一种金属柱制作方法及半导体器件与流程

本发明涉及半导体制作技术领域，尤其涉及一种金属柱制作方法及半导体器件。

背景技术：

半导体器件需要用铜柱将金属层引出，以实现外部电连接。现有的铜柱制作以干膜直接贴在晶圆上或以涂布厚光阻，再对准，显影的方式获得所要制作的铜柱侧壁轮廓，而后进行金属沉积，光阻去除就形成铜柱。过厚的光阻在显影时，其形成的轮廓不一定会是垂直，这样以涂布、对准和显影的方式无法保证铜柱侧壁垂直，从而导致形成的铜柱的间距不一。

技术实现要素：

为此，需要提供一种金属柱制作方法及半导体器件，解决现有铜柱侧壁轮廓无法垂直的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种金属柱制作方法，包括如下步骤：

在具有连接金属的半导体器件表面制作第一层光阻，所述连接金属用于与金属柱连接；

在第一层光阻上面制作耐蚀刻缓冲层；

在耐蚀刻缓冲层上面制作第二层光阻；

在第二层光阻上曝光显影，去除待制作金属柱位置的第二层光阻；

去除待制作金属柱位置的耐蚀刻缓冲层；

采用非等向性蚀刻对待制作金属柱位置进行蚀刻，去除待制作金属柱位置的第一层光阻，露出连接金属；

在连接金属和第一层光阻内镀上金属，形成与连接金属连接的金属柱。

进一步地，在步骤去除待制作金属柱位置的耐蚀刻缓冲层后，还包括步骤：

去除第二层光阻。

进一步地，所述耐蚀刻缓冲层以蒸镀、溅镀或电镀的方式形成。

进一步地，所述金属柱通过电镀或蒸镀的方式形成。

进一步地，还包括步骤：在金属柱上形成焊料。

进一步地，还包括对焊料进行回流。

进一步地，还包括步骤：去除耐蚀刻缓冲层和第一层光阻。

进一步地，所述金属柱为铜柱。

进一步地，所述耐蚀刻缓冲层为tiw、tiw-au或氮化物。

本发明提供半导体器件，所述半导体器件为上述方法制得。

区别于现有技术，上述技术方案通过耐蚀刻缓冲层的遮挡，使用非等向性蚀刻对第一层光阻进行蚀刻，可以实现蚀刻后的第一层光阻形成通孔内壁垂直，而后在通孔内形成金属柱侧壁垂直，保证每个铜柱的间距一致，便于后续缩小铜柱间距工艺的进行。

附图说明

图1为去除待制作金属柱位置的第二层光阻后的结构示意图；

图2为去除待制作金属柱位置的耐蚀刻缓冲层的结构示意图；

图3为去除待制作金属柱位置的第一层光阻后的结构示意图；

图4为制作了金属柱以及焊料的结构示意图；

图5为去除了第一层光阻后的金属柱的结构示意图；

图6为焊料回流后的结构示意图。

附图标记说明：

1、金属柱；

2、连接金属；

3、半导体器件；

pr1、第一层光阻；

10、绝缘层；

4、耐蚀刻缓冲层；

pr2、第二层光阻；

5、焊料。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1到图6，本实施例提供一种金属柱制作方法，用于在半导体器件上制作金属柱1，金属柱实现外部与半导体器件的电气连接，可以是铜柱或者是其他合金柱。本发明包括如下步骤：在具有连接金属2的半导体器件3表面制作第一层光阻pr1，所述连接金属2用于与金属柱1连接。其中半导体器件可以是砷化镓半导体器件，连接金属是在半导体器件上制作的金属层，用于电连接，为了实现与其他结构之间的绝缘，一般连接金属周围可以设置绝缘层10，可以是氮化物，如氮化硅层。

而后在第一层光阻上面制作耐蚀刻缓冲层4；耐蚀刻缓冲层可以承受后面的非等向性蚀刻，即在实现第一层光阻蚀刻时，耐蚀刻缓冲层要不被蚀刻。如所述耐蚀刻缓冲层为tiw(钨钛)、tiw-au(钨钛金)或氮化物(如氮化硅)。其中tiw-au为tiw与au组成的金属。而后在耐蚀刻缓冲层上面制作第二层光阻pr2；在第二层光阻上曝光显影，去除待制作金属柱位置的第二层光阻，如图1所示。金属柱位置即金属柱在垂直于半导体器件方向的投影，这样会露出金属柱位置的耐蚀刻缓冲层，耐蚀刻缓冲层的其他位置还是被第二层光阻覆盖。以及去除待制作金属柱位置的耐蚀刻缓冲层，如图2所示，一般只要将裸露的耐蚀刻缓冲层放到蚀刻液中蚀刻即可，蚀刻液只会蚀刻耐蚀刻缓冲层，而不会蚀刻光阻(即光刻胶)，由于第二层光阻遮挡，则只有金属柱位置的耐蚀刻缓冲层会被蚀刻。

而后采用非等向性蚀刻对待制作金属柱位置进行蚀刻，去除待制作金属柱位置的第一层光阻，露出连接金属，如图3所示。其中，非等向性蚀刻是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对半导体器件进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除需要去除的区域。被蚀刻的物质变成挥发性气体，经抽气装置抽离。离子和电子作用方向只垂直于半导体器件表面，蚀刻缓冲层起到阻挡离子和电子的作用，从而蚀刻后的第一层光阻的内壁是垂直于半导体器件的。而等向性蚀刻是垂直方向和水平方向以等比例进行蚀刻，形成盆状图案，以湿式蚀刻为代表。非等向性蚀刻的横向性蚀刻率很慢或为0,且能量越大，非等向性蚀刻方向性越强。

非等向性蚀刻后，会在第一层光阻上形成圆柱形通孔，且圆柱形侧壁与半导体器件垂直。在连接金属和第一层光阻内镀上金属，形成与连接金属连接的金属柱，如图4所示。这样的金属柱侧壁就与通过侧壁完全贴合，保持垂直状态。这样每个金属柱与其他金属柱之间的间距就不会因为金属柱的偏斜而变大或者变小，现有工艺由于间距变小后，为了实现预定的间距，就要增加金属柱间距。本发明间距不会变小，则可以在后续的工艺中，减少金属柱的间距，可以在单位面积内实现更多的金属柱数量。

在某些实施例中，在步骤去除待制作金属柱位置的耐蚀刻缓冲层后，还包括步骤：去除第二层光阻。这样可以实现耐蚀刻缓冲层的裸露，方便后续去除等向性去除第一层光阻。

如图5所示，为了实现金属柱的裸露，还包括步骤：去除耐蚀刻缓冲层和第一层光阻，这样可以进行后续的生产工艺。

上述所有实施例中，所述耐蚀刻缓冲层以蒸镀、溅镀或电镀的方式形成。以及所述金属柱通过电镀或蒸镀的方式形成。

金属柱的制作是为了电气连接，则本发明还包括步骤：在金属柱上形成焊料5，通过焊料可以实现金属柱与其他电气器件连接。进一步地，还包括对焊料进行回流，可以实现如图6的焊料结构。

本发明提供半导体器件，所述半导体器件为上述方法制得。通过上述方法制得的半导体器件通过耐蚀刻缓冲层的遮挡，使用非等向性蚀刻对第一层光阻进行蚀刻，可以实现蚀刻后的第一层光阻形成通孔内壁垂直，而后在通孔内形成金属柱侧壁垂直，保证每个铜柱的间距一致，便于后续缩小铜柱间距工艺的进行。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。