CN101303987A - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体结构，在所述半导体结构上具有铝焊垫，在所述半导体结构和铝焊垫上具有钝化层；在所述钝化层上形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层，形成开口图案；刻蚀所述开口图案底部的钝化层，在所述钝化层中形成开口；去除所述光刻胶层；用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁；用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁。本发明可去除在刻蚀钝化层的工艺时产生的聚合物。

Description

半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件的制造方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，在完成前段的半导体器件的制造和后段的金属互连线的制造工艺后，需要在顶层金属互连线上形成焊垫；在封装工艺中，将外引线直接焊接在该焊垫上，或者在该焊垫上形成焊料凸块。铝金属具有较低的电阻率、易刻蚀以及与介质材料、金属材料具有较好的粘结特性等优点，常用来制造焊垫。由于铝工艺简单，成本较低，在65nm甚至更小的技术节点的工艺中，也常常用铝金属制造焊垫。
图1至图6为现有一种铝焊垫制造工艺的各步骤相应的结构的剖面示意图。
如图1所示，提供半导体结构10，所述半导体结构10中具有半导体器件和金属互连线(未示出)。在所述半导体结构10上具有介质层12和顶层金属互连线11。所述顶层金属互连线11可以是铝或铜。
如图2所示，在所述介质层12和顶层金属层11上形成绝缘层14。通过光刻和刻蚀工艺在所述绝缘层14中形成第一开口16，所述第一开口16的底部露出所述顶层金属互连线11。
如图3所示，在所述第一开口16和绝缘层14上沉积铝金属层18。
如图4所示，在所述铝金属层18上形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层形成焊垫图案19a。
如图5所示，刻蚀未被所述焊垫图案19a覆盖的铝金属层18，形成焊垫18a。接着，去除所述焊垫图案19a。
如图6所示，在所述绝缘层14和焊垫18a上形成钝化层20，并在所述钝化层20中形成第二开口17，所述第二开口17底部露出所述焊垫18a的表面。所述钝化层20用于保护所述焊垫18a。
在所述的制造工艺中，第二开口17一般用等离子体干法刻蚀所述钝化层20的工艺形成，刻蚀气体为含氟的气体；在刻蚀过程中会产生如图7所示的聚合物21，该聚合物21附着在所述第二开口17的侧壁；在后续的封装块工艺中，需要在所述第二开口17底部的焊垫18a上形成外引线或焊料凸块，所述的聚合物21会影响后续的封装工艺，使得焊料凸块或外引线与所述焊垫18a的粘附性变差；进而影响形成的封装块的稳定性。
在专利号为5785236的美国专利中，还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。
发明内容
本发明提供一种半导体器件的制造方法，本发明可去除在刻蚀钝化层的工艺中产生的聚合物。
本发明提供的一种半导体器件的制造方法，包括：
提供半导体结构，在所述半导体结构上具有铝焊垫，在所述半导体结构和铝焊垫上具有钝化层；
在所述钝化层上形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层，形成开口图案；
刻蚀所述开口图案底部的钝化层，在所述钝化层中形成开口；
去除所述光刻胶层；
用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁；
用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁。
可选的，用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗的工艺中清洗的方法为浸泡或喷淋；用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗的工艺中清洗的方法为浸泡或喷淋。
可选的，所述用含有硫酸和双氧水的溶液清洗的时间为10至60s。
可选的，所述用含有氢氟酸和氨水的溶液清洗的时间为60至180s。
可选的，所述含有硫酸和双氧水的水溶液中还包含有氢氟酸。
可选的，所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为1％至5％，双氧水的浓度为3至10％。
可选的，所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为3％，双氧水的浓度为7％。
可选的，所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为3至7％，氨水的浓度小于2％。
可选的，所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为5％，氨水的浓度为1％。
可选的，所述用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁的步骤分为多次进行，且随着清洗次数的增加，氢氟酸和氨水的浓度依次减小。
可选的，该方法进一步包括：用去离子水清洗所述开口的侧壁和底部。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
用含有氢氟酸和氨水的水溶液以及用含有硫酸和双氧水的水溶液相结合的清洗工艺可去除所述开口侧壁和底部的聚合物；增强后续外引线或焊料凸块与所述开口侧壁结合力度，增强外引线或焊料凸块与所述焊垫的结合力度；提高器件的稳定性。
在本发明的清洗工艺中，也不会损伤铝焊垫的表面。
附图说明
图1至图6为现有一种铝焊垫的制造工艺各步骤相应的结构的剖面示意图；
图7为现有的铝焊垫的制造工艺在所述第二钝化层的开口侧壁形成的聚合物残留的剖面示意图；
图8为本发明的半导体器件的制造方法的第一实施例的流程图；
图9至图19为本发明的半导体器件的制造方法第一实施例的各步骤相应结构的剖面示意图；
图20为本发明的半导体器件的制造方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图8为本发明的半导体器件的制造方法的实施例的流程图。图9至19图为本发明的半导体器件的制造方法的实施例的各步骤相应的结构的剖面示意图。
如图8所示流程图，步骤S100，提供半导体结构，在所述半导体结构上具有铝焊垫，在所述半导体结构和铝焊垫上具有钝化层。
如图9所示的剖面示意图，提供半导体结构，该半导体结构包括半导体基底30和所述半导体基底30上的介质层32，在所述介质层32中具有金属互连线31。
所述半导体基底30材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述半导体基底30的材质也可以是硅锗化合物，所述半导体基底30还可以是绝缘层上硅(Silicon On Insulator，SOI)结构或硅上外延层结构。在所述半导体基底30中形成有半导体器件(未示出)，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体器件。
所述介质层32的材质可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧硅化合物、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、黑钻石(BlackDiamond，BD)中的一种，形成所述介质层32的方法为物理气相沉积或化学气相沉积或原子层沉积中的一种。
在所述介质层32中的金属互连线31为铝或铜，该金属互连线31为顶层互连线。
在其它的实施例中，在所述金属互连线31和介质层32之间可以有粘结层(未示出)，所述粘结层可以是钛、氮化钛和钛、钽、钽和氮化钽中的一种。
如图10所示的剖面示意图，在所述金属互连线31和介质层32上形成绝缘层34。所述绝缘层34的材质可以是氧化硅、氮化硅、碳氧硅化合物中的一种或组合；形成所述绝缘层34的方法为物理气相沉积或化学气相沉积或原子层沉积；该绝缘层34为保护层，用于保护半导体器件和金属互连线免受污染、划伤等影响。
如图11所示的剖面示意图，在所述绝缘层34上旋涂光刻胶层33，然后通过曝光显影工艺图形化所述光刻胶层33，在所述光刻胶层33中形成开口图案33a，所述开口图案33a位于金属互连线31上方相应位置，且所述开口图案33a的底部露出所述绝缘层34的表面。
如图12所示的剖面示意图，以所述光刻胶层33作为刻蚀阻挡层，刻蚀所述开口图案33a底部绝缘层34，在所述绝缘层34中形成开口34a；所述开口34a的底部露出所述金属互连线31的表面，所述刻蚀等离子体干法刻蚀，刻蚀气体为含氟的化合物，例如，CF4、C3F8、C4F8、CHF3等。
然后，去除所述光刻胶层33。
如图13所示的剖面示意图，在所述第一开口34a底部、侧壁和所述绝缘层34上形成金属阻挡层35，在所述金属阻挡层35上形成铝金属层36。所述金属阻挡层35可以为钛、氮化钛、钛和氮化钛、钽、氮化钽、钽和氮化钽中的一种；形成所述金属阻挡层35的方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种；所述金属阻挡层35一方面用作所述铝金属层36和绝缘层34之间的阻挡层，阻止铝金属层36中的铝向所述绝缘层34中扩散；另一方面增强所述铝金属层36和所述绝缘层34之间的粘附性，增强器件的稳定性。
所述铝金属层36的形成方法为物理气相沉积、化学气相沉积、电镀中的一种，所述铝金属层36用于形成铝焊垫。
如图14所示的剖面示意图，在所述铝金属层36上形成光刻胶层，然后图形化所述光刻胶层形成焊垫图案39，该焊垫图案39位于所述第一开口34a上方相应位置。
在所述铝金属层36上旋涂光刻胶层之前可以先在所述铝金属层36上旋涂抗反射层(未示出)，然后再在所述抗反射层上旋涂光刻胶层。
如图15所示的剖面示意图，通过刻蚀去除未被所述焊垫图案39覆盖的铝金属层36和金属阻挡层35，形成焊垫36a，所述刻蚀可以是等离子体干法刻蚀，在其中的一个实施例中，产生等离子体的气体为含氯的气体。
接着，去除所述焊垫图案39。
如图16所示的剖面示意图，在所述焊垫36a和所述绝缘层34上形成氧化硅(TEOS)层37a，在所述氧化硅层37a上形成氮化硅层37b，该氧化硅层37a和氮化硅层37b作为钝化层，用于保护所述焊垫36a。形成所述氧化硅层37a和氮化硅层37b的方法可以是化学气相沉积。
步骤S110，如图8所示的流程图，在所述钝化层上形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层，形成开口图案。
如图17所示，在所述氮化硅层27b上形成光刻胶层38，并通过曝光显影图形化所述光刻胶层38，在所述光刻胶层38中形成开口图案38a，所述开口图案38a位于所述焊垫36a上方相应的位置。
步骤S120，如图8所示的流程图，刻蚀所述开口图案底部的钝化层，在所述钝化层中形成开口。
如图18所示，刻蚀所述开口图案38a底部的氮化硅层37b和氧化硅层37a，将所述开口图案38a转移到所述氮化硅层37b和氧化硅层37a中，在所述氮化硅层37b和氧化硅层37a(即钝化层)中形成开口37c；所述开口37c的底部露出所述焊垫36a的表面。所述刻蚀为等离子体干法刻蚀，产生等离子体的刻蚀气体可以是含氟的化合物，例如刻蚀气体可以是CF4、C3F8、C2F6、C4F8、CHF3、NF3、SiF4中的一种。
步骤S130，如图8所示的流程图，去除所述光刻胶层。
如图19所示，通过氧气等离子体灰化(Ash)去除所述光刻胶层38。
步骤S140，如图8所示的流程图，用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁。
完成所述的氧气等离子体灰化后，用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口的底部和侧壁；所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为1％至5％，双氧水的浓度为3至10％；在其中的一个实施例中所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为3％，双氧水的浓度为7％。所述的含有硫酸和双氧水的水溶液中还可以包含有氢氟酸溶液。
所述用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗的时间为10s至60s，清洗的方式可以是浸泡或喷淋。
在通过刻蚀形成所述开口37c的过程中，含氟的刻蚀气体常常在所述开口37c的侧壁产生聚合物，该聚合物会附着的所述开口37c的侧壁；由于在封装工艺中需要在所述开口37c底部的焊垫36a上形成外引线或焊料凸块，所述聚合物会影响外引线或焊料凸块与所述开口37c侧壁结合力度，从而影响与所述焊垫36a的结合力度，导致封装块的稳定性下降。通过含有硫酸和双氧水的水溶液对所述开口37c底部和侧壁的清洗，可去除所述开口37c底部和侧壁的聚合物，特别可以去除含有金属材质的聚合物。
此外，用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口37c底部和侧壁的工艺中，还可以去除所述氮化硅层37b表面的光刻胶残留物。该光刻胶残留物为氧气等离子体灰化(Ash)去除所述光刻胶层38后的残留物。
步骤S150，如图8所示的流程图，用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁。
完成用含有硫酸和双氧水的水溶液的清洗步骤后，用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口37c的底部和侧壁；所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为3至7％，氨水的浓度小于2％；在其中的一个实施例中，所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为5％，氨水的浓度为1％。在所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中还可以含有有机溶剂。
所述用含有氢氟酸和氨水的溶液清洗的时间为60至180s；清洗的方式可以是浸泡或喷淋。
在通过刻蚀形成所述开口37c的过程中，含氟的刻蚀气体常常在所述开口37c的侧壁产生聚合物，该聚合物附着的所述开口37c的侧壁；通过含有硫酸和双氧水的水溶液的清洗去除了所述开口37c的侧壁和底部的一些聚合物，特别是去除了含有金属材质的聚合物；通过该含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗可去除所述聚合物中含有碳和氟的聚合物；用含有硫酸和双氧水的水溶液以及含有氢氟酸和氨水的水溶液相结合清洗可使得所述开口37c侧壁和底部的聚合物被去除的较为干净。增强后续外引线或焊料凸块与所述开口37c侧壁结合力度，从而增强外引线或焊料凸块与所述焊垫36a的结合力度；提高器件的稳定性。
在另外的实施例中，所述用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁的步骤可分为多次进行，且随着清洗次数的增加，氢氟酸和氨水的浓度依次减小。
完成用含有氢氟酸和氨水的溶液清洗的工艺后，用去离子水进一步清洗所述开口的侧壁和底部。
图20为本发明的半导体器件的第二实施例的流程图，如图20所示的流程图：
步骤S200，提供半导体结构，在所述半导体结构上具有铝焊垫，在所述铝焊垫和半导体结构上具有钝化层；
步骤S210，在所述钝化层上形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层，形成开口图案；
步骤S220，刻蚀所述开口图案底部的钝化层，在所述钝化层中形成开口；
步骤S230，去除所述光刻胶层；
步骤S240，用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁；
所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为3至7％，氨水的浓度小于2％。在其中的一个实施例中，所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为5％，氨水的浓度为1％。在所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中还可以含有有机溶剂。
所述用含有氢氟酸和氨水的溶液清洗的时间为60至180s；清洗的方式可以是浸泡或喷淋。
在另外的实施例中，所述用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁的步骤可分为多次进行，且随着清洗次数的增加，氢氟酸和氨水的浓度依次减小。
步骤S250，用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁。
所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为1％至5％，双氧水的浓度为3至10％。在其中的一个实施例中所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为3％，双氧水的浓度为7％。所述的含有硫酸和双氧水的水溶液中还可以包含有氢氟酸溶液。
所述用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗的时间为10s至60s，清洗的方式可以是浸泡或喷淋。
完成用含有氢氟酸和氨水的溶液清洗的工艺后，用去离子水进一步清洗所述开口的侧壁和底部。
该实施例中先通过含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁，去除所述开口侧壁和底部的含有碳或氟的聚合物；接着通过含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁，去除所述开口侧壁和底部含有金属材质的聚合物；用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗以及含有硫酸和双氧水的水溶液相结合可使得所述开口侧壁和底部的聚合物被去除的较为干净；增强后续外引线或焊料凸块与所述开口侧壁结合力度，从而增强外引线或焊料凸块与所述焊垫的结合力度；提高器件的稳定性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1、一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供半导体结构，在所述半导体结构上具有铝焊垫，在所述半导体结构和铝焊垫上具有钝化层；
在所述钝化层上形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层，形成开口图案；
刻蚀所述开口图案底部的钝化层，在所述钝化层中形成开口；
去除所述光刻胶层；
用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁；
用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁。
2、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：用含有硫酸和双氧水的水溶液清洗的工艺中清洗的方法为浸泡或喷淋；用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗的工艺中清洗的方法为浸泡或喷淋。
3、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述用含有硫酸和双氧水的溶液清洗的时间为10至60s。
4、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述用含有氢氟酸和氨水的溶液清洗的时间为60至180s。
5、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述含有硫酸和双氧水的水溶液中还包含有氢氟酸。
6、如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为1％至5％，双氧水的浓度为3至10％。
7、如权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述含有硫酸和双氧水的水溶液中硫酸的浓度为3％，双氧水的浓度为7％。
8、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为3至7％，氨水的浓度小于2％。
9、如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述含有氢氟酸和氨水的水溶液中氢氟酸的浓度为5％，氨水的浓度为1％。
10、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述用含有氢氟酸和氨水的水溶液清洗所述开口底部和侧壁的步骤分为多次进行；且随着清洗次数的增加，氢氟酸和氨水的浓度依次减小。
11、如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法进一步包括：用去离子水清洗所述开口的侧壁和底部。
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