CN103035512B - 一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法，1)在需要制作钝化层的硅片上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂和烘烤；2)在非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂和烘烤；3)用具有钝化层图形的掩模版进行浅层曝光，在光刻胶上形成钝化层图形的潜影；4)用硅烷化剂对上述光刻胶进行硅烷基化处理，将钝化层图形的潜影转化成硅烷基化图形；5)以上述硅烷基化图形为掩膜层，干法刻蚀非感光性聚酰亚胺，形成钝化层图形；6)用光刻胶剥离液除去光刻胶以及硅烷基化图形；7)将图形化的非感光性聚酰亚胺进行固化，获得所需的非感光性聚酰亚胺钝化层。本发明解决了传统工艺中顶层金属铝线被显影液腐蚀以及非感光性聚酰亚胺的形貌差等问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种钝化层的制作方法，尤其涉及一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法。
背景技术
非感光性polyimide(聚酰亚胺)材料由于其良好的耐高温特性、机械性能、电学性能以及化学稳定性，已被广泛的应用于半导体器件的钝化层工艺中，以减少各种自然环境和工作环境对半导体器件造成的损害，从而提高器件的可靠性和稳定性。
一般传统的非感光性聚酰亚胺钝化层制作工艺流程如图1所示，首先在需要制作非感光性聚酰亚胺钝化层的硅片上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂和烘烤，再在非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂和烘烤，然后通过曝光显影的方法将已曝光的光刻胶及其底部的非感光性聚酰亚胺同时显影去除获得所需的非感光性聚酰亚胺和光刻胶图形，再将未曝光的光刻胶通过光刻胶剥离液去除，经固化后获得非感光性聚酰亚胺钝化层。但在实际研发和使用过程中，这种方法存在如图2和图3所示的两个缺点：缺点一是显影过程中，为了保证非感光性聚酰亚胺的充分显影，通常显影时间较长，这样在非感光性聚酰亚胺膜厚较小的地方会因为过显影而使显影液腐蚀非感光性聚酰亚胺底部的顶层金属铝线(如图2所示)，进而影响半导体器件的性能；缺点二是在显影过程中，由于显影液显影能力的各向同性的特征，因此在显影液对非感光性聚酰亚胺的厚度方向进行显影时，非感光性聚酰亚胺的侧向也会受到来自显影液的同样程度的显影(即显影液对下层非感光性聚酰亚胺的纵向和横向可同时显影)，这就导致了非感光性聚酰亚胺的形貌会非常斜且不可控(如图3所示)，这种很斜的形貌不仅影响最终器件的性能，同时也使得钝化层的开孔(PAD)与开孔之间的距离不能太小，这不利于器件的小型化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法，以解决传统非感光性聚酰亚胺工艺中顶层金属铝线被显影液腐蚀以及非感光性聚酰亚胺的形貌差等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法，包括如下步骤：
(1)在需要制作钝化层的硅片上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂和烘烤；
(2)在非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂和烘烤；
(3)用具有钝化层图形的掩模版进行浅层曝光，在光刻胶上形成钝化层图形的潜影；
(4)用硅烷化剂对上述具有钝化层图形潜影的光刻胶进行硅烷基化处理，将钝化层图形的潜影转化成硅烷基化图形；
(5)以上述硅烷基化图形为掩膜层，干法刻蚀非感光性聚酰亚胺，形成钝化层图形；
(6)用光刻胶剥离液除去光刻胶以及硅烷基化图形；
(7)将图形化的非感光性聚酰亚胺进行固化，获得所需的非感光性聚酰亚胺钝化层。
在步骤(1)中，根据工艺需求，所述硅片上的顶层金属铝线已经形成，或者所述硅片上的顶层金属铝线以及介质膜钝化层的图形已经形成；优选地，所述硅片上的顶层金属铝线以及介质膜钝化层的图形已经形成，其形成过程包括：在硅片上形成顶层金属铝线,然后沉积介质膜钝化层，在顶层金属铝线的上面刻蚀介质膜钝化层形成焊盘。所述的非感光性聚酰亚胺是指其对波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种或多种光不具有光敏性；所述的非感光性聚酰亚胺经旋涂和烘烤后的薄膜厚度为1-50微米，其烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-2小时。
在步骤(2)中，所述的光刻胶在曝光前不含羟基和羧酸基成分，经曝光后能生成羟基或/和羧酸基成分；所述的光刻胶经旋涂和烘烤后的厚度为0.5-10微米。
在步骤(3)中，所述的浅层曝光光源是波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种，优选地，所述的浅层曝光光源是波长365纳米的I-line；所述的钝化层图形的潜影的深度是光刻胶厚度的10%-60%。
在步骤(4)中，所述的硅烷化剂包括六甲基二硅氮烷(HMDS)，四甲基二硅氮烷(TMDS)，二甲基甲硅烷二甲胺(DMSDMA)，N,N-二乙氨基三甲基硅烷(TMSDEA)，优选地，所述的硅烷化剂是六甲基二硅氮烷；所述的硅烷基化处理是将步骤(3)所获得的具有钝化层图形潜影的光刻胶暴露于液态或气态的所述硅烷化剂中，进行化学反应，其反应温度为50-150℃，反应时间为30-300秒。
在步骤(5)中，所述的干法刻蚀是以氧气为主要刻蚀气体的等离子体干法刻蚀，其氧气流量为50-2000标准状态的立方厘米/分钟，源射频功率为100-1500瓦，气体压力为20-2000毫托。
在步骤(6)中，所述的光刻胶剥离液能够剥离去除光刻胶，但不能剥离去除非感光性聚酰亚胺，所述的光刻胶剥离液包括丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)或两者的混合物。
在步骤(7)中，所述的固化温度为200-500℃，固化时间为30-120分钟。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过引进硅烷基化图形层作为刻蚀的掩膜层，从而可以用以氧气为主要刻蚀剂的干法刻蚀代替传统非感光性聚酰亚胺工艺中以显影液为刻蚀剂的湿法刻蚀，来刻蚀非感光性聚酰亚胺。因为没有使用显影液，从而解决了传统工艺中顶层金属铝线被显影液腐蚀的问题；另外，因为干法刻蚀具有各项异性的优点(即纵向刻蚀速率远大于横向刻蚀速率)，因此可以获得较直的非感光性聚酰亚胺形貌，从而解决了传统工艺中因湿法显影的各向同性而产生的非常斜的非感光性聚酰亚胺形貌问题。
附图说明
图1是传统的非感光性聚酰亚胺钝化层的制作工艺流程图；
图2是采用传统工艺中顶层金属铝线被显影液腐蚀的示意图；
图3是采用传统工艺中很斜的非感光性聚酰亚胺形貌的示意图；
图4是本发明的非感光性聚酰亚胺钝化层的制作工艺流程图；
图5是本发明的非感光性聚酰亚胺钝化层的制作工艺流程剖面示意图；其中，图5(A)是本发明方法的步骤(1)完成后的示意图；图5(B)是本发明方法的步骤(2)完成后的示意图；图5(C)是本发明方法的步骤(3)完成后的示意图；图5(D)是本发明方法的步骤(4)完成后的示意图；图5(E)是本发明方法的步骤(5)完成后的示意图；图5(F)是本发明方法的步骤(6)完成后的示意图。
图6是本发明方法的步骤(4)中的烷基化反应的化学方程式。
图中附图标记说明如下：
100-硅片，200-顶层金属铝线，300-介质膜钝化层，400-非感光性聚酰亚胺，500-光刻胶，600-钝化层图形的潜影，700-硅烷基化图形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明的一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法，其工艺流程如图4和图5(A)-图5(F)所示，具体包括以下步骤：
(1)如图5(A)所示，在需要制作钝化层的硅片100上进行非感光性聚酰亚胺400的旋涂和烘烤：所述硅片100上的顶层金属铝线200已经形成，或者所述硅片100上的顶层金属铝线200以及介质膜钝化层300的图形已经形成，优选地，本实施例中硅片100上的顶层金属铝线200以及介质膜钝化层300的图形已经形成，其形成过程一般采用本领域常规方法在硅片100上形成顶层金属铝线200,然后沉积介质膜钝化层300，在顶层金属铝线200的上面刻蚀介质膜钝化层300形成焊盘；所述的非感光性聚酰亚胺400是指其对波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种或多种光不具有光敏性，所述的非感光性聚酰亚胺400经旋涂和烘烤后的薄膜厚度为1-50微米，其烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-2小时。
(2)如图5(B)所示，在非感光性聚酰亚胺400上进行光刻胶500的旋涂和烘烤:所述的光刻胶500在曝光前不含羟基(OH)和羧酸基(COOH)成分，经曝光后能生成羟基(OH)或/和羧酸基(COOH)成分,所述的光刻胶500经旋涂和烘烤后的厚度为0.5-10微米。
(3)如图5(C)所示，用具有钝化层图形的掩模版(图中未示出)进行浅层曝光，在光刻胶500上形成钝化层图形的潜影600：所述的浅层曝光光源是波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种，优选地，本实施例中使用的曝光光源是波长365纳米的I-line，所述的浅层曝光是指通过曝光的方法使光刻胶500在深度方向部分曝光形成潜影，一般通过使用比正常曝光更低的曝光能量来实现，本实施例中，为了使后续的硅烷基化图形700(如图5(D))能够和光刻胶500一起被光刻胶剥离液去除(如下步骤(6))，所形成的钝化层图形的潜影600的深度是光刻胶500厚度的10%-60%。
(4)如图5(D)所示，用硅烷化剂对上述具有钝化层图形的潜影600的光刻胶500进行硅烷基化处理，将钝化层图形的潜影600转化成硅烷基化图形700：所述的硅烷化剂包括六甲基二硅氮烷(HMDS)，四甲基二硅氮烷(TMDS)，二甲基甲硅烷二甲胺(DMSDMA)，N,N-二乙氨基三甲基硅烷(TMSDEA)，优选地，本实施例中采用的硅烷化剂是六甲基二硅氮烷(HMDS),光刻胶500经步骤(3)的浅层曝光后，在曝光区域因发生光化学反应而生成羟基(OH)或/和羧酸基(COOH)成分，羟基或羧酸基中的活性氢成分将和所述的硅烷化剂发生烷基化反应，其化学反应方程式如图6所示，所述的硅烷基化处理就是将步骤(3)所获得的具有钝化层图形的潜影600的光刻胶500暴露于液态或气态的所述的硅烷化剂中，进行化学反应（即烷基化反应，化学反应方程式如图6所示），使钝化层图形的潜影600转化成硅烷基化图形700，其反应温度为50-150℃，反应时间为30-300秒。
(5)如图5(E)所示，以上述硅烷基化图形700为掩膜层，干法刻蚀非感光性聚酰亚胺400，形成钝化层图形：所述的干法刻蚀是以氧气为主要刻蚀气体的等离子体干法刻蚀，其氧气流量为50-2000标准状态的立方厘米/分钟，源射频功率为100-1500瓦，气体压力为20-2000毫托，步骤(4)所形成的硅烷基化图形700，在以氧气为主要刻蚀气体的等离子体干法刻蚀中，对非感光性聚酰亚胺400具有较高的刻蚀选择比，因此可以作为所述干法刻蚀的掩膜层来刻蚀非感光性聚酰亚胺400。由此可见，本发明用以氧气为主要刻蚀剂的干法刻蚀代替传统非感光性聚酰亚胺工艺中以显影液为刻蚀剂的湿法刻蚀，来刻蚀非感光性聚酰亚胺400，因为没有使用显影液，从而解决了传统工艺中顶层金属铝线200被显影液腐蚀的问题；另外，因为干法刻蚀具有各项异性的优点(即纵向刻蚀速率远大于横向刻蚀速率)，因此可以获得较直的非感光性聚酰亚胺形貌，从而解决了传统工艺中因湿法显影的各向同性而产生的非常斜的非感光性聚酰亚胺形貌问题。
(6)如图5(F)所示，用光刻胶剥离液除去光刻胶500以及硅烷基化图形700:所述的光刻胶剥离液能够剥离去除光刻胶，但不能剥离去除非感光性聚酰亚胺，包括丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)或两者的混合物,因为硅烷基化图形700是附着于光刻胶500上的，且硅烷基化图形700的深度小于光刻胶500的厚度，不直接和非感光性聚酰亚胺400接触，因此在用光刻胶剥离液除去光刻胶500的同时，硅烷基化图形700也能和光刻胶500一起被去除。
(7)将图形化的非感光性聚酰亚胺400进行固化，获得所需的非感光性聚酰亚胺钝化层：所述的固化温度为200-500℃，固化时间为30-120分钟。
Claims (25)
1.一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在需要制作钝化层的硅片上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂和烘烤；根据工艺需求，所述硅片上的顶层金属铝线以及介质膜钝化层的图形已经形成；
(2)在非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂和烘烤；
(3)用具有钝化层图形的掩模版进行浅层曝光，在光刻胶上形成钝化层图形的潜影；
(4)用硅烷化剂对上述具有钝化层图形潜影的光刻胶进行硅烷基化处理，将钝化层图形的潜影转化成硅烷基化图形；
(5)以上述硅烷基化图形为掩膜层，干法刻蚀非感光性聚酰亚胺，形成钝化层图形；
(6)用光刻胶剥离液除去光刻胶以及硅烷基化图形；
(7)将图形化的非感光性聚酰亚胺进行固化，获得所需的非感光性聚酰亚胺钝化层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述硅片上的顶层金属铝线以及介质膜钝化层的图形已经形成，其形成过程包括：在硅片上形成顶层金属铝线,然后沉积介质膜钝化层，在顶层金属铝线的上面刻蚀介质膜钝化层形成焊盘。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的非感光性聚酰亚胺是指其对波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种或多种光不具有光敏性。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的非感光性聚酰亚胺经旋涂和烘烤后的薄膜厚度为1-50微米，其烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-2小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的光刻胶在曝光前不含羟基和羧酸基成分，经曝光后能生成羟基或/和羧酸基成分。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的光刻胶经旋涂和烘烤后的厚度为0.5-10微米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的浅层曝光光源是波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的钝化层图形的潜影的深度是光刻胶厚度的10％-60％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅烷化剂包括六甲基二硅氮烷，四甲基二硅氮烷，二甲基甲硅烷二甲胺，N,N-二乙氨基三甲基硅烷。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅烷基化处理是将步骤(3)所获得的具有钝化层图形潜影的光刻胶暴露于液态或气态的所述硅烷化剂中，进行化学反应，其反应温度为50-150℃，反应时间为30-300秒。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的干法刻蚀是以氧气为主要刻蚀气体的等离子体干法刻蚀，其氧气流量为50-2000标准状态的立方厘米/分钟，源射频功率为100-1500瓦，气体压力为20-2000毫托。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的光刻胶剥离液能够剥离去除光刻胶，但不能剥离去除非感光性聚酰亚胺，所述的光刻胶剥离液包括丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚或两者的混合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述的固化温度为200-500℃，固化时间为30-120分钟。
14.一种非感光性聚酰亚胺钝化层的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在需要制作钝化层的硅片上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂和烘烤；根据工艺需求，所述硅片上的顶层金属铝线已经形成；
(2)在非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂和烘烤；
(3)用具有钝化层图形的掩模版进行浅层曝光，在光刻胶上形成钝化层图形的潜影；
(4)用硅烷化剂对上述具有钝化层图形潜影的光刻胶进行硅烷基化处理，将钝化层图形的潜影转化成硅烷基化图形；
(5)以上述硅烷基化图形为掩膜层，干法刻蚀非感光性聚酰亚胺，形成钝化层图形；
(6)用光刻胶剥离液除去光刻胶以及硅烷基化图形；
(7)将图形化的非感光性聚酰亚胺进行固化，获得所需的非感光性聚酰亚胺钝化层。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的非感光性聚酰亚胺是指其对波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种或多种光不具有光敏性。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的非感光性聚酰亚胺经旋涂和烘烤后的薄膜厚度为1-50微米，其烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-2小时。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的光刻胶在曝光前不含羟基和羧酸基成分，经曝光后能生成羟基或/和羧酸基成分。
18.根据权利要求14或17所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的光刻胶经旋涂和烘烤后的厚度为0.5-10微米。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的浅层曝光光源是波长436纳米的G-line，波长365纳米的I-line，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的钝化层图形的潜影的深度是光刻胶厚度的10％-60％。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅烷化剂包括六甲基二硅氮烷，四甲基二硅氮烷，二甲基甲硅烷二甲胺，N,N-二乙氨基三甲基硅烷。
22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的硅烷基化处理是将步骤(3)所获得的具有钝化层图形潜影的光刻胶暴露于液态或气态的所述硅烷化剂中，进行化学反应，其反应温度为50-150℃，反应时间为30-300秒。
23.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的干法刻蚀是以氧气为主要刻蚀气体的等离子体干法刻蚀，其氧气流量为50-2000标准状态的立方厘米/分钟，源射频功率为100-1500瓦，气体压力为20-2000毫托。
24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的光刻胶剥离液能够剥离去除光刻胶，但不能剥离去除非感光性聚酰亚胺，所述的光刻胶剥离液包括丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚或两者的混合物。
25.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述的固化温度为200-500℃，固化时间为30-120分钟。
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