[发明专利]金属厚膜的离子束刻蚀方法及其应用

说明书

本发明公开了一种金属厚膜离子束刻蚀方法，是将厚膜样品结合光刻工艺和离子束刻蚀的方法，将金属厚膜部分刻蚀并使其变脆，然后机械剥离金属厚膜的刻蚀区与未刻蚀区得到具体想要花样的金属厚膜，并且不改变或者损坏膜内部结构和性能，为金属厚膜在芯片、集成电路和促动器上的应用打下技术基础。其中可供刻蚀的膜成分包括所有的纯金属和合金，厚膜的厚度1‑50μm，光刻胶包括所有型号的光刻胶。被刻蚀的地方可与未被刻蚀附着光刻胶的地方机械剥离从而得到具有各种花样的金属膜样品，此技术可以减少刻蚀时间，不用完全刻透厚膜，即可实现厚膜的刻蚀，增加了刻蚀的效率。

技术领域

本发明属于芯片与集成电路制造、电子封装、促动器和材料科学领域。

背景技术

现代工业技术的发展对高功率芯片与集成电路的需求越加旺盛。尤其是5G高频集成电路对芯片和芯片促动器的功率提出了更高的要求。高功率的集成电路与芯片需要承载大电流与大电压的电极材料。金属厚膜是能承载大功率的电极材料。在芯片和集成电路中，电极材料有不同的花样，需要先镀膜后刻蚀的工艺进行制备。然而，现有刻蚀技术只适用于薄膜。本发明试图在现有离子束刻蚀技术的基础上设计一种刻蚀金属厚膜的新方法。

目前，刻蚀技术是半导体工艺中重要的微细加工技术，其中包括电感耦合等离子刻蚀、反应离子刻蚀和氩离子刻蚀。

电感耦合等离子刻蚀的原理是通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。主要用于刻蚀Si基材料，Si，SiO₂，SiN_x，低温深Si刻蚀等。

在反应离子刻蚀中，气体放电产生的等离子体中有大量化学活性的气体离子，这些离子与材料表面相互作用导致表面原子产生化学反应，生成可挥发产物。这些挥发产物随真空抽气系统被排走。随着材料表层的“反应-剥离-排放”的周期循环，材料被逐层刻蚀到指定深度。除了表面化学反应外，带能量的离子轰击材料表面也会使表面原子溅射，产生一定的刻蚀作用。所以，反应离子刻蚀包括物理和化学刻蚀两者的结合，主要用于Si，SiO₂，SiN_x的刻蚀以及光刻胶的去除等方面。

而氩离子刻蚀是利用辉光放电原理将氩原子电离成氩离子，氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。把Ar气充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面轰击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理刻蚀，主要用于各种金属以及氧化物等复杂体系的刻蚀。

电感耦合等离子刻蚀和反应离子刻蚀都会使用化学辅助材料，从而大幅度提升刻蚀速率，但是只适用于Si基材料中，并不普适于金属及合金材料的刻蚀，同时，氩离子刻蚀技术是纯物理刻蚀法，分辨率高，可达10nm，离子纯度高，定向性好，能量分布均匀，并且可以刻蚀任何材料，包括Si基材料、金属及合金材料，但是，刻蚀速度较慢，刻蚀速度约10nm/min，刻蚀速度与刻蚀材料有关。厚度大于10μm的合金厚膜刻蚀时间约在15小时以上。而离子束刻蚀设备无法工作这么长的时间，需要冷却。在冷却过程中光刻胶会变性，刻蚀设备冷却好之后无法进行刻蚀。再者，由于很多合金材料的成分比较复杂，无法找到合适的刻蚀气体或溶液，必须采用离子束刻蚀技术进行刻蚀。因此，针对于金属厚膜材料的刻蚀，迫切需要一种可以加快刻蚀速度的离子束刻蚀技术。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种金属厚膜的离子束刻蚀方法及其应用，本发明用离子束刻蚀改性和机械剥离的方法解决了现有技术问题。这一技术效率较高，普适性强，有很好的工业应用前景。进行金属厚膜的刻蚀，并且不改变或者损坏膜内部结构和性能。本发明提供一种有效、实用、简单的制备各种花样金属厚膜的方法，为金属厚膜在高功率集成电路芯片和促动器的应用打下技术基础。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：