CN107689321A - 图案化光阻的形成方法及其结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图案化光阻的形成方法及其结构，包括：提供一基底，在基底表面涂覆第一光阻层；对第一光阻层进行第一次曝光，在第一光阻层中形成第一子图案区域以及第一待去除区域；在所述第一子图案区域上形成一金属氧化物薄膜；涂覆第二光阻层，第二光阻层覆盖金属氧化物薄膜和第一光阻层；对第二光阻层进行第二次曝光，在金属氧化物薄膜上的第二光阻层中形成第二子图案区域，在第一待去除区域上的第二光阻层中形成第二待去除区域。本发明通过在基底上至少分两步涂覆图案化光阻，而且在第一子图案区域和第二子图案区域之间形成一金属氧化物薄膜，能够得到具有理想图案的图案化光阻的结构，利用其进行封装，可以提高器件的可靠性。

Description

图案化光阻的形成方法及其结构

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺，特别涉及应用于封装工艺中的一种图案化光阻的形成方法及其结构。

背景技术

聚酰亚胺(Polyimide，PI)是一种有机高分子材料，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图案化光阻材料。在半导体集成电路制造封装过程中，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，聚酰亚胺层的形成质量及聚酰亚胺层的开口形状的好坏会直接影响后续刻蚀、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。

并且，在当今指纹识别技术中，由于其需求的多样化，对Polyimide层的厚度要求越来越厚，Polyimide层的开口的关键尺寸越来越小，即需要Polyimide层的开口深而窄，目前，常有Polyimide层的厚度为10um，当厚度增加至30um、60um，甚至更厚时，如采用传统的Polyimide层的光刻方法，请参阅图1，在一基底10上涂覆所需厚度的Polyimide层11，然后通过一掩膜版(Mask)进行曝光显影，最终得到如图2所示的开口a。因为Polyimide层的厚度比较厚，Polyimide层的上表面接收的紫外线较多，越往下，接收的紫外线越少，于是，通过显影之后，就会形成类似梯形的开口a，则最后形成的Polyimide层11具有顶部大底部小的形状，所述Polyimide层11在所述基底10上“站”不稳，在后续处理工艺中，非常容易出现Polyimide层11倾斜、甚至剥落的现象，若利用其进行封装，这将使得开口a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。

因此，针对上述技术问题，有必要对Polyimide层的形成方法和结构进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可得到理想图案的图案化光阻的形成方法及其结构，以提高器件的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供的图案化光阻的形成方法，包括：

提供一基底，在所述基底表面涂覆第一光阻层；

对所述第一光阻层进行第一次曝光，在所述第一光阻层中形成第一子图案区域以及第一待去除区域；

在所述第一子图案区域上形成一金属氧化物薄膜；

涂覆第二光阻层，所述第二光阻层覆盖所述金属氧化物薄膜和第一光阻层；

对所述第二光阻层进行第二次曝光，在所述金属氧化物薄膜上的第二光阻层中形成第二子图案区域，在所述第一待去除区域上的第二光阻层中形成第二待去除区域。

可选的，所述第一光阻层和第二光阻层的材料均为负性光阻剂。

可选的，所述第一光阻层和第二光阻层的材料均为聚酰亚胺。

进一步的，所述第一子图案区域和第二子图案区域的截面形状相同。

可选的，所述金属氧化物薄膜为一氧化银薄膜。

可选的，在所述第一子图案区域上形成一金属氧化物薄膜的步骤包括：将经过第一次曝光后的所述第一光阻层放入含氢氧根离子的溶液中浸泡；将经过第一次曝光后的所述第一光阻层放入含银离子的溶液中浸泡；对经过两次浸泡后的所述第一光阻层进行一光催化过程，在所述第一子图案区域上形成所述氧化银薄膜。

可选的，所述含银离子的溶液为硝酸银溶液。

可选的，所述含氢氧根离子的溶液为氢氧化钾溶液。

进一步的，在所述光催化过程中，用紫外光进行曝光。

进一步的，在形成所述氧化银薄膜的步骤和涂覆第二光阻层的步骤之间，还包括：去除多余的银离子。

可选的，采用硫酸溶液清洗所述第一光阻层，以去除多余的所述银离子。

进一步的，所述形成方法还包括在完成所述第二次曝光之后，对所述第一光阻层和第二光阻层同时进行显影，去除所述第一待去除区域和第二待去除区域。

进一步的，所述形成方法还包括在所述显影完成后，对所述第一子图案区域、金属氧化物薄膜和第二子图案区域进行加热固化处理。

进一步的，所述加热固化处理的温度范围为100摄氏度～500摄氏度。

进一步的，所述第一光阻层和第二光阻层的总厚度范围为10um-100um。

进一步的，所述第一光阻层的厚度和第二光阻层的厚度相同。

根据本发明的另一面，本发明还提供一种图案化光阻的结构，所述结构包括一基底上至少两层依次重叠的子图案区域，且上下相邻的子图案区域间均有一金属氧化物薄膜。

可选的，所述图案化光阻为负性光阻剂。

可选的，所述负性光阻剂为聚酰亚胺。

进一步的，每一层的所述子图案区域的截面形状均相同。

可选的，所述金属氧化物薄膜为氧化银薄膜。

进一步的，所述子图案区域的总厚度范围为10um-100um。

进一步的，每一层的所述子图案区域的厚度均相同。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在所述基底上至少分两步涂覆所述图案化光阻，相应的至少分两次进行曝光工艺，因每次涂覆的所述图案化光阻比较薄，顶部与底部的接收光线差异不大，形成的所述子图案区域的结构理想；而且在所述第一子图案区域和所述第二子图案区域之间形成一金属氧化物薄膜，使所述第一子图案区域和第二子图案区域的连接更加紧密，最终能够得到具有理想图案的图案化光阻的结构，使其可以很好地“站立”在所述基底上。于是，在后续处理工艺中，不会出现所述图案化光阻倾斜或者剥落的现象，利用其进行封装，可以提高器件的可靠性。

而且，通过后续加热固化处理，使所述子图案区域和金属氧化物薄膜的材质进一步致密化，于是，即使在前面的曝光工艺中所得的所述子图案区域有些许的瑕疵，经过所述加热固化处理后，所述子图案区域会发生一定的形变形成理想的图案。因此，有了所述加热固化处理的过程，使得在前面的曝光工艺的窗口也变得更大，不容易受限于曝光能量和聚焦点的影响。

附图说明

图1和图2为传统的图案化光阻的形成方法中相应步骤对应的结构示意图；

图3为本发明的图案化光阻的形成方法的工艺流程图；

图4至图13为本发明一实施例中所述图案化光阻的形成方法中各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合流程图和示意图对本发明的图案化光阻的形成方法及其结构进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明提供一种图案化光阻的形成方法及其结构，如图3所示，所述形成方法包括如下步骤：

S1、提供一基底，在所述基底表面涂覆第一光阻层；

S2、对所述第一光阻层进行第一次曝光，在所述第一光阻层中形成第一子图案区域以及第一待去除区域；

S3、在所述第一子图案区域上形成一金属氧化物薄膜；

S4、涂覆第二光阻层，所述第二光阻层覆盖所述金属氧化物薄膜和第一光阻层；

S5、对所述第二光阻层进行第二次曝光，在所述金属氧化物薄膜上的第二光阻层中形成第二子图案区域，在所述第一待去除区域上的第二光阻层中形成第二待去除区域。

相应的，所述图案化光阻的结构包括：一基底上至少两层依次重叠的子图案区域，且上下相邻的子图案区域间均有一金属氧化物薄膜。

本发明通过在所述基底上至少分两步涂覆所述图案化光阻，相应的至少分两次进行曝光工艺，因每次涂覆的所述图案化光阻比较薄，顶部与底部的接收光线差异不大，形成的所述子图案区域的结构理想；而且在所述第一子图案区域和所述第二子图案区域之间形成一金属氧化物薄膜，使所述第一子图案区域和第二子图案区域的连接更加紧密，最终能够得到具有理想图案的图案化光阻的结构，使其可以很好地“站立”在所述基底上。于是，在后续处理工艺中，不会出现所述图案化光阻倾斜或者剥落的现象，利用其进行封装，可以提高器件的可靠性。

以下以所述图案化光阻的材料为聚酰亚胺作为实施例，详细介绍本发明的图案化光阻的形成方法及其结构的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

请参阅图4-图13，其中示出了本发明实施例的聚酰亚胺图案化光阻的形成方法中各步骤对应的结构示意图，用于简要示出整个制造工艺的流程和最终形成的结构图。

如图3所示，首先，步骤S1，请参阅图4，提供一基底20，在所述基底20表面涂覆第一聚酰亚胺层21，所述第一聚酰亚胺层21的厚度可以根据实际整个工艺中所需聚酰亚胺的厚度来定，例如：所述第一聚酰亚胺层21的厚度可以为整个所需聚酰亚胺的厚度的一半、三分之一、四分之一等，具体的厚度如10um、15um、20um等。

接着，执行步骤S2，如图4、图5所示，对所述第一聚酰亚胺层21通过一掩膜版(Mask)进行第一次曝光，最终在所述第一聚酰亚胺层21中形成第一子图案区域211和第一待去除区域212。因本实例中所述第一聚酰亚胺层21为负性光阻剂，所以所述第一聚酰亚胺层21上被曝光的区域会发生铰链(crosslink)反应，变成不可溶解的第一子图案区域211，未被曝光的区域的聚酰亚胺可溶于后续的显影液中，即为第一待去除区域212，又因为所述第一聚酰亚胺层21的厚度相对较薄，则第一子图案区域211的截面形状为矩形。需要说明的是，图中第一子图案区域211和第一待去除区域212的区别通过肉眼并无法观察出来，图5中为了体现材料所发生的性质变化而示意性进行的区分。

然后，执行步骤S3，在所述第一子图案区域211上形成一金属氧化物薄膜。在本实施例中，所述金属氧化物薄膜为一氧化银薄膜，所述氧化银薄膜的形成方法的步骤如下：

将经过所述第一次曝光后的所述第一聚酰亚胺层21放入含有氢氧根的溶液中浸泡。较佳的，本实施例中，所述含氢氧根的溶液为一定浓度的氢氧化钾溶液，因为所述氢氧化钾溶液的钾离子和氢氧根离子活性较高，氢氧根离子很容易分解出来。根据所述氢氧化钾溶液的浓度，控制一定的浸泡时间，于是在所述第一聚酰亚胺层21的上表面就会附着有含氢氧根离子的溶液如图6所示。

将完成上述浸泡的所述第一聚酰亚胺层21放入含有银离子的溶液中浸泡。较佳的，本实施例中，所述含银离子的溶液为硝酸银溶液，根据所述硝酸银溶液的浓度，控制一定的浸泡时间，于是在所述第一聚酰亚胺层21的上表面就会附着有银离子的溶液如图6所示。需要说明的是，为了方便示意出所述形成方法的工艺流程，本实施例中采用的是将所述第一聚酰亚胺层21先在含氢氧根的溶液中浸泡，然后再在含银离子的溶液中浸泡。然而在其他实施例中，所述第一聚酰亚胺层21在含氢氧根的溶液和含银离子的溶液中进行浸泡是可以不限定浸泡顺序的。

对经过上述两次浸泡后的所述第一聚酰亚胺层21进行一光催化过程，在所述第一子图案区域211上形成所述氧化银薄膜22。所述光催化过程中的光照所用的光源和光强与所述第一次曝光的可以不同，如图7所示，本实施例中所述光催化过程采用紫外线进行曝光，但是该步骤中曝光所用的掩膜版(Mask)图案与所述第一次曝光的掩膜版图案是一致的，则在所述第一聚酰亚胺层21中所述第一子图案区域211的上表面通过所述紫外线光照后，所述含银离子的溶液和所述含氢氧根离子的溶液就会发生相应的化学反应，即产生光催化作用，在所述第一子图案区域211的上表面最终形成一氧化银薄膜22，如图8所示，所述氧化银薄膜22有利于后续上下子图案区域的连接。而所述第一待去除区域212的上表面附着的物质的化学性质并未改变。接着，采用一稀释的硫酸溶液清洗所述第一聚酰亚胺层21，将所述第一聚酰亚胺21中所述第一待去除区域212上表面的物质(如钾离子和银离子)去掉，再全部清洗干净，如图9所示。

通过上述方法制得的氧化银薄膜22纯度高、稳定性好，有利于所述图案化光阻中子图案区域的上下连接。

再接着，执行步骤S4，如图10所示，涂覆第二聚酰亚胺层23，所述第二聚酰亚胺层23覆盖所述氧化银薄膜22和第一聚酰亚胺层21，所述第二聚酰亚胺层23的厚度可依据实际整个工艺所需聚酰亚胺的厚度来定，较佳的，选择与所述第一聚酰亚胺层21的厚度相同，比如10um、15um、20um等。

紧接着，执行步骤S5，如图10所示，对所述第二聚酰亚胺层23进行第二次曝光，在所述氧化银薄膜22上的所述第二聚酰亚胺层23中形成第二子图案区域231，在所述第一待去除区域212上的所述第二聚酰亚胺层23中形成第二待去除区域232，如图11所示。所述第二次曝光工艺与所述第一次曝光工艺相同，在此不做赘述，得到的第二聚酰亚胺层23的第二子图案区域231的截面形状也为相同的矩形。同样，需要说明的是，图中第二子图案区域231和第二待去除区域232的区别通过肉眼并无法观察出来，图11中为了体现材料所发生的性质变化而示意性进行的区分。

最后，对执行完步骤S5后的第一聚酰亚胺层21和第二聚酰亚胺层23同时进行显影，因为所述第一聚酰亚胺层21和所述第二聚酰亚胺层23均为负光阻剂，所述第一次曝光和所述第二次曝光所采用的掩膜版(Mask)一样，所以所述第一待去除区域212及所述第二第一待去除区域232的聚酰亚胺均会溶解于显影液中被去除掉，如图12所示，得到由第一子图案区域211、氧化银薄膜22和第二子图案区域231构成的多个相应的开口b。

当然，为了使产品的材质更加致密化，本发明在最后还会对产品进行一加热固化处理，所述加热固化处理的温度范围为100摄氏度～500摄氏度，比如200摄氏度、350摄氏度等。正是有所述加热固化处理的过程，使所述第一子图案区域211、氧化银薄膜22和第二子图案区域231的材质更加致密，所述开口b的图案形状更加理想，如图13所示。

相应的，本实施例中所述图案化光阻的结构，如图13所示，所述结构包括一基底20上依次重叠的第一子图案区域211、第二子图案区域231、以及在所述第一子图案区域211和第二子图案区域231之间的氧化银薄膜22。

上述以聚酰亚胺为例详细介绍了本发明的内容，可以理解的是，本发明同样适用于其它图案化光阻，例如正光阻或者与聚酰亚胺性质相似的负光阻，并且，在实际工艺中，当所需图案化光阻的厚度较厚时，为了得到理想的图案，可以多次重复上述步骤S3至S5的工艺过程，得到三层以上的子图案区域，这是本领域普通技术人员容易想到的，在此不作赘述。并且所述图案化光阻的结构并不限于采用本发明所述图案化光阻的形成方法所得。

综上，本发明通过在所述基底上至少分两步涂覆所述图案化光阻，相应的至少分两次进行曝光工艺，因每次涂覆的所述图案化光阻比较薄，顶部与底部的接收光线差异不大，形成的所述子图案区域的结构理想；而且在所述第一子图案和所述第二子图案之间形成一金属氧化物薄膜，使所述第一子图案区域和第二子图案区域的连接更加紧密，最终能够得到具有理想图案的图案化光阻的结构，使其可以很好地“站立”在所述基底上。于是，在后续处理工艺中，不会出现所述图案化光阻倾斜或者剥落的现象，利用其进行封装，可以提高器件的可靠性。

而且，通过后续加热固化处理，使所述子图案区域和金属氧化物薄膜的材质进一步致密化，所述开口b的图案形状更加理想。于是，即使在前面的曝光工艺中所得的所述子图案区域有些许的瑕疵，经过所述加热固化处理后，所述子图案区域会发生一定的形变形成理想的图案。因此，有了所述加热固化处理的过程，使得在前面的曝光工艺的窗口也变得更大，不容易受限于曝光能量和聚焦点的影响。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (21)

1.一种图案化光阻的形成方法，其特征在于，包括：

提供一基底，在所述基底表面涂覆第一光阻层；

对所述第一光阻层进行第一次曝光，在所述第一光阻层中形成第一子图案区域以及第一待去除区域；

在所述第一子图案区域上形成一金属氧化物薄膜；

涂覆第二光阻层，所述第二光阻层覆盖所述金属氧化物薄膜和第一光阻层；以及

对所述第二光阻层进行第二次曝光，在所述金属氧化物薄膜上的第二光阻层中形成第二子图案区域，在所述第一待去除区域上的第二光阻层中形成第二待去除区域。

2.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第一光阻层和第二光阻层的材料均为负性光阻剂。

3.如权利要求2所述的图案化光阻的的形成方法，其特征在于，所述第一光阻层和第二光阻层的材料均为聚酰亚胺。

4.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第一子图案区域和第二子图案区域的截面形状相同。

5.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述金属氧化物薄膜为一氧化银薄膜。

6.如权利要求5所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，在所述第一子图案区域上形成一金属氧化物薄膜的步骤包括：

将经过第一次曝光后的所述第一光阻层放入含氢氧根离子的溶液中浸泡；

将经过第一次曝光后的所述第一光阻层放入含银离子的溶液中浸泡；

对经过两次浸泡后的所述第一光阻层进行一光催化过程，在所述第一子图案区域上形成所述氧化银薄膜。

7.如权利要求6所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述含银离子的溶液为硝酸银溶液。

8.如权利要求6所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述含氢氧根离子的溶液为氢氧化钾溶液。

9.如权利要求6所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，在所述光催化过程中，用紫外光进行曝光。

10.如权利要求6所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，在形成所述氧化银薄膜的步骤和涂覆第二光阻层的步骤之间，还包括：去除多余的银离子。

11.如权利要求10所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，采用硫酸溶液清洗所述第一光阻层，以去除多余的所述银离子。

12.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括在完成所述第二次曝光之后，对所述第一光阻层和第二光阻层同时进行显影，去除所述第一待去除区域和第二待去除区域。

13.如权利要求12所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括在所述显影完成后，对所述第一子图案区域、金属氧化物薄膜和第二子图案区域进行加热固化处理。

14.如权利要求13所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述加热固化处理的温度范围为100摄氏度～500摄氏度。

15.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第一光阻层和第二光阻层的总厚度范围为10um-100um。

16.如权利要求15所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第一光阻层的厚度和第二光阻层的厚度相同。

17.一种图案化光阻的结构，其特征在于，所述结构包括一基底上至少两层依次重叠的子图案区域，且上下相邻的子图案区域间均有一金属氧化物薄膜。

18.如权利要求17所述的图案化光阻的结构，其特征在于，所述图案化光阻为负性光阻剂。

19.如权利要求18所述的图案化光阻的结构，其特征在于，所述负性光阻剂为聚酰亚胺。

20.如权利要求17所述的图案化光阻的结构，其特征在于，每一层的所述子图案区域的截面形状均相同。

21.如权利要求17所述的图案化光阻的结构，其特征在于，所述金属氧化物薄膜为一氧化银薄膜。