CN111276399B - 焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件，包括提供前端器件，所述前端器件上形成有金属层，所述金属层上形成有聚酰亚胺层，所述焊盘上形成有结晶缺陷；以所述聚酰亚胺层为掩膜，刻蚀去除焊盘上的部分金属层，同时轰击结晶缺陷，以使结晶缺陷离散，聚酰亚胺层起到掩膜层和钝化层的作用；再进行清洗工艺将结晶缺陷去除；执行塑化工艺，形成覆盖所述焊盘的保护层，保护层不仅阻断结晶缺陷的产生，还阻止已产生的结晶缺陷侵蚀返工后的晶圆。本发明能够有效解决以聚酰亚胺作为钝化层的半导体器件的焊盘表面结晶缺陷的问题，通过返工减少报废。节省了常规返工工艺中在钝化层上还需再形成图形化的掩膜层工序，有利于工艺成本控制。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件。
背景技术
在半导体器件制造过程中，当在晶圆上形成器件结构和互连结构等后会在晶圆上形成钝化层以保护内部的器件。钝化层具有暴露出焊盘的开口，实际应用中发现焊盘表面容易形成结晶缺陷，半导体器件(晶圆)制造的后段工艺经常会受到焊盘结晶缺陷的影响。而通常的返工方法是在半导体器件(晶圆)的钝化层上再形成图形化的掩膜层(例如图形化的光阻层)，以该图形化的掩膜层为掩模刻蚀去除焊盘结晶缺陷，如此一来，返工过程又增加了一道形成图形化的掩膜层工序，增加了工序。
聚酰亚胺是一种特殊的高分子材料，其具有良好的机械性能，耐高温性能、耐腐蚀性，较高的绝缘性能和良好的加工工艺性，常用来作为钝化层。以聚酰亚胺作为钝化层的半导体器件(晶圆)也同样存在焊盘表面结晶缺陷的问题。
因此，亟需解决以聚酰亚胺作为钝化层的半导体器件(晶圆)的焊盘表面结晶缺陷的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件，解决焊盘表面结晶缺陷的问题。
本发明的又一目的在于，节省常规返工工艺中在钝化层上还需再形成图形化的掩膜层工序，有利于工艺成本控制。
本发明提供一种焊盘结晶缺陷的返工方法，包括：
提供前端器件，所述前端器件上形成有金属层，所述金属层上形成有聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层中形成有暴露部分所述金属层的开口，所述开口暴露出所述金属层的部分为焊盘，所述焊盘上形成有结晶缺陷；
执行刻蚀工艺，以所述聚酰亚胺层为掩膜，刻蚀去除所述焊盘上的部分所述金属层，同时轰击所述结晶缺陷，以使所述结晶缺陷离散；
执行清洗工艺，以将所述结晶缺陷去除；
执行塑化工艺，在所述塑化工艺中从所述聚酰亚胺层中挥发出小分子量聚合物覆盖所述焊盘以形成保护层。
进一步的，所述塑化工艺包括：在N2气氛下，所述前端器件在温度范围110～230℃下，加热至少3个小时，使所述聚酰亚胺层发生交联反应挥发出小分子量聚合物。
进一步的，所述塑化工艺包括：依次进行在120℃～130℃下加热至少1小时；在215℃～225℃下加热至少1小时；在120℃～130℃下加热至少1小时。
进一步的，所述保护层的厚度为10nm～100nm。
进一步的，在执行刻蚀工艺的过程中，所述聚酰亚胺层也被消耗一定厚度，剩余厚度的所述聚酰亚胺层作为所述前端器件的钝化层。
进一步的，所述聚酰亚胺层的厚度为1μm～40μm。
进一步的，所述聚酰亚胺层通过聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后形成。
进一步的，所述烘烤温度为60℃～780℃，烘烤时间为30min～360min。
进一步的，所述金属层和所述聚酰亚胺层之间还形成有绝缘层。
进一步的，所述金属层的材质包括铝。
本发明还提供一种半导体器件，包括：
前端器件；
金属层，所述金属层位于所述前端器件的表面；
聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层覆盖所述金属层；
开口，所述开口贯穿所述聚酰亚胺层暴露出部分所述金属层，所述开口暴露出所述金属层的部分为焊盘；
保护层，所述保护层覆盖所述焊盘，所述保护层的材质包括聚酰亚胺小分子量聚合物。
进一步的，所述金属层和所述聚酰亚胺层之间还形成有绝缘层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件，包括提供前端器件，所述前端器件上形成有金属层，所述金属层上形成有聚酰亚胺层，所述焊盘上形成有结晶缺陷；以所述聚酰亚胺层为掩膜，刻蚀去除所述焊盘上的部分所述金属层，同时轰击所述结晶缺陷，以使所述结晶缺陷离散，聚酰亚胺层起到掩膜层和钝化层的作用；再进行清洗工艺将结晶缺陷去除；执行塑化工艺，形成覆盖所述焊盘的保护层，保护层不仅阻断结晶缺陷的产生，还阻止已产生的结晶缺陷侵蚀返工后的晶圆。本发明能够有效解决以聚酰亚胺作为钝化层的半导体器件(晶圆)的焊盘表面结晶缺陷的问题，通过返工减少报废。
本发明以所述聚酰亚胺层为掩膜，聚酰亚胺层起到掩膜层和钝化层的作用，节省了常规返工工艺中在钝化层上还需再形成图形化的掩膜层工序，有利于工艺成本控制。
附图说明
图1为本发明实施例的一种焊盘结晶缺陷的返工方法流程示意图。
图2至图7为本发明实施例的焊盘结晶缺陷的返工方法各步骤示意图。
其中，附图标记如下：
11-前端器件；12-金属层；121-焊盘；13-绝缘层；14-隔离层；15-聚酰亚胺层；16-光阻层；17-结晶缺陷；18-保护层；20-开口。
具体实施方式
基于上述研究，本发明实施例提供了一种焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供了一种焊盘结晶缺陷的返工方法，如图1所示，包括：
提供前端器件，所述前端器件上形成有金属层，所述金属层上形成有聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层中形成有暴露部分所述金属层的开口，所述开口暴露出所述金属层的部分为焊盘，所述焊盘上形成有结晶缺陷；
执行刻蚀工艺，以所述聚酰亚胺层为掩膜，刻蚀去除所述焊盘上的部分所述金属层，同时轰击所述结晶缺陷，以使所述结晶缺陷离散；
执行清洗工艺，以将所述结晶缺陷去除；
执行塑化工艺，在所述塑化工艺中从所述聚酰亚胺层中挥发出小分子量聚合物覆盖所述焊盘以形成保护层。
下面结合图2至图7介绍本发明实施例的焊盘结晶缺陷的返工方法的各步骤。
如图2和图3所示，提供前端器件11，所述前端器件11上形成有金属层12，所述金属层12上形成有聚酰亚胺层15，所述聚酰亚胺层15中形成有暴露部分所述金属层12的开口20，所述开口20暴露出所述金属层12的部分为焊盘121，所述焊盘121上形成有结晶缺陷17。
其中，前端器件11可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)。前端器件11上可以形成有器件，例如NMOS和/或PMOS等。同样，前端器件11还可以形成有导电构件，导电构件可以是晶体管的栅极、源极或漏极，也可以是与晶体管电连接的金属互连结构，等等。此外，前端器件11还可以形成有隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。作为示例，在本实施例中，前端器件11的构成材料选用单晶硅。
具体形成过程为，首先在所述前端器件11上形成金属层12。所述金属层12的材质包含但不限于铝，例如可以采用溅射的方法形成。接着，形成绝缘层13，绝缘层13覆盖金属层12，绝缘层13例如为TEOS(正硅酸乙酯)起绝缘和保护作用。绝缘层13上还可形成有隔离层14，隔离层14的材质包含但不限于氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，本实施例中，隔离层14的材质优选为氮化硅，可以采用化学气相沉积的方法形成。接着，形成聚酰亚胺层15，所述聚酰亚胺层15覆盖所述隔离层14，所述聚酰亚胺层15作为钝化层，保护前端器件11。聚酰亚胺(Polyimide,PI)材料具有良好的耐高温特性、机械性能、电学性能以及化学稳定性，作为钝化层，以减少各种自然环境对前端器件11造成的损害，从而提高半导体器件(晶圆)的可靠性和稳定性。
聚酰亚胺层15可以通过旋涂法将聚酰亚胺材料涂敷在隔离层14的表面。例如通过将聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后形成聚酰亚胺层15，聚酰亚胺层15的厚度例如为1μm～40μm，所述烘烤温度为60℃～780℃，烘烤时间为30min～360min。在聚酰亚胺材料上涂覆光阻层16；通过曝光、显影形成图形化的光阻层16；以图形化的光阻层16为掩模，干法刻蚀所述聚酰亚胺层15、隔离层14和绝缘层13形成开孔20，所述开孔20暴露部分所述金属层12，所述开口20暴露出所述金属层12的部分为焊盘121。所述焊盘121上形成有结晶缺陷17。
接着，执行灰化工艺去除图形化的光阻层16。在干法刻蚀形成所述开口20的过程中，由于干法刻蚀工艺中有用到含氟(F)的气体或生成含氟(F)的聚合物，金属层12的材质例如为铝(Al)，干法刻蚀工艺的安全时间控制不好的话，含氟(F)的气体易与暴露出的金属层12(例如铝)反应生成氟化物结晶缺陷；另外，暴露出的金属层12也存在被氧化形成金属氧化物结晶缺陷(例如氧化铝)；干法刻蚀工艺中用到含氯(Cl2)气体的话，含氯(Cl2)气体易与暴露出的金属层12(例如铝)反应生成氯化物结晶缺陷；因此在焊盘121上易产生结晶缺陷17。
如图4所示，若结晶缺陷17不处理，进行后续工艺，在焊盘上121上形成保护层18，那么结晶缺陷17夹杂(包裹)在保护层18中。焊盘121上形成的结晶缺陷17将影响晶圆的性能。因此，在焊盘上121上形成保护层18之前需进行去除结晶缺陷17的返工处理。
如图5所示，执行刻蚀工艺，以所述聚酰亚胺层15为掩膜，刻蚀去除所述焊盘121上的部分所述金属层12，同时轰击所述结晶缺陷17，以使所述结晶缺陷17离散。在刻蚀的过程中，所述聚酰亚胺层15也被消耗少许厚度，剩余厚度的聚酰亚胺层15作为前端器件的钝化层，本步骤中，聚酰亚胺层15起到掩膜层和钝化层的作用。具体的，本实施例可采用反应离子刻蚀，反应离子刻蚀是同时进行物理刻蚀和化学刻蚀的过程。进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离子体。等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原子团组成。等离子体中的反应正离子在偏置电场中加速得到能量从而轰击焊盘121表面，这种离子轰击不仅对焊盘121表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀，而且提高了金属层12自由基和反应原子或原子团的化学活性，加速了刻蚀气体与金属层12的化学反应。由于离子轰击的作用加快了干法刻蚀的过程。
执行反应离子刻蚀工艺，以所述聚酰亚胺层15为掩膜，刻蚀去除所述焊盘121上的部分所述金属层12，同时轰击所述结晶缺陷17，以使所述结晶缺陷17离散。所述金属层12的材质例如为铝(Al)，反应离子刻蚀工艺参数设置为：偏置功率控制单元的功率控制在20～50W；刻蚀气体包括：Cl2、BCL3和CHF3，气体流量为50～100sccm；反应腔室的温度控制在30℃～50℃；反应腔室的压力控制在10～100mTorr。刻蚀气体与金属层12化学反应，以刻蚀去除所述焊盘121上的部分所述金属层12；同时，所述刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离子体，等离子体中的反应正离子轰击焊盘121表面的结晶缺陷17，以使所述结晶缺陷17离散。
本实施例还可采用高密度等离子体刻蚀，高密度等离子体刻蚀也是同时进行物理刻蚀和化学刻蚀的过程。高密度等离子体是指在相同的工作压力下，等离子体中反应基的密度比传统等离子高。高密度等离子体刻蚀中反应基密度大增加了刻蚀速率，反应离子的能量低减小对焊盘121表面的轰击损伤。
如图6所示，执行清洗工艺，将所述焊盘121上的结晶缺陷清洗干净。
如图7所示，执行塑化工艺，在所述塑化工艺中从所述聚酰亚胺层15中挥发出小分子量聚合物并掉落在所述焊盘121上，形成覆盖所述焊盘121的保护层18。聚酰亚胺是高绝缘性，高硬度的聚合物材料。塑化本质是聚合物的受热交联反应，利用聚酰亚胺在塑化过程中释放小分子量聚合物的特性，从所述聚酰亚胺层15中挥发出小分子量聚合物并掉落在所述焊盘121上，形成保护层18，阻止氟化物结晶结晶缺陷侵蚀返工后的晶圆。
塑化工艺本质为受热交联反应，在受热交联反应之前聚酰亚胺层15是大分子结构，一定受热条件下，聚酰亚胺聚合物发生交联反应，期间会有小分子量聚合物从聚酰亚胺层15中挥发出来并掉落在焊盘121上，形成保护层18。保护层18的厚度例如为10nm～100nm。塑化工艺受热条件：在N2气氛下，温度范围在110～230℃之间，时间至少3小时。具体的，在N2气氛下，依次进行在120℃～130℃下加热至少1小时；接着，在215℃～225℃下加热至少1小时；接着，在120℃～130℃下加热至少1小时。
在返工的过程中，具体如图5所示的执行刻蚀工艺过程中，以所述聚酰亚胺层15为掩膜，刻蚀去除所述焊盘121上的部分所述金属层12，同时轰击所述结晶缺陷17，以使所述结晶缺陷17离散。该过程中由于以聚酰亚胺层15为掩膜，因此聚酰亚胺层15在刻蚀步骤之后往往吸收了很多氟源，保护层18覆盖焊盘121，阻断了氟源与金属层12的反应，因此保护层18不仅阻断氟化物的产生，还阻止已产生的氟化物侵蚀返工后的晶圆。
本发明还提供一种半导体器件，如图7所示，包括：
前端器件11；
金属层12，所述金属层12位于所述前端器件11的表面；
聚酰亚胺层15，所述聚酰亚胺层15覆盖所述金属层12；
开口20，所述开口20贯穿所述聚酰亚胺层15暴露出部分所述金属层12，所述开口20暴露出所述金属层12的部分为焊盘121；
保护层18，所述保护层18覆盖所述焊盘121，所述保护层18的材质包括聚酰亚胺小分子量聚合物。
所述金属层12和所述聚酰亚胺层15之间还形成有绝缘层13。
综上所述，本发明提供一种焊盘结晶缺陷的返工方法及半导体器件，包括提供前端器件，所述前端器件上形成有金属层，所述金属层上形成有聚酰亚胺层，所述焊盘上形成有结晶缺陷；以所述聚酰亚胺层为掩膜，刻蚀去除所述焊盘上的部分所述金属层，同时轰击所述结晶缺陷，以使所述结晶缺陷离散；再进行清洗工艺将结晶缺陷去除，聚酰亚胺层起到掩膜层和钝化层的作用。执行塑化工艺，形成覆盖所述焊盘的保护层，保护层不仅阻断结晶缺陷(例如氟化物结晶缺陷)的产生，还阻止已产生的结晶缺陷侵蚀返工后的晶圆。能够有效解决以聚酰亚胺作为钝化层的半导体器件(晶圆)的焊盘表面结晶缺陷的问题，通过返工减少报废。
本发明以所述聚酰亚胺层为掩膜，聚酰亚胺层起到掩膜层和钝化层的作用，节省了常规返工工艺中在钝化层上还需再形成图形化的掩膜层工序，有利于工艺成本控制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的器件而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，包括：
提供前端器件，所述前端器件上形成有金属层，所述金属层上形成有聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层中形成有暴露部分所述金属层的开口，所述开口暴露出所述金属层的部分为焊盘，所述焊盘上形成有结晶缺陷；
执行刻蚀工艺，以所述聚酰亚胺层为掩膜，所述聚酰亚胺层同时作为掩膜层和钝化层；刻蚀去除所述焊盘上的部分所述金属层，同时轰击所述结晶缺陷，以使所述结晶缺陷离散；
执行清洗工艺，以将所述结晶缺陷去除；
执行塑化工艺，在所述塑化工艺中从所述聚酰亚胺层中挥发出小分子量聚合物覆盖所述焊盘以形成保护层。
2.如权利要求1所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述塑化工艺包括：在N2气氛下，所述前端器件在温度范围110～230℃下，加热至少3个小时，使所述聚酰亚胺层发生交联反应挥发出小分子量聚合物。
3.如权利要求2所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述塑化工艺包括：依次进行在120℃～130℃下加热至少1小时；在215℃～225℃下加热至少1小时；在120℃～130℃下加热至少1小时。
4.如权利要求1所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述保护层的厚度为10nm～100nm。
5.如权利要求1所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，在执行刻蚀工艺的过程中，所述聚酰亚胺层也被消耗，剩余厚度的所述聚酰亚胺层作为所述前端器件的所述钝化层。
6.如权利要求1至5任意一项所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述聚酰亚胺层的厚度为1μm～40μm。
7.如权利要求1至5任意一项所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述聚酰亚胺层通过聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后形成。
8.如权利要求7所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述烘烤温度为60℃～780℃，所述烘烤时间为30min～360min。
9.如权利要求1至5任意一项所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述金属层和所述聚酰亚胺层之间还形成有绝缘层。
10.如权利要求1至5任意一项所述的焊盘结晶缺陷的返工方法，其特征在于，所述金属层的材质包括铝。
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