专利名称：一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺的制作方法
技术领域：
:本发明涉及一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺。属于微机电系统制造工艺领域。
背景技术：
:钨钛合金(WTi)广泛应用于微机械制造中。使用溅射工艺沉积的钨钛合金薄膜具有高密度，适中的薄膜应力，优良的表面平整度，优良的热与化学稳定性，从而在MEMS制造中作为结构层与牺牲层材料的理想选择。钨钛合金具有一些独特的优点，一方面，钨钛合金可以使用40°C双氧水(H202)快速而稳定地刻蚀，同时又不会破坏绝大多数诸如铝，铜等常用金属层。而大多数酸也不会刻蚀钨钛合金，这使钨钛合金与其他金属之间具有良好的刻蚀选择性。因此钨钛合金可以用于保护层或牺牲层而不会被后续的工艺影响。另一方面，钨钛合金薄膜可以使用磁控溅射工艺沉积在硅片上，低热预算的沉积工艺也使其成为一种MEMS兼容的材料，这为MEMS与CMOS集成提供了一种潜在的工艺选项。基于以上特性，钨钛合金成为微机械制造中一种可靠而应用前景良好的材料。但是，通常使用的基于光刻胶赋形层的平面光刻工艺不能直接应用于钨钛合金薄膜的图形化刻蚀。因为用于钨钛合金刻蚀的40°C双氧水刻蚀液同样也会腐蚀光刻胶。作为强氧化剂的双氧水可以打开有机聚合物的分子键，从而破坏光刻胶膜，实验中可见光刻胶膜在双氧水中被迅速局部溶解，并从衬底材料表面快速剥离，丧失了光刻胶赋形层的保护功能。因此，现有钨钛合金薄膜的光刻工艺需要引入一层沉积在钨钛合金层上的铝膜，再通过一部额外的光刻步骤将铝膜光刻图形化形成赋形保护层，这层铝膜可以在双氧水刻蚀中保护下层钨钛合金结构。但是铝赋形层的使用会在工艺过程中加入溅射与光刻等多个新增工艺步骤，而每多一项工艺步骤，都会降低整套制造工艺的可靠性。而由于新增工艺引入的淀积台阶效应，光刻对准误差和钻蚀效应，在最终得到刻蚀结构中会产生数倍于单步光刻的精度误差，从而对结构与设计图形的一致性产生影响，甚至会导致整个微机械器件的实效。基于以上分析，需要一种高精度的简化钨钛合金薄膜的光刻工艺，用于制造钨钛合金微机械结构
发明内容
:本发明要解决的技术问题是对钨钛合金薄膜进行高精度光刻制造。同时解决在钨钛合金光刻工艺中由于铝赋型层导致的工艺复杂，精度降低，工艺可靠性降低的问题。本发明公开一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺。基于光刻胶在不同温度双氧水中的刻蚀特性，提出一种简化的钨钛合金光刻工艺。包括特别设计的光刻胶赋形层制造参数与包含温度控制的刻蚀方法。此光刻工艺不需要使用额外沉积在钨钛合金层上的铝赋形层，也不需要刻蚀过程中的加热装置，消除额外铝赋形层对光刻精度的影响，简化了多步工艺步骤与工艺设备，提高了钨钛合金薄膜的光刻精度与成功率
本发明公开的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺的发明目的是通过下述技术方案实现:
本发明公开的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺具体实现步骤如下:步骤一:全部工艺步骤在洁净室里实现。将覆盖有钨钛合金薄膜的包括但不限于硅片的衬底基片(以下简称为基片)使用丙酮，异丙醇与去离子水清洗，吹干。步骤二:使用匀胶机将液态正光刻胶旋涂在待刻蚀的基片上。通过调节匀胶机转速以控制光刻胶达到特定厚度。将涂胶完成的基片在热板上加热固化胶层。待胶充分冷却后在对准曝光机上使用掩膜进行紫外线曝光。然后将曝光后的基片在显影液中完全显影。将显影后的基片在热板上加热，使胶层完全固化。匀胶与曝光过程在黄光区完成。步骤三:将热固化胶层的基片在有空气循环过滤设备的通风橱中冷却，确保胶层中的溶剂充分挥发。冷却过程在黄光区完成。步骤四:通过温度控制，将30%双氧水刻蚀液温度维持在20°C，将冷却完成的基片放入刻蚀液开始刻蚀。双氧水刻蚀合金中的钨的反应式为:W+2H202 — W02+2H20W02+H202 — H2WO43H2W04+2H202 — H2W3012+4H20而在20°C下 双氧水对光刻胶膜的刻蚀作用被大大减缓，根据实验可知其刻蚀时间远大于钨钛合金薄膜需要的刻蚀时间。因此该反应可以在不破坏光刻胶赋形层的前提下实现钨钛合金薄膜的高精度刻蚀，而仅需要一步光刻。步骤五:将刻蚀完成的基片使用丙酮与异丙醇洗掉光刻胶，完成工艺。有益效果:1、本发明提出的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺可以实现对钨钛合金薄膜结构的高精度光刻。正图形分辨率2微米，负图形分辨率I微米。光刻后钨钛合金结构表面平整，轮廓清晰。具有很高的光刻质量。2、本发明提出的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺消除了传统钨钛合金薄膜光刻工艺中的额外铝赋形层，简化了工艺步骤，提高了光刻精度与成功率。改善了光刻工艺的可靠性。从而使钨钛合金薄膜在微机电系统器件制造中的适用性得到提高。3、本发明提出的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，使用微机电系统制造中的常用试剂与设备，对工艺环境无额外的特殊要求，工艺步骤简单，实现容易。
:图1为本发明提出的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺的工艺流程。图2为使用本发明提出的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺刻蚀后的钨钛合金结构的显微照片。
具体实施例方式下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式
。实施例1:本实施例公开的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺具体实现步骤如下:步骤一:全部工艺步骤在洁净室里实现。将覆盖有钨钛合金薄膜的包括但不限于硅片的衬底基片(以下简称为基片)使用丙酮，异丙醇与去离子水清洗，吹干。
步骤二:使用匀胶机将液态正光刻胶旋涂在待刻蚀的基片上。通过调节匀胶机转速以控制光刻胶达到特定厚度。将涂胶完成的基片在热板上加热固化胶层。待胶充分冷却后在对准曝光机上使用掩膜进行紫外线曝光。然后将曝光后的基片在显影液中完全显影。将显影后的基片在热板上加热，使胶层完全固化。匀胶与曝光过程在黄光区完成。步骤三:将热固化胶层的基片在有空气循环过滤设备的通风橱中冷却，确保胶层中的溶剂充分挥发。冷却过程在黄光区完成。步骤四:通过温度控制，将30%双氧水刻蚀液温度维持在20°C，将冷却完成的基片放入刻蚀液开始刻蚀。双氧水刻蚀合金中的钨的反应式为:ff+2H202 — W02+2H20W02+H202 — H2WO43H2W04+2H202 — H2ff3012+4H20而在20°C下双氧水对光刻胶膜的刻蚀作用被大大减缓，根据实验可知其刻蚀时间远大于钨钛合金薄膜需要的刻蚀时间。因此该反应可以在不破坏光刻胶赋形层的前提下实现钨钛合金薄膜的高精度刻蚀，而仅需要一步光刻。步骤五:将刻蚀完成的基片使用丙酮与异丙醇洗掉光刻胶，完成工艺。本发明保护范围不仅局限于上述实施例，上述实施例用于解释本发明，凡与本发明在相同原理和构思条件下的变更或修改均在本`发明公开的保护范围之内。
权利要求
1.一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，其特征在于，包含以下步骤: 步骤一:全部工艺步骤在洁净室里实现。将覆盖有钨钛合金薄膜的包括但不限于硅片的衬底基片(以下简称为基片)使用丙酮，异丙醇与去离子水清洗，吹干。
步骤二:使用匀胶机将液态正光刻胶旋涂在待刻蚀的基片上。通过调节匀胶机转速以控制光刻胶达到特定厚度。将涂胶完成的基片在热板上加热固化胶层。待胶充分冷却后在对准曝光机上使用掩膜进行紫外线曝光。然后将曝光后的基片在显影液中完全显影。将显影后的基片在热板上加热，使胶层完全固化。匀胶与曝光过程在黄光区完成。
步骤三:将热固化胶层的基片在有空气循环过滤设备的通风橱中冷却，确保胶层中的溶剂充分挥发。冷却过程在黄光区完成。
步骤四:通过温度控制，将30%双氧水刻蚀液温度维持在20°C，将冷却完成的基片放入刻蚀液开始刻蚀。双氧水刻蚀合金中的钨的反应式为:ff+2H202 — W02+2H20W02+H202 — H2WO43H2W04+2H202 — H2ff3012+4H20 而在20°C下双氧水对光刻胶膜的刻蚀作用被大大减缓，根据实验可知其刻蚀时间远大于钨钛合金薄膜需要的刻蚀时间。因此该反应可以在不破坏光刻胶赋形层的前提下实现钨钛合金薄膜的高精度刻蚀，而仅需要一步光刻。
步骤五:将刻蚀完成的基片使用丙酮与异丙醇洗掉光刻胶，完成工艺。
2.根据权利要求1所述的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，其特征在于:该光刻工艺使用的赋形层为步骤二 中所述的光刻胶层，而未使用沉积在钨钛合金表面的铝制赋形层，也不使用由铝制赋形层的使用而引入的包括但不限于溅射、光刻等工艺步骤。
3.根据权利要求1和2所述的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，其特征在于:步骤二中所述的光刻胶层通过控制匀胶转速达到特定厚度以产生能够抵抗冷双氧水刻蚀的能力。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，其特征在于:步骤三中所述的热固化后的光刻胶层在黄光区的通风橱中冷却。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，其特征在于:步骤四所述的钨钛合金薄膜的刻蚀液为保持在20°C的双氧水。该刻蚀液在钨钛合金薄膜刻蚀过程中不会刻蚀光刻胶层。
全文摘要
本发明公开的一种简化的钨钛合金薄膜光刻工艺，属于微机电系统制造工艺领域。本发明使用正光刻胶作为赋形层，取消了一般工艺中的铝赋形层，通过控制匀胶与烘胶参数与环境，将光刻胶层在紫外线下曝光显影，生成适用于双氧水刻蚀的赋形层。通过控制双氧水刻蚀液的温度，使钨钛合金薄膜在冷双氧水中完全刻蚀而不影响光刻胶层的保护能力。使用该工艺刻蚀生成的钨钛合金结构图形分辨率优于2微米。本发明公开的钨钛合金光刻工艺实现高精度的钨钛合金薄膜的光刻，提高了钨钛合金薄膜的适用范围，消除了传统钨钛合金光刻中的铝赋形层引入的精度误差与工艺复杂性，改善了光刻精度与可靠性。有助于提高使用钨钛合金结构的微机电系统器件制造的成功率。
文档编号C23F1/26GK103233229SQ20131010455
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者徐立新, 王刚, 王婷 申请人:北京理工大学