CN101645408A

CN101645408A - 焊盘及其形成方法

Info

Publication number: CN101645408A
Application number: CN200810117727A
Authority: CN
Inventors: 王新鹏; 孙武
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2028-08-04
Also published as: CN101645408B

Abstract

一种焊盘形成方法，包括，在基底上形成介质层；利用包含第一氟碳气体和第二氟碳气体的第一反应气体对所述介质层执行主刻蚀操作，所述第一氟碳气体中的氟碳比例大于2∶1，所述第二氟碳气体中的氟碳比例小于或等于2∶1；利用包含第二氟碳气体的第二反应气体执行所述介质层的过刻蚀操作，形成接触孔；形成覆盖所述介质层并填充所述接触孔的导电层，形成焊盘。一种焊盘，所述焊盘形成于覆盖基底的介质层中，所述焊盘包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁和由所述底壁边缘向上延伸后与顶壁接合的侧壁，由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角大于90度。均可改善导电层对所述接触孔的填充效果。

Description

焊盘及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种焊盘及其形成方法。

背景技术

焊盘作为在半导体器件与其它半导体器件、电子元件或外部电路间形成连接以构成电子电路模块的承接组件，要求具有良好的导电性和可靠性，在半导体器件的内部结构中具有重要作用，对焊盘制作工艺进行优化，历来是器件结构工程师追求的目标。

当前，实践中，如图1所示，形成焊盘的具体步骤包括，步骤11：在基底上形成介质层；步骤12：利用包含第一氟碳气体和氧气的反应气体执行所述介质层的主刻蚀操作，所述第一氟碳气体中的氟碳比例大于2∶1；步骤13：利用包含第二氟碳气体的反应气体执行所述介质层的过刻蚀操作，所述第二氟碳气体中的氟碳比例小于或等于2∶1，形成接触孔；步骤14：形成覆盖所述介质层并填充所述接触孔的导电层，形成焊盘。

然而，实际生产发现，如图2所示，利用现有工艺难以保证所述导电层对所述接触孔的填充效果，即，填充时通常在所述接触孔的边缘附近存在结构异常(如图中圈示区域)，即，台阶覆盖效果偏离理想情况，严重时甚至形成裂缝或孔洞。如何改善所述导电层对所述接触孔的填充效果成为本领域技术人员亟待解决的问题。

2005年11月16日公布的公开号为CN1697137A的中国专利申请中提供了一种半导体工艺中淀积铝填充亚微米孔的方法，通过反复进行多次金属铝加热回流和在孔内进行淀积的步骤，改善高深宽比的孔的填充效果。

但是，应用上述增加回流处理的方法改善所述导电层对所述接触孔的填充效果，既会增加工艺步骤，使制程复杂化；又会增加制程的热预算，影响器件性能。

发明内容

本发明提供了一种焊盘及其形成方法，可改善导电层对所述接触孔的填充效果；本发明提供了一种焊盘；可改善导电层对所述接触孔的填充效果。

本发明提供的一种焊盘形成方法，包括，

在基底上形成介质层；

利用包含第一氟碳气体和第二氟碳气体的第一反应气体对所述介质层执行主刻蚀操作，所述第一氟碳气体中的氟碳比例大于2∶1，所述第二氟碳气体中的氟碳比例小于或等于2∶1；

利用包含第二氟碳气体的第二反应气体执行所述介质层的过刻蚀操作，形成接触孔；

形成覆盖所述介质层并填充所述接触孔的导电层，形成焊盘。

可选地，所述第一氟碳气体至少包括CF₄、C₂F₆或C₃F₈中的一种；可选地，所述第二氟碳气体至少包括C₄F₆或C₄F₈中的一种；可选地，所述第一反应气体和/或第二反应气体中还至少包含N₂或Ar中的一种；可选地，执行主刻蚀操作时，所述第一氟碳气体占第一反应气体的体积比小于未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时所述第一氟碳气体的体积比；可选地，采用所述第一反应气体执行主刻蚀操作时的反应功率小于未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时的反应功率。

本发明提供的一种焊盘，所述焊盘形成于覆盖基底的介质层中，所述焊盘包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁和由所述底壁边缘向上延伸后与顶壁接合的侧壁，由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角大于90度。

可选地，与底壁间的夹角大于90度的所述侧壁在其高度范围内，垂直于所述基底的焊盘剖面呈倒梯形；可选地，由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角为115度～125度。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的焊盘形成方法，通过引入所述第二氟碳气体，使其与所述第一氟碳气体共同执行所述介质层的主刻蚀操作，可在形成的侧壁上附着具有一定厚度的聚合物，所述聚合物既可防止侧壁损伤，也可作为后续刻蚀过程的临时掩模，继而，可获得具有扩大的开口的接触孔，利于改善所述导电层对所述接触孔的填充效果，而无需增加工艺步骤及热预算；

上述技术方案提供的焊盘，通过使由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角大于90度，可形成具有扩大的开口的接触孔，利于改善所述导电层对所述接触孔的填充效果。

附图说明

图1为说明现有技术中焊盘形成过程的流程示意图；

图2为说明现有技术中导电层对接触孔的填充效果示意图；

图3为说明本发明焊盘形成方法实施例的的流程示意图；

图4为说明本发明焊盘形成方法实施例的形成接触孔后的结构示意图；

图5为说明本发明焊盘形成方法实施例的填充导电层后的结构示意图；

图6为说明本发明焊盘实施例的结构示意图。

具体实施方式

尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

由于，实践中，难以保证所述导电层对所述接触孔的填充效果，致使填充时通常在所述接触孔的边缘附近存在结构异常，如，台阶覆盖效果偏离理想情况，严重时甚至形成裂缝或孔洞。如何改善所述导电层对所述接触孔的填充效果成为本发明解决的主要问题。

本发明的发明人从分析所述结构异常的产生原因为基点，通过对导致所述结构异常的相关工艺进行改进，而从根本上改善所述导电层对所述接触孔的填充效果。

本发明的发明人分析后认为，产生所述结构异常的原因在于：形成填充所述接触孔的导电层时，覆盖所述接触孔侧壁的所述导电层的沉积速率低于覆盖所述接触孔底壁的所述导电层的沉积速率，致使经过一定时间后，覆盖所述接触孔侧壁的所述导电层的厚度低于覆盖所述接触孔底壁的所述导电层的厚度，导致在所述接触孔的边角处，所述导电层靠近所述接触孔侧壁的部分与靠近所述接触孔底壁的部分的沉积状况不同，此不同的沉积状况导致在所述接触孔的边角处所述导电层沉积得不均匀，即，形成结构异常。

由此，本发明的发明人提出，提高覆盖所述接触孔侧壁和底壁的所述导电层的沉积速率的均匀性，成为改善所述导电层对所述接触孔的填充效果的指导方向。

本发明的发明人进一步分析后认为，导致覆盖所述接触孔侧壁和底壁的所述导电层的沉积速率不同的原因在于：沉积所述导电层时，其横向(平行于所述底壁)和纵向(平行于所述侧壁)的沉积速率不同。在沉积过程中提供的偏压的作用下，通常，其横向沉积速率大于其纵向沉积速率。综上所述，如何在给定偏压的条件下，增强在所述接触孔的边角处所述导电层的横向和纵向的沉积速率均匀性，成为本发明解决的首要问题。

由此，本发明的发明人提出一种焊盘形成方法，通过在形成所述接触孔时，改变所述接触孔的形貌，具体为，增大所述接触孔的开口，以增大所述侧壁和底壁间的夹角，减小所述沉积操作的横向和纵向的沉积速率不同造成的影响，利于改善所述导电层对所述接触孔的填充效果。

如图3所示，作为本发明的第一实施例，形成焊盘的具体步骤包括：

步骤31：在基底上形成介质层。

在衬底(substrate)上定义器件有源区并完成浅沟槽隔离、继而形成栅极结构及源区和漏区后，形成基底100。

此外，在衬底上定义器件有源区并完成浅沟槽隔离、继而形成栅极结构及源区和漏区后，进而沉积第一层间介质层(即金属前介质层，PMD)，继续在所述第一层间介质层内形成第一层通孔及第一金属层后，仍可形成基底100；或者，在沉积第一层间介质层后，继续形成第一层通孔(via)及沟槽(trench)、并向所述通孔及沟槽填充第一金属层后，仍可形成基底100。

可扩展地，在沉积第N-1层间介质层后，继续形成第N-1层通孔及第N-1金属层后，形成基底100；或者，在沉积第N-1层间介质层后，继续形成第N-1层通孔及沟槽、并向所述通孔及沟槽填充第N-1金属层后，仍可形成基底100。显然，所述层间介质层的数目N可为任意自然数，如1、3、5、7或9等，所述层间介质层的具体数目根据产品要求确定。所述金属前介质层覆盖所述栅极结构及源区和漏区并填满位于所述栅极结构间的线缝；所述栅极结构包含栅极、环绕栅极的侧墙及栅氧化层。所述栅极结构还可包含覆盖所述栅极和侧墙的阻挡层。所述衬底包含但不限于包括元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。

可采用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)、SACVD(亚常压化学气相淀积)或LPCVD(低压化学气相淀积)等工艺形成所述介质层。所述介质层可为低介电常数材料，所述低介电常数材料包括但不限于黑钻石(Black Diamond，BD)或coral中的一种。所述介质层材料也可包含但不限于未掺杂的二氧化硅(SiO₂)、磷硅玻璃(phosphosilicateglass，PSG)、硼硅玻璃(borosilicate，BSG)、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate，BPSG)、氟硅玻璃(FSG)或氮化硅(SiN)中的一种或其组合。

步骤32：利用包含第一氟碳气体和第二氟碳气体的第一反应气体对所述介质层执行主刻蚀操作，所述第一氟碳气体中的氟碳比例大于2∶1，所述第二氟碳气体中的氟碳比例小于或等于2∶1。

此步骤可重点突出本发明提供的技术方案与传统技术的区别：传统技术中，执行主刻蚀操作时，采用的反应气体包含所述第一氟碳气体和氧气，其中，所述第一氟碳气体用以去除为形成所述接触孔而需被去除的介质层，所述氧气用以去除刻蚀过程中形成于所述接触孔侧壁上的聚合物副产物；而在本发明提供的技术方案中，强调的是，利用形成于所述接触孔侧壁上的聚合物，使其作为后续刻蚀过程的临时掩模，以获得具有扩大的开口的接触孔，因此，在本发明提供的技术方案中，氧气不再是必需的，甚至，所述反应气体中最好是不包括氧气，以保留形成于所述接触孔侧壁上的聚合物；此外，为更好地形成扩大接触孔开口时所需的聚合物，在所述反应气体中还引入了所述第二氟碳气体，所述第二氟碳气体中氟碳比例较小，利于在所述接触孔侧壁上形成聚合物。

作为本发明的实施例，所述第一氟碳气体可为CF₄；所述第二氟碳气体可为C₄F₈。

进一步地，执行主刻蚀操作时，所述第一氟碳气体占第一反应气体的体积比小于未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时所述第一氟碳气体的体积比。原因在于：如前所述，传统技术中，执行主刻蚀操作时的反应气体中包含CF₄和氧气；本方案中，执行主刻蚀操作时的反应气体中包含CF₄和C₄F₈；换用C₄F₈而摒弃氧气是由于，在本方案中，为增大所述侧壁和底壁间的夹角，需利用C₄F₈执行刻蚀操作时产生的聚合物作为临时掩模，由于所述临时掩模的存在，使得在所述主刻蚀过程中，相比于传统技术，被去除的所述介质层有所减少，使得执行本方案时，仅需采用较小比例的CF₄即可完成所述主刻蚀操作；通过减小所述第一氟碳气体占反应气体的体积比，可减少所述第一氟碳气体的消耗，降低生产成本。需说明的是，本文件中，“未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时”意指传统技术中利用所述第一氟碳气体和氧气执行主刻蚀操作时。

作为本发明的实施例，若传统技术中，执行主刻蚀操作时的反应气体中包含CF₄和氧气，所述CF₄的流速为140sccm；所述氧气的流速为25sccm；则在本发明提供的技术方案中，执行主刻蚀操作时的反应气体中包含CF₄、C₄F₈和氮气时，所述CF₄的流速为60sccm；所述C₄F₈的流速为5sccm；所述氮气的流速为20sccm。其中，所述氮气利于使反应均匀地进行。

需说明的是，所述第一氟碳气体可至少包括CF₄、C₂F₆或C₃F₈中的一种。所述第二氟碳气体可至少包括C₄F₆或C₄F₈中的一种。考虑到，实践中，由于设备型号差异、产品要求差异等因素的存在，导致形成的不同的介质层的状态有所不同，本领域技术人员可在上述较佳实施例的教导下，扩展执行本方案的工艺条件，作为示例，若传统技术中，执行主刻蚀操作时的反应气体中包含CF₄和氧气，所述CF₄的流速范围为100sccm～200sccm，如140sccm、160sccm；所述氧气的流速范围为10sccm～50sccm，如20sccm、25sccm、30sccm；则在本发明提供的技术方案中，执行主刻蚀操作时的反应气体中包含CF₄、C₄F₈和氮气时，所述CF₄的流速范围为10sccm～100sccm，如40sccm、60sccm；所述C₄F₈的流速范围为1sccm～10sccm，如4sccm、5sccm、6sccm；所述氮气的流速范围为10sccm～50sccm，如20sccm、25sccm、30sccm。

此外，采用所述第一反应气体执行主刻蚀操作时的反应功率小于未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时的反应功率。原因在于：反应功率的减小，利于在刻蚀过程中保留所述聚合物。在上述实施例中，若传统技术中，执行主刻蚀操作时，反应功率为2400W；则在本发明提供的技术方案中，执行主刻蚀操作时，反应功率可仅为1600W。

在上述较佳实施例的教导下，执行本方案时可扩展的工艺条件包括，作为示例，若传统技术中，执行主刻蚀操作时，反应功率范围为1000W～3000W，如1200W、1500W、2000W；则在本发明提供的技术方案中，执行主刻蚀操作时，反应功率范围为500W～2000W，如800W、1000W。

步骤33：利用包含第二氟碳气体的第二反应气体执行所述介质层的过刻蚀操作，形成接触孔。

所述第一反应气体和/或第二反应气体中还可包含Ar，以利于使反应均匀地进行。作为本发明的实施例，包含Ar时，Ar的流速为300sccm。

应注意到，所述第一反应气体和/或第二反应气体中可至少包含N₂或Ar中的一种。所述N₂和/或Ar均利于使反应均匀地进行。在上述实施例的教导下，包含Ar时，可扩展的流速范围为100sccm～500sccm，如200sccm、250sccm。

应用上述工艺参数，形成的具有扩大开口的接触孔如图4所示。

步骤34：形成覆盖所述介质层并填充所述接触孔的导电层，形成焊盘。

所述导电层包含铝或铝铜合金。可采用溅射工艺形成所述导电层。形成的所述焊盘如图5所示。

通过引入所述第二氟碳气体，使其与所述第一氟碳气体共同执行所述介质层的主刻蚀操作，可在形成的侧壁上附着具有一定厚度的聚合物，所述聚合物既可防止侧壁损伤，也可作为后续刻蚀过程的临时掩模，继而，可获得具有扩大的开口的接触孔，利于改善所述导电层对所述接触孔的填充效果。

此外，本发明还提供了一种焊盘，如图6所示，所述焊盘30形成于覆盖基底10的介质层20中，所述焊盘包括顶壁32、与所述顶壁32相对的底壁34和由所述底壁34边缘向上延伸后与顶壁32接合的侧壁36，由所述底壁34边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁36与底壁34间的夹角大于90度。

特别地，与底壁间的夹角大于90度的所述侧壁在其高度范围内，垂直于所述基底的焊盘剖面呈倒梯形。优选地，由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角为115度～125度，如120度。

通过使由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角大于90度，可形成具有扩大的开口的接触孔，利于改善所述导电层对所述接触孔的填充效果。

需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。

Claims

1.一种焊盘形成方法，其特征在于，包括，

在基底上形成介质层；

2.根据权利要求1所述的焊盘形成方法，其特征在于：所述第一氟碳气体至少包括CF₄、C₂F₆或C₃F₈中的一种。

3.根据权利要求1所述的焊盘形成方法，其特征在于：所述第二氟碳气体至少包括C₄F₆或C₄F₈中的一种。

4.根据权利要求1所述的焊盘形成方法，其特征在于：所述第一反应气体和/或第二反应气体中还至少包含N₂或Ar中的一种。

5.根据权利要求1所述的焊盘形成方法，其特征在于：执行主刻蚀操作时，所述第一氟碳气体占第一反应气体的体积比小于未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时所述第一氟碳气体的体积比。

6.根据权利要求1所述的焊盘形成方法，其特征在于：采用所述第一反应气体执行主刻蚀操作时的反应功率小于未利用所述第二氟碳气体执行主刻蚀操作时的反应功率。

7.一种利用权利要求1所述的方法形成的焊盘，所述焊盘形成于覆盖基底的介质层中，所述焊盘包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁和由所述底壁边缘向上延伸后与顶壁接合的侧壁，其特征在于：由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角大于90度。

8.根据权利要求7所述的焊盘，其特征在于：与底壁间的夹角大于90度的所述侧壁在其高度范围内，垂直于所述基底的焊盘剖面呈倒梯形。

9.根据权利要求7所述的焊盘，其特征在于：由所述底壁边缘向上延伸的至少部分高度的所述侧壁与底壁间的夹角为115度～125度。