重布线层制造方法及MEMS器件制造方法

摘要

本发明提供一种重布线层制造方法以及MEMS器件制造方法，先对光刻胶未覆盖的Al等导电金属层进行干法刻蚀，使之降低一定厚度，然后在制程设定的Q-Time时间内，转为湿法刻蚀，将光刻胶未覆盖的导电金属层的剩余厚度去除，刻蚀能够很好地停止在刻蚀阻挡层表面，该湿法刻蚀过程消除了干法刻蚀后的重布线层侧壁的栅栏缺陷，不会造成顶层互连结构的过刻蚀消耗，同时由于湿法刻蚀的厚度较薄，所以能够使得湿法刻蚀后的重布线层的关键尺寸完全达到要求，并避免了大量刻蚀残留物的累积，保证了重布线层的质量，最终提高了器件性能。

权利要求

1.一种重布线层制造方法，其特征在于，包括：

提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、导电金属层以及图案化的光刻胶层，所述光刻胶层的图案定义了所述导电金属层形成重布线层的位置；

以所述光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀工艺部分刻蚀所述导电金属层，以降低所述光刻胶层未覆盖的导电金属层的厚度，并使剩余的导电金属层仍能全面覆盖所述刻蚀阻挡层；

在设定的重布线层刻蚀制程排队等待时间Q-time内，继续以所述光刻胶层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺完全去除所述光刻胶层未覆盖的导电金属层的剩余厚度，刻蚀停止在所述刻蚀阻挡层表面，形成重布线层。

2.如权利要求1所述的重布线层制造方法，其特征在于，所述半导体衬底中形成有MEMS器件电路以及电气连接点，所述重布线层与所述MEMS器件电路通过电气连接点电连接；或者，所述半导体衬底中形成有MEMS器件电路以及MEMS器件电路上方的金属互连结构，所述MEMS器件电路通过金属互连结构与所述重布线层电气连接。

3.如权利要求1所述的重布线层制造方法，其特征在于，所述刻蚀阻挡层为氮化钛或者氮化钽。

4.如权利要求1所述的重布线层制造方法，其特征在于，所述导电金属层为铝、铝合金、铜或铜合金。

5.如权利要求1所述的重布线层制造方法，其特征在于，在半导体衬底上形成的导电金属层厚度为1μm～2μm，所述干法刻蚀后导电金属层的剩余厚度为0.15μm～1.25μm。

6.如权利要求1所述的重布线层制造方法，其特征在于，所述排队等待时间Q-time小于

12小时，所述湿法刻蚀工艺的时间占所述排队等待时间Q-time的30％～70％。

7.如权利要求1所述的重布线层制造方法，其特征在于，所述干法刻蚀的工艺参数包括：工艺气体包括Cl2、BCl3和N2，源射频功率为500W～1500W，偏置射频功率为100W～200W，工艺时间为40s～80s；所述湿法刻蚀的工艺参数包括：硝酸1％～2％体积比，磷酸75％～

85％体积比，醋酸5％～10％体积比,水10％～20％体积比，工艺温度25℃～50℃，导电金属层刻蚀速率为

8.一种MEMS器件制造方法，其特征在于，包括：

提供一具有MEMS器件电路的MEMS衬底，所述MEMS衬底表面上形成有电气连接点或者金属互连结构；

按照权利要求1至7中任一项所述的重布线层制造方法，在所述MEMS衬底表面上形成重布线层，所述重布线层与所述电气连接点或金属互连结构电气连接。

9.如权利要求8所述的MEMS器件制造方法，其特征在于，采用电镀回流或者激光植球工艺在所述重布线层表面形成导电凸点。

10.如权利要求9所述的MEMS器件制造方法，其特征在于，在所述重布线层表面形成导电凸点的步骤包括：在所述重布线层表面上形成层间介质层；

光刻并刻蚀所述层间介质层，形成导电沟槽；

采用BGA工艺填充所述导电沟槽，形成球状导电凸点。

说明书

重布线层制造方法及MEMS器件制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种重布线层制造方法及MEMS器件制造方法。

背景技术

[0002] 微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS)是指微细加工技术制作的，集微型传感器、微型构件、微型执行器、信号处理、控制电路等于一体的微型器件或系统，其制造过程是以薄膜沉积、光刻、外延、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工过程，尺寸通常在微米或纳米级。在MEMS器件制造过程中，为了实现MEMS器件在内部或者与外部电气连接，通常会在MEMS芯片的顶层金属(top metal)上制作重布线层(Redietribution Layer，RDL，再分布互连层)，通过RDL层实现MEMS器件的信号的输入/输出，最终使MEMS发挥预定的功能。

[0003] 现有技术中的重布线层形成过程，一般是在MEMS晶圆的顶层金属互连层(top metal,TM)表面依次形成刻蚀阻挡层(氮化钛TiN)、铝Al层以及图案化的光刻胶层，然后采用干法刻蚀工艺(请参考图1A)或湿法刻蚀工艺(请参考图1B)来刻蚀铝层来形成重布线层，该重布线层可以形成导电垫和焊接垫以及与导电垫和焊接垫的连线。然而，通过干法刻蚀工艺直接形成RDL层时，刻蚀最终很难停止在刻蚀阻挡层TiN表面，容易过刻蚀而造成TM层损耗，同时干法刻蚀时的侧向刻蚀不均匀，容易形成Al栅栏缺陷(Al fence defect)；而通过湿法刻蚀工艺直接形成RDL层时，由于重力作用，刻蚀窗口底部的刻蚀液腐蚀力较大，容易造成底部Al的关键尺寸(CD)收缩(shrink)，同时会有较多残留物聚集在底部。显然，上述干法刻蚀或湿法刻蚀工艺形成的重布线层的可靠性较低，影响最终封装的芯片的性能和良率。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种重布线层制造方法及MEMS器件制造方法，能够避干法刻蚀形成重布线层时对顶层互连金属层的损耗和重布线层本身缺陷的问题，同时还能够避免湿法刻蚀形成重布线层时重布线层关键尺寸收缩以及刻蚀残留物较多的问题。

[0005] 为解决上述问题，本发明提出一种重布线层制造方法，包括：

[0006] 提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、导电金属层以及图案化的光刻胶层，所述光刻胶层的图案定义了所述导电金属层形成重布线层的位置；

[0007] 以所述光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀工艺部分刻蚀所述导电金属层，以降低所述光刻胶层未覆盖的导电金属层的厚度，并使剩余的导电金属层仍能全面覆盖所述刻蚀阻挡层；

[0008] 在设定的重布线层刻蚀制程排队等待时间Q-time内，继续以所述光刻胶层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺完全去除所述光刻胶层未覆盖的导电金属层的剩余厚度，刻蚀停止在所述刻蚀阻挡层表面，形成重布线层。

[0009] 进一步的，所述半导体衬底中形成有MEMS器件电路以及电气连接点，所述重布线层与所述MEMS器件电路通过电气连接点电连接；或者，所述半导体衬底中形成有MEMS器件电路以及MEMS器件电路上方的金属互连结构，所述MEMS器件电路通过金属互连结构与所述重布线层电气连接。

[0010] 进一步的，所述刻蚀阻挡层为氮化钛或者氮化钽。

[0011] 进一步的，所述导电金属层为铝或铜。

[0012] 进一步的，在半导体衬底上形成的导电金属层厚度为1μm～2μm，所述干法刻蚀后导电金属层的剩余厚度为0.15μm～1.25μm。

[0013] 进一步的，所述排队等待时间Q-time小于12小时，所述湿法刻蚀工艺的时间占所述排队等待时间Q-time的30％～70％。

[0014] 进一步的，所述干法刻蚀的工艺参数包括：工艺气体包括Cl2、BCl3和N2，源射频功率为500W～1500W，偏置射频功率为100W～200W，工艺时间为40s～100s；所述湿法刻蚀的工艺参数包括：硝酸1％～2％体积比，磷酸75％～85％体积比，醋酸5％～10％体积比,水10％～20％体积比，工艺温度25℃～50℃，导电金属层刻蚀速率为

[0015] 本发明还提供一种MEMS器件制造方法，包括：

[0016] 提供一具有MEMS器件电路的MEMS衬底，所述MEMS衬底表面上形成有电气连接点或者金属互连结构；

[0017] 按照上述之一的方法在所述MEMS衬底表面上形成重布线层，所述重布线层与所述电气连接点或金属互连结构电气连接。

[0018] 进一步的，采用电镀回流或者激光植球工艺在所述重布线层表面形成导电凸点。

[0019] 进一步的，在所述重布线层表面形成导电凸点的步骤包括：

[0020] 在所述重布线层表面上形成层间介质层；

[0021] 光刻并刻蚀所述层间介质层，形成导电沟槽；

[0022] 采用BGA工艺填充所述导电沟槽，形成球状导电凸点。

[0023] 与现有技术相比，本发明提供的重布线层制造方法以及MEMS器件制造方法，先对光刻胶未覆盖的Al等导电金属层进行干法刻蚀，使之降低一定厚度，然后在制程设定的Q-Time时间内，转为湿法刻蚀，将光刻胶未覆盖的Al等导电金属层的剩余厚度完全去除，刻蚀能够很好地停止在刻蚀阻挡层表面，该湿法刻蚀过程消除了干法刻蚀后的重布线层侧壁的栅栏缺陷，不会造成顶层互连结构的过刻蚀消耗，同时由于湿法刻蚀的厚度较薄，所以能够使得湿法刻蚀后的重布线层的关键尺寸完全达到要求，并避免了大量刻蚀残留物的累积，保证了重布线层的质量，最终提高了器件性能。

附图说明

[0024] 图1A和图1B是现有技术中分别采用干法刻蚀和湿法刻蚀形成的Al重布线层的SEM图；

[0025] 图2是本发明具体实施例的重布线层制造方法流程图；

[0026] 图3是本发明具体实施例的MEMS器件制造方法流程图；

[0027] 图4A至4E是图3所示制造方法中的器件结构剖面图。

具体实施方式

[0028] 本发明技术方案的主要核心思想是将现有的重布线层(RDL)刻蚀制程分为两个子制程：干法刻蚀和湿法刻蚀，且保证两个子制程时间之和可以与现有技术中单一采用干法刻蚀或湿法刻蚀的制程时间相等，这种先干法刻蚀后湿法刻蚀的方法不但兼具现有技术中单一采用干法刻蚀或湿法刻蚀时的优势，而且还能消除单一刻蚀方法下的缺陷。其中的干法刻蚀步骤可以看做是主刻蚀步骤，湿法刻蚀步骤可以看做是过刻蚀步骤，湿法刻蚀的工艺时间不能超过刻蚀制程中设置的排队等待时间，以保证同批次晶圆的刻蚀效果。

[0029] 为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

[0030] 请参考图2，本发明提供一种重布线层制造方法，包括以下步骤：

[0031] S21，刻蚀准备：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成刻蚀阻挡层、导电金属层以及图案化的光刻胶层，所述光刻胶层的图案定义了所述导电金属层形成重布线层的位置；

[0032] S22，干法刻蚀：以所述光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀工艺部分刻蚀所述导电金属层，以降低所述光刻胶层未覆盖的导电金属层的厚度，并使剩余的导电金属层仍能全面覆盖所述刻蚀阻挡层；

[0033] S23，湿法刻蚀：在设定的重布线层刻蚀制程排队等待时间Q-time内，继续以所述光刻胶层为掩膜，采用湿法刻蚀工艺完全去除所述光刻胶层未覆盖的导电金属层的剩余厚度，刻蚀停止在所述刻蚀阻挡层表面，形成重布线层。

[0034] 请参考图3，本发明还提供一种MEMS器件制造方法，包括：

[0035] S1，提供一具有MEMS器件电路的MEMS衬底，所述MEMS衬底表面上形成有用于电连接MEMS器件电路的电气连接点或者金属互连结构；

[0036] S2，按照S21至S23的方法在所述MEMS衬底表面上形成重布线层，所述重布线层与所述电气连接点或金属互连结构电气连接；

[0037] S3，去除所述光刻胶层，在所述重布线层表面形成导电凸点。

[0038] 请参考图4A，步骤S1中提供一具有MEMS器件电路的MEMS衬底40的过程具体包括：

[0039] 首先提供一半导体衬底400，在该半导体衬底400上形成各个MEMS器件电路401；然后在形成各个MEMS器件电路401的器件表面上沉积层间介质层402；之后，在层间介质层402中形成金属互连结构403和电气连接点404，或者仅形成金属互连结构403和电气连接点404(例如为导电插塞、焊垫等)中的一种，因此顶层金属TM包括金属互连结构的顶层互连金属以及导电插塞等电气连接点404顶部。

[0040] 步骤S2在所述MEMS衬底40表面上形成重布线层41的具体过程包括：

[0041] S21，请参考图4B，在形成有金属互连结构403或电气连接点404的MEMS衬底40表面上依次形成刻蚀阻挡层411、导电金属层412以及图案化的光刻胶层413，所述光刻胶层413的图案定义了所述导电金属层412用于形成重布线层41的位置；其中，刻蚀阻挡层411为钛、钽、氮化钛或者氮化钽，所述导电金属层412为Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti或W中的一种或几种，优选为铝，厚度为1μm～2μm。

[0042] S22，请参考图4C，以所述光刻胶层413为掩膜，采用干法刻蚀工艺部分刻蚀所述导电金属层412，以去除所述光刻胶层413未覆盖的导电金属层412的一定厚度，但剩余的导电金属层412仍能全面覆盖所述刻蚀阻挡层411。该干法刻蚀过程可以看做是导电金属层的主刻蚀过程，目的是去除光刻胶层暴露的一定厚度(优选为一半以上)的导电金属层412，降低后续湿法刻蚀的导电金属层厚度，同时可以避免现有技术中一步到位的干法刻蚀方法带来的栅栏缺陷以及对顶层金属的损耗，为后续湿法刻蚀提供良好的工艺窗口，减少后续湿法腐蚀的工艺时间和残留物缺陷。其中，所述干法刻蚀可以采用业界常用的参数，例如为：工艺压强为5mtorr～15mtorr，氯气Cl2流量为50sccm～100sccm，BCl3流量为50sccm～100sccm，氮气N2流量为3sccm～10sccm,源射频功率为500W～1500W，偏置射频功率为100W～200W，工艺时间为40s～100s，干法刻蚀后的光刻胶层413未覆盖的导电金属层412的剩余厚度为[0.2μm+/-0.05μm]～[1.2μm+/-0.05μm]，即0.15μm～1.25μm。根据不同的器件要求，干法刻蚀后的光刻胶层413未覆盖的导电金属层412的剩余厚度可以适当变化，此时干法刻蚀的工艺参数可以根据剩余厚度要求进行适应性调整。本实施例中根据工艺要求选择的工艺参数如下：工艺压强为10mtorr，氯气Cl2流量为70sccm，BCl3流量为60sccm，氮气N2流量为
5sccm源射频功率为900W，偏置射频功率为150W，工艺时间为60s，干法刻蚀后的光刻胶层
413未覆盖的导电金属层412的剩余厚度为0.2μm。

[0043] S23，请参考图4D，以所述光刻胶层413为掩膜，采用湿法刻蚀工艺继续刻蚀剩余的导电金属层412，刻蚀停止在所述刻蚀阻挡层411表面，以完全去除所述光刻胶层413未覆盖的导电金属层412，形成重布线层41，其中，所述湿法刻蚀需要在要求的重布线层刻蚀制程的排队等待时间Q-time内进行和完成，可以理解为：生产线上前一晶圆的重布线层制造进行在湿法刻蚀过程时，后一晶圆的重布线层制造进行在干法刻蚀过程，因此前一晶圆的湿法刻蚀时间不能超过后一晶圆的干法刻蚀时间，由此保证后一晶圆的干法刻蚀过程不会出现过刻蚀，为此设置了排队等待时间Q-time，湿法刻蚀的工艺时间不能超过设定的排队等待时间Q-time，由此保证最终形成的重布线层的质量。本实施例中，所述湿法刻蚀工艺的时间占所述排队等待时间Q-time的30％～70％。所述湿法刻蚀的工艺参数包括：硝酸1％～2％体积比，磷酸75％～85％体积比，醋酸5％～10％体积比,水10％～20％体积比，工艺温度25℃～50℃，导电金属层刻蚀速率为 由于湿法刻蚀的导电
金属层变薄，因此工艺时间变短，刻蚀能够很好地停止在刻蚀阻挡层表面，在快速去除干法刻蚀后剩余的导电金属层的同时，不仅不会造成导电金属层以及顶层金属的关键尺寸明显缩小，而且还能消除干法刻蚀形成的栅栏缺陷，避免产生大量湿法刻蚀残留物，由此保证了重布线层的质量，最终提高了器件性能。

[0044] 请参考图4E，在步骤S3中，采用高于200℃的工艺温度、氧、氟混合工艺气体进行灰化处理，以去除光刻胶层413。进一步地，对暴露出的重布线层41的基础上对制造的MEMS器件进行封装，具体地，在重布线层41表面形成一层聚酰亚胺(polyimide-PI)或环氧树脂(Epoxy)等材质的层间介质层，采用光刻、刻蚀工艺在层间介质层中形成BGA导电沟槽；采用BGA工艺填充BGA导电沟槽，形成BGA锡球作为导电凸点42。在本发明的其他实施例中，可以采用电镀回流或者激光植球工艺在所述重布线层表面形成导电凸点。

[0045] 综上所述，本发明提供的重布线层制造方法以及MEMS芯片封装方法，先对光刻胶未覆盖的Al等导电金属层进行干法刻蚀，使之降低一定厚度，然后在制程设定的Q-Time时间内，转为湿法刻蚀，将光刻胶未覆盖的Al等导电金属层的剩余厚度完全去除，刻蚀能够很好地停止在刻蚀阻挡层表面，该湿法刻蚀过程消除了干法刻蚀后的重布线层侧壁的栅栏缺陷，不会造成顶层互连结构的过刻蚀消耗，同时由于湿法刻蚀的厚度较薄，所以能够使得湿法刻蚀后的重布线层的关键尺寸完全达到要求，并避免了大量刻蚀残留物的累积，保证了重布线层的质量，最终提高了器件性能。

[0046] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。