具有接合焊盘和夹层钝化层的半导体设备及其制造方法技术

提供了一种在包括接合焊盘(404)的半导体设备(400)上形成夹层钝化层(405)的方法。该方法包括在半导体设备(400)的表面上方形成第一层(406)，去除第一层(406)的一部分以暴露接合焊盘(404)的表面，在第一层(406)和接合焊盘(404)的表面上方形成第二层(407)，以及在第二层(407)上方形成第三层(408)，其中接合焊盘(404)的表面不与第一层(406)或第三层(408)接触。触。触。

Semiconductor device with bonding pad and interlayer passivation layer and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有接合焊盘和夹层钝化层的半导体设备及其制造方法


[0001]本公开涉及一种用于减少半导体设备中的铝接合焊盘腐蚀的方法和设备，具体地但不排他地，涉及一种在包括接合焊盘的半导体设备上形成夹层钝化层的方法和一种包括接合焊盘以及夹层钝化层的半导体设备。

技术介绍

[0002]本公开涉及一种用于减少半导体设备中的接合焊盘腐蚀的方法和设备。铝或铝
‑
铜(Al
‑
Cu)互连和接合焊盘中的腐蚀缺陷是后道工艺(back end of line(BEOL))半导体处理的重要问题。
[0003]图1示出了现有技术的具有单个接合焊盘103的半导体设备100的示例。在半导体基板101上方形成顶部介电层102。顶部金属层随后形成在顶部介电层上并被蚀刻以形成金属互连和接合焊盘103。然后在包括接合焊盘103的顶部金属层上方形成钝化层104。
[0004]钝化层104可以在双重钝化过程中形成。首先，形成氧化硅层104a，接着形成氮化硅层104b。两个层可以通过化学气相沉积(CVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来沉积。接着蚀刻钝化层104以在接合焊盘103上方形成开口。
[0005]在后道工艺(BEOL)半导体设备100处理期间，在接合焊盘103上形成金属接合，以将半导体设备100附接到例如导线、触点、设备或电路板。接合焊盘103的任何腐蚀都可能对高质量接合造成有效的阻碍。由于与接合焊盘103形成的不良金属接合，接合焊盘103的腐蚀可能导致半导体设备100的故障。
[0006]在现有技术中，已经开发了用于减少由于氟的存在而导致的接合焊盘表面的腐蚀的技术。这些技术包括使用等离子体、包含二氧化碳的去离子水或湿法和干法蚀刻过程的组合。
[0007]本公开的目的是提供一种用于减少半导体设备中的接合焊盘腐蚀的方法和设备，或者至少提供有用的替代方案。

技术实现思路

[0008]在实施例中，本公开通过为半导体设备提供夹层钝化层来克服上述问题。这种布置减少了接合焊盘的腐蚀。具体地，它减少了由于半导体设备表面上的污染而导致的接合焊盘的腐蚀。更具体地，这种布置减少了由于氯(Cl
‑
)或氟(F
‑
)与被捕获在原硅酸四乙酯(TEOS)基氧化物膜上的O和OH元素的组合而引起的腐蚀。
[0009]干法和湿法蚀刻过程以及制造环境都可能导致半导体设备被诸如氯(Cl
‑
)和氟(F
‑
)的分子污染。如果这些分子与水分(例如OH
‑
)接触，那么其可形成酸，该酸可引起接合焊盘的腐蚀(参见图2a)。
[0010]用于接合焊盘的添加了铜的铝金属化膜在存在水分的情况下可表现出高度局部化的点蚀。铝围绕Al2Cuθ相颗粒的电蚀作用引起这种局部化的铝腐蚀，这继而对高质量引线键合产生有效的阻碍(参见图2b)。
[0011]对于光学半导体设备，使用氮化物膜(例如等离子体增强氮化物膜(PESiN))是不合适的，因为它们在光学上不兼容。保形性(conformality)是膜沉积过程涂覆底切凹部的表面以及顶壁和侧壁表面的能力的指示。PESiN过程通常是非保形的，导致膜结构内的大空隙数量增加。这些空隙可影响钝化层的折射率，且因此影响半导体设备的光学性能。
[0012]在双重钝化过程中使用PEOX具有其局限性。如果PEOX用作双重钝化过程中的第一钝化层，则在BEOL中的合金过程和组装过程阶段之后可能存在半导体设备的分层(delamination)故障。此外，在双重钝化过程中使用PEOX用于第二层是不期望的，因为PEOX是非保形膜，这可导致悬垂、差的阶梯覆盖和膜内的空隙。
[0013]因此，在光学半导体设备的制造中，诸如等离子体增强原硅酸四乙酯(PETEOS)的氧化物层用于双重钝化过程中的两个层。
[0014]然而，PETEOS比用于钝化层的其他材料(例如PESiN或SiO2(玻璃))更容易从具有化学分子(例如Cl
‑
)的环境中捕获水分和颗粒。TEOS膜的结构含有可捕获氯化物(Cl
‑
)的
‑
O、
‑
H及
‑
OH基团，如图3中所示。根据形成基于PETEOS的膜的过程条件，膜可以在表面上具有更多的与水分的
‑
O、
‑
H或
‑
OH键合。这些分子具有临时键合，如偶极
‑
偶极相互作用/范德华力，导致分子被捕获在表面上。
[0015]PETEOS具有高润湿性，因为它与水的接触角低。具体地，PETEOS与水的接触角为0度。因此，PETEOS膜表面可以捕获来自环境或制造过程(例如蚀刻)的水分以及氯化物或氟化物元素。这些分子在PETEOS膜的表面上的存在可导致酸的形成。如果该酸与接合焊盘接触，则可能发生接合焊盘腐蚀。
[0016]在一个示例中，PETEOS膜表面的表面上的Cl
‑
和水分可以组合以形成腐蚀接合焊盘的盐酸(HCl)。
[0017]等离子体增强氮化硅(PESIN)与水的接触角为38.04度，因此在钝化层中具有氮化物层的半导体设备中经历的接合焊盘腐蚀水平小于具有仅PETEOS的钝化层的设备经历的接合焊盘腐蚀水平。因此，在双重钝化过程的两层中使用PETEO的光学半导体设备中，这种腐蚀问题更常见。
[0018]水分不能从环境中完全去除。它只能例如通过使用合金过程或N2盒来控制。因此，需要其他手段来减少PETEOS层的水分。
[0019]为了解决这种故障机制，提供了夹层钝化层。根据本公开的一个方面，提供了一种在包括接合焊盘的半导体设备上形成夹层钝化层的方法，该方法包括：
[0020]在半导体设备的表面上方形成第一层；
[0021]去除第一层的一部分以暴露接合焊盘的表面；
[0022]在第一层和接合焊盘上方形成第二层；以及
[0023]在第二层上方形成第三层；
[0024]其中接合焊盘的表面不与第一层或第三层接触，以便减少由捕获在第一层或第三层的表面上的分子引起的接合焊盘的腐蚀。
[0025]因此，本公开的实施例提供夹层钝化层，其通过确保接合焊盘的表面不与第一或第三层接触且不暴露于捕获于第一和第三层的表面上的分子来减少接合焊盘的腐蚀。接合焊盘的表面有效地与第一层和第三层分离。在实施例中，分子包括氯或氟。在实施例中，分子包括水分分子，例如OH。
[0026]在实施例中，形成第一层可以包括在半导体设备上形成的初始层上形成第一层，并且其中去除第一层的一部分还包括去除初始层的一部分以暴露接合焊盘的表面(404)。可选地，初始层可以比第一层薄。在实施例中，初始层的高度(或厚度)可以小于500A。在实施例中，第一层的高度(或厚度)可以等于铝(Al)顶部金属层或接合焊盘的高度(或厚度)。例如，如果Al层具有4kA的高度，则第一层可具有4kA的高度。
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在包括接合焊盘(404)的半导体设备(400)上形成夹层钝化层(405)的方法，所述方法包括：在所述半导体设备(400)的表面上方形成第一层(406)；去除所述第一层(406)的一部分以暴露所述接合焊盘(404)的表面；在所述第一层(406)和所述接合焊盘(404)的所述表面上方形成第二层(407)；以及在所述第二层(407)上方形成第三层(408)；其中所述接合焊盘(404)的所述表面不与所述第一层(406)或第三层(408)接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一层(406)包括在形成于所述半导体设备(400)上的初始层(403)上形成所述第一层(406)，其中去除所述第一层(406)的一部分还包括去除所述初始层的一部分以暴露所述接合焊盘(404)的表面，并且其中所述接合焊盘(404)的所述表面不与所述初始层(404)接触。3.根据权利要求1所述的方法，还包括去除所述第三层(408)和第二层(407)的一部分以暴露所述接合焊盘的所述表面。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层(406)和第三层(408)的润湿性高于所述第二层(407)的润湿性。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层(406)和第三层(408)由等离子体增强TEOS(PETEOS)形成。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二层(407)由等离子体增强氧化物(PEOX)形成。7.根据权利要求1所述的方法，进一步其中所述半导体设备(400)是光学设备。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三层(408)以50...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬伦，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：