铝垫的形成方法

文档序号:6939678
专利名称:铝垫的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺,尤其金属互连领域中半导体芯片上铝垫的形成方 法。
背景技术
在半导体集成电路的后端工艺中,最后一层需要形成图形化的铝垫结构,所述铝 垫结构形成于铜互连层上,作为输入/输出(I/O)或者电源/接地信号提供连接;然后在铝 垫的基础上形成重新布线层以满足封装的需求。图1至图7是现有铝垫结构的形成方法示意图。如图1所示,提供半导体衬底100,所述半导体衬底100的表面区域内形成有金属 互连层110。如图2所示,在半导体衬底100的表面形成钝化层101,所述钝化层101可以为氮 化硅、氧化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺(polyimide)等。如图3所示,在钝化层101的表面形成图形化的第一光刻胶102,第一在光刻胶 102上定义有开口,所述开口对准钝化层101底部的铜互连层110。如图4所示,以第一光刻胶102为掩膜,在上述开口内刻蚀钝化层101直至露出底 部的铜互连层110。如图5所示,去除第一光刻胶101,在所述底部露出铜互连层110的开口内沉积金 属铝层103,直至覆盖钝化层101的表面。如图6所示,在金属铝层103的表面形成图形化的第二光刻胶104,所述第二光刻 胶104的图形与第一光刻胶102的图形相反。如图7所示,以第二光刻胶104为掩膜,刻蚀金属铝层103直至露出钝化层101,形 成铝垫,然后去除第二光刻胶104。现有的铝垫形成工艺存在如下问题对钝化层101以及金属铝层103分别进行了 一次掩膜工序以及等离子刻蚀,工艺较为复杂,且由于掩膜为光刻胶,因为开口尺寸也即铝 垫的宽度限制,其厚度可能不足,最终形成的铝垫在第二次等离子刻蚀过程中可能受到腐 蚀,表面较为粗糙。

发明内容
本发明的目的是提供一种新型的铝垫形成方法,简化现有工艺,减少刻蚀步骤,改 善现有形成方法中铝垫表面易于受到腐蚀的问题。本发明提供的一种铝垫形成方法,包括提供半导体基底,所述半导体基底内形成有金属互连层;在半导体基底的表面形成铝垫层,刻蚀部分铝垫层形成铝垫,所述铝垫与所述金 属互连层电连接;在半导体基底以及铝垫的表面形成钝化层;
减薄所述钝化层,直至露出铝垫的顶部。可选的,所述铝垫层通过化学气相沉积或金属溅射工艺形成。可选的,所述刻蚀部分铝垫层形成铝垫所采用的方法为等离子刻蚀,步骤包括在铝垫层的表面形成掩膜层;图形化所述掩膜层,使得掩膜层的位置与半导体基底内的金属互连层对应;以掩膜层为掩膜,采用等离子干法刻蚀刻蚀铝垫层,直至露出半导体基底;去除所述掩膜层。可选的,所述钝化层为复合层,进一步的,所述钝化层为自半导体基底部向上包括 氮化硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅的四层结构。可选的,所述钝化层通过化学气相沉积逐 层垫积形成。可选的,所述减薄钝化层采用的方法为化学机械抛光。与现有的铝垫形成方法相比,本发明先形成与半导体基底内的金属互连层电连接 的铝垫,再沉积钝化层并采用化学机械抛光的方式减薄,露出铝垫,仅使用一次等离子刻蚀 以及掩膜工序,简化了形成工艺,且铝垫表面受到等离子刻蚀的影响较小,并提高了顶部的 平整度,有助于降低接触电阻提高器件可靠性。


通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明,本发明的上述及其他目 的、特征和优势将更加清晰。附图中与现有技术相同的部件使用了相同的附图标记。附图 并未按比例绘制,重点在于示出本发明的主旨。在附图中为清楚起见,放大了层和区域的尺 寸。图1至图7是现有的铝垫形成方法示意图;图8是本发明所述铝垫形成方法的流程示意图;图9至图14是本发明所述铝垫的形成方法具体实施例示意图。
具体实施例方式从背景技术可知,现有的铝垫形成方法,先形成钝化层,再在钝化层中形成底部露 出金属互连层的开口,在开口内沉积金属铝,最后通过等离子刻蚀去除溢出所述开口部分 的金属铝,形成铝垫。整个过程采用了两次掩膜工序以及两次等离子刻蚀,所形成的铝垫表 面较为粗糙,且在第二次等离子刻蚀过程中容易受到腐蚀。本发明通过调整钝化层以及铝 垫的形成顺序,减少等离子刻蚀次数,并采用化学机械抛光,处理铝垫的顶部表面,在简化 形成工艺的同时,提高了铝垫表面的平整度,进一步提高器件的可靠性。基于上述思想,本发明所提供的铝垫形成方法,流程如图8所示,基本步骤包括Si、提供半导体基底,所述半导体基底内形成有金属互连层。其中,所述金属互连层通常为铜互连层,与后续形成的铝垫电连接。S2、在半导体基底的表面形成铝垫层,刻蚀部分铝垫层形成铝垫,且使得所述铝垫 与所述金属互连层电连接。其中,用于形成铝垫的铝垫层厚度较厚,因此可以采用化学气相沉积形成也可以 通过金属溅射工艺形成。而刻蚀铝垫层可以采用掩膜工序进行等离子干法刻蚀,仅保留位于所述金属互连层表面的部分,所述铝垫与金属互连层直接接触从而电连接。S3、在半导体基底以及铝垫的表面形成钝化层。其中,所述钝化层可以为单层结构,也可以为多层的复合结构。覆盖于半导体基底 以及铝垫的表面。S4、减薄所述钝化层,直至露出铝垫的顶部。其中,由于钝化层在沉积时通常厚度较厚,而覆盖于整个半导体基底以及铝垫,因 此作为优选方案,可以采用化学机械抛光直接减薄钝化层,直至露出铝垫顶部为止。此外, 也可以在整体区域内进行等离子刻蚀进行钝化层的减薄,直至露出铝垫的顶部,但等离子 刻蚀易于损伤铝垫的顶部表面,因此上述方法仅在工艺允许范围内,作为特定条件下的可 选方案。下面结合具体实施例,对本发明所述铝垫形成方法,做详细介绍。图9至图14为 本发明所述形成方法的一个优选实施例示意图。如图9所示,首先提供一个半导体基底200,所述半导体基底200内包括金属互连 层 201。其中,所述金属互连层201的材质可以为铜。如图10所示,在半导体基底200的表面形成铝垫层300。所述铝垫层300材质为铝,厚度范围通常为5000A 20000 A,优选范围为 1OOOOA-15000 A,可以通过化学气相沉积或者金属溅射工艺形成。如图11所示,在铝垫层300的表面形成掩膜层400,并图形化所述掩膜层400。其中,所述掩膜层400可以为光刻胶,均勻涂抹至铝垫层300的表面,并经过光刻 显影图形化。图形化后的掩膜层400的位置与半导体基底200内的金属互连层201相对应。如图12所示,以掩膜层400为掩膜,对所述铝垫层300进行等离子刻蚀,直至露出 半导体基底200的表面,形成铝垫301。其中,位于掩膜层400底部的铝垫层300由于受到保护,被保留作为铝垫301,而铝 垫层300的其余部分将被去除。所述铝垫301与底部的金属互连层201直接接触,因此两 者可视为电连接。如图13所示,去除掩膜层400,在半导体基底200以及铝垫301的表面形成钝化层 500。其中,所述钝化层500可以为单层结构,也可以为多层复合结构。本实施例中,所述钝化层500为复合层,自半导体基底200起向上依次包括氮化 硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅的四层结构,可以通过化学气相沉积逐层淀积而成。具体的,第一层氮化硅的厚度范围为500 A-1000 第二层氧化硅可以通过化 学气相沉积厚度范围为3500 A 4500 A的正硅酸乙脂(PETE0S膜),热分解形成;第三层 氮化硅的厚度范围可以与第一层氮化硅相同,第四层氧化硅的形成方法可以与第二层氧化 硅相同,但沉积的PETEOS膜的厚度较薄,范围为2000 A 3000 A。如图14所示,减薄所述钝化层500,露出铝垫301的顶部。本实施例中,上述复合结构的钝化层500整体厚度约为8000 A左右,与铝垫301 的厚度接近。可以直接采用化学机械抛光进行减薄,由于钝化层中氧化硅、氮化硅与铝的材 质差异,因此在进行化学机械抛光时,具有较大的减薄速度差异,因此化学机械抛光容易停止于铝垫的顶部。且化学机械抛光,在减薄钝化层500的同时,也提高了铝垫的顶部表面的 平整度,进而去除铝垫上因为前述等离子刻蚀工艺可能形成的腐蚀缺陷。上述实施例中,仅在刻蚀铝垫层形成铝垫的过程中,使用了掩膜工序以及等离子 刻蚀。而在对钝化层的减薄过程,可以灵活运用化学机械抛光来实现,一方面露出铝垫的顶 部表面形成所需的铝垫结构,另一方面,还起到对铝垫的顶部表面进行平整化的作用。整个 形成方法中等离子刻蚀工艺对铝垫产生的腐蚀较少,工艺更为简单,所获得的铝垫具有更 为平整的表面,有助于后续进行封装时降低接触电阻,因此与现有技术相比,提高了器件的 可靠性。本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定权利要求,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
1.一种铝垫形成方法,其特征在于,包括提供半导体基底,所述半导体基底内形成有金属互连层;在半导体基底的表面形成铝垫层,刻蚀部分铝垫层形成铝垫,所述铝垫与所述金属互 连层电连接;在半导体基底以及铝垫的表面形成钝化层;减薄所述钝化层,直至露出铝垫的顶部。
2.如权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述铝垫层通过化学气相沉积或金属 溅射工艺形成。
3.如权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述刻蚀部分铝垫层形成铝垫所采用 的方法为等离子刻蚀,步骤包括在铝垫层的表面形成掩膜层;图形化所述掩膜层,使得掩膜层的位置与半导体基底内的金属互连层对应;以掩膜层为掩膜,采用等离子干法刻蚀刻蚀铝垫层,直至露出半导体基底;去除所述掩膜层。
4.如权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述钝化层为复合层。
5.如权利要求4所述的形成方法,其特征在于,所述钝化层为自半导体基底部向上包 括氮化硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅的四层结构。
6.如权利要求5所述的形成方法,其特征在于,所述钝化层通过化学气相沉积逐层淀 积形成。
7.如权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述减薄钝化层采用的方法为化学机 械抛光。
全文摘要
本发明提供了一种铝垫的形成方法,包括提供半导体基底,所述半导体基底内形成有金属互连层;在半导体基底的表面形成铝垫层,刻蚀部分铝垫层形成铝垫,且使得所述铝垫与所述金属互连层电连接;在半导体基底以及铝垫的表面形成钝化层;减薄所述钝化层,直至露出铝垫的顶部。与现有技术相比,仅使用一次等离子刻蚀以及掩膜工序,简化了形成工艺,铝垫表面受到等离子刻蚀的影响较小,并提高顶部的平整度,有助于降低接触电阻提高器件可靠性。
文档编号H01L21/60GK102130023SQ201010022700
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者王琪 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
再多了解一些
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