CN100449804C

CN100449804C - 半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法

Info

Publication number: CN100449804C
Application number: CNB2006100278436A
Authority: CN
Inventors: 杨振良
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: CN101093865A

Abstract

一种半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法，所述顶部金属层具有图形区及图形线缝区，所述介质层覆盖顶部金属层图形区并填充顶部金属层的图形线缝区，包括：在所述介质层上形成一牺牲层；刻蚀所述牺牲层及介质层；露出顶部金属层图形区。

Description

半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法。

背景技术

当前的半导体光学器件制作过程中，通常先在顶部金属层表面形成一介质层，继而进行包含此顶部金属层的半导体光学器件基板的电学性能测试，然后去除此介质层，得到光洁、平整的顶部金属层表面，再继续进行后续生产步骤。

图1为现有技术中半导体光学器件顶部金属层表面介质层沉积效果示意图，如图1所示，在半导体光学器件顶部金属层20表面沉积一介质层10，所述顶部金属层具有图形区及图形线缝区30，此介质层10覆盖顶部金属层20图形区并填充顶部金属层图形线缝区30，而形成在顶部金属层图形线缝区30产生凹陷11的介质层表面。当前的半导体制造工艺中，通常采用化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)技术进行此介质层的平整化，并继而去除此介质层。

但实际生产发现，由于自身工作原理的限制，利用CMP技术进行膜层平整化操作易在待处理材料表面产生划痕。图2为现有技术中半导体光学器件显示缺陷示意图，如图2所示，将CMP技术应用于移除覆盖顶部金属层表面的介质层材料以露出顶部金属层图形区时，易在顶部金属层图形区产生圆形研磨缺陷，进而在半导体光学器件50处于工作状态时，造成圆形显示缺陷40，影响器件显示性能。

图3为用传统刻蚀方法移除顶部金属层表面介质层而产生顶部金属层图形线缝区刻蚀凹陷的效果示意图，如图3所示，如果采用刻蚀方法直接移除顶部金属层20表面介质层10，由于介质层材料厚度的不均匀，会在顶部金属层图形线缝区30产生刻蚀凹陷60，使得顶部金属层图形线缝区30内介质层高度低于顶部金属层高度，易在后续制程中造成反射金属图形间的短路，继而造成器件显示缺陷。

专利号为“98115044.6”的中国专利申请中提供了一种利用硼磷硅玻璃(Borophosphosilicate glass)回流方法去除CMP划痕的方法，但该方法仅适用于器件内氧化物介质层的CMP平整化修复工艺，对修复半导体光学器件顶部金属层表面的划痕无能为力。由此，急需一种半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法，利用此方法，可最终形成既无金属表面划痕，又可使顶部金属层图形线缝区内介质层表面高于顶部金属层图形区表面的半导体光学器件。

发明内容

本发明提供了一种半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法，在移除介质层时既不产生金属表面划痕，又可使顶部金属层图形线缝区内介质层表面高于顶部金属层图形区表面。

本发明提供了一种半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法，所述顶部金属层具有图形区及图形线缝区，所述介质层覆盖顶部金属层图形区并填充顶部金属层的图形线缝区，包括：

在所述介质层上形成一牺牲层；

刻蚀所述牺牲层及介质层；

露出顶部金属层图形区。

所述刻蚀方法采用等离子体刻蚀；所述牺牲层覆盖介质层；所述牺牲层的形成方法为旋涂法；所述牺牲层材料的选择区别于介质层材料；所述牺牲层材料的刻蚀速率低于所述介质层材料的刻蚀速率；所述牺牲层材料和介质层材料的刻蚀速率之差保证所述牺牲层刻蚀完成后，填充顶部金属层图形线缝区的介质层表面高于覆盖顶部金属层图形区的介质层表面；所述牺牲层材料及介质层材料的刻蚀速率之差可通过调整工艺参数控制；所述工艺参数包括刻蚀气体的选择、刻蚀功率、刻蚀气体压力等；所述牺牲层材料可选用光刻胶、旋涂二氧化硅、各种合成树脂等材料中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.采用反刻技术代替CMP工艺移除半导体光学器件顶部金属层表面介质层，有效地避免了金属表面划痕的产生，并且降低了生产成本；

2.引入牺牲层，并控制牺牲层材料的选择，保证牺牲层材料的刻蚀速率低于顶部金属层表面介质层材料的刻蚀速率，使得位于半导体光学器件顶部金属层图形线缝区的牺牲层相对位于其下方的顶部金属层表面介质层起到掩膜作用，可保证反刻制程不会在顶部金属层图形线缝区刻蚀过度，产生顶部金属层图形线缝区介质层凹陷，而影响后续制程。

附图说明

图1为现有技术中半导体光学器件金属表面介质层沉积效果示意图；

图2为现有技术中半导体光学器件显示缺陷示意图；

图3为现有技术中用刻蚀方法直接移除金属表面介质层产生金属图形线缝区刻蚀凹陷的效果示意图；

图4～图8为说明本发明实施例的流程分解示意图。

其中：

10：介质层； 11：顶部金属层线缝区介质层凹陷；

20：顶部金属层； 30：顶部金属层线缝区；

40：显示缺陷； 50：半导体光学器件；

60：顶部金属层线缝区刻蚀缺陷； 70：牺牲层；

80：半导体光学器件基板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

反刻技术通过在有表面起伏的介质材料表面形成一牺牲层填充表面低处，再利用刻蚀技术刻蚀所述牺牲层和介质材料，通过控制待平整材料各部分的刻蚀速率而使表面平整化，并使刻蚀的牺牲层和介质材料达到要求的厚度。

应用本发明方法移除半导体光学器件顶部金属层表面介质层的流程为：首先，根据制程需要，在半导体光学器件顶部金属层表面形成一介质层；然后，在所述介质层上形成一牺牲层，控制所述牺牲层材料的选择，使其低于所述介质层材料的刻蚀速率；最后，采用刻蚀技术刻蚀所述牺牲层及介质层，得到光洁、平整的顶部金属层，且顶部金属层图形线缝区内介质层表面高于顶部金属层图形区表面。

所述半导体光学器件包括半导体发光二极管(light-emitting diode，LED)、半导体液晶显示芯片(liquid crystal on silicon，LCOS)等独立器件及由其任意组合而成的复合器件，如：数码管、符号管、米字管及各种点阵式显示屏等。

所述范围只用以说明本发明方法涉及的应用对象涵盖的器件范围，显然，不应以此作为对本发明方法应用范围的限定。

图4～图6为说明本发明实施例的流程分解示意图，如图所示，采用本发明方法获得所需半导体光学器件顶部金属层的具体步骤为：

首先，如图4所示，根据制程需要，在半导体光学器件顶部金属层20表面形成一介质层10。

所述顶部金属层具有图形区及图形线缝区，所述介质层10覆盖顶部金属层图形区并填充顶部金属层的图形线缝区30。

所述覆盖顶部金属层图形区的介质层10用以保护带有顶部金属层的半导体光学器件基板在后续制程中免受划伤和隔离沾污；所述覆盖顶部金属层图形线缝区30的介质层10可作为所述顶部金属层20图形间的绝缘介质层，用以隔离所述顶部金属层20各图形区，防止顶部金属层图形间因短路而造成器件显示缺陷。

所述介质层的沉积厚度需满足产品要求，即所述顶部金属层图形线缝区30内的介质层10表面高于所述顶部金属层20图形区金属表面。

所述顶部金属层表面介质层材料可选用氮化硅(Si₃N₄)、氧化硅(SiO₂)等层间绝缘介质(interlayer dielectric，ILD)材料中的一种或其组合；所述顶部金属层表面介质层的形成方法可选用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)等ILD材料沉积方法。

应用所述沉积方法在所述顶部金属层上形成介质层，可使得覆盖所述顶部金属层图形区及图形线缝区30的介质层的厚度相同；由于图形线缝区30的存在，所述顶部金属层具有表面起伏，进而造成相同厚度的介质层在顶部金属层线缝区30形成凹陷11。

然后，如图5所示，在所述介质层10上形成一牺牲层70，借由此牺牲层材料调整不同区半导体光学器件顶部金属层表面材料层的刻蚀速率，以通过后续步骤获得所需光洁、平整的半导体光学器件顶部金属层。

所述牺牲层覆盖介质层10并填充介质层的表面低处11；所述牺牲层70可通过旋涂方法形成；所述牺牲层材料的选择区别于介质层材料；在相同的工艺条件下，所述牺牲层材料的刻蚀速率低于所述介质层材料的刻蚀速率；所述刻蚀方法可选用等离子体刻蚀；所述牺牲层材料及介质层材料的刻蚀速率之差可通过调整工艺参数控制，所述工艺参数包括刻蚀功率、刻蚀气体压力、刻蚀气体的选择等。所述牺牲层材料具体可选用有机或无机材料，包括光刻胶、旋涂二氧化硅(Spin on Glass，SOG)、各种合成树脂等材料中的一种；所述牺牲层材料的厚度根据产品工艺参数及牺牲层和介质层的材料选择综合确定。

最后，刻蚀所述牺牲层及介质层，得到带有光洁、平整表面的顶部金属层20的半导体光学器件基板80，进而通过后续步骤形成带有所述顶部金属层的半导体光学器件。

由于所述牺牲层覆盖介质层并填充介质层的表面低处，即填充介质层的表面低处11，且位于顶部金属层线缝区上方的牺牲层的厚度高于覆盖顶部金属层图形区的牺牲层的厚度；导致在刻蚀过程中，覆盖所述顶部金属层图形区的牺牲层先于填充顶部金属层表面介质层的表面低处且位于顶部金属层图形线缝区上方的牺牲层被移除；进而出现所述顶部金属层图形区介质层10上方无牺牲层70，而顶部金属层图形线缝区介质层10上方仍残留牺牲层70的刻蚀中间状态，如图6所示；由于所述牺牲层材料的刻蚀速率低于所述介质层材料的刻蚀速率，随着刻蚀过程的深入，在一定时间内，刻蚀所述覆盖顶部金属层图形区的介质层的厚度高于刻蚀所述顶部金属层图形线缝区30介质层10上方残留牺牲层的厚度；此时，位于顶部金属层图形线缝区30介质层10上方的牺牲层70相对位于其下方的顶部金属层表面介质层20起到掩膜作用，可使得残留在顶部金属层图形线缝区30介质层10上方的牺牲层70被刻蚀完成后，形成所述顶部金属层图形线缝区30内介质层10厚度高于所述覆盖顶部金属层图形区的介质层10的厚度的刻蚀中间状态，如图7所示；进而，所述半导体光学器件顶部金属层图形区及图形线缝区30均覆盖相同组分材料的介质层10，且刻蚀速率相同，区别仅在于所述顶部金属层图形线缝区30介质层10厚度高于所述覆盖顶部金属层图形区的介质层10的厚度，使得在后续刻蚀过程中，覆盖半导体光学器件顶部金属层图形区的介质层10先于覆盖半导体光学器件顶部金属层图形线缝区30的介质层10被移除，如图8所示，形成所述半导体光学器件顶部金属层20图形线缝区30内介质层10的高度略高于所述半导体光学器件顶部金属层表面的半导体光学器件基板80，继而通过后续工艺形成所述半导体光学器件。

由上述过程可知，在刻蚀过程中，覆盖所述顶部金属层图形区的牺牲层70及介质层10先于覆盖顶部金属层的图形线缝区30的牺牲层70及介质层10被移除，并最终得到如图8所示的顶部金属层图形线缝区30内介质层10略高于顶部金属层20表面的半导体光学器件，所述半导体光学器件带有光洁、平整表面的顶部金属层20；刻蚀过程中，位于半导体光学器件顶部金属层图形线缝区的牺牲层70相对位于其下方的顶部金属层表面介质层10起到掩膜作用，可保证刻蚀后半导体光学器件顶部金属层图形线缝区内介质层的高度略高于顶部金属层表面，避免由于导电杂质进入顶部金属层图形线缝区内，而在后续制程中造成顶部金属层图形间的短路，继而造成器件显示缺陷。

采用本发明方法，可有效避免半导体光学器件顶部金属层表面划痕的产生，并可降低生产成本；同时，引入牺牲层，并控制此牺牲层材料的刻蚀速率低于顶部金属层表面介质层材料的刻蚀速率，可保证反刻制程不会在半导体光学器件顶部金属层图形线缝区刻蚀过度，产生凹陷，而影响后续制程。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种半导体光学器件顶部金属层表面介质层的移除方法，所述顶部金属层具有图形区及图形线缝区，所述介质层覆盖顶部金属层图形区并填充顶部金属层的图形线缝区，其特征在于，包括：

在所述介质层上形成一牺牲层；

刻蚀所述牺牲层及介质层；

露出顶部金属层图形区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刻蚀方法采用等离子体刻蚀。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述牺牲层覆盖介质层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述牺牲层的形成方法为旋涂法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：介质层材料为氮化硅、氧化硅中的一种或其组合。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述牺牲层材料的刻蚀速率低于所述介质层材料的刻蚀速率。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：所述牺牲层材料和介质层材料的刻蚀速率之差保证所述牺牲层刻蚀完成后，填充顶部金属层图形线缝区的介质层表面高于覆盖顶部金属层图形区的介质层表面。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述牺牲层材料及介质层材料的刻蚀速率之差可通过调整工艺参数控制。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述工艺参数包括刻蚀气体的选择、刻蚀功率、刻蚀气体压力中的至少一种。

10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述牺牲层材料选用光刻胶、旋涂二氧化硅、各种合成树脂材料中的一种。