[发明专利]通过合金化和蚀刻铂合金图案化铂

说明书

提供一种在衬底(101)上图案化铂的方法。铂层(103)沉积在衬底上，并且经图案化的光致抗蚀剂层(105)形成在铂层上方，留下铂层的部分暴露区域。铝层(109)沉积在铂层(103)的部分暴露区域上方。合金(111)由来自部分暴露区域的铝和铂形成。铂铝合金(111)被蚀刻掉，留下铂层(103)的剩余部分，以在衬底(101)上形成经图案化的铂层。优选地，在形成经图案化的光致抗蚀剂层(105)之前，在半导体衬底(101)上的铂层(103)上沉积薄硬掩模层(107)。

技术领域

本公开总体上涉及金属薄膜，并且更具体地涉及在微电子设备和传感器中图案化金属薄膜。

背景技术

通常，在恶劣环境下的薄膜技术传感器需要长寿命和化学稳定性，并且将非常受益于铂和其他类似相对惰性的金属以进行半导体金属化。由于如特殊物理特性(如PT1000电阻温度计设备(RTD)中的电阻温度系数(TCR))的关键特征，因此对于需要铂、铂族金属或合金或含有大量铂族金属的复合材料的微电子传感器或类似设备尤其如此。然而，铂和其他类似金属的极高期望惰性品质使它们难以图案化。到目前为止，这种传感器通常以分立元件的形式出售。由于难以向大型半导体制造商的数字和模拟晶圆厂引入相对惰性的MEMS材料及其工艺，因此在工业级生产方面几乎看不到任何实际发展。

尽管铂在IC工业中用于形成PtSi，但并未像铝或铜那样用作金属。由于铂的催化行为，铂通常被认为是晶圆厂中的污染风险，因此要非常小心地进行处理。现有技术铂图案化工艺在污染方面具有严重的缺点，导致禁止大量生产。

对生物医学或生物微机电(bio-MEMS)设备的兴趣日益浓厚，导致铂作为薄膜电极材料的重要性日益提高。固有的耐腐蚀性、良好的导电性、高生物相容性和不透射线的特性使铂适合各种生物MEMS设备。铂还用于电容器和热敏电阻以及许多其他应用。它的惰性使Pt本质上难以图案化。对于厚膜(100nm)尤其如此，该厚膜能够承受传感应用中的苛刻条件而不会损坏或退化。

发明内容

以下呈现简化的概述，以便提供对本公开的一个或多个方面的基本理解。该概述不是本公开的广泛概述，并且既不旨在标识本公开的关键或重要元素，也不旨在划定其范围。相反，概述的主要目的是以简化形式呈现本公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

根据本公开的第一方面，提供一种在衬底上图案化铂的方法。铂层沉积在衬底上，并且在铂层上方形成图案化的光致抗蚀剂层，留下铂层的部分暴露区域。牺牲铝层沉积在铂层的部分暴露区域上方。由来自部分暴露区域的铝和铂形成合金。蚀刻掉铂铝合金以及非合金铝，留下铂层的剩余部分，以在衬底上形成图案化的铂层。在一个实施例中，在形成图案化的光致抗蚀剂层之前，薄硬掩模层沉积在半导体衬底上的铂层上。通过SiO₂的物理电化学气相沉积(PECVD)可以形成薄硬掩模层，并且执行湿法蚀刻工艺以根据图案化的光致抗蚀剂层对薄硬掩模进行图案化，并去除光致抗蚀剂层。

在一个实施例中，使用湿法蚀刻浸浴工具和稀王水(3HCL:HNO₃+H₂O)去除铂铝合金。一个实施例可以在氮气(N₂)气氛中将铂与铝退火形成合金。

在进一步的实施例中，使用湿法蚀刻工艺去除铂铝合金，该湿法蚀刻工艺采用喷涂蚀刻工具和3:1HCl:H₂O₂+H₂O的稀蚀刻溶液。

在另一个实施例中，铂与铝的合金化包括在氮气(N₂)气氛中退火以在铂层的暴露区域处形成铂铝合金。