专利名称：湿法刻蚀方法
技术领域：
本发明一般涉及刻蚀基板在其中产生小结构。更具体地，本发明涉及一种各向异性材料溶解刻蚀的方法。
背景技术：
通过刻蚀掉基板表面的选定部分可以在基板中产生微米和纳米结构。基板表面的这些部分接触能够以刻蚀方式与基板材料反应的刻蚀剂。通常，基板在刻蚀之前涂覆有一层与刻蚀剂反应缓慢或者根本不反应的刻蚀保护材料(抗蚀剂)。刻蚀保护层经常在多级工艺中制成，多级工艺包括其中刻蚀保护材料涂覆在整个基板表面上的涂覆步骤，以及其中在涂覆到基板的刻蚀保护材料中产生露出部分图形的露出步骤。可以通过经由掩模照射涂覆的刻蚀保护材料(光致抗蚀剂)并随后显影露出它的照射或未照射部分完成露出步骤。
刻蚀工艺期间，在露出的部分中溶解和/或机械除去基板材料。材料溶解刻蚀法可以分成湿和干技术。在湿材料溶解刻蚀法中，使用液体刻蚀剂。在化学湿法刻蚀中，刻蚀剂与基板材料自发反应，在电化学湿法刻蚀中，当施加电压刻蚀剂传送电流时，在基板材料的表面刻蚀剂发生电化学反应。
在湿法刻蚀法中，同样在一些干刻蚀法中，例如等离子体刻蚀中，计划仅在基板的露出部分上发生的材料溶解表面反应也易于在露出部分的周围中发生，也在刻蚀保护层下发生，由此产生所谓的底蚀(underetching)。这种底蚀限制了产生窄而深结构例如相互紧密排列的导电条的可能性。虽然刻蚀工艺的周期增加导致刻蚀结构的深度增加，但同时也导致底蚀的趋势增加。
即使在这种情况下由于干刻蚀产生较少的底蚀而优选干刻蚀法，但它不如湿法刻蚀快。
在US 5 962 346、US 5 176 792、US 5 837 616和JP 3 082 120中给出了干刻蚀的例子。由此，当以高速度进行刻蚀时，由于湿法刻蚀的较高刻蚀速度的能力，而优选湿法刻蚀。这主要是由于湿法刻蚀期间刻蚀剂朝基板传送以及材料运送离开基板在液体中比在等离子体中快。
US-A-4,877,480公开了借助激光除去材料刻蚀基板的方法。为了在辐射期间冷却基板，基板浸在能够刻蚀并能被照射激活的液体中。刻蚀工艺期间，液体的材料溶解刻蚀效果协助激光的除去刻蚀效果。据说可以刻蚀比常规小的结构。
US-A-5,279,702公开了化学湿法刻蚀基板的技术。涂覆有构图的抗蚀剂层的基板浸在自发刻蚀的刻蚀剂中。该刻蚀剂含有在基板的露出部分上自发地形成刻蚀保护化合物的钝化物质，由此这些部分不与刻蚀剂反应。通过垂直于表面照射基板，在照射的方向中除去刻蚀保护化合物，以便在基板的露出部分中进行刻蚀。然而，刻蚀保护化合物阻止了在露出部分的周围继续进行刻蚀，通过叠加的刻蚀保护层保护不受照射。在刻蚀工艺期间，阻挡层由此形成在刻蚀结构的侧壁上，由此使底蚀最小。
以上技术的局限是在整个刻蚀工艺期间必须照射整个基板以便能够进行刻蚀。在很多情况中很难提供这种照射。
发明内容
鉴于此，本发明的一个目的是提供一种湿法刻蚀的改进方法，消除了以上现有技术的缺点。
从下面说明中显而易见的这些和其它目的可以通过独立权利要求1中限定的方法获得。优选的实施例限定在从属权利要求中。
本发明的方法基于以下理解刻蚀期间形成刻蚀保护化合物的钝化物质设置在要被刻蚀掉的部分的附近而不是顶部。由此钝化物质设置在基板上限定出基板中要被刻蚀的图形。在基板表面中刻蚀结构期间，钝化物质形成限定了基板上所述图形的刻蚀保护化合物，从而刻蚀保护化合物的阻挡层自动地形成在结构的侧壁上并防止了底蚀。与现有技术相比显著简化了刻蚀，是由于防止底蚀的保护层自动地位于所需要的位置处，也就是与要被刻蚀掉的部分直接相邻的位置处，不需要照射或类似的措施。由此，可以容易地实现刻蚀小结构并且底蚀小。
根据本发明的方法适用于化学和电化学湿法刻蚀，及两者的组合。
根据本发明，钝化物质的有效物质与刻蚀期间位于基板表面的成分反应，形成刻蚀保护化合物。这种成分可以含在刻蚀剂中或者例如通过从基板施加离子在基板的刻蚀中形成。在两种情况中，可以确保形成的刻蚀保护化合物定义了基板上要被刻蚀的图形。
刻蚀保护层通常在刻蚀之前涂覆到基板上。优选所述图形中涂覆到基板上限定出至少一个基板的露出部分的刻蚀保护层，和设置在露出部分周围的钝化物质，以便刻蚀保护化合物仅形成在所述周围。根据优选实施例，通过将钝化物质引入到刻蚀保护材料内，刻蚀保护材料将涂覆到基板形成刻蚀保护层。这意味着在刻蚀保护层中形成图形时钝化物质自动地位于基板露出部分的周围。刻蚀工艺期间，钝化物质，或者它的有效物质渗漏出刻蚀保护层并在基板的露出部分的周围形成刻蚀保护化合物。
优选，刻蚀保护层基本上为有机材料。
根据另一优选实施例，在刻蚀保护层形成基板上之前，含有钝化物质的至少一层释放层涂覆到基板。释放层具有在露出部分的周围产生钝化物质或它的有效物质需要的局部浓度的组分和厚度。
优选，释放层基本上由有机材料组成。有利之处在于刻蚀保护层与有机层的粘附性良好。
根据本发明通过离子反应制成刻蚀保护化合物。根据本发明方法的主要优点在于由于与钝化物质的有效物质反应的成分不必是一种刻蚀剂而是可以自由地选择以获得良好刻蚀保护层的事实，因此可以在宽范围内选择离子。
由此，钝化物质优选含在有机材料中、刻蚀保护层中或释放层中。
下面参考借助例子示出的优选实施例的示意性附图更详细地介绍本发明及其优点。
图1-3为基板的剖面图，示出了根据本发明的第一实施例的刻蚀方法，以及图4为基板的剖面图，示出了根据本发明的第二实施例的刻蚀方法。
具体实施例方式
下面参考图1-3介绍本发明的第一实施例。
图1示出了要被刻蚀的基板1的一部分。在第一步骤中，如光致抗蚀剂的刻蚀保护材料涂覆到基板表面形成刻蚀保护层2。刻蚀保护层2用于保护下面的基板1不受刻蚀。在随后的曝光步骤中，以已知的方式除去刻蚀保护层2的选定部分，以便在给定的图形中露出基板1，从图2中可以看出。然后在随后的刻蚀步骤中基板1的如此露出部分3与刻蚀剂4反应，如图3所示。
在根据图3的刻蚀步骤中，刻蚀剂4以电解液的形式施加，电化学和/或化学地刻蚀基板1。在电化学刻蚀中，电解液4通常包括不能以刻蚀的方式与基板1反应的中性盐、或酸或碱。电解液4也含有自身能够以刻蚀方式与基板1反应的化学氧化成分。在化学刻蚀中，电解液4含有较高含量的这种化学氧化成分。
在示出的实施例，钝化物质(未示出)含在刻蚀保护层2中。该钝化物质在刻蚀步骤期间在基板1上形成刻蚀保护化合物。刻蚀步骤期间，钝化物质或它的有效物质留下刻蚀保护层2，如图3中的箭头A表示，以便用与位于基板1附近的成分形成难以溶解或不可溶的刻蚀保护化合物。这种化合物位于露出部分3的周围并形成阻止继续刻蚀的局部阻挡层5。阻挡层5包括与基板1物理接触的至少一个刻蚀保护化合物的单层。刻蚀步骤期间，在基板中形成的结构侧壁6上发生阻挡层5的逐渐和自发的合成。阻挡层5的合成基本上在自调节过程中进行。如果刻蚀剂4也溶解了刻蚀保护层2下面的基板1，那么刻蚀保护层2暴露到刻蚀剂4的表面也增加，钝化物质或它的有效物质将增加到留下刻蚀保护层2并与以上提到的成分反应的程度。随后，刻蚀保护化合物的形成也增加。
例如通过改变含在刻蚀保护材料中的钝化物质的量，或者刻蚀保护层2的厚度，可以控制基板1的露出部分3周围的阻挡效果的程度。也可以有利地限制含在刻蚀保护材料中的钝化物质的量，以便通过常规的方法例如曝光和显影进行露出步骤。
在示出的例子中，基板1由金属制成，通常为Cu、Cr、Ag、Au、Ni或合金。在示出的例子中，钝化物质可以由有机刻蚀保护材料例如光致抗蚀剂形成的刻蚀保护层2制成。此时该钝化物质通常为含有如I-、F-、Cl-、Br-、S2-、SCN-、CN-、SO42-、C2O42-、PO43-、CO32-或CrO42-等的无机阴离子的离子化合物，并且可以和有机刻蚀保护材料混合。这种钝化物质的例子为离子对试剂(ion pairing reagents)，例如碘化四丁铵。此外，钝化物质可以是化合物，例如硫代乙酰胺，以其它方式转变为合适的阴离子。适当地选择钝化物质以便它或者它的有效物质例如它的阴离子与位于基板1附近的成分反应，形成难以溶解并且位于基板1上的化合物。该成分可以是刻蚀期间从金属基板1释放出的阳离子，或者是天然或作为添加剂包含在刻蚀剂4中的阳离子。后一种情况允许刻蚀不同类型的基板材料时使用给定的钝化物质，因为钝化物质不必与基板材料合作形成刻蚀保护化合物。
例如，可以由刻蚀铜或铜合金的基板1制成。此外，可以由含有碘化物作为有效物质的钝化物制成，例如碘化四丁铵。刻蚀步骤期间，碘离子离开刻蚀保护层2并与刻蚀期间从基板释放出的铜离子反应，形成碘化铜(CuI)防止了刻蚀结构的侧壁继续刻蚀。此外，可以由氯离子作为有效物质制成，留下刻蚀保护层2与刻蚀剂4中的银离子反应并形成氯化银(AgCl)沉淀在基板1的露出部分的周围。
以上仅为说明本发明的非限定性的例子。应该理解对于每个给定的基板材料，钝化物质和导致形成合适刻蚀保护化合物的成分可以有许多不同的组合。此外，代替阴离子，来自钝化物质的阳离子作为有效物质并通过与位于基板附近的成分反应形成难以溶解的化合物。也可以使用除离子化合物之外的其它化合物，如果这些化合物可以在刻蚀保护材料中溶解，例如能够直接或借助有效物质复合基板处例如阴离子或阳离子成分的有机化合物。
图4示出了本发明的另一实施例。在本实施例中，首先含有钝化物质的一层或更多释放层7施加到基板1。释放层7优选很薄并直接涂覆到基板1。现已发现约50-1000nm的厚度可以得到满意的结果。然而，也可以使用其它的厚度。随后，优选没有钝化物质的刻蚀保护材料，涂覆到释放层7上的刻蚀保护层2，因此以公知的方式在暴露步骤中除去刻蚀保护层2和释放层7的选定部分，以便基板1露出给定的图形，如图4所示。
与根据图1-3的第一实施例类似，钝化物质或它的有效物质将局部地留下释放层7并在基板1的露出部分3的周围形成刻蚀保护阻挡层5。由于释放层7可以设置有可选厚度和可选量的钝化物质，在露出部分3的周围钝化物质或它的有效物质的释放可以控制为优化的值。除了根据第一实施例的方法的优点之外，本实施例允许进一步防止底蚀。此外，由于不需要溶解在刻蚀保护层中，因此本实施例在钝化物质的选择上有较大的自由度。
根据释放层7中的钝化物质和选择浓度的选择，在刻蚀步骤之前可能需要额外的露出步骤，例如等离子体刻蚀，以便根据限定的图形完全露出基板1。应该理解本发明不限于以上优选实施例的具体说明，可以在附带的权利要求束的范围内修改。
应当注意的是，本发明不限于上述对现有优选实施方式的具体描述，而是可以在权利要求的范围内进行修改。
钝化物质的有效成分可以是阳离子。此时合适的成分为阴离子。
权利要求
1.一种基板(1)的湿法刻蚀方法，其中施加刻蚀剂(4)用于按给定的图形刻蚀基板(1)，特征在于钝化物质设置在基板(1)上以限定所述图形，并且在于刻蚀期间钝化物质形成限定基板(1)上所述图形的刻蚀保护化合物，其中钝化物质包括与刻蚀期间含在刻蚀剂(4)中的成分反应的有效物质，形成刻蚀保护化合物，其中刻蚀剂(4)为溶液，其中有效物质包括溶解在刻蚀剂(4)中并与所述成分形成化合物的离子，该化合物至少在溶液中难以溶解。
2.根据权利要求1的方法，其中刻蚀之前按所述图形在基板(1)上涂覆刻蚀保护层(2)，以限定基板(1)的至少一个露出部分(3)，并且其中钝化物质设置在露出部分(3)的周围，以便刻蚀期间仅在所述周围形成刻蚀保护化合物。
3.根据权利要求2的方法，其中在基板(1)上涂覆至少一个含有钝化物质的释放层(7)，优选直接涂覆在要刻蚀的表面上，并且其中刻蚀保护层(2)涂覆在至少一个释放层(7)上。
4.根据权利要求3的方法，其中释放层基本上包括有机材料。
5.根据权利要求3或4的方法，其中施加刻蚀剂(4)之前，所述图形形成在刻蚀保护层(2)中，和所述至少一个释放层(7)中。
6.根据权利要求2的方法，其中钝化物质引入到刻蚀保护材料内，然后刻蚀保护材料涂覆在基板(1)上形成刻蚀保护层(2)。
7.根据权利要求6的方法，其中在施加刻蚀剂(4)之前，在刻蚀保护层(2)中形成所述图形。
8.根据权利要求2-7中任何一个的方法，其中刻蚀保护层(2)基本上包括有机材料。
9.根据以上权利要求中任何一个的方法，其中优选通过从基板(1)释放离子从而在基板(1)刻蚀时形成所述成分。
全文摘要
在刻蚀中，用于刻蚀基板(1)的刻蚀剂(4)按给定图形施加。在刻蚀之前，在基板(1)上按所述图形涂覆抗蚀剂层(2)，以限定出基板(1)的至少一个露出部分(3)。为了使底蚀最小，在刻蚀之前，在基板(1)上设置钝化物质也限定所述图形，即在露出部分(3)的周围。刻蚀期间钝化物质在周围形成刻蚀保护化合物。
文档编号H05K3/06GK1469939SQ0181764
公开日2004年1月21日 申请日期2001年9月20日 优先权日2000年9月20日
发明者比加尼·比加纳森, 佩·比德森, 德森, 比加尼 比加纳森 申请人:奥博杜卡特股份公司