钝化层刻蚀方法及焊盘、半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种钝化层刻蚀方法及焊盘、半导体器件的制造方法，首先采用氟碳含量比较高的第一刻蚀气体对钝化层结构刻蚀，能够有效防止刻蚀聚合物在刻蚀腔内以及钝化层侧壁的累积，保证钝化层的刻蚀效果；接着采用氟碳含量比较低的第二刻蚀气体对钝化层结构下方的刻蚀阻挡层进行刻蚀，能够大大缩短刻蚀阻挡层的过刻蚀时间，不会造成对下方的顶层金属进行过度刻蚀，避免了刻蚀掉的顶层金属在刻蚀腔内的累积现象，从而可以有效解决刻蚀速率下降的问题，保证形成的焊盘和半导体器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于解决钝化层刻蚀速率下降的钝化层刻蚀方法及焊盘、半导体器件的制造方法。
技术介绍
随着集成电路的制作向超大规模集成电路(ULSI：Ultra Large-Scale Integration)发展，晶片上的电路密度越来越大，晶片上所含元件数量不断增加，晶片表面已无法提供足够的面积来制作所需的互连结构(Interconnect)。为此，提出了两层以上的多层互连结构的设计方法。所述设计方法通过刻蚀层间介质层形成沟槽或通孔，并在所述沟槽和通孔中填充导电材料来实现芯片内的多层电互连。形成互连结构后，为实现芯片与外部电路之间的电连(bonding)，还需要在晶片表面形成焊盘(pad)，所述焊盘与互连结构电连接。目前半导体器件或集成电路的制作焊盘的一种常用的方法是，在晶片最上面的顶层金属上生长钝化层之后，需要采用刻蚀工艺，将钝化层进行部分刻蚀以暴露出所述顶层金属的一部分，以形成焊盘，用于键合引线，以便与其它器件或集成电路相连。因此，焊盘的具体制作中的多步刻蚀通常使用刻蚀腔的洁净模式(Clean mode)，即在刻蚀腔中通入SiF4、NF3、CF4、CHF3、CH3F、CH2F2等多氟刻蚀气体(depoless gas)，来完成，具体过程如下：首先，请参见图1A，在形成有顶层金属层11的半导体衬底上10上依次形成刻蚀停止层12、钝化层，为了增加焊垫的抗腐蚀能力，通常会依次生长两层钝化层：较厚的第一钝化层131和较薄的第二钝化132层，其中，顶层金属层11为铝或铜，厚度例如为刻蚀停止层12可以是氮化钛(TiN)等，厚度例如为第一钝化层131通常为氧化硅，厚度例如为第二钝化层132通常为氮化硅(SiN)或四乙基氧化硅(TEOS)，厚度例如为接着，请参见图1B，在第二钝化层132上涂敷光刻胶14，并光刻出焊盘的图形；然后，采用等离子体干法刻蚀方法，按照光刻出的图形将顶层金属11上面的第二钝化层132、第一钝化层131、刻蚀停止层12去掉，从而露出顶层金属11的一部分表面。之后，采用氧气灰化的方法，将第二钝化层122表面的光
刻胶13去掉，从而形成焊盘，并在形成焊盘之后，利用酸性的溶液对包含焊盘的整个器件进行湿法清洗。接下来即可对形成焊盘后的整个器件进行划片，以将其划分为独立的半导体器件或集成电路芯片，最后将用于与其它器件或集成电路连接的引线键合在各个芯片的焊盘上。上述的形成焊盘的刻蚀过程中，上述刻蚀气体产生的聚合物(polymer)较轻，且对于刻蚀腔(chamber)侧壁的粘着能力差，所以刻蚀腔内比较干净，同时有效防止了钝化层开口侧壁的聚合物累积，利于较厚的第一钝化层131。但是由于在对刻蚀阻挡层12进行刻蚀时，为了保证其刻蚀到位，通常至少需要大于30％的过刻蚀时间，这就会导致早已刻蚀露出的部分顶层金属11暴露在刻蚀等离子环境中的时间过长，刻蚀气体对暴露出的顶层金属11造成刻蚀，从而在刻蚀腔内组件(chamber parts)上沉积大量的金属，导致刻蚀速率大大降低，如图2所示，随着每个TEL机台中同批晶圆的依次刻蚀，当刻蚀到第9片晶圆以形成焊盘时，其刻蚀速率(etch rate，ER)已从约降为约下降了9.5％。刻蚀速率的下降会影响后续工艺的进程并且在焊盘表面形成缺陷，甚至造成焊盘关键尺寸(CD)的偏移，使得在焊盘上键合引线时，引线容易脱落(wafer scrap)，甚至引起引线键合失败。因此，需要一种新的用于解决钝化层刻蚀速率下降的钝化层刻蚀方法及焊盘、半导体器件的制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钝化层刻蚀方法及焊盘、半导体器件的制造方法，能够解决刻蚀速率下降的问题，同时能够获得性能较好的焊盘。为了实现上述目的，本专利技术提供一种钝化层刻蚀方法，包括:在一表面形成有顶层金属的半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层与第二钝化层材质不同且厚度大于第二钝化层；在所述第二钝化层上方形成对准所述顶层金属的图案化光刻胶层；以所述图案化光刻胶层为掩膜，采用第一刻蚀气体依次对第二钝化层和第一钝化层进行刻蚀，刻蚀停止在所述第一钝化层中或所述刻蚀阻挡层表面；采用第二刻蚀气体对所述刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至暴露出下方的所述半
导体衬底的顶层金属表面，所述第二刻蚀气体中的氟碳含量比低于所述第一刻蚀气体。进一步的，所述顶层金属包括Cu、Al、W或Ag，所述第一钝化层为氧化物或氮氧化物，所述第二钝化层为氮化物，所述刻蚀阻挡层为金属、金属氮化物或金属氧化物。进一步的，所述第一钝化层的厚度为所述第二钝化层的厚度为进一步的，所述第一刻蚀气体中的氟碳含量比大于等于2，所述第二刻蚀气体中的氟碳含量比小于2。进一步的，所述第一刻蚀气体中的含氟气体为SiF4、NF3、SF6、CF4、CF3I、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C3F8、C4F8的一种或几种的组合；所述第二刻蚀气体中的含氟气体为C5F8、C4F6、C6F6、C12F15、C15F18的一种或几种的组合。进一步的，所述第一刻蚀气体中的辅助气体为O2、N2、CO、CO2、COS、He、H2、Ar的一种或几种的组合。进一步的，所述第一刻蚀气体通入的刻蚀腔磁场为永磁场，所述第二刻蚀气体通入的刻蚀腔磁场为交变磁场。进一步的，所述第一刻蚀气体通入的刻蚀腔与述第二刻蚀气体通入的刻蚀腔为两个不同的刻蚀腔。进一步的，采用所述第一刻蚀气体对所述第二钝化层的刻蚀分为主刻蚀和过刻蚀两步，所述过刻蚀的时间为所述主刻蚀时间的10％～40％，所述主刻蚀和过刻蚀的工艺参数均包括：含氟气体的流量为200sccm～500sccm，辅助气体的流量为50sccm～150sccm，射频功率为900W～1800W，压力为80mTorr～200mTorr。进一步的，采用所述第一刻蚀气体对所述第二钝化层的刻蚀工艺参数包括：含氟气体的流量为5sccm～50sccm，辅助气体的流量为100sccm～300sccm，射频功率为1000W～2000W，压力为20mTorr～100mTorr。进一步的，采用所述第二刻蚀气体对剩余厚度的第一钝化层刻蚀的工艺参数包括：含氟气体的流量为10sccm～50sccm，辅助气体的流量为5sccm～20sccm，射频功率为800W～2000W，压力为100mTorr～200mTorr。进一步的，采用所述第二刻蚀气体对所述刻蚀阻挡层刻蚀的工艺参数包括：含氟气体的流量为5sccm～20sccm，射频功率为300W～800W，压力为
100mTorr～300mTorr，辅助气体的流量为200sccm～800sccm。本专利技术还提供一种焊盘的制造方法，包括：提供一形成有顶层金属的半导体衬底，所述顶层金属的上表面与所述半导体衬底的上表面齐平；采用上述的钝化层刻蚀方法暴露出所述半导体衬底中的顶层金属的上表面，以形成焊盘。本专利技术还提供一种半导体器件的制造方法，包括上述的钝化层刻蚀方法，或者包括上述的焊盘的制造方法。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：首先采用氟碳含量比较高的第一刻蚀气体对钝化层结构刻蚀，能够有效防止刻蚀聚合物在刻蚀腔内以及钝化层侧壁的累积，保证钝化层的刻蚀效果；接着采用氟碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钝化层刻蚀方法，其特征在于，包括:在一表面形成有顶层金属的半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层与第二钝化层材质不同且厚度大于第二钝化层；在所述第二钝化层上方形成对准所述顶层金属的图案化光刻胶层；以所述图案化光刻胶层为掩膜，采用第一刻蚀气体依次对第二钝化层和第一钝化层进行刻蚀，刻蚀停止在所述第一钝化层中或所述刻蚀阻挡层表面；采用第二刻蚀气体对所述刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至暴露出下方的所述半导体衬底的顶层金属表面，所述第二刻蚀气体中的氟碳含量比低于所述第一刻蚀气体。

【技术特征摘要】
1.一种钝化层刻蚀方法，其特征在于，包括:在一表面形成有顶层金属的半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层与第二钝化层材质不同且厚度大于第二钝化层；在所述第二钝化层上方形成对准所述顶层金属的图案化光刻胶层；以所述图案化光刻胶层为掩膜，采用第一刻蚀气体依次对第二钝化层和第一钝化层进行刻蚀，刻蚀停止在所述第一钝化层中或所述刻蚀阻挡层表面；采用第二刻蚀气体对所述刻蚀阻挡层进行刻蚀，直至暴露出下方的所述半导体衬底的顶层金属表面，所述第二刻蚀气体中的氟碳含量比低于所述第一刻蚀气体。2.如权利要求1所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述顶层金属包括Cu、Al、W或Ag；所述第一钝化层为氧化物或氮氧化物，所述第二钝化层为氮化物，所述刻蚀阻挡层为金属、金属氮化物或金属氧化物。3.如权利要求1所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述第一钝化层的厚度为所述第二钝化层的厚度为4.如权利要求1所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀气体中的氟碳含量比大于等于2，所述第二刻蚀气体中的氟碳含量比小于2。5.如权利要求4所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀气体中的含氟气体为SiF4、NF3、SF6、CF4、CF3I、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C3F8、C4F8的一种或几种的组合；所述第二刻蚀气体中的含氟气体为C5F8、C4F6、C6F6、C12F15、C15F18的一种或几种的组合。6.如权利要求5所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀气体中的辅助气体为O2、N2、CO、CO2、COS、He、H2、Ar的一种或几种的组合。7.如权利要求1所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀气体通入的刻蚀腔磁场为永磁场，所述第二刻蚀气体通入的刻蚀腔磁场为交变磁场。8.如权利要求1所述的钝化层刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀气体通入的刻蚀腔与述第二刻蚀气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，曹子贵，王卉，徐涛，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31