金属层制版印刷术中作抗反射涂层用的无定形硅 本发明涉及与半导体有关的在金属层制版印刷术中用的抗反射涂层问题。
先有技术：
在半导体器件制造中，需要在器件表面形成导电回路。先有技术实现这一目标的办法是在半导体表面形成一金属层，并用标准光学掩膜技术在其上制作图案。采用这种先有技术的问题之一是金属膜的反射性较高。在图案制作过程中，要在金属层上先涂一层光刻胶，然后曝光，使导体的图案固定。该方法的缺点是受曝光的光刻胶比需要曝光的多。入射光以各种角度从金属层向外反射，结果使需要曝光部位附近的光刻胶受到曝光。后来在光刻胶显影时，光刻胶会发生凹陷，使开口比需要的宽。
先有技术试图通过采用抗反射涂层（ARC）来解决这一问题。对于抗反射涂层所用的材料，包括聚酰亚胺、Si3N4和多晶硅。这些物质均可吸收半导体器件上的入射光而使光刻胶层免于凹陷，因而可防止入射光到达金属层而被反射。然而，这些材料在制板印刷过程中又带来其它缺点。如Si3N4和多晶硅的沉积需要高温（350-400℃），并且会促使金属层上产生凸起。另外，由这些材料生成涂层时厚度不均匀，并产生过量的颗粒。
已试验了各种绕自身旋转的聚酰亚胺抗反射涂层，这是因为这些方法简单，操作温度较低。然而绕自身旋转的抗反射涂层的烘烤步骤要求严，温度必须精确到正负2℃，显影处理要求也严，而对喷淋显影机的密封控制要求更高。另外，绕自身旋转抗反射涂层也不能适应各种外形表面。
本发明的目的之一就在于通过采用喷镀无定形硅作为抗反射涂层来有效解决上述问题。
在阿拉梅丁（Alameddine）等人的美国专利4239810号中，提出在太阳能电池制造过程中，向金属衬底上喷镀无定形硅的方法。然而阿拉梅丁提出的方法是先沉积渗氮的无定形硅层，再镀上一层铝和一层硅。其中，无定形硅层不是被当作抗反射涂层，也不是用来改进金属制版印刷过程。
西加史（Higashi）等人在美国专利4297392号中，提出在薄膜光导体制造中，采用无定形硅薄膜。虽然文件提到了无定形硅会吸收光，但是没有公开它作为抗反射涂层在金属制版印刷过程中的应用。
本发明中，采用薄喷镀硅作抗反射涂层，可以避免在金属层制版印刷术中由光刻胶凹陷问题引起的缺口和颈缩。在光刻胶涂层形成之前先形成一薄层喷镀硅层（如约50-500埃厚）可得到完整的保护膜图案和外形。这一方法不但温度不高，而且对表面条件和表面形状也要求不严。而且，还具有喷镀硅层和金属层一步完成的优点。本发明的最佳实施例中，用无定形硅作为抗反射涂层。
图1是先有技术关于带金属沉积层和光刻胶涂层的半导体器件的剖面图。
图2是图1的器件在光刻胶层上形成开口后的透视图。
图3是带一层金属层和一层喷镀硅层的半导体器件的剖面图。
图4是图1的带一层沉积光刻胶的器件图。
图5是图4的器件在光刻胶的开口形成之后的图形。
图6是图5的器件在其光刻胶层和喷镀硅层除去以后的透视图。
本发明要叙述的是采用金属层制版印刷术在半导体上刻制导体图案的过程中所作的一种改进，这种方法可抑制光刻胶层凹陷的产生，同时保持加工的窗口较宽。以下的叙述是为透彻了解本发明而提供的对诸如层厚等许多特殊细节作的说明。然而这些细节对该技术领域中有经验的人员是显而易见的，不了解这些特殊细节也可以实施这一发明。在其它例子中，对熟知的加工步骤未作详述，以免不必要的噜会影响对本发明的介绍。
照相平板印刷方面的先有技术
图1和图2显示了先有技术中所用的照相平板印刷工艺。图1中在衬底11上形成一层金属层12。再在该金属层上形成一层光刻胶层。然后，为了形成一种图案，将光照射在光刻胶层13的某些部位，这样金属层12某些部位就受到选择性的蚀刻，器件上便得到了所需的导体图案。然而，如图1所示，射入光刻胶13的光遇到金属层12后，就被多种角度反射出来进入邻近的光刻胶13中，而使这些部位曝光。
显影后，光刻胶层13的曝光部分就被除去（如图2所示）。由图可以看到，是开口15的边缘，而不是金属层的正常部位受到蚀刻。这是由于入射光从金属层12上反射出来的缘故。当金属层12进行蚀刻时，形成的金属条就以光刻胶层13同样的方式受到蚀刻。因为电流密度与传导表面的面积有关，形成的导电金属条可提供的电流密度比所要求的高一个量级。这就可能会引起器件性能变差，甚至使器件毁坏。
本发明的工艺
象先有技术和图3中所示的，首先在衬底11上形成一金属层12。然后，才采用本发明的申请。在金属层12上喷镀一薄层无定形硅16。在本发明的最佳实施例中，无定形硅16近似为50-500埃厚。这一步操作是在室温下进行。室温低，不会助长金属层上形成凸起。金属层上的凸起或隆起会使金属上产生应力，这就会导致裂缝或空隙产生，而这两者均使性能变差。凸起形成是先有技术采用氮化物和多晶硅抗反射涂层的问题之一。
接着，在硅层16上形成图4的光刻胶层13。在形成该胶层之前无需对喷镀的硅层进行其他处理。倘若采用绕自身旋转的抗反射涂层，则必须严格控制在145±2℃下进行烘烤。一般来说，本发明具有处理步骤少的优点，在实施过程中也不需要严格控制操作条件。接着再将光刻胶层13烘烤，并按好象没有抗反射层那样的方式曝光，然后如图4所示的，使光线照在光刻胶层13的那些待形成图案的部位上。喷镀硅层16便吸收入射光，使光线不能反射到光刻胶层13中去。因此，图案的外形就由入射光准确显示出来。
然后将光刻胶层13显影，并使之受强热烘烤。结果便在光刻胶层上形成图5的开口17和18。显影步骤完全按照好象表面未曾喷镀硅层那样的方式进行，这与绕自身旋转的抗反射涂层的先有技术不同，先有技术需要严格的喷淋显影步骤。此时，再将硅层16和金属层12同时等离子蚀刻到衬底11的表面上。这种使喷镀硅层和金属层同时蚀刻的能力是本发明的一大优点。假如金属层为铝，当它曝光时，在其表面会形成氧化物。这种氧化铝层使蚀刻过程难于控制。由于本发明中金属在蚀刻前无需除去硅层，金属表面仍处于覆盖状态，可抑制氧化物的形成，因而金属的蚀刻可受到更有效的控制。
最后，除去剩余的光刻胶层13，并从金属层12表面剥下剩余的硅层，这样便得到所需的导体图案。运用本发明便在金属层12上得到完美的图案，而不会产生图案条纹的缺口。
直流喷射机和径流喷射机均可用于喷涂硅层。由于喷射过程受表面形状的影响不大，所以未发现金属线条的缺口、搭接或颈缩现象。虽然本发明已用形成金属层图案的方法加以说明，但是它也适用于耐熔金属硅化物图案的制作。
本发明的其它优点是改进金属电迁移和为返修提供更宽阔的窗口。返修期间，喷镀的硅不受光刻胶层剥离机的影响，而先有技术形成的抗反射层会受影响。这就使返修中光刻胶层的剥离不需要严格控制条件。
这样，金属层制版印刷术中关于防止光刻胶层上形成凹陷的技术改进已得到说明。通过提供无定形硅的喷镀层，可消除表面凹陷，也可避免严格的处理步骤。