[发明专利]焊盘及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种焊盘及其形成方法。 

背景技术

随着集成电路的制作向超大规模集成电路(ULSI)发展，晶片上的电路密度越来越大，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线(Interconnect)，为此，提出了两层以上的多层金属互连线的设计方法。 

半导体工艺技术进入0.18微米以后，器件的特征尺寸进一步缩小，互连线的RC延迟逐渐成为影响电路速度的主要矛盾，为改善这一点，开始采用由金属铜制作金属互连线结构的工艺方法。与传统的铝工艺相比，铜工艺的优点在于其电阻率较低，导电性更好，由其制成的内连接导线可以在保持同等甚至更强电流承载能力的情况下做得更小、更密集。此外，其在电迁移、RC延迟、可靠性和寿命等方面也比铝工艺具有更大的优势。 

然而，对于与金属互边线相连接的焊盘结构，因其与多层金属互连线结构相比具有相对较大的尺寸及厚度，在兼顾器件性能与制作成本的情况下，通常仍是利用传统的铝工艺来制作形成。而这种利用金属铜制作互连线，利用金属铝制作焊盘的方法带来了一些新的问题：如金属铜易扩散至铝焊盘中，导致焊盘质量变差的问题。 

焊盘制作中，需要关注的重点是焊盘的表面质量问题，一旦焊盘表面存在缺陷或被污染就会造成焊盘抗拉强度和接合强度均匀性变差，导致引线失败，对器件的导电性、可靠性带来负面影响。因此，如何去除焊盘表面的各种缺陷对器件制造而言非常重要。 

为消除铝焊盘表面的缺陷，申请号为20050101110的美国专利申请公开了一种去除铝焊盘表面缺陷的方法，该方法采用等离子体清洗方式对 晶片进行处理，以消除刻蚀工艺中的氟引起的焊盘中的缺陷，提高了焊盘与引线间的连接质量。但是该方法并不适用于所有的铝焊盘表面存在缺陷的情况，如因焊盘下方的铜扩散至焊盘表面而引起的缺陷，该方法就无法消除。 

实际生产中，为了提高生产效率，铝焊盘通常会在高温、大功率下高速沉积形成，这带来了下列问题： 

A、形成的铝焊盘的颗粒较大，表面特性不好； 

B、因铝的颗粒较大，其边界处易成为弱点，在随后的化学腐蚀过程中易在焊盘底部出现侵蚀现象； 

C、因铝沉积的功率较大，易损伤铝焊盘下的其它材料层。 

而上述后两个问题，还可能会导致铝焊盘与其下层的铜金属出现原电池效应(galvanic efficiency)，加重金属铜向焊盘内的扩散，使焊盘的特性进一步下降。 

图1至图3为说明现有的焊盘形成方法的器件剖面图，其中，图1为现有的焊盘形成方法中形成阻挡层后的器件剖面图，如图1所示，在衬底101内已形成了含铜的导电结构102。该导电结构102的表面在进行平坦化处理或刻蚀介质层103以形成焊盘开口时易出现损伤110。 

为防止金属铜扩散至焊盘中，通常会在含铜的导电结构102与铝焊盘间先制作阻挡层105，该阻挡层105可以采用Ta，W，Ti以及它们的氮化物TiN，WN，TaN等材料形成。当该阻挡层105下的导电结构102表面存在损伤110时，该处的阻挡层105也易出现薄弱点(图中未示出)；而在沉积铝时，因所用功率较大，对下层的阻挡层105有一定的损伤，该薄弱点处的阻挡层在防止铜扩散至焊盘方面的能力会进一步下降。 

图2为现有的焊盘形成方法中形成铝层后的器件剖面图，如图2所示，因铝的沉积速率较快，形成的铝层111表面较为粗糙，因颗粒较大形成的边界112较为明显。 

图3为说明现有的铝焊盘形成方法中出现的问题的器件剖面图，如图3所示，在形成铝焊盘后再进行高温工艺处理时，因导电结构内的损伤110及阻挡层105阻挡能力的下降，在原电池效应(galvanic efficiency)作用下，会有部分铜扩散至铝层111中，在自身内形成了空洞120，在铝层111中形成了Cu团或Al-Cu团130。 

另外，因形成的铝颗粒较大，有明显边界，在形成铝层后进行高温工艺处理前进行的铝腐蚀工艺中，化学腐蚀液易沿其边界处向下侵蚀，这会加重后续高温工艺中出现的上述原电池效应，令铝焊盘内的Cu团或Al-Cu团130更易向上扩散至铝焊盘的表面，进一步恶化焊盘的质量。 

图4为在现有的铝焊盘断面进行X射线衍射检测的结果，如图4所示，其中401代表了利用X射线衍射(XRD)检测得到的铝焊盘内某处的铜含量，402代表了检测得到的铝焊盘内某处的铝含量，进一步证实了金属铜已扩散至铝焊盘内。 

发明内容