[发明专利]一种半导体双层保护层的制作工艺方法

说明书

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，成本也较高。

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：

(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。

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。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℃，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毫托。

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℃，固化时间为30-120分钟。