CN103803483B - 形成焊垫的方法 - Google Patents

Abstract

一种形成焊垫的方法，包括：提供待形成焊垫的器件，器件包括第一器件层、位于第一器件层上的互连层、位于互连层上的介质层，介质层中具有插栓；器件包括第一区域和第二区域，互连层作为焊垫的部分在第一区域的上表面低于在第二区域的上表面，第一区域的插栓的高度小于介质层的厚度，第二区域的插栓的高度等于介质层的厚度；利用第一干法刻蚀去除第一区域和第二区域中部分高度的插栓；利用第二干法刻蚀去除第一区域和第二区域中剩余的插栓、第一区域和第二区域上的介质层，暴露出第一区域和第二区域的互连层，暴露的互连层作为焊垫，第二干法刻蚀使用的刻蚀气体为刻蚀介质层时使用的刻蚀气体。本技术方案可以提高第二区域的焊垫的导电性。

Description

形成焊垫的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及形成焊垫的形成方法。

背景技术

微机电系统（MicroelectroMechanicalSystems，简称MEMS）是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，是一种采用半导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，MEMS器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一，它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

微机电系统与半导体器件一样，也需要做焊垫（pad），利用焊垫将微机电系统与外界电路电连接。另外，微机电系统的器件结构通常是与外界环境隔绝的，也就是说微机电系统的器件结构处于密封的环境中，因此在微机电系统中需要做密封区，在做完器件结构后，通过密封区对微机电系统的空腔抽真空后，将密封区密封达到将器件结构密封在密封环境中的目的。通常焊垫和密封区在同一工艺中形成。

现有技术中形成MEMS器件中的焊垫的方法包括：

参考图1，衬底10为具有第一器件层（图中未示出）的衬底，在第一器件层上为互连层11，该互连层11用于连接第一器件层中的器件结构，并且也用于与第二器件层14电连接，第二器件层14通过位于介质层12中的插栓13与互连层11电连接，在图1的示意图中示意出用于作为焊垫的互连层部分。其中MEMS器件的焊垫不仅分布在焊垫区A，也分布在密封区B。形成焊垫时，需要在第二器件层14上形成图形化的光刻胶层15，定义出焊垫区A的焊垫21的位置、密封区B的焊垫22的位置。

之后，参考图3，以图形化的光刻胶为掩模刻蚀第二器件层14、插栓13、介质层12直至暴露出焊垫21、22，之后灰化去除图形化的光刻胶。

在形成焊垫后，对MEMS器件进行测试时发现MEMS器件位于密封区的焊垫22的导电性不好。现有技术中有许多关于形成焊垫的方法，例如2003年12月31日公开的CN1464529A的中国专利文献，然而均没有解决以上技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的MEMS器件位于密封区的焊垫的导电性不好。

为解决上述问题，本发明提供一种形成焊垫的方法，包括：提供待形成焊垫的器件，所述器件包括第一器件层、位于所述第一器件层上的互连层、位于所述互连层上的介质层，所述介质层中具有插栓；所述器件包括第一区域和第二区域，所述互连层作为焊垫的部分在第一区域的上表面低于在第二区域的上表面，第一区域的插栓的高度小于所述介质层的厚度，第二区域的插栓的高度等于所述介质层的厚度；

利用第一干法刻蚀去除第一区域和第二区域中部分高度的插栓；

利用第二干法刻蚀去除第一区域和第二区域中剩余的插栓、第一区域和第二区域上的介质层，暴露出第一区域和第二区域的互连层，暴露的互连层作为焊垫，所述第二干法刻蚀使用的刻蚀气体为刻蚀介质层时使用的刻蚀气体。

可选的，所述部分高度大于等于插栓高度的60%，小于等于插栓高度的70%。

可选的，所述部分高度为大于等于0.9微米，小于等于1.1微米。

可选的，利用第一刻蚀去除第一区域和第二区域部分高度的插栓的方法包括：

在所述介质层上形成图形化的光刻胶层，定义出第一区域和第二区域；

以图形化的光刻胶层为掩膜，利用第一干法刻蚀去第一区域和第二区域中部分高度的插栓。

可选的，所述第二干法刻蚀仍以所述图形化的光刻胶层为掩膜；

形成焊垫后，灰化去除图形化的光刻胶层。

可选的，所述互连层为铝互连层。

可选的，所述插栓的材料为锗硅。

可选的，所述第一干法刻蚀使用的刻蚀气体包括氯气。

可选的，所述介质层为单层结构或叠层结构的介质层。

可选的，所述叠层结构的介质层包括：氮氧化硅层、位于所述氮氧化硅层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的富硅氧化物层、位于所述富硅氧化物层上的氮化硅层、位于所述氮化硅层上的四乙基原硅酸盐。

可选的，所述第二干法刻蚀使用的刻蚀气体包括：CF₄和SF₆。

可选的，所述介质层上具有第二器件层，所述第二器件层和所述互连层通过所述介质层中的插栓电连接；

所述方法还包括：在第一干法刻蚀之前，去除第一区域和第二区域中的第二器件层。

可选的，所述第二器件层包括：锗层、位于所述锗层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的锗硅层。

可选的，所述焊垫为MEMS器件中的焊垫。

可选的，所述第一区域为焊垫区，所述第二区域为密封区。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本技术方案形成焊垫的方法，在利用第一干法刻蚀去除插栓时，仅去除部分高度的插栓；接着再用第二干法刻蚀去除剩余的插栓以及介质层，第二干法刻蚀使用的气体为刻蚀介质层时使用的气体，该气体对插栓也具有刻蚀性，因此可以利用第二干法刻蚀将介质层、剩余的插栓一起刻蚀去除。剩余的插栓在转换刻蚀机台的过程中，将密封区的焊垫与外界空气接触，从而可以避免密封区的焊垫在第一干法刻蚀中的残留气体与空气共同作用下，腐蚀密封区的焊垫，或者在空气的作用下氧化焊垫，从而可以提高第二区域的焊垫的导电性。

在具体实施例中，第一区域为焊垫区，第二区域为密封区，焊垫为MEMS器件中的焊垫，相应的也就可以避免密封区的焊垫被腐蚀或者氧化，从而可以提高密封区焊垫的导电性。

附图说明

图1~图3为现有技术中形成MEMS器件焊垫方法的剖面结构示意图；

图4为本发明具体实施例的形成焊垫的方法的流程示意图；

图5~图8为现有技术中形成MEMS器件焊垫方法的剖面结构示意图。

具体实施方式

发明人经过研究分析发现，造成现有技术中MEMS器件的密封区中的焊垫导电性不好的原因为：

现有技术中，参考图1，第二器件层14为锗硅层、氧化硅层和硅层的叠层结构，插栓13的材料为锗硅，在焊垫区A的焊垫21上方的结构由下至上依次为：介质层12、插栓13、第二器件层14；在密封区B的焊垫22上方的结构由下至上依次为：插栓13、第二器件层14。

在刻蚀第二器件层14、插栓13、介质层12直至暴露出焊垫21、22的过程中主要包括：参考图2，首先利用第一干法刻蚀去除第二器件层、插栓，第一干法刻蚀中使用的主刻蚀气体为氯气；接着，参考图3，利用第二干法刻蚀去除介质层12。其中，第一干法刻蚀和第二干法刻蚀在不同的刻蚀机台中进行，因此，在完成第一干法刻蚀后，需要换机台进行第二干法刻蚀，在换机台的过程中，MEMS器件不可避免的要与空气接触，空气中包含氧气和水蒸气，焊垫的材料为铝，在氧气和水蒸气的作用下，铝很容易被氧化形成氧化铝，氧化铝不导电，相应的也就影响了焊垫的导电性。而且，焊垫除了可以被空气氧化生成氧化铝之外，由于第一干法刻蚀时已经将密封区的焊垫暴露，而第一干法刻蚀中的主刻蚀气体为氯气，第一干法刻蚀后，密封区的焊垫表面会黏着一层氯气，氯气、水蒸气共同作用会腐蚀铝材料的焊垫，因此密封区的焊垫也会被腐蚀一部分，这样也造成了焊垫导电性差。

并且，发明人经过研究发现：减小从第一干法刻蚀到第二干法刻蚀的等待时间，对以上问题的改善非常小。而且，现有技术中，第一干法刻蚀和第二干法刻蚀必须在不同的机台中进行，也就没有办法通过在同一机台中进行第一干法刻蚀和第二干法刻蚀来避免上述问题。

基于上述分析原因，本发明提出了一种形成焊垫的方法，在刻蚀去除焊垫上的器件结构时，先利用第一干法刻蚀去除部分高度的插栓；接着再用第二干法刻蚀去除剩余的插栓以及介质层，第二干法刻蚀使用的气体为刻蚀介质层时使用的气体。剩余的插栓将外界空气与第二区域的焊垫隔离。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图4为本发明具体实施例的形成焊垫的方法的流程示意图，图5~图8为现有技术中形成MEMS器件焊垫方法的剖面结构示意图。

需要说明的是，图示中，仅示意出器件的和本发明相关的第一区域和第二区域的一些结构。本领域技术人员应该知道，器件结构不止包括图示中示意出的结构，和本发明不相关的内容，属于现有技术，在图示中并未示出。

参考图5和图4，执行步骤S41，提供待形成焊垫的器件，所述器件包括第一器件层31、位于所述第一器件层31上的互连层32、位于所述互连层32上的介质层33，所述介质层中33具有插栓34；所述器件包括第一区域C和第二区域D，所述互连层32作为焊垫的部分在第一区域C的上表面411低于在第二区域D的上表面421，第一区域C的插栓34的高度小于所述介质层的厚度h1，第二区域D的插栓34的高度等于所述介质层34的厚度h2。

由于器件本身结构的原因，在第二区域D中，互连层32中作为焊垫42的部分的上表面是相平的，而，第一区域C中，互连层32中作为焊垫42的部分的上表面不相平，具有凹陷的部分，这就导致了互连层32第一区域C中作为焊垫41上的介质层33的厚度h1大于第二区域D中作为焊垫42上的介质层33的厚度h2，因此第一区域C的插栓34的高度小于所述介质层的厚度，第二区域D的插栓34的高度等于所述介质层34的厚度。基于以上原因，在去除第一区域和第二区域的互连层中作为焊垫的部分上的结构时，如果利用现有技术的方法进行刻蚀，就会出现第二区域中，焊垫42被氧化、以及被腐蚀的问题。

在本发明具体实施例中，第一器件层31中具有器件结构以及介质层等，器件结构可以是各种各样的器件结构，不构成对本发明的限制。

在本发明具体实施例中，第一器件层31通常是形成在衬底30上，该衬底30的材料可以为单晶的硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅（SOI）；或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。但本发明中，如果第一器件层31可以不形成在衬底上，则本发明中，也可以没有衬底30。

在本发明具体实施例中，互连层32包括介质层321、以及互连结构322，介质层321起到将互连结构进行绝缘的目的。互连层32为铝互连层，相应的互连结构322为铝互连结构，那么之后形成的焊垫即为铝焊垫。

在本发明具体实施例中，所述插栓的材料为锗硅，但插栓的材料不限于锗硅。

在本发明具体实施例中，介质层33为单层结构或叠层结构的介质层。单层结构的介质层的材料可以为本领域技术人员公知的各种介质材料。叠层结构的介质层中，每一层的材料本领域技术人员可以根据实际需要设置，其材料均为本领域技术人员公知的各种介质材料。具体的，叠层结构的介质层可以为五层结构包括：氮氧化硅层、位于所述氮氧化硅层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的富硅氧化物层（siliconrichoxide，SRO）、位于所述富硅氧化物层上的氮化硅层、位于所述氮化硅层上的四乙基原硅酸盐。

在本发明具体实施例中，所述介质层33上具有第二器件层35，所述第二器件层35和所述互连层32通过所述介质层中的插栓34电连接；在第一区域C中，第一器件层也与互连层32电连接，从而可以实现第一器件层和第二器件层的电连接。所述第二器件层包括：锗层、位于所述锗层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的锗硅层。但第二器件层的结构不限于这三层结构。本发明中，介质层33上也可以没有第二器件层35。

本发明具体实施例中，器件为MEMS器件，第一区域C为MEMS器件的焊垫区（padarea），第二区域D为MEMS器件的密封区（sealring），该密封区可以环形。但本发明中，器件不限于MEMS器件，相应的第二区域D也不限于MEMS器件的密封区，只要器件具有本发明中提出的问题，并且可以用本发明的方法解决，均在本发明的保护范围内。

接着，参考图6和图4，执行步骤S42，利用第一干法刻蚀去除第一区域C和第二区域D中的第二器件层、第一区域C和第二区域D中部分高度的插栓34。

去除的部分高度需要满足一定的条件，保证剩余的插栓在之后的第二干法刻蚀中，和第一区域、第二区域中的第二介质层一起去除。可以选择，部分高度大于等于插栓高度的60%，小于等于插栓高度的70%，在该实施例中选择部分高度等于插栓高度的65%。具体到具体的高度，比如在32nm工艺中，可以选择部分高度为大于等于0.9微米，小于等于1.1微米，例如选择1微米。

具体方法为：在所述第二器件层35上形成图形化的光刻胶层36，定义出第一区域C和第二区域D；以图形化的光刻胶层为掩膜，利用第一干法刻蚀去第一区域C和第二区域D中部分高度的插栓34。

在本发明具体实施例中，第二器件层35包括：锗层、位于所述锗层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的锗硅层。干法刻蚀介质层33使用的主刻蚀气体为氯气，该干法刻蚀也可以用来刻蚀第二器件层35，因此，可以利用同一干法刻蚀剂刻蚀第二器件层35和介质层33。如果第二器件层35的刻蚀和介质层33使用的刻蚀气体不同，则不能在同一刻蚀机台中进行，需要利用不同的干法刻蚀进行刻蚀。

本发明中，介质层33上也可以没有第二器件层35，则仅需利用第一干法刻蚀去除第一区域C和第二区域D中部分高度的插栓34。

本发明中，第一干法刻蚀中使用的主刻蚀气体为氯气，但不限于氯气。如果使用其他的刻蚀气体，也会产生现有技术的问题，也可以利用本发明的方法解决。

之后，参考图7和图4，执行步骤S43，利用第二干法刻蚀去除第一区域和第二区域中剩余的插栓、第一区域和第二区域上的介质层33，暴露出第一区域和第二区域的互连层32，暴露的互连层作为焊垫41、42，所述第二干法刻蚀使用的刻蚀气体为刻蚀介质层时使用的刻蚀气体。

所述第二干法刻蚀仍以所述图形化的光刻胶层为掩膜；第二干法刻蚀中使用的气体为刻蚀介质层33时使用的刻蚀气体，该刻蚀气体也可以刻蚀插栓，因此可以将剩余的插栓在第二干法刻蚀中刻蚀去除。

在进行第二干法刻蚀之前，需要将器件从第一干法刻蚀的机台中取出，将器件置于第二干法刻蚀的机台中，由于在第一干法刻蚀中仅刻蚀了部分高度的插栓，因此，在转移器件的过程中，互连层中作为焊垫42的部分通过剩余的插栓与外界空气隔绝，相应的也就可以避免现有技术中由于互连层中作为焊垫42的部分与外界空气接触而产生的氧化以及腐蚀现象，从而可以提高焊垫42的导电性。

在介质层33为以上描述的五层的叠层结构、插栓材料为锗硅时，所述第二干法刻蚀使用的刻蚀气体包括：CF₄和SF₆。介质层33的材料、插栓的材料变化时，需要选择合适的刻蚀气体进行第二干法刻蚀。

接着，参考图8，形成焊垫后，灰化去除图形化的光刻胶层。需要说明的是，灰化工艺中，会用到氧气，这样会对铝焊垫氧化，形成氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜会在之后的工艺去除，因此不会对器件造成影响。

本发明实施例以铝焊垫为例进行说明，但本发明中焊垫不限于铝焊垫，只要有本发明阐述的问题，其他材料的焊垫也可以利用本发明的方法进行改进。

本发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (15)

1.一种形成焊垫的方法，其特征在于，包括：

提供待形成焊垫的器件，所述器件包括第一器件层、位于所述第一器件层上的互连层、位于所述互连层上的介质层，所述介质层中具有插栓；所述器件包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域在平行于所述互连层的方向上相互隔开，所述互连层在第一区域具有焊垫，所述互连层在第二区域具有焊垫，在第一区域焊垫的上表面低于在第二区域焊垫的上表面，第一区域的插栓的高度小于所述介质层的厚度，第二区域的插栓的高度等于所述介质层的厚度；

利用第一干法刻蚀去除第一区域和第二区域中部分高度的插栓；

所述第一干法刻蚀之后，利用第二干法刻蚀去除第一区域和第二区域中剩余的插栓、第一区域和第二区域上的介质层，暴露出第一区域和第二区域的互连层，暴露的互连层作为焊垫，所述第二干法刻蚀使用的刻蚀气体为刻蚀介质层时使用的刻蚀气体。

2.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述部分高度大于等于插栓高度的60％，小于等于插栓高度的70％。

3.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述部分高度为大于等于0.9微米，小于等于1.1微米。

4.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，利用第一刻蚀去除第一区域和第二区域部分高度的插栓的方法包括：

在所述介质层上形成图形化的光刻胶层，定义出第一区域和第二区域；

以图形化的光刻胶层为掩膜，利用第一干法刻蚀去第一区域和第二区域中部分高度的插栓。

5.如权利要求4所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述第二干法刻蚀仍以所述图形化的光刻胶层为掩膜；

形成焊垫后，灰化去除图形化的光刻胶层。

6.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述互连层为铝互连层。

7.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述插栓的材料为锗硅。

8.如权利要求7所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述第一干法刻蚀使用的刻蚀气体包括氯气。

9.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述介质层为单层结构或叠层结构的介质层。

10.如权利要求9所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述叠层结构的介质层包括：氮氧化硅层、位于所述氮氧化硅层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的富硅氧化物层、位于所述富硅氧化物层上的氮化硅层、位于所述氮化硅层上的四乙基原硅酸盐。

11.如权利要求10所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述第二干法刻蚀使用的刻蚀气体包括：CF₄和SF₆。

12.如权利要求1所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述介质层上具有第二器件层，所述第二器件层和所述互连层通过所述介质层中的插栓电连接；

所述方法还包括：在第一干法刻蚀之前，去除第一区域和第二区域中的第二器件层。

13.如权利要求12所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述第二器件层包括：锗层、位于所述锗层上的氧化硅层、位于所述氧化硅层上的锗硅层。

14.如权利要求1～13任一项所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述焊垫为MEMS器件中的焊垫。

15.如权利要求14所述的形成焊垫的方法，其特征在于，所述第一区域为焊垫区，所述第二区域为密封区。