專利名稱：接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明披露了一種保護(hù)裝置，特別是一種應(yīng)用在微機(jī)電系統(tǒng)以及接觸墊上的保護(hù)
直O(jiān)
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電子元件已成功地應(yīng)用于各種生活層 面。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanical system,MEMS)技術(shù)，是利用已知的半導(dǎo)體的 工藝來制造微小的機(jī)械元件，通過半導(dǎo)體技術(shù)例如電鍍、蝕刻等方式，可完成具有微米尺寸 的機(jī)械元件。常見的應(yīng)用有在噴墨印表機(jī)內(nèi)使用的電壓控制元件，在汽車中作為偵測汽車 傾斜的陀螺儀，或者是麥克風(fēng)中用來感測聲音的震膜等。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)由于可將機(jī)械結(jié) 構(gòu)和電子線路整合，因此可批量制造(batch fabrication)，而具有低成本、高品質(zhì)且高集 成度等優(yōu)點。目前，微機(jī)電系統(tǒng)是以系統(tǒng)芯片(system on chip, S0C)的概念整合在單一芯片 上，特別是以標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝所制備的芯片，例如在同一片管芯 (die)上同時形成微機(jī)電系統(tǒng)區(qū)域以及CMOS區(qū)域。而在整合現(xiàn)有的CMOS與微機(jī)電系統(tǒng)的工 藝上，可能會產(chǎn)生許多問題，例如進(jìn)行工藝以形成CMOS區(qū)域元件或者形成微機(jī)電系統(tǒng)時， 各區(qū)域之間如何避免工藝上的相互影響以及后續(xù)產(chǎn)品使用上彼此的干擾，是目前必須研究 與解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明于是提出一種保護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是一種應(yīng)用在微機(jī)電區(qū)域與非微機(jī)電區(qū)域的 交界，或應(yīng)用于非微機(jī)電區(qū)域中接觸墊的保護(hù)裝置，以確保半導(dǎo)體工藝中，微機(jī)電區(qū)域以及 非微機(jī)電區(qū)域不會彼此干擾。根據(jù)權(quán)利要求，本發(fā)明提供一種接觸墊的保護(hù)裝置。接觸墊設(shè)置于半導(dǎo)體基底上 的介電層中，接觸墊包含連接區(qū)域與環(huán)繞于連接區(qū)域的周邊區(qū)域。此保護(hù)結(jié)構(gòu)包含至少一 擋墻、絕緣層以及掩模層。擋墻設(shè)置于周邊區(qū)域上的介電層中，并包圍連接區(qū)域。絕緣層設(shè) 置于介電層上。掩模層則設(shè)置于介電層上并覆蓋絕緣層，并具有開口以暴露接觸墊的連接 區(qū)域。根據(jù)權(quán)利要求，本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含了半導(dǎo)體基底、介電層、保 護(hù)結(jié)構(gòu)以及掩模層。半導(dǎo)體基底包含微機(jī)電區(qū)域以及非微機(jī)電區(qū)域，介電層則設(shè)置半導(dǎo)體 基底上。保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)于微機(jī)電區(qū)域區(qū)與非微機(jī)電區(qū)域之間，其包含有設(shè)置于介電層的頂金 屬層、至少一設(shè)置于頂金屬層上的介電層中的第一擋墻，以及設(shè)置于介電層上的絕緣層。掩 模層則設(shè)置于介電層上并覆蓋絕緣層。本發(fā)明提出的保護(hù)結(jié)構(gòu)，適用在接觸墊或者微機(jī)電系統(tǒng)與非微機(jī)電系統(tǒng)的交界， 其封閉的保護(hù)結(jié)構(gòu)可有效避免蝕刻氣體例如氫氟酸的侵蝕，可保護(hù)非微機(jī)電區(qū)域內(nèi)的元件 不會被破壞，并提高產(chǎn)品良率以及信賴度。



100微機(jī)電區(qū)域120掩模層
101保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域122蝕刻劑
102非微機(jī)電區(qū)域123開口
104接觸墊124底層
106半導(dǎo)體基底126粘著層
108連接區(qū)域128金屬層
110周邊區(qū)域130頂金屬層
112介電層132 第二擋墻
116擋墻134 第一擋墻
具體實施例方式請參考圖1，圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實施例的微機(jī)電區(qū)域與非微機(jī)電區(qū)域的平面示 意圖，此處以管芯(die)為例來說明，本發(fā)明應(yīng)用在微機(jī)電系統(tǒng)以及接觸墊的保護(hù)裝置，實 際工藝仍是實施于包含有多個管芯的晶片。如圖1所示，在管芯50上具有微機(jī)電區(qū)域100 以及非微機(jī)電區(qū)域102。微機(jī)電區(qū)域100內(nèi)設(shè)置有各種微機(jī)電元件(未顯示)，例如振膜、 馬達(dá)等，而非微機(jī)電區(qū)域102則可為邏輯區(qū)域、存儲區(qū)域或周邊電路區(qū)域等，其內(nèi)設(shè)置有各 種半導(dǎo)體元件(未顯示)，例如各種有源元件或無源元件。非微機(jī)電區(qū)域102的表面具有多 個接觸墊104，使外界的信號得以通過相對應(yīng)的接觸墊104來驅(qū)動非微機(jī)電區(qū)域102內(nèi)的元 件，并執(zhí)行各信號的輸入/輸出。通常在制備微機(jī)電元件時，會在完成所有的微機(jī)電元件、半導(dǎo)體元件以及金屬內(nèi) 連線等各式半導(dǎo)體工藝后，將此系統(tǒng)芯片經(jīng)過至少一次的蝕刻工藝，以蝕刻氣體(例如氫 氟酸(HF))或蝕刻溶液等蝕刻劑，去除微機(jī)電區(qū)域100內(nèi)的金屬層間介電層(IMD)，以在微 機(jī)電區(qū)域100中形成各種可動式或具有空間微結(jié)構(gòu)的機(jī)械元件。而為了確保蝕刻進(jìn)行時， 蝕刻劑不會經(jīng)由各接觸墊104的邊緣或者經(jīng)由微機(jī)電區(qū)域100與非微機(jī)電區(qū)域102的交界 處滲入非微機(jī)電區(qū)域102，而破壞非微機(jī)電區(qū)域102內(nèi)的元件，本發(fā)明提出一種保護(hù)裝置， 其可應(yīng)用在微機(jī)電區(qū)域100與非微機(jī)電區(qū)域102的交界，或應(yīng)用于非微機(jī)電區(qū)域102中接 觸墊104。首先，以非微機(jī)電區(qū)域102中各接觸墊104的保護(hù)裝置為例做說明，請參考圖2，圖 2為本發(fā)明的優(yōu)選實施例的接觸墊保護(hù)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其沿著圖1中AA’切線所繪制。如圖2所示，管芯50的半導(dǎo)體基底106上設(shè)置有介電層112以及接觸墊104。介電層112的 材料可以為氧化硅(SiO2)、四乙氧基硅烷(TEOS)、等離子體增強(qiáng)式四乙氧基硅烷(PETEOS) 或各種層間介電層材料。而設(shè)置于介電層112中的接觸墊104則可包含各種導(dǎo)電材料，例 如金屬鎢、鋁或銅等。此外，接觸墊104包含連接區(qū)域108以及周邊區(qū)域110，連接區(qū)域108 定義為接觸墊104所被暴露的區(qū)域，故位于此處的接觸墊104會暴露出來，以利后續(xù)各式封 裝工藝接線、焊點的所需，而周邊區(qū)域110則包圍連接區(qū)域108，請一并參考圖1的例示。如前所述，為了確保蝕刻時，蝕刻劑122不會侵蝕周邊區(qū)域110的介電層112，進(jìn)而 滲入并破壞非微機(jī)電區(qū)域102內(nèi)部的元件，本優(yōu)選實施例在各接觸墊104上均設(shè)計有保護(hù) 結(jié)構(gòu)。此保護(hù)結(jié)構(gòu)包含至少一擋墻116、絕緣層118以及掩模層120。如圖2所示，在完成 接觸墊104的工藝之后，例如可利用通路插塞(via plug)等工藝來制作所需的擋墻116，使 擋墻116設(shè)置于周邊區(qū)域110上的介電層112中，并包圍連接區(qū)域108 ；絕緣層118則設(shè)置 于介電層112以及擋墻116上。擋墻116為連續(xù)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其材料可包含金屬鎢、金屬鋁、非晶硅(amorphous silicon)或氮化硅(silicon nitride)或其他可抗氫氟酸(HF)等的蝕刻劑122蝕刻的材 料。擋墻116就圖1的平面布局結(jié)構(gòu)而言，包圍了連接區(qū)域108，并暴露了接觸墊104的連 接區(qū)域108 ；而就圖2例示的垂直結(jié)構(gòu)而言，擋墻116向上實質(zhì)接觸絕緣層118，向下則實質(zhì) 接觸接觸墊104，如此一來，即可形成完整而封閉的保護(hù)結(jié)構(gòu)，由此有效防止蝕刻劑122自 接觸墊104周邊滲入非微機(jī)電區(qū)域102中。本實施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)其可以具有單一擋墻116， 或者視情況而具有多個擋墻116，彼此平行設(shè)置于絕緣層118與接觸墊104之間并共同圍繞 連接區(qū)域108。擋墻116的平面布局可以是各種多邊形、圓形等封閉結(jié)構(gòu)，請參考圖3，圖3 為本發(fā)明擋墻的平面布局的實施例示意圖。如圖3所示，擋墻116為多邊形，優(yōu)選者，此多 邊形具有約為130度的內(nèi)角α。絕緣層118的材料包含非晶硅或氮化硅，視產(chǎn)品需求，絕緣層118和擋墻116的材 料可以相同，例如同樣為非晶娃，但也可以不同，例如絕緣層118為非晶娃，而擋墻116為金 屬鎢。絕緣層118覆蓋于擋墻116上并接觸擋墻116，其可以具有圖案化的形狀，例如為與 擋墻116布局圖案相對應(yīng)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而和擋墻116共同圍繞連接區(qū)域108。在本發(fā)明另一 實施例中，絕緣層118亦可以為全面覆蓋非微機(jī)電區(qū)域102的層狀結(jié)構(gòu)，如圖4所示，其與 掩模層120具有相同布局圖案并可以同一圖案化工藝蝕刻而得，故絕緣層118不僅覆蓋于 周邊區(qū)域110，還可覆蓋周邊區(qū)域110以外的其他區(qū)域，但以暴露出連接區(qū)域108為原則。請再參考圖2、圖4，掩模層120具有開口 123以暴露接觸墊104的連接區(qū)域108， 其為全面覆蓋非微機(jī)電區(qū)域102的層狀結(jié)構(gòu)，其覆蓋于介電層112以及絕緣層118上，并對 蝕刻劑122具有高抗蝕能力，以確保整個非微機(jī)電區(qū)域102的表面不會被蝕刻劑122所侵 蝕。例如蝕刻劑122為氫氟酸(HF)時，掩模層120的材料可包含鋁等的金屬。由于在掩模 層120下方具有絕緣層118，因此可避免掩模層120直接與接觸墊104電性連接而產(chǎn)生短路 現(xiàn)象。請參考圖5圖，圖5為本發(fā)明接觸墊保護(hù)結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)選實施例示意圖。如圖5 所示，為了增強(qiáng)絕緣效果，絕緣層118下方還可增設(shè)底層124，其位于絕緣層118的底端，同 時接觸介電層112以及擋墻116，如圖5所示；或者，底層124位于絕緣層118的頂端，并 接觸掩模層120。底層124的材料包含氮化硅(SiN)、氮氧硅化物(silicon oxynitride)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、二氧化鋯(ZrO2)或是二氧化鉿(HfO2)或其他高介電系數(shù)(high_k dielectric)材料。亦或是絕緣層118為非晶硅時，可在其形成時逐漸加入氧等反應(yīng)氣體， 以形成漸變層的絕緣層118，其底部抗蝕刻能力較強(qiáng)，而頂部絕緣效果優(yōu)選。請參考圖6，圖6為本發(fā)明接觸墊保護(hù)結(jié)構(gòu)的又一優(yōu)選實施例示意圖。如圖6所 示，本發(fā)明的接觸墊保護(hù)結(jié)構(gòu)，還可選擇性包含粘著層126，設(shè)置于絕緣層118和介電層112 之間，或設(shè)置于絕緣層118與掩模層120之間，或者絕緣層118、介電層112與掩模層120之 間都設(shè)置。粘著層126的材料可包含金屬鈦或氮化鈦(Ti/TiN)。值得注意的是，由于粘著 層126的材料可導(dǎo)電，因此若設(shè)置于絕緣層118與擋墻116之間時，需避免粘著層126同時 接觸到掩模層120以及擋墻116而產(chǎn)生短路的現(xiàn)象。如前所述，本發(fā)明除了可應(yīng)用在各接觸墊上形成保護(hù)結(jié)構(gòu)外，還可以在微機(jī)電區(qū) 域以及非微機(jī)電區(qū)域之間形成保護(hù)結(jié)構(gòu)。請參考圖7，圖7為本發(fā)明中微機(jī)電區(qū)域與非微機(jī) 電區(qū)域之間的保護(hù)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其沿著圖1的切線BB’所繪制。如圖7所示，半導(dǎo)體 基底106上具有微機(jī)電區(qū)域100以及非微機(jī)電區(qū)域102，保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域101設(shè)置于微機(jī)電區(qū) 域100以及非微機(jī)電區(qū)域102之間。介電層112設(shè)置在半導(dǎo)體基底106上，特別來說，介電 層112會設(shè)置在保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域101以及非微機(jī)電區(qū)域102中，而微機(jī)電區(qū)域100中的介電 層112會被蝕刻劑122移除，以形成各種可動式或具有空間微結(jié)構(gòu)的機(jī)械元件(未顯示)。為了避免蝕刻劑122滲入非微機(jī)電區(qū)域102中，本發(fā)明在保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域101則設(shè) 置有保護(hù)結(jié)構(gòu)。此保護(hù)結(jié)構(gòu)包含絕緣層118、至少一第一擋墻134、頂金屬層130、多層金屬 層128以及多個第二擋墻132。多層金屬層128與多個第二擋墻132設(shè)置于介電層112中， 各金屬層128與各第二擋墻132上下相連，其頂端接觸頂金屬層130，而底端則接觸半導(dǎo)體 基底106。在多層金屬層128與多個第二擋墻132上則相對設(shè)置有頂金屬層130。多層金屬 層130、多個第二擋墻132以及頂金屬層130的材料包含金屬鋁、金屬鎢、金屬銅或各種可抗 氫氟酸蝕刻的金屬，并伴隨金屬內(nèi)連線工藝形成于保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域101中。頂金屬層130上 方則設(shè)置有第一擋墻134以及絕緣層118。第一擋墻134的材料包含金屬鎢、金屬鋁、非晶 硅或氮化硅或其他可抗蝕刻劑122蝕刻的材料。本發(fā)明的保護(hù)結(jié)構(gòu)其可以具有單一層的第 一擋墻134，或者視情況而具有多個第一擋墻134，彼此之間平行設(shè)置。絕緣層118的材料 包含非晶硅或氮化硅，視各種工藝或產(chǎn)品上的需求，絕緣層118和第一擋墻134的材料可同 樣為非晶硅，但也可以不同，例如絕緣層118為非晶硅，而第一擋墻134為金屬鎢。另外，掩 模層120為全面覆蓋于非微機(jī)電區(qū)域102以及保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域101的層狀結(jié)構(gòu)，其覆蓋于介 電層112以及絕緣層118之上，以確保整個非微機(jī)電區(qū)域102的表面不會被蝕刻劑122所 蝕刻。同樣的，本發(fā)明的保護(hù)結(jié)構(gòu)還可以包含粘著層126 ；或者，還可包含底層124，其實 施態(tài)樣如前文所述，在此不多做重復(fù)描述。如圖7所示，本發(fā)明的保護(hù)結(jié)構(gòu)位于微機(jī)電區(qū)域100與非微機(jī)電區(qū)域102之間，其 多層金屬層128、多個第二擋墻132、頂金屬層130、第一擋墻134以及絕緣層118由上自下 形成了完整的抗蝕刻結(jié)構(gòu)，因此可以有效防止蝕刻氣體122自微機(jī)電區(qū)域100滲入非微機(jī) 電區(qū)域102。另外，本發(fā)明的保護(hù)結(jié)構(gòu)位于微機(jī)電區(qū)域100與非微機(jī)電區(qū)域102之間，其實 施方式可以如圖1的保護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域101為直線結(jié)構(gòu)，其橫跨于微機(jī)電區(qū)域100與非微機(jī)電 區(qū)域102之間?；蛘呷鐖D8所示，圍繞整個微機(jī)電區(qū)域100，而形成封閉的保護(hù)結(jié)構(gòu)，或反之，圍繞在整個非微機(jī)電區(qū)域102。在此實施例中，第一擋墻134可以為形成封閉多邊形，優(yōu) 選者，此多邊形具有約為130度的內(nèi)角α，如圖4所示。綜上所述，本發(fā)明提出了一種保護(hù)結(jié)構(gòu)，適用在一般半導(dǎo)體的接觸墊或者微機(jī)電 系統(tǒng)，其封閉的保護(hù)結(jié)構(gòu)可有效避免蝕刻劑例如氫氟酸的侵蝕，可保護(hù)非微機(jī)電區(qū)域內(nèi)的 元件不會被破壞，可提高產(chǎn)品良率以及信賴度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，該接觸墊設(shè)置于半導(dǎo)體基底上的介電層中且該接觸墊包含 連接區(qū)域與環(huán)繞于該連接區(qū)域的周邊區(qū)域，該保護(hù)結(jié)構(gòu)包含至少一擋墻，設(shè)置于該周邊區(qū)域上的該介電層中，其中該擋墻包圍該連接區(qū)域； 絕緣層，設(shè)置于該介電層上，且該擋墻上下接觸該絕緣層以及該接觸墊；以及 掩模層，設(shè)置于該介電層上并覆蓋該絕緣層，且該掩模層具有開口以暴露該接觸墊的 該連接區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該擋墻包含鎢、鋁、非晶硅或氮化硅。
3.如權(quán)利要求1的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層包含非晶硅或氮化硅。
4.如權(quán)利要求1的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，另包含底層，設(shè)于該絕緣層底部。
5.如權(quán)利要求4的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該底層包含氮化硅、碳化硅、四乙氧基硅 烷、非摻雜硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。
6.如權(quán)利要求1的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該掩模層包含金屬。
7.如權(quán)利要求1的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，還包含粘著層，設(shè)置于該絕緣層與該掩模層之間。
8.如權(quán)利要求7的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該粘著層包含金屬鈦或氮化鈦。
9.如權(quán)利要求1的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，還包含粘著層，設(shè)置于該絕緣層與該介電層之間。
10.如權(quán)利要求9的接觸墊的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該粘著層包含金屬鈦或氮化鈦。
11.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含半導(dǎo)體基底，包含微機(jī)電區(qū)域以及非微機(jī)電區(qū)域； 介電層，設(shè)置該半導(dǎo)體基底上；保護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)于該微機(jī)電區(qū)域與該非微機(jī)電區(qū)域之間，且該保護(hù)結(jié)構(gòu)包含 頂金屬層，設(shè)置于該介電層中；至少一第一擋墻，設(shè)置于該頂金屬層上的該介電層中；以及絕緣層，設(shè)置于該介電層上，且該第一擋墻上下接觸該絕緣層以及該頂金屬層；以及 掩模層，設(shè)置于該介電層上并覆蓋該絕緣層。
12.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該保護(hù)結(jié)構(gòu)還包含多層金屬層以及多個第二擋 墻，上下相連，設(shè)置于該頂金屬層與該半導(dǎo)體基底之間。
13.如權(quán)利要求11項半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第一擋墻包含鎢、鋁、非晶硅或氮化硅。
14.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層包含非晶硅或氮化硅。
15.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，另包含底層，設(shè)于該絕緣層底部。
16.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該掩模層包含金屬。
17.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含粘著層，設(shè)置于該絕緣層與該掩模層之間。
18.如權(quán)利要求17的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該粘著層包含金屬鈦或氮化鈦。
19.如權(quán)利要求11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含粘著層，設(shè)置于該絕緣層與該介電層之間。
20.如權(quán)利要求19的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該粘著層包含金屬鈦或氮化鈦。
全文摘要
本發(fā)明提出一種接觸墊的保護(hù)裝置。接觸墊設(shè)置于半導(dǎo)體基底上的介電層中，接觸墊包含連接區(qū)域與環(huán)繞于連接區(qū)域的周邊區(qū)域。此保護(hù)結(jié)構(gòu)包含至少一擋墻、絕緣層以及掩模層。擋墻設(shè)置于周邊區(qū)域上的介電層中，并包圍連接區(qū)域。絕緣層設(shè)置于介電層上。掩模層則設(shè)置于介電層上并覆蓋絕緣層，并具有開口以暴露接觸墊的連接區(qū)域。
文檔編號B81C1/00GK101993031SQ20091016577
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者吳惠敏, 林夢嘉, 王銘義, 蘇宗一, 蘇昭安, 藍(lán)邦強(qiáng), 譚宗涵, 陳敏, 陳立哲, 黃建欣 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司