半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法
2023-05-06 19:02:36 1
專利名稱：半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法。
背景技術：
當前的半導體光學器件製作過程中，通常先在頂部金屬層表面形成一介質層，繼而進行包含此頂部金屬層的半導體光學器件基板的電學性能測試，然後去除此介質層，得到光潔、平整的頂部金屬層表面，再繼續進行後續生產步驟。
圖1為現有技術中半導體光學器件頂部金屬層表面介質層沉積效果示意圖，如圖1所示，在半導體光學器件頂部金屬層20表面沉積一介質層10，所述頂部金屬層具有圖形區及圖形線縫區30，此介質層10覆蓋頂部金屬層20圖形區並填充頂部金屬層圖形線縫區30，而形成在頂部金屬層圖形線縫區30產生凹陷11的介質層表面。當前的半導體製造工藝中，通常採用化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)技術進行此介質層的平整化，並繼而去除此介質層。
但實際生產發現，由於自身工作原理的限制，利用CMP技術進行膜層平整化操作易在待處理材料表面產生劃痕。圖2為現有技術中半導體光學器件顯示缺陷示意圖，如圖2所示，將CMP技術應用於移除覆蓋頂部金屬層表面的介質層材料以露出頂部金屬層圖形區時，易在頂部金屬層圖形區產生圓形研磨缺陷，進而在半導體光學器件50處於工作狀態時，造成圓形顯示缺陷40，影響器件顯示性能。
圖3為用傳統刻蝕方法移除頂部金屬層表面介質層而產生頂部金屬層圖形線縫區刻蝕凹陷的效果示意圖，如圖3所示，如果採用刻蝕方法直接移除頂部金屬層20表面介質層10，由於介質層材料厚度的不均勻，會在頂部金屬層圖形線縫區30產生刻蝕凹陷60，使得頂部金屬層圖形線縫區30內介質層高度低於頂部金屬層高度，易在後續製程中造成反射金屬圖形間的短路，繼而造成器件顯示缺陷。
專利號為「98115044.6」的中國專利申請中提供了一種利用硼磷矽玻璃(Borophosphosilicate glass)回流方法去除CMP劃痕的方法，但該方法僅適用於器件內氧化物介質層的CMP平整化修復工藝，對修復半導體光學器件頂部金屬層表面的劃痕無能為力。由此，急需一種半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法，利用此方法，可最終形成既無金屬表面劃痕，又可使頂部金屬層圖形線縫區內介質層表面高於頂部金屬層圖形區表面的半導體光學器件。
發明內容
本發明提供了一種半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法，在移除介質層時既不產生金屬表面劃痕，又可使頂部金屬層圖形線縫區內介質層表面高於頂部金屬層圖形區表面。
本發明提供了一種半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法，所述頂部金屬層具有圖形區及圖形線縫區，所述介質層覆蓋頂部金屬層圖形區並填充頂部金屬層的圖形線縫區，包括在所述介質層上形成一犧牲層；刻蝕所述犧牲層及介質層；露出頂部金屬層圖形區。
所述刻蝕方法採用等離子體刻蝕；所述犧牲層覆蓋介質層；所述犧牲層的形成方法為旋塗法；所述犧牲層材料的選擇區別於介質層材料；所述犧牲層材料的刻蝕速率低於所述介質層材料的刻蝕速率；所述犧牲層材料和介質層材料的刻蝕速率之差保證所述犧牲層刻蝕完成後，填充頂部金屬層圖形線縫區的介質層表面高於覆蓋頂部金屬層圖形區的介質層表面；所述犧牲層材料及介質層材料的刻蝕速率之差可通過調整工藝參數控制；所述工藝參數包括刻蝕氣體的選擇、刻蝕功率、刻蝕氣體壓力等；所述犧牲層材料可選用光刻膠、旋塗二氧化矽、各種合成樹脂等材料中的一種。
與現有技術相比，本發明具有以下優點1.採用反刻技術代替CMP工藝移除半導體光學器件頂部金屬層表面介質層，有效地避免了金屬表面劃痕的產生，並且降低了生產成本；2.引入犧牲層，並控制犧牲層材料的選擇，保證犧牲層材料的刻蝕速率低於頂部金屬層表面介質層材料的刻蝕速率，使得位於半導體光學器件頂部金屬層圖形線縫區的犧牲層相對位於其下方的頂部金屬層表面介質層起到掩膜作用，可保證反刻製程不會在頂部金屬層圖形線縫區刻蝕過度，產生頂部金屬層圖形線縫區介質層凹陷，而影響後續製程。
圖1為現有技術中半導體光學器件金屬表面介質層沉積效果示意圖；圖2為現有技術中半導體光學器件顯示缺陷示意圖；圖3為現有技術中用刻蝕方法直接移除金屬表面介質層產生金屬圖形線縫區刻蝕凹陷的效果示意圖；圖4～圖8為說明本發明實施例的流程分解示意圖。
其中10介質層； 11頂部金屬層線縫區介質層凹陷；20頂部金屬層； 30頂部金屬層線縫區；40顯示缺陷；50半導體光學器件；60頂部金屬層線縫區刻蝕缺陷；70犧牲層；80半導體光學器件基板。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
反刻技術通過在有表面起伏的介質材料表面形成一犧牲層填充表面低處，再利用刻蝕技術刻蝕所述犧牲層和介質材料，通過控制待平整材料各部分的刻蝕速率而使表面平整化，並使刻蝕的犧牲層和介質材料達到要求的厚度。
應用本發明方法移除半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的流程為首先，根據製程需要，在半導體光學器件頂部金屬層表面形成一介質層；然後，在所述介質層上形成一犧牲層，控制所述犧牲層材料的選擇，使其低於所述介質層材料的刻蝕速率；最後，採用刻蝕技術刻蝕所述犧牲層及介質層，得到光潔、平整的頂部金屬層，且頂部金屬層圖形線縫區內介質層表面高於頂部金屬層圖形區表面。
所述半導體光學器件包括半導體發光二極體(light-emitting diode，LED)、半導體液晶顯示晶片(liquid crystal on silicon，LCOS)等獨立器件及由其任意組合而成的複合器件，如數碼管、符號管、米字管及各種點陣式顯示屏等。
所述範圍只用以說明本發明方法涉及的應用對象涵蓋的器件範圍，顯然，不應以此作為對本發明方法應用範圍的限定。
圖4～圖6為說明本發明實施例的流程分解示意圖，如圖所示，採用本發明方法獲得所需半導體光學器件頂部金屬層的具體步驟為首先，如圖4所示，根據製程需要，在半導體光學器件頂部金屬層20表面形成一介質層10。
所述頂部金屬層具有圖形區及圖形線縫區，所述介質層10覆蓋頂部金屬層圖形區並填充頂部金屬層的圖形線縫區30。
所述覆蓋頂部金屬層圖形區的介質層10用以保護帶有頂部金屬層的半導體光學器件基板在後續製程中免受劃傷和隔離沾汙；所述覆蓋頂部金屬層圖形線縫區30的介質層10可作為所述頂部金屬層20圖形間的絕緣介質層，用以隔離所述頂部金屬層20各圖形區，防止頂部金屬層圖形間因短路而造成器件顯示缺陷。
所述介質層的沉積厚度需滿足產品要求，即所述頂部金屬層圖形線縫區30內的介質層10表面高於所述頂部金屬層20圖形區金屬表面。
所述頂部金屬層表面介質層材料可選用氮化矽(Si3N4)、氧化矽(SiO2)等層間絕緣介質(interlayer dielectric，ILD)材料中的一種或其組合；所述頂部金屬層表面介質層的形成方法可選用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)等ILD材料沉積方法。
應用所述沉積方法在所述頂部金屬層上形成介質層，可使得覆蓋所述頂部金屬層圖形區及圖形線縫區30的介質層的厚度相同；由於圖形線縫區30的存在，所述頂部金屬層具有表面起伏，進而造成相同厚度的介質層在頂部金屬層線縫區30形成凹陷11。
然後，如圖5所示，在所述介質層10上形成一犧牲層70，藉由此犧牲層材料調整不同區半導體光學器件頂部金屬層表面材料層的刻蝕速率，以通過後續步驟獲得所需光潔、平整的半導體光學器件頂部金屬層。
所述犧牲層覆蓋介質層10並填充介質層的表面低處11；所述犧牲層70可通過旋塗方法形成；所述犧牲層材料的選擇區別於介質層材料；在相同的工藝條件下，所述犧牲層材料的刻蝕速率低於所述介質層材料的刻蝕速率；所述刻蝕方法可選用等離子體刻蝕；所述犧牲層材料及介質層材料的刻蝕速率之差可通過調整工藝參數控制，所述工藝參數包括刻蝕功率、刻蝕氣體壓力、刻蝕氣體的選擇等。所述犧牲層材料具體可選用有機或無機材料，包括光刻膠、旋塗二氧化矽(Spin on Glass，SOG)、各種合成樹脂等材料中的一種；所述犧牲層材料的厚度根據產品工藝參數及犧牲層和介質層的材料選擇綜合確定。
最後，刻蝕所述犧牲層及介質層，得到帶有光潔、平整表面的頂部金屬層20的半導體光學器件基板80，進而通過後續步驟形成帶有所述頂部金屬層的半導體光學器件。
由於所述犧牲層覆蓋介質層並填充介質層的表面低處，即填充介質層的表面低處11，且位於頂部金屬層線縫區上方的犧牲層的厚度高於覆蓋頂部金屬層圖形區的犧牲層的厚度；導致在刻蝕過程中，覆蓋所述頂部金屬層圖形區的犧牲層先於填充頂部金屬層表面介質層的表面低處且位於頂部金屬層圖形線縫區上方的犧牲層被移除；進而出現所述頂部金屬層圖形區介質層10上方無犧牲層70，而頂部金屬層圖形線縫區介質層10上方仍殘留犧牲層70的刻蝕中間狀態，如圖6所示；由於所述犧牲層材料的刻蝕速率低於所述介質層材料的刻蝕速率，隨著刻蝕過程的深入，在一定時間內，刻蝕所述覆蓋頂部金屬層圖形區的介質層的厚度高於刻蝕所述頂部金屬層圖形線縫區30介質層10上方殘留犧牲層的厚度；此時，位於頂部金屬層圖形線縫區30介質層10上方的犧牲層70相對位於其下方的頂部金屬層表面介質層20起到掩膜作用，可使得殘留在頂部金屬層圖形線縫區30介質層10上方的犧牲層70被刻蝕完成後，形成所述頂部金屬層圖形線縫區30內介質層10厚度高於所述覆蓋頂部金屬層圖形區的介質層10的厚度的刻蝕中間狀態，如圖7所示；進而，所述半導體光學器件頂部金屬層圖形區及圖形線縫區30均覆蓋相同組分材料的介質層10，且刻蝕速率相同，區別僅在於所述頂部金屬層圖形線縫區30介質層10厚度高於所述覆蓋頂部金屬層圖形區的介質層10的厚度，使得在後續刻蝕過程中，覆蓋半導體光學器件頂部金屬層圖形區的介質層10先於覆蓋半導體光學器件頂部金屬層圖形線縫區30的介質層10被移除，如圖8所示，形成所述半導體光學器件頂部金屬層20圖形線縫區30內介質層10的高度略高於所述半導體光學器件頂部金屬層表面的半導體光學器件基板80，繼而通過後續工藝形成所述半導體光學器件。
由上述過程可知，在刻蝕過程中，覆蓋所述頂部金屬層圖形區的犧牲層70及介質層10先於覆蓋頂部金屬層的圖形線縫區30的犧牲層70及介質層10被移除，並最終得到如圖8所示的頂部金屬層圖形線縫區30內介質層10略高於頂部金屬層20表面的半導體光學器件，所述半導體光學器件帶有光潔、平整表面的頂部金屬層20；刻蝕過程中，位於半導體光學器件頂部金屬層圖形線縫區的犧牲層70相對位於其下方的頂部金屬層表面介質層10起到掩膜作用，可保證刻蝕後半導體光學器件頂部金屬層圖形線縫區內介質層的高度略高於頂部金屬層表面，避免由於導電雜質進入頂部金屬層圖形線縫區內，而在後續製程中造成頂部金屬層圖形間的短路，繼而造成器件顯示缺陷。
採用本發明方法，可有效避免半導體光學器件頂部金屬層表面劃痕的產生，並可降低生產成本；同時，引入犧牲層，並控制此犧牲層材料的刻蝕速率低於頂部金屬層表面介質層材料的刻蝕速率，可保證反刻製程不會在半導體光學器件頂部金屬層圖形線縫區刻蝕過度，產生凹陷，而影響後續製程。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法，所述頂部金屬層具有圖形區及圖形線縫區，所述介質層覆蓋頂部金屬層圖形區並填充頂部金屬層的圖形線縫區，其特徵在於，包括在所述介質層上形成一犧牲層；刻蝕所述犧牲層及介質層；露出頂部金屬層圖形區。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述刻蝕方法採用等離子體刻蝕。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述犧牲層覆蓋介質層。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述犧牲層的形成方法為旋塗法。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述犧牲層材料的選擇區別於介質層材料。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述犧牲層材料的刻蝕速率低於所述介質層材料的刻蝕速率。
7.根據權利要求1或6所述的方法，其特徵在於所述犧牲層材料和介質層材料的刻蝕速率之差保證所述犧牲層刻蝕完成後，填充頂部金屬層圖形線縫區的介質層表面高於覆蓋頂部金屬層圖形區的介質層表面。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於所述犧牲層材料及介質層材料的刻蝕速率之差可通過調整工藝參數控制。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於所述工藝參數包括刻蝕氣體的選擇、刻蝕功率、刻蝕氣體壓力等。
10.根據權利要求5或6所述的方法，其特徵在於所述犧牲層材料可選用光刻膠、旋塗二氧化矽、各種合成樹脂等材料中的一種。
全文摘要
一種半導體光學器件頂部金屬層表面介質層的移除方法，所述頂部金屬層具有圖形區及圖形線縫區，所述介質層覆蓋頂部金屬層圖形區並填充頂部金屬層的圖形線縫區，包括在所述介質層上形成一犧牲層；刻蝕所述犧牲層及介質層；露出頂部金屬層圖形區。
文檔編號H01L21/311GK101093865SQ20061002784
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月19日 優先權日2006年6月19日
發明者楊振良 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司