专利名称：一种半导体双层保护层的制作工艺方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种半导体保护层的制作工艺方法，尤其涉及一种半导体双层保护层的制作工艺方法。
背景技术：
在半导体工艺中，为了减少自然环境和工作环境对半导体器件造成的各种水汽和化学物质侵蚀、电磁辐射和机械外力损伤等，通常会在顶层金属连线做好以后，再做一层或两层保护层(又叫钝化层或缓冲层)用来防止这些侵蚀和损伤，一些介质材料(如:二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氮氧化硅SiON、经掺杂后的这些介质材料以及它们之间的相互组合物)和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，已被广泛的用于制作这些半导体器件的保护层。为了后续焊线和封装的需求，当需要使用双层保护层时(一层介质层和一层聚酰亚胺)，通常都会形成如图1所示的保护层结构，也即底层介质保护层开口 8的尺寸小于其上面非感光性聚酰亚胺开口 7的尺寸。要形成上述的双层保护层结构，一般都使用如图2所示的工艺流程:(1)在已制作好顶层金属连线的硅片生长介质保护层；(2)光刻胶的旋涂、烘烤；(3)使用具有介质层开口图形的掩模版进行曝光；(4)对曝光后的基片进行显影及烘烤；(5)刻蚀形成介质保护层开口 ； (6)去除光刻胶；(7)感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤；(8)使用具有聚酰亚胺层开口图形的掩模版进行曝光；(9)显影及烘烤形成聚酰亚胺层开口 ；
(10)聚酰亚胺固化；即通过使用两块不同的掩膜版(步骤(3)和步骤(8))，经两次光刻和一次刻蚀的过程来完成，这种工艺因为要使用两块光刻掩膜版和两次光刻，工艺复杂，成本也较闻。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种半导体双层保护层的制作工艺方法，以简化传统的双层保护层制作的工艺流程，降低成本。为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体双层保护层的制作工艺方法，包括步骤如下:(I)提供一已制作好顶层金属连线的硅片；(2)在所述硅片上生长介质保护层；(3)在所述介质保护层上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤；(4)在所述非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂、烘烤；(5)使用具有介质保护层开口图形的掩膜版进行曝光；(6)显影去除曝光区域的光刻胶和非感光性聚酰亚胺，形成非感光性聚酰亚胺开Π ；(7)刻蚀去除曝光区域的介质保护层，形成介质保护层开口，使得顶层金属连线露出；
(8)进一步显影，使非感光性聚酰亚胺开口尺寸变大，大于介质保护层开口的尺寸；(9)用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶；(10)非感光性聚酰亚胺的固化。在步骤(2)中，所述的介质保护层采用如下介质材料:二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氮氧化硅SiON、或它们之间的任意组合物、或经掺杂后的所述介质材料。在步骤(3)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1-1 ine，波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种光不具有光敏性。所述的非感光性聚酰亚胺能够溶于常用的四甲基氢氧化胺(TMAH)显影液。所述的非感光性聚酰亚胺的烘烤温度为80-140°C，烘烤时间为0.5-10分钟。所述的非感光性聚酰亚胺旋涂、烘烤以后的厚度为1-100微米。在步骤(4)中，所述的光刻胶的类型是曝光波长为436纳米的G_line，365纳米的1-1ine, 248纳米的KrF和193纳米的ArF中的任意一种。所述的光刻胶旋涂、烘烤以后的厚度为1-50微米。在步骤(7)中，所述的刻蚀是指具有各向异性特征的、以氟化碳类气体和氧气的混合气体作为刻蚀剂的等离子体干法刻蚀，其射频功率为800-1600瓦，腔体气压为10-20晕托。在步骤(8)中，所述的进一步显影，其显影时间为10-500秒钟；所述的非感光性聚酰亚胺开口的单边尺寸比所述的介质保护层开口的单边尺寸大1-20微米。在步骤(9)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是丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)或丙二醇甲醚(PGME)或其组合。在步骤(10)中，所述的非感光性聚酰亚胺的固化，其固化温度为200-500°C，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:对比传统工艺流程图2和本发明工艺流程图3可知，本发明的工艺流程只使用了一步曝光，而传统的工艺流程使用了两步曝光，因此本发明节约了一步曝光的过程，同时也节省了一块聚酰亚胺层的掩膜版，有效的简化了工艺流程，节约了生产成本。
图1是半导体双层保护层的结构示意图；图2是传统的半导体双层保护层的制作工艺流程图；图3是本发明半导体双层保护层的制作工艺流程图；图4是本发明半导体双层保护层的制作工艺流程剖面图；其中，图4㈧是本发明方法的步骤(I)完成后的示意图；图4 )是本发明方法的步骤(2)完成后的示意图；图4(C)是本发明方法的步骤(3)完成后的示意图；图4(0)是本发明方法的步骤(4)完成后的示意图；图4 )是本发明方法的步骤(5)完成后的示意图；图4(的是本发明方法的步骤
(6)完成后的示意图；图4(6)是本发明方法的步骤(7)完成后的示意图；图401)是本发明方法的步骤(8)完成后的示意图；图4(1)是本发明方法的步骤(9)完成后的示意图。
图中附图标记说明如下:1-已制作好顶层金属连线的硅片，2-顶层金属连线，3-介质保护层，4-非感光性聚酰亚胺，5-光刻胶，6-曝光区域，7-非感光性聚酰亚胺开口，8-介质保护层开口。
具体实施例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。本发明提供的一种半导体双层保护层的制作工艺方法，其工艺流程如图3所示，其特征是引入非感光性聚酰亚胺光刻工艺，经一次光刻和刻蚀后先形成介质保护层的开口，然后再利用非感光性聚酰亚胺可溶于显影液的特性，在形成介质保护层的开口后追加一步显影过程，使非感光性聚酰亚胺的开口变大，从而形成如图1所示的双层保护层结构，也即底层介质保护层开口 8的尺寸小于其上面非感光性聚酰亚胺开口 7的尺寸。对比传统工艺流程图2和本发明工艺流程图3可知，本发明的工艺流程只使用了一步曝光，而传统的工艺流程使用了两步曝光，因此本发明节约了一步曝光的过程，同时也节省了一块聚酰亚胺层的掩膜版，有效的简化了工艺流程，节约了生产成本。如图3和图4所示，本发明的一种半导体双层保护层的制作工艺方法，其详细工艺步骤如下:(I)如图4㈧所示，提供一已制作好顶层金属连线2的硅片I ;(2)如图4(B)所示，在所述硅片I上生长介质保护层3 ;所述的介质保护层3是指采用二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氮氧化硅SiON介质材料、或它们之间的任意组合物、或经掺杂后的所述介质材料；(3)如图4(C)所示，在所述介质保护层3上旋涂非感光性聚酰亚胺4，并进行烘烤；所述的非感光性聚酰亚胺4，是指其对G-1ine (436纳米)，1-1ine (365纳米)，KrF (248纳米)和ArF (193纳米)波长的任意一种光不具有光敏性；所述的非感光性聚酰亚胺4在曝光前和曝光后都能够溶于常用的四甲基氢氧化胺(TMAH)显影液；所述的非感光性聚酰亚胺4的烘烤温度为80-140°C，烘烤时间为0.5-10分钟；所述的非感光性聚酰亚胺4旋涂、烘烤以后的厚度为1-1OOum(微米)；(4)如图4(D)所示，在所述非感光性聚酰亚胺4上旋涂光刻胶5、并进行烘烤；所述的光刻胶5的类型是G-1ine (436纳米)，1-1ine (365纳米)，KrF (248纳米)和ArF (193纳米)类型中的任意一种；所述的光刻胶5旋涂、烘烤以后的厚度为l_50um(微米);(5)如图4(E)所示，使用具有介质保护层开口图形的掩膜版(图中未示出)进行曝光，使曝光区域6的光刻胶变得可溶于显影液；(6)如图4(F)所示，显影去除曝光区域6的光刻胶和非感光性聚酰亚胺，形成非感光性聚酰亚胺开口 7 ；(7)如图4(G)所示，刻蚀去除曝光区域6的介质保护层，形成介质保护层开口 8，使得顶层金属连线2露出；所述的刻蚀是指具有各向异性特征的、以氟化碳类气体(如:CF4, CHF3, C4F8或C5F8等)和氧气的混合气体作为刻蚀剂的等离子体干法刻蚀；其射频功率为800-1600瓦，腔体气压为10-20毫托。(8)如图4(H)所示，进一步显影，由于显影液对非感光性聚酰亚胺的各向同性显影能力，因此非感光性聚酰亚胺开口 7的尺寸会变大，从而大于介质保护层开口 8的尺寸；所述的进一步显影，其显影时间为10-500秒钟；所述的非感光性聚酰亚胺开口 7的单边尺寸比所述的介质保护层开口 8的单边尺寸大l-20um(如图4(1)中所示的a)；(9)如图4(1)所示，用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶5 ;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；(10)非感光性聚酰亚胺4的固化，采用紫外线固化或热固化，其固化温度为200-500°C，固化时间为30-120分钟。
权利要求
1.一种半导体双层保护层的制作工艺方法，其特征在于，包括步骤如下: (1)提供一已制作好顶层金属连线的硅片； (2)在所述硅片上生长介质保护层； (3)在所述介质保护层上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤； (4)在所述非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂、烘烤； (5)使用具有介质保护层开口图形的掩膜版进行曝光； (6)显影去除曝光区域的光刻胶和非感光性聚酰亚胺，形成非感光性聚酰亚胺开口； (7)刻蚀去除曝光区域的介质保护层，形成介质保护层开口，使得顶层金属连线露出； (8)进一步显影，使非感光性聚酰亚胺开口尺寸变大，大于介质保护层开口的尺寸； (9)用光刻胶剥离液剥离去除光刻胶； (10)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，所述的介质保护层采用如下介质材料:二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氮氧化硅SiON、或它们之间的任意组合物、或经掺杂后的所述介质材料。
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，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中的任意一种光不具有光敏性。`
4.根据权利要求1或3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能够溶于常用的四甲基氢氧化胺显影液。
5.根据权利要求1或3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旋涂、烘烤，其烘烤温度为80-140°C，烘烤时间为0.5-10分钟。
6.根据权利要求4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旋涂、烘烤，其烘烤温度为80-140°C，烘烤时间为0.5-10分钟。
7.根据权利要求1或3或6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旋涂、烘烤以后的厚度为1-100微米。
8.根据权利要求4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旋涂、烘烤以后的厚度为1-100微米。
9.根据权利要求5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旋涂、烘烤以后的厚度为1-100微米。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的光刻胶的类型是曝光波长为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。
11.根据权利要求1或10所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的光刻胶旋涂、烘烤以后的厚度为1-50微米。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述的刻蚀是指具有各向异性特征的、以氟化碳类气体和氧气的混合气体作为刻蚀剂的等离子体干法刻蚀，其射频功率为800-1600瓦，腔体气压为10-20毫托。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(8)中，所述的进一步显影，其显影时间为10-500秒钟。
14.根据权利要求1或13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开口的单边尺寸比所述的介质保护层开口的单边尺寸大1-20微米。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(9)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。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤(9)中，所述的光刻胶剥离液是丙二醇甲醚醋酸酯或丙二醇甲醚或其组合。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(10)中，所述的非感光性聚酰亚胺的固化， 其固化温度为200-500°C，固化时间为30-120分钟。
全文摘要
本发明公开了一种半导体保护层的制作工艺方法，包括步骤如下1)提供一已制作好顶层金属连线的硅片；2)在硅片上生长介质保护层；3)非感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤；4)光刻胶的旋涂、烘烤；5)使用具有介质保护层开口图形的掩膜版进行曝光；6)显影去除曝光区域的光刻胶和非感光性聚酰亚胺，形成非感光性聚酰亚胺开口；7)刻蚀去除曝光区域的介质保护层，形成介质保护层开口，使顶层金属连线露出；8)进一步显影，使非感光性聚酰亚胺开口尺寸变大，大于介质保护层开口的尺寸；9)用光刻胶剥离液去除光刻胶；10)非感光性聚酰亚胺的固化。本发明能简化传统的使用两次光刻方法制作双层保护层的工艺流程，降低成本。
文档编号H01L21/027GK103107067SQ201110359989
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者郭晓波, 孟鸿林 申请人:上海华虹Nec电子有限公司