专利名称：金属连接器件的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制作领域，尤其涉及金属连接器件的形成方法。
背景技术：
随着半导体器件尺寸越来越小，电路密度越来越大，芯片上输入/输出(1/0)
接口数量也越来越多，金属连接器件(金属焊盘或金属布线)之间的距离会 越来越小，为了提高电路性能，减小漏电流显得格外重要，为了获得更为优
良电路性能，漏电流要求也由原来的皮安培数量级(pA, 1E-12)提高至飞安 数量级(fA, 1E-15)，因此，以往的皮安培(pA)数量级的漏电流标准已经 不能满足现在器件的需要，在半导体工业界急需一种将集成电路的漏电流降 低到飞安(fA)数量级的技术。
现有金属连接器件的制作方法，如图l所示，在半导体衬底100上用化学 气相沉积法形成绝缘介质层102,所述绝缘介质层102的材料为氧化硅；然后 用物理气相沉积法在绝缘介质层102上形成屏蔽层104,屏蔽层104的作用为降 低金属导线的电子迁移效应，以及防止不同层的互连金属间互相扩散形成腐 蚀效应，所述屏蔽层104的材料为钛和氮化钛或氮化钽；用物理气相沉积法在 屏蔽层104上形成金属层106,所述金属层106的材料为含铜0.1%~1%的铝铜合 金；用物理气相沉积法在金属层106上抗反射层108,所述抗反射层108的材料 为氮化钛，作用是使后续曝光工艺中光阻层免受金属层反射影响曝光效果； 用旋涂法在抗反射层108上形成光阻层110。
如图2所示，将掩模版上的金属连接器件图形转移至光阻层110上，对光 阻层110进行曝光；然后，对光阻层110进行显影，定义金属连接器件。
如图3所示，以光阻层110为掩膜，蚀刻抗反射层108和金属层106至露出 屏蔽层104;用灰化法去除光阻层IIO,然后再用湿法蚀刻法去除残留光阻层 11 O及抗反射层108至露出金属层106,形成金属连接器件106a。
如图4所示，由于光阻层经过曝光后，曝光区域的光阻层呈酸性，经过显 影后，由于显影剂呈碱性，形成氢氧根渗透入抗反射层至金属层，与金属层 中的铝反应形成氢氧化铝。由于金属层表面有氢氧化铝存在，与铝的蚀刻速 率不一致，因此用电子显微镜在放大倍数为IOOOO倍时观察到蚀刻完金属层后 在屏蔽层上产生铝残余120。
在如下中国专利申请97111907还可以发现更多与上述技术方案相关的信 息，在金属层上直接形成抗反射层和光阻层，对光阻层进行曝光和显影后， 以光阻层为掩膜蚀刻抗反射层和金属层，形成金属连接器件。
现有技术，由于光阻层经过曝光后，曝光区域的光阻层呈酸性，经过显 影后，由于显影剂呈碱性，形成氢氧根渗透入抗反射层至金属层，与金属层 中的铝反应形成氬氧化铝。由于金属层表面有氬氧化铝存在，与铝的蚀刻速 率不一致，因此蚀刻完金属层后在屏蔽层上产生铝残余，进而会造成后续半 导体器件之间产生短路，以及后续沉积的膜层因表面接触不良而脱落。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属连接器件的形成方法，防止后续半导 体器件之间产生短路，以及后续沉积的膜层脱落。
为解决上述问题，本发明提供一种金属连接器件的形成方法，包括下列 步骤在带有绝缘介质层和屏蔽层的半导体衬底上形成金属层；将半导体衬 底放置于空气中，使金属层表面氧化；在金属层上依次形成抗反射层和图形 化光阻层；以图形化光阻层为掩膜，蚀刻抗反射层和金属层至露出屏蔽层； 去除光阻层和抗反射层。可选的，将半导体村底放置于空气中的时间为30分钟 60分钟。所述空
气环境为常温常压。
可选的，形成金属层的方法为物理气相沉积法。所述金属层的厚度为2000 埃 20000埃。所述金属层的材料为含铝99%~99.9%的铝铜合金。半导体衬底 放置于空气中，金属层表面氧化后形成氧化铝层。所述氧化铝层的厚度为50 埃 100埃。
可选的，蚀刻抗反射层和金属层的方法为反应式离子蚀刻。
与现有技术相比，以上方案具有以下优点在半导体衬底上形成金属层 后，将半导体衬底放置于空气中，使金属层表面氧化，形成氧化金属层，用 以在后续曝光显影工艺中保护金属层，使金属层不产生化学反应，进而在后 续蚀刻工艺中不会产生残余，从而使半导体器件之间不会产生短路以及后续 沉积的膜层不产生脱落；同时将半导体村底放置于空气中，使金属层表面氧 化，操作方便，步骤简化。
图1至图3是现有制作金属布线的示意图； 图4是现有技术制作的金属布线产生缺陷的效果图； 图5是本发明制作金属连接器件的实施例流程图； 图6至图9是本发明制作金属连接器件的实施例示意图； 图10至图16是本发明制作凸点工艺中形成金属焊盘的实施例示意图。
具体实施例方式
本发明在半导体衬底上形成金属层后，将半导体衬底放置于空气中，使 金属层表面氧化，形成氧化金属层，用以在后续曝光显影工艺中保护金属层， 使金属层不产生化学反应，进而在后续蚀刻工艺中不会产生残余，从而使半
导体器件之间不会产生短路以及后续沉积的膜层不产生脱落；同时将半导体 衬底放置于空气中，使金属层表面氧化，操作方便，步骤简化。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
图5是本发明制作金属连接器件的实施例流程图。如图5所示，执行步 骤S101，在带有绝缘介质层和屏蔽层的半导体衬底上形成金属层；执行步骤 S102,将半导体衬底放置于空气中，使金属层表面氧化；执行步骤S103,在 金属层上依次形成抗反射层和图形化光阻层；执行步骤S104,以图形化光阻 层为掩膜，蚀刻抗反射层和金属层至露出屏蔽层；执行步骤S105，去除光阻 层和抗反射层。
图6至图9是本发明制作金属连接器件的实施例示意图。如图6所示，在包 含驱动电路的半导体衬底200上用化学气相沉积法形成厚度为1000埃 9000埃 的绝缘介质层202,所述绝缘介质层202的材料为氧化硅、氮氧化硅或氮化硅 等；然后用物理气相沉积法在绝缘介质层202上形成厚度为100埃 900埃的屏 蔽层204，屏蔽层204的作用为降低金属导线的电子迁移效应，以及防止不同 层的互连金属间互相扩散形成腐蚀效应，所述屏蔽层204的材料为钛和氮化钛 或氮化钽；用物理气相沉积法在屏蔽层204上形成厚度为2000埃 20000埃的金 属层206,所述金属层206的材料为含铝99% 99.9%的铝铜合金；然后将带有 金属层206的半导体衬底200放置于空气中30分钟 60分钟，使金属层206表面 氧化，形成厚度为50埃 100埃的金属氧化层207，用以在后续曝光显影工艺中 保护金属层206,使金属层206不产生化学反应。
本实施例中，由于在空气中发生自然氧化的金属为铝，因此金属层206的 铝铜合金中铝发生氧化生成氧化铝，作为金属氧化层207。
本实施例中，将半导体衬底200放置于空气中的时间具体为30分钟、40分 钟、50分钟或60分钟等；所述空气环境为常温常压。
本实施例中，绝缘介质层202的厚度具体例如1000埃、2000埃、3000埃、 4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000埃或9000埃等。
屏蔽层204的厚度具体例如100埃、200埃、300埃、400埃、500埃、600埃、 700埃、800埃或900埃等。
本实施例中，金属层206的厚度具体例如2000埃、4000埃、6000埃、8000 埃、IOOOO埃、12000埃、14000埃、16000埃、18000埃或20000埃等。
金属氧化层207的具体厚度例如50埃、60埃、70埃、80埃、90埃或100埃等。
如图7所示，用物理气相沉积法在金属氧化层207上厚度为200埃 800埃的 抗反射层208，所述抗反射层208的材料为氮化钛，作用是使后续曝光工艺中 光阻层免受金属层反射影响曝光效果；用旋涂法在抗反射层208上形成光阻层 210。
本实施例中，抗反射层208的厚度具体例如200埃、300埃、400埃、500埃、 600埃、700埃或800埃等。
如图8所示，将掩模版上的金属连接器件图形转移至光阻层210上，对光 阻层210进行曝光；然后，对光阻层210进行显影，定义金属连接器件。
如图9所示，以光阻层210为掩膜，用反应式离子蚀刻方法蚀刻抗反射层 208、金属氧化层207和金属层206至露出屏蔽层204;用灰化法去除光阻层210， 然后再用湿法蚀刻法去除残留光阻层210、抗反射层208以及金属氧化层207至 露出金属层206,形成金属连接器件206a。
图IO至图16是本发明制作凸点工艺中形成金属焊盘的实施例示意图。如 图IO所示，在包含驱动电路的半导体衬底300上用化学气相沉积法形成厚度为 1000埃 9000埃的绝缘介质层302,所述绝缘介质层302的材料为氧化硅、氮氧 化硅或氮化硅等；然后用物理气相沉积法在绝缘介质层302上形成厚度为100
埃 900埃的屏蔽层304,屏蔽层304的作用为降低金属导线的电子迁移效应， 以及防止不同层的互连金属间互相扩散形成腐蚀效应，所述屏蔽层304的材料 为钛和氮化钬或氮化钽；用物理气相沉积法在屏蔽层304上形成厚度为2000埃 20000埃的第一金属层306，所述第一金属层306的材料为含铝99%~99.9%的 铝铜合金；然后将带有第一金属层306的半导体衬底300放置于空气中30分钟 60分钟，使第一金属层306表面氧化，形成厚度为50埃 100埃的金属氧化层 307，用以在后续曝光显影工艺中保护第一金属层306,使第一金属层306不产 生化学反应。
本实施例中，由于在空气中发生自然氧化的金属为铝，因此第一金属层 306的铝铜合金中铝发生氧化生成氧化铝，作为金属氧化层307。
本实施例中，将半导体衬底300放置于空气中的时间具体为30分钟、40分 钟、50分钟或60分钟等；空气环境为常温常压。
本实施例中，绝缘介质层302的厚度具体例如1000埃、2000埃、3000埃、 4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000埃或9000埃等，优选5000埃。
屏蔽层304的厚度具体例如100埃、200埃、300埃、400埃、500埃、600埃、 700埃、800埃或900埃等，优选500埃。
本实施例中，第一金属层306的厚度具体例如2000埃、4000埃、6000埃、 8000埃、IOOOO埃、12000埃、14000埃、16000埃、18000埃或20000埃等，优 选8000埃。
金属氧化层307的具体厚度例如50埃、60埃、70埃、80埃、90埃或100埃等。
如图11所示，用物理气相沉积法在金属氧化层307上厚度为200埃 800埃 抗反射层308，所述抗反射层308的材料为氮化钛，作用是使后续曝光工艺中 光阻层免受金属层反射影响曝光效果；用旋涂法在抗反射层308上形成光阻层310。
本实施例中，抗反射层308的厚度具体例如200埃、300埃、400埃、500埃、 600埃、700埃或800埃等，优选200埃。
如图12所示，将掩模版上的金属焊盘图形转移至光阻层310上，对光阻层 310进行曝光；然后，对光阻层310进行显影，定义金属焊盘。
如图13所示，以光阻层310为掩膜，用反应式离子蚀刻方法蚀刻抗反射层 308、金属氧化层307和第一金属层306至露出屏蔽层304;用灰化法去除光阻 层310,然后再用湿法蚀刻法去除残留光阻层310、抗反射层308以及金属氧化 层307至露出第一金属层306,形成金属焊盘306a。
如图14所示，在金属焊盘306a及屏蔽层304上用旋涂法形成钝化层312, 所述钝化层312为高分子聚合物，可以为苯并环丁烯(BCB)、聚四氟乙烯、 聚酰亚胺等高分子聚合物；然后采用现有的光刻和显影技术，在钝化层312 上形成第一开口，所述第一开口暴露出金属焊盘306a。
如图15所示，在钝化层312和金属焊盘306a上形成第二金属层314,所 述第二金属层314为Al、 Ni、 Cu、 Ti、 Cr中的一种或者它们的组合构成，作 为本发明的一个实施方式，第二金属层314为A1、 Ni和Cu的合金组成；在 第二金属层314上形成光刻胶层(未图示)，通过现有光刻技术定义出金属焊 盘306a形状，然后进行曝光，被曝光的金属焊盘306a区域的光刻胶变成水溶 性物质，直接去除，在光刻胶层中形成第二开口暴露出下层的金属焊盘306a 上的第二金属层314;以光刻胶层为掩模，在第二开口内、第二金属层314上 形成电镀籽晶层316,所述电镀籽晶层316为Cu、 Ni或其组合构成，所述电 镀籽晶层316作为电镀形成凸点层的籽晶层；继续以光刻胶层为掩模，在电 镀籽晶层316上形成凸点层318，形成所述凸点层318为本领域技术人员公知 技术，作为本发明的一个实施方式，通过电镀方法形成凸点层318,所述凸点
层318为Sn、 SnPb合金构成；灰化法去除光刻胶层。
如图16所示，以凸点层318及电镀籽晶层316为掩膜，蚀刻第二金属层 314。作为本发明的一个实施方式，如果第二金属层314为金属Al，采用热磷 酸腐蚀第二金属层314,第二金属层314比较薄，在很短时间内被去除，同时 热磷酸对凸点层318也有腐蚀作用，但是由于凸点层318较厚，仅仅腐蚀凸 点层318表面的极小部分。蚀刻第二金属层314之后，位于第二开口内的焊 盘306a上的第二金属层314形成凸点下金属层314a;最后，在凸点层318上 涂布助焊剂，然后在回流炉内保温回流，形成凸点318a。
本发明虽然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，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种金属连接器件的形成方法，其特征在于，包括下列步骤在带有绝缘介质层和屏蔽层的半导体衬底上形成金属层；将半导体衬底放置于空气中，使金属层表面氧化；在金属层上依次形成抗反射层和图形化光阻层；以图形化光阻层为掩膜，蚀刻抗反射层和金属层至露出屏蔽层；去除光阻层和抗反射层。
2. 根据权利要求1所述金属连接器件的形成方法，其特征在于将半导体衬 底放置于空气中的时间为30分钟~60分钟。
3. 根据权利要求2所述金属连接器件的形成方法，其特征在于所述空气环 境为常温常压。
4. 根据权利要求1所述金属连接器件的形成方法，其特征在于形成金属层 的方法为物理气相沉积法。
5. 才艮据权利要求4所述金属连接器件的形成方法，其特征在于所述金属层 的厚度为2000埃 20000埃。
6. 根据权利要求5所述金属连接器件的形成方法，其特征在于所述金属层 的材料为含铝99%~99.9%的铝铜合金。
7. 根据权利要求1至6任一项所述金属连接器件的形成方法，其特征在于 半导体衬底^C置于空气中，金属层表面氧化后形成氧化铝层。
8. 根据权利要求7所述金属连接器件的形成方法，其特征在于所述氧化铝 层的厚度为50埃 100埃。
9. 根据权利要求1所述金属连接器件的形成方法，其特征在于蚀刻抗反射 层和金属层的方法为反应式离子蚀刻。
全文摘要
一种金属连接器件的形成方法，包括下列步骤在带有绝缘介质层和屏蔽层的半导体衬底上形成金属层；将半导体衬底放置于空气中，使金属层表面氧化；在金属层上依次形成抗反射层和图形化光阻层；以图形化光阻层为掩膜，蚀刻抗反射层和金属层至露出屏蔽层；去除光阻层和抗反射层。经过上述步骤，半导体器件之间不会产生短路以及后续沉积的膜层不产生脱落。
文档编号H01L21/70GK101359616SQ20071004438
公开日2009年2月4日 申请日期2007年7月30日 优先权日2007年7月30日
发明者曾坤赐, 李鹤鸣, 杜学东 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司