CN104570593B

CN104570593B - 涂层材料的光刻方法

Info

Publication number: CN104570593B
Application number: CN201310520177.XA
Authority: CN
Inventors: 郑展; 杜海; 董天化; 霍燕丽; 庄燕萍
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN104570593A

Abstract

本发明提供一种涂层材料的光刻方法，包括：在半导体衬底上涂敷第一涂层；对所述第一涂层进行曝光；在所述第一涂层上涂敷第二涂层；对所述第二涂层进行曝光；对所述第一涂层和第二涂层进行显影，形成上宽下窄的开口；对所述第一涂层和第二涂层进行高温烘烤工艺。通过两次涂敷和曝光工艺形成上宽下窄的开口，以使经过高温工艺的涂层材料如聚酰亚胺的图案轮廓良好（无边缘尖端突起），提高器件的可靠性。

Description

涂层材料的光刻方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种涂层材料的光刻方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，光刻工艺有着举足轻重的地位。在进行离子注入或刻蚀之前，需要通过光刻工艺形成光刻胶图案，以预先定义出待刻蚀或离子注入的区域。在封装过程中，需要通过光刻工艺形成具有开口的聚酰亚胺层，并通过聚酰亚胺层的开口使金属焊盘暴露出来，然后在聚酰亚胺层的开口内设置焊球（bonding ball），通过焊球与外界电连接。因而，光刻工艺质量的好坏会直接影响刻蚀、离子注入或封装等工艺的结果，并最终会影响形成的半导体器件的电学性能。

聚酰亚胺（Polyimide，PI）是一种高分子材料，具有耐高温、耐辐射、绝缘性能好、耐腐蚀、化学性质稳定等特点，是半导体封装中常用的材料。聚酰亚胺的光刻工艺通常包括以下工艺步骤：首先，在半导体衬底100上涂敷聚酰亚胺膜110，如图1A所示；对聚酰亚胺膜进行曝光，被曝光区域的聚酰亚胺膜标记为被曝光部分112，未曝光区域标记为未被曝光部分111，如图1B所示；对所述聚酰亚胺膜110进行显影，被曝光部分112不可溶解于显影液，未被曝光部分111与被显影液溶解形成开口110a，如图1C所示；对所述聚酰亚胺膜110进行固化（curing）工艺，如图1D所示。

在实际生产中发现，由于固化工艺的温度通常高达几百度，势必导致聚酰亚胺膜出现收缩变形，例如，固化前的聚酰亚胺膜厚度L1为52.38μm，固化后的聚酰亚胺膜厚度L2为29.43μm，同时由于边缘区域和其他区域的收缩力度不同，导致在顶角处出现尖角（如图1D中虚线圈所示），若利用其进行封装，这将使得开口内的焊球无法与外界进行良好的电连接，影响器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可形成轮廓理想的图案的涂层材料的光刻方法，以提高器件的可靠性。

为了解决上述问题，本发明提供一种涂层材料的光刻方法，包括：

在半导体衬底上涂敷第一涂层；

对所述第一涂层进行曝光；

在所述第一涂层上涂敷第二涂层；

对所述第二涂层进行曝光；

对所述第一涂层和第二涂层进行显影，形成上宽下窄的开口；

对所述第一涂层和第二涂层进行高温烘烤工艺。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述第一涂层和第二涂层是聚酰亚胺。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述第一涂层和第二涂层是负性聚酰亚胺。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述第一涂层和第二涂层的总厚度大于20μm。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述高温烘烤工艺是固化工艺，所述固化工艺的温度是100～50摄氏度，时间是10～240分钟。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述第一涂层和第二涂层是光刻胶。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述第一涂层和第二涂层是负性光刻胶。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，通过调整曝光工艺的聚焦点来形成上宽下窄的开口。

可选的，在所述的涂层材料的光刻方法中，所述涂层材料用于封装工艺。

本发明的一个优点在于，通过两次涂敷和曝光工艺形成截面形状上宽下窄的开口，即，形成上部截面宽度大于下部截面宽度的开口，以使经过高温工艺的涂层材料如聚酰亚胺的图案轮廓良好（无边缘尖端突起），提高器件的可靠性。

附图说明

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明。为了清楚起见，图中各个层的相对厚度以及特定区的相对尺寸并没有按比例绘制。在附图中：

图1A至图1D是现有技术的聚酰亚胺的光刻方法过程中的器件截面示意图；

图2是本发明实施例的聚酰亚胺的光刻方法的流程示意图；

图3A至图3F是本发明实施例的聚酰亚胺的光刻方法过程中的器件截面示意图；

图4是本发明实施例的聚焦点与被曝光部分形状示意图。

具体实施方式

在背景技术中已经提及，聚酰亚胺经过固化工艺后开口顶部会出现尖角，影响器件的可靠性。为此，提出了本发明的涂层材料的光刻方法，通过两次涂敷和曝光工艺形成上部截面宽度大于下部截面宽度的开口，以使经过高温工艺的涂层材料如聚酰亚胺的图案轮廓（profile）良好（无边缘尖端突起），提高器件的可靠性。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。

以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本领域中公知的技术可以被应用于没有特别示出或描述的部分。

如图2所示，一种涂层材料的光刻方法，包括：

步骤S210：在半导体衬底上涂敷第一涂层；

步骤S220：对所述第一涂层进行曝光；

步骤S230：在所述第一涂层上涂敷第二涂层；

步骤S240：对所述第二涂层进行曝光；

步骤S250：对所述第一涂层和第二涂层进行显影，形成上宽下窄的开口；

步骤S260：对所述第一涂层和第二涂层进行高温烘烤工艺。

以所述涂层材料是聚酰亚胺为例详细介绍本发明的涂层材料的光刻方法。参照图3A至图3F，其中示出了本发明实施例的聚酰亚胺的光刻方法过程中的器件截面示意图，用于简要示出整个制造工艺的流程。

如图3A所示，在半导体衬底300上涂敷第一聚酰亚胺膜层310。

如图3B所示，对所述第一聚酰亚胺膜层310进行选择性曝光。本实例中所述第一聚酰亚胺膜层为负性聚酰亚胺，所述第一聚酰亚胺膜层上被曝光区域发生铰链（cross link）反应，变成不可溶解区域，不可溶解区域之外的光阻可溶于显影液。本实例中所述第一聚酰亚胺膜层310为负性聚酰亚胺，被曝光区域的聚酰亚胺膜记为被曝光部分312，未曝光区域记为未被曝光部分311，被曝光部分312的截面形状为矩形或近似矩形。需要说明的是，图中被曝光部分和未被曝光部分的区别通过肉眼并无法观察出来，图3B中为了体现材料所发生的性质变化而示意性进行区分。

如图3C所示，在曝光后的第一聚酰亚胺膜层上涂敷第二聚酰亚胺膜层320。优选的，所述第一涂层310和第二涂层320的总厚度大于20μm，所述第一涂层310的厚度小于总厚度的3/4。

如图3D所示，对第二聚酰亚胺膜层310进行选择性曝光。本实例中所述第二聚酰亚胺膜层320为负性聚酰亚胺，被曝光区域的聚酰亚胺膜记为被曝光部分322，未曝光区域记为未被曝光部分321，被曝光部分322的截面形状是上窄下宽的形状，例如为梯形或近似梯形。可通过调整曝光参数如聚焦点（focus）来调整被曝光部分的形状。如图4所示，若聚焦点处于基准线时被曝光部分a的截面形状大致为矩形，若聚焦点偏上则被曝光部分b的截面形状上窄下宽例如大致为正梯形，若聚焦点偏下则被曝光部分c的截面形状上宽下窄例如大致为倒梯形，可根据欲形成的图案形状来调整聚焦点的位置。本实施例中，可使聚焦点偏上，即可使被曝光部分322的截面形状是上窄下宽的形状，最终实现负光刻胶聚酰亚胺未被曝光部分321显影后开口是上宽下窄。可以理解的是，本实施例所述之“窄”或“宽”是相对的概念，即，相对于被曝光部分的下部分而言上部分的截面宽度相对较窄，相对于被曝光部分的上部分而言下部分的截面宽度相对较宽。

如图3E所示，对所述第一聚酰亚胺膜层310和第二聚酰亚胺膜层320进行显影，未被曝光部分321和未被曝光部分311可溶于显影液，形成上部截面宽度大于下部截面宽度的开口，例如，上部分截面形状为近似倒梯形、下部分截面形状为近似矩形的开口310a可实行本发明目的。当然，通过本发明中两次曝光聚焦点的调整，亦可以实现上半部分截面形状（近似倒梯形，近似正梯形，近似矩形）与下半部分截面形状（近似倒梯形，近似正梯形，近似矩形）间其它组合的开口310a。

如图3F所示，对所述聚酰亚胺膜进行固化（curing）工艺，所述固化工艺的温度是100～500摄氏度，时间是10～240分钟。经过固化工艺后聚酰亚胺膜出现收缩变形，而由于所述开口310a的上半部分的截面宽度大于下半部分的截面宽度，经过固化后恰好可形成理想的图案轮廓，由此，确保开口内的焊球与外界进行良好的电连接，提高器件的可靠性。

上述以聚酰亚胺为例详细介绍了本发明，可以理解的是，本发明同样适用于其它涂层材料，例如与聚酰亚胺性质相似的光刻胶（photoresist，PR），可知当厚度较大（微米级厚度）的光刻胶进行高温烘烤工艺后同样会出现收缩，采用本发明的方法亦有利于形成轮廓较佳的光刻胶图案。

总之，如上所述，根据本发明的涂层材料的光刻方法，通过两次涂敷和曝光工艺来对涂层材料如聚酰亚胺进行修补，以使经过高温工艺的涂层材料的图案轮廓良好（无边缘尖端突起），提高半导体器件的可靠性。

虽然已经通过示例性实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例性实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种涂层材料的光刻方法，其特征在于，包括：

在半导体衬底上涂敷第一涂层；

对所述第一涂层进行曝光；

在所述第一涂层上涂敷第二涂层；

对所述第二涂层进行曝光；

对所述第一涂层和第二涂层进行显影，形成上宽下窄的开口，所述开口包括位于第一涂层中的下开口部和位于第二涂层中的上开口部，并且所述下开口部的侧壁和所述上开口部的侧壁相互连接；

对所述第一涂层和第二涂层进行高温烘烤工艺。

2.如权利要求1所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述第一涂层和第二涂层是聚酰亚胺。

3.如权利要求2所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述第一涂层和第二涂层是负性聚酰亚胺。

4.如权利要求2所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述第一涂层和第二涂层的总厚度大于20μm。

5.如权利要求2所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述高温烘烤工艺是固化工艺，所述固化工艺的温度范围是100～500摄氏度。

6.如权利要求2所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述高温烘烤工艺是固化工艺，所述固化工艺的时间范围是10～240分钟。

7.如权利要求1所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述第一涂层和第二涂层是光刻胶。

8.如权利要求7所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述第一涂层和第二涂层是负性光刻胶。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，通过调整曝光工艺的聚焦点来形成上宽下窄的开口。

10.如权利要求1至8中任意一项所述的涂层材料的光刻方法，其特征在于，所述涂层材料用于封装工艺。