[发明专利]刻蚀超厚非感光性光刻胶的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属微电子芯片制造领域中的半导体制造方法。

背景技术

对于高压功率元件，为了提高其在高温高压工作环境下可靠性，通常需要使用很厚的光刻胶作为表面保护层，来保证内部器件在极端工作条件下正常工作(如6000V以上导通电压，400度以上高温持续大于30min的工作环境中)。为了长时间隔绝高压击穿和高温工作，光刻胶的厚度通常都非常厚。此处光刻胶典型的为polyimide(聚酰亚胺)。

Polyimide为一种有机高分子材料，分为感光性和非感光性两种。非感光性通常直接为聚酰亚胺前驱体(Polyimide Procursor，其中典型的为聚酰胺酸polyamic acid)，聚酰亚胺前驱体一般存在开环结构，可以被刻蚀光刻胶的湿法法药液去除；而感光性则通过在聚酰亚胺前驱体上增加光敏性的官能基团和抑制溶解的官能基团，通过光化学反应引起光敏性基团的反应从而去除抑制溶解的官能基团，产生聚酰亚胺前驱体。

然后聚酰亚胺前驱体通过通过一定温度加热后，发生亚胺化，形成闭环，从而不溶于刻蚀光刻胶的湿法法药液，并形成具有一定机械/电学强度的类树脂材料。典型的聚酰亚胺前驱体分子式和亚胺化反应可以表示为：

通常在半导体工艺加工过程中，为了简便起见，在实际生产工厂中将感光性polyimide曝光前，曝光后Polyiamic Precursor；非感光性polyimid加热聚合前Polyiamic Precursor等通称为polyimide。

在实际芯片制造过程中，光刻胶通常使用湿法刻蚀，而此时因为光刻胶厚度太厚，通常需要很长时间的刻蚀，或多次刻蚀，其产能很低，导致制造成本很高。

另外，当光刻胶的厚度大于一定程度时，如15um，很难通过正常的曝光过程来使之完全反应，并被去除，因此需要实用非感光性的光刻胶，同时配合光刻胶进行图形化，然后用光刻胶作为掩模，对非感光性光刻胶进行刻蚀，通常均使用湿法刻蚀。

光刻胶的正常显影工艺为：曝光，PEB(后烘)，显影，清洗。其中PEB主要作用为辅助光刻胶在曝光过程中产生的光酸进行扩散，并通过加温使光刻胶环境高于其活化能，来辅助光化学反应发生。因此通常工艺中PEB步骤是必须的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种刻蚀超厚非感光性光刻胶的刻蚀方法，它可以降低超厚光刻胶的刻蚀时间，提高产能，降低制造成本。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种超厚非感光性光刻胶的刻蚀工艺方法，包括以下步骤：旋涂非感光性光刻胶；旋涂光刻胶；曝光光刻胶，并直接进行显影；硅片刻蚀并进行清洗。

本发明的有益效果在于：降低超厚光刻胶的刻蚀时间，提高产能，降低制造成本。

湿法刻蚀药液为四甲基氢氧化氨TMAH，γ-丁内酯GBL，N-甲基吡咯烷酮NMP，丙二醇甲醚PGME，丙二醇甲醚醋酸酯PGMEA的纯溶液或混合溶液。

光刻胶厚度其旋涂后厚度＞15um。

光刻胶应用于400度以上高温工作环境，高温持续时间＞30分钟。

步骤1中的非感光性光刻胶的具体工艺流程为：

150度～250度脱水预烘；

旋涂非观光性光刻胶；

100～130度前烘；

20度～30度室温冷却。

所述非感光性光刻胶为非感光性聚酰亚胺前驱体(Polyamic Precursor，典型的为聚酰胺酸Polyimide Acid)或非感光性聚酰亚胺(Polyimide)。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是光刻胶刻蚀随加热温度/时间的衰减。

具体实施方式

降低超厚光刻胶的刻蚀时间，提高产能，降低制造成本。通过试验发现制约光刻胶刻蚀速率与其经历的热过程关系很大，加热时间越长，其刻蚀速率下降就越明显。

以2.3％TMAH为刻蚀药液为例，非感光性光刻胶为非感光性polyimide，厚度20um。当热预算在130度、300s，内其刻蚀速率约0.2um/s，但如果温度高于135度，或总加热时间超过400s，则显影速率即降到0.05um/s并趋于稳定，因此如果按照常规PEB工艺去做，需要增加80-150度，60s-90s的热过程，其刻蚀速率下降非常明显。

本专利通过去除PEB步骤，其显影速率可以上升20％～30％，单次显影时间大大降低。