专利名称：半导体器件中双层保护层的制作工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种半导体器件中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)和聚酰亚胺(Polyimide)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。现有技术中，为了后续焊线和封装的需求，当需要使用双层保护层时，通常都会形成如图1所示的由一层介质层11和一层感光性聚酰亚胺13组成的双层保护层结构，其中，层介质层11和感光性聚酰亚胺13依次形成于形成有顶层金属图形2的硅片I的表面，为了将顶层金属图形2暴露出用于后续的焊线和封装，在同一区域的介质层11和感光性聚酰亚胺13分别形成有开口 12和14，开口 12和14将顶层金属图形2暴露并用于后续的焊线和封装；其中底层介质保护层开口 12的尺寸小于其上面感光性聚酰亚胺开口 14的尺寸。如图2所示，是现有半导体器件中双层保护层的制作工艺方法流程图。要形成上述的双层保护层结构，现有半导体器件中双层保护层的制作工艺方法包括如下步骤(I)在已制作好顶层金属图形2的硅片I生长介质保护层11 ; (2)光刻胶的旋涂、烘烤；(3)使用具有介质层开口图形的掩膜版进行曝光；(4)对曝光后的硅片进行显影及烘烤；(5)刻蚀形成介质保护层开口 12 ; (6)去除光刻胶；(7)感光性聚酰亚胺13的旋涂、烘烤；(8)使用具有聚酰亚胺层开口图形的掩膜版进行曝光；(9)显影及烘烤形成感光性聚酰亚胺层开口14 ;(10)聚酰亚胺固化。由上可知，现有制作工艺方法中，要使用两块不同的掩膜版即步骤(3)和步骤(8)的掩膜版，经两次光刻即步骤(3)和步骤(8)的光刻和一次刻蚀即步骤(5)的刻蚀的过程来完成，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，成本也较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体器件中双层保护层的制作工艺方法，能节约一次光刻和一次刻蚀的过程，同时也能节省一块掩膜版，能有效的简化工艺流程,节约生产成本。为解决上述技术问题，本发明提供的半导体器件中双层保护层的制作工艺方法包括步骤如下步骤一、提供一已制作好顶层金属图形的硅片。步骤二、在所述硅片上进行感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤。
步骤三、在所述感光性聚酰亚胺上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤。步骤四、在所述非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂、烘烤。步骤五、使用具有保护层图形的掩膜版进行曝光。步骤六、采用显影工艺同时去除曝光区域的所述光刻胶、所述非感光性聚酰亚胺以及底部的所述感光性聚酰亚胺，形成非感光性聚酰亚胺开口尺寸大于感光性聚酰亚胺开口尺寸的双层保护层结构，并使得顶层金属连线露出。步骤七、用光刻胶剥离液剥离去除所述光刻胶。步骤八、对所述非感光性聚酰亚胺和所述感光性聚酰亚胺同时固化。进一步的改进是，在步骤二中，所述感光性聚酰亚胺对波长436纳米的G-1ineJ^长365纳米的1-line、波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种光具有光敏性；所述感光性聚酰亚胺经波长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中的任意一种光曝光后能够溶于四甲基氢氧化胺显影液。进一步的改进是，在步骤二中，所述感光性聚酰亚胺的烘烤温度为80°C 140°C，烘烤时间为O. 5分钟 10分钟。进一步的改进是，在步骤二中，所述感光性聚酰亚胺旋涂、烘烤以后的厚度为I微米 20微米。进一步的改进是,在步骤三中，所述非感光性聚酰亚胺对波长436纳米的G-line、波长365纳米的1-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；所述非感光性聚酰亚胺能够溶于四甲基氢氧化胺显影液。进一步的改进是，在步骤三中，所述非感光性聚酰亚胺的烘烤温度为80°C 140°C，烘烤时间为O. 5分钟 10分钟。进一步的改进是，在步骤三中，所述非感光性聚酰亚胺旋涂、烘烤以后的厚度为I微米 10微米。进一步的改进是，在步骤四中，所述光刻胶的类型是其曝光波长为436纳米的G-1ine, 365纳米的1-1ine, 248纳米的KrF和193纳米的ArF中的任意一种。进一步的改进是，在步骤四中，所述光刻胶旋涂、烘烤以后的厚度为I微米 20微米。进一步的改进是，在步骤六中，所述显影的时间为10秒钟 500秒钟。进一步的改进是，在步骤六中，所述非感光性聚酰亚胺开口的单边尺寸比所述感光性聚酰亚胺开口的单边尺寸大I微米 20微米。进一步的改进是，在步骤七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和未曝光的感光性聚酰亚胺。所述光刻胶剥离液是丙二醇甲醚醋酸酯，丙二醇甲醚，丙二醇甲醚醋酸酯和丙二醇甲的组合。进一步的改进是，在步骤八中，所述非感光性聚酰亚胺和所述感光性聚酰亚胺的固化温度为200°C 500°C， 固化时间为30分钟 120分钟。本发明方法通过先形成从上至下依次由光刻胶、非感光性聚酰亚胺和感光性聚酰亚胺组成的三层膜结构，再利用非感光性聚酰亚胺对曝光光线的可穿透性，经一次紫外光照射后使光刻胶和感光性聚酰亚胺同时曝光形成潜影(即变的可溶于显影液)，由于显影液对非感光性聚酰亚胺具有各项同性显影的特性，所以显影后非感光性聚酰亚胺开口尺寸会大于感光性聚酰亚胺开口尺寸，并最终形成所需的双层聚酰亚胺保护层，所以本发明方法使用一块掩膜版，进行一次光刻就能形成双层保护层的开口，和现有技术相比，本发明方法能节约一次光刻和一次刻蚀的过程，同时也能节省一块掩膜版，能有效的简化工艺流程，节约生产成本。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是现有半导体器件中双层保护层的结构示意图；图2是现有半导体器件中双层保护层的制作工艺方法流程图；图3是本发明实施例半导体器件中双层保护层的制作工艺方法流程图；图4A-图4G是本发明实施例方法的各步骤中器件的结构示意图。
具体实施例方式如图3和图4所示，本发明实施例半导体器件中双层保护层的制作工艺方法包括如下步骤步骤一、如图4A所示，提供一已制作好顶层金属图形2的硅片I ;所述的金属图形2在后续器件封装时用于和金属引线进行连接，而所述的硅片I已经包括经传统的半导体工艺制作而成的各种半导体器件。步骤二、如图4B所示，在所述硅片I上进行感光性聚酰亚胺3的旋涂、烘烤；所述的感光性聚酰亚胺3，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中的任意一种光具有光敏性，且所述的感光性聚酰亚胺3经上述波长的光曝光后能够溶于常用的四甲基氢氧化胺(TMAH)显影液，所述的感光性聚酰亚胺3的烘烤温度为80°C _140°C，烘烤时间为O. 5分钟-10分钟。所述的感光性聚酰亚胺旋涂、烘烤以后的厚度为I微米-20微米。步骤三、如图4C所示，在所述感光性聚酰亚胺3上进行非感光性聚酰亚胺4的旋涂、烘烤；所述的非感光性聚酰亚胺4，是指其对波长436纳米的G-line，波长365纳米的1-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，由于对上述波长的光不具光敏性，所以所述的非感光性聚酰亚胺4在曝光前后的化学性质没有改变，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°C _140°C，烘烤时间为O. 5分钟-10分钟，为了保证曝光光源的穿透能力，所述非感光性聚酰亚胺4旋涂、烘烤以后的厚度最好不要大于10微米，优选的厚度为I微米-10微米。步骤四、如图4D所示，在所述非感光性聚酰亚胺4上进行光刻胶5的旋涂、烘烤；所述的光刻胶5的类型是其曝光波长为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。所述的光刻 胶5旋涂、烘烤以后的厚度为I微米_20微米。步骤五、如图4E所示，使用具有保护层图形的掩膜版(图中为示出)对完成上述步骤二至步骤四的硅片I进行曝光，使最上层的光刻胶5发生光化学反应而在曝光区域6形成潜影，同时曝光光线能穿透非感光性聚酰亚胺4而到达感光性聚酰亚胺3上，从而使感光性聚酰亚胺3也发生光化学反应而在曝光区域7形成潜影，所以完成上述曝光过程后，光刻胶曝光区域6的光刻胶和感光性聚酰亚胺曝光区域7的感光性聚酰亚胺都变成可溶于显影液了。步骤六、如图4F所示，对完成上述步骤二至步骤五的硅片I进行显影，显影时间为10秒钟-500秒钟，以去除光刻胶曝光区域6的光刻胶和感光性聚酰亚胺曝光区域7的感光性聚酰亚胺，形成光刻胶开口 8和感光性聚酰亚胺开口 10，并使得顶层金属图形2的连线露出，而对于非感光性聚酰亚胺4，由于显影液对非感光性聚酰亚胺4的各向同性的显影能力，即显影液对非感光性聚酰亚胺4的纵向显影的同时，也会对其横向进行显影，且显影能力是一样的，所以显影后会形成图4F所示的倒梯形的非感光性聚酰亚胺开口 9，且开口尺寸会大于感光性聚酰亚胺开口 10的尺寸，通过控制显影时间，可以使所述的非感光性聚酰亚胺开口 9的单边尺寸比所述的感光性聚酰亚胺开口 10的单边尺寸大I微米-20微米，单边增大值如图4F中的标记a所示。步骤七、如图4G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5，但不能剥离去除非感光性聚酰亚胺和未曝光的感光性聚酰亚胺。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。步骤八、如图4G所示，对非感光性聚酰亚胺3和感光性聚酰亚胺4同时固化，其固化温度为200°C _500°C，固化时间为30分钟-120分钟。由上述步骤可知，本发明实施例是先形成从上至下依次由光刻胶、非感光性聚酰亚胺和感光性聚酰亚胺组成的三层膜结构，利用非感光性聚酰亚胺对曝光光线的可穿透性，经一次紫外光照射后使 光刻胶和感光性聚酰亚胺同时曝光形成潜影，由于显影液对非感光性聚酰亚胺具有 各项同性显影的特性，所以显影后非感光性聚酰亚胺开口尺寸会大于感光性聚酰亚胺开口尺寸，并 最终形成所需的双层聚酰亚胺保护层。对比现有工艺方法流程图2和本发明实施例工 艺方法流程图3可知，本发明实施例工艺方法流程中只使用了一次光刻，而现有工艺方法流程中使用了两次曝光和一次刻蚀，因此本发明节约了一次光刻和一次刻蚀的过程，同时也节省了一块掩膜版，有效的简化了工艺流程，节约了生产成本。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种半导体器件中双层保护层的制作エ艺方法，其特征在于，包括步骤如下 步骤一、提供一已制作好顶层金属图形的硅片； 步骤ニ、在所述硅片上进行感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤； 步骤三、在所述感光性聚酰亚胺上进行非感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤； 步骤四、在所述非感光性聚酰亚胺上进行光刻胶的旋涂、烘烤； 步骤五、使用具有保护层图形的掩膜版进行曝光； 步骤六、采用显影エ艺同时去除曝光区域的所述光刻胶、所述非感光性聚酰亚胺以及底部的所述感光性聚酰亚胺，形成非感光性聚酰亚胺开ロ尺寸大于感光性聚酰亚胺开ロ尺寸的双层保护层结构，并使得顶层金属连线露出； 步骤七、用光刻胶剥离液剥离去除所述光刻胶； 步骤八、对所述非感光性聚酰亚胺和所述感光性聚酰亚胺同时固化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤ニ中，所述感光性聚酰亚胺对波长436纳米的G-line、波长365纳米的1-line、波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意ー种光具有光敏性；所述感光性聚酰亚胺经波长436纳米的G-line、波长365纳米的1-line、波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意一种光曝光后能够溶于四甲基氢氧化胺显影液。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤ニ中，所述感光性聚酰亚胺的烘烤温度为80°C 140°C，烘烤时间为0. 5分钟 10分钟。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤ニ中，所述感光性聚酰亚胺旋涂、烘烤以后的厚度为I微米 20微米。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤三中，所述非感光性聚酰亚胺对波长436纳米的G-line、波长365纳米的1-line、波长248纳米的KrF和波长193纳米的ArF中的任意ー种光不具有光敏性；所述非感光性聚酰亚胺能够溶于四甲基氢氧化胺显影液。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤三中，所述非感光性聚酰亚胺的烘烤温度为80°C 140°C，烘烤时间为0. 5分钟 10分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤三中，所述非感光性聚酰亚胺旋涂、烘烤以后的厚度为I微米 10微米。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤四中，所述光刻胶的类型是其曝光波长为436纳米的G-1ine, 365纳米的1-1ine, 248纳米的KrF和193纳米的ArF中的任意一种。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤六中，所述显影的时间为10秒钟 500秒钟。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤六中，所述非感光性聚酰亚胺开ロ的单边尺寸比所述感光性聚酰亚胺开ロ的单边尺寸大I微米 20微米。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤七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和未曝光的感光性聚酰亚胺。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述光刻胶剥离液是丙ニ醇甲醚醋酸酷，丙ニ醇甲醚，丙ニ醇甲醚醋酸酷和丙ニ醇甲的组合。
全文摘要
本发明公开了一种半导体器件中双层保护层的制作工艺方法，包括步骤如下提供一已制作好顶层金属图形的硅片；感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤；非感光性聚酰亚胺的旋涂、烘烤；光刻胶的旋涂、烘烤；使用具有保护层图形的掩膜版进行曝光；显影同时去除曝光区域的光刻胶、非感光性聚酰亚胺以及底部的感光性聚酰亚胺，形成双层聚酰亚胺保护层结构，并使得顶层金属连线露出；用光刻胶剥离液去除光刻胶；非感光性和感光性聚酰亚胺同时固化。本发明方法只使用了一次光刻，和现有技术相比，本发明节约了一次光刻和一次刻蚀的过程，同时也节省了一块掩膜版，有效的简化了工艺流程，节约了生产成本。
文档编号H01L21/02GK103035492SQ20121017008
公开日2013年4月10日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者郭晓波 申请人:上海华虹Nec电子有限公司