專利名稱：焊盤(pán)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種焊盤(pán)及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI)發(fā)展，晶片上的 電路密度越來(lái)越大，所含元件數(shù)量不斷增加，晶片表面已無(wú)法提供足夠 的面積來(lái)制作所需的互連線(Interconnect),為此，提出了兩層以上的 多層金屬互連線的設(shè)計(jì)方法。
半導(dǎo)體工藝技術(shù)進(jìn)入0.18微米以后，器件的特征尺寸進(jìn)一步縮小，互 連線的RC延遲逐漸成為影響電路速度的主要矛盾，為改善這一點(diǎn)，開(kāi)始 采用由金屬銅制作金屬互連線結(jié)構(gòu)的工藝方法。與傳統(tǒng)的鋁工藝相比， 銅工藝的優(yōu)點(diǎn)在于其電阻率較低，導(dǎo)電性更好，由其制成的內(nèi)連接導(dǎo)線 可以在保持同等甚至更強(qiáng)電流承載能力的情況下做得更小、更密集。此 外，其在電遷移、RC延遲、可靠性和壽命等方面也比鋁工藝具有更大的 優(yōu)勢(shì)。
然而，對(duì)于與金屬互邊線相連接的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)，因其與多層金屬互連 線結(jié)構(gòu)相比具有相對(duì)較大的尺寸及厚度，在兼顧器件性能與制作成本的 情況下，通常仍是利用傳統(tǒng)的鋁工藝來(lái)制作形成。而這種利用金屬銅制 作互連線，利用金屬鋁制作焊盤(pán)的方法帶來(lái)了一些新的問(wèn)題如金屬銅 易擴(kuò)散至鋁焊盤(pán)中，導(dǎo)致焊盤(pán)質(zhì)量變差的問(wèn)題。
焊盤(pán)制作中，需要關(guān)注的重點(diǎn)是焊盤(pán)的表面質(zhì)量問(wèn)題， 一旦焊盤(pán)表 面存在缺陷或被污染就會(huì)造成焊盤(pán)抗拉強(qiáng)度和接合強(qiáng)度均勻性變差，導(dǎo) 致引線失敗，對(duì)器件的導(dǎo)電性、可靠性帶來(lái)負(fù)面影響。因此，如何去除 焊盤(pán)表面的各種缺陷對(duì)器件制造而言非常重要。
為消除鋁焊盤(pán)表面的缺陷，申請(qǐng)?zhí)枮?0050101110的美國(guó)專利申請(qǐng)公 開(kāi)了一種去除鋁焊盤(pán)表面缺陷的方法，該方法采用等離子體清洗方式對(duì)晶片進(jìn)行處理，以消除刻蝕工藝中的氟引起的焊盤(pán)中的缺陷，提高了焊 盤(pán)與引線間的連接質(zhì)量。但是該方法并不適用于所有的鋁焊盤(pán)表面存在 缺陷的情況，如因焊盤(pán)下方的銅擴(kuò)散至焊盤(pán)表面而引起的缺陷，該方法 就無(wú)法消除。
實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，鋁焊盤(pán)通常會(huì)在高溫、大功率下
高速沉積形成，這帶來(lái)了下列問(wèn)題
A、 形成的鋁焊盤(pán)的顆粒較大，表面特性不好；
B、 因鋁的顆粒較大，其邊界處易成為弱點(diǎn)，在隨后的化學(xué)腐蝕過(guò)程 中易在焊盤(pán)底部出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象；
C、 因鋁沉積的功率較大，易損傷鋁焊盤(pán)下的其它材料層。 而上述后兩個(gè)問(wèn)題，還可能會(huì)導(dǎo)致鋁焊盤(pán)與其下層的銅金屬出現(xiàn)原
電池效應(yīng)(galvanic efficiency)，加重金屬銅向焊盤(pán)內(nèi)的擴(kuò)散，使焊盤(pán)的 特性進(jìn)一步下降。
圖1至圖3為說(shuō)明現(xiàn)有的焊盤(pán)形成方法的器件剖面圖，其中，圖l為現(xiàn) 有的焊盤(pán)形成方法中形成阻擋層后的器件剖面圖，如圖l所示，在襯底101 內(nèi)已形成了含銅的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)102。該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)102的表面在進(jìn)行平坦化處 理或刻蝕介質(zhì)層103以形成焊盤(pán)開(kāi)口時(shí)易出現(xiàn)損傷110。
為防止金屬銅擴(kuò)散至焊盤(pán)中，通常會(huì)在含銅的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)102與鋁焊盤(pán) 間先制作阻擋層105,該阻擋層105可以采用Ta, W， Ti以及它們的氮化 物TiN, WN, TaN等材料形成。當(dāng)該阻擋層105下的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)102表面存 在損傷110時(shí)，該處的阻擋層105也易出現(xiàn)薄弱點(diǎn)(圖中未示出)；而在 沉積鋁時(shí)，因所用功率較大，對(duì)下層的阻擋層105有一定的損傷，該薄弱 點(diǎn)處的阻擋層在防止銅擴(kuò)散至焊盤(pán)方面的能力會(huì)進(jìn)一步下降。
圖2為現(xiàn)有的焊盤(pán)形成方法中形成鋁層后的器件剖面圖，如圖2所示， 因鋁的沉積速率較快，形成的鋁層lll表面較為粗糙，因顆粒較大形成的 邊界1124支為明顯。圖3為說(shuō)明現(xiàn)有的鋁焊盤(pán)形成方法中出現(xiàn)的問(wèn)題的器件剖面圖，如圖
3所示，在形成鋁焊盤(pán)后再進(jìn)行高溫工藝處理時(shí)，因?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)內(nèi)的損傷110 及阻擋層105阻擋能力的下降，在原電池效應(yīng)(galvanic efficiency)作用 下，會(huì)有部分銅擴(kuò)散至鋁層lll中，在自身內(nèi)形成了空洞120,在鋁層lll 中形成了 Cu團(tuán)或Al-Cu團(tuán)13 0 。
另外，因形成的鋁顆粒較大，有明顯邊界，在形成鋁層后進(jìn)行高溫 工藝處理前進(jìn)行的鋁腐蝕工藝中，化學(xué)腐蝕液易沿其邊界處向下侵蝕， 這會(huì)加重后續(xù)高溫工藝中出現(xiàn)的上述原電池效應(yīng)，令鋁焊盤(pán)內(nèi)的Cu團(tuán)或 Al-Cu團(tuán)130更易向上擴(kuò)散至鋁焊盤(pán)的表面，進(jìn)一步惡化焊盤(pán)的質(zhì)量。
圖4為在現(xiàn)有的鋁焊盤(pán)斷面進(jìn)行X射線衍射檢測(cè)的結(jié)果，如圖4所示， 其中401代表了利用X射線衍射(XRD)檢測(cè)得到的鋁焊盤(pán)內(nèi)某處的銅含 量，402代表了檢測(cè)得到的鋁焊盤(pán)內(nèi)某處的鋁含量，進(jìn)一步證實(shí)了金屬銅 已擴(kuò)散至鋁焊盤(pán)內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種焊盤(pán)及其形成方法，以改善現(xiàn)有焊盤(pán)形成質(zhì)量較差 的現(xiàn)象。
本發(fā)明提供的一種焊盤(pán)，形成于具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底之上，該焊盤(pán) 至少包括兩層焊盤(pán)，且位于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上的底層焊盤(pán)的形成顆粒大于 位于所述底層焊盤(pán)上的頂層焊盤(pán)的形成顆粒。
其中，所述焊盤(pán)的底層焊盤(pán)和頂層焊盤(pán)包4舌金屬鋁，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 包括金屬銅。
可選地，所述底層焊盤(pán)的厚度在ljLim以上，所述頂層焊盤(pán)的厚度 在500至2000A之間。
可選地，所述底層焊盤(pán)的沉積功率在20至25KW之間，所述頂層 焊盤(pán)的沉積功率在2至10KW之間。
本發(fā)明具有相同或相應(yīng)^^支術(shù)特征的另 一種焊盤(pán)，形成于具有導(dǎo)電結(jié)于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上的第一焊盤(pán)，位于所述 第一焊盤(pán)上的第二焊盤(pán)，以及位于所述第二焊盤(pán)上的第三焊盤(pán)，且形成 所述第一焊盤(pán)、第三焊盤(pán)的顆粒小于形成所述第二焊盤(pán)的顆粒。
可選地，所述焊盤(pán)包括金屬鋁，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括金屬銅。
可選地，所述第一焊盤(pán)的厚度在50至2000A之間，所述第二焊盤(pán) 的厚度在1 ia m以上，所述第三焊盤(pán)的厚度在500至2000A之間。
可選地，所述第一焊盤(pán)的沉積功率在2至10KW之間，所述第二焊 盤(pán)的沉積功率在20至25KW之間，所述第三焊盤(pán)的沉積功率在2至 10KW之間。
可選地，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與所述第一焊盤(pán)之間還具有阻擋層，所述阻 擋層為T(mén)aN層。
本發(fā)明具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的一種焊盤(pán)的形成方法，包括步
驟
提供襯底，且所述襯底內(nèi)包含導(dǎo)電結(jié)構(gòu)； 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成第一金屬層；
在所述第一金屬層上形成第二金屬層，且所述第二金屬層的沉積功 率大于所述第一金屬層的沉積功率；
在所述第二金屬層上形成第三金屬層，且所述第三金屬層的沉積功 率小于所述第二金屬層的沉積功率；
在所述第三金屬層上形成焊盤(pán)圖形；
腐蝕所述第三金屬層、第二金屬層及第一金屬層，形成焊盤(pán)。
可選地，所述第一金屬層、第二金屬層及第三金屬層由金屬鋁形成， 所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)由金屬銅形成。
可選地，所述第一金屬層的厚度在50至2000A之間，所述第二金 屬層的厚度在1 jam以上，所述第三金屬層的厚度在50至2000A之間。
9可選地，所述第一金屬層的沉積功率在2至IOKW之間，所述第二 金屬層的沉積功率在20至25KW之間，所述第三金屬層的沉積功率在 2至IOKW之間。
可選地，在形成第一金屬層前，還在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成了阻擋層， 所述阻擋層為T(mén)aN層。
本發(fā)明具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的另 一種焊盤(pán)的形成方法，包括步
驟
提供襯底，且所述襯底內(nèi)包含導(dǎo)電結(jié)構(gòu)； 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成底層金屬層；
在所述底層金屬層上形成頂層金屬層，且所述頂層金屬層的沉積功 率小于所述底層金屬層的沉積功率；
在所述頂層金屬層上形成焊盤(pán)圖形；
腐蝕所述頂層金屬層及底層金屬層，形成焊盤(pán)。
可選地,所述底層金屬層及頂層金屬層由金屬鋁形成。
可選地，所述底層金屬層的厚度在lium以上，所述頂層金屬層的 厚度在50至2000A之間。
可選地，所述底層金屬層的沉積功率在20至25KW之間，所述頂 層金屬層的沉積功率在2至10KW之間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的焊盤(pán)及其形成方法，將傳統(tǒng)的焊盤(pán)分為至少兩層，其中底 層焊盤(pán)的沉積功率較大，頂層焊盤(pán)的沉積功率較小，形成的顆粒較小， 一方面改善了焊盤(pán)的表面質(zhì)量，另一方面防止了腐蝕液沿顆粒邊界向下 侵蝕，進(jìn)一步提高了焊盤(pán)的質(zhì)量。
本發(fā)明的焊盤(pán)及其形成方法，將傳統(tǒng)的焊盤(pán)分為三層第一焊盤(pán)、 第二焊盤(pán)及第三焊盤(pán)，其中，第一焊盤(pán)的沉積功率較低，可以避免損傷其下層的阻擋層，更好地防止了其下的銅金屬向焊盤(pán)內(nèi)擴(kuò)散；第三焊盤(pán) 的沉積功率較低，可以改善焊盤(pán)的表面質(zhì)量。另外，第一焊盤(pán)和第三焊 盤(pán)形成的顆粒較小，較為致密，可以防止腐蝕液沿顆粒邊界向下侵蝕， 進(jìn)一步提高焊盤(pán)的質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有的焊盤(pán)形成方法中形成阻擋層后的器件剖面圖； 圖2為現(xiàn)有的焊盤(pán)形成方法中形成鋁層后的器件剖面圖； 圖3為說(shuō)明現(xiàn)有的鋁焊盤(pán)形成方法中出現(xiàn)的問(wèn)題的器件剖面圖； 圖4為在現(xiàn)有的鋁焊盤(pán)斷面進(jìn)行X射線衍射檢測(cè)的結(jié)果； 圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例中說(shuō)明焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的焊盤(pán)形成方法的流程圖； 圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例中制作焊盤(pán)前的襯底結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例中形成第一金屬層后的器件剖面示意圖； 圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例中形成第二金屬層后的器件剖面示意圖； 圖IO為本發(fā)明第二實(shí)施例中形成第三金屬層后的器件剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合 附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明的處理方法可以凈皮廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，并且可利用許 多適當(dāng)?shù)牟牧现谱鳎旅媸峭ㄟ^(guò)具體的實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明 并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一^:的替 換無(wú)疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)， 為了便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，不 應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定，此外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬
ii度及深度的三維空間尺寸。
傳統(tǒng)的焊盤(pán)，因其的生長(zhǎng)厚度通常較大，為了提高生產(chǎn)效率，通常 會(huì)采用較大的沉積功率，但是，在該大功率下形成的焊盤(pán)一般顆粒較大， 且會(huì)損傷下層結(jié)構(gòu)，易導(dǎo)致焊盤(pán)的形成質(zhì)量較差。為改善這一問(wèn)題，本 發(fā)明提出了一種具有新的結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)，
第一實(shí)施例
圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例中說(shuō)明焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，如圖5所 示，本實(shí)施例中的焊盤(pán)形成于具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)502的襯底501之上，包括 位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)502上的第一焊盤(pán)511，位于第一焊盤(pán)511上的第二焊盤(pán) 512,以及位于第二焊盤(pán)512上的第三焊盤(pán)513，且形成第一焊盤(pán)511、 第三焊盤(pán)513的顆粒小于形成第二焊盤(pán)512的顆粒。
另外，襯底上各焊盤(pán)圖形之間通常還會(huì)利用介質(zhì)層503 (通?？梢?由氧化硅材料形成)分隔開(kāi)，在與焊盤(pán)相連的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)502上還具有阻 擋層505。當(dāng)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)502存在缺陷510時(shí)，在該缺陷510處的阻擋層 的生長(zhǎng)也會(huì)出現(xiàn)異常，其阻擋能力對(duì)應(yīng)下降。
本實(shí)施例中，焊盤(pán)由金屬鋁形成，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)502則包括了金屬銅， 通常為利用金屬銅形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的焊盤(pán)釆用的是單一結(jié)構(gòu)，因其所需的厚度較厚，為達(dá)到較高 的沉積速率，其在沉積時(shí)所用的沉積功率通常較大，在20KW以上。而 這一高功率的沉積過(guò)程，易對(duì)其下層的結(jié)構(gòu)，如阻擋層，造成破壞，使 得阻擋層阻擋導(dǎo)電結(jié)構(gòu)中的銅向焊盤(pán)內(nèi)擴(kuò)散的能力下降，易產(chǎn)生原電池 效應(yīng)，降低焊盤(pán)的形成質(zhì)量。
本實(shí)施例中的焊盤(pán)由三層焊盤(pán)第一焊盤(pán)511、第二焊盤(pán)512及第 三焊盤(pán)513組成。其中，形成于襯底的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)502之上的第一焊盤(pán)511， 可以利用物理氣相沉積(PVD, Physical Vapor Deposition)的方法形成， 如利用濺射鋁靶的方法。本實(shí)施例中，第一焊盤(pán)511的沉積功率較小，通?？蓪⑵涞某练e功
率設(shè)置在2至IOKW之間，如為4KW、 6KW、 8KW等。此功率下，一 方面不會(huì)對(duì)下面的阻擋層505造成明顯的損傷，可以令阻擋層505保持 較好的防止銅擴(kuò)散至鋁焊盤(pán)中的能力；另 一方面也可以形成顆粒較小的 鋁顆粒，有效防止化學(xué)腐蝕過(guò)程中腐蝕液向下侵蝕。
考慮在較小的沉積功率下的沉積速率較低，為兼顧生產(chǎn)效率，該第 一焊盤(pán)511的厚度不應(yīng)過(guò)厚，具體地，可以設(shè)置在50至2000A之間， 如為500A、 1000A等。
本實(shí)施例中的第二焊盤(pán)512形成于第一焊盤(pán)511之上，其同樣可以 利用物理氣相沉積(PVD, Physical Vapor Deposition)的方法形成，且 通常可以與第 一焊盤(pán)在同 一沉積室內(nèi)連續(xù)沉積形成。
本實(shí)施例中形成第二焊盤(pán)512時(shí)，其下已形成了第一焊盤(pán)511，可 以保護(hù)阻擋層505不受損傷，該第二焊盤(pán)可以利用較大的功率實(shí)現(xiàn)沉積， 具體地，可以將其沉積功率設(shè)置在20KW至25KW之間，如為22KW、 24KW等。
在該大功率下，第二焊盤(pán)512的沉積速率要遠(yuǎn)大于第一焊盤(pán)，同時(shí) 形成其的鋁顆粒也會(huì)大于第一焊盤(pán)511。
為達(dá)到與外部電路間較好的電連接關(guān)系，要求焊盤(pán)整體的厚度足夠 大，為提高焊盤(pán)整體的沉積速率(或者說(shuō)提高生產(chǎn)效率)，其的沉積厚 度主要由沉積速率最快的第二焊盤(pán)512實(shí)現(xiàn)，通常其的厚度至少會(huì)在1 iam以上。
如，本實(shí)施例中要求焊盤(pán)的整體厚度至少為2pm，則第二焊盤(pán)512 的厚度至少要在1.6jam以上，余下的厚度可以由第一焊盤(pán)511與第三 焊盤(pán)513實(shí)現(xiàn)(二者的厚度和通常不會(huì)超過(guò)4000A)。
本實(shí)施例中的第三焊盤(pán)513形成于第二焊盤(pán)512之上，其同樣可以 利用物理氣相沉積(PVD, Physical Vapor Deposition)的方法形成，且通?？梢栽谶M(jìn)行沉積功率的調(diào)整后，與第一焊盤(pán)、第二焊盤(pán)在同一沉積 室內(nèi)連續(xù)形成。
本實(shí)施例中的第三焊盤(pán)513仍采用了較小的沉積功率，通常也可將 其的功率設(shè)置在2至IOKW之間，如為4KW、 6KW、 8KW等。此功率 下，形成的鋁顆粒較小， 一方面可以提高焊盤(pán)的表面質(zhì)量，另一方面也 可以有效防止在后續(xù)的化學(xué)腐蝕過(guò)程中腐蝕液沿顆粒邊界向下侵蝕。
該第三焊盤(pán)513的厚度需折衷考慮， 一方面要有足夠的厚度影響焊 盤(pán)的表面形貌及防止腐蝕液向下侵蝕，另 一方面也要考慮到其沉積速率 較慢，沉積厚度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致所需的生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)。具體地，該第三焊盤(pán) 513的厚度可以設(shè)置在500至2000A之間，如為800A、 1000A及1500A等。
本實(shí)施例中的焊盤(pán)，采用了三層結(jié)構(gòu)，其中，第一、第三層釆用了 較小的沉積功率，形成的鋁顆粒較小、較為致密第一焊盤(pán)的沉積功率 較低，主要可以用于避免損傷其下層的阻擋層，防止其下的銅金屬向焊 盤(pán)內(nèi)擴(kuò)散；第三焊盤(pán)的沉積功率較低，主要可以用于改善焊盤(pán)的表面質(zhì) 量，及防止化學(xué)腐蝕過(guò)程中腐蝕液沿顆粒邊界向下侵蝕。
為了兼顧生產(chǎn)效率，本實(shí)施例中位于焊盤(pán)中間一層的第二焊盤(pán)仍采 用了較大的沉積功率，以較快的沉積速率理行沉積，其的厚度較厚、形 成其的鋁顆粒也較大。
采用本實(shí)施例中的三層結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)后，可以在對(duì)生產(chǎn)效率影響不大 的前提下，有效改善焊盤(pán)的形成質(zhì)量。
本發(fā)明的其它實(shí)施例中，還可以采用其它形式的多層結(jié)構(gòu)，如四層 結(jié)構(gòu)，其中第一層、第四層的功率最小，第二層的其次，第三層的功率 最大等等。
當(dāng)下層的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及阻擋層的形成質(zhì)量較好，焊盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題的主要 原因是在于其顆粒較大時(shí)，也可以僅形成頂層顆粒較小的焊盤(pán)，如，可以形成兩層焊盤(pán)第一層為底層焊盤(pán)，位于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之上，是在大功率 下形成的厚焊盤(pán)；第二層為頂層焊盤(pán)，位于底層焊盤(pán)之上，是在小功率 下形成的薄焊盤(pán)，其顆粒要小于底層焊盤(pán)。
其中，焊盤(pán)的底層焊盤(pán)和頂層焊盤(pán)包括金屬鋁，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括 金屬銅。且所述底層焊盤(pán)的厚度在liam以上，所述頂層焊盤(pán)的厚度在 500至2000A之間。
其中，底層焊盤(pán)的沉積功率在20至25KW之間，形成顆粒較大； 頂層焊盤(pán)的沉積功率在2至10KW之間，形成顆粒較小。
另外，本發(fā)明的其它實(shí)施例中，焊盤(pán)也可以不僅由金屬鋁制成，如 可以利用金屬鈦形成第一焊盤(pán)，金屬鋁形成第二焊盤(pán)，金屬金形成第三 焊盤(pán)等，其同樣可以通過(guò)將第 一焊盤(pán)及第三焊盤(pán)的沉積功率減小來(lái)改善 焊盤(pán)的質(zhì)量。
上述各種其它實(shí)施例中的焊盤(pán)的具體結(jié)構(gòu)與思路均和本實(shí)施例相 似，在本實(shí)施例的啟示下，這一應(yīng)用的延伸對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而 言是易于理解和實(shí)現(xiàn)的，在此不再贅述。
第二實(shí)施例
本發(fā)明第二實(shí)施例中介紹了 一種可用于形成本發(fā)明第 一 實(shí)施例中 焊盤(pán)的形成方法。圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的焊盤(pán)形成方法的流程圖， 圖7至圖IO為說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例中焊盤(pán)的形成方法的器件剖面圖， 下面結(jié)合圖6至圖IO對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
本發(fā)明第二實(shí)施例中焊盤(pán)的形成方法，包括步驟
步驟601:提供襯底，且所述襯底內(nèi)包含導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中襯底內(nèi)包含的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，也可以為下層的金屬連線結(jié)構(gòu)。
圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例中制作焊盤(pán)前的襯底結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7
15所示，在襯底701內(nèi)已形成了導(dǎo)電結(jié)構(gòu)702，本實(shí)施例中，襯底701內(nèi) 的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)702為下層金屬連線結(jié)構(gòu)，其是由銅金屬形成。
在形成焊盤(pán)前，還可以在襯底上的非電連接區(qū)域形成介質(zhì)層703， 以保護(hù)非電連接區(qū)域，并將各焊盤(pán)隔離開(kāi)。該介質(zhì)層703通常可以由氧 化硅或氮氧化硅材料形成。
形成該介質(zhì)層703后，利用光刻、刻蝕的方法形成焊盤(pán)開(kāi)口，在本 步刻蝕中， 一方面因器件密集度不同的區(qū)域之間以及中心區(qū)域和邊緣區(qū) 域之間的刻蝕速率有較大差別；另一方面刻蝕去除的各層在沉積時(shí)也會(huì) 出現(xiàn)厚度不均勻一致的情況，故而常會(huì)在下層的銅金屬內(nèi)(即焊盤(pán)開(kāi)口 的底部)形成缺陷710。
此外，在形成介質(zhì)層703后，為了將導(dǎo)電結(jié)構(gòu)702內(nèi)的金屬銅與用 于形成焊盤(pán)的金屬鋁隔離開(kāi)，通常還需要在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成一層阻擋層 705。該阻擋層705可以采用Ta, W, Ti以及它們的氮化物TiN, WN, TaN等材料形成。
因該阻擋層705的電阻率通常較高，其生長(zhǎng)厚度有一定的限制。這 樣，當(dāng)阻擋層705下方的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)702內(nèi)存在缺陷710時(shí)，該處的阻擋 層705會(huì)出現(xiàn)異常情況，形成阻擋的薄弱點(diǎn)。此時(shí)，如果在后續(xù)的焊盤(pán) 沉積過(guò)程中采用了較大的功率，對(duì)阻擋層705造成進(jìn)一步的損傷的話， 將大大增加下層銅金屬向焊盤(pán)內(nèi)擴(kuò)散的幾率，對(duì)得到高質(zhì)量的焊盤(pán)不 利。
步驟602:在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成第一金屬層。
圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例中形成第 一金屬層后的器件剖面示意圖， 如圖8所示，在襯底的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)702上形成了第一金屬層711,其可以 利用物理氣相沉積(PVD, Physical Vapor Deposition)的方法形成，如， 本實(shí)施例中的第 一金屬層由金屬鋁形成，則可以采用濺射鋁靶的方法。
本實(shí)施例中第一金屬層711所用的沉積功率較小，通?？蓪⑵涞墓β试O(shè)置在2至IOKW之間，如為4KW、 6KW、 8KW等。此功率下，一 方面不會(huì)對(duì)下面的阻擋層705造成明顯的損傷，可以令阻擋層705保持 較好的防止銅擴(kuò)散至第一金屬層711中的能力；另一方面也可以形成顆 粒較小的鋁顆粒，有效防止化學(xué)腐蝕過(guò)程中腐蝕液向下侵蝕。
考慮在較小的沉積功率下的沉積速率較低，為兼顧生產(chǎn)效率，該第 一金屬層711的沉積厚度不應(yīng)過(guò)厚，具體地，可以設(shè)置在50至2000A 之間，如為500A、 1000A等，只要能確保對(duì)阻擋層705的損傷較小即可。
步驟603:在所述第一金屬層上形成第二金屬層，且所述第二金屬 層的沉積功率大于所述第 一金屬層的沉積功率。
圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例中形成第二金屬層后的器件剖面示意圖， 如圖9所示，在第一金屬層711上形成了第二金屬層712。
該第二金屬層712同樣可以利用物理氣相沉積(PVD， Physical Vapor Deposition)的方法形成，且通?？梢耘c第一金屬層在同一沉積室 內(nèi)連續(xù)形成。
本實(shí)施例中形成第二金屬層712時(shí)，其下已形成了第一金屬層711, 可以保護(hù)阻擋層705不受損傷，該第二金屬層712可以利用較大的沉積 功率實(shí)現(xiàn)。具體地，可以將其的沉積功率設(shè)置在20KW至25KW之間， 如為22KW、 24KW等。
在該大功率下，第二金屬層712的沉積速率要遠(yuǎn)大于第一金屬層 711,同時(shí)形成其的鋁顆粒也會(huì)大于第一金屬層711。
為達(dá)到與外部電路間較好的電連接關(guān)系，要求焊盤(pán)整體的厚度足夠 大，為提高沉積速率(或者說(shuō)提高生產(chǎn)效率)，焊盤(pán)整體的沉積厚度主 要由沉積速率最快的第二金屬層712完成。通常其的厚度至少會(huì)在1 n m以上。
本實(shí)施例中要求焊盤(pán)的整體厚度至少為2|am，則第二金屬層712的厚度至少要在1.6 jam以上，余下的厚度可以由其余金屬層實(shí)現(xiàn)(通 常其余金屬層的總厚度不會(huì)超過(guò)4000A )。
步驟604:在所述第二金屬層上形成第三金屬層，且所述第三金屬 層的沉積功率小于所述第二金屬層的沉積功率。
圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例中形成第三金屬層后的器件剖面示意圖， 如圖IO所示，在第二金屬層712上形成了第三金屬層713。
本實(shí)施例中的第三金屬層713形成于第二金屬層712之上，其同樣 可以利用物理氣相沉積(PVD， Physical Vapor Deposition)的方法形成， 且通?？梢栽谶M(jìn)行沉積功率的調(diào)整后，與第一金屬層711、第二金屬層 712在同一沉積室內(nèi)連續(xù)形成。
本實(shí)施例中的第三金屬層713仍采用了較小的沉積功率，通常也可 將其的功率設(shè)置在2至IOKW之間，如為4KW、 6KW、 8KW等。此功 率下，形成的鋁顆粒較小， 一方面可以提高焊盤(pán)的表面質(zhì)量，另一方面 也可以有效防止化學(xué)腐蝕過(guò)程中腐蝕液沿顆粒邊界向下侵蝕。
該第三金屬層713的厚度可以設(shè)置在500至2000A之間，如為 800A、 1000A及1500A等。
步驟605:在所述第三金屬層上形成焊盤(pán)圖形。
利用光刻技術(shù)在第三金屬層713表面定義焊盤(pán)圖形，將需要形成焊 盤(pán)的區(qū)域表面覆蓋上光刻膠。
步驟606:腐蝕所述第三金屬層、第二金屬層及第一金屬層，形成 焊盤(pán)。
利用化學(xué)腐蝕液，在光刻膠保護(hù)下對(duì)第三金屬層、第二金屬層及第 一金屬層進(jìn)行化學(xué)腐蝕，形成焊盤(pán)。
本實(shí)施例中的焊盤(pán)形成方法，采用三種不同的工藝條件生長(zhǎng)了三層 金屬層來(lái)形成焊盤(pán)。其中，第一金屬層的沉積功率較低，主要可以用于避免損傷其下層的阻擋層，防止其下的銅金屬在后續(xù)的高溫工藝中向焊
盤(pán)內(nèi)擴(kuò)散；第三金屬層的沉積功率較低，主要可以用于改善焊盤(pán)的表面 質(zhì)量，及防止化學(xué)腐蝕過(guò)程中腐蝕液沿顆粒邊界向下侵蝕。
采用本實(shí)施例中焊盤(pán)形成方法后，可以在對(duì)生產(chǎn)效率影響不大的前 提下，有效改善焊盤(pán)的形成質(zhì)量。
對(duì)于其它實(shí)施例中的多層結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)或兩層焊盤(pán)，以及由其它金屬 制成的焊盤(pán)的形成方法，其的具體實(shí)現(xiàn)步驟與思路均和本實(shí)施例相似。 以兩層焊盤(pán)的形成方法為例，其可以包括以下步驟
A、 提供襯底，且所述襯底內(nèi)包含導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；
B、 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成底層金屬層；
C、 在所述底層金屬層上形成頂層金屬層，且所述頂層金屬層的沉 積功率小于所述底層金屬層的沉積功率；
D、 在所述頂層金屬層上形成焊盤(pán)圖形；
E、 腐蝕所述頂層金屬層及底層金屬層，形成焊盤(pán)。
其中，所述底層金屬層及頂層金屬層可以由金屬鋁形成。
其中，所述底層金屬層的沉積速率較快，沉積的厚度較厚，通常在 linm以上，而所述頂層金屬層沉積速率較慢，沉積的厚度通?？梢栽O(shè) 置在50至2000A之間，如為IOOOA。
其中，所述底層金屬層的沉積功率在20至25KW之間，如為20KW 所述頂層金屬層的沉積功率在2至10KW之間，如為5KW。
上述方法形成的兩層焊盤(pán)，因其頂層焊盤(pán)的沉積功率較小，形成的 顆粒較小， 一方面改善了焊盤(pán)的表面質(zhì)量，另一方面防止了腐蝕液沿顆 粒邊界向下侵蝕，提高了焊盤(pán)的形成質(zhì)量。
另外，也可以將上述兩層焊盤(pán)中的底層焊盤(pán)再分為多層，各層采用 不同的功率形成不同的顆粒大小。在本發(fā)明上述實(shí)施例的啟示下，這一應(yīng)用的延伸對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是易于理解和實(shí)現(xiàn)的，在此不 再贅述。 .
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能 的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的 范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種焊盤(pán)，形成于具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底之上，其特征在于所述焊盤(pán)至少包括兩層焊盤(pán)，且位于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上的底層焊盤(pán)的形成顆粒大于位于所述底層焊盤(pán)上的頂層焊盤(pán)的形成顆粒。
2、 如權(quán)利要求1所述的焊盤(pán)，其特征在于所述焊盤(pán)的底層焊盤(pán) 和頂層焊盤(pán)包括金屬鋁。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的焊盤(pán)，其特征在于所述底層焊盤(pán)的 厚度在1 iam以上。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的焊盤(pán)，其特征在于所述頂層焊盤(pán)的 厚度在500至2000A之間。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的焊盤(pán)，其特征在于所述底層焊盤(pán)的 沉積功率在20至25KW之間。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的焊盤(pán)，其特征在于所述頂層焊盤(pán)的 沉積功率在2至10KW之間。
7、 一種焊盤(pán)，形成于具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底之上，其特征在于所 述焊盤(pán)包括位于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上的第 一焊盤(pán)，位于所述第 一焊盤(pán)上的第 二焊盤(pán)，以及位于所述第二焊盤(pán)上的第三焊盤(pán)，且形成所述第一焊盤(pán)、 第三焊盤(pán)的顆粒小于形成所述第二焊盤(pán)的顆粒。
8、 如權(quán)利要求7所述的焊盤(pán)，其特征在于所述焊盤(pán)包括金屬鋁， 所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括金屬銅。
9、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述第一焊盤(pán)的 厚度在50至2000A之間。
10、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述第二焊盤(pán)的 厚度在lum以上。
11、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述第三焊盤(pán)的 厚度在500至2000A之間。
12、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述第一焊盤(pán)的 沉積功率在2至10KW之間。 .
13、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述第二焊盤(pán)的 沉積功率在20至25KW之間。
14、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述第三焊盤(pán)的 沉積功率在2至10KW之間。
15、 如權(quán)利要求7或8所述的焊盤(pán)，其特征在于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與 所述第 一焊盤(pán)之間還具有阻擋層。
16、 如權(quán)利要求15所述的焊盤(pán)，其特征在于所述阻擋層為T(mén)aN層。
17、 一種焊盤(pán)的形成方法，其特征在于，包括步驟 提供襯底，且所述襯底內(nèi)包含導(dǎo)電結(jié)構(gòu)； 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成第一金屬層；在所述第一金屬層上形成第二金屬層，且所述第二金屬層的沉積功 率大于所述第一金屬層的沉積功率；在所述第二金屬層上形成第三金屬層，且所述第三金屬層的沉積功 率小于所述第二金屬層的沉積功率；在所述第三金屬層上形成焊盤(pán)圖形；腐蝕所述第三金屬層、第二金屬層及第一金屬層，形成焊盤(pán)。
18、 如權(quán)利要求17所述的形成方法，其特征在于所述第一金屬 層、第二金屬層及第三金屬層由金屬鋁形成，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)由金屬銅形 成。
19、 如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于所述第一 金屬層的厚度在50至2000A之間。
20、 如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于所述第二金屬層的厚度在1 jam以上。
21、 .如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于所述第三 金屬層的厚度在50至2000A之間。
22、 如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于所述第一 金屬層的沉積功率在2至10KW之間。
23、 如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于所述第二 金屬層的沉積功率在20至25KW之間。
24、 如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于所述第三 金屬層的沉積功率在2至10KW之間。
25、 如權(quán)利要求17或18所述的形成方法，其特征在于在形成第 一金屬層前，還在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成了阻擋層。
26、 如權(quán)利要求25所述的形成方法，其特征在于所述阻擋層為 TaN層。
27、 一種焊盤(pán)的形成方法，其特征在于，包括步驟 提供襯底，且所述襯底內(nèi)包含導(dǎo)電結(jié)構(gòu)； 在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成底層金屬層；在所述底層金屬層上形成頂層金屬層，且所述頂層金屬層的沉積功 率小于所述底層金屬層的沉積功率；在所述頂層金屬層上形成焊盤(pán)圖形；腐蝕所述頂層金屬層及底層金屬層，形成焊盤(pán)。
28、 如權(quán)利要求27所述的形成方法，其特征在于所述底層金屬 層及頂層金屬層由金屬鋁形成。
29、 如權(quán)利要求27或28所述的形成方法，其特征在于所述底層 金屬層的厚度在1 mm以上。
30、 如權(quán)利要求27或28所述的形成方法，其特征在于所述頂層金屬層的厚度在50至2000A之間。
31、 如權(quán)利要求27或28所述的形成方法，其特征在于所述底層 金屬層的沉積功率在20至25KW之間。
32、 如權(quán)利要求27或28所述的形成方法，其特征在于所述頂層 金屬層的沉積功率在2至10KW之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種焊盤(pán)，形成于具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底之上，所述焊盤(pán)至少包括兩層焊盤(pán)，且位于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上的底層焊盤(pán)的形成顆粒大于位于所述底層焊盤(pán)上的頂層焊盤(pán)的形成顆粒。本發(fā)明還對(duì)應(yīng)公開(kāi)了具有三層結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)及其形成方法，采用本發(fā)明的焊盤(pán)及其形成方法，可以改善現(xiàn)有焊盤(pán)的形成質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101442034SQ20071017095
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者聶佳相 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司