专利名称：用于形成接合焊垫的方法
技术领域：
本发明大体上涉及半导体器件，更特别地，涉及接合焊垫。
背景技术：
接合焊垫(bond pad)用于将半导体单元片与封装终端互连电连接。封装终端互连可以是引线、球、无引线、上述组合等。重要的是使在半导体单元片与封装终端互连之间发送的信号可靠。这很大程度上取决于接合焊垫结构。
目前，在工业上广泛地应用铝接合焊垫。典型地，沉积由大约6,000埃的铝构成的金属层并将其构图作为半导体单元片制造过程的最终金属线。在金属层上形成一个钝化层并加以构图。在钝化层构图期间，铝接合焊垫的厚度会显著降低。金属层的最终厚度(大约1000-2000埃)太薄以致不能提供足够的电可靠性。
一种已经提出的解决方法是，在铝接合焊垫上形成一个TiN层以阻止铝在处理期间变薄。然而，TiN层必须在结合之前加以除去，以便使铝接合焊垫与封装终端互连电偶连。然而，目前的TiN干刻蚀处理会攻击下置的金属层。因此，金属层在除去TiN层期间变薄，从而可靠性较差。因此，需要有一种处理，其不会使金属层变薄，从而提高半导体单元片(die)与封装终端互连之间的可靠性。
本发明以举例的方法进行说明，因此并不仅限于这些附图，其中类似的指代数字表示相似的元件。
图1图解了根据本发明的一个实施例用于形成接合焊垫的流程；图2图解了根据本发明一个实施例的半导体器件一部分的剖面图；图3图解了图2中的半导体器件在腐蚀完各个层之后的情况；图4图解了图3中的半导体器件在形成并构图钝化层之后的情况；图5图解了图4中的半导体器件在形成并构图聚酰亚胺层之后的情况；图6图解了图5中的半导体器件在除去一部分保护层从而形成接合焊垫结构之后的情况。
技术人员会意识到，附图中的元件只是为了解释的简单与清晰，并不需要按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可以相对于其它元件加以放大，从而有助于提高对本发明实施例的理解。
具体实施例方式
在一个实施例中，使用一种包括氢、氧和氮的化学剂腐蚀TiN层，而不腐蚀下置的接合焊垫层，该接合焊垫层优选地包括铝。该化学剂可以是过氧化氢和胺，例如氢氧化铵。因为化学剂不攻击接合焊垫层，所以接合焊垫层的厚度不降低，因此保持了接合焊垫的可靠性。除了提高对接合焊垫层的厚度的控制之外，还实现了附加的益处，例如减少废料、降低成本、增加循环次数和满足客户要求的能力。在解释完处理之后将会对这些益处有更好的认识，因此下面将通过讨论附图进行更详细的说明。
图1图解的是根据本发明的一个实施例用于形成接合焊垫的流程5。在讨论图1的流程5时，如果合适的话，将会提到图2-6。流程5的第一步9是提供一个半导体基片52，其在图2-6中于附加处理之后显示。半导体基片能够是单晶硅、砷化锗、绝缘体上硅(SOI)、类似物、或上述组合。尽管没有显示，但是半导体基片可以包括不同的结构，例如晶体管、金属层等，这是本领域技术人员已知的。在讨论的实施例中，半导体基片的暴露层是金属层，例如铝、铜等。
在半导体基片12上通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、类似的方法或上述组合形成(见11)电介质层54(其也在图2-6中于附加处理之后显示)。电介质层54是金属间电介质(IMD)，其使金属区/层彼此隔离。因此，形成电介质层54用于隔离半导体基片的暴露层(未显示)与随后形成的导体层。典型地，电介质层54是二氧化硅(SiO2)，但它能够是任何电介质材料，例如低介电常数(低k)材料。(低k材料是介电常数小于二氧化硅的材料)在形成(见11)电介质层54之后，在电介质层53上方形成层的堆叠56，作为形成半导体器件50的处理的一部分，图2显示了半导体器件50的一部分。堆叠56包括在接合焊垫(金属)层62上面形成的最顶层64。在优选实施例中，最顶层64是包含铝的接合焊垫(金属)层62上面的TiN。TiN的沉积厚度最少为大约800埃，而铝厚大约6,000埃。在一个实施例中，在接合焊垫层62下面形成第一屏蔽层58和第二屏蔽层60。在优选实施例中，第一屏蔽层58是大约200埃的Ti，第二屏蔽层是大约600埃的TiN。
图3中图解的是，在形成堆叠56之后，通过沉积并将光致抗蚀剂层66构图，然后腐蚀该堆叠56，从而将堆叠56构图14。在一个实施例中，使用含氯(或更明确地，BCl3，Cl2和氩)的腐蚀化学剂腐蚀包括TiN和Ti层的堆叠56。
在腐蚀堆叠56之后，执行第一次清洗步骤16(金属腐蚀后清洗)，除去从腐蚀处理中保留下来的任何颗粒。如图1所示，在第一次清洗处理之后，用原位灰化处理除去光致抗蚀剂。一种灰化处理的执行是通过将半导体器件50暴露于氧(O2)等离子体环境。优选地，清洗是湿处理。在上述处理期间，可以除去最顶层64的一部分，这就是为什么优选地沉积至少大约800埃的TiN的原因。典型地，腐蚀处理将除去大约100-200埃的TiN。因此，至少保留大约600-700埃，这是理想的，因为随后使用的氢氧化四甲基铵(TMAH)会在最顶层64上产生针孔，如果作为最顶层64的TiN的厚度小于大约600-700埃，那么将会使TMAH攻击下置的接合焊垫层62。
接着，烧结(见20)半导体器件50(包括半导体基片52)，从而使从腐蚀处理中产生的任何残余料(residual charge)退火。
在烧结(见20)之后，在半导体器件50上形成(见22)钝化层68，如图1所述。钝化层68是一种保护涂层，其保护下置的层免于颗粒、刮擦和湿气的影响。钝化层68能够是氮化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)或者任何其它通过CVD、PVD、ALD、类似方法或其组合形成的合适材料。
如图4所示，然后将钝化层68构图(见24)，但不除去堆叠的最顶层64，从而形成具有侧壁和底的第一开口70，如图4所示。换言之，用于除去部分钝化层68的构图处理对最顶层64具有选择性。一般地，使用干刻蚀处理形成第一开口70，这是技术人员已知的。第一开口70是在处理结束之后暴露出接合焊垫的位置。典型地，第一开口70位于半导体器件50的边缘附近；第一开口70能够位于半导体器件50的任意位置。为了除去任何从腐蚀处理中保留下来的颗粒，执行第二次清洗步骤28，如图1所示。
在形成第一开口70之后，在包括半导体基片52的半导体器件50上方形成聚酰亚胺层72。如图5所示，聚酰亚胺层72被构图32，从第二开口74的底部除去一部分聚酰亚胺层从而暴露出一部分最顶层64。(第二开口74与第一开口72同心。)然而，聚酰亚胺保留在第二开口72侧壁上的部分保留下来。为了从第二开口的底部除去聚酰亚胺层72，执行直接腐蚀。聚酰亚胺层72能够用正或负的聚酰亚胺加以构图，其分别是非光敏的和光敏的。当使用负聚酰亚胺时，暴露于UV(紫外)射线的部分保留下来，而未暴露的部分被除去或者被清洗掉。对比地，当使用正聚酰亚胺时，保留于UV射线的部分被除去，而未暴露的部分保留。不管所用聚酰亚胺的类型，TMAH除去聚酰亚胺层的不必要部分。因此，当使用负聚酰亚胺时，使用TMAH除去未暴露的部分，当使用正聚酰亚胺时，使用TMAH除去暴露的区域。(TMAH同时除去抗蚀剂和聚酰亚胺)如图1所示，从第二开口除去(见34)最顶层64的暴露部分，但不实质上地除去接合焊垫层62和聚酰亚胺72，从而形成第三开口76。(第三开口76与第一和第二开口70和74同心)换言之，最顶层64相对于接合焊垫层62和聚酰亚胺72被选择性腐蚀。除去处理是一个湿剥离，这意味着，使用液态化学剂选择性除去最顶层64，其优选的是TiN。从而，不存在等离子体。
所用的化学剂优选的是比例为20∶1-100∶1的过氧化氢(H2O2)∶氢氧化铵(NH4OH)。过氧化氢不攻击接合焊垫层62的表面，其优选的是氯。氢氧化铵控制OH离子。存在的氢氧化铵越多，最顶层64腐蚀得越快，从而，增加处理的循环次数增加。因此，20∶1的比例比100∶1的比例腐蚀得更快。选择地，氢氧化铵能够用任何的胺替换。此外，能够使用100％的过氧化氢，但腐蚀会非常缓慢。
腐蚀的持续时间还取决于最顶层64的厚度。例如，在50摄氏度下使用100∶1的浓度需要大约10分钟腐蚀透600埃的最顶层64。
执行腐蚀的温度范围优选地为大约20-60摄氏度，更优选地在40-60摄氏度。在超过60摄氏度的温度下，很可能使下置的接合焊垫层60被不良地攻击。
在除去(见34)最顶层64之后，收集(见36)数据以确定最顶层64的剩余厚度。在一个实施例中，使用metapulse工具(metapulsetool)；也能够使用任何其它的处理或工具。数据收集是任选的，但如果期望的话，能够用于监视处理的性能。如果不执行数据收集，则可以降低处理成本，增加循环次数。
使用本文所描述的处理的另一个益处是，将可靠性提高到一个不需要结合性测试的水平。除去流程中的一个处理是理想的，因为这可以降低循环时间和成本。
由于厚度对可靠性会造成影响，所以购买半导体芯片的客户会对接合焊垫层的厚度提出要求。典型地，汽车客户有严格的可靠性要求，因为许多半导体芯片都布置在高温环境下，例如汽车发动机附近。(环境温度越高，可靠性的要求越高)通过使用本文说明的处理形成接合焊垫，接合焊垫在制造完成后的厚度满足了严格的汽车要求。
如果聚酰亚胺层被不正确地形成或者在形成之后没有被立即显影/构图，则可能需要加以除去然后重新形成。该处理称作重做，因为它重复聚酰亚胺层的形成处理。因为在形成聚酰亚胺层时，最顶层保护接合焊垫，所用聚酰亚胺层能够被除去并重新沉积而不暴露接合焊垫层，从而防止接合焊垫层厚度的降低。换言之，最顶层的存在可防止聚酰亚胺层重做降低随后形成的接合焊垫的可靠性。而且，执行聚酰亚胺重做的能力可以减少废料。
因为在除去最顶层时接合焊垫层不被腐蚀，所以减少了通过其它处理来净化接合焊垫层。此外，接合焊垫层不可能在钝化作用下被底切(undercut)，从而不会降低可靠性。此外，本文所述的处理允许控制接合焊垫层的厚度，其是一个稳定的处理，因此不会侵蚀接合焊垫。
在前述的说明中，参考特殊实施例对本发明进行了说明。然而，本领域的普通技术人员会意识到，在不背离由下面权利要求提出的本发明范围的前提下，可以有各种的修改和变化。例如，所列举的材料和厚度不是必需的。此外，尽管只讨论了一个接合焊垫，但是技术人员会意识到，可以按任何图形制造出多个接合焊垫以形成半导体器件。因此，说明和附图都只是例证性的，并没有任何限制意义，并且所有这些修改都包含在本发明的范围之内。
而且，说明书和权利要求中的术语“前”、“后”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等，如果有的话，都是出于描述的目的，并不是说明将永久地处于该相对位置。应当理解，如此使用的术语在合适的情况下是可以互换的，例如这里所说明的本发明的实施例能够以这里没有图解的或者相反的方位工作。
上面参考特殊的实施例说明了各种优点、其它的优势和解决问题的方法。然而，这些优点、优势、或解决问题的方法以及任何可以导致任何其它优点、优势、解决方法出现或者更加明了的因素都不应当理解为是任何或全部权利要求重要的、必需的或基本的特征或元素。如本文所使用的，术语“由......构成”、“包含”或其任何其它的变化都试图覆盖非排它性的内涵，例如处理、方法、物件或装置，它们所包含的元素的列表并不只是包括这些元素，而是可以包括其它没有表达列举的元素或者属于该处理、方法、物件或装置固有的元素。本文使用的术语“一个”或“某一个”都定义为一个或超过一个。本文使用的术语“多个”定义为两个或超过两个。本文所用的术语“另一个”定义为至少第二个或者更多个。本文使用的术语“偶连”定义为连接，其不必是直接地，也不必是是机械地。
权利要求
1.一种形成接合焊垫的方法，该方法包括提供一个半导体基片；在半导体基片上形成一个接合焊垫层(62)；在接合焊垫层上形成一个保护层(64)；以及用含有过氧化氢和胺的腐蚀化学剂除去一部分保护层。
2.权利要求1的方法，其中胺是氢氧化铵。
3.权利要求1的方法，其中过氧化氢和胺的比例是20∶1-100∶1。
4.权利要求1的方法，进一步包括在保护层上形成聚酰亚胺层(72)；以及将聚酰亚胺层(72)构图以形成一个开口；且其中除去部分保护层是在构图聚酰亚胺层之后执行的，并且该除去对接合焊垫层和聚酰亚胺层具有选择性。
5.一种形成接合焊垫的方法，该方法包括提供一个半导体基片；在半导体基片上形成一个接合焊垫层(62)；在接合焊垫层上形成一个保护层(64)；以及用含有氢、氧和氮的腐蚀化学剂除去一部分保护层。
6.权利要求5的方法，其中腐蚀化学剂包括过氧化氢和胺。
7.权利要求6的方法，其中过氧化氢和胺的比例是20∶1-100∶1。
8.权利要求5的方法，进一步包括在保护层上形成聚酰亚胺层(72)；以及将聚酰亚胺层(72)构图以形成一个开口；且其中除去部分保护层是通过选择性地除去部分保护层使得不除去接合焊垫层和聚酰亚胺层的实质的部分而执行的。
9.一种形成接合焊垫的方法，该方法包括提供一个半导体基片；在半导体基片上形成一个接合焊垫层(62)；在接合焊垫层上形成一个保护层(64)；将接合焊垫层和保护层构图从而形成一个堆叠；在半导体基片上形成一个钝化层(68)；将钝化层(68)构图从而在堆叠的一部分上形成第一开口；在构图钝化层之后，在半导体基片上并沿着第一开口的底部和侧壁形成聚酰亚胺层(72)；将聚酰亚胺层(72)构图从而在堆叠上形成第二开口，其中第二开口与第一开口同心，并且第二开口暴露保护层的一部分；通过使用含氢、氧和氮的化学剂选择性地从第二开口除去保护层的暴露部分。
10.权利要求9的方法，其中腐蚀化学剂包括过氧化氢和胺。
全文摘要
一个最顶层(64)在接合焊垫层(62)的上面、钝化层(68)和聚酰亚胺层(72)的下面形成。在钝化层(68)和聚酰亚胺层(72)内形成开口(70和74)从而暴露最顶层(64)，其在形成开口(70和74)期间保护接合焊垫层(62)。在一个实施例中，用过氧化氢和胺，例如氢氧化铵，选择性腐蚀暴露的最顶层(64)。因为化学剂不攻击接合焊垫层(62)，所以接合焊垫层的厚度不降低，因此保持了接合焊垫的可靠性。
文档编号H01L21/311GK1842905SQ200480024372
公开日2006年10月4日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年8月26日
发明者托马斯·S.·罗切, 保利·C.·埃斯切利 申请人:飞思卡尔半导体公司