CN101872728A - 焊垫层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种焊垫层的制造方法，包括：提供一具有顶部金属层的半导体基底；在所述顶部金属层上形成具有开口的钝化层；在所述钝化层及所述顶部金属层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区位于所述开口底部；在所述修复区及所述钝化层上形成阻挡层；形成焊垫层以填充所述开口。本发明通过在钝化层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，确保形成厚度均匀的阻挡层，避免形成弱点，可防止铜扩散到焊垫层中，提高了半导体器件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种焊垫层的制造方法
背景技术
在集成电路制造中，常应用铜作为金属互连线的材料。由于铜金属互连可减小高电阻，因此成为未来制造0.18微米或更小尺寸的集成电路装置的重要技术。但由于铝和金良好的合金性能，以及铝的良好的抗氧化性性能，在集成电路制造工艺中，仍广泛应用铝来制造焊垫层(Pad)。
为简明起见，下面给出铝用作焊垫层的常见的简单应用模型，所述应用模型适用于多种工艺。图1A～1D为现有焊垫层的制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。
参照图1A，在半导体基底110上形成顶部金属层120，所述顶部金属层为铜金属层。半导体基底110上形成有半导体器件结构，对于不同的工艺，半导体基底110的结构不同，为简化，此处以空白半导体衬底表示。
参照图1B，在顶部金属层120上形成具有开口的钝化层，所述钝化层包括覆盖层130以及防护层140，其中，覆盖层130的材质包括但不限于氮化硅，防护层140的材质包括但不限于氮化硅和氮化硅的组合。
参照图1C，形成阻挡层150，其包括但不限于氮化钽。
参照图1D，在阻挡层150上沉积铝，以形成焊垫层160。
其中，具有开口的钝化层的形成过程具体包括：在顶部金属层120上依次沉积覆盖层130和防护层140后，在防护层140上旋转涂布光阻，然后采用现有光刻及显影技术，在防护层140上形成开口图案，之后利用光阻做掩蔽，刻蚀未被光阻覆盖的防护层140后，再刻蚀未被光阻覆盖的覆盖层130，则形成具有开口的钝化层。
所述刻蚀过程一般采用的是干法刻蚀，随着工艺尺寸的持续缩小，精确控制图形变得非常困难，无法保证刻蚀过程中完全各向异性，因此在刻蚀过程中，覆盖层130的底部角落处，难以形成较佳的物理形貌，往往由于刻蚀速率过快等原因，而导致产生过刻蚀，形成凹陷131。这导致后续工艺中，溅射形成的阻挡层150的厚度不均匀，在凹陷131上方的阻挡层较薄，形成弱点(weak point)，铜可从这些弱点扩散到铝中，从而造成严重的腐蚀(galvanic corrosion or chemical corrosion)，在后续的封装工艺中，铝焊垫层和金线的结合将会受影响，缩短了半导体器件的使用寿命，严重时会导致无法键合金线，进而导致器件报废。
发明内容
本发明提供一种焊垫层的制造方法，其可以避免集成电路装置的焊垫层制造过程中产生弱点，防止铜扩散到铝焊垫层中，提高了半导体器件的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供一种焊垫层的制造方法，包括：提供一具有顶部金属层的半导体基底；在所述顶部金属层上形成具有开口的钝化层；在所述钝化层及所述顶部金属层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区位于所述开口底部；在所述修复区及所述钝化层上形成阻挡层；形成焊垫层，以填充所述开口。
可选的，所述修复层为氮化硅层。
可选的，所述修复层通过物理气相沉积或化学气相沉积方式形成。
可选的，所述修复层的厚度为350至450埃。
可选的，所述顶部金属层为铜金属层。
可选的，所述钝化层包括覆盖层以及在所述覆盖层之上的防护层。
可选的，所述覆盖层为二氧化硅层。
可选的，所述防护层包括二氧化硅层以及在所述二氧化硅层之上的氮化硅层。
可选的，所述阻挡层为氮化钽层。
可选的，所述焊垫层为铝金属层。
与现有技术相比，本发明提供的焊垫层的制造方法，包括在钝化层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区填充在钝化层刻蚀过程中所产生的凹陷中，确保形成厚度均匀的阻挡层，避免形成弱点，可防止铜扩散到铝焊垫层中，提高了半导体器件的使用寿命。
附图说明
图1A～1D为现有焊垫层制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图；
图2为本发明实施例所提供的焊垫层制造方法的流程图；
图3A～3F为本发明实施例所提供的焊垫层制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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。
在背景技术中已经提及，在集成电路制造中，常应用铜作为金属互连线的材料。但由于铝和金良好的合金性能，以及铝的良好的抗氧化性等性能，在集成电路制造工艺中，仍广泛应用铝来制造焊垫层(Pad)。
在焊垫层的制造过程中，需要在顶部金属层上形成具有开口的钝化层，但是在刻蚀钝化层的过程中，覆盖层的底部角落处，由于刻蚀速率过快，而导致产生过刻蚀，形成一些凹陷，这导致溅射形成的阻挡层的厚度不均匀，在凹陷上方的阻挡层厚度较薄，形成弱点(weak point)，导致铜可从这些弱点扩散到铝中，从而造成严重的腐蚀(galvanic corrosion or chemical corrosion)，在后续的封装工艺中，焊垫层和金线的结合将会受影响，缩短了半导体器件的使用寿命，严重时会导致无法键合金线，进而导致器件报废。
本发明的核心思想在于，通过分析弱点产生的原因，对现有工艺进行改进，减少焊垫层制造中产生的弱点，可防止铜扩散到焊垫层中，提高了半导体器件的使用寿命，并且不会对制程带来任何副作用。
由于本发明主要涉及半导体器件的后段制程，即将焊垫层制造在晶片中，以进行后续的引线键合工序，所以对在晶圆表面或者中间形成半导体器件结构的过程不予介绍，但是本领域技术人员对此应是知晓的。
请参考图2，其为本发明实施例所提供的焊垫层制造方法的流程图，结合该图，该方法包括步骤：
步骤21，提供一具有顶部金属层的半导体基底。
步骤22，在所述顶部金属层上形成具有开口的钝化层。
步骤23，在所述钝化层及所述顶部金属层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区位于所述开口底部。
步骤24，在所述修复区及所述钝化层上形成阻挡层。
步骤25，形成焊垫层以填充所述开口。
下面将结合剖面示意图对本发明的焊垫层制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该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，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
图3A～3F为本发明实施例所提供的焊垫层制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。
参照图3A，在半导体基底310上形成顶部金属层320，所述顶部金属层320优选为铜金属层，可减少金属互连的高电阻。半导体基底310上形成有半导体器件结构，本发明不涉及该部分的改进，因此，本发明对此不再赘述。为简化，此处以空白半导体衬底表示。
参照图3B，在顶部金属层320上形成具有开口的钝化层。
优选的，所述钝化层包括覆盖层330以及防护层340，其中，覆盖层330的材质优选为氮化硅，用于防止铜扩散渗透，而造成电性能变化。防护层340的材质优选为氮化硅和氮化硅的组合，用来防止器件的结构免于机械方式的损害，例如刮伤，以及化学方式的损害，例如水气或其它污染源的侵入。
其中，具有开口的钝化层形成过程具体包括：首先，在顶部金属层320上依次沉积覆盖层330和防护层340后，在防护层340上旋转涂布光阻，然后采用现有光刻及显影技术，在防护层340上形成开口图案，之后利用光阻做掩蔽，刻蚀未被光阻覆盖的防护层340后，再刻蚀未被光阻覆盖的覆盖层330，则形成具有开口的钝化层。
所述刻蚀过程一般采用的是干法刻蚀，所述干法刻蚀依刻蚀产生的原理可分为化学性刻蚀(Chemical Etching)，物理性刻蚀(Physical Etching)和反应离子刻蚀(RIE)。其中，化学性刻蚀主要是利用等离子(plasm)产生的原子团(Radicals)或反应性(Reactive)离子与被刻蚀层产生活性化学反应进行刻蚀。物理性刻蚀是指利用被电浆与阴极电极板间的电位差所加速的带正电荷离子，而轰击电极板表面，这种现象称为“离子轰击”，也称为溅射刻蚀。反应离子刻蚀是介于化学性刻蚀和物理性刻蚀之间的主流刻蚀技术，在物性和化性之间取得一个平衡点，找出最佳的工艺参数。
但是无论利用上述哪种刻蚀方式，随着工艺尺寸的持续缩小，精确控制图形变得非常困难，无法保证刻蚀过程中完全各向异性，且具有较高的选择比。因此在刻蚀过程中，覆盖层的底部角落处，难以形成较佳的物理形貌，往往由于刻蚀速率过快等原因，而导致产生过刻蚀，形成凹陷331。
若不进行修复，这将导致溅射形成的阻挡层的厚度不均匀，在凹陷上方的阻挡层厚度较薄，形成弱点(weak point)，导致铜可从这些弱点扩散到铝中，从而造成严重的腐蚀(galvanic corrosion or chemical corrosion)。这将直接导致在后续的封装工艺中，铝焊垫层和金线的结合受影响，缩短半导体器件的使用寿命，严重时甚至导致无法键合金线，进而导致器件报废。
本发明的关键步骤是，在形成具有开口的钝化层后，形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区填充在钝化层刻蚀过程中产生的凹陷内，确保形成厚度均匀的阻挡层，避免形成弱点，可防止铜扩散到铝焊垫层中，提高了半导体器件的使用寿命。
参考图3C及图3D，在所述钝化层及顶部金属层320上形成修复层350，并刻蚀修复层350形成修复区351，所述修复区351位于所述开口底部。优选的，修复层350为氮化硅层，其通过物理气相沉积或化学气相沉积方式形成。
修复层的厚度可以为350至450埃。当然，本发明并不对具体的修复层厚度和刻蚀时间进行限定，因为根据不同的过刻蚀情况，需要不同厚度的修复层，并需要不同的刻蚀时间，本领域技术人员通过试验即可获得经验数值。
其中，形成修复区351的具体步骤包括：首先，如图3C所示，通过物理气相沉积或化学气相沉积方式沉积厚度为350至450埃的氮化硅，在沉积的过程中，氮化硅层将填充在凹陷331内，接下来，如图3D所示，刻蚀修复层350，刻蚀修复层的方式包括化学性刻蚀、物理性刻蚀或反应离子刻蚀。
由于凹陷331内沉积有较厚的氮化硅层，在刻蚀过程中，不会被完全去除，进而形成了修复区351。
参照图3E，形成阻挡层360，所述阻挡层360的材质优选为氮化钽，其具有良好的附着性与阻隔效果。由于修复区351的存在，可形成厚度均匀的阻挡层，避免形成弱点，防止铜扩散到铝焊垫层中，提高了半导体器件的良率。
参照图3F，形成焊垫层370以填充所述开口。由于铝和金良好的合金性能，以及铝的良好的抗氧化性性能，焊垫层370优选为铝焊垫层。
综上所述，本发明提供的焊垫层的制造方法，包括在钝化层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区填充在钝化层刻蚀过程中所产生的凹陷中，确保形成厚度均匀的阻挡层，避免形成弱点，可防止铜扩散到铝焊垫层中，提高了半导体器件的使用寿命。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种焊垫层的制造方法，其特征在于，包括：
提供一具有顶部金属层的半导体基底；
在所述顶部金属层上形成具有开口的钝化层；
在所述钝化层及所述顶部金属层上形成修复层，并刻蚀所述修复层形成修复区，所述修复区位于所述开口底部；
在所述修复区及所述钝化层上形成阻挡层；
形成焊垫层以填充所述开口。
2.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述修复层为氮化硅层。
3.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述修复层通过物理气相沉积或化学气相沉积方式形成。
4.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述修复层的厚度为350至450埃。
5.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述顶部金属层为铜金属层。
6.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述钝化层包括覆盖层以及在所述覆盖层之上的防护层。
7.如权利要求6所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述覆盖层为二氧化硅层。
8.如权利要求6所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述防护层包括二氧化硅层以及在所述二氧化硅层之上的氮化硅层。
9.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述阻挡层为氮化钽层。
10.如权利要求1所述的焊垫层的制造方法，其特征在于，所述焊垫层为铝金属层。
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