CN101673692A - 一种形成焊盘的两步刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形成焊盘的两步刻蚀方法，包括：在形成最后一层金属层的圆片上依次生长停止层和钝化层，所述停止层为不同于所述钝化层的绝缘材料；将生长了停止层和钝化层的圆片光刻出焊盘的图形；根据所述焊盘图形刻蚀所述钝化层，去除所述光刻用的光刻胶；刻蚀所述停止层以形成焊盘。本发明在去除光刻胶时，利用停止层来保护焊盘表面，从而避免了对焊盘表面的氧化，减少后续湿法清洗对焊盘表面造成的缺陷，进一步防止出现引线容易脱落或引线键合失败的问题。

Description

一种形成焊盘的两步刻蚀方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术，具体涉及一种形成焊盘的两步刻蚀方法。
背景技术
半导体器件或集成电路的制作过程中，在最后一层金属上生长钝化层之后，为了与其它器件或集成电路连接，需要采用刻蚀工艺，将圆片最上面的顶层金属暴露出一部分，以形成焊盘，用于键合引线，以便与其它器件或集成电路相连。
图1所示为现有技术中形成焊盘的刻蚀过程示意图。参见图1，在形成有半导体器件结构及最后一层金属层的圆片上生长钝化层(步骤100，如图1中a所示)，在钝化层上涂敷光刻胶并光刻出焊盘的图形(步骤101，如图1中b所示)，然后采用刻蚀方法，按照光刻出的图形将顶层金属上面的钝化层去掉(步骤102，如图1中c所示)，从而露出顶层金属的一部分表面；然后采用氧气灰化的方法，将钝化层表面的光刻胶去掉(步骤103，如图1中d所示)，从而形成焊盘。
形成焊盘之后，利用酸性的溶液对圆片进行湿法清洗，然后将圆片进行划片，划分为独立的半导体器件或集成电路芯片，最后将用于与其它器件或集成电路连接的引线键合在各个芯片的焊盘上。
该方法中，在钝化层的刻蚀完成后，使用氧气灰化的方法去掉钝化层表面的光刻胶，此时经刻蚀露出的焊盘表面完全暴露在氧气和灰化时的高温环境中，氧气和高温使得暴露的焊盘表面与氧气发生氧化反应生成氧化物，在利用酸性溶液对圆片进行湿法清洗时，会去除焊盘表面的氧化物，从而在焊盘表面形成缺陷。而在后续划片时，冷却水中的金属离子等物质会吸附在焊盘表面的缺陷中(如图2所示)，使得在焊盘上键合引线时，引线容易脱落，甚至引起引线键合失败。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种形成焊盘的两步刻蚀方法，防止对焊盘的表面造成缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种形成焊盘的两步刻蚀方法，包括：
在形成最后一层金属层的圆片上依次生长停止层和钝化层，所述停止层为不同于所述钝化层的绝缘材料；
将生长了停止层和钝化层的圆片光刻出焊盘的图形；
根据所述焊盘图形刻蚀所述钝化层，去除所述光刻用的光刻胶；
刻蚀所述停止层以形成焊盘。
较佳地，所述生长停止层为利用高密度等离子体化学气相沉积HDPCVD方法、等离子增强化学气相沉积PECVD方法来生长。
较佳地，所述停止层为含硅的绝缘材料，包括氮化硅、氮氧化硅或碳化硅，或所述停止层为氮化钛或氮化钽。
较佳地，所述停止层的厚度为100埃。
较佳地，所述刻蚀钝化层和刻蚀停止层为利用高密度等离子体HDP刻蚀、感应耦合等离子体ICP刻蚀或反应离子刻蚀RIE来刻蚀钝化层和停止层。所述刻蚀钝化层时，具有横向刻蚀速率和纵向刻蚀速率。较佳地，所述停止层为氮化硅或氮氧化硅时，利用ICP来刻蚀所述停止层时的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100mTorr，甲烷的流量为120sccm，三氟甲烷的流量为40sccm，氩气的流量为200sccm。所述停止层为碳化硅时，利用ICP刻蚀所述停止层的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100mTorr，甲烷的流量为160sccm，三氟甲烷的流量为50sccm，氩气的流量为200sccm，氧气的流量为5sccm。
较佳地，所生长的停止层的厚度小于所生长的钝化层的厚度，所述刻蚀停止层是利用所述钝化层作为掩膜来刻蚀。
较佳地，所述最后一层金属层为铝金属层，所述焊盘为铝盘。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案，在最后一层金属层上依次生长停止层和钝化层，该停止层的材料是不同于钝化层的绝缘材料，其厚度小于钝化层的厚度；将生长了停止层和钝化层的圆片光刻出焊盘的图形；根据该焊盘图形刻蚀钝化层，并去除光刻用的光刻胶；然后利用钝化层作为掩膜刻蚀停止层，从而形成焊盘。本发明在去除刻蚀钝化层时所用的光刻胶掩膜时，通过焊盘表面上的停止层来保护焊盘表面，从而减小了去除光刻胶时对焊盘表面的氧化，避免了后续湿法腐蚀对焊盘表面造成缺陷，进一步造成后续制作的引线容易脱落或引线键合失败。
附图说明
图1为现有技术中形成焊盘的刻蚀过程示意图；
图2为现有技术中形成的焊盘表面的光学显微镜图片；
图3为本发明较佳实施例中形成焊盘的刻蚀过程示意图；
图4为本发明较佳实施例中形成的焊盘表面的光学显微镜图片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的形成焊盘的两步刻蚀方法，在形成最后一层金属层的圆片上依次生长停止层和钝化层，所述停止层为不同于所述钝化层的绝缘材料；将生长了停止层和钝化层的圆片光刻出焊盘的图形；根据光刻出的焊盘的图形刻蚀所述钝化层，去掉所述光刻用的光刻胶；刻蚀所述停止层以形成焊盘。
图3为本发明较佳实施例中形成焊盘的刻蚀过程示意图。参见图3，本发明较佳实施例中形成焊盘的刻蚀过程包括以下步骤：
步骤300，在形成最后一层金属层的圆片上依次生长停止层和钝化层，该停止层为不同于钝化层的绝缘材料，如图3中A所示。
本实施例中，最后一层金属层可以为铝金属层。
本步骤中，生长钝化层可以使用化学气相沉积的方法，例如高密度等离子化学气相沉积(HDPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。
本实施例中，所生长停止层的厚度较佳为100埃。实际中停止层的厚度需大于后续刻蚀钝化层时所刻蚀厚度最大值与最小值的差值，即要考虑到圆片的刻蚀均匀性，但如果在刻蚀很均匀性时，可以不考虑刻蚀的均匀性，即停止层的厚度可以很小。
停止层的材料是不同于钝化层的绝缘材料，例如含硅绝缘材料：钝化层是磷硅玻璃(PSG)时，停止层可以是氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)或碳化硅(SiC)等，或停止层的材料也可以是氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)类的材料。
步骤301，将生长了停止层和钝化层的圆片光刻出焊盘的图形，如图3中B所示。
本步骤中，首先在生长了停止层和钝化层的圆片上涂敷光刻胶，利用焊盘图形所对应的掩膜版对光刻胶进行曝光，然后腐蚀出焊盘图形。
步骤302，根据光刻出的焊盘图形来刻蚀钝化层，如图中C所示，然后，去掉光刻用的光刻胶，如图3中D所示。
本步骤中，使用光刻胶作为掩膜来刻蚀钝化层，然后去除剩余的光刻胶。
刻蚀钝化层时，可以利用刻蚀系统的终点检测系统来检测是否已刻蚀到停止层，例如如果停止层为氮化硅，则在刻蚀时可以通过终点检测系统来监测刻蚀生成物的光谱，如果出现氮的光谱，则表明钝化层刻蚀完毕，当前已刻蚀到停止层，可以在此时停止刻蚀，或过刻蚀一预定时间段后停止刻蚀。
去除剩余的光刻胶时，可以利用氧化灰化的方法，此时由于焊盘的金属表面被停止层所保护，所以氧气灰化时，不会对焊盘表面造成氧化。
步骤303，刻蚀停止层以形成焊盘，如图中E所示。
本实施例中焊盘为铝盘。
本步骤中，可以以钝化层作为掩膜来刻蚀停止层，此时要求步骤300中生长的停止层的厚度小于钝化层的厚度。同时，刻蚀时具有横向刻蚀速率和纵向刻蚀速度，因此停止层刻蚀结束时，圆片的图形与焊盘所对应的掩膜版的图形一致。
在步骤302和303中刻蚀钝化层和刻蚀停止层时，可以利用高密度等离子体(HDP)刻蚀、感应耦合等离子体(ICP)刻蚀或反应离子刻蚀(RIE)等方法来刻蚀。
举例来说，当利用感应耦合等离子体刻蚀时，停止层为氮化硅时，刻蚀停止层的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100毫托(mTorr)，甲烷(CF4)流量为120标准立方厘米/分(sccm)，三氟甲烷(CHF3)的流量为40sccm，氩气(Ar)的流量为200sccm；停止层为氮氧化硅时，刻蚀停止层的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100mTorr，CF4流量为120sccm，CHF3的流量为40sccm，Ar流量为200sccm；当停止层为碳化硅时，刻蚀停止层的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100mTorr，CF4流量为160sccm，CHF3流量为50sccm，Ar流量为200sccm，O2流量为5sccm。
本步骤中，也可以利用刻蚀系统的终点检测系统来检测是否已将停止层去除。例如停止层为氮化硅时，如果刻蚀生成物没有了氮的成分，则说明停止层已去除。
由于刻蚀绝缘材料所采用的工艺条件对于金属的刻蚀速率极小，所以实际应用中也可以利用停止层的厚度及其刻蚀速率来估算刻蚀时间，并在刻蚀时间到时停止刻蚀。而且，对于金属的刻蚀速率小的情况下，对金属生成的损伤也可以忽略，因此不会产生现有技术中氧气灰化时对焊盘所造成的缺陷。
图4为本发明较佳实施例中形成的焊盘表面的光学显微镜图片。比较图4和图2可以看出，本实施例对焊盘表面几乎没有造成图2所示的缺陷，因此也就不会造成后续工艺中引线容易脱落或引线键合失败的问题。
由以上所述可以看出，本发明所提供的技术方案，在最后一层金属层上依次生长停止层和钝化层，该停止层的材料是不同于钝化层的绝缘材料，其厚度小于钝化层的厚度；利用光刻胶作为掩膜刻蚀钝化层，并去除光刻胶，然后利用钝化层作为掩膜刻蚀停止层，从而形成焊盘。本发明在去除刻蚀钝化层时所用的光刻胶掩膜时，通过焊盘表面上的停止层来保护焊盘表面，从而减小了去除光刻胶时对焊盘表面的氧化，避免了后续湿法腐蚀对焊盘表面造成缺陷，进一步造成后续制作的引线容易脱落或引线键合失败。
进一步地，本发明刻蚀停止层时，利用钝化层作为掩膜，同时，生长停止层时，其厚度小于钝化层的厚度，因此可以在保证不对钝化层过度刻蚀的同时，利用简化的步骤实现了防止对焊盘表面造成氧化的目的。
同时，由于刻蚀停止层时，具有横向刻蚀速率和纵向刻蚀速率，从而在利用现有技术的光刻版制作焊盘的情况下，保证了形成的焊盘图形与现有技术中形成的焊盘图形一致，从而利用简化的步骤实现了防止对焊盘表面造成氧化的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种形成焊盘的两步刻蚀方法，其特征在于，该方法包括：
在形成最后一层金属层的圆片上依次生长停止层和钝化层，所述停止层为不同于所述钝化层的绝缘材料；
将生长了停止层和钝化层的圆片光刻出焊盘的图形；
根据所述焊盘图形刻蚀所述钝化层，去除所述光刻用的光刻胶；
刻蚀所述停止层以形成焊盘。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生长停止层为利用高密度等离子体化学气相沉积HDPCVD方法、等离子增强化学气相沉积PECVD方法来生长。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述停止层为含硅的绝缘材料，包括氮化硅、氮氧化硅或碳化硅，或所述停止层为氮化钛或氮化钽。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述停止层的厚度为100埃。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀钝化层和刻蚀停止层为利用高密度等离子体HDP刻蚀、感应耦合等离子体ICP刻蚀或反应离子刻蚀RIE来刻蚀钝化层和停止层。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述刻蚀停止层时，具有横向刻蚀速率和纵向刻蚀速率。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述停止层为氮化硅或氮氧化硅，利用ICP来刻蚀所述停止层的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100mTorr，甲烷的流量为120sccm，三氟甲烷的流量为40sccm，氩气的流量为200sccm。
8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述停止层为碳化硅，利用ICP来刻蚀所述停止层的工艺条件包括：射频功率为1500W，真空度为100mTorr，甲烷的流量为160sccm，三氟甲烷的流量为50sccm，氩气的流量为200sccm，氧气的流量为5sccm。
9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所生长的停止层的厚度小于所生长的钝化层的厚度，所述刻蚀停止层是利用所述钝化层作为掩膜来刻蚀。
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最后一层金属层为铝金属层，所述焊盘为铝盘。
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