半导体器件的焊盘制造方法及半导体器件制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及半导体器件的金属焊盘制造方法及一种半导体器件制造方法。

背景技术

通常在半导体器件的后段制程(BEOL)形成半导体器件的金属互连结构，例如形成金属焊盘。铝以其低廉成本、低电阻率及与硅工艺的高度兼容性，长久以来被广泛用作集成电路后段互连材料。聚酰亚胺(Polyimide，PI)是一种高分子材料，具有耐高温、耐辐射、绝缘性能好、耐腐蚀、化学性质稳定等特点，在半导体集成电路中产用于器件的保护或者阻挡材料。例如，铝作为表面金属层时(Top Metallayer)，在表面金属层的钝化层上方形成聚酰亚胺保护层。

对于具有聚酰亚胺保护层的半导体器件，在半导体工艺中对铝表面的钝化层进行刻蚀(Passivation Etch)打开铝焊盘窗口的过程中，通常采用含氟的气体刻蚀钝化层，此时，聚酰亚胺与含氟气体发生反应生成的含F聚合物会沉积在铝焊盘的表面，其中的氟与铝发生电化学反应形成氟氧化物，进而产生晶体缺陷(crystal defect)，晶体缺陷是损伤性缺陷，其在目检情况下体现为焊盘的突起，SEM(电子显微镜下)下体现为一团异常物，这种晶体缺陷会引起封装键合失效或造成键合可靠性问题，按照半导体晶圆外观检验标准，只要存在晶体缺陷的晶圆都不允许出货，只能报废，这会造成严重的经济损失。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种半导体器件的焊盘制造方法及一种半导体器件制造方法，以形成铝焊盘为例，本发明的方法可以在钝化层刻蚀过程中减少含氟的聚合物的形成以及在铝焊盘表面的沉积，从而减少铝焊盘表面氟氧化物的形成量，刻蚀后对铝焊盘表面的氟氧化物进行还原并对铝焊盘进行清洗，保证铝焊盘表面清洁，无晶体缺陷。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种半导体器件的焊盘制造方法，该方法包括如下步骤：

以聚合物感光保护层作为刻蚀阻挡层采用含氟的刻蚀气体刻蚀金属互连层上方的钝化层，形成暴露金属焊盘的焊盘窗口；

还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物；

清洗所述金属焊盘表面以去除被还原的所述刻蚀副产物。

可选地，以聚合物感光保护层为刻蚀阻挡层采用含氟的刻蚀气体干法刻蚀金属互连层上方的钝化层，形成暴露金属焊盘的焊盘窗口之前，还包括以下步骤：

在所述钝化层上方形成聚酰亚胺涂层；

图案化所述聚酰亚胺涂层，在所述聚酰亚胺涂层中形成暴露所述钝化层的第一开口；

对所述聚酰亚胺涂层进行第一固化过程；

通过所述聚酰亚胺涂层的所述第一开口对所述钝化层进行刻蚀，形成所述焊盘窗口。

可选地，所述含氟的刻蚀气体包括NF

可选地，还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物包括：向所述金属焊盘表面引入H

可选地，该焊盘制造方法，还包括：刻蚀所述钝化层以后进行第二固化过程，在所述第二固化过程中引入H

可选地，对所述刻蚀副产物进行还原的还原温度介于150℃～250℃。

可选地，清洗所述金属焊盘表面以去除被还原的所述刻蚀副产物包括：采用酸液清洗被还原的所述刻蚀副产物。

可选地，所述酸液为磷酸溶液。

可选地，还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物之前，还包括去除所述聚合物感光保护层。

可选地，所述金属互连层包括铝互连层，所述金属焊盘包括铝焊盘。

本发明的另一实施例还提供了一种半导体器件制造方法，该方法包括以下步骤：

提供衬底，所述衬底上方形成有初始器件以及位于所述初始器件表面的金属互连层；

在所述金属互连层上方依次形成钝化层及聚合物感光保护层；

以所述聚合物感光保护层作为阻挡层采用含氟的刻蚀气体刻蚀金属互连层上方的钝化层，形成暴露金属焊盘的焊盘窗口；

还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物；

清洗所述金属焊盘表面以去除被还原的所述刻蚀副产物。

可选地，以聚合物感光保护层为刻蚀阻挡层采用含氟的刻蚀气体干法刻蚀金属互连层上方的钝化层，形成暴露金属焊盘的焊盘窗口之前，还包括以下步骤：

在所述钝化层上方形成聚酰亚胺涂层；

图案化所述聚酰亚胺涂层，在所述聚酰亚胺涂层中形成暴露所述钝化层的第一开口；

对所述聚酰亚胺涂层进行第一固化过程；

通过所述聚酰亚胺涂层的所述第一开口对所述钝化层进行刻蚀，形成所述焊盘窗口。

可选地，所述含氟的刻蚀气体包括NF

可选地，还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物包括：向所述金属焊盘表面引入H

可选地，该半导体器件制造方法，其特征在于，还包括：刻蚀所述钝化层以后进行第二固化过程，在所述第二固化过程中引入H

可选地，对所述刻蚀副产物进行还原的还原温度介于150℃～250℃。

可选地，清洗所述金属焊盘表面以去除被还原的所述刻蚀副产物包括：采用酸液清洗被还原的所述刻蚀副产物。

可选地，所述酸液为磷酸溶液。

可选地，还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物之前，还包括去除所述聚合物感光保护层。

可选地，所述金属互连层包括铝互连层，所述金属焊盘包括铝焊盘。

可选地，该半导体器件制造方法，还包括：在所述金属焊盘表面形成连接导线。

如上所述，本发明提供的半导体器件的焊盘制造方法及半导体器件制造方法，至少具备如下有益技术效果：

在对具有聚酰亚胺保护层的钝化层进行刻蚀时，采用干法刻蚀，并且选用不易与聚酰亚胺发生聚合反应的气体，或者选用不与聚酰亚胺发生聚合反应的不含碳元素的刻蚀气体，例如NF

另外，上述方法实施过程简单、易操作，有利于降低生产成品。

附图说明

图1显示为本发明实施例一提供的半导体器件的焊盘制造方法的流程图。

图2显示为具有聚亚酰胺感光保护层的铝互连层的结构示意图。

图3显示为形成的图案化聚亚酰胺感光保护层的结构示意图。

图4显示为对钝化层进行刻蚀形成铝焊盘窗口的结构示意图。

图5显示为本发明实施例二提供的半导体器件制造方法的流程示意图。

图6显示为在衬底上形成铝互连层、钝化层及PI感光保护层的结构示意图。

图7显示为形成的图案化聚亚酰胺感光保护层的结构示意图。

图8显示为对钝化层进行刻蚀形成铝焊盘窗口的结构示意图。

附图标记列表

110 铝互连层 201 铝互连层

120 钝化层 202 钝化层

130 感光保护层 203 感光保护层

131 图案化感光保护层 2031 图案化感光保护层

132 第一开口 2032 第一开口

140 铝焊盘窗口 204 铝焊盘窗口

150 刻蚀副产物 205 刻蚀副产物

200 衬底

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

对于带有聚酰亚胺(Polyimide，PI)保护层的半导体器件，在形成金属焊盘时，主要包括聚酰亚胺层曝光图案化-第一固化过程-钝化层刻蚀-第二固化过程，其中钝化层的刻蚀过程通常使用的刻蚀气体是介电材料常用的CF

为了解决上述问题，本实施例提供一种半导体器件的焊盘制造方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S001：以聚合物感光保护层为刻蚀阻挡层采用含氟的刻蚀气体刻蚀金属互连层上方的钝化层，形成暴露金属焊盘的焊盘窗口；

上述金属互连层可以是任意适用于形成半导体器件的互连结构的金属，例如，铝、铜、金等金属。在本实施例中，以金属铝为例进行说明。如图2所示，本实施例中，铝互连层110的上方依次具有钝化层120、及聚合物感光保护层130。本实施例中，该感光保护层为聚酰亚胺保护层。该钝化层120可以是氧化物层或者氮化物层或者二者的叠层等。例如可以通过旋涂工艺在钝化层120上方形成该聚合物感光保护层130。然后对聚酰亚胺保护层130进行曝光、显影，并对显影后的感光保护层进行固化，固化温度大约为150～250℃，由此形成图3所示的图案化感光保护层131，该图案化感光保护层131中形成有第一开口132，该第一开口暴露感光保护层下方的钝化层120。以该图案化的感光保护层131作为刻蚀阻挡层，对钝化层120进行干法刻蚀。在本实施例中，采用含氟的刻蚀气体对钝化层进行干法刻蚀。

在干法刻蚀的过程中，如果采用含有碳元素的刻蚀气体，例如CF

如上所述，在钝化层刻蚀过程中，采用的刻蚀气体为NF

步骤S002：还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物；

本实施例中，形成上述铝焊盘之后，经焊盘窗口140向铝焊盘表面通过H

在本实施例的一可选实施例中，进行H

步骤S003：清洗所述金属焊盘表面以去除被还原的所述刻蚀副产物。

根据还原之后的产物AlO

采用磷酸溶液去除还原后的刻蚀副产物的过程可以由如下等式(1)和(2)示意性表示：

AlO

(AlF

其中，等式(1)中的(AlF

经上述酸液清洗之后，还包括采用去离子水对铝焊盘表面进行冲洗的过程，以保证铝焊盘表面不会有残留物质，保证铝焊盘表面的清洁度。

在本实施例的另一可选实施例中，步骤S002：还原所述焊盘窗口所暴露的所述铝焊盘表面的刻蚀副产物所采用的具体方法为：

刻蚀钝化层120之后，对感光保护层进行第二固化过程，该固化过程的固化温度同样为150℃～250℃，优选地不高于220℃，由此在固化感光保护层的同时不会对感光保护层造成损伤。在固化过程中，向铝焊盘表面引入H

如上所述，本实施例的方法能够有效去除铝焊盘表面的氟氧化物，得到表面清洁的铝焊盘。进而消除铝焊盘表面的晶体缺陷，保证后续器件的成品率。

本实施例以形成金属焊盘为例详细描述了上述半导体器件的焊盘制造方法，应该理解的是，本实施例的方法适用于存在形成晶体缺陷的任意金属焊盘，并不限于上述铝焊盘。

实施例二

本实施例提供一种半导体器件制造方法，如图6所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101：提供衬底，所述衬底上形成有初始器件以及位于所述初始器件表面的金属互连层；

在本实施例中，如图7所示，提供衬底200，该衬底200可以包括硅衬底、锗(Ge)衬底、锗化硅(SiGe)衬底、SOI(Silicon-on-insulator，绝缘体上硅)衬底或GOI(Germanium-on-Insulator，绝缘体上锗)衬底等等。本实施例中，所述衬底200为单晶硅衬底。

该衬底200上方还可以形成有初始器件(在此未详细示出)，该初始器件可以是在堆叠结构中形成的3D NAND存储串，也可以是MOS晶体管等器件。初始器件上方形成有金属互连层201。该金属互连层用于后续形成连接初始器件的金属焊盘。

上述金属互连层可以是任意适用于形成半导体器件的互连结构的金属，例如，铝、铜、金等金属。在本实施例中，以金属铝为例进行说明。

步骤S102：在所述金属互连层上方依次形成钝化层及聚合物感光保护层；

同样参照图6，在铝互连层201上方形成钝化层202及聚合物感光保护层203。与实施例一相同，该钝化层202同样可以是氧化物层或者氮化物层或者二者的叠层等。在本实施例中，聚合物感光保护层同样采用聚酰亚胺感光保护层，例如，可以采用旋涂工艺在钝化层202上方形成聚酰亚胺感光保护层203。

步骤S103：以聚合物感光保护层作为刻蚀阻挡层采用含氟的刻蚀气体刻蚀金属互连层上方的钝化层，形成暴露金属焊盘的焊盘窗口；

形成上述PI感光保护层203之后，如图7所示，对PI保护层203进行曝光、显影，并对显影后的感光保护层进行固化，固化温度大约为150～250℃，由此形成图7所示的图案化感光保护层2031，该图案化感光保护层2031中形成有第一开口2032，该第一开口2032暴露感光保护层下方的钝化层202。以该图案化的感光保护层2031作为刻蚀阻挡层，对钝化层202进行刻蚀。在本实施例中，采用干法刻蚀对钝化层进行刻蚀，刻蚀气体选用与聚酰亚胺发生较少聚合反应的刻蚀气体，例如，在可选实施例中，采用的刻蚀气体为NF

如上所述，在钝化层刻蚀过程中，采用的刻蚀气体为NF

步骤S104：还原所述焊盘窗口所暴露的所述金属焊盘表面的刻蚀副产物；

本实施例中，形成上述铝焊盘之后，经焊盘窗口204向铝焊盘表面通过H

在本实施例的一可选实施例中，进行H

步骤S105：清洗所述金属焊盘表面以去除被还原的所述刻蚀副产物。

根据还原之后的产物AlO

采用磷酸溶液去除还原后的刻蚀副产物的过程同样可以由等式(1)和(2)示意性表示：

AlO

(AlF

其中，等式(1)中的(AlF

经上述酸液清洗之后，还包括采用去离子水对铝焊盘表面进行冲洗的过程，以保证铝焊盘表面不会有残留物质，保证铝焊盘表面的清洁度。

在本实施例的另一可选实施例中，步骤S104：还原所述焊盘窗口所暴露的所述铝焊盘表面的刻蚀副产物所采用的具体方法为：

刻蚀钝化层202之后，对感光保护层进行第二固化过程，该固化过程的固化温度同样为150℃～250℃，优选地不高于220℃，由此在固化感光保护层的同时不会对感光保护层造成损伤。在固化过程中，向铝焊盘表面引入H

在本实施例的可选实施例中，在清洗之后的表面清洁的铝焊盘表面形成连接导线，用于将初始器件引出。例如可以采用打线工艺在铝焊盘表面形成连接导线。

如上所述，本实施例的方法能够有效去除铝焊盘表面的氟氧化物，得到表面清洁的铝焊盘。进而消除铝焊盘表面的晶体缺陷，保证器件的成品率。

本实施例以形成金属焊盘为例详细描述了上述半导体器件的焊盘制造方法，应该理解的是，本实施例的方法适用于存在形成晶体缺陷的任意金属焊盘，并不限于上述铝焊盘。

如上所述，本发明提供的具有聚合物感光保护层的铝焊盘制造方法及半导体器件制造方法，至少具备如下有益技术效果：

在对具有聚酰亚胺保护层的钝化层进行刻蚀时，采用干法刻蚀，并且选用不易与聚酰亚胺发生聚合反应的气体，或者选用不与聚酰亚胺发生聚合反应的不含碳元素的刻蚀气体，例如NF

另外，上述方法实施过程简单、易操作，有利于降低生产成品。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。