负性光刻胶图形化膜层的制备方法与流程

[0001]
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种可用于代替聚酰亚胺(pi)的负性光刻胶图形化膜层的制备方法。

背景技术：

[0002]
微机电系统(mems)是一个以探索微小世界为目标，以微小为特征，多学科、多领域交叉的新兴学科，主要研究微型机电装置，包括微传感器、微致动器等。mems工艺由集成电路工艺发展而来，然而却突破了集成电路的表面加工上艺，实现了体加工工艺，可实现各种各样的微结构。mems工艺主要包括清洗、氧化、扩散、光刻、腐蚀、气相沉积、封装等。聚酰亚胺是一种高分子材料，具有耐高温、绝缘性能好、化学性质稳定等特点，在工业中广泛应用。随着mems技术的不断发展，需要更多具有高性能的材料，聚酰亚胺由于具有满足mems工艺的一些特别性能，是一种用于制作钝化膜和绝缘层等的很好材料。
[0003]
正性光刻胶的特点是：在曝光区域，正性光刻胶溶解度增强，会被显影液溶解，而在非曝光区域，光刻胶溶解受到抑制，不会被显影液溶解。负性光刻胶的特点是：在曝光区域，负性光刻胶快速发生光固化反应，不会被显影液溶解，而在非曝光区域，光刻胶可以被显影液溶解。
[0004]
由于负性光刻胶因具有见紫外光固化，不需要高温固化且可以在其上方作业光刻胶阻挡层来刻蚀该层光阻的特点，在半导体集成电路制造过程中可以作为特殊的有机牺牲层代替聚酰亚胺(pi)来支撑结构，并在其上方作业正性光刻胶图形，通过干法刻蚀将图形转移至下层负性光刻胶上。因负性光阻特性特殊，无法使用干法去胶或湿法有机溶剂特地单独只去除刻蚀后的上层正性光刻胶保留下层负性光刻胶。

技术实现要素：

[0005]
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种负性光刻胶图形化膜层的制备方法，以实现一种可以使用负性光刻胶代替聚酰亚胺，并将上层阻挡层去除干净而不损伤底层负性光刻胶的方法。
[0006]
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种负性光刻胶图形化膜层的制备方法，所述制备方法包括步骤：1)提供一基底，在所述基底上形成负性光刻胶层，并对所述负性光刻胶层进行整面性的第一紫外光曝光以固化所述负性光刻胶层，然后烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂；2)于所述负性光刻胶层表面形成正性光刻胶层，并对所述正性光刻胶层进行掩膜版曝光及显影，以形成图形化的正性光刻胶层；3)采用干法刻蚀工艺将所述正性光刻胶中的图形转移至所述负性光刻胶层；4)对所述正性光刻胶层进行第二紫外光曝光，并采用显影的方式将所述正性光刻胶去除，以形成负性光刻胶图形化膜层。
[0007]
可选地，步骤1)所述第一紫外光曝光的能量介于1000mj～2500mj之间。
[0008]
可选地，步骤1)中采用热盘烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂，其中，采用热盘烘烤的温度介于120℃～220℃之间，烘烤时间介于1min～5min之间。
[0009]
可选地，步骤1)中采用烘箱烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂，其中，采用烘箱烘烤的温度介于100℃～200℃之间，烘烤时间介于15min～1h之间。
[0010]
可选地，步骤4)所述第二紫外光曝光的能量介于1000mj～2500mj之间。
[0011]
可选地，步骤4)采用显影的方式将所述正性光刻胶去除所采用的显影液包括四甲基氢氧化铵tmah溶液。
[0012]
可选地，所述四甲基氢氧化铵tmah溶液的浓度介于2.2％～2.5％。
[0013]
可选地，所述基底包括氧化硅衬底以及位于所述氧化硅衬底表面的铝层。
[0014]
本发明还提供一种如上所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法所制备的负性光刻胶图形化膜层。
[0015]
如上所述，本发明的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，具有以下有益效果：
[0016]
本发明利用正性光刻胶曝光后可通过显影去除，负性光刻胶曝光后固化的技术特点，在负性光刻胶涂布后使用紫外光(uv)固化，然后热盘或烘箱低温烘烤的方式进一步固化。在负性光刻胶刻蚀完成后，不使用传统的干法或湿法去胶，而是先使用紫外光曝光，将表面正性光刻胶见光活化，再通过显影的方式将表面正性光刻胶去除，从而可用负性光刻胶代替聚酰亚胺(pi)，避免聚酰亚胺(pi)所需的高温固化的过程。
[0017]
本发明提供了一种芯片制造过程中的工艺改良方案，可以采用负性光刻胶代替聚酰亚胺(pi)，使得生产过程中无需高温烘烤，避免产品受高温影响损伤，并达到代替聚酰亚胺支撑产品结构的目的。
附图说明
[0018]
图1～图7显示为本发明的负性光刻胶图形化膜层的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0019]
图8显示为本发明的负性光刻胶图形化膜层的制备方法的步骤流程示意图。
[0020]
元件标号说明
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101
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氧化硅衬底
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102
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铝层
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103
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负性光刻胶层
[0024]
104
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正性光刻胶层
[0025]
105
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图形窗口
[0026]
106
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负性光刻胶图形化膜层
[0027]
s11～s14
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步骤1)～步骤4)
具体实施方式
[0028]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0029]
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际
制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0030]
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
[0031]
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0032]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0033]
本发明专利所需要解决的技术问题：mems制造工艺过程中聚酰亚胺(pi)涂布后需要350℃或以上的高温固化，mems产品的一些结构在此高温下，前层结构内部应力变化发生性能衰减，故本发明的目的是使用负性光刻胶代替聚酰亚胺(pi)，由此避免高温固化的过程。然而，在正性光刻胶作为掩膜进行刻蚀后，由于负性光刻胶的特性，采用干法去除正性光刻胶会将会将底层负性光刻胶一并去除，而湿法有机溶剂去出正性光刻胶会对底层负性光刻胶产生腐蚀。本发明的目的是提供一种使用负性光刻胶代替聚酰亚胺(pi)做阻挡层，并提供将上层正性光刻胶去除，又不影响底层负性光刻胶的方法。
[0034]
如图1～图8所示，本实施例提供一种负性光刻胶图形化膜层的制备方法，所述制备方法包括步骤：
[0035]
如图1～图2所示，首先进行步骤1)s11，提供一基底，在所述基底上形成负性光刻胶层103，并对所述负性光刻胶层103进行整面性的第一紫外光曝光以固化所述负性光刻胶层103，然后烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂。
[0036]
所述基底可以为mems芯片基底，其顶部包括氧化硅衬底101，在本实施例中，先于所述氧化硅衬底101表面形成铝层102，然后采用旋涂工艺于所述铝层102表面形成负性光刻胶层103。所述旋涂工艺先在低速旋转，如300～500rpm转速的基底上进行滴胶，然后通过高速旋转如2500～3500rpm转速下进行甩胶，以使所述负性光刻胶层103均匀覆盖所述基底。
[0037]
然后，对所述负性光刻胶层103进行整面性的大剂量第一紫外光曝光以固化所述负性光刻胶层103，曝光的能量介于1000mj～2500mj之间。本实施例对所述负性光刻胶层103进行整面性的大剂量曝光，可以保证所述负性光刻胶层103整体固化，提高固化的均匀性。
[0038]
接着，采用热盘烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂，其中，采用热盘烘烤的温度介于120℃～220℃之间，烘烤时间介于1min～5min之间，以增强所述负性光刻胶的黏附性，释放光刻胶膜内的应力。本实施例采用热盘烘烤的方式去除溶剂，可有效缩短烘烤时间，提高整体的工艺效率。
[0039]
当然，在另一实施例中，也可以采用烘箱烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂，其
中，采用烘箱烘烤的温度介于100℃～200℃之间，烘烤时间介于15min～1h之间，以增强所述负性光刻胶的黏附性，释放光刻胶膜内的应力。采用烘箱烘烤的方式去除溶剂，热量从烘箱内直接传递至所述负性光刻胶中，可提高烘烤的均匀性。
[0040]
在所述负性光刻胶层103涂布后，边缘的光刻胶有可能涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离，影响其它部分的图形，因此，在本实施例中，还包括将所述负性光刻胶边缘的缺陷去除的步骤。
[0041]
如图3～图4所示，然后进行步骤2)s12，于所述负性光刻胶层103表面形成正性光刻胶层104，并对所述正性光刻胶层104进行掩膜版曝光及显影，以形成图形化的正性光刻胶层104。
[0042]
例如，可以采用旋涂工艺于所述负性光刻胶层103表面形成负性光刻胶层103，所述旋涂工艺先在低速旋转，如300～500rpm转速的基底上进行滴胶，然后通过高速旋转如2500～3500rpm转速下进行甩胶，以使所述正性光刻胶层104均匀覆盖所述负性光刻胶层103。
[0043]
然后，采用掩膜版对所述正性光刻胶层104进行曝光，并采用显影工艺去除被紫外光照射的部分，形成图形化的正性光刻胶层104。
[0044]
所述曝光的方法可以为投影式曝光(projection printing)，如扫描步进投影曝光(scanning-stepping project printing)等，以提高整个硅片的尺寸均匀性。
[0045]
如图5所示，接着进行步骤3)s13，采用干法刻蚀工艺将所述正性光刻胶中的图形转移至所述负性光刻胶层103，以在所述负性光刻胶层103中形成图形窗口105。
[0046]
在所述干法刻蚀过程中，由于所述负性光刻胶层103表面具有正性光刻胶层104作为阻挡，因此，除了被刻蚀去除的部分，在刻蚀过程中不会造成所述负性光刻胶层103的损坏，从而可保证所述负性光刻胶层103的质量。
[0047]
如图6～图7所示，最后进行步骤4)s14，对所述正性光刻胶层104进行第二紫外光曝光，并采用显影的方式将所述正性光刻胶去除，以形成负性光刻胶图形化膜层106。
[0048]
对所述正性光刻胶层104进行大剂量的曝光，例如，所述第二紫外光曝光的能量可以介于1000mj～2500mj之间，以使得所述正性光刻胶内基团反应，使得可以通过显影液去除。
[0049]
采用显影的方式将所述正性光刻胶去除，所述显影的方法可以整盒硅片浸没式显影、、连续喷雾显影或自动旋转显影等。其中，采用显影(development)的方式将所述正性光刻胶去除所采用的显影液包括四甲基氢氧化铵tmah溶液。可选地，所述四甲基氢氧化铵tmah溶液的浓度介于2.2％～2.5％。例如，在本实施例中，所述四甲基氢氧化铵tmah溶液的浓度选用为2.38％。具体地，tmah显影液中的碱与酸中和使曝光后的正性光刻胶层104溶解于显影液，而未曝光的光刻胶没有影响，例如，化学放大正性光刻胶中包含的酚醛树脂以聚对羟基苯乙烯(phs)形式存在，化学放大正性光刻胶中的光酸产生剂(pag)产生的酸会去除phs中的保护基团，从而使phs可以快速溶解于tmah显影液中。而上述此过程中，四甲基氢氧化铵tmah不会与所述负性光刻胶层103发生反应，使得所述负性光刻胶层103可以完整的保留下来，形成负性光刻胶图形化膜层106。
[0050]
如图7所示，本实施例还提供一种如上所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法所制备的负性光刻胶图形化膜层，其主要包括基底以及位于所述基底上的负性光刻胶图形
化膜层106。
[0051]
如上所述，本发明的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，具有以下有益效果：
[0052]
本发明利用正性光刻胶曝光后可通过显影去除，负性光刻胶曝光后固化的技术特点，在负性光刻胶涂布后使用紫外光(uv)固化，然后热盘或烘箱低温烘烤的方式进一步固化。在负性光刻胶刻蚀完成后，不使用传统的干法或湿法去胶，而是先使用紫外光曝光，将表面正性光刻胶见光活化，再通过显影的方式将表面正性光刻胶去除，从而可用负性光刻胶代替聚酰亚胺(pi)，避免聚酰亚胺(pi)所需的高温固化的过程。
[0053]
本发明提供了一种芯片制造过程中的工艺改良方案，使用负性光刻胶代替聚酰亚胺(pi)使得生产过程中无需高温烘烤，避免产品受高温影响损伤，并达到代替聚酰亚胺支撑产品结构的目的。
[0054]
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0055]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：1)提供一基底，在所述基底上形成负性光刻胶层，并对所述负性光刻胶层进行整面性的第一紫外光曝光以固化所述负性光刻胶层，然后烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂；2)于所述负性光刻胶层表面形成正性光刻胶层，并对所述正性光刻胶层进行掩膜版曝光及显影，以形成图形化的正性光刻胶层；3)采用干法刻蚀工艺将所述正性光刻胶中的图形转移至所述负性光刻胶层；4)对所述正性光刻胶层进行第二紫外光曝光，并采用显影的方式将所述正性光刻胶去除，以形成负性光刻胶图形化膜层。2.根据权利要求1所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：步骤1)所述第一紫外光曝光的能量介于1000mj～2500mj之间。3.根据权利要求1所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：步骤1)中采用热盘烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂，其中，采用热盘烘烤的温度介于120℃～220℃之间，烘烤时间介于1min～5min之间。4.根据权利要求1所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：步骤1)中采用烘箱烘烤去除所述负性光刻胶中的溶剂，其中，采用烘箱烘烤的温度介于100℃～200℃之间，烘烤时间介于15min～1h之间。5.根据权利要求1所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：步骤4)所述第二紫外光曝光的能量介于1000mj～2500mj之间。6.根据权利要求1所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：步骤4)采用显影的方式将所述正性光刻胶去除所采用的显影液包括四甲基氢氧化铵tmah溶液。7.根据权利要求6所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：所述四甲基氢氧化铵tmah溶液的浓度介于2.2％～2.5％。8.根据权利要求1所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法，其特征在于：所述基底包括氧化硅衬底以及位于所述氧化硅衬底表面的铝层。9.一种如权利要求1～8任意一项所述的负性光刻胶图形化膜层的制备方法所制备的负性光刻胶图形化膜层。

技术总结

本发明提供一种负性光刻胶图形化膜层的制备方法，包括：1)在基底上形成负性光刻胶层，并对负性光刻胶层进行整面性的第一紫外光曝光以固化负性光刻胶层，然后烘烤去除负性光刻胶中的溶剂；2)于负性光刻胶层表面形成正性光刻胶层，并对正性光刻胶层进行掩膜版曝光及显影；3)采用干法刻蚀工艺将正性光刻胶中的图形转移至负性光刻胶层；4)对正性光刻胶层进行第二紫外光曝光，并采用显影的方式将正性光刻胶去除，以形成负性光刻胶图形化膜层。本发明提供了一种芯片制造过程中的工艺改良方案，可以采用负性光刻胶代替聚酰亚胺(PI)，使得生产过程中无需高温烘烤，避免产品受高温影响损伤，并达到代替聚酰亚胺支撑产品结构的目的。并达到代替聚酰亚胺支撑产品结构的目的。并达到代替聚酰亚胺支撑产品结构的目的。