CN103065961A - 一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法 - Google Patents

一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法 Download PDF

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郭晓波
孟鸿林
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Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
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Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法，包括如下步骤：(1)常规顶层金属布线和介质钝化膜图形的形成；(2)非感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤；(3)感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤；(4)曝光显影去除曝光区域的感光性聚酰亚胺，曝光区域的非感光性聚酰亚胺同时也被显影去除(5)感光性聚酰亚胺和非感光性聚酰亚胺图形同时固化。采用本发明方法可以获得厚度在15微米以上的聚酰亚胺钝化层，可应用于高压半导体器件，同时简化传统的两步聚酰亚胺旋涂钝化层工艺，以降低生产成本。

Description

一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造领域，具体涉及一种半导体器件的钝化层制造工艺方法，尤其涉及一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法。
背景技术
Polyimide(聚酰亚胺)材料由于其良好的机械性能、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。
Polyimide(聚酰亚胺)作为半导体器件常用的钝化层材料，其薄膜的介电强度通常都介于300-400V/um(伏特/微米)之间，而对于某些高压半导体器件，其瞬时或持续工作电压往往在5000V以上，因此这就要求聚酰亚胺薄膜固化以后的最终厚度要在15um(微米)以上，要制备出这么厚的聚酰亚胺薄膜，需要粘度极高的聚酰亚胺溶胶液体，对于聚酰亚胺生产厂商，聚酰亚胺涂胶设备以及涂胶程序的设置，这都是一个极大的挑战，传统的一步涂胶法难以实现，如图1所示，传统的一步涂胶法包括如下步骤：A.顶层金属布线和介质层钝化膜图形形成：采用本领域常规方法在半导体器件1上形成金属布线2，然后沉积介质层钝化膜3，在金属布线2的位置刻蚀介质层钝化膜3形成接触孔，见图1A；B.感光性聚酰亚胺5的旋涂，见图1B；C.感光性聚酰亚胺5的曝光、显影，见图1C；D.感光性聚酰亚胺5的固化，见图1D。而两步涂胶法(如图2所示，包括如下步骤：A.顶层金属布线和介质层钝化膜图形形成：采用本领域常规方法在半导体器件1上形成金属布线2，然后沉积介质层钝化膜3，在金属布线2的位置刻蚀介质层钝化膜3形成接触孔，见图2A；B.第一次感光性聚酰亚胺51的旋涂，见图2B；C.第一次感光性聚酰亚胺51的曝光、显影，见图2C；D.第一次感光性聚酰亚胺51的固化，见图2D；E.第二次感光性聚酰亚胺52的旋涂，见图2E；F.第二次感光性聚酰亚胺52的曝光、显影，见图2F；G.第二次感光性聚酰亚胺52的固化，见图2G)，虽然厚度可以达到要求，但要经历两次曝光和两次固化，增加了工艺的复杂程度，生产成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法，以获得厚度在15微米以上的聚酰亚胺钝化层，可应用于高压半导体器件，同时简化传统的两步聚酰亚胺旋涂钝化层工艺，以降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法，包括如下步骤：
(1)常规顶层金属布线和介质钝化膜图形的形成；
(2)非感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤；
(3)感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤；
(4)曝光显影去除曝光区域的感光性聚酰亚胺，曝光区域的非感光性聚酰亚胺同时也被显影去除；
(5)感光性聚酰亚胺和非感光性聚酰亚胺图形同时固化。
在步骤(1)中，所述介质钝化膜可以是氮化硅，二氧化硅，氮氧化硅或者是它们之间的任意组合物。
在步骤(2)中，所述非感光性聚酰亚的烘烤温度为50-200℃，优选130℃，烘烤时间为30秒-5小时，优选5分钟；所述非感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤后的薄膜厚度为1-50微米，优选15微米。
在步骤(2)中，所述非感光性聚酰亚胺，是指其对波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光不具有光敏性，且所述非感光性聚酰亚胺在曝光前和曝光后都能够溶于常规的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液。
在步骤(3)中，所述感光性聚酰亚胺的烘烤温度为50-200℃，优选110℃，烘烤时间为30秒-600秒，优选90秒，所述感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤后的薄膜厚度为1-50微米，优选15微米。
在步骤(3)中，所述感光性聚酰亚胺可以是正性的聚酰亚胺或者负性的聚酰亚胺。所述正性的聚酰亚胺是指其经过波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光曝光后能溶于常规的四甲基氢氧化氨显影液，而曝光前不能溶于所述显影液；所述负性的聚酰亚胺是指其经过波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光曝光后不能溶于常规的四甲基氢氧化氨显影液，而曝光前能溶于所述显影液。
在步骤(4)中，所述曝光的光源波长可以是436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF。
在步骤(5)中，所述固化可采用紫外线固化或热固化，固化温度为200℃-500℃，优选400℃，固化时间为30-120分钟，优选60分钟。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过分别旋涂一层非感光性聚酰亚胺和一层感光性聚酰亚胺，既能获得比传统一步涂胶法(见图1)更厚的聚酰亚胺薄膜，即获得了厚度在15微米以上的聚酰亚胺钝化层，可应用于高压半导体器件，同时简化了传统的两步聚酰亚胺旋涂钝化层工艺方法(简称两步涂胶法，见图2)，降低了生产成本。
附图说明
图1是传统的聚酰亚胺钝化层工艺流程示意图(即一步涂胶法)；其中，图1(A)是顶层金属布线和介质层钝化膜图形形成的示意图，图1(B)是感光性聚酰亚胺的旋涂示意图，图1(C)是感光性聚酰亚胺的曝光、显影示意图，图1(D)是感光性聚酰亚胺的固化示意图。
图2是传统的聚酰亚胺钝化层工艺流程示意图(即两步涂胶法)；其中，图2(A)是顶层金属布线和介质层钝化膜图形形成的示意图，图2(B)是第一次感光性聚酰亚胺的旋涂示意图，图2(C)是第一次感光性聚酰亚胺的曝光、显影示意图，图2(D)是第一次感光性聚酰亚胺的固化示意图，图2(E)是第二次感光性聚酰亚胺的旋涂示意图，图2(F)是第二次感光性聚酰亚胺的曝光、显影示意图，图2(G)是第二次感光性聚酰亚胺的固化示意图。
图3是本发明的聚酰亚胺钝化层工艺流程示意图；其中，图3(A)是顶层金属布线和介质层钝化膜图形形成的示意图，图3(B)是非感光性聚酰亚胺的旋涂示意图，图3(C)是感光性聚酰亚胺的旋涂示意图，图3(D)是曝光显影去除曝光区域的感光性聚酰亚胺，曝光区域的非感光性聚酰亚胺同时也被显影去除的示意图，图3(E)是感光性聚酰亚胺及非感光性聚酰亚胺图形同时固化的示意图。
其中，1是半导体器件，2是顶层金属布线，3是介质层钝化膜，4是非感光性聚酰亚胺，5是感光性聚酰亚胺，51是第一层感光性聚酰亚胺，52是第二层感光性聚酰亚胺。
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。
本发明提供一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法，其特征就是先在已制作好顶层金属布线和介质钝化膜图形的硅片上旋涂一层非感光性聚酰亚胺，再旋涂一层感光性聚酰亚胺，从而获得厚度较大的聚酰亚胺组合薄膜，然后再利用感光性聚酰亚胺的光活性性质以及非感光性聚酰亚胺的显影液可刻蚀特性，经一步光刻和显影后获得所需的聚酰亚胺图形，再经紫外线或热固化后形成器件的最终钝化层，其步骤如图3所示，包括如下：
(1)常规顶层金属布线和介质层钝化膜图形的形成：采用本领域常规方法在半导体器件1上形成顶层金属布线2，然后沉积介质层钝化膜3，在金属布线2的位置刻蚀介质层钝化膜3形成接触孔，其介质钝化膜3可以是氮化硅，二氧化硅，氮氧化硅或它们之间的任意组合物，如图3(A)所示；
(2)非感光性聚酰亚胺4的旋涂烘烤，其中，非感光性聚酰亚胺4是指其对波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光不具有光敏性，且所述非感光性聚酰亚胺4在曝光前和曝光后都能够溶于常规的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液。非感光性聚酰亚4的烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-5小时，优选的烘烤条件为130℃/5分钟，烘烤后非感光性聚酰亚胺4的厚度为1-50微米，优选的厚度为15微米，如图3(B)所示；
(3)感光性聚酰亚胺5的旋涂烘烤，其中，感光性聚酰亚胺5可以是正性的聚酰亚胺，也可以是负性的聚酰亚胺。正性的聚酰亚胺是指其经过波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光曝光后能溶于常规的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液，而曝光前不能溶于所述显影液；负性的聚酰亚胺是指其经过波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光曝光后不能溶于常规的四甲基氢氧化氨(TMAH)显影液，而曝光前能溶于所述显影液。感光性聚酰亚胺5的烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-600秒，优选的烘烤条件为110℃/90秒，烘烤后感光性聚酰亚胺5的厚度为1-50微米，优选的厚度为15微米，如图3(C)所示；
(4)曝光显影去除曝光区域的感光性聚酰亚胺5，其曝光的光源波长是436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF，由于非感光性聚酰亚胺的可显影特性，曝光区域的非感光性聚酰亚胺4同时也被显影去除，从而获得由感光性聚酰亚胺和非感光性聚酰亚胺组合而成的钝化层图形，如图3(D)所示；
(5)感光性聚酰亚胺5和非感光性聚酰亚胺4图形同时固化，采用紫外线固化或热固化，固化温度为200℃-500℃，固化时间30-120分钟，优选的固化温度和固化时间为400℃/60分钟，如图3(E)所示。
本发明公布一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法，通过分别旋涂一层非感光性聚酰亚胺和一层感光性聚酰亚胺，既能获得比传统一步涂胶法(见图1)更厚的聚酰亚胺薄膜，又可以简化传统的两步涂胶法(见图2)；本发明的优点之一是能获得厚度在15微米以上的聚酰亚胺钝化层(最高2倍于普通聚酰亚胺薄膜的厚度)，可应用于高压半导体器件，优点之二是简化了传统的两步涂胶法，降低了生产成本。

Claims (12)

1.一种应用于高压器件的聚酰亚胺钝化层制造工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)常规顶层金属布线和介质钝化膜图形的形成；
(2)非感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤；
(3)感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤；
(4)曝光显影去除曝光区域的感光性聚酰亚胺，曝光区域的非感光性聚酰亚胺同时也被显影去除；
(5)感光性聚酰亚胺和非感光性聚酰亚胺图形同时固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述介质钝化膜是氮化硅，二氧化硅，氮氧化硅或者是它们之间的任意组合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述非感光性聚酰亚的烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-5小时；所述非感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤后的薄膜厚度为1-50微米。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述非感光性聚酰亚的烘烤温度为130℃，烘烤时间为5分钟；所述非感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤后的薄膜厚度为15微米。
5.根据权利要求1或3或4所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述非感光性聚酰亚胺，是指其对波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光不具有光敏性，且所述非感光性聚酰亚胺在曝光前和曝光后都能够溶于常规的四甲基氢氧化氨显影液。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述感光性聚酰亚胺的烘烤温度为50-200℃，烘烤时间为30秒-600秒，所述感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤后的薄膜厚度为1-50微米。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述感光性聚酰亚胺的烘烤温度为110℃，烘烤时间为90秒，所述感光性聚酰亚胺的旋涂烘烤后的薄膜厚度为15微米。
8.根据权利要求1或6或7所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述感光性聚酰亚胺是正性的聚酰亚胺或者负性的聚酰亚胺。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述正性的聚酰亚胺是指其经过波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光曝光后能溶于常规的四甲基氢氧化氨显影液，而曝光前不能溶于所述显影液；所述负性的聚酰亚胺是指其经过波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF中的任意一种光曝光后不能溶于常规的四甲基氢氧化氨显影液，而曝光前能溶于所述显影液。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述曝光的光源波长是436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF或193纳米的ArF。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述固化采用紫外线固化或热固化，固化温度为200℃-500℃，固化时间为30-120分钟。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述固化温度为400℃，固化时间为60分钟。
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