CN103092008B - 一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法 - Google Patents

一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法，包括如下步骤：1)提供一需要制作非感光性聚酰亚胺图形的基片；2)在所述基片上旋涂非感光性聚酰亚胺；3)非感光性聚酰亚胺的多步软烘；4)光刻胶的旋涂和烘烤；5)经曝光、显影获得所需的非感光性聚酰亚胺和光刻胶图形；6)显影后烘烤；7)用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶；8)非感光性聚酰亚胺的固化。本发明将传统的非感光性聚酰亚胺工艺中的一步软烘分解成多步软烘，且在显影后增加一步烘烤，不仅成功的解决了非感光性聚酰亚胺的剥落和显影不足这一对相互矛盾的问题，同时也使得非感光性聚酰亚胺的软烘温度能在较大的范围内变动，提高了软烘的工艺窗口，大大减少了工艺控制的难度。

Description

一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其是一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法。
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。
由于非感光性聚酰亚胺的非感光性和可溶于显影液的特性，其工艺和一般的感光性聚酰亚胺有所不同，图1所示就是通常的非感光性聚酰亚胺光刻工艺，其基本过程就是在非感光性聚酰亚胺旋涂和软烘烤(Soft bake)之后，再在非感光性聚酰亚胺的上面旋涂一层光刻胶，然后通过曝光及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，再将未曝光的光刻胶去除，形成非感光性聚酰亚胺图形，经固化后获得非感光性聚酰亚胺钝化层。由此可见，同普通光刻胶工艺一样，在非感光性聚酰亚胺旋涂之后也有一步软烘过程，其目的就是通过一定时间和温度的烘烤去除非感光性聚酰亚胺里的大部分溶剂，增加其粘附性。一般来说，非感光性聚酰亚胺的软烘过程都是经过固定的时间和温度一次完成的，时间太短或温度太低，溶剂去除不充分，非感光性聚酰亚胺的粘附力就差，在后续的工艺过程容易产生如图2所示的非感光性聚酰亚胺剥落(Peeling)问题，但如果温度太高，部分非感光性聚酰亚胺将会发生如图3所示的亚胺化反应，因为亚胺化之后的非感光性聚酰亚胺不能溶解于普通显影液，因此在后续的显影过程中就容易产生如图4所示显影不足(Under-development)的问题，因此可知，选择一个最佳的软烘温度对于非感光性聚酰亚胺光刻工艺非常重要，既要保证有足够的粘附力，又要防止显影不足问题的产生。通常需要经过大量的实验来确定这个最佳的软烘温度，且通常这个最佳温度的区间也非常小，与此同时，对于不同的衬底，这个最佳的温度还有可能不一样，这些都大大增加了工艺控制的难度，传统的一步软烘方法难以达到要求。
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光刻工艺方法，以解决传统的非感光性聚酰亚胺光刻工艺中一步软烘所面临的非感光性聚酰亚胺的剥落和显影不足这一对相互矛盾的问题，提高软烘温度的工艺窗口，减少工艺控制的难度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法，包括如下步骤：
(1)提供一需要制作非感光性聚酰亚胺图形的基片；
(2)在所述基片上旋涂非感光性聚酰亚胺；
(3)非感光性聚酰亚胺的多步软烘；
(4)光刻胶的旋涂和烘烤；
(5)经曝光、显影获得所需的非感光性聚酰亚胺和光刻胶图形；
(6)显影后烘烤；
(7)用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶；
(8)非感光性聚酰亚胺的固化。
在步骤(2)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。
在步骤(3)中，所述的非感光性聚酰亚胺的多步软烘，每一步的烘烤温度都不相同且都低于传统一步软烘的温度，其每一步的烘烤温度为50-150℃，烘烤时间为0.5-60分钟。优选的，所述的非感光性聚酰亚胺的多步软烘采用三步软烘，其中第一步的软烘条件为：烘烤温度为80℃，烘烤时间为7分钟，第二步的软烘条件为：烘烤温度为100℃，烘烤时间为5分钟，第三步的软烘条件为：烘烤温度为110℃，烘烤时间为3分钟。
在步骤(4)中，所述的光刻胶是指曝光波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF和193纳米的ArF中的任意一种正性或负性光刻胶。
在步骤(4)中，所述的光刻胶的烘烤温度应低于步骤(3)所述的多步软烘中最高温度的10-40℃，烘烤时间为0.5-10分钟。优选的，所述的光刻胶的烘烤温度为90℃，烘烤时间为1.5分钟。
在步骤(6)中，所述的显影后烘烤的温度要比步骤(3)所述的多步软烘中最高温度高10-20℃，烘烤时间为0.5-10分钟。优选的，所述的烘烤温度为140℃，烘烤时间为5分钟。
在步骤(7)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。优选的，所述的光刻胶剥离液指丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)或丙二醇甲醚(PGME)或其组合。
在步骤(8)中，所述的非感光性聚酰亚胺的固化，其固化温度为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：使用本发明的方法之后，不仅成功的解决了非感光性聚酰亚胺的剥落和显影不足这一对相互矛盾的问题，同时也使得非感光性聚酰亚胺的软烘温度能在较大的范围内变动，提高了软烘的工艺窗口，大大减少了工艺控制的难度。
附图说明
图1是传统的非感光性聚酰亚胺光刻工艺的流程图；
图2是采用传统的非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法(一步软烘法)产生非感光性聚酰亚胺剥离问题的示意图；
图3是非感光性聚酰亚胺的亚胺化反应的示意图；
图4是采用传统的非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法(一步软烘法)产生非感光性聚酰亚胺显影不足问题的示意图；
图5是本发明的非感光性聚酰亚胺光刻工艺的流程图。
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光刻工艺方法，其特征一是将传统的非感光性聚酰亚胺工艺中的一步软烘分解成多步软烘，每一步的烘烤温度都不相同且都低于传统一步软烘的温度，通过多步软烘以适当延长软烘的时间，达到去除非感光性聚酰亚胺中的溶剂的目的，同时因为温度较低，防止了亚胺化反应的发生，也就不会产生显影不足的问题；其特征二是在显影以后再增加一步温度较高的烘烤过程，更充分的去除非感光性聚酰亚胺中的溶剂，进一步增加非感光性聚酰亚胺的粘附力，因为温度较高，在这一步的烘烤过程中将有部分非感光性聚酰亚胺发生如图3所示的亚胺化反应，但由于此时显影过程已经结束，因此不会对显影性能产生任何影响。
如图5所示，本发明的一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法，其主要步骤如下：
(1)提供一需要制作非感光性聚酰亚胺图形的基片；
(2)在所述基片上旋涂非感光性聚酰亚胺；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；
(3)非感光性聚酰亚胺的多步软烘；每一步的烘烤温度都不相同且都低于传统一步软烘的温度，每一步的烘烤温度为50-150℃，烘烤时间为0.5-60分钟；优选的软烘条件为：采用三步软烘，其中第一步的软烘条件为80℃/7分钟，第二步的软烘条件为100℃/5分钟，第三步的软烘条件为110℃/3分钟；
(4)光刻胶的旋涂和烘烤；所述的光刻胶是指曝光波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF和193纳米的ArF中的任意一种正性或负性光刻胶；所述的光刻胶的烘烤温度应低于步骤(3)所述的多步软烘中最高温度的10-40℃，烘烤时间为0.5-10分钟，优选的烘烤条件为90℃/1.5分钟；
(5)经曝光、显影获得所需的非感光性聚酰亚胺和光刻胶图形；
(6)显影后烘烤；其烘烤温度比步骤(3)所述的多步软烘中的最高温度高10-20℃，烘烤时间为0.5-10分钟；优选的烘烤条件为140℃/5分钟；
(7)用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶；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，优选地，光刻胶剥离液指丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)或丙二醇甲醚(PGME)或其组合；
(8)非感光性聚酰亚胺的固化，其固化温度为200-500℃，固化时间为30-120分钟。

Claims (11)

1.一种非感光性聚酰亚胺光刻工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供一需要制作非感光性聚酰亚胺图形的基片；
(2)在所述基片上旋涂非感光性聚酰亚胺；
(3)非感光性聚酰亚胺的多步软烘，每一步的烘烤温度都不相同且都低于传统一步软烘的温度，通过多步软烘以适当延长软烘的时间，达到去除非感光性聚酰亚胺中的溶剂的目的，同时因为温度较低，防止了亚胺化反应的发生，其每一步的烘烤温度为50-150℃，烘烤时间为0.5-60分钟；
(4)光刻胶的旋涂和烘烤；
(5)经曝光、显影获得所需的非感光性聚酰亚胺和光刻胶图形，此时的非感光性聚酰亚胺因为没有发生亚胺化反应，因此能被显影液显影形成非感光性聚酰亚胺图形；
(6)显影后烘烤；
(7)用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶；
(8)非感光性聚酰亚胺的固化。
2.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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的非感光性聚酰亚胺的多步软烘采用三步软烘，其中第一步的软烘条件为：烘烤温度为80℃，烘烤时间为7分钟，第二步的软烘条件为：烘烤温度为100℃，烘烤时间为5分钟，第三步的软烘条件为：烘烤温度为110℃，烘烤时间为3分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的光刻胶是指曝光波长为436纳米的G-line，365纳米的I-line，248纳米的KrF和193纳米的ArF中的任意一种正性或负性光刻胶。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的光刻胶的烘烤温度应低于步骤(3)所述的多步软烘中最高温度的10-40℃，烘烤时间为0.5-10分钟。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的光刻胶的烘烤温度为90℃，烘烤时间为1.5分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的显影后烘烤的温度要比步骤(3)所述的多步软烘中最高温度高10-20℃，烘烤时间为0.5-10分钟。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述的烘烤温度为140℃，烘烤时间为5分钟。
9.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。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述的光刻胶剥离液指丙二醇甲醚醋酸酯或丙二醇甲醚或其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(8)中，所述的非感光性聚酰亚胺的固化，其固化温度为200-500℃，固化时间为30-120分钟。
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