焊盘形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种焊盘形成方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体制造领域，当集成电路制造完成以后，通常会在互连结构层上方形成焊 盘(Pad)，焊盘与内部电路电性连接以作为内部电路与外部信号电路间的界面。
[0003] 现有一种焊盘形成方法可以参考图1至图3,包括提供具有顶层金属结构101的衬 底(未示出），在顶层金属结构101上形成阻挡层102,在阻挡层102上形成氧化物层103,在氧 化物层103上形成钝化层104,在钝化层104上形成有机绝缘层105。然后，在有机绝缘层105 上形成开口（未标注），然后沿所述开口刻蚀钝化层104、氧化物层103和阻挡层102,直至形 成焊盘开口 106，被焊盘开口 106暴露的顶层金属结构101成为焊盘(未标注）。
[0004] 然而，现有焊盘形成方法所形成的焊盘导电性能和外观质量有待提高。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的问题是提供一种焊盘形成方法，以提高所形成焊盘的导电性能和外 观质量。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种焊盘形成方法，所述焊盘形成方法包括：
[0007] 提供具有顶层金属结构的衬底；
[0008] 在所述顶层金属结构上形成阻挡层；
[0009] 在所述阻挡层层上形成氧化物层；
[0010]在所述氧化物层上形成钝化层；
[0011] 刻蚀所述钝化层、所述氧化物层和所述阻挡层，直至形成焊盘开口，被所述焊盘开 口暴露的所述顶层金属结构成为焊盘；
[0012] 刻蚀所述氧化物层包括第一主刻蚀和第一过刻蚀；
[0013] 刻蚀所述阻挡层包括第二主刻蚀和第二过刻蚀。
[0014] 可选的，所述顶层金属结构的材料为铝，所述阻挡层的材料为氮化钛。
[0015] 可选的，所述第一过刻蚀持续时间为所述第一主刻蚀持续时间的15%~45%。 [0016]可选的，所述第二过刻蚀持续时间为所述第一主刻蚀持续时间的35%~65%。
[0017] 可选的，所述第二过刻蚀在没有磁场的条件下进行。
[0018] 可选的，所述第二过刻蚀采用的功率为300W~500W。
[0019] 可选的，在形成所述氧化物层后，且在形成所述钝化层前，还包括进行合金化处 理。
[0020] 可选的，所述形成方法还包括在所述钝化层上形成有机绝缘层，在刻蚀所述钝化 层前，先在所述有机绝缘层形成开口，沿所述开口刻蚀所述钝化层，所述有机绝缘层的材料 为聚酰亚胺。
[0021 ]可选的，所述氧化物层的厚度为20000A~25_A,所述阻挡层的厚度为20〇A~30〇A。
[0022] 可选的，所述氧化物层采用三个步骤形成，第一个步骤采用的前驱物包括正硅酸 乙酯或硅烷，第二个步骤采用高密度等离子体化学气相淀积方法形成氧化物，第三个步骤 采用的前驱物包括正硅酸乙酯或硅烷。
[0023] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0024] 本发明的技术方案中，先提供具有顶层金属结构的衬底，然后在所述顶层金属结 构上形成阻挡层，然后在所述阻挡层层上形成氧化物层，然后在所述氧化物层上形成钝化 层，之后刻蚀所述钝化层、所述氧化物层和所述阻挡层，直至形成焊盘开口，被所述焊盘开 口暴露的所述顶层金属结构成为焊盘。并且，刻蚀所述氧化物层包括第一主刻蚀和第一过 刻蚀，刻蚀所述阻挡层包括第二主刻蚀和第二过刻蚀。由于在刻蚀氧化物层以暴露阻挡层 时，就先进行一次的过刻蚀，保证了不同位置的焊盘开口中，阻挡层表面的氧化物层均被去 除干净，从而保证此时各焊盘开口底部阻挡层情况的均一性较高，进而保证后续刻蚀阻挡 层时，不同芯片单元的焊盘开口位置都能够在基本相同的情况下进行。然后，再刻蚀阻挡 层，并且在刻蚀阻挡层时，进行第二次的过刻蚀。第二次过刻蚀的其中一个重要的原因是： 在前面的工艺步骤中，很可能需要进行合金化处理，而合金化处理过程会形成(钛铝)合金， 这种合金不容易被去除干净，因此需要通过过刻蚀加以去除。所述第二次的过刻蚀能够使 不同芯片单元间，焊盘开口位置处的顶层金属结构上（即焊盘表面上），相应阻挡层被刻蚀 干净，从而提高所形成焊盘的外观质量和导电性能。
[0025] 进一步，所述第二过刻蚀在没有磁场的条件下进行。根据机台构造，磁场是放置在 腔体周围的，所以晶圆四周受到磁场的作用比较强，晶圆四周受到等离子体的损伤相应也 就比较大，所以关掉磁场对晶圆四周的等离子体损伤是有很大帮助作用的。本实施例第二 过刻蚀在没有磁场的条件下进行，从而将等离子体对各个不同芯片单元位置处的焊盘损伤 降低。此外，所述第二过刻蚀还采用较低的功率条件，从而进一步将离子体对各个不同芯片 单元位置处的焊盘损伤降低。
【附图说明】
[0026] 图1至图3是现有焊盘形成方法各步骤对应剖面结构示意图；
[0027] 图4至图6是本发明实施例所提供的焊盘形成方法各步骤对应剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 现有焊盘形成方法在刻蚀形成焊盘开口的过程中，需要对阻挡层进行刻蚀以暴露 阻挡层下方的顶层金属结构。但是，在刻蚀阻挡层时，不容易将阻挡层刻蚀干净，即焊盘开 口位置处的阻挡层不易去除干净。一旦阻挡层残留在顶层金属结构表面，就容易导致不同 芯片单元之间的焊盘均一性下降，造成不同芯片单元之间的焊盘性能不均一。
[0029] 并且，为了保证刻蚀干净焊盘表面的（钛铝)合金(所述合金容易在前面的工艺步 骤中形成），现有的做法是增加更多的去除合金过刻蚀时间（即增加对焊盘表面的刻蚀时 间），会导致焊盘下方的对应MOS晶体管阈值电压发生变动，同时，所述去除合金的过刻蚀过 程中，会采用磁场，并且，采用的功率也比较高，导致焊盘下方的对应MOS晶体管阈值电压发 生变动。
[0030] 经过实验发现，到晶圆圆心不同距离的芯片单元中，MOS管器件的阈值电压变化情 况不同。芯片单元离晶圆圆心的距离绝对值越大，其阈值电压偏离正常阈值电压越多。因此 可以知道，越靠近晶圆边缘位置的MOS晶体管，阈值电压变化越严重。特别是PMOS晶体管，其 阈值电压变化浮动较为严重，从而造成芯片单元性能不稳定，芯片单元可靠性下降。
[0031] 针对上述阻挡层无法去除干净的问题，虽然也有提出一些方法加以解决，但所述 方法通常是采用大幅度延长对阻挡层的刻蚀时间来实现。例如在阻挡层的主刻蚀后，继续 进行80%以上的主刻蚀时间作为对阻挡层的过刻蚀。但是，这种方法仍然无法避免不同位 置芯片单元的焊盘性能不均一的情况。因为，在相应的过刻蚀时间里，不同位置芯片单元的 焊盘受到不一样的等离子体损伤，NMOS晶体管和PMOS晶体管的阈值电压变化浮动范围仍然 较大。
[0032] 为此，本发明提供一种新的焊盘形成方法，所述方法在刻蚀氧化物层以暴露阻挡 层时，就先进行一次的过刻蚀，以保证不同位置的焊盘开口中，阻挡层表面的氧化物层均被 去除干净，从而保证此时各焊盘开口底部阻挡层情况的均一性较高，进而保证后续刻蚀阻 挡层时，不同芯片单元的焊盘开口位置都能够在基本相同的情况下进行。然后，再刻蚀阻挡 层，并且在刻蚀阻挡层时，进行第二次的过刻蚀，所述第二次的过刻蚀能够使不同芯片单元 间，焊盘开口位置处的顶层金属结构上（即焊盘表面上），相应阻挡层被刻蚀干净，从而提高 所形成焊盘的外观质量和导电性能。
[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施例做详细的说明。
[0034]本发明实施例提供一种焊盘形成方法，请结合参考图4至图6。
[0035]请参考图4,提供具有顶层金属结构201的衬底(衬底未显示）。
[0036]本实施例中，所述衬底可以为娃晶圆的一部分，即一个娃晶圆可以具有多个芯片 单元。硅晶圆对应于每个芯片单元基底的部分为所述衬底。所述可以包括前端器件层。所述 前端器件层可以包括多种器件以及介质层等结构。所述器件可以包括有源器件和无源器 件。所述有源器件可以包括NMOS晶体管和PMOS晶体管等结构，所述无源器件可以包括电阻 和电容等结构。所述衬底还包括后端金属互连结构。顶层金属结构201连接后端金属互连结 构(或者顶层金属结构201为后端金属互连结构的一部分）。
[0037]本实施例中，顶层金属结构201的材料可以为铝。顶层金属结构201的厚度可以为 12.000人~2QOOOA.，比其他通常芯片单元中的顶层金属结构201 (厚度在8000人左右)的厚 度通常大一些。可知，本实施例的顶层金属结构201的厚度选择较大，较大厚度以保证相应 的低电阻和高可靠性。然而，顶层金属结构201较厚，也造成后续需要用较厚的氧化物层203 和钝化层204覆盖。而较厚的氧化物层203和钝化层204也导致后续刻蚀过程中需要进行较 久的刻蚀，被刻蚀掉的氧化物层203和钝化层204的总厚度也比较多。需要进行较久刻蚀的 情况下，晶圆不同位置上的芯片单元较容易出现焊盘开口 206位置的顶层金属结构201(即 所形成的焊盘)受等离子损害程度不同的情况，进而出现前述各种问题。并且，需要进行越 久的刻蚀，不同位置上的芯片单元受等离子损害程度差异越大，而且特定的某些位置(例如 晶圆边缘芯片单元的焊盘位置)受到的等离子损伤就越严重。
[0038]请继续参考图4,在顶层金属结构201上形成阻挡层202。
[0039]本实施例中，阻挡层202的材料为氮化钛。氮化钛可以防止上述铝材料的顶层金属 结构201发生电迀移，防止顶层金属结构201的铝材料扩散到后续要形成的氧化物层203和 钝化层204中。
[0040] 本实施例中，阻挡层202的厚度为200A~300A。阻挡层202的厚度在200人~300人 时，既能够保证防止顶层金属结构201的铝材料扩散到后续要形成的氧化物层203和钝化层 204中，又能够保证阻挡层202的厚度不会太大，防止后续形成焊盘开口206的过程中难以刻 蚀去除干净。
[0041] 请继续参考图4,在阻挡层202层上形成氧化物层203。氧化物层203的材料可以为 氧化硅。
[0042]本实施例中，氧化物层203可以采用三个步骤形成，第一个步骤采用的前驱物可以 包括正硅酸乙酯或硅烷，第二个步骤可以