金属厚膜的离子束刻蚀方法及其应用技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
金属厚膜的离子束刻蚀方法及其应用
本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术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，SiNx，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，SiNx的刻蚀以及光刻胶的去除等方面。r>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。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术提供一种有效、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。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：一种金属厚膜的离子束刻蚀方法，将金属厚膜进行部分刻蚀，并使其变脆，然后机械剥离金属厚膜的刻蚀区，使未刻蚀区得到具体所需花样，得到具有所需图案的金属厚膜，不用完全刻透厚膜，即实现厚膜的刻蚀。优选地，金属厚膜的离子束刻蚀方法，包括如下的步骤：1)根据金属厚膜厚度、光刻胶和金属厚膜的刻蚀速率，按照公式计算出需要涂抹光刻胶的厚度，其中δ、HG、Hh、VG和Vh分别是金属厚膜的刻蚀深度与其厚度之比、光刻胶厚度、金属厚膜厚度、光刻胶的刻蚀速度和金属厚膜的刻蚀速度，在衬底表面将沉积厚膜，然后在厚膜表面上均匀涂上厚度为0.01-50μm的光刻胶；2)使用掩膜版，在紫外曝光后，获得具有所需花样的光刻胶，暴露出刻蚀区，此时使整个厚膜分为光刻胶区和刻蚀区；3)将厚膜放入离子束刻蚀机中，抽气压低至不高于5×10-4Pa，然后通氩气进入离子源，保持在10-2Pa级别的工作气压，使用氩离子束刻蚀整个厚膜，使光刻胶区和刻蚀区将皆被刻蚀；并在光刻胶完全刻蚀之前，先刻蚀金属厚膜，需要刻蚀厚膜去除的厚度部分不低于厚膜厚度的10％，然后将光刻胶附着区处厚膜机械剥离；4)用丙酮溶液，将厚膜表面残留的光刻胶溶解去除，然后将厚膜从衬底上进行机械剥离或者转移到其他衬底上，从而获得所需花样的厚膜。优选地，在所述步骤1)中，按照公式计算出需要涂抹光刻胶的厚度。优选地，在所述步骤3)中，保持在10-2Pa级别的工作气压进行刻蚀的工作气压为1～5×10-2Pa。优选地，所述金属厚膜的材料为单质金属或合金。优选单质金属为铝、铜、铁、镍、金、银或钨；优选合金为铁合金、铝合金、镁合金、非晶合金或高熵合金；光刻胶优选使用瑞红RZJ-304或AZ4620型号光刻胶；优选不同厚度的金属厚膜所使用的光刻胶厚度也不相同；优选地，厚膜的厚度为1-50μm。优选地，厚膜的具体刻蚀深度依据金属厚膜本身特性确定。优选地，对于单质金属或合金材料的厚膜，需要刻蚀厚膜去除的厚度部分不低于厚膜厚度的50％。优选地，机械剥离法为直接撕下法或其他衬底转移法。一种本专利技术金属厚膜的离子束刻蚀方法的应用，应用于集成电路芯片或促动器的金属膜的图案制备工艺过程。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术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，经过刻蚀后不用完全刻蚀掉金属膜，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，此技术能减少刻蚀时间，不用完全刻透厚膜，实现厚膜的刻蚀，增加了刻蚀的效率；2.本专利技术通过改变掩膜版上的图形，能制备各种花样的膜样品，并且不改变其性能，为金属厚膜在芯片和集成电路上的应用打下基础；3.本专利技术方法简单易行，成本低，适合推广使用。附图说明图1为本专利技术提供的金属厚膜离子束刻蚀方法示意图，第一步为涂抹光刻胶，第二步为紫外曝光，第三步为离子束刻蚀，第四步为机械剥离。图2为实施例三使用溅射法制备的4英寸10μm厚CrMnFeCoNi高熵合金膜的实物照片。图3为曝光后得到刻蚀区的4英寸厚膜实物图，其中，a)为实施例三曝光后得到刻蚀区的4英寸10μm厚CrMnFeCoNi高熵合金膜的实物照片，其中光刻胶为15μm厚AZ4620光刻胶；b)为实施例四曝光后得到刻蚀区的4英寸10μm厚纯铝膜的实物照片，其中光刻胶为5μm厚的瑞红RZJ-304光刻胶。图4为实施例三中10μm厚CrMnFeCoNi高熵合金膜刻蚀出来的拉伸样花样样品实物图，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属厚膜的离子束刻蚀方法，其特征在于，将金属厚膜进行部分刻蚀，并使其变脆，然后机械剥离金属厚膜的刻蚀区，使未刻蚀区得到具体所需花样，得到具有所需图案的金属厚膜，不用完全刻透厚膜，即实现厚膜的刻蚀。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属厚膜的离子束刻蚀方法，其特征在于，将金属厚膜进行部分刻蚀，并使其变脆，然后机械剥离金属厚膜的刻蚀区，使未刻蚀区得到具体所需花样，得到具有所需图案的金属厚膜，不用完全刻透厚膜，即实现厚膜的刻蚀。


2.根据权利要求1所述金属厚膜的离子束刻蚀方法，其特征在于，包括如下的步骤：
1)根据金属厚膜厚度、光刻胶和金属厚膜的刻蚀速率，按照公式计算出需要涂抹光刻胶的厚度，其中δ、HG、Hh、VG和Vh分别是金属厚膜的刻蚀深度与其厚度之比、光刻胶厚度、金属厚膜厚度、光刻胶的刻蚀速度和金属厚膜的刻蚀速度，在衬底表面将沉积厚膜，然后在厚膜表面上均匀涂上厚度为0.01-50μm的光刻胶；
2)使用掩膜版，在紫外曝光后，获得具有所需花样的光刻胶，暴露出刻蚀区，此时使整个厚膜分为光刻胶区和刻蚀区；
3)将厚膜放入离子束刻蚀机中，抽气压低至不高于5×10-4Pa，然后通氩气进入离子源，保持在10-2Pa级别的工作气压，使用氩离子束刻蚀整个厚膜，使光刻胶区和刻蚀区将皆被刻蚀；并在光刻胶完全刻蚀之前，先刻蚀金属厚膜，需要刻蚀厚膜去除的厚度部分不低于厚膜厚度的10％，然后将光刻胶附着区处厚膜机械剥离；
4)用丙酮溶液，将厚膜表面残留的光刻胶溶解去除，然后将厚膜从衬底上进行机械剥离或者转移到其他衬底上，从而获...

【专利技术属性】
技术研发人员：易军，陈嘉源，黄波，贾延东，卞西磊，王刚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31