形成焊墊的方法

形成焊墊的方法
【專利摘要】一種形成焊墊的方法，包括：提供待形成焊墊的器件，器件包括第一器件層、位于第一器件層上的互連層、位于互連層上的介質層，介質層中具有插栓；器件包括第一區域和第二區域，互連層作為焊墊的部分在第一區域的上表面低于在第二區域的上表面，第一區域的插栓的高度小于介質層的厚度，第二區域的插栓的高度等于介質層的厚度；利用第一干法刻蝕去除第一區域和第二區域中部分高度的插栓；利用第二干法刻蝕去除第一區域和第二區域中剩余的插栓、第一區域和第二區域上的介質層，暴露出第一區域和第二區域的互連層，暴露的互連層作為焊墊，第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體為刻蝕介質層時使用的刻蝕氣體。本技術方案可以提高第二區域的焊墊的導電性。
【專利說明】形成焊墊的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，尤其涉及形成焊墊的形成方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(Microelectro Mechanical Systems,簡稱MEMS)是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域，是一種采用半導體工藝制造微型機電器件的技術。與傳統機電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優勢。經過幾十年的發展，已成為世界矚目的重大科技領域之一，它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。
[0003]微機電系統與半導體器件一樣，也需要做焊墊(pad)，利用焊墊將微機電系統與外界電路電連接。另外，微機電系統的器件結構通常是與外界環境隔絕的，也就是說微機電系統的器件結構處于密封的環境中，因此在微機電系統中需要做密封區，在做完器件結構后，通過密封區對微機電系統的空腔抽真空后，將密封區密封達到將器件結構密封在密封環境中的目的。通常焊墊和密封區在同一工藝中形成。
[0004]現有技術中形成MEMS器件中的焊墊的方法包括:
[0005]參考圖1，襯底10為具有第一器件層(圖中未示出)的襯底，在第一器件層上為互連層11，該互連層11用于連接第一器件層中的器件結構，并且也用于與第二器件層14電連接，第二器件層14通過位于介質層12中的插栓13與互連層11電連接，在圖1的示意圖中示意出用于作為焊墊的互連層部分。其中MEMS器件的焊墊不僅分布在焊墊區A，也分布在密封區B。形成焊墊時，需要在第二器件層14上形成圖形化的光刻膠層15，定義出焊墊區A的焊墊21的位置、密封區B的焊墊22的位置。
[0006]之后，參考圖3，以圖形化的光刻膠為掩模刻蝕第二器件層14、插栓13、介質層12直至暴露出焊墊21、22，之后灰化去除圖形化的光刻膠。
[0007]在形成焊墊后，對MEMS器件進行測試時發現MEMS器件位于密封區的焊墊22的導電性不好。現有技術中有許多關于形成焊墊的方法，例如2003年12月31日公開的CN1464529A的中國專利文獻，然而均沒有解決以上技術問題。

【發明內容】

[0008]本發明解決的問題是現有技術的MEMS器件位于密封區的焊墊的導電性不好。
[0009]為解決上述問題，本發明提供一種形成焊墊的方法，包括:提供待形成焊墊的器件，所述器件包括第一器件層、位于所述第一器件層上的互連層、位于所述互連層上的介質層，所述介質層中具有插栓；所述器件包括第一區域和第二區域，所述互連層作為焊墊的部分在第一區域的上表面低于在第二區域的上表面，第一區域的插栓的高度小于所述介質層的厚度，第二區域的插栓的高度等于所述介質層的厚度；
[0010]利用第一干法刻蝕去除第一區域和第二區域中部分高度的插栓；
[0011]利用第二干法刻蝕去除第一區域和第二區域中剩余的插栓、第一區域和第二區域上的介質層，暴露出第一區域和第二區域的互連層，暴露的互連層作為焊墊，所述第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體為刻蝕介質層時使用的刻蝕氣體。
[0012]可選的，所述部分高度大于等于插栓高度的60%，小于等于插栓高度的70%。
[0013]可選的，所述部分高度為大于等于0.9微米，小于等于1.1微米。
[0014]可選的，利用第一刻蝕去除第一區域和第二區域部分高度的插栓的方法包括:
[0015]在所述介質層上形成圖形化的光刻膠層，定義出第一區域和第二區域；
[0016]以圖形化的光刻膠層為掩膜，利用第一干法刻蝕去第一區域和第二區域中部分高度的插栓。
[0017]可選的，所述第二干法刻蝕仍以所述圖形化的光刻膠層為掩膜；
[0018]形成焊墊后，灰化去除圖形化的光刻膠層。
[0019]可選的，所述互連層為鋁互連層。
[0020]可選的，所述插栓的材料為鍺硅。
[0021]可選的，所述第一干法刻蝕使用的刻蝕氣體包括氯氣。
[0022]可選的，所述介質層為單層結構或疊層結構的介質層。
[0023]可選的，所述疊層結構的介質層包括:氮氧化硅層、位于所述氮氧化硅層上的氧化硅層、位于所述氧化硅層上的富硅氧化物層、位于所述富硅氧化物層上的氮化硅層、位于所述氮化硅層上的四乙基原硅酸鹽。
[0024]可選的，所述第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體包括:CF4和SF6。
[0025]可選的，所述介質層上具有第二器件層，所述第二器件層和所述互連層通過所述介質層中的插栓電連接；
[0026]所述方法還包括:在第一干法刻蝕之前，去除第一區域和第二區域中的第二器件層。
[0027]可選的，所述第二器件層包括:鍺層、位于所述鍺層上的氧化硅層、位于所述氧化硅層上的鍺硅層。
[0028]可選的，所述焊墊為MEMS器件中的焊墊。
[0029]可選的，所述第一區域為焊墊區，所述第二區域為密封區。
[0030]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0031]本技術方案形成焊墊的方法，在利用第一干法刻蝕去除插栓時，僅去除部分高度的插栓；接著再用第二干法刻蝕去除剩余的插栓以及介質層，第二干法刻蝕使用的氣體為刻蝕介質層時使用的氣體，該氣體對插栓也具有刻蝕性，因此可以利用第二干法刻蝕將介質層、剩余的插栓一起刻蝕去除。剩余的插栓在轉換刻蝕機臺的過程中，將密封區的焊墊與外界空氣接觸，從而可以避免密封區的焊墊在第一干法刻蝕中的殘留氣體與空氣共同作用下，腐蝕密封區的焊墊，或者在空氣的作用下氧化焊墊，從而可以提高第二區域的焊墊的導電性。
[0032]在具體實施例中，第一區域為焊墊區，第二區域為密封區，焊墊為MEMS器件中的焊墊，相應的也就可以避免密封區的焊墊被腐蝕或者氧化，從而可以提高密封區焊墊的導電性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0033]圖廣圖3為現有技術中形成MEMS器件焊墊方法的剖面結構示意圖；
[0034]圖4為本發明具體實施例的形成焊墊的方法的流程示意圖；
[0035]圖5?圖8為現有技術中形成MEMS器件焊墊方法的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]發明人經過研究分析發現，造成現有技術中MEMS器件的密封區中的焊墊導電性不好的原因為:
[0037]現有技術中，參考圖1，第二器件層14為鍺硅層、氧化硅層和硅層的疊層結構，插栓13的材料為鍺硅，在焊墊區A的焊墊21上方的結構由下至上依次為:介質層12、插栓13、第二器件層14;在密封區B的焊墊22上方的結構由下至上依次為:插栓13、第二器件層14。
[0038]在刻蝕第二器件層14、插栓13、介質層12直至暴露出焊墊21、22的過程中主要包括:參考圖2，首先利用第一干法刻蝕去除第二器件層、插栓，第一干法刻蝕中使用的主刻蝕氣體為氯氣；接著，參考圖3，利用第二干法刻蝕去除介質層12。其中，第一干法刻蝕和第二干法刻蝕在不同的刻蝕機臺中進行，因此，在完成第一干法刻蝕后，需要換機臺進行第二干法刻蝕，在換機臺的過程中，MEMS器件不可避免的要與空氣接觸，空氣中包含氧氣和水蒸氣，焊墊的材料為鋁，在氧氣和水蒸氣的作用下，鋁很容易被氧化形成氧化鋁，氧化鋁不導電，相應的也就影響了焊墊的導電性。而且，焊墊除了可以被空氣氧化生成氧化鋁之外，由于第一干法刻蝕時已經將密封區的焊墊暴露，而第一干法刻蝕中的主刻蝕氣體為氯氣，第一干法刻蝕后，密封區的焊墊表面會黏著一層氯氣，氯氣、水蒸氣共同作用會腐蝕鋁材料的焊墊，因此密封區的焊墊也會被腐蝕一部分，這樣也造成了焊墊導電性差。
[0039]并且，發明人經過研究發現:減小從第一干法刻蝕到第二干法刻蝕的等待時間，對以上問題的改善非常小。而且，現有技術中，第一干法刻蝕和第二干法刻蝕必須在不同的機臺中進行，也就沒有辦法通過在同一機臺中進行第一干法刻蝕和第二干法刻蝕來避免上述問題。
[0040]基于上述分析原因，本發明提出了一種形成焊墊的方法，在刻蝕去除焊墊上的器件結構時，先利用第一干法刻蝕去除部分高度的插栓；接著再用第二干法刻蝕去除剩余的插栓以及介質層，第二干法刻蝕使用的氣體為刻蝕介質層時使用的氣體。剩余的插栓將外界空氣與第二區域的焊墊隔離。
[0041]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0042]在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的【具體實施方式】的限制。
[0043]圖4為本發明具體實施例的形成焊墊的方法的流程示意圖，圖5?圖8為現有技術中形成MEMS器件焊墊方法的剖面結構示意圖。
[0044]需要說明的是，圖示中，僅示意出器件的和本發明相關的第一區域和第二區域的一些結構。本領域技術人員應該知道，器件結構不止包括圖示中示意出的結構，和本發明不相關的內容，屬于現有技術，在圖示中并未示出。
[0045]參考圖5和圖4，執行步驟S41，提供待形成焊墊的器件，所述器件包括第一器件層31、位于所述第一器件層31上的互連層32、位于所述互連層32上的介質層33，所述介質層中33具有插栓34 ;所述器件包括第一區域C和第二區域D，所述互連層32作為焊墊的部分在第一區域C的上表面411低于在第二區域D的上表面421，第一區域C的插栓34的高度小于所述介質層的厚度hl，第二區域D的插栓34的高度等于所述介質層34的厚度h2。
[0046]由于器件本身結構的原因，在第二區域D中，互連層32中作為焊墊42的部分的上表面是相平的，而，第一區域C中，互連層32中作為焊墊42的部分的上表面不相平，具有凹陷的部分，這就導致了互連層32第一區域C中作為焊墊41上的介質層33的厚度hi大于第二區域D中作為焊墊42上的介質層33的厚度h2，因此第一區域C的插栓34的高度小于所述介質層的厚度，第二區域D的插栓34的高度等于所述介質層34的厚度。基于以上原因，在去除第一區域和第二區域的互連層中作為焊墊的部分上的結構時，如果利用現有技術的方法進行刻蝕，就會出現第二區域中，焊墊42被氧化、以及被腐蝕的問題。
[0047]在本發明具體實施例中，第一器件層31中具有器件結構以及介質層等，器件結構可以是各種各樣的器件結構，不構成對本發明的限制。
[0048]在本發明具體實施例中，第一器件層31通常是形成在襯底30上，該襯底30的材料可以為單晶的硅或硅鍺；也可以是絕緣體上硅(SOI);或者還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等II1- V族化合物。但本發明中，如果第一器件層31可以不形成在襯底上，則本發明中，也可以沒有襯底30。
[0049]在本發明具體實施例中，互連層32包括介質層321、以及互連結構322，介質層321起到將互連結構進行絕緣的目的。互連層32為鋁互連層，相應的互連結構322為鋁互連結構，那么之后形成的焊墊即為鋁焊墊。
[0050]在本發明具體實施例中，所述插栓的材料為鍺硅，但插栓的材料不限于鍺硅。
[0051]在本發明具體實施例中，介質層33為單層結構或疊層結構的介質層。單層結構的介質層的材料可以為本領域技術人員公知的各種介質材料。疊層結構的介質層中，每一層的材料本領域技術人員可以根據實際需要設置，其材料均為本領域技術人員公知的各種介質材料。具體的，疊層結構的介質層可以為五層結構包括:氮氧化硅層、位于所述氮氧化硅層上的氧化娃層、位于所述氧化娃層上的富娃氧化物層(silicon rich oxide, SR0)、位于所述富硅氧化物層上的氮化硅層、位于所述氮化硅層上的四乙基原硅酸鹽。
[0052]在本發明具體實施例中，所述介質層33上具有第二器件層35，所述第二器件層35和所述互連層32通過所述介質層中的插栓34電連接；在第一區域C中，第一器件層也與互連層32電連接，從而可以實現第一器件層和第二器件層的電連接。所述第二器件層包括:鍺層、位于所述鍺層上的氧化硅層、位于所述氧化硅層上的鍺硅層。但第二器件層的結構不限于這三層結構。本發明中，介質層33上也可以沒有第二器件層35。
[0053]本發明具體實施例中，器件為MEMS器件，第一區域C為MEMS器件的焊墊區(padarea),第二區域D為MEMS器件的密封區(seal ring),該密封區可以環形。但本發明中，器件不限于MEMS器件，相應的第二區域D也不限于MEMS器件的密封區，只要器件具有本發明中提出的問題，并且可以用本發明的方法解決，均在本發明的保護范圍內。
[0054]接著，參考圖6和圖4，執行步驟S42，利用第一干法刻蝕去除第一區域C和第二區域D中的第二器件層、第一區域C和第二區域D中部分高度的插栓34。
[0055]去除的部分高度需要滿足一定的條件，保證剩余的插栓在之后的第二干法刻蝕中，和第一區域、第二區域中的第二介質層一起去除。可以選擇，部分高度大于等于插栓高度的60%，小于等于插栓高度的70%，在該實施例中選擇部分高度等于插栓高度的65%。具體到具體的高度，比如在32nm工藝中，可以選擇部分高度為大于等于0.9微米，小于等于1.1微米，例如選擇I微米。
[0056]具體方法為:在所述第二器件層35上形成圖形化的光刻膠層36，定義出第一區域C和第二區域D ；以圖形化的光刻膠層為掩膜，利用第一干法刻蝕去第一區域C和第二區域D中部分高度的插栓34。
[0057]在本發明具體實施例中，第二器件層35包括:鍺層、位于所述鍺層上的氧化硅層、位于所述氧化硅層上的鍺硅層。干法刻蝕介質層33使用的主刻蝕氣體為氯氣，該干法刻蝕也可以用來刻蝕第二器件層35，因此，可以利用同一干法刻蝕劑刻蝕第二器件層35和介質層33。如果第二器件層35的刻蝕和介質層33使用的刻蝕氣體不同，則不能在同一刻蝕機臺中進行，需要利用不同的干法刻蝕進行刻蝕。
[0058]本發明中，介質層33上也可以沒有第二器件層35，則僅需利用第一干法刻蝕去除第一區域C和第二區域D中部分高度的插栓34。
[0059]本發明中，第一干法刻蝕中使用的主刻蝕氣體為氯氣，但不限于氯氣。如果使用其他的刻蝕氣體，也會產生現有技術的問題，也可以利用本發明的方法解決。
[0060]之后，參考圖7和圖4，執行步驟S43，利用第二干法刻蝕去除第一區域和第二區域中剩余的插栓、第一區域和第二區域上的介質層33，暴露出第一區域和第二區域的互連層32，暴露的互連層作為焊墊41、42，所述第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體為刻蝕介質層時使用的刻蝕氣體。
[0061]所述第二干法刻蝕仍以所述圖形化的光刻膠層為掩膜；第二干法刻蝕中使用的氣體為刻蝕介質層33時使用的刻蝕氣體，該刻蝕氣體也可以刻蝕插栓，因此可以將剩余的插栓在第二干法刻蝕中刻蝕去除。`
[0062]在進行第二干法刻蝕之前，需要將器件從第一干法刻蝕的機臺中取出，將器件置于第二干法刻蝕的機臺中，由于在第一干法刻蝕中僅刻蝕了部分高度的插栓，因此，在轉移器件的過程中，互連層中作為焊墊42的部分通過剩余的插栓與外界空氣隔絕，相應的也就可以避免現有技術中由于互連層中作為焊墊42的部分與外界空氣接觸而產生的氧化以及腐蝕現象，從而可以提高焊墊42的導電性。
[0063]在介質層33為以上描述的五層的疊層結構、插栓材料為鍺娃時,所述第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體包括<?4和SF6。介質層33的材料、插栓的材料變化時，需要選擇合適的刻蝕氣體進行第二干法刻蝕。
[0064]接著，參考圖8，形成焊墊后，灰化去除圖形化的光刻膠層。需要說明的是，灰化工藝中，會用到氧氣，這樣會對鋁焊墊氧化，形成氧化鋁薄膜，該氧化鋁薄膜會在之后的工藝去除，因此不會對器件造成影響。
[0065]本發明實施例以鋁焊墊為例進行說明，但本發明中焊墊不限于鋁焊墊，只要有本發明闡述的問題，其他材料的焊墊也可以利用本發明的方法進行改進。
[0066]本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種形成焊墊的方法，其特征在于，包括: 提供待形成焊墊的器件，所述器件包括第一器件層、位于所述第一器件層上的互連層、位于所述互連層上的介質層，所述介質層中具有插栓；所述器件包括第一區域和第二區域，所述互連層作為焊墊的部分在第一區域的上表面低于在第二區域的上表面，第一區域的插栓的高度小于所述介質層的厚度，第二區域的插栓的高度等于所述介質層的厚度； 利用第一干法刻蝕去除第一區域和第二區域中部分高度的插栓； 利用第二干法刻蝕去除第一區域和第二區域中剩余的插栓、第一區域和第二區域上的介質層，暴露出第一區域和第二區域的互連層，暴露的互連層作為焊墊，所述第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體為刻蝕介質層時使用的刻蝕氣體。
2.如權利要求1所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述部分高度大于等于插栓高度的60%，小于等于插栓高度的70%。
3.如權利要求1所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述部分高度為大于等于0.9微米，小于等于1.1微米。
4.如權利要求1所 述的形成焊墊的方法，其特征在于，利用第一刻蝕去除第一區域和第二區域部分高度的插栓的方法包括: 在所述介質層上形成圖形化的光刻膠層，定義出第一區域和第二區域； 以圖形化的光刻膠層為掩膜，利用第一干法刻蝕去第一區域和第二區域中部分高度的插栓。
5.如權利要求4所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述第二干法刻蝕仍以所述圖形化的光刻膠層為掩膜； 形成焊墊后，灰化去除圖形化的光刻膠層。
6.如權利要求1所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述互連層為鋁互連層。
7.如權利要求1所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述插栓的材料為鍺硅。
8.如權利要求7所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述第一干法刻蝕使用的刻蝕氣體包括氯氣。
9.如權利要求1所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述介質層為單層結構或疊層結構的介質層。
10.如權利要求9所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述疊層結構的介質層包括:氮氧化硅層、位于所述氮氧化硅層上的氧化硅層、位于所述氧化硅層上的富硅氧化物層、位于所述富硅氧化物層上的氮化硅層、位于所述氮化硅層上的四乙基原硅酸鹽。
11.如權利要求10所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述第二干法刻蝕使用的刻蝕氣體包括=CF4和SF6。
12.如權利要求1所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述介質層上具有第二器件層，所述第二器件層和所述互連層通過所述介質層中的插栓電連接； 所述方法還包括:在第一干法刻蝕之前，去除第一區域和第二區域中的第二器件層。
13.如權利要求12所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述第二器件層包括:鍺層、位于所述鍺層上的氧化硅層、位于所述氧化硅層上的鍺硅層。
14.如權利要求f13任一項所述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述焊墊為MEMS器件中的焊墊。
15.如權利要求14所 述的形成焊墊的方法，其特征在于，所述第一區域為焊墊區，所述第二區域為密封區。
【文檔編號】B81C1/00GK103803483SQ201210454789
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】姜海濤, 郭亮良, 鄭超, 張校平 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司