顶层铜衬垫窗口的制造方法与流程

专利2026-03-08  14


本发明涉及一种半导体集成电路制造方法,特别是涉及一种顶层铜衬垫窗口的制造方法。


背景技术:

1、为了提高芯片封装面积比,先进制程采用凸点倒装工艺。在使用此工艺前提下,为了进一步降低布线电阻,金属层将采用全铜工艺,半导体制造工厂(fab)出货时也采用铜衬垫(pad)。

2、铜pad保护层刻蚀步骤由于顶部sin和底部sicn同时被刻蚀,产生大量刻蚀产物,难以去除,影响铜pad打线工艺。

3、如图1a至图1d所示,是现有铜衬垫窗口的制造方法各步骤中的器件结构示意图;现有铜衬垫窗口的制造方法包括如下步骤:

4、步骤一、如图1a所示,在底层结构上依次形成第一介质层103、第二介质层104和第三介质层105。

5、所述底层结构为形成了顶层铜101组成的铜衬垫的半导体衬底。

6、所述顶层铜101的周侧隔离有金属间介质层102。

7、在所述半导体衬底上形成有半导体器件,半导体器件需要通过金属互连结构引出,金属互连结构包括位于所述顶层铜101底部的各层金属层以及用于对各金属层进行隔离的层间膜。图1中,所述顶层铜101底部的结构都省略。

8、所述第一介质层103的作用是阻挡铜向上扩散,这是铜衬垫中所必须采用的工艺层。通常,所述第一介质层103采用sicn。

9、所述第二介质层104和所述第三介质层105作为钝化层。通常,所述第二介质层104采用氧化层。所述第三介质层105采用氮化硅层。

10、步骤二、如图1a所示,形成光刻胶106图形定义出铜衬垫窗口形成区域。

11、步骤三、如图1b所示,以所述光刻胶106图形为掩膜进行第一次刻蚀,所述第一次刻蚀依次对所述第三介质层105和所述第二介质层104进行刻蚀并停止在所述第一介质层103上。

12、图1b中,所述第一次刻蚀后形成所述铜衬垫窗口107的顶部部分107a

13、所述第一次刻蚀完成后,所述铜衬垫窗口形成区域剩余的所述第一介质层单独用标记103a表示。

14、步骤四、如图1c所示,去除所述光刻胶106图形。

15、通常,采用氧气去除所述光刻胶106图形。

16、步骤五、如图1d所示,进行第二次刻蚀以将所述铜衬垫窗口形成区域剩余的所述第一介质层103a完全去除。

17、所述第二次刻蚀会对所述铜衬垫窗口形成区域外的所述第三介质层105产生损耗,所述第二次刻蚀完成后,所述第三介质层105保留部分厚度。图1d中,虚线款105a对应的区域表示损耗掉的所述第三介质层。

18、在所述第二次刻蚀中,由于所述第三介质层105为sin,所述第一介质层103为sicn,二者的刻蚀选择比较低,也即二者刻蚀速率接近,无法进行选择性刻蚀,当对所述第一介质层103进行刻蚀时,相应厚度的所述第三介质层105也会被去除。而且,由于位于所述铜衬垫窗口107外部的所述第三介质层105的区域面积较大,这样,由对所述第三介质层105损耗所产生的刻蚀产物108的数量较多,这些刻蚀产物108在后续的湿法清洗工艺中难以去除。这样,所述铜衬垫窗口107的底部表面无法完全打开,影响铜pad打线工艺。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种顶层铜衬垫窗口的制造方法,能在刻蚀过程中减少衬垫窗口对应的顶层膜的刻蚀损耗,从而消除顶层膜损耗较多时刻蚀产物难以去除的缺陷,从而能保证衬垫窗口上下穿通,提高工艺质量,能保证铜衬垫打线工艺质量。

2、为解决上述技术问题,本发明提供的顶层铜衬垫窗口的制造方法包括如下步骤:

3、步骤一、在底层结构上依次形成供衬垫窗口穿过的第一介质层、第二介质层和第三介质层。

4、所述底层结构为形成了顶层铜组成的铜衬垫的半导体衬底。

5、所述顶层铜的周侧隔离有金属间介质层。

6、所述第一介质层采用能阻挡铜向上扩散的材料。

7、所述第二介质层和所述第三介质层作为钝化层。

8、所述第一介质层和所述第三介质层之间具有第一刻蚀选择比。

9、步骤二、在所述第三介质层表面形成第四介质层。

10、所述第一介质层和所述第四介质层之间具有第二刻蚀选择比。

11、所述第二刻蚀选择比大于所述第一刻蚀选择比。

12、步骤三、形成光刻胶图形定义出衬垫窗口形成区域。

13、步骤四、以所述光刻胶图形为掩膜进行第一次刻蚀,所述第一次刻蚀依次对所述第四介质层、所述第三介质层和所述第二介质层进行刻蚀并停止在所述第一介质层上。

14、步骤五、去除所述光刻胶图形。

15、步骤六、进行第二次刻蚀以将所述衬垫窗口形成区域剩余的所述第一介质层完全去除。

16、所述第二次刻蚀会对所述衬垫窗口形成区域外的所述第四介质层产生损耗,所述第二次刻蚀完成后,所述第四介质层保留部分厚度。

17、在所述第二次刻蚀中,利用所述第二刻蚀选择比大于所述第一刻蚀选择比的特征,减少所述衬垫窗口形成区域外的刻蚀量并从减少刻蚀产物。

18、步骤七、采用湿法清洗去除剩余的所述第四介质层以及所述刻蚀产物并从而形成所述衬垫窗口。

19、进一步的改进是,所述第一介质层采用sicn。

20、所述第二介质层采用氧化层。

21、所述第三介质层采用氮化硅层。

22、进一步的改进是,所述第四介质层采用氧化层。

23、进一步的改进是,所述第四介质层和所述第二介质层都采用通过teos工艺形成的氧化层,所述teos工艺是采用teos作为硅源的cvd工艺。

24、进一步的改进是,所述第一次刻蚀采用干法刻蚀。

25、所述第一次刻蚀完成后,所述衬垫窗口形成区域剩余的所述第一介质层的厚度为

26、进一步的改进是,所述第二次刻蚀采用干法刻蚀。

27、所述第二次刻蚀完成后,所述衬垫窗口形成区域外保留的所述第四介质层的厚度为

28、进一步的改进是,步骤七中,所述湿法清洗采用500:1~5000:1的hf清洗液。

29、进一步的改进是,步骤五中,采用氧气灰化工艺去除所述光刻胶图形。

30、针对衬垫窗口需要穿过多层膜,其中底部的第一介质层和顶部的第三介质层的刻蚀选择比较低,不能实现选择性刻蚀,容易在光刻胶去除后,对衬垫窗口底部剩余的第一介质层去除过程即第二次刻蚀中容易产生较大的第三介质层的厚度损耗以及由第三介质层的损耗所产生的刻蚀产物较多的问题,本技术在第三介质层的顶部增加了第四介质层,第一介质层和第四介质层的刻蚀选择比较高,能实现选择性刻蚀,这样第二次刻蚀中,能避免对较容易的第三介质层产生刻蚀,而仅会对衬垫窗口外的第四介质层产生刻蚀,由于第一介质层和第四介质层之间能实现选择性刻蚀,故第四介质层的厚度损耗较小,由第四介质层的损耗所产生的刻蚀产物也会降低,最后会降低在第二次刻蚀中产生的刻蚀产物总量,刻蚀产物总量减少,有利于后续对刻蚀产物的去除,防止衬垫窗口底部具有刻蚀产物残留时所产生的衬垫窗口底部无法打开的技术问题,所以,本发明能在刻蚀过程中减少衬垫窗口对应的顶层膜的刻蚀损耗,从而消除顶层膜损耗较多时刻蚀产物难以去除的缺陷,从而能保证衬垫窗口上下穿通,提高工艺质量,能保证铜衬垫打线工艺质量良好。


技术特征:

1.一种顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.如权利要求1所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:所述第一介质层采用sicn;

3.如权利要求2所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:所述第四介质层采用氧化层。

4.如权利要求3所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:所述第四介质层和所述第二介质层都采用通过teos工艺形成的氧化层,所述teos工艺是采用teos作为硅源的cvd工艺。

5.如权利要求4所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:所述第一次刻蚀采用干法刻蚀;

6.如权利要求5所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:所述第二次刻蚀采用干法刻蚀;

7.如权利要求4所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:步骤七中,所述湿法清洗采用500:1~5000:1的hf清洗液。

8.如权利要求1所述的顶层铜衬垫窗口的制造方法,其特征在于:步骤五中,采用氧气灰化工艺去除所述光刻胶图形。


技术总结
本发明公开了一种顶层铜衬垫窗口的制造方法,包括:依次形成供衬垫窗口穿过的第一至三介质层。形成第四介质层。第一和第四介质层之间具有第二刻蚀选择比大于第一和第三介质层之间具有第一刻蚀选择比。形成光刻胶图形定义出衬垫窗口形成区域。进行第一次刻蚀并停止在第一介质层上。去除光刻胶。进行第二次刻蚀将衬垫窗口形成区域剩余的第一介质层完全去除;第二次刻蚀会对第四介质层产生损耗,利用第二刻蚀选择比大于第一刻蚀选择比的特征,减少衬垫窗口形成区域外的刻蚀量并从减少刻蚀产物。采用湿法清洗去除剩余的第四介质层以及刻蚀产物并从而形成衬垫窗口。本发明能在刻蚀过程中减少衬垫窗口对应的顶层膜的刻蚀损耗,能保证完全去除刻蚀产物。

技术研发人员:吕穿江,陈昊,赵广轩,王晓日
受保护的技术使用者:华虹半导体(无锡)有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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