專利名稱：半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法。
背景技術：
在半導體工藝中，為了減少自然環境和工作環境對半導體器件造成的各種水汽和化學物質侵蝕、電磁輻射和機械外力損傷等，通常會在頂層金屬連線做好以后，再做一層或兩層保護層(又叫鈍化層或緩沖層)用來防止這些侵蝕和損傷，一些介質材料(如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、經摻雜后的這些介質材料以及它們之間的相互組合物)和聚酰亞胺(Polyimide)材料由于其良好的耐高溫特性、機械性能、電學性能以及化學穩定性，已被廣泛的用于制作這些半導體器件的保護層。現有技術中，為了后續焊線和封裝的需求，當需要使用雙層保護層時，通常都會形成如圖1所示的由一層介質層11和一層感光性聚酰亞胺13組成的雙層保護層結構，其中，層介質層11和感光性聚酰亞胺13依次形成于形成有頂層金屬圖形2的硅片I的表面，為了將頂層金屬圖形2暴露出用于后續的焊線和封裝，在同一區域的介質層11和感光性聚酰亞胺13分別形成有開口 12和14，開口 12和14將頂層金屬圖形2暴露并用于后續的焊線和封裝；其中底層介質保護層開口 12的尺寸小于其上面感光性聚酰亞胺開口 14的尺寸。如圖2所示，是現有半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法流程圖。要形成上述的雙層保護層結構，現有半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法包括如下步驟(I)在已制作好頂層金屬圖形2的硅片I生長介質保護層11 ; (2)光刻膠的旋涂、烘烤；(3)使用具有介質層開口圖形的掩膜版進行曝光；(4)對曝光后的硅片進行顯影及烘烤；(5)刻蝕形成介質保護層開口 12 ; (6)去除光刻膠；(7)感光性聚酰亞胺13的旋涂、烘烤；(8)使用具有聚酰亞胺層開口圖形的掩膜版進行曝光；(9)顯影及烘烤形成感光性聚酰亞胺層開口14 ;(10)聚酰亞胺固化。由上可知，現有制作工藝方法中，要使用兩塊不同的掩膜版即步驟(3)和步驟(8)的掩膜版，經兩次光刻即步驟(3)和步驟(8)的光刻和一次刻蝕即步驟(5)的刻蝕的過程來完成，這種工藝因為要使用兩塊光刻掩膜版和兩次光刻，工藝復雜，成本也較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法，能節約一次光刻和一次刻蝕的過程，同時也能節省一塊掩膜版，能有效的簡化工藝流程,節約生產成本。為解決上述技術問題，本發明提供的半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法包括步驟如下步驟一、提供一已制作好頂層金屬圖形的硅片。步驟二、在所述硅片上進行感光性聚酰亞胺的旋涂、烘烤。
步驟三、在所述感光性聚酰亞胺上進行非感光性聚酰亞胺的旋涂、烘烤。步驟四、在所述非感光性聚酰亞胺上進行光刻膠的旋涂、烘烤。步驟五、使用具有保護層圖形的掩膜版進行曝光。步驟六、采用顯影工藝同時去除曝光區域的所述光刻膠、所述非感光性聚酰亞胺以及底部的所述感光性聚酰亞胺，形成非感光性聚酰亞胺開口尺寸大于感光性聚酰亞胺開口尺寸的雙層保護層結構，并使得頂層金屬連線露出。步驟七、用光刻膠剝離液剝離去除所述光刻膠。步驟八、對所述非感光性聚酰亞胺和所述感光性聚酰亞胺同時固化。進一步的改進是，在步驟二中，所述感光性聚酰亞胺對波長436納米的G-1ineJ^長365納米的1-line、波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意一種光具有光敏性；所述感光性聚酰亞胺經波長436納米的G-line、波長365納米的I_line、波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意一種光曝光后能夠溶于四甲基氫氧化胺顯影液。進一步的改進是，在步驟二中，所述感光性聚酰亞胺的烘烤溫度為80°C 140°C，烘烤時間為O. 5分鐘 10分鐘。進一步的改進是，在步驟二中，所述感光性聚酰亞胺旋涂、烘烤以后的厚度為I微米 20微米。進一步的改進是,在步驟三中，所述非感光性聚酰亞胺對波長436納米的G-line、波長365納米的1-line、波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意一種光不具有光敏性；所述非感光性聚酰亞胺能夠溶于四甲基氫氧化胺顯影液。進一步的改進是，在步驟三中，所述非感光性聚酰亞胺的烘烤溫度為80°C 140°C，烘烤時間為O. 5分鐘 10分鐘。進一步的改進是，在步驟三中，所述非感光性聚酰亞胺旋涂、烘烤以后的厚度為I微米 10微米。進一步的改進是，在步驟四中，所述光刻膠的類型是其曝光波長為436納米的G-1ine, 365納米的1-1ine, 248納米的KrF和193納米的ArF中的任意一種。進一步的改進是，在步驟四中，所述光刻膠旋涂、烘烤以后的厚度為I微米 20微米。進一步的改進是，在步驟六中，所述顯影的時間為10秒鐘 500秒鐘。進一步的改進是，在步驟六中，所述非感光性聚酰亞胺開口的單邊尺寸比所述感光性聚酰亞胺開口的單邊尺寸大I微米 20微米。進一步的改進是，在步驟七中所述的光刻膠剝離液能夠剝離去除光刻膠，但不能剝離去除非感光性聚酰亞胺和未曝光的感光性聚酰亞胺。所述光刻膠剝離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組合。進一步的改進是，在步驟八中，所述非感光性聚酰亞胺和所述感光性聚酰亞胺的固化溫度為200°C 500°C， 固化時間為30分鐘 120分鐘。本發明方法通過先形成從上至下依次由光刻膠、非感光性聚酰亞胺和感光性聚酰亞胺組成的三層膜結構，再利用非感光性聚酰亞胺對曝光光線的可穿透性，經一次紫外光照射后使光刻膠和感光性聚酰亞胺同時曝光形成潛影(即變的可溶于顯影液)，由于顯影液對非感光性聚酰亞胺具有各項同性顯影的特性，所以顯影后非感光性聚酰亞胺開口尺寸會大于感光性聚酰亞胺開口尺寸，并最終形成所需的雙層聚酰亞胺保護層，所以本發明方法使用一塊掩膜版，進行一次光刻就能形成雙層保護層的開口，和現有技術相比，本發明方法能節約一次光刻和一次刻蝕的過程，同時也能節省一塊掩膜版，能有效的簡化工藝流程，節約生產成本。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是現有半導體器件中雙層保護層的結構示意圖；圖2是現有半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法流程圖；圖3是本發明實施例半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法流程圖；圖4A-圖4G是本發明實施例方法的各步驟中器件的結構示意圖。
具體實施例方式如圖3和圖4所示，本發明實施例半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法包括如下步驟步驟一、如圖4A所示，提供一已制作好頂層金屬圖形2的硅片I ;所述的金屬圖形2在后續器件封裝時用于和金屬引線進行連接，而所述的硅片I已經包括經傳統的半導體工藝制作而成的各種半導體器件。步驟二、如圖4B所示，在所述硅片I上進行感光性聚酰亞胺3的旋涂、烘烤；所述的感光性聚酰亞胺3，是指其對波長436納米的G-line，波長365納米的I_line，波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意一種光具有光敏性，且所述的感光性聚酰亞胺3經上述波長的光曝光后能夠溶于常用的四甲基氫氧化胺(TMAH)顯影液，所述的感光性聚酰亞胺3的烘烤溫度為80°C _140°C，烘烤時間為O. 5分鐘-10分鐘。所述的感光性聚酰亞胺旋涂、烘烤以后的厚度為I微米-20微米。步驟三、如圖4C所示，在所述感光性聚酰亞胺3上進行非感光性聚酰亞胺4的旋涂、烘烤；所述的非感光性聚酰亞胺4，是指其對波長436納米的G-line，波長365納米的1-line，波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意一種光不具有光敏性，由于對上述波長的光不具光敏性，所以所述的非感光性聚酰亞胺4在曝光前后的化學性質沒有改變，都能夠溶于常用的四甲基氫氧化胺(TMAH)顯影液，所述的非感光性聚酰亞胺4的烘烤溫度為80°C _140°C，烘烤時間為O. 5分鐘-10分鐘，為了保證曝光光源的穿透能力，所述非感光性聚酰亞胺4旋涂、烘烤以后的厚度最好不要大于10微米，優選的厚度為I微米-10微米。步驟四、如圖4D所示，在所述非感光性聚酰亞胺4上進行光刻膠5的旋涂、烘烤；所述的光刻膠5的類型是其曝光波長為436納米的G-line，365納米的I_line，248納米的KrF和193納米的ArF中的任意一種。所述的光刻 膠5旋涂、烘烤以后的厚度為I微米_20微米。步驟五、如圖4E所示，使用具有保護層圖形的掩膜版(圖中為示出)對完成上述步驟二至步驟四的硅片I進行曝光，使最上層的光刻膠5發生光化學反應而在曝光區域6形成潛影，同時曝光光線能穿透非感光性聚酰亞胺4而到達感光性聚酰亞胺3上，從而使感光性聚酰亞胺3也發生光化學反應而在曝光區域7形成潛影，所以完成上述曝光過程后，光刻膠曝光區域6的光刻膠和感光性聚酰亞胺曝光區域7的感光性聚酰亞胺都變成可溶于顯影液了。步驟六、如圖4F所示，對完成上述步驟二至步驟五的硅片I進行顯影，顯影時間為10秒鐘-500秒鐘，以去除光刻膠曝光區域6的光刻膠和感光性聚酰亞胺曝光區域7的感光性聚酰亞胺，形成光刻膠開口 8和感光性聚酰亞胺開口 10，并使得頂層金屬圖形2的連線露出，而對于非感光性聚酰亞胺4，由于顯影液對非感光性聚酰亞胺4的各向同性的顯影能力，即顯影液對非感光性聚酰亞胺4的縱向顯影的同時，也會對其橫向進行顯影，且顯影能力是一樣的，所以顯影后會形成圖4F所示的倒梯形的非感光性聚酰亞胺開口 9，且開口尺寸會大于感光性聚酰亞胺開口 10的尺寸，通過控制顯影時間，可以使所述的非感光性聚酰亞胺開口 9的單邊尺寸比所述的感光性聚酰亞胺開口 10的單邊尺寸大I微米-20微米，單邊增大值如圖4F中的標記a所示。步驟七、如圖4G所示，用光刻膠剝離液剝離去除光刻膠5;所述的光刻膠剝離液能夠剝離去除光刻膠5，但不能剝離去除非感光性聚酰亞胺和未曝光的感光性聚酰亞胺。優選的，所述的光刻膠剝離液是丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)或丙二醇甲醚(PGME)或其組合。步驟八、如圖4G所示，對非感光性聚酰亞胺3和感光性聚酰亞胺4同時固化，其固化溫度為200°C _500°C，固化時間為30分鐘-120分鐘。由上述步驟可知，本發明實施例是先形成從上至下依次由光刻膠、非感光性聚酰亞胺和感光性聚酰亞胺組成的三層膜結構，利用非感光性聚酰亞胺對曝光光線的可穿透性，經一次紫外光照射后使 光刻膠和感光性聚酰亞胺同時曝光形成潛影，由于顯影液對非感光性聚酰亞胺具有 各項同性顯影的特性，所以顯影后非感光性聚酰亞胺開口尺寸會大于感光性聚酰亞胺開口尺寸，并 最終形成所需的雙層聚酰亞胺保護層。對比現有工藝方法流程圖2和本發明實施例工 藝方法流程圖3可知，本發明實施例工藝方法流程中只使用了一次光刻，而現有工藝方法流程中使用了兩次曝光和一次刻蝕，因此本發明節約了一次光刻和一次刻蝕的過程，同時也節省了一塊掩膜版，有效的簡化了工藝流程，節約了生產成本。以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種半導體器件中雙層保護層的制作エ藝方法，其特征在于，包括步驟如下 步驟一、提供一已制作好頂層金屬圖形的硅片； 步驟ニ、在所述硅片上進行感光性聚酰亞胺的旋涂、烘烤； 步驟三、在所述感光性聚酰亞胺上進行非感光性聚酰亞胺的旋涂、烘烤； 步驟四、在所述非感光性聚酰亞胺上進行光刻膠的旋涂、烘烤； 步驟五、使用具有保護層圖形的掩膜版進行曝光； 步驟六、采用顯影エ藝同時去除曝光區域的所述光刻膠、所述非感光性聚酰亞胺以及底部的所述感光性聚酰亞胺，形成非感光性聚酰亞胺開ロ尺寸大于感光性聚酰亞胺開ロ尺寸的雙層保護層結構，并使得頂層金屬連線露出； 步驟七、用光刻膠剝離液剝離去除所述光刻膠； 步驟八、對所述非感光性聚酰亞胺和所述感光性聚酰亞胺同時固化。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟ニ中，所述感光性聚酰亞胺對波長436納米的G-line、波長365納米的1-line、波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意ー種光具有光敏性；所述感光性聚酰亞胺經波長436納米的G-line、波長365納米的1-line、波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意一種光曝光后能夠溶于四甲基氫氧化胺顯影液。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟ニ中，所述感光性聚酰亞胺的烘烤溫度為80°C 140°C，烘烤時間為0. 5分鐘 10分鐘。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟ニ中，所述感光性聚酰亞胺旋涂、烘烤以后的厚度為I微米 20微米。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟三中，所述非感光性聚酰亞胺對波長436納米的G-line、波長365納米的1-line、波長248納米的KrF和波長193納米的ArF中的任意ー種光不具有光敏性；所述非感光性聚酰亞胺能夠溶于四甲基氫氧化胺顯影液。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟三中，所述非感光性聚酰亞胺的烘烤溫度為80°C 140°C，烘烤時間為0. 5分鐘 10分鐘。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟三中，所述非感光性聚酰亞胺旋涂、烘烤以后的厚度為I微米 10微米。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟四中，所述光刻膠的類型是其曝光波長為436納米的G-1ine, 365納米的1-1ine, 248納米的KrF和193納米的ArF中的任意一種。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟六中，所述顯影的時間為10秒鐘 500秒鐘。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟六中，所述非感光性聚酰亞胺開ロ的單邊尺寸比所述感光性聚酰亞胺開ロ的單邊尺寸大I微米 20微米。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于在步驟七中所述的光刻膠剝離液能夠剝離去除光刻膠，但不能剝離去除非感光性聚酰亞胺和未曝光的感光性聚酰亞胺。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于所述光刻膠剝離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組合。
全文摘要
本發明公開了一種半導體器件中雙層保護層的制作工藝方法，包括步驟如下提供一已制作好頂層金屬圖形的硅片；感光性聚酰亞胺的旋涂、烘烤；非感光性聚酰亞胺的旋涂、烘烤；光刻膠的旋涂、烘烤；使用具有保護層圖形的掩膜版進行曝光；顯影同時去除曝光區域的光刻膠、非感光性聚酰亞胺以及底部的感光性聚酰亞胺，形成雙層聚酰亞胺保護層結構，并使得頂層金屬連線露出；用光刻膠剝離液去除光刻膠；非感光性和感光性聚酰亞胺同時固化。本發明方法只使用了一次光刻，和現有技術相比，本發明節約了一次光刻和一次刻蝕的過程，同時也節省了一塊掩膜版，有效的簡化了工藝流程，節約了生產成本。
文檔編號H01L21/02GK103035492SQ20121017008
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者郭曉波 申請人:上海華虹Nec電子有限公司