[发明专利]耐酸蚀刻的保护涂层

说明书

发明背景

联邦资助的研究

本发明在美国国防部的国防先进研究项目局资助的合同号为N66001-08-C-2081的政府支持下进行。美国政府享有本发明的某些权利。

相关申请

本申请要求2009年4月15日提交的题为“由环烯烃共聚物形成的自旋、非光敏性和光敏性、耐酸蚀刻的涂料组合物(SPIN-ON，NON-PHOTOSENSITIVE AND PHOTOSENSITIVE，ACID-ETCH RESISTANT，COATING COMPOSITIONS FORMED FROM CYCLIC OLEFIN COPOLYMERS)”的系列号为61/169,604的临时申请的优先权，该申请参考结合入本文中。

发明领域

本发明广泛地涉及新颖的组合物及使用这些组合物形成保护层的方法，所述保护层能在酸蚀刻过程中和其它苛刻处理条件下保护下面的晶片。这种保护可用于制造微电子设备，例如那些用于微型机电系统(MEMS)的微电子设备。

现有技术说明

对于所有微型机电系统(MEMS)，深硅蚀刻是的重要的制造步骤。由于硅的晶面的蚀刻速率有差异，在碱性溶液中的湿化学蚀刻存在尺寸限制问题。深反应性蚀刻(DRIE)方法能蚀刻具有高长宽比的较小的特征，可用于新应用，例如形成用于三维(3-D)集成电路制造的硅穿孔(TSV)。但是，该技术需要昂贵的工具和较长的加工时间来完成制造周期，而且仍然在符合尺寸容差方面有欠缺。因此，需要新材料和方法能以节省成本的方式在硅中产生极高长宽比(VHAR)的3-D设备特征，并且该技术比现有技术具有更高且更精确的深宽比(depth-to-width)能力。

对于硅基片中的直立梁和沟槽结构，光电化学(PEC)硅蚀刻使用氢氟酸(HF)作为活性试剂来产生高度受控的大于120∶1的高长宽比。PEC深硅蚀刻使用低浓度(2-5％)HF水溶液作为蚀刻介质，而氧化物蚀刻方法通常依赖于浓HF水溶液(49％)或HF蒸气(100％)来获得合适的蚀刻速率。在任何一种情况中，都需要掩模层来实现对硅设备不同区域的选择性蚀刻，以及/或者保护设备的敏感区域以免受到蚀刻剂的腐蚀作用。氮化硅、多晶硅、甚至金属掩模之类的沉积层早已用于该目的。但是，需要使用化学气相沉积(CVD)来沉积这些层、使它们图案化并将它们除去的要求造成工艺流程非常复杂，并且花费巨大，导致高单位成本。

MEMS设备更为复杂，在工业产品和个人产品如手机、微型镜、射频(RF)设备、微探针和压力传感器中多有应用。这些设备的关键加工步骤之一是释放蚀刻。在该步骤中，将牺牲层(通常是氧化硅)从某些区域上除去，以允许特定的特征在一定范围内移动。待除去的材料的厚度可以在数百埃到数微米的范围内。因为在大多数情况下该牺牲层是氧化硅，所以传统上使用湿的氟化的化学试剂来进行MEMS释放蚀刻，这些试剂往往产生强表面张力，引起静摩擦，导致设备故障或最终产品产率的下降。

近来，已经证明使用HF蒸气来进行释放蚀刻可以有效地避开静摩擦现象，因为该种方式能基本消除导致静摩擦的表面张力。在HF蒸气蚀刻过程中，必需使用掩模材料或保护材料来保护氧化硅和金属特征以免被HF攻击。传统上，使用基于无机材料的膜如氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)、SiC、多晶硅和铝来在HF蒸气蚀刻过程中提供保护，但是由于这些材料本身的性质，它们对抵抗HF攻击的保护效果有限。而且，这种无机掩模层需要高温沉积技术，而该技术通常是冗长且复杂的。已经报导了膜只能承受HF蒸气蚀刻过程80秒或更短时间，但是这限制了其实际应用。通过化学气相沉积技术(CVD)沉积的一些膜据推测能承受HF气相蚀刻的时间超过80秒，但是CVD是昂贵且复杂的工艺。

因此，非常需要新开发的聚合物保护材料。但是，到目前为止，在HF蚀刻中使用常规光刻胶或其它常用有机层几乎没有取得成功，因为极小的HF分子(直径约)会扩散通过(或者在大多数情况中分解)这些保护材料，导致基片被腐蚀，保护的区域被蚀刻，底切，以及/或者掩模层从边缘翘起。

需要能耐受酸蚀刻的新聚合物保护涂层。

发明概述