專利名稱：一種雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體制造技術(shù)，尤其涉及一種雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導體集成電路工業(yè)中，高性能的集成電路芯片需要盡可能低的缺陷、高性能和高可靠的電性連接，而鋁焊墊層是半導體集成芯片的最表層互連，直接與外界環(huán)境接觸， 并且是芯片與外圍電路連接的橋梁，具有十分重要的作用。由于直接與外界環(huán)境接觸，因此如果質(zhì)量不良，就會很容易產(chǎn)生缺陷和失效，封裝過程中，很大一部分失效來自于接觸電阻過大或脫焊。因為鋁焊墊的材料是金屬鋁，化學性質(zhì)活潑，容易受到水氣和鹵素元素的侵蝕而產(chǎn)生電化學侵蝕(corrosion)，而產(chǎn)生大量缺陷而影響互連的質(zhì)量和可靠性?，F(xiàn)有的鋁焊墊制造工藝，由于鋁的填充工藝——物理氣相沉積的填充能力有限， 造成在臺階起伏處會產(chǎn)生凹槽形的形貌。而這種形貌在后續(xù)的工序中容易產(chǎn)生光阻殘留， 聚合物殘留，鹵素元素殘留等缺陷，而殘留物隨著時間的推移，吸收空氣中的水汽，會進一步侵蝕鋁焊墊，最終造成電阻升高，接觸不良，乃至焊墊脫落而斷路，嚴重影響芯片的缺陷狀況和可靠性?！栋雽w技術(shù)》2009年34卷10期中刊載的一篇論文《利用俄歇電子能譜儀研究Al 焊墊表面的F腐蝕》應用俄歇電子能譜儀研究了兩種發(fā)生在焊墊表面的腐蝕現(xiàn)象，結(jié)合其他失效分析手段，分析了 AI焊墊表面的F腐蝕的成因。據(jù)證實，鋁焊墊表面的氟元素殘留是造成鋁嚴重腐蝕的原因。事實上由于鋁焊墊刻蝕過程中的氣體就包含氟，氯等鹵族元素，如果由于形貌上的凹陷起伏形貌造成聚合物乃至酸液有殘留，必然會對鋁焊墊造成嚴重的腐蝕和傷害。對于雙鈍化保護層的鋁焊墊，為了加強對鋁焊墊和鋁線的保護，利用第二層鈍化保護層將整個芯片包覆起來。然后利用光刻和刻蝕，只將所需要暴露的區(qū)域打開，裸露出鋁金屬焊墊，便于后續(xù)的封裝測試等。為了盡可能減少光刻過程的筑波現(xiàn)象，同時也為提高鋁金屬層的穩(wěn)定性，一般會在鋁焊墊表層有一層抗反射層鈦和氮化鈦。但是為了減少封裝的接觸電阻，在第二層鈍化保護層刻蝕時，要求將這層鈦/氮化鈦抗反射層完全去除，因為鈦 /氮化鈦層的電阻要遠遠大于鋁金屬層。但如果鋁填充形貌存在凹陷，那么凹陷處的鈦/ 氮化鈦抗反射層將很難去除掉，這些殘留的抗反射層將會大大增加封裝時鋁焊墊的接觸電阻，從而造成芯片的軟失效(soft fai 1)。事實上，在實際應用中，由于接觸電阻過大而造成的失效是一種發(fā)生概率很大的失效模式。要避免鋁焊墊層被腐蝕，就要能夠避免聚合物或反應副產(chǎn)物的殘留在鋁焊墊上。 那就要求鋁焊墊表面足夠平滑，至少要避免凹槽等容易形成殘留的形貌出現(xiàn)。較為平整的鋁焊墊表面形貌，也對減少和避免鈦/氮化鈦抗反射層的殘留有很大幫助。因此，如何提高鋁焊墊區(qū)域的形貌平整度，減少刻蝕反應副產(chǎn)物的殘留，提高鋁焊墊性能和可靠性是一個非常有價值的研究內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，使接觸孔邊緣區(qū)域的填充能更平滑，減少刻蝕副產(chǎn)物殘留，從而提高鋁焊墊可靠性以及減少鋁焊墊電阻，最終達到提高整體芯片性能的目的。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，包括下列步驟 進行芯片第一鈍化保護層的沉積；
通過光刻和刻蝕在第一鈍化保護層上形成鋁焊墊開口，暴露出下層的金屬互連； 在第一鈍化保護層表面沉積生長金屬鋁層；
對所生長的具有凹陷缺陷的鋁層進行離子轟擊，將過度生長的凸角削平； 再次進行第二次金屬鋁沉積，使其達到所需要的鋁層厚度，并在鋁層上沉積生長一層抗反射層；
經(jīng)過光刻和刻蝕，多余的鋁金屬被去除，在鋁焊墊開口上方形成一定尺寸的鋁焊墊結(jié)
構(gòu)；
在生長好的鋁焊墊表面生長第二鈍化保護層；
通過光刻和刻蝕將第二鈍化保護層的鋁焊墊區(qū)域打開，再次形成鋁焊墊開口。上述雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，所述第一鈍化保護層與下層互連線基底之間包括刻蝕阻擋層，通過光刻和刻蝕所述第一鈍化保護層和所述刻蝕阻擋層， 在所述第一鈍化保護層上形成鋁焊墊開口。上述雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，所述第一鈍化保護層和所述第二鈍化保護層采用致密的氮化硅薄膜或氧化硅薄膜或者氮化硅和氧化硅薄膜的復合膜。上述雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，沉積生長金屬鋁層采用物理氣相沉積實現(xiàn)。上述雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，經(jīng)過光刻和刻蝕形成鋁焊墊結(jié)構(gòu)采用干法刻蝕，并且通過去膠，清洗，干燥，獲得完整的鋁焊墊。上述雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，所述第一鈍化保護層和所述第二鈍化保護層的沉積采用化學氣相沉積的方法。上述雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其中，所述抗反射層為鈦層或者氮化鈦層。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
通過本發(fā)明的工藝流程和方法，利用等離子轟擊濺射回刻和多次金屬鋁填充工藝，有效地提高鋁的填充能力，使接觸孔邊緣區(qū)域的填充能更平滑，鋁焊墊平整，無凹槽，缺陷少， 殘留少，接觸電阻小，封裝可靠性高。


圖1是本發(fā)明雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法的工藝流程示意框圖2a、圖2b、圖2c、圖2d、圖2e、圖2f、圖2g和圖池是本發(fā)明雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法的各個流程步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實施例對本發(fā)明作進一步說明。鈍化保護層和鋁焊墊層是半導芯片制造的最后步驟。工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)實際應用環(huán)境要求需要，有單一鈍化保護層或雙層鈍化保護層的不同選擇。本發(fā)明所涉及的是單一鈍化保護層的情況。如圖1所示，本發(fā)明雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法具體包括下列步驟 第一步，如圖加所示，進行芯片第一鈍化保護層的沉積。在完成互連布線的芯片基底
0上用化學氣相沉積的方法，生長一定厚度的第一鈍化保護層1，常用的材料為氧化硅或氮化硅或二者的復合膜。因為這兩種薄膜結(jié)構(gòu)致密，機械性能良好，能夠隔絕外界環(huán)境對芯片的影響，同時也對機械損傷有一定的保護作用。一般來說，第一鈍化保護層1與下層互連線基底0之間還包括刻蝕阻擋層2。第二步，如圖2b所示，通過光刻和刻蝕在第一鈍化保護層1上形成鋁焊墊開口 11， 暴露出下層的金屬互連。在沉積好第一鈍化保護層1的晶片上進行光刻和刻蝕第一鈍化保護層1和刻蝕阻擋層2，在所需要的位置打開鈍化層的覆蓋，形成鋁焊墊開口 11，讓下層金屬互連暴露出來，以利于后續(xù)工藝將其電學連接出來。第三步，如圖2c所示，在第一鈍化保護層1表面沉積生長金屬鋁層3，在完成鋁焊墊開口 11的硅片上，用物理氣相沉積的方法沉積金屬鋁的阻擋層4及金屬鋁層3。由于物理氣相沉積的臺階填充能力有限，在鋁焊墊開口的邊緣臺階處，由于起伏落差較大，很難獲得填充平整的鋁金屬層。更由于物理氣相沉積的特性，在臺階上角的地方由于正面和側(cè)面同時沉積，鋁層生長特別快，形成通常所說的突出(overhang)。而這些突出形狀A，對開口的坑底部位有阻擋作用，影響底部角落的生長速度，最終在鋁焊墊開口 11的側(cè)壁底部形成凹陷狀的形貌B。而這種凹陷狀的形貌B在后續(xù)刻蝕過程中非常容易導致反應副產(chǎn)物—— 含鋁，碳，氫，鹵族元素的聚合物殘留。而這種殘留很容易導致后續(xù)鋁焊墊的侵蝕，甚至導致脫焊，斷路而失效。此外，這種凹陷形狀B使鋁焊墊的截面積減少，使填充狀況惡化，會增大鋁焊墊結(jié)構(gòu)的電阻。為了消除這種不利的形貌，本發(fā)明進行了接下來的修正步驟；
第四步，對所生長的具有凹陷缺陷B的鋁層3進行離子轟擊，將過度生長的凸角削平。 對上一步驟形成的不良鋁金屬層3進行等離子轟擊濺射，達到回刻的目的，通過等離子轟擊濺射，使側(cè)壁的突出被消除，而金屬鋁重新分布，拉高凹陷處鋁厚度，從而達到平整表面， 改善形貌的目的?；乜痰牧渴艿谝淮纬练e的厚度限制，具體回刻量可以根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)。 等離子體的氣體類別，壓力，密度，轟擊偏壓都對濺射回刻的速度和厚度有所影響，較為常用的是氬氣，密度，壓力和轟擊加速電壓可以根據(jù)生長時的產(chǎn)量要求，芯片承受能力及回刻刻蝕速度和量共同決定，轟擊完后的效果圖參看圖2d所示。第五步，再進行第二次物理氣相沉積金屬鋁，調(diào)整鋁層3厚度，達到最終所需鋁層的厚度值，并在鋁層3上沉積生長一層鈦或者氮化鈦，作為抗反射層減弱鋁層光刻時的反射，消除筑波效應，并提高鋁金屬層的可靠性，完成后的效果圖如圖加所示(鈦或者氮化鈦層在圖2e中未示出)。第六步，經(jīng)過光刻和刻蝕，保留所需的鋁焊墊層，多余的鋁金屬被去除，在鋁焊墊開口 11上方形成一定尺寸的鋁焊墊結(jié)構(gòu)，經(jīng)過干法刻蝕后，進行去膠，清洗，干燥，獲得完整的鋁焊墊。該焊點均勻性好，表面無凹坑，不易產(chǎn)生化學殘留和鋁腐蝕物，具有較高可靠性和較低電阻值，完成后的效果圖如圖2f所示。第七步，如圖2g所示，采用化學氣相沉積的工藝方法，生長第二層鈍化保護層5， 覆蓋在整個芯片上，用于保護鋁焊墊及可能存在的鋁布線，第二鈍化保護層5將為鋁焊墊層及整個芯片提高隔離外界環(huán)境的損傷。第八步，利用光刻和刻蝕工藝，將鋁焊墊上的第二鈍化保護層5去除，裸露出金屬鋁焊墊區(qū)域，為后續(xù)的封裝工藝提供電學連接點。該步驟的刻蝕需要將鋁焊墊表面的、電阻率較高的鈦層或者氮化鈦抗反射層完全刻蝕出去，以達到降低后續(xù)封裝接觸電阻的目的通過光刻和刻蝕將第二鈍化保護層5的鋁焊墊區(qū)域打開，形成新的鋁焊墊開口 31，完成后的效果圖如圖所示。經(jīng)過上述步驟，低電阻，高可靠性的雙鈍化保護層鋁焊墊結(jié)構(gòu)就制造完成。本發(fā)明的工藝能夠提高鋁焊墊層金屬鋁的表面平整度，消除凹陷結(jié)構(gòu)和突出形貌，減少副產(chǎn)物殘留和高電阻的抗反射層存在的可能，從而減少鋁層侵蝕，減少接觸電阻，提高可靠性，同時由于填充更為致密和完整，鋁焊墊的電阻降低，最終實現(xiàn)芯片性能、良率和可靠性的提高。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例，其只是作為范例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對該雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，包括下列步驟 進行芯片第一鈍化保護層的沉積；通過光刻和刻蝕在第一鈍化保護層上形成鋁焊墊開口，暴露出下層的金屬互連； 在第一鈍化保護層表面沉積生長金屬鋁層；對所生長的具有凹陷缺陷的鋁層進行離子轟擊，將過度生長的凸角削平； 再次進行第二次金屬鋁沉積，使其達到所需要的鋁層厚度，并在鋁層上沉積生長一層抗反射層；經(jīng)過光刻和刻蝕，多余的鋁金屬被去除，在鋁焊墊開口上方形成一定尺寸的鋁焊墊結(jié)構(gòu)；在生長好的鋁焊墊表面生長第二鈍化保護層；通過光刻和刻蝕將第二鈍化保護層的鋁焊墊區(qū)域打開，再次形成鋁焊墊開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，所述第一鈍化保護層與下層互連線基底之間包括刻蝕阻擋層，通過光刻和刻蝕所述第一鈍化保護層和所述刻蝕阻擋層，在所述第一鈍化保護層上形成鋁焊墊開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，所述第一鈍化保護層和所述第二鈍化保護層采用致密的氮化硅薄膜或氧化硅薄膜或者氮化硅和氧化硅薄膜的復合膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，沉積生長金屬鋁層采用物理氣相沉積實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，經(jīng)過光刻和刻蝕形成鋁焊墊結(jié)構(gòu)采用干法刻蝕，并且通過去膠，清洗，干燥，獲得完整的鋁焊墊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，所述第一鈍化保護層和所述第二鈍化保護層的沉積采用化學氣相沉積的方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法，其特征在于，所述抗反射層為鈦層或者氮化鈦層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙層鈍化保護層的鋁襯墊的制造方法進行芯片第一鈍化保護層的沉積；通過光刻和刻蝕在第一鈍化保護層上形成鋁焊墊開口；在第一鈍化保護層表面沉積生長金屬鋁層；對所生長的鋁層進行離子轟擊，將過度生長的凸角削平；再次進行第二次金屬鋁沉積；經(jīng)過光刻和刻蝕，在鋁焊墊開口上方形成鋁焊墊結(jié)構(gòu)；在生長好的鋁焊墊表面生長第二鈍化保護層；通過光刻和刻蝕將第二鈍化保護層的鋁焊墊區(qū)域打開，再次形成鋁焊墊開口。通過本發(fā)明的工藝流程和方法，利用等離子轟擊濺射回刻和多次金屬鋁填充工藝，有效地提高鋁的填充能力，使接觸孔邊緣區(qū)域的填充能更平滑，鋁焊墊平整，無凹槽，缺陷少，殘留少，接觸電阻小，封裝可靠性高。
文檔編號H01L21/321GK102446757SQ20111030798
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司