CN101866822A

CN101866822A - 防止铝焊盘腐蚀的方法以及铝焊盘的制作工艺

Info

Publication number: CN101866822A
Application number: CN200910049280A
Authority: CN
Inventors: 钱洪涛; 吕秋玲
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明提供了一种防止铝焊盘腐蚀的方法，包括：提供铝焊盘，所述铝焊盘上残留有干法刻蚀的刻蚀剂；清洗所述铝焊盘；对所述的铝焊盘进行烘烤。本发明还提供一种铝焊盘的制作工艺，所述方法可避免铝焊盘被腐蚀。

Description

防止铝焊盘腐蚀的方法以及铝焊盘的制作工艺

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种防止铝焊盘腐蚀的方法以及铝焊盘的制作工艺。

背景技术

随着半导体器件的特征尺寸进一步缩小，互连线的RC延迟逐渐成为影响电路速度的主要矛盾，为改善这一点，开始采用由金属铜制作金属互连线结构的工艺方法。与传统的铝工艺相比，铜工艺的优点在于其电阻率较低，导电性更好，由其制成的内连接导线可以在保持同等甚至更强电流承载能力的情况下做得更小、更密集。此外，其在电迁移、RC延迟、可靠性和寿命等方面也比铝工艺具有更大的优势。而对于与其相连的焊盘结构(pad)，因其与多层金属互连线结构相比具有相对较大的尺寸，在兼顾器件性能与制作成本的情况下，通常仍是利用传统的铝工艺来制作形成。

参考附图1所示，为形成焊盘的半导体器件的截面结构示意图，如图1所示，半导体衬底100内已经形成有半导体器件以及其互连线路，附图中110为金属互连线，例如为金属铜，金属互连线110与外部线路的电连接通过焊盘130实现，所述焊盘材料为铝，在金属互连线110与焊盘130之间，设置有用于电绝缘的绝缘材料层120。形成所述铝焊盘的工艺通常为：在绝缘材料层120上与金属互连线110对应的位置形成开口，在所述开口内沉积金属材料，所述金属材料可以是铝，或者金属镍，银，铜等，并在所述绝缘材料层120上沉积一层金属铝层，随后，在所述金属层上涂覆光阻层，并通过曝光，显影工艺形成光阻图案，随后，刻蚀所述金属铝层，在与金属互连线位置对应的绝缘材料层内以及绝缘材料层上形成铝焊盘130。刻蚀金属铝层的工艺通常采用干法刻蚀，例如采用含Cl的刻蚀气体，刻蚀所述金属铝层之后，通常还要进行一步清洗工艺，以去除刻蚀之后金属铝表面残留的刻蚀气体以及其它可能存在的残留物例如各种有机聚合物(polymer)，所述清洗工艺所采用的清洗剂例如是DSP溶液(含有H₂SO₄，H₂O，HF)。

但是，通过上述的清洗工艺之后，发现仍然会造成铝焊盘的腐蚀，参考附图2所示，为铝焊盘表面腐蚀后的SEM图(扫描电子显微镜图)，附图中粗糙的黑色物质即为铝焊盘表面的腐蚀产物，这些物质可导致铝焊盘引线失效。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种防止铝焊盘腐蚀的方法，避免铝焊盘在清洗之后发生腐蚀。

本发明提供了一种防止铝焊盘腐蚀的方法，包括：提供铝焊盘，所述铝焊盘上残留有干法刻蚀的刻蚀剂；清洗所述铝焊盘；对所述的铝焊盘进行烘烤。

可选的，清洗所述铝焊盘的清洗液含有H₂SO₄，H₂O，HF。

可选的，所述烘烤工艺在清洗所述焊盘之后4小时内进行。

可选的，所述烘烤工艺的烘烤温度为100～400摄氏度。所述烘烤时间为10秒至30分钟。

本发明还提供一种铝焊盘的制作工艺，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底的主动表面上具有金属互连线；在所述互连线上形成绝缘材料层，并刻蚀绝缘材料层在与金属互连线对应的位置形成开口；在所述开口内以及绝缘材料层上形成金属铝层；干法刻蚀金属铝层，形成与金属互连线电连接的铝焊盘；清洗所述铝焊盘；对所述的铝焊盘进行烘烤。

可选的，清洗所述铝焊盘的清洗液含有H₂SO₄，H₂O，HF。

可选的，所述烘烤工艺在清洗所述焊盘之后4小时内进行。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在半导体现有工艺上，增加烘烤的工艺步骤，拉长了铝发生腐蚀的时间，采用本发明所述的工艺方法，在清洗完4小时以内，铝不会发生腐蚀现象。铝焊盘即使放置在环境中72小时，也不会发生任何腐蚀现象。

附图说明

图1为形成铝焊盘的半导体器件的截面结构示意图；

图2为铝焊盘腐蚀处的SEM图；

图3为本发明实施例1防止铝焊盘腐蚀的方法的工艺流程图；

图4为本发明实施例1形成有铝焊盘的半导体器件截面结构示意图；

图5为本发明实施例2铝焊盘的制作工艺的工艺流程图；

图6至图9为本发明实施例2铝焊盘的制作工艺各个步骤的截面结构示意图。

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。

实施例1

本实施例提供了一种防止铝焊盘腐蚀的方法，参考附图3所示的工艺流程图，包括：步骤S10，提供铝焊盘，所述铝焊盘上残留有干法刻蚀的刻蚀剂；步骤S20，清洗所述铝焊盘；步骤S30，对所述的铝焊盘进行烘烤。

参考附图4所示以及步骤S10，为本实施例所述的包含铝焊盘的半导体器件的截面结构示意图，附图的半导体衬底200内已经形成有半导体器件以及其互连线路，为了附图的简单，省略附图中的半导体器件以及大部分的互连线路，仅仅表示出位于半导体衬底的主动表面上、用于与外部电路互连的一层金属互连线(top metal)210，所述金属互连线的材料例如为金属铜，金属互连线210与外部线路的电连接通过铝焊盘230实现，在金属互连线210与铝焊盘230之间，设置有用于电绝缘的绝缘材料层220。所述的铝焊盘通常是通过刻蚀沉积在绝缘材料层上的金属铝层形成的，本实施例中，所采用的刻蚀工艺为干法刻蚀，所采用的刻蚀气体包含有Cl，干法刻蚀之后，形成的铝焊盘上通常都残留有刻蚀气体以及其它可能存在的残留物例如有机聚合物(polymer)。本实施例所述的防止铝焊盘腐蚀的方法即针对清洗所述铝焊盘上的残留物后发生腐蚀的现象进行的。

参考步骤S20，清洗所述铝焊盘，所述的清洗试剂含有H₂SO₄，H₂O，HF；所述的清洗工艺为现有的清洗工艺，在此不作赘述。

发明人研究认为，由于刻蚀金属铝层形成铝焊盘之后焊盘表面的残留物中含有Cl离子和有机聚合物(polymer)，而上述的清洗剂仅仅能去除残留的有机聚合物，不能去除Cl离子，残留的Cl离子在铝焊盘上残留的水的作用下(所述的水来自于清洗铝焊盘的步骤以及大气中含有的水)，与金属铝发生如下反应：

3Cl₂+2Al＝2AlCl₃

AlCl₃+3H₂O＝Al(OH)₃+3HCl

6HCl+3Al＝2AlCl3+3H₂

造成铝焊盘的腐蚀。

因此，针对上述研究，进行步骤S30，对所述的铝焊盘进行烘烤。为了避免在烘烤前铝焊盘已经被腐蚀，所述烘烤工艺在清洗所述焊盘之后4小时内进行。

由于烘烤工艺的目的在于去除铝焊盘上残留的水(所述的水来自于清洗铝焊盘的工艺以及大气中含有的水)，因此，可选的，所述烘烤工艺的烘烤温度为100至400摄氏度，烘烤时间的为10秒至30分钟。

所述的烘烤工艺可以是通过接触传导的加热方式(包括真空下的加热方式)，也可以通过辐射的加热方式。

为了更好的利用现有的制作工艺，不增加工艺流程，本实施例所述烘烤工艺可以采用半导体工艺中灰化去光阻的工艺进行。

采用上述的方法对铝焊盘进行处理之后，铝焊盘即使放置在环境中72小时，也不会发生任何腐蚀现象。并且，本实施例所述的工艺在不改变清洗液的条件下避免了铝焊盘的腐蚀。

实施例2

本实施例提供一种铝焊盘的制作工艺，参考附图5所示，包括：步骤S100，提供半导体衬底，所述半导体衬底的主动表面上具有金属互连线；步骤S110，在所述互连线上形成绝缘材料层，并刻蚀绝缘材料层在与金属互连线对应的位置形成开口；步骤S120，在所述开口内沉积金属层，在绝缘材料层上形成金属铝层；步骤S130，干法刻蚀金属铝层，形成与金属互连线电连接的铝焊盘；步骤S140，清洗所述铝焊盘；步骤S150，对所述的铝焊盘进行烘烤。

参考附图6所示，所述的半导体衬底300内已经形成有半导体器件以及其互连线路，为了附图的简单，省略附图中的半导体器件以及大部分的互连线路，仅仅表示出位于半导体衬底的主动表面上、用于与外部电路互连的一层金属互连线(top metal)310，所述金属互连线的材料例如为金属铜。

参考附图7所示，在所述互连线上形成绝缘材料层320，所述的绝缘材料层320的材料例如氮化硅，氮氧化硅，氧化硅等，形成工艺例如化学气相沉积法；随后，刻蚀所述绝缘材料层320，在与金属互连线320对应的位置形成开口，所述开口暴露出部分金属互连线320，刻蚀工艺可以是现有技术的常规工艺。

参考附图8所示，进行步骤S120，在所述开口内沉积金属层，所述金属层例如为金属铝，铜，镍等，在绝缘材料层上形成金属铝层330，形成所述金属铝层330的工艺为化学气相沉积法，例如等离子增强化学气相沉积。

参考附图9所示，步骤S130，在所述金属铝层330上形成光刻胶层，并通过曝光，显影的方法形成光刻胶图案，以所述光刻胶图案为掩膜，湿法刻蚀金属铝层，形成与金属互连线电连接的铝焊盘330A，刻蚀金属铝层的工艺通常采用干法刻蚀，所采用的刻蚀气体包含有Cl，干法刻蚀之后，形成的铝焊盘上通常都残留有刻蚀气体以及其它可能存在的残留物例如有机聚合物(polymer)。

步骤S140，采用含有H₂SO₄，H₂O，HF的清洗液清洗所述铝焊盘330A，由于刻蚀金属铝层形成铝焊盘之后焊盘表面的残留物中含有Cl离子和有机聚合物(polymer)，而上述的清洗剂仅仅能去除残留的有机聚合物，不能去除Cl离子，残留的Cl离子在铝焊盘上残留的水的作用下(所述的水来自于清洗铝焊盘的工艺以及大气中含有的水)，与金属铝发生反应，造成铝焊盘的腐蚀。

步骤S150，对所述的铝焊盘330A进行烘烤。为了避免在烘烤前铝焊盘已经被腐蚀，所述烘烤工艺在清洗所述焊盘之后4小时内进行。

可选的，为了更好的利用现有的制作工艺，不增加工艺流程，本实施例所述烘烤工艺可以在灰化去光刻胶的工艺中进行。由于铝焊盘上还具有光刻胶层，因此，在采用灰化工艺去除光刻胶的工艺中进行烘焙工艺，不增加任何工艺流程，也不改变任何工艺流程，避免了铝焊盘的腐蚀。

采用本实施例所述的方法制作的铝焊盘，即使放置在环境中72小时，也不会发生任何腐蚀现象。并且，本实施例所述的工艺仅仅在现有的制作工艺中增加烘焙的步骤，不改变现有的工艺流程，液没有改变清洗液，并且烘焙的步骤还可以采用随后去除光刻胶的灰化工艺进行，更加的节省了工艺流程。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种防止铝焊盘腐蚀的方法，包括：

提供铝焊盘，所述铝焊盘上残留有干法刻蚀的刻蚀剂；清洗所述铝焊盘；对所述的铝焊盘进行烘烤。

2.根据权利要求1所述的防止铝焊盘腐蚀的方法，其特征在于，所述烘烤工艺在清洗所述焊盘之后4小时内进行。

3.根据权利要求1所述的防止铝焊盘腐蚀的方法，其特征在于，所述烘烤工艺的烘烤温度为100～400摄氏度。

4.根据权利要求1所述的防止铝焊盘腐蚀的方法，其特征在于，清洗所述铝焊盘的清洗液含有H₂SO₄，H₂O，HF。

5.根据权利要求1所述的防止铝焊盘腐蚀的方法，其特征在于，所述烘烤时间为10秒至30分钟。

6.一种铝焊盘的制作工艺，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底的主动表面上具有金属互连线；

在所述互连线上形成绝缘材料层，并刻蚀绝缘材料层在与金属互连线对应的位置形成开口；

在所述开口内以及绝缘材料层上形成金属铝层；

干法刻蚀金属铝层，形成与金属互连线电连接的铝焊盘；

清洗所述铝焊盘；对所述的铝焊盘进行烘烤。

7.根据权利要求6所述的铝焊盘的制作工艺，其特征在于，所述烘烤工艺在清洗所述焊盘之后4小时内进行。

8.根据权利要求6所述的铝焊盘的制作工艺，其特征在于，所述烘烤工艺的烘烤温度为100～400摄氏度。

9.根据权利要求6所述的铝焊盘的制作工艺，其特征在于，清洗所述铝焊盘的清洗液含有H₂SO₄，H₂O，HF。

10.根据权利要求6所述的铝焊盘的制作工艺，其特征在于，所述烘烤时间为10秒至30分钟。