CN107703722B - 图案化光阻的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图案化光阻的形成方法，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、显影，形成第一子图案和若干个沟槽，并且对所述第一子图案进行第一次加热固化处理；在沟槽中形成一牺牲区域，然后去除牺牲区域；涂覆第二光阻层，第二光阻层填充沟槽，并覆盖第一子图案；对第二光阻层进行第二次曝光、显影，在第一子图案上形成第二子图案。本发明通过在基底上至少分两步涂覆图案化光阻，相应的至少分两次进行曝光工艺，形成的子图案的结构理想；而且在去除牺牲区域的时候可以改善第一子图案的表面形貌，使得第一子图案的结构更加稳固和均匀，能够得到具有理想图案的图案化光阻的结构，可以提高器件的可靠性。

Description

图案化光阻的形成方法

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。

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，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、显影，形成第一子图案和若干个沟槽，并对所述第一子图案进行第一次加热固化处理；

在所述沟槽中形成一牺牲区域，然后去除所述牺牲区域；

涂覆第二光阻层，所述第二光阻层填充所述沟槽，并覆盖所述第一子图案；

对所述第二光阻层进行第二次曝光、显影，在所述第一子图案上形成第二子图案。。

可选的，在所述沟槽中形成一牺牲区域的步骤包括：涂覆一牺牲层，所述牺牲层填充所述沟槽，并覆盖所述第一子图案；对所述牺牲层进行曝光、显影，在所述沟槽中形成所述牺牲区域。

可选的，所述牺牲层的材料为光阻剂。

进一步的，采用灰化工艺去除所述牺牲区域。

进一步的，所述牺牲层的厚度为5um-40um。

进一步的，所述牺牲层的光阻剂与所述第一光阻层、第二光阻层的材料具有相反的特性。

可选的，所述牺牲层的光阻剂为正性光阻剂。

可选的，所述第一光阻层和第二光阻层的材料均为负性光阻剂。

可选的，所述负性光阻剂为聚酰亚胺。

进一步的，所述第一次曝光和第二次曝光所用的掩膜版的图案相同。

进一步的，所述第一次加热固化处理的温度范围为100摄氏度-500摄氏度，所述第一次加热固化处理的气体氛围为氮气。

进一步的，在所述显影完成后，对所述第一子图案和第二子图案进行第二次加热固化处理，形成若干个开口。

进一步的，所述第二次加热固化处理的温度范围为100摄氏度-500摄氏度，所述第二次加热固化处理的气体氛围为氮气。

可选的，在所述第二次加热固化处理后，还包括：在所述开口中形成另一牺牲区域，然后去除所述另一牺牲区域；涂覆第三光阻层，所述第三光阻层填充所述开口，并覆盖所述第二子图案；对所述第三光阻层进行第三次曝光、显影。

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为所述总厚度的1/3至1/2。

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，形成的所述子图案的结构理想；进一步的，通过对所述第一子图案的第一次加热固化处理后，使得所述第一子图案的材质固化致密而不易被去除掉；更进一步的，在所述第一子图案和所述沟槽形成后，通过在所述沟槽中形成一牺牲区域，并对所述牺牲区域进行去除，能改善所述第一子图案的形貌，使得所述第一子图案的结构更加稳固和均匀，能增加其与第二子图案的连接，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。

另外，在所述沟槽中采用正性光阻剂作为所述牺牲层，对其进行曝光、显影后，在所述沟槽中形成一牺牲区域，并且通过灰化工艺去除所述牺牲区域，因为等离子体去胶的方式除胶效果很强，在等离子体中会产生氧原子，化学性质极为活泼，则所述正性光阻剂中的碳氢化合物可以在氧等离子体中被腐蚀，生成极易挥发性产物；同时，在氧等离子体的作用下，能够改善所述第一子图案的左右壁及其上下表面的形貌，使所述第一子图案的结构更加稳固和均匀，增强了与后续子图案连接的粘附性。

而且，通过后续第二次加热固化处理，使所述子图案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有些许的瑕疵，经过所述加热固化处理后，所述子图案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10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，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、显影，形成第一子图案和若干个沟槽，并对所述第一子图案进行第一次加热固化处理；

S3、在所述沟槽中形成一牺牲区域，然后去除所述牺牲区域；

S4、涂覆第二光阻层，所述第二光阻层填充所述沟槽，并覆盖所述第一子图案；

S5、对所述第二光阻层进行第二次曝光、显影，在所述第一子图案上形成第二子图案。

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，形成的所述子图案的结构理想；进一步的，通过对所述第一子图案的第一次加热固化处理后，使得所述第一子图案的材质固化致密而不易被去除掉；更进一步的，在所述第一子图案和所述沟槽形成后，通过在所述沟槽中形成一牺牲区域，并对所述牺牲区域进行去除，能改善所述第一子图案的形貌，使得所述第一子图案的的结构更加稳固和均匀，能增加其与第二子图案的连接，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10，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。

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、显影，最终在所述第一聚酰亚胺层21中形成第一子图案211和若干个沟槽b，并对所述第一子图案211进行第一次加热固化处理。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，其顶部与底部接收的曝光光线差异不大，形成的所述子图案211的结构理想，即所述第一子图案211的截面形状为矩形。对所述第一子图案211进行第一次加热固化处理，所述第一次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，所述第一次加热固化处理通常在氮气氛围下进行，正是有所述加热固化处理的过程，使所述第一子图案211的材质固化致密而不易被去除掉。

然后，执行步骤S3，如图6、图7和图8所示，在所述沟槽b中形成一牺牲区域，然后在去除所述牺牲区域。在本实施例中，通过涂覆一牺牲层22，所述牺牲层22填充所述沟槽b，并覆盖所述第一子图案211，较佳的所述牺牲层22的材料为光阻剂，因为采用光阻剂作为所述牺牲层22便于所述牺牲区域的形成和去除，又因为考虑到在本实施例中所述第一子图案211的材料为负性的聚酰亚胺，为了便于后续去除所述牺牲区域而不对所述第一子图案211造成不良的影响，则本实施例中所述牺牲层22的光阻剂最好与所述第一光阻层21的特性相反，即在本实施例中优选所述牺牲层22的材料为正性光阻剂，所述牺牲层22的厚度为5um-40nm，例如10um、20um、30um。当然，在其他实施例中，所述牺牲层22的材料并不限定为正性光阻剂，也可以为负性光阻剂等。

接着对所述牺牲层22通过一掩膜版(Mask)进行曝光，因为在本实施例中所述牺牲层22的材料为正光阻剂，所以要在所述沟槽b中形成一牺牲区域221，则对所述牺牲层22进行曝光所采用的所述掩膜版的图案与所述第一次曝光的掩膜版图案一致，在本实施例的整个工艺流程中，不涉及改变曝光的光罩设计，在一定程度上可以节约成本。随后进行显影，则所述牺牲层22上未被曝光的区域(即所述沟槽b的区域)的正光阻剂不会溶于显影液中，形成一牺牲区域221；而所述牺牲层22上被曝光的区域(即所述第一子图案211的上表面)的正光阻剂会溶解于显影液中，得到如图7所示的结构。

再通过灰化工艺去除所述牺牲区域221，在本实施例中，所述灰化工艺采用的等离子体去胶机为Plasma Asher(等离子体去胶机)，因为所述Plasma Asher的除胶效果很强，在等离子体中会产生氧原子，所述氧原子的化学性质极为活波，于是，所述牺牲区域221的正光阻剂中的碳氢化合物可以在氧等离子体中被腐蚀，生成极易挥发性产物，而所述第一子图案211因为在步骤S2中进行了第一次加热固化处理，从而所述Plasma Asher的作用下，所述第一子图案211的化学性质不会发生变化；但是，因为所述Plasma Asher的等离子体的氧化，会改善所述第一子图案211的左右壁及上下表面的形貌，如图8所示(与图5所示的第一子图案211相比，图8中的第一子图案211的表面形貌已被改善，需要说明的是，因为所述第一子图案211在步骤S3的前后化学性质并没有发生变化，所以采用的是同一附图标号211)。通过该步骤改善所述第一子图案211的表面形貌，使得所述第一子图案211的结构更加稳固和均匀，有利于所述图案化光阻中子图案的上下连接。

再接着，执行步骤S4，如图9所示，涂覆第二聚酰亚胺层23，所述第二聚酰亚胺层23填充所述沟槽b，并覆盖所述第一子图案211。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、或者大于所述第一聚酰亚胺层21的厚度，比如10um、15um、20um等。

紧接着，执行步骤S5，如图9和图10所示，对所述第二聚酰亚胺层23进行第二次曝光、显影，在所述第一子图案211上的所述第二聚酰亚胺层23中形成第二子图案231。因为所述第二聚酰亚胺层23也为负光阻剂，所以所述第二次曝光工艺与所述第一次曝光工艺相同，所述第一次曝光和所述第二次曝光所采用的掩膜版(Mask)也一样，在此不做赘述，得到的第二聚酰亚胺层23的第二子图案231的截面形状也为相同的矩形。所述第二次曝光结束后，通过显影在所述沟槽b中的的所述第二聚酰亚胺层23中形成待去除区域，所述待去除区域的聚酰亚胺会溶解于显影液中被去除掉，如图10所示，得到由所述第一子图案211和第二子图案231构成的多个相应的开口c。

当然，最后，为了使产品的材质更加致密化，本发明在最后还会对所述第一子图案211和第二子图案231进行第二次加热固化处理，所述第二次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，所述第二次加热固化处理通常在氮气氛围下进行。正是有所述第二次加热固化处理的过程，使所述第一子图案211、第二子图案231的材质更加致密，所述开口c的图案形状更加理想，如图10所示。

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，这是本领域普通技术人员容易想到的，在此不作赘述。

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，形成的所述子图案的结构理想；进一步的，通过对所述第一子图案的第一次加热固化处理后，使得所述第一子图案的材质固化致密而不易被去除掉；更进一步的，在所述第一子图案和所述沟槽形成后，通过在所述沟槽中形成一牺牲区域，并对所述牺牲区域进行去除，能改善所述第一子图案的形貌，使得所述第一子图案的的结构更加稳固和均匀，能增加其与第二子图案的连接，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。

另外，在所述沟槽中采用采用正性光阻剂作为所述牺牲层，对其进行曝光、显影后，在所述沟槽中形成一牺牲区域，并且通过灰化工艺去除所述牺牲区域，因为等离子体去胶的方式除胶效果很强，在等离子体中会产生氧原子，化学性质极为活泼，则所述正性光阻剂中的碳氢化合物可以在氧等离子体中被腐蚀，生成极易挥发性产物；同时，在氧等离子体的作用下，能够改善所述第一子图案中图案的左右壁及其上下表面的形貌，使所述第一子图案的结构更加稳固和均匀，增强了与后续子图案连接的粘附性。

而且，通过后续第二次加热固化处理，使所述子图案和金属氧化物薄膜的材质进一步致密化，所述开口c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有些许的瑕疵，经过所述加热固化处理后，所述子图案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 (15)

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、显影，形成第一子图案和若干个沟槽，并且对所述第一子图案进行第一次加热固化处理；

在所述沟槽中形成一牺牲区域，然后采用灰化工艺去除所述牺牲区域，以提高所述第一子图案的结构的稳固性和均匀性；

在去除所述牺牲区域之后，再涂覆第二光阻层，所述第二光阻层填充所述沟槽，并覆盖所述第一子图案；

对所述第二光阻层进行第二次曝光、显影，在所述第一子图案上形成第二子图案。

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，在所述沟槽中形成一牺牲区域的步骤包括：

涂覆一牺牲层，所述牺牲层填充所述沟槽，并覆盖所述第一子图案；

对所述牺牲层进行曝光、显影，在所述沟槽中形成所述牺牲区域。

3.如权利要求2所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为光阻剂。

4.如权利要求3所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度为5um-40um。

5.如权利要求3所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的光阻剂与所述第一光阻层、第二光阻层的材料具有相反的特性。

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，所述牺牲层的光阻剂为正性光阻剂。

7.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。

8.如权利要求7所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述负性光阻剂为聚酰亚胺。

9.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第一次曝光和第二次曝光所用的掩膜版的图案相同。

10.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第一次加热固化处理的温度范围为100摄氏度-500摄氏度，所述第一次加热固化处理的气体氛围为氮气。

11.如权利要求1所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，在所述显影完成后，对所述第一子图案和第二子图案进行第二次加热固化处理，形成若干个开口。

12.如权利要求11所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，所述第二次加热固化处理的温度范围为100摄氏度-500摄氏度，所述第二次加热固化处理的气体氛围为氮气。

13.如权利要求11所述的图案化光阻的形成方法，其特征在于，在所述第二次加热固化处理后，还包括：

在所述开口中形成另一牺牲区域，然后去除所述另一牺牲区域；

涂覆第三光阻层，所述第三光阻层填充所述开口，并覆盖所述第二子图案；

对所述第三光阻层进行第三次曝光、显影。

14.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。

15.如权利要求14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为所述总厚度的1/3至1/2。

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