专利名称：铝焊垫制造方法以及集成电路制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种铝焊垫制造方法以及采用了该铝焊垫制造方法的集成电路制造方法。
背景技术：
在半导体集成电路工业中，高性能的集成电路芯片需要尽可能低的缺陷和高可靠性的电性连接。而铝焊垫层是半导体集成芯片的最表层互连，直接与外界环境接触，并且是芯片与外围电路连接的桥梁，具有十分重要的作用。由于直接与外界环境接触，因此如果质量不过关，就会很容易产生缺陷和失效。封装过程中，很大一部分失效来自于脱焊或接触电阻过大。而铝焊垫的材料是金属铝，化学性质活泼，容易受到水气和卤素元素的侵蚀而产生电化学侵蚀(corrosion),而产生大量缺陷而影响互连的质量和可靠性。现有的铝焊垫制造工艺，由于铝的填充工艺一物理气相沉积的填充能力有限，造成在台阶起伏处会产生凹槽形的形貌。而这种形貌在后续的工序中容易产生光阻残留，聚合物残留，卤素元素残留等缺陷，而残留物随着时间的推移，吸收空气中的水汽，会进一步侵蚀铝焊垫。最终造成电阻升高，接触不良，乃至焊垫脱落而断路。严重影响芯片的缺陷状况和可靠性。半导体技术，2009年34卷10期中的一篇论文提到"利用俄歇电子能谱仪研究Al焊垫表面的F腐蚀"。所述文章中证实，铝焊垫表面的氟元素残留是造成铝严重腐蚀的原因。事实上由于铝焊垫刻蚀过程中的气体就包含氟，氯等卤族元素。如果由于形貌上的凹陷起伏形貌造成聚合物乃至酸液有残留，必然会对铝焊垫造成严重的腐蚀和伤害。要避免铝焊垫层被腐蚀，就要能够避免聚合物或反应副产物的残留在铝焊垫上。那就要求铝焊垫表面足够平滑，至少要避免凹槽等容易形成残留的形貌出现。因此，如何提高铝焊垫区域的形貌平整度，减少刻蚀反应副产物的残留，提高铝焊垫性能和可靠性是一个非常有价值的研究内容。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够有效地提高铝焊垫区域的形貌平整度，减少刻蚀反应副产物的残留，提高铝焊垫性能和可靠性的铝焊垫制造方法以及采用了该铝焊垫制造方法的集成电路制造方法。根据本发明的第一方面，提供了一种铝焊垫制造方法，其包括阻挡层及保护层形成步骤，用于在基板上形成刻蚀阻挡层和钝化保护层；刻蚀步骤，用于对刻蚀阻挡层和钝化保护层进行刻蚀以形成铝垫开口 ；铝阻挡层形成步骤，用于在刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开口的侧壁和底部以及刻蚀阻挡层和钝化保护层上形成铝阻挡层；铝金属层形成步骤，用于在铝阻挡层形成步骤之后的结构上布置一个铝层，其中铝填充了刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开口 ；铝去除步骤，用于去除铝阻挡层上的铝层以及铝垫开口中的部分铝； 铝再次沉积步骤，用于在铝去除步骤之后的结构上重新布置铝层，其中利用铝层重新填充了刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开口的空白空间。优选地，在所述铝焊垫制造方法中，通过硅片反转实现铝去除步骤，其中硅片部分地浸入酸中，从而通过湿法刻蚀消除硅片表面和铝垫开口顶部的铝。优选地，在所述铝焊垫制造方法中，所述钝化保护层采用氮化硅或氧化硅薄膜或者它们的组合。优选地，在所述铝焊垫制造方法中，铝去除步骤所使用的酸为磷酸、硝酸、醋酸和水的混合溶液，并且铝去除步骤的反应温度为20-50°C。优选地，在所述铝焊垫制造方法中，铝金属层形成步骤采用物理气相沉积的方法在硅片上沉积铝金属层，并且所沉积的铝金属层的厚度为5000A-30000A。
优选地，在所述铝焊垫制造方法中，铝再次沉积步骤采用物理气相沉积的方法在硅片上沉积铝层，并且所沉积的铝层的厚度为3000A-25000A。优选地，所述铝焊垫制造方法进一步包括在铝再次沉积步骤之后执行铝焊垫层光刻。根据本发明的第二方面，提供了一种采用了根据本发明的第一方面的铝焊垫制造方法的集成电路制造方法。根据本发明，通过去除第一次形成的金属铝，使其重新均匀分布，同时采用第二次铝生长工艺，可以有效地提高金属铝的填充能力，获得较为平整，无较大起伏凹陷的铝层。由此，既有利于铝焊垫结构的电阻的降低，提高芯片性能，又可以避免化学副产物的残留，减少侵蚀发生的可能，从而提高铝焊垫和后续封装的可靠性。
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图I至图6示意性地示出了根据现有技术的铝焊垫制造方法的步骤。图7至图9示意性地示出了根据本发明实施例的改进后的铝焊垫制造方法的步骤。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。下面参考根据现有技术的铝焊垫制造方法来解释根据本发明实施例的改进后的铝焊垫制造方法。图I至图6示意性地示出了根据现有技术的铝焊垫制造方法的步骤。在根据现有技术的铝焊垫制造方法中，首先进行阻挡层及保护层形成步骤，如图I所示，在基板I上形成刻蚀阻挡层2和钝化保护层3。随后执行刻蚀步骤，如图2所示，对刻蚀阻挡层2和钝化保护层3进行刻蚀以形成
铝垫开口。
之后执行铝阻挡层形成步骤，在刻蚀阻挡层2和钝化保护层3的铝垫开口的侧壁和底部以及刻蚀阻挡层2和钝化保护层3上形成铝阻挡层4。此后进行铝金属层形成步骤，由此在铝阻挡层形成步骤之后的结构上布置一个铝层，其中铝填充了刻蚀阻挡层2和钝化保护层3的铝垫开口。其中，铝生长绝大部分是采用物理气相沉积。而这种沉积方式台阶覆盖率不高，而容易在棱角位置生长过快，而底部角落生长很慢，从而造成一定的凹陷形状，如图3所示。此后执行铝焊垫层光刻步骤，在铝焊垫层光刻时，光刻胶6会填充到凹槽形状中去,如图4所示。*然后是铝焊垫层干刻步骤，经过干法刻蚀，形成一定尺寸的铝焊垫结构，多余的铝金属被去除，如图5所示。最后进行干刻后处理，去胶清洗。在去胶过程，凹槽处的光刻胶或有机聚合物很容易产生残留61 (如图6所示)，而刻蚀过程中的氟，氯等元素对铝有强烈的侵蚀作用，容易导致随时间而严重的腐蚀。而且清洗过程中的酸液可能残留而腐蚀损伤铝焊垫，容易导致接触电阻增大甚至断路，导致芯片失效。焊垫表层凹凸程度过大也会影响后续封装的质量。参考图I至图3以及图7至图9来描述根据本发明实施例的改进后的铝焊垫制造方法。在根据本发明实施例的铝焊垫制造方法中，首先执行阻挡层及保护层形成步骤，如图I所示，在基板I上形成刻蚀阻挡层2和钝化保护层3。钝化保护层3 —般采用较厚的致密的氮化硅或氧化硅薄膜或者它们的组合，用于保护芯片，并阻挡湿气、机械力等外界因素对芯片的伤害。随后执行刻蚀步骤，如图2所示，对刻蚀阻挡层2和钝化保护层3进行刻蚀以形成铝垫开口。更具体地说，为了使铝焊垫与下层形成电学互连，需要形成开口，从而金属导通。之后执行铝阻挡层形成步骤，在刻蚀阻挡层2和钝化保护层3的铝垫开口的侧壁和底部以及刻蚀阻挡层2和钝化保护层3上形成铝阻挡层4。此后进行铝金属层形成步骤，由此在铝阻挡层形成步骤之后的结构上布置一个铝层，其中铝填充了刻蚀阻挡层2和钝化保护层3的铝垫开口。其中，铝生长绝大部分是采用物理气相沉积。而这种沉积方式台阶覆盖率不高，而容易在棱角位置生长过快，而底部角落生长很慢，从而造成一定的凹陷形状，如图3所示。例如，在具体实施例中，所述铝金属层形成步骤可以采用物理气相沉积的方法在硅片上沉积铝金属层，并且所沉积的铝金属层的厚度为 5000A-30000A。与现有技术不同的是，在铝金属层形成步骤之后，根据本发明实施例的改进后的铝焊垫制造方法执行一个铝去除步骤，用于去除铝阻挡层4上的铝层以及铝垫开口中的部分铝，如图7所示。例如，可通过硅片反转实现铝去除步骤，其中硅片表面浸入酸中一定厚度，从而通过湿法刻蚀消除硅片表面和铝垫开口顶部的铝。更具体地说，例如，在一个具体实施例中，铝去除步骤的硅片反转所使用的酸为磷酸、硝酸、醋酸和水的混合溶液，并且铝去除步骤的反应温度为20-50°C。随后，进行铝再次沉积步骤，用于在铝去除步骤之后的结构上重新布置铝层52，其中利用铝层52重新填充了刻蚀阻挡层2和钝化保护层3的铝垫开口的空白空间，如图8所示。例如，在具体实施例中，所述铝再次沉积步骤可以采用物理气相沉积的方法在硅片上沉积铝层，并且所沉积的铝层的厚度为3000A-25000A。图9示出了在图8所示的结构的基础上执行后续处理(例如执行铝焊垫层光刻、铝焊垫层干刻等)之后得到刻蚀后处理之后得到的结构图。如图9所示，根据本发明实施例的改进后的铝焊垫制造方法能够消除现有技术中的残留(图6所示的61)，从而能够有效地提高铝焊垫区域的形貌平整度，减少刻蚀反应副产物的残留，提高铝焊垫性能和可靠性。总之，现有技术的铝焊垫的制造流程所存在的问题，其根源在于物理气相沉积方式生长金属铝的填充能力不够。由于填充能力的限制，会造成侧壁上部的突出及底部的凹陷，而形貌的不平整又会引起铝焊垫电阻增大，以及可能的刻蚀反应副产物的残留而引发侵蚀。
本发明实施例通过去除(例如利用湿法刻蚀来去除)第一次形成(例如溅射形成)的金属铝，使其重新均匀分布，同时采用第二次铝生长工艺，可以有效地提高金属铝的填充能力，获得较为平整，无较大起伏凹陷的铝层。由此，既有利于铝焊垫结构的电阻的降低，提高芯片性能，又可以避免化学副产物的残留，减少侵蚀发生的可能，从而提高铝焊垫和后续封装的可靠性。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种铝焊垫制造方法，其特征在于包括 阻挡层及保护层形成步骤，用于在基板上形成刻蚀阻挡层和钝化保护层； 刻蚀步骤，用于对刻蚀阻挡层和钝化保护层进行刻蚀以形成铝垫开ロ； 铝阻挡层形成步骤，用于在刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开ロ的侧壁和底部以及刻蚀阻挡层和钝化保护层上形成铝阻挡层； 铝金属层形成步骤，用于在铝阻挡层形成步骤之后的结构上布置一个铝层，其中铝填充了刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开ロ； 铝去除步骤，用于去除铝阻挡层上的铝层以及铝垫开口中的部分铝； 铝再次沉积步骤，用于在铝去除步骤之后的结构上重新布置铝层，其中利用铝层重新填充了刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开ロ的空白空间。
2.根据权利要求I所述的铝焊垫制造方法，其特征在于，通过硅片反转实现铝去除步骤，其中硅片部分地浸入酸中，从而通过湿法刻蚀消除硅片表面和铝垫开ロ顶部的铝。
3.根据权利要求I或2所述的铝焊垫制造方法，其特征在于，所述钝化保护层采用氮化硅或氧化硅薄膜或者它们的组合。
4.根据权利要求2所述的铝焊垫制造方法，其特征在干，铝去除步骤所使用的酸为磷酸、硝酸、醋酸和水的混合溶液，并且铝去除步骤的反应温度为20-50°C。
5.根据权利要求I或2所述的铝焊垫制造方法，其特征在于，铝金属层形成步骤采用物理气相沉积的方法在硅片上沉积铝金属层，并且所沉积的铝金属层的厚度为5000A-30000A。
6.根据权利要求I或2所述的铝焊垫制造方法，其特征在于，铝再次沉积步骤采用物理气相沉积的方法在硅片上沉积铝层，并且所沉积的铝层的厚度为3000A-25000A。
7.根据权利要求I或2所述的铝焊垫制造方法，其特征在于进一歩包括在铝再次沉积步骤之后执行铝焊垫层光刻。
8.一种采用了根据权利要求I至7之一所述的铝焊垫制造方法的集成电路制造方法。
全文摘要
本发明提供铝焊垫制造方法以及集成电路制造方法。铝焊垫制造方法包括阻挡层及保护层形成步骤，用于在基板上形成刻蚀阻挡层和钝化保护层；刻蚀步骤，用于对刻蚀阻挡层和钝化保护层进行刻蚀以形成铝垫开口；铝阻挡层形成步骤，用于在刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开口的侧壁和底部以及刻蚀阻挡层和钝化保护层上形成铝阻挡层；铝金属层形成步骤，用于在铝阻挡层形成步骤之后的结构上布置一个铝层，其中铝填充了刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开口；铝去除步骤，用于去除铝阻挡层上的铝层以及铝垫开口中的部分铝；铝再次沉积步骤，用于在铝去除步骤之后的结构上重新布置铝层，其中利用铝层重新填充了刻蚀阻挡层和钝化保护层的铝垫开口的空白空间。
文档编号H01L21/60GK102664155SQ201210169778
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者周军 申请人:上海华力微电子有限公司