專利名稱：銅鍍層集成電路焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件及加工領(lǐng)域，且更具體涉及銅鍍層集成電路焊點(diǎn)(bond pads)金屬罩的設(shè)計和制造。
在集成電路(IC)技術(shù)中，將純凈或攙雜鋁鍍金屬，用于互連和焊點(diǎn)已經(jīng)有40多年了。鋁的主要優(yōu)點(diǎn)包括容易沉積和圖案化。另外，將金、銅或鋁制金屬絲焊接到鋁焊點(diǎn)上的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為高度自動化、小型化和高可靠性的技術(shù)。在1995年10月3日出版的美國專利US 5455195(Ramsey等“在集成電路導(dǎo)電焊接中獲得冶金學(xué)穩(wěn)定性的方法”)中；在1993年9月14日出版的美國專利US 5244140(Ramsey等，“超過125 kHz的超聲焊接法”)中；在1993年4月13日出版的美國專利US 5201454(Alfaro等，″在集成電路互連中增強(qiáng)金屬間生長的方法″)中，以及在1991年1月11出版的美國專利US 5023697(Tsumura，“附有銅絲球焊接的半導(dǎo)體器件”)中，可找到將金屬絲焊接鋁的高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例。
在集成電路不斷趨于小型化中，有源電路元件間互連的時間常數(shù)RC越來越?jīng)Q定可得到的IC散逸乘積。因此，互連鋁的較高電阻性目前看來遠(yuǎn)不如銅等金屬的低電阻。另外，鋁對電子遷移顯著的敏感性成為一個嚴(yán)重的障礙。因此，半導(dǎo)體工業(yè)中，目前存在采用銅作為更優(yōu)選互連金屬的強(qiáng)烈愿望，原因在于銅電導(dǎo)率更高，而電遷移靈敏度更低。然而，從成熟的鋁互連技術(shù)的觀點(diǎn)考慮，更換為銅是一個嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。
必須屏蔽銅不讓其擴(kuò)散到集成電路的硅基材料中，防止位于硅晶格中的銅原子斷送載流子壽命的特性，以便保護(hù)電路。對銅制的焊點(diǎn)，必須防止生產(chǎn)工藝流水線中形成氧化銅(I)薄膜，原因是這些薄膜嚴(yán)重阻礙了焊絲、特別是常規(guī)金絲球焊接的可靠附著。在和覆蓋金屬鋁的氧化鋁薄膜對照中，覆蓋金屬銅的氧化銅薄膜，不能輕易地用焊接加工中使用的聯(lián)合熱壓和超聲波能結(jié)合將其破壞。更困難的是，裸銅焊點(diǎn)易受腐蝕。
為了解決這些難題，已公開一種用鋁層覆蓋潔凈銅焊點(diǎn)的方法，且因此重新確立了將被傳統(tǒng)的金絲球焊焊接的鋁焊點(diǎn)常規(guī)地位。合適焊接加工描述于1998年7月28日出版的美國專利US 5,785,236(Cheung等，″和現(xiàn)有IC絲焊接技術(shù)兼容的高級銅互連系統(tǒng)″)中。但所述方法仍有一些缺點(diǎn)。
首先，鋁罩的制作費(fèi)用比預(yù)想的高，因?yàn)樵摲ㄒ罅硗飧郊咏饘俪练e、圖案化、蝕刻和清潔步驟。其次，該罩必須足夠厚，以便防止銅經(jīng)過該罩金屬擴(kuò)散以及可能的IC晶體管中毒。第三，制作罩的鋁柔軟，從而在電測試中受到多探針接觸標(biāo)記的嚴(yán)重破壞。其后果是，在焊點(diǎn)不斷降低尺寸中，該破壞變得如此顯著，以致后續(xù)球焊附著不再可靠。
因此，迫切需求這樣一種冶金學(xué)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適于有銅互連鍍層的集成電路，并且結(jié)合了制作焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)、完美地控制向上擴(kuò)散的低成本方法，以及將金屬絲焊接到這些焊點(diǎn)的可靠方法。該焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)足夠靈活，以便適應(yīng)不同集成電路產(chǎn)品系列以及廣譜的設(shè)計和工藝變體。優(yōu)選的是，應(yīng)當(dāng)在縮短制造周期及增加生產(chǎn)能力，并且無需增加昂貴的附加生產(chǎn)設(shè)備的情況下，完成這些革新。
本發(fā)明公開一種堅(jiān)固、可靠且低成本的金屬結(jié)構(gòu)以及一種方法，該方法能使電線連接到集成電路(IC)的互連銅鍍層。該結(jié)構(gòu)包括在未氧化銅表面、于250℃銅擴(kuò)散系數(shù)少于1×10E-23cm2/s時沉積厚度約0.5-1.5μm的第一阻擋金屬層。其在第一阻擋金屬層上進(jìn)一步包括第二阻擋金屬層，該第二阻擋金屬層250℃時具有少于1×10E-14cm2/s的第一阻擋金屬擴(kuò)散系數(shù)，并且厚度小于1.5μm。最后包括可焊接金屬的最外層，在該層上焊接冶金學(xué)連接的金屬絲。
第一阻擋金屬選自鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金。該第二阻擋金屬選自鈀、鈷、鉑和鋨。最外金屬層選自金、鉑和銀。
本發(fā)明涉及帶有銅互連鍍層、尤其是帶大量鍍層點(diǎn)輸入/輸出或“焊點(diǎn)”的高密度和高速的IC。能在許多器件系列中找到這些電路，例如處理器、數(shù)碼和模擬器件、邏輯器件、高頻和大功率器件中，以及在大面積和小面積芯片類。
本發(fā)明的一個方面是，可應(yīng)用于減少焊點(diǎn)面積并從而支持IC芯片小型化。因此，本發(fā)明有助于減緩不斷變小的應(yīng)用空間的制約，這些應(yīng)用例如細(xì)胞式通訊、尋呼機(jī)、硬盤裝置、膝上型計算機(jī)和醫(yī)學(xué)儀器。
本發(fā)明的另一方面是，用無電沉積(electroless deposition)的自我限定加工來制作該焊點(diǎn)金屬罩，由此避免了昂貴的光刻和對準(zhǔn)技術(shù)。
本發(fā)明的再一方面是，以金屬的擴(kuò)散系數(shù)為導(dǎo)向，選擇適當(dāng)?shù)慕饘倥紝σ约皡f(xié)調(diào)的層厚度，以便在升高的焊接溫度下，使向上擴(kuò)散及隨后的焊接抑制性化學(xué)反應(yīng)最小化。
本發(fā)明的另一方面是，通過消除探針標(biāo)記及隨后的難于焊接，改進(jìn)晶片級多探針的加工性和可靠性。
本發(fā)明的另一目的是，提供柔性設(shè)計和加工概念，以便將它們應(yīng)用于許多半導(dǎo)體系列產(chǎn)品，并且它們通?？蓱?yīng)用于幾代產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一目的是，僅使用IC器件制作中最常采用的設(shè)計和加工，從而避免新的資本投資并使用已安裝好的制造設(shè)備基地。
通過本發(fā)明所涉及的選擇標(biāo)準(zhǔn)和適于大量產(chǎn)物加工流水線的有關(guān)教導(dǎo)，已經(jīng)達(dá)到這些目的。為了適合焊接工藝的不同選擇，已經(jīng)成功進(jìn)行各種改進(jìn)。
在本發(fā)明的第一個實(shí)施方案中，在焊點(diǎn)銅的未氧化表面上沉積了可焊金屬的浸漬層(例如，約40納米)，以防止過量銅擴(kuò)散到該表面。
在本發(fā)明的第二個實(shí)施方案中，將金屬如鈀播種在焊點(diǎn)銅的未氧化表面上，并且用阻擋金屬層例如鎳層覆蓋。該阻擋層的厚度必須厚至可在焊接操作的高溫下，阻擋過量銅向上擴(kuò)散。最外層為可焊金屬例如鈀或金。該層必須厚至其防止鎳向上擴(kuò)散到表面，它會在該處氧化并阻礙焊接金屬絲。
在本發(fā)明的第三個實(shí)施方案中，將鈀或錫植在焊點(diǎn)銅鍍層的未氧化表面上，并用鎳層覆蓋。隨后以限制鎳向上擴(kuò)散的厚度沉積鈀層。最后，在對金絲焊進(jìn)行接操作之前，沉積可焊金屬如金的最外薄層。
在所有優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過無電沉積沉積各種金屬層，從而無需昂貴的光刻限定步驟。
當(dāng)結(jié)合附圖及所附權(quán)利要求書提出的新特征考慮時，本發(fā)明表現(xiàn)出的技術(shù)進(jìn)步性及其各個方面會從下述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中顯現(xiàn)。


圖1 A和1B是本發(fā)明第一實(shí)施方案橫截面的示意圖。
圖1A顯示銅鍍層集成電路焊點(diǎn)上的可焊接罩。
圖1B顯示包括了球焊金屬絲的圖1A焊點(diǎn)。
圖2A和2B是本發(fā)明第二實(shí)施方案的示意圖。
圖2A顯示銅鍍層集成電路焊點(diǎn)上堆疊層的可焊接罩。
圖2B顯示包括了球焊金屬絲的圖2A焊點(diǎn)。
圖3A和3B是本發(fā)明第三實(shí)施方案橫截面的示意圖。
圖3A顯示銅鍍層集成電路焊點(diǎn)上堆疊層的可焊接罩。
圖3B顯示包括了球焊金屬絲的圖3A焊點(diǎn)。
圖4是本發(fā)明第三實(shí)施方案更詳細(xì)示意圖。
圖5是制作本發(fā)明第三實(shí)施方案焊點(diǎn)罩的加工流程方框圖。
附件阻擋金屬層的計算厚度表，和沒有阻擋金屬的相比，這些厚度要求達(dá)到下面金屬向上擴(kuò)散減少80％以上。
圖1A顯示本發(fā)明第一實(shí)施方案的截面草圖，一般用100表示。集成電路(IC)具有銅互連鍍層，并且被不透濕保護(hù)外層101覆蓋。通常用氮化硅制造該外層，一般厚500-1000納米。在該外層上開窗孔102，以便暴露部分銅鍍層103。在圖1A中未示出的是包埋該銅并防止其擴(kuò)散到IC部件中的下層(通常用氮化鉭、氮化鉭硅、氮化鎢、氮化鎢硅、鈦、氮化鈦或鈦鎢制造)。
圖1A中，僅概略表示出集成電路的電介質(zhì)部分104。這些電絕緣部分可不僅包括常規(guī)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的電介質(zhì)如二氧化硅；而且包括介電常數(shù)更低的較新電介材料，例如含硅的氫倍半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane)、有機(jī)聚酰亞胺、氣凝膠和聚對亞苯基二甲基類(parylenes)，或者包括等離子體產(chǎn)生的或介電層的疊層或原硅酸四乙酯的臭氧化物(ozone tetraethylorthosilicateoxide)。由于這些材料比以前的標(biāo)準(zhǔn)絕緣體密度更小且機(jī)械性能更脆弱，所以常常對銅下面的該電介質(zhì)進(jìn)行增強(qiáng)?？蓮?998年5月18日遞交的美國專利申請第60/085,876號(Saran等，“用于增強(qiáng)半導(dǎo)體焊點(diǎn)的精細(xì)瀝青(pitch)系統(tǒng)和方法”)，以及從1998年7月14日遞交的第60/092,961號(Saran，“有源集成電路的焊接系統(tǒng)和方法”)中找到實(shí)例。
由于銅對腐蝕敏感，且甚至氧化銅(I)薄膜也難于焊接上，所以，本發(fā)明提供如圖1、2和3所示的，在外露銅上形成罩的結(jié)構(gòu)和方法。按照本發(fā)明，該罩由金屬組成，并且厚度協(xié)調(diào)一致，以致符合以下三項(xiàng)要求*該罩起阻擋銅向上擴(kuò)散到罩表面的作用，銅在表面會妨礙隨后的金屬絲焊接作業(yè)。對于該罩，具體要選擇金屬和厚度使之相協(xié)調(diào)，達(dá)到和沒有阻擋金屬時相比，該罩在250℃減少銅向上擴(kuò)散大于80％。
*用一種技術(shù)制作該罩，該技術(shù)避免昂貴的光刻步驟。具體使用無電沉積，沉積該罩的金屬層。
*該罩金屬具有可焊接的表面。具體可用常規(guī)的球焊和楔焊技術(shù)將金屬絲及其它偶聯(lián)元件(coupling members)與焊點(diǎn)冶金學(xué)連接。
如圖1B、2B和3B所示，金屬絲球焊是使用連接元件產(chǎn)生電連接的優(yōu)選方法。另一種方法是采用楔形壓焊劑的帶焊法。與楔形壓焊球焊不同，球焊在高溫下操作，因此需要調(diào)諧本發(fā)明的材料和方法。
金屬絲焊接過程開始時，使具有焊點(diǎn)的集成電路芯片與要焊接到該芯片上的目標(biāo)在加熱了的基座上定位，使它們的溫度升高到170-300℃之間。一根金屬絲110(見圖1B、2B和3B)，一般是金、金-鈹合金、其它金合金、銅、鋁，或者它們的合金，直徑范圍一般為18-33微米，經(jīng)加熱的毛細(xì)管成串，該毛細(xì)管的溫度通常在200-500℃范圍內(nèi)。在金屬絲末端，用火焰或火花法產(chǎn)生自由的空氣球。該球一般直徑約1.2-1.6個金屬絲直徑。該毛細(xì)管移向該晶片的焊點(diǎn)處(圖1A中的102)，并將球壓靠在焊點(diǎn)的鍍覆金屬上(圖1A和1B中的層105)。壓力和超聲波能結(jié)合經(jīng)金屬相互擴(kuò)散產(chǎn)生強(qiáng)冶金結(jié)合形式。在焊接時，溫度的通常范圍是150-270℃。在圖1B、2B和3B中，示意形式的111舉例說明了金屬絲球焊中附著的“球”。
對本發(fā)明而言重要的是，在金屬絲結(jié)合方面的新技術(shù)進(jìn)展，允許形成小卻可靠的球接觸以及嚴(yán)密控制形狀的絲套圈?？色@得7540微米小的球節(jié)。這些進(jìn)展能在例如，Kulicke&Soffa,Willow Grove,PA,U.S.A制造的電腦化焊機(jī)8020，或者在TexasInstruments,Dallas,TX,U.S.A制造的ABACUS SA中找到。以預(yù)定和電腦控制方式移動毛細(xì)管，經(jīng)空氣創(chuàng)造出準(zhǔn)確限定的形狀。最后，該毛細(xì)管到達(dá)其需到達(dá)的目標(biāo)，并被降低以便觸及到目標(biāo)的接觸點(diǎn)。利用毛細(xì)管的痕跡，形成冶金學(xué)的針腳式點(diǎn)焊，并且燃燒掉金屬絲以便釋放毛細(xì)管。壓合接觸小而可靠；點(diǎn)焊痕跡的側(cè)面尺寸是金屬絲直徑的1.5-3倍(其確切形狀取決于所用毛細(xì)管的形狀，例如毛細(xì)管的壁厚及毛細(xì)管的足跡)。
用于圖1A和1B中阻擋層罩金屬103的實(shí)例是鉑、銠、銥和鋨。對這些金屬，銅在250℃的擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s。因此，這些金屬是良好的銅擴(kuò)散阻擋層。對這些金屬，通過擴(kuò)散計算獲得與沒有這些層相比，減少銅擴(kuò)散80％所要求的層厚。作為實(shí)例，附表列出當(dāng)銅在250℃或160℃擴(kuò)散時，以擴(kuò)散時間(分鐘)為參數(shù)的鉑層厚度。阻擋層厚約0.5-1.5微米一般會滿足降低銅的標(biāo)準(zhǔn)。
以上引用的金屬，可用無電沉積沉積(以下更詳細(xì)涉及該技術(shù))。而且，這些金屬是可焊接的。但是所引用金屬的缺點(diǎn)是它們的成本太高。第二實(shí)施方案提供成本更低的解決方案，通常指圖2A中的200。201指保護(hù)性外層，該外層確定焊點(diǎn)的尺寸202。203是焊點(diǎn)的銅鍍層，204指下層電介材料。由兩層提供覆蓋銅203的金屬罩層205定位在銅203之上，有時沉積在種籽金屬層上(見圖4)。層205的實(shí)例是鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金。這些金屬不貴，能用無電沉積沉積；但它們的可焊性差。在這些金屬中，250℃時，銅的擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s。所以，這些金屬是良好的銅擴(kuò)散阻擋層。和缺少這些層相比，通過擴(kuò)散計算獲得減少銅擴(kuò)散大于80％所要求的層厚度。作為實(shí)例，附表列出，當(dāng)250℃或160℃擴(kuò)散銅時，以擴(kuò)散時間(分鐘)為參數(shù)的鎳層厚度。通常，阻擋層厚約0.5-1.5微米就會滿足減少銅的標(biāo)準(zhǔn)。層206位于層205之上，作為罩的最外層；它們是可焊的，從而它們能接受絲焊接111。層206的實(shí)例為金、鉑、鈀和銀。另外，250℃時，對在阻擋層205中使用的金屬(例如鎳)，這些金屬的擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-14cm2/s。因此，這些金屬是層205材料擴(kuò)散的良好擴(kuò)散障礙。再有，從擴(kuò)散計算得出和缺少層206時相比，將層205中所用金屬向上擴(kuò)散減少大于80％需要的層厚度。作為實(shí)例，附表列出，當(dāng)250℃或160℃鎳向上擴(kuò)散時，以擴(kuò)散時間(分鐘)為參數(shù)的金層厚度(微米)。通常最外層厚度1.5微米或再略微少一些，將會安全地滿足使金屬從層205擴(kuò)散降低的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明第三實(shí)施方案提供一種優(yōu)選溶液，這提供了進(jìn)一步降低成本和改良的可焊性。通過分成兩層，降低可焊金屬層的總厚度，這兩層均根據(jù)它們相互擴(kuò)散的特性選擇。圖3中第三實(shí)施方案一般記為300；301是指確定焊點(diǎn)302尺寸的保護(hù)性外層。303是焊點(diǎn)的銅鍍層，304是下面的電介材料。銅303之上的金屬罩由三層提供層305位于銅區(qū)303之上，有時沉積在種籽金屬層上(在圖3A和3B中未示出，但見于圖4)。層305由起銅擴(kuò)散阻擋層作用的金屬組成。層305的實(shí)例包括鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金。這些金屬不貴，并且可用無電沉積法沉積；但它們可焊性差。如上述，在這些金屬中，250℃時，銅的擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s。因此，這些金屬是良好的銅擴(kuò)散阻擋層。從擴(kuò)散計算得出和缺少這些層相比，將銅擴(kuò)散減少大于80％需要的層厚度。作為實(shí)例，附表列出，當(dāng)250℃或160℃銅擴(kuò)散時，以擴(kuò)散時間(分鐘)為參數(shù)的鎳層厚度。通常，阻擋層厚約0.5-1.5微米就會滿足減少銅的標(biāo)準(zhǔn)。層306位于層305 之上，作為有效的擴(kuò)散阻擋層，阻擋305層中所用金屬向上擴(kuò)散。這旨在不再強(qiáng)調(diào)最外層307的阻擋作用，而更強(qiáng)調(diào)它的可焊性作用。因此，可降低最外層307所要求的厚度，從而降低了成本。層306的實(shí)例是，鈀、鈷、鉑和鋨。層307的實(shí)例是金、鉑和銀。用于層306的金屬(例如鈀)對用在阻擋層305中的金屬(例如鎳)250℃時具有小于1×10E-14cm2/s的擴(kuò)散系數(shù)。從擴(kuò)散計算得出和缺少層306時相比，將層305中所用金屬向上擴(kuò)散減少大于80％需要的層厚度。作為實(shí)例，附表列出，當(dāng)250℃或160℃鎳向上擴(kuò)散時，以擴(kuò)散時間(分鐘)為參數(shù)的鈀層厚度(微米)。通常層305厚度約0.4-1.5微米將會安全地滿足使金屬從層305擴(kuò)散降低的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，能將最外可焊層307的厚度(例如金)降低到約0.02-0.1微米范圍。
圖4更詳細(xì)地概述了本發(fā)明的第三實(shí)施方案；大多數(shù)尺寸范圍是圖1-3中引用過的，并且在圖5中討論了無電沉積和其它制作加工步驟。
保護(hù)性外層401具有確定了焊點(diǎn)尺寸的開口，并且具有足以容納大多數(shù)堆疊層的厚度，將其覆蓋在焊點(diǎn)集成電路銅鍍層403的上面。將銅跡絲403嵌入耐火金屬罩402(例如，氮化鉭)中，其用電介質(zhì)404包封(增強(qiáng)方法如上述)。
直接面對清潔且未氧化的銅表面403a的是該罩的第一層，種籽金屬(例如鈀，約5-10納米厚；另一選擇是錫)薄層408。緊挨種籽金屬層的是金屬層405(例如，鎳)，作為阻擋銅向上擴(kuò)散的阻擋層。在該第一阻擋層上面是金屬層406(例如，鈀)，作為第一阻擋金屬(例如鎳)向上擴(kuò)散的阻擋層。該罩的最外層是金屬層707(例如，金)，可將它用金屬絲冶金學(xué)“球”焊接。如圖4所示，在焊點(diǎn)開口外圍401a之外，無電沉積加工可在保護(hù)性外層上沉積一些金屬的層。
圖5中詳細(xì)描述了制作圖4焊點(diǎn)罩所使用的無電沉積。當(dāng)焊點(diǎn)在保護(hù)外層中露出之后，在焊點(diǎn)區(qū)域使銅IC鍍層外露，罩的沉積過程始于501；加工步驟依次如下●步驟502使用旋壓技術(shù)(spin-on technique)將抗蝕劑涂覆到硅IC晶片的背面。該涂層將會防止在晶片背面上意外的金屬沉積。
●步驟503烘焙該抗蝕劑，一般在110℃烘焙約30-60分鐘時間。
●步驟504用等離子體灰化技術(shù)清潔裸露的焊點(diǎn)銅表面約2分鐘。
●步驟505在硫酸、硝酸或其它酸溶液中浸漬具有外露焊點(diǎn)銅的晶片，這樣清潔約50-60分鐘。
●步驟506在溢流淋洗機(jī)中水洗約100-180秒。
●步驟507將晶片浸漬在催化性金屬氯化物溶液中，例如氯化鈀，以便用約40-80秒“活化”銅的表面，即將“種籽金屬層(例如鈀)的層，沉積在清潔、未氧化的銅表面上。
●步驟508在傾倒式淋洗機(jī)(dumprinser)中水洗約100-180秒。
●步驟509第一阻擋金屬的無電沉積。如果選擇了鎳，則用時150-180秒之間的鍍覆將沉積約0.4-0.6微米厚的鎳。
●步驟510在傾倒式淋洗機(jī)(dump rinser)中水洗約100-180秒。
●步驟511第二阻擋金屬的無電沉積。如果選擇了鈀，則用時150-180秒之間的鍍覆將沉積約0.4-0.6微米厚的鈀。
●步驟512在傾倒式淋洗機(jī)(dump rinser)中水洗約100-180秒。
●步驟513可焊金屬的無電沉積。如果僅需要薄金屬層，則用自我限定表面的金屬浸漬加工置換就足夠了。如果選擇金，鍍覆400-450秒將沉積約30納米厚的金。如果需要更厚的金屬層(0.5-1.5微米厚)，則在浸漬過程后，緊接一個自催化步驟。
●步驟514在傾倒式淋洗機(jī)(dump rinser)中水洗約100-180秒。
●步驟515用約8-12分鐘剝除晶片背面的保護(hù)性抗蝕劑。
●步驟516用約6-8分鐘旋轉(zhuǎn)水洗并干燥。
焊點(diǎn)罩的制作過程在步驟517停止。
隨后，如上述，通過球焊或帶焊金屬絲或帶，建立冶金學(xué)連接。盡管引用作為舉例的實(shí)施方案描述本發(fā)明，但該描述決非限制本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)參考該描述時，所舉例實(shí)施方案的各種改進(jìn)和聯(lián)合，以及本發(fā)明其它實(shí)施方案對他們而言是顯而易見的。作為實(shí)例，可將本發(fā)明用于除銅以外的IC焊點(diǎn)鍍層，這些鍍層是難于或不可能用傳統(tǒng)的球焊或楔焊技術(shù)焊接，例如難熔金屬和貴金屬的合金。另一實(shí)例，本發(fā)明可擴(kuò)展成分批加工，進(jìn)一步降低制作成本。又一實(shí)例，可將本發(fā)明用于金屬絲/帶焊接和焊料互聯(lián)的混合工藝中。因此，本發(fā)明應(yīng)包括所附權(quán)利要求書概括的任何改進(jìn)或結(jié)合。
表減少底層金屬上擴(kuò)散多于80％所需的阻擋金屬層厚度(微米)時間(分鐘) 250(℃) 160(℃)銅在鉑中34.68E-071.79E-09602.09E-068.01E-0914401.03E-053.93E-0843201.78E-056.80E-08銅在鎳中35.39E-072.16E-09602.41E-069.66E-0914401.18E-054.73E-0843202.04E-058.19E-08銅在鈀中31.30E-019.00E-02605.60E-014.10E-0114402.75E+002.00E+0043204.76E+003.46E+00鎳在金中39.10E-011.10E-01604.06E+005.10E-0114401.99E+012.51E+0043203.45E+014.35E+00鎳在鈀中32.70E-028.00E-03601.22E-013.80E-0214405.98E-011.85E-0143201.04E+003.20E-0權(quán)利要求
1．用于集成電路焊點(diǎn)的一種金屬結(jié)構(gòu)，該集成電路具有銅互連鍍層，該結(jié)構(gòu)包括未氧化銅的焊點(diǎn)表面；和沉積在所述銅表面上的可焊接金屬層，其250的銅擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s并且厚約0.5-1.5μm。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中，所述可焊接金屬層選自鉑、銠、銥和鋨。
3．位于具有銅互連鍍層的集成電路上的金屬絲與焊點(diǎn)間的冶金學(xué)連接的一種結(jié)構(gòu)，其包括未氧化銅的焊點(diǎn)表面；沉積在所述銅表面上的阻擋金屬層，其250的銅擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s并且厚約0.5-1.5μm；可焊金屬的最外層，其250的阻擋金屬擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-14cm2/s并且厚度小于1.5μm；以及焊接于所述最外可焊金屬上的所述金屬絲之一。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中所述阻擋金屬層選自鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金。
5．根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中所述可焊金屬層選自金、鉑、鈀和銀。
6．根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括位于所述未氧化銅和所述阻擋金屬層之間的薄種籽金屬層。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中所述種籽金屬為鈀或錫。
8．根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬絲選自金、銅、鋁及其合金。
9．在具有銅互連鍍層的集成電路上，用于金屬絲和焊點(diǎn)之間冶金學(xué)連接的一種結(jié)構(gòu)，包括未氧化銅的焊點(diǎn)表面；沉積在所述銅表面上的第一阻擋金屬層，其250的銅擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s并且厚約0.5-1.5μm；位于所述第一阻擋金屬層上的第二阻擋金屬層，其250的第一阻擋金屬擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-14cm2/s并且厚度小于1.5μm；厚度約0.02-0.1μm的可焊金屬最外層；以及焊接于所述最外可焊金屬上的所述金屬絲之一。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中所述第一阻擋金屬層選自鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中所述第二阻擋金屬層選自鈀、鈷、鉑和鋨。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中所述可焊金屬層選自金、鉑和銀。
13．根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括位于所述未氧化銅和所述第一阻擋金屬層之間的薄種籽金屬層。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述種籽為鈀或錫。
15．根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬絲選自金、銅、鋁及其合金。
16．在具有銅互連鍍層的集成電路上，于金屬絲和焊點(diǎn)之間形成冶金學(xué)連接的一種方法，其包括步驟使所述焊點(diǎn)的所述銅鍍層表面活化，沉積種籽金屬經(jīng)無電沉積鍍覆一阻擋金屬層，所述阻擋金屬250的銅擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s并且厚約0.5-1.5μm；經(jīng)無電沉積鍍覆可焊金屬最外層，所述可焊金屬250的阻擋金屬擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-14cm2/s并且厚度小于1.5μm；以及將所述金屬絲之一焊接到所述最外可焊金屬上。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述金屬絲焊接步驟包括球焊或楔焊。
18．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述焊點(diǎn)經(jīng)一種方法形成，該方法包括在所述集成電路的整個表面沉積保護(hù)性外覆層，包括具有銅鍍層的表面部分；并且經(jīng)光刻技術(shù)打開所述外覆層的選定區(qū)域，使所述銅鍍層的表面外露。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其在所述打開步驟后，進(jìn)一步包括清潔步驟，是將所述外露銅表面浸入硫酸、硝酸或任何其他酸的溶液中。
20．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述活化步驟包括將焊點(diǎn)浸入起催化作用的金屬氯化物溶液中。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述金屬氯化物為氯化鈀，沉積的鈀種籽。
22．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述可焊金屬層的無電沉積是浸鍍。
23．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述可焊金屬層的無電沉積是后接自動催化鍍的浸鍍。
24．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，在所述焊接步驟之前，其進(jìn)一步包括電探針測量步驟，探測所述焊點(diǎn)的所述最外金屬，基本上未留下探針標(biāo)記。
25．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中工藝步驟不延時地依序進(jìn)行，還包括中間清洗步驟。
26．在具有銅互連鍍層的集成電路上，于金屬絲和焊點(diǎn)之間形成冶金學(xué)連接的一種方法，其包括步驟使所述焊點(diǎn)的所述銅鍍層表面活化，沉積種籽金屬；經(jīng)無電沉積鍍覆第一阻擋金屬層，所述阻擋金屬250的銅擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E-23cm2/s并且厚約0.5-1.5μm；經(jīng)無電沉積(electroless deposition)在所述第一阻擋金屬層上鍍覆第二阻擋金屬層，所述第二阻擋金屬250時具有小于1×10E-14cm2/s的第一阻擋金屬擴(kuò)散系數(shù)并且厚度小于1.5μm；經(jīng)無電沉積鍍覆可焊金屬最外層；以及將所述金屬絲之一焊接到所述最外可焊金屬上。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括所述銅焊點(diǎn)鍍層的清洗步驟，是將所述外露銅表面浸入硫酸、硝酸或任何其他酸的溶液中。
28．根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述活化步驟包括將焊點(diǎn)浸入一種起催化作用的金屬氯化物溶液中，沉積所述金屬的種籽。
全文摘要
一種堅(jiān)固、可靠并且低成本金屬結(jié)構(gòu)和方法,其使電絲/帶連接到集成電路的互連銅鍍層。該結(jié)構(gòu)含,沉積在氧化銅表面的、250銅擴(kuò)散系數(shù)小于1×10E－23cm
文檔編號H01L23/52GK1314225SQ0111139
公開日2001年9月26日 申請日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者R·J·斯蒂爾曼, G·阿馬多爾, H·R·泰斯特 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司