CN101197273A - 苯并环丁烯层的形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种苯并环丁烯层的形成方法，包括采用等离子体清洗基片；在基片上形成底膜；对底膜进行烘烤；在底膜上形成苯并环丁烯层。同时本发明还提供一种半导体器件的形成方法，本发明通过在形成底膜前进行等离子清洗、对底膜进行烘烤工艺，增加了底膜和苯并环丁烯层与基片之间的粘附力，同时通过改变曝光光线为ghi光线增加了苯并环丁烯层的聚合度，形成高度致密的苯并环丁烯层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及苯并环丁烯层的形成方法。
背景技术
苯并环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)材料从90年代开始商业化，是一种新近的电子材料，通常用于集成电路的布线，BCB具有低的介电常数，出色的热学、化学和力学稳定性，具体来说，具有以下优点：高度的平整化能力；固化温度较低，固化过程中不需要催化剂、不生成羟基等极化率大的官能基，固化过程中收缩率可以忽略；良好的粘接性能；BCB还可以进行光刻或者刻蚀，可以进行选择性粘贴；固化的BCB对可见光透明，可以用于光学器件；固化的BCB能够抵抗多种酸、碱和溶剂的侵蚀，适合流体方面的应用；吸水率很低，对气密封装有利；介电常数比较低，对射频-微电子机械系统(RF-MEMS)等芯片级封装有利；封装过程中不影响器件及电路的引线。因此，BCB在各种半导体技术领域的应用具有很大潜力。BCB的单体是液体，由液态转变成固态依靠的是加热固化的机制。BCB的单体及聚合机理如下式所示：
首先BCB单体在温度大于170℃条件下发生一系列二烯合成反应，最终生成高度聚合和交联的BCB固体聚合物。G.Czornyl等人(G.Czornyl，M.Asano、R.L.Beliveau，P.Garrou，H.Hiramoto，A.Ikeda，J.A.Kreuz和O.Rohde，微电子组装手册，第2卷)具体报道了BCB在半导体技术领域的应用优势。
在现有技术中，BCB通常用作布线层的隔离层，形成BCB层的方法通过如图1所示流程实现，下面参照图1加以详细说明，现有的BCB层的形成方法包括：在基片上形成底膜(步骤S101)，形成所述底膜采用旋涂方法形成，所述底膜为醋酸乙烯硅烷(Vinyl-triacetoxy-silane)，俗称AP3000；执行步骤S102，在底膜上形成BCB层，所述BCB层采用旋涂方法形成；执行步骤S103，对基片进行软烘烤；执行步骤S104，对基片表面的BCB层进行曝光，曝光波长采用gh光线；执行步骤S105，对曝光区域进行显影；执行步骤S106，整个基片进行固化处理；最后，执行步骤S107，去除被曝光区域的BCB层和底膜的部分，形成图形。
参考图2A和2B给出现有技术制备的半导体器件结构的电子扫描显微镜(SEM)和聚焦离子束(FIB)测试结果，由图中210可以看出，在基片的边缘出现开裂，同时图211也给出现有技术制备的半导体器件的聚焦离子束(FIB)测试结果，由图中211可以看出，在基片边缘出现开裂，这主要由于在现有技术中，在步骤101直接在基片上形成底膜，然后在底膜上直接形成BCB层(步骤102)，由于基片暴露在空气中，基片表面的沾污会降低底膜和基片的粘附性，容易导致底膜和底膜上的BCB层与基片之间开裂。同时，随着特征器件尺寸的缩小，输入/输出的端口(I/O)数量越来越多，所以I/O和BCB层边缘的距离也越来越小，在蚀刻工艺中，蚀刻化学液会通过BCB层和基片表面的钝化层之间的裂缝腐蚀下层的金属布线层。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中由于苯并环丁烯层和底膜与基片之间粘附性差，导致底膜和底膜上的BCB层与基片之间开裂，造成蚀刻化学溶液通过开裂缝隙腐蚀金属垫层。
为解决上述问题，本发明提供一种苯并环丁烯层的形成方法，包括：等离子体清洗基片；在基片上形成底膜；对底膜进行烘烤；在底膜上形成苯并环丁烯层。
形成苯并环丁烯层之后还包括对苯并环丁烯层进行软烘烤，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时间范围为80至100s。
对苯并环丁烯层进行软烘烤之后还包括对苯并环丁烯层进行固化，所述固化温度范围为210至230℃，固化时间范围为2至3小时。
所述底膜为醋酸乙烯硅烷。
对底膜进行烘烤的温度范围为120至130℃，烘烤时间为80至100s。
所述等离子体为氩气的等离子体。
本发明还一种半导体器件的形成方法，包括：提供基片，所述基片上形成有钝化层和镶嵌在钝化层中的金属垫层，采用等离子体清洗钝化层和金属垫层表面，在钝化层和金属垫层上形成底膜，对底膜进行烘烤，在底膜上形成苯并环丁烯层。
形成苯并环丁烯层之后还包括对苯并环丁烯层进行软烘烤，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时间范围为80至100s。
对苯并环丁烯层软烘烤之后，还包括对苯并环丁烯层进行曝光，所述曝光光线为ghi光线。
对苯并环丁烯层曝光之后，还包括对苯并环丁烯层进行显影。
对苯并环丁烯层进行显影之后还包括对苯并环丁烯层进行固化，所述固化温度范围为210至230℃，固化时间范围为2至3小时。
对苯并环丁烯层进行固化之后还包括去除被曝光的苯并环丁烯层的部分，暴露出金属垫层。
所述底膜为醋酸乙烯硅烷。
对底膜进行烘烤的温度范围为120至130℃，烘烤时间为80至100s。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过在形成底膜前进行等离子清洗、对底膜进行烘烤工艺，增加了底膜和苯并环丁烯层与基片之间的粘附力，同时通过改变曝光光线为ghi光线增加了苯并环丁烯层的聚合度，形成高度致密的苯并环丁烯层。
附图说明
图1是现有技术形成苯并环丁烯层的流程图。
图2A是现有技术形成的半导体器件的SEM结果。
图2B是现有技术形成的半导体器件的FIB结果。
图3A至3C是本发明形成苯并环丁烯层的第一实施例示意图。
图4是本发明形成半导体器件的流程图。
图5A至5E是本发明形成半导体器件的第二实施例示意图。
图6是本发明制备的半导体器件的SEM结果。
具体实施方式
本发明首先给出一种形成苯并环丁烯层的方法实施例，包括对基片进行等离子体清洗，在基片上形成底膜，对底膜进行烘烤，在底膜上形成苯并环丁烯层。
参考图3A至3C给出在基片上形成BCB的结构示意图，如图3A所示，提供基片31，所述基片包括半导体基片或者带有半导体器件结构的基片，采用等离子体32清洗基片31表面，所述等离子体32比较优化的为Ar等离子体，采用等离子体32清洗基片31表面的目的为清除基片31表面的有机沾污，所述形成等离子体32的功率范围为600至800W。
在本发明的一个实施方式中，所述等离子体32为Ar等离子体，所述基片31为带有半导体器件结构的半导体衬底，清洗基片31的时候形成等离子体32的功率范围为700W。
然后，在基片31表面形成底膜33，参照图3B所示，形成所述底膜33采用旋涂方法形成，所述底膜33为醋酸乙烯硅烷(Vinyl-triacetoxy-silane)，俗称AP3000，形成底膜33的目的是为了改变晶片表面极性与BCB层结合得更牢固，所述AP3000和基片表面发生的化学反应如下：
所述醋酸乙烯硅烷在有水环境下发生水解反应，脱去醋酸，然后脱去水分子发生聚合生成多聚体。
旋涂底膜33的转速为2500至3500rpm，最终形成底膜33的厚度范围为1至10nm。
作为本发明的一个实施方式，在基片31表面旋涂底膜33，旋涂底膜33的转速为3000rpm，形成的底膜33的厚度范围为2至3nm。
形成底膜33之后，对底膜33进行烘烤，所述烘烤温度范围为120至130℃，烘烤时候气氛为氮气，烘烤时间范围为80至100s。对基片进行烘烤的目的是为了使底膜与基片31表面结合更紧密。
作为本发明的一个实施方式，形成底膜33之后，采用热板(hot plate)装置对基片31进行烘烤，烘烤温度为125℃，烘烤在氮气气氛下进行，烘烤时间为90s。
接着，参考图3C，在底膜33上形成苯并环丁烯(BCB)层34，所述苯并环丁烯层34采用旋涂方法形成，旋涂苯并环丁烯层34的转速范围为1000至2000rpm，最终形成苯并环丁烯层34的厚度范围为5至10μm。
作为本发明的一个实施方式，在底膜33上形成苯并环丁烯层34，旋涂苯并环丁烯层34的转速为1400rpm，形成的苯并环丁烯层34的厚度为6至8μm。
形成苯并环丁烯层34之后，对苯并环丁烯层34进行软烘烤，所述软烘烤在热板(hot plate)上进行，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时候气氛为空气，软烘烤时间范围为80至100s。对苯并环丁烯层34进行软烘烤的目的是为了去除BCB中的溶剂。
作为本发明的一个实施方式，对基片进行软烘烤，所述软烘烤温度为90℃，软烘烤时候气氛为空气，软烘烤时间范围为90s。
本发明还给出一种半导体器件的形成方法实施例，包括提供基片，所述基片上形成有钝化层和镶嵌在钝化层中的金属垫层，采用等离子体清洗钝化层和金属垫层表面，在钝化层和金属垫层上形成底膜，对底膜进行烘烤，在底膜上形成苯并环丁烯层。
图4为本发明半导体器件形成方法的流程图。如图4所示，本发明的半导体器件形成方法包括：执行步骤S201，采用等离子体清洗基片，所述等离子体比较优化的为Ar等离子体，所述形成等离子体的功率范围为600至800W；执行步骤S202，在基片上形成底膜，形成所述底膜采用旋涂方法形成，所述底膜为醋酸乙烯硅烷(Vinyl-triacetoxy-silane)，俗称AP3000，旋涂底膜的转速为2500rpm至3500rpm，最终形成底膜33的厚度范围为1至10nm；执行步骤203，对底膜进行烘烤，所述烘烤温度范围为120至130℃，烘烤时候气氛为氮气，烘烤时间范围为80至100s；执行步骤S204，在底膜上形成苯并环丁烯(BCB)层，所述苯并环丁烯层采用旋涂方法形成，旋涂苯并环丁烯层的转速范围为1000至2000rpm，最终形成苯并环丁烯层34的厚度范围为5至10μm；执行步骤205，对苯并环丁烯层进行软烘烤，所述软烘烤在热板(hot plate)上进行，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时候气氛为氮气，软烘烤时间范围为80至100s；执行步骤206，对基片表面的BCB层进行曝光，比较优化的曝光波长采用ghi光线；执行步骤207，对曝光区域进行显影；执行步骤208，整个基片进行固化处理；最后，执行步骤209，蚀刻BCB层和底膜，形成所需要的图形。
参照图5A至5E给出本发明的形成半导体结构示意图，如图5A所示，提供基片41，所述基片上形成有钝化层42和镶嵌在钝化层42中的金属垫层43，通过钝化层的的开口暴露出来，所述钝化层42的作用为保护基片41上的电路图形，所述钝化层42的厚度范围0.8至2.5μm，所述金属垫层43可以为铝、铜或者它们的合金，比较优化的技术方案金属为Al，所述钝化层42和金属垫层43的形成方法为采用现有技术公知的任何方法制备。
参照图5B，采用等离子体32清洗基片41上的钝化层42和金属垫层43表面(S201)，所述等离子体32比较优化的为Ar等离子体，采用等离子体32清洗基片41表面的目的为清除表面有机沾污，所述形成等离子体的功率范围为600至800W。
在本发明的一个实施方式中，采用Ar等离子体清洗基片41，清洗基片41的时候所述形成等离子体的功率范围为650W；。
接着，在基片41上的钝化层42和金属垫层43表面形成底膜33(S202)，参照图5C所示，形成所述底膜33采用旋涂方法形成，所述底膜33为醋酸乙烯硅烷(Vinyl-triacetoxy-silane)，俗称AP3000，形成底膜33的目的是为了改变晶片表面极性与BCB层结合得更牢固，所述AP3000和基片表面发生的化学反应如下：
所述醋酸乙烯硅烷在和硅基片表面羟基发生水解反应，脱去醋酸，然后脱去水分子发生聚合反应生成多聚体。
旋涂底膜33的转速为2500至3500rpm，形成底膜33的目的是为了改变晶片表面极性与BCB结合更牢固，最终形成底膜33的厚度范围为1至10nm。
作为本发明的一个实施方式，在基片41表面的钝化层42和金属垫层43上旋涂底膜33，旋涂底膜33的转速为2800rpm，形成的底膜33的厚度范围为1至4nm。
在基片41表面的钝化层42和金属垫层43上形成底膜33之后，对底膜33进行烘烤(S203)，所述烘烤温度范围为120至130℃，烘烤时候气氛为氮气，烘烤时间范围为80至100s。对基片41进行烘烤的目的是为了使底膜33与基片41表面结合更紧密。
作为本发明的一个实施方式，形成底膜33之后，采用热板(hot plate)装置对基片41进行烘烤，烘烤温度为128℃，烘烤在氮气气氛下进行，烘烤时间为85s。
接着，参考图5D，在底膜33上形成苯并环丁烯(BCB)层34(S204)，所述苯并环丁烯层34采用旋涂方法形成，旋涂苯并环丁烯层34的转速范围为1000至2000rpm，最终形成苯并环丁烯层34的厚度范围为5至10μm。
作为本发明的一个实施方式，在底膜33上形成苯并环丁烯层34，旋涂苯并环丁烯层34的转速为1600rpm，形成的苯并环丁烯层34的厚度为5至7μm。
形成苯并环丁烯层34之后，对基片41进行软烘烤(S205)，所述软烘烤在热板(hot plate)上进行，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时候气氛为空气，软烘烤时间范围为80至100s。对基片软烘烤的目的是为了去除BCB中的有机溶剂。
作为本发明的一个实施方式，对基片41进行软烘烤，所述软烘烤温度为90℃，软烘烤时候气氛为空气，软烘烤时间范围为90s。
然后，参考图5E，软烘烤之后，对基片41进行曝光(S206)，比较优化的曝光波长采用ghi光线，ghi光线的能量较强，以便增加苯并环丁烯层34的交联比，从而形成的苯并环丁烯层34，曝光区域对准金属垫层43所在区域，其余地方通过掩模保护图形。
同时，在现有技术中，对BCB和底膜的曝光采用gh光线，gh光线的能量较低，不利于形成具有高度交联的BCB聚合物网络，即形成的BCB层的致密性不好。
然后，对曝光区域进行显影(S207)，工艺过程为把整个基片41放入显影液，显影时间为35s，经过显影，被曝区域的BCB和底膜33与显影液反应，生成可以被显影液去除的物质。
然后把整个基片41进行固化处理(S208)，固化处理采用本领域技术人员公知的现有技术实现，本发明给出一个优化的实施方式，固化处理在烘烤箱(Bake Oven)装置中进行，固化温度范围为210至230℃，固化时间为2至3小时，固化时候气氛为氮气。
最后，蚀刻BCB层34和底膜33(S209)，暴露出金属垫层43。
基于以上工艺实施后最终形成的半导体器件结构采用电子扫描显微镜(SEM)进行测试，测试结果如图6所示，从图中可以看出，在钝化层和苯并环丁烯层层之间没有出现现有技术中如图2A和2B所示的开裂。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种苯并环丁烯层的形成方法，其特征在于：
等离子体清洗基片；在基片上形成底膜；对底膜进行烘烤；在底膜上形成苯并环丁烯层。
2.根据权利要求1所述的苯并环丁烯层的形成方法，其特征在于：形成苯并环丁烯层之后还包括对苯并环丁烯层进行软烘烤，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时间范围为80至100s。
3.根据权利要求2所述的苯并环丁烯层的形成方法，其特征在于：对苯并环丁烯层进行软烘烤之后还包括对苯并环丁烯层进行固化，所述固化温度范围为210至230℃，固化时间范围为2至3小时。
4.根据权利要求1所述的苯并环丁烯层的形成方法，其特征在于：所述底膜为醋酸乙烯硅烷。
5.根据权利要求1所述的苯并环丁烯层的形成方法，其特征在于：对底膜进行烘烤的温度范围为120至130℃，烘烤时间为80至100s。
6.根据权利要求1所述的苯并环丁烯层的形成方法，其特征在于：所述等离子体为氩气的等离子体。
7.一种半导体器件的形成方法，其特征在于：提供基片，所述基片上形成有钝化层和镶嵌在钝化层中的金属垫层，采用等离子体清洗钝化层和金属垫层表面，在钝化层和金属垫层上形成底膜，对底膜进行烘烤，在底膜上形成苯并环丁烯层。
8.根据权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：形成苯并环丁烯层之后还包括对苯并环丁烯层进行软烘烤，所述软烘烤温度范围为80至100℃，软烘烤时间范围为80至100s。
9.根据权利要求8所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：对苯并环丁烯层软烘烤之后，还包括对苯并环丁烯层进行曝光，所述曝光光线为ghi光线。
10.根据权利要求9所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：对苯并环丁烯层曝光之后，还包括对苯并环丁烯层进行显影。
11.根据权利要求10所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：对苯并环丁烯层进行显影之后还包括对苯并环丁烯层进行固化，所述固化温度范围为210至230℃，固化时间范围为2至3小时。
12.根据权利要求11所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：对苯并环丁烯层进行固化之后还包括去除被曝光的苯并环丁烯层的部分，暴露出金属垫层。
13.根据权利要求12所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：所述底膜为醋酸乙烯硅烷。
14.根据权利要求13所述的半导体器件的形成方法，其特征在于：对底膜进行烘烤的温度范围为120至130℃，烘烤时间为80至100s。
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Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (BEIJING |
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Effective date of registration: 20111117 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Co-patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Address before: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Patentee before: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation |
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Granted publication date: 20090909 Termination date: 20181208 |