如聚丙烯和聚乙烯之类的半结晶聚烯烃，以及诸如 之类的已知对强酸和强碱有极好抗蚀性的半结晶氟聚合物，无法调配成 用于保护涂层的旋转涂布组合物。同时，许多常见的热塑性聚合物，例如聚苯 乙烯、聚(环烯烃)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚砜 和各种光致抗蚀剂聚合物(如聚羟基苯乙烯和酚醛树脂)，由于其磁化率和对 蚀刻剂的渗透性、与基材间粘结性不好、易产生涂层缺陷或不溶于微电子产业 可用的溶剂，而无法存在于常规的苛刻的深蚀刻过程中。

发明内容

本发明主要涉及用作保护层的组合物。该组合物包含溶解或分散于溶剂体 系中的第一聚合物和相容化合物。优选的第一聚合物为苯乙烯-丙烯腈共聚物； 而优选相容化合物选自：包含环氧基团的单体、寡聚物和聚合物；聚(苯乙烯 -共-烯丙醇)；及其混合物。所述组合物基本上不含光酸产生剂和其他会引起 聚合或交联的试剂，因此是非光敏性的。本发明还涉及包括可流动和硬化形式 (即最终烘烤后)的该组合物的微电子结构、以及用此结构形成微电子装置的 方法。

附图说明

图1展示了涂覆有本发明所述保护涂层并且经过KOH蚀刻的氮化硅晶片。

具体实施方式