CN101882596B

CN101882596B - 金属层的刻蚀方法

Info

Publication number: CN101882596B
Application number: CN2009100509896A
Authority: CN
Inventors: 梅娜; 王重阳
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: CN101882596A

Abstract

本发明涉及金属层的刻蚀方法，包括步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成金属层；用金属腐蚀液处理所述金属层；在所述金属层上形成干膜光刻胶层；图形化所述干膜光刻胶层；以图形化的干膜光刻胶层为掩膜，刻蚀所述金属层。与现有技术相比，本发明在金属层上形成干膜光刻胶层之前用金属腐蚀液处理金属层，可以在金属层的表面形成粗糙的微结构，从而增加干膜光刻胶在金属层上的附着强度，避免刻蚀金属层的过程中，刻蚀液进入干膜光刻胶与金属层之间而造成金属层翘起。

Description

金属层的刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及金属层的刻蚀方法。

背景技术

从中国专利第98119381.1号公开的内容可知，干膜光刻胶是一种用于半导体芯片封装或印刷电路板制造时所采用的光致抗蚀膜。干膜光刻胶的制造是将无溶剂型光致抗蚀剂涂在涤纶片基上，再覆上聚乙烯薄膜。使用时揭去聚乙烯薄膜，把无溶剂型光致抗蚀剂压在版基上，经曝光显影处理，即可形成图像。干膜光刻胶的原理主要是利用多官能团的丙烯酸酯类单体或带双键的丙烯酸酯光敏树脂在光引发剂存在下，由光引发聚合反应产生交联结构而达到成像目的。

现在，干膜光刻胶已经被广泛地用于凸点(bumping)封装技术。凸点封装技术是倒装晶片(flip chip)中的一个关键技术。所谓倒装晶片技术是指通过在晶片表面形成的焊球，使晶片翻转与底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、更小的引脚)、小外形的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。

在凸点制作之前，晶片需要完成钝化层和互连金属层工艺。进入凸点制作之后，需要在晶片表面形成一凸点下金属层(Under-Bump Metallurgy；UBM)或者又称作再分布金属层，然后在再分布金属层上形成干膜光刻胶层，并曝光、显影以形成所需的凸点图案；然后形成凸点焊料，形成凸点焊料的技术包括金属掩膜蒸发、电镀凸点技术、激光植球技术、模板印刷技术等；最后，去除光刻胶层和再分布金属层，在一定温度下焊料回流形成焊球。

但是，利用现有技术进行再分布金属层刻蚀时，会出现金属层翘起，这对整个器件的稳定性产生了负面影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在刻蚀再分布金属层时如何避免出现金属层翘起。

为解决上述问题，本发明提供一种金属层的刻蚀方法，包括步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成金属层；用金属腐蚀液处理所述金属层；在所述金属层上形成干膜光刻胶层；图形化所述干膜光刻胶层；以图形化的干膜光刻胶层为掩膜，刻蚀所述金属层。

可选地，所述金属腐蚀液为酸性溶液。

可选地，所述金属腐蚀液选自磷酸、硝酸或醋酸。

可选地，用金属腐蚀液处理所述金属层的时间为10秒至30秒。

可选地，在图形化所述干膜光刻胶层之前，还包括步骤：对所述干膜光刻胶层进行第一次烘烤。

可选地，在图形化所述干膜光刻胶层之后，还包括步骤：对所述干膜光刻胶层进行第二次烘烤。

可选地，在刻蚀所述金属层之后还包括步骤：去除图形化的干膜光刻胶层。

可选地，所述金属层的材料选自Al。

可选地，所述金属层为再分布金属层。

与现有技术相比，本发明在金属层上形成干膜光刻胶层之前用金属腐蚀液处理金属层，可以在金属层的表面形成粗糙的微结构，从而增加干膜光刻胶在金属层上的附着强度，避免刻蚀金属层的过程中，刻蚀液进入干膜光刻胶与金属层之间而造成金属层翘起。

附图说明

图1为本发明一个实施例再分布金属层的刻蚀方法流程图；

图2至图6为根据图1所示流程刻蚀再分布金属层的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现，由于干膜光刻胶的主要成分是无溶剂型光致抗蚀剂，在利用干膜光刻胶进行金属层光刻的过程中，干膜光刻胶在金属层上的附着能力较差。这会导致在刻蚀金属层的过程中，刻蚀液进入干膜光刻胶与金属层之间，造成刻蚀液侵蚀干膜光刻胶下面应该受到保护的部分金属层，使得由金属层在刻蚀之后出现翘起的情况，这严重影响所制成的器件的稳定性。

发明人经过创造性劳动后发现，适当增加金属层表面的粗糙度，会提高干膜光刻胶在金属层表面的附着能力，进而避免刻蚀金属层时，刻蚀液进入干膜光刻胶和金属层之间所造成的问题。

由于干膜光刻胶主要用于凸点封装技术中凸点下金属层或者又叫做再分布金属层的刻蚀，因此，下面以再分布金属层的刻蚀为例，对本发明的具体实施方式进行详细介绍。

根据本发明的一个实施例，提供一种再分布金属层的刻蚀方法，如图1所示，包括步骤：

S101，提供半导体衬底；

S102，在半导体衬底上形成再分布金属层；

S103，用金属腐蚀液处理再分布金属层；

S104，在再分布金属层上形成干膜光刻胶层；

S105，对干膜光刻胶层进行第一次烘烤；

S106，图形化干膜光刻胶层；

S107，对干膜光刻胶层进行第二次烘烤；

S108，以图形化的干膜光刻胶层为掩膜，刻蚀再分布金属层；

S109，去除图形化的干膜光刻胶层。

下面结合附图详细阐述上述实施例。

首先执行步骤S101，提供半导体衬底201。如前所述，由于本实施例是以再分布金属层的刻蚀为例，因此这里所提供的半导体衬底201可以是经过半导体前道工艺处理，形成有MOS管或存储器等各种半导体器件的半导体衬底201。

如图2所示，再执行步骤S102，在半导体衬底201上形成再分布金属层202。再分布金属层202可以通过溅射的方法形成在半导体衬底201上。由溅射形成的再分布金属层202的表面比较均匀和光滑，这也是现有技术中再分布金属层与后续形成的干膜光刻胶203之间的附着较差的原因之一。当然，此处采用溅射的方法在半导体衬底201上形成再分布金属层202仅仅是一个示例，本领域技术人员了解还有其他形成再分布金属层202的方法。另外，本领域技术人员还知道，再分布金属层202需要覆盖半导体衬底201上作为内部半导体器件信号传输连接点的垫金属层(图未示)。

由于Al的导电性能良好且成本较低，因此Al是本领域中形成再分布金属层202的主要材料。然而Al与干膜光刻胶之间的附着力比较差，因此将本发明用于Al质再分布金属层202既可以获得较好的效果，又可以适应现有的工艺。

然后执行步骤S103，用金属腐蚀液处理再分布金属层202，形成如图3所示的结构。这里所述的处理，可以是用金属腐蚀液浸泡再分布金属层202，或者用金属腐蚀液冲洗再分布金属层202。用金属腐蚀液处理再分布金属层202的目的是将再分布金属层202光滑的表面粗糙化，用以提高后续与干膜光刻胶203之间的附着能力。

由于是腐蚀的对象是再分布金属层202，因此金属腐蚀液可以采用酸性溶液。发明人经过多次试验发现，对于Al材质制成的再分布金属层202，可以选用磷酸或硝酸或醋酸，以获得较好的效果。

用金属腐蚀液处理再分布金属层202的时间长度是控制再分布金属层202与干膜光刻胶203之间的附着能力的一个重要参数。如果处理的时间太短，则金属腐蚀液对再分布金属层202表面的侵蚀不够，导致再分布金属层202与干膜光刻胶203之间的附着力仍然不符合要求。而如果处理时间太长，则金属腐蚀液对再分布金属层202的侵蚀过度，导致再分布金属层202的厚度损失过大。因此，处理时间过长或过短都是不可接受的。本发明的发明人通过一系列的试验发现，用金属腐蚀液处理再分布金属层202的时间应该在10秒至30秒之间，优选的处理时间为15秒至25秒。如果采用磷酸或硝酸或醋酸处理再分布金属层，则最优的处理时间为20秒。

用金属腐蚀液处理再分布金属层202之后，还可以通过水洗和甩干或烘干的方法，将再分布金属层202表面的金属腐蚀液去除，避免金属腐蚀液在再分布金属层202表面停留的时间过长所导致的过腐蚀情况的发生。

接着执行步骤S104，在再分布金属层202上形成干膜光刻胶层203，即形成如图4所示的结构。由于干膜光刻胶层203，将无溶剂型光致抗蚀剂涂在涤纶片基上，再覆上聚乙烯薄膜。因此，在再分布金属层202上形成干膜光刻胶层203的具体方法是，先揭去干膜光刻胶层203的聚乙烯薄膜；再将干膜光刻胶层203被揭去聚乙烯薄膜的一面与再分布金属层202贴合。由于再分布金属层202的表面经过了金属腐蚀液的处理而变得粗糙，因而执行步骤S104后，再分布金属层202与干膜光刻胶层203的接触紧密程度较现有技术大幅提高。

然后再执行步骤S105，对干膜光刻胶层203进行第一次烘烤。这里所说的第一次烘烤，即本领域技术人员常用的软烘烤，即以60℃至90℃的较低温度对干膜光刻胶层203进行烘烤。进行步骤S105所述的第一次烘烤的主要目的是蒸发干膜光刻胶层203中的一些溶剂，更有利于提高曝光显影能力，并还可以提高干膜光刻胶层203在再分布金属层202上的附着能力。

接着再执行步骤S106，图形化干膜光刻胶层203。图形化干膜光刻胶层203的具体方法可以是曝光和显影的方法。即先利用特定波长的紫外光将掩模版上刻有的预定线路图案照射在干膜光刻胶层203上。干膜光刻胶层203上被紫外光照射过的部分，其化学性质发生变化，对特定溶剂的溶解度由难溶或微溶变化成可溶。因此，再用溶剂清洗曝光后的干膜光刻胶层203，就会将被曝光部分通过清洗而去除。在干膜光刻胶层203上形成如图5所示的预期的电路图形。

然后再执行步骤S107，对干膜光刻胶层203进行第二次烘烤。这里所说的第二次烘烤，即本领域技术人员常用的硬烘烤，即以120℃至150℃的较高温度对干膜光刻胶层203进行烘烤。进行步骤S105所述的第二次烘烤的主要目的是固定干膜光刻胶层203显影后的形貌，并还可以进一步提高干膜光刻胶层203在再分布金属层202上的附着能力。

再执行步骤S108，以图形化的干膜光刻胶层203为掩膜，刻蚀再分布金属层202，形成如图6所示的结构。步骤S108即使用刻蚀液以干膜光刻胶层203为掩膜来刻蚀再分布金属层。由于经过前叙步骤，干膜光刻胶层203和再分布金属层202之间附着牢固，刻蚀液无法再进入干膜光刻胶203与再分布金属层202之间，也就不再造成再分布金属层202翘起的情况。因而克服了现有技术的缺陷。

最后执行步骤S109，去除图形化的干膜光刻胶层203。

经过上述流程形成的再分布金属层202的电镜扫描照片如图8所示，从图上可以看出，现有技术中出现的再分布金属层202翘起的情况已经不再出现。

上述实施例仅以Al质再分布金属层为例，而本领域技术人员了解，本发明同样适用于其他金属层，例如Cu金属层的刻蚀。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，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

1.一种金属层的刻蚀方法，其特征在于，包括步骤：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成金属层；

用金属腐蚀液处理所述金属层；

在所述金属层上形成干膜光刻胶层；

图形化所述干膜光刻胶层；

以图形化的干膜光刻胶层为掩膜，刻蚀所述金属层；

其中，所述金属层为再分布金属层；所述金属腐蚀液选自磷酸、硝酸或醋酸；用金属腐蚀液处理所述金属层的时间为10秒至30秒。

2.如权利要求1所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于，在图形化所述干膜光刻胶层之前，还包括步骤：对所述干膜光刻胶层进行第一次烘烤。

3.如权利要求1所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于，在图形化所述干膜光刻胶层之后，还包括步骤：对所述干膜光刻胶层进行第二次烘烤。

4.如权利要求1所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于，在刻蚀所述金属层之后还包括步骤：去除图形化的干膜光刻胶层。

5.如权利要求1所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于：所述金属层的材料选自Al。