專利名稱：在金屬層上形成蓋覆的制作方法
背景本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造，尤其涉及蓋覆(cap)的形成以保護(hù)下面的金屬層。
半導(dǎo)體器件的制造典型地牽涉一系列的工藝，其中，多種不同的層被沉積和圖形化在襯底上以形成所希望形狀的器件。許多半導(dǎo)體器件具有形成在其上并且使用通路互連的多個金屬層。典型地，頂部的金屬層可以具有被使用來互連和探針測試(sort probing)的多個盤(pad)。在某些器件中，在該頂部金屬層上形成蓋覆以提供位置來連接用于電連接的線(wire)。還有，該蓋覆在探針測試期間可以被用來保護(hù)金屬層。
但是，蓋覆的形成存在若干問題。作為蓋覆未對準(zhǔn)的結(jié)果，一部分金屬層被暴露，這是不希望發(fā)生的，因?yàn)榻饘賹釉谕饨绛h(huán)境中不穩(wěn)定。另外，在蓋覆上測試探針的力量可以導(dǎo)致探針痕跡，也可以暴露部分金屬層，甚至導(dǎo)致該金屬層的開裂，所述開裂可以立即或者在后面的連接(bond)中傳播到較低的層。因此存在一種需要來保護(hù)并且避免暴露下面的金屬層。


圖1A為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的部分剖視圖。
圖1B為根據(jù)本發(fā)明的第二個實(shí)施方案的半導(dǎo)體期間的部分剖視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的蓋覆的俯視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方案的蓋覆的俯視圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的工藝的流程圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的第三個實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的部分剖視圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的第三個實(shí)施方案的蓋覆的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的部分剖視圖。如圖1A所示，金屬層110被設(shè)置在層100上，層100可以是下面的襯底或者設(shè)置在襯底上的層。在一個實(shí)施方案中，該金屬層可以是銅(Cu)。在又一個實(shí)施方案中，該金屬層可以是第六金屬層(M6)，第六金屬層經(jīng)常是半導(dǎo)體器件最后的金屬層。在許多半導(dǎo)體器件中，該頂部金屬層110可以作為最終層(terminal layer)并且可以包括一個或多個盤用于探測(probing)和線連接(wire bonding)。被設(shè)置在金屬層110上的是第一鈍化層120以及第二鈍化層130。在一個實(shí)施方案中，第一鈍化層120可以是氮化物膜，而第二鈍化層130可以是聚酰亞胺(polyimide)。雖然在圖1A的實(shí)施方案中顯示為兩層，但應(yīng)該理解在其他的實(shí)施方案中，可以出現(xiàn)單個鈍化層(或者沒有鈍化層)。
如圖1A所示，在鈍化層120和130上提供開口，以便部分金屬層110可以被暴露。如圖1所示，金屬層110的暴露部分115可以與設(shè)置在第二鈍化物130上的蓋覆層140(“蓋覆層”或“蓋覆”)處于電接觸狀態(tài)。在一個實(shí)施方案中，蓋覆層140可以是鈦鋁(Ti-Al)。但是，應(yīng)該可以理解，在其他的實(shí)施方案中也可以使用其他的蓋覆，例如金、銀、鈦合金、鋁及其組合或者其他導(dǎo)體材料。
于是，該蓋覆層140可以與金屬層110電接觸并且為金屬層110提供保護(hù)。該保護(hù)可以包括使金屬層110不與外界環(huán)境接觸的環(huán)境保護(hù)，以及避免變形、開裂或者在整個或部分金屬層110上的其他缺陷的物理保護(hù)。
正如將在更多的附圖形的討論中變得清晰起來，蓋覆層140可以被設(shè)計(jì)成實(shí)質(zhì)上大于金屬層110的暴露部分115。以如此方式，蓋覆層140可以包括橫向遠(yuǎn)離暴露部分115的一個或多個接觸表面或者區(qū)域。在一個實(shí)施方案中，這些一個或多個的接觸表面可以用來探測(probing)和連接(bonding)。這些接觸表面可以包括一個或多個連接盤(bonding pads)以及探測盤(probing pads)(也被稱為“連接盤(bond pads)”和“探針盤(probe pads)”)。至少，蓋覆層140的這些區(qū)域與暴露部分115不是垂直對齊的；這些區(qū)域不是直接處在暴露部分115上。
在圖1A中還圖示有導(dǎo)體或?qū)Ь€145。在一個實(shí)施方案中，導(dǎo)線145可以是裝在毛細(xì)套(capillary housing)里的線，在套的末端具有用于連接到蓋覆層140的連接盤(bond pad)的線球。如圖所示，導(dǎo)線145橫向遠(yuǎn)離暴露部分115。還有，雖然沒有顯示在圖1A中，但是應(yīng)該可以理解，蓋覆層140的探測可以類似地在橫向遠(yuǎn)離暴露部分115的地方發(fā)生，例如，在探測盤上。因此，由于探測蓋覆層140或者與其連接導(dǎo)線或其他電子元件所導(dǎo)致的應(yīng)力不會影響金屬層110。還有，在某些實(shí)施方案中，探測和連接可以直接發(fā)生在沒有金屬層110的襯底的上面的區(qū)域。
雖然應(yīng)該可以理解，在不同的實(shí)施方案中尺寸可以變化，但是下面各個尺寸可以被使用在一個實(shí)施方案中。具體地，在這樣一個實(shí)施方案中，鈍化層120中的開口形狀可以為一般正方形并且邊長在大約10-100微米(μm)之間。此外，在該實(shí)施方案中，蓋覆層140也可以為一般正方形并且邊長在大約25μm至50mil(密耳)之間。在各種不同的實(shí)施方案中，這樣的尺寸和形狀可以允許蓋覆層140有一區(qū)域被用于探測和連接，也就是，當(dāng)該區(qū)域被電氣連接到金屬層110的同時，是橫向遠(yuǎn)離暴露部分115的。
現(xiàn)在參照圖1B，所圖示的是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的部分剖視圖。圖1B的附圖標(biāo)記與圖1A中標(biāo)記相一致。在該實(shí)施方案中，蓋覆層140被設(shè)置在金屬層110和鈍化層120之間。雖然導(dǎo)線145被圖示在金屬層110的右側(cè)，但在其他方面，該第二實(shí)施方案可以與圖1A所圖示的情況相似。為了容納導(dǎo)線145，部分鈍化層120可以被去除以為蓋覆層140提供開口。在某些實(shí)施方案中，如果鈍化層120由感光材料形成，該開口可以僅通過照相平版印刷工藝來完成。在其他實(shí)施方案中，蝕刻法也可以被用來去除鈍化層120中所要求的部分。還有，雖然未圖示在圖1B中，但是應(yīng)該可以理解，在某些實(shí)施方案中，在鈍化層120中可以提供相似的開口以在蓋覆層140上提供探測盤。
現(xiàn)在參照圖2，所圖示的是圖1A中的器件的實(shí)施方案的俯視圖。如圖2所示，蓋覆層140具有一般矩形形狀并且具有實(shí)質(zhì)上大于金屬層110的暴露部分115的區(qū)域。圖2中還顯示有區(qū)域150，該區(qū)域被設(shè)置在橫向離開暴露部分115的地方。該區(qū)域150可以是用于探測和連接行為的接觸表面。雖然在圖2中圖示的為一般橢圓形狀，但是應(yīng)該可以理解，區(qū)域150可以包括任何希望的形狀，因?yàn)樗从秤糜谔綔y和連接的預(yù)定區(qū)域。在探測或者連接行為中，不論對區(qū)域150所進(jìn)行的接觸的性質(zhì)如何，金屬層110將不會被暴露的或損壞。雖然在圖2中所示的為單個區(qū)域，但是應(yīng)該可以理解，在某些實(shí)施方案中，被用于探測和連接的接觸面可以超過一個。尤其是，這里的討論和附圖僅顯示了蓋覆層140的一個單個部分以及金屬層110的一個單個部分。但是，應(yīng)該可以理解，在某些實(shí)施方案中，半導(dǎo)體器件可以包括許多這樣的蓋覆和金屬部分。
現(xiàn)在參照圖3，所圖示的是蓋覆層的另一個實(shí)施方案的俯視圖。如圖3所示，蓋覆層200包括第一區(qū)域210、第二區(qū)域220以及互聯(lián)區(qū)域230。雖然沒有圖示在圖3中，但是應(yīng)該可以理解，蓋覆層200可以被置在圖1A中的所述下面的層之上。在一個實(shí)施方案中，第一區(qū)域210可以被用來作為探測盤以及第二區(qū)域220可以被用來作為連接盤。互聯(lián)區(qū)域230可以被用來電氣連接區(qū)域210和220。雖然應(yīng)該可以理解，在不同的實(shí)施方案中尺寸可以變化，但是在某些實(shí)施方案中，第一區(qū)域210可以為一般正方形并且邊長大約在25μm至50mil之間。還有，在這樣的實(shí)施方案中，第二區(qū)域220可以為一般矩形并且長度在大約30μm和50mil之間以及寬度在大約25μm和50mil之間。此外，雖然在某些實(shí)施方案中距離可以變化，但是在第一區(qū)域210和第二區(qū)域220之間可以有大約10μm至400mil的間距。
如上所述，這些區(qū)域通過互聯(lián)區(qū)域230而電氣連接。因?yàn)樯w覆層200實(shí)質(zhì)上大于對金屬層110的開口，它可以被形成，從而通過暴露部分115電氣連接到金屬層110。在各種不同的實(shí)施方案中，蓋覆層200可以被圖形化以便于金屬層110的暴露部分115被置于互聯(lián)區(qū)域230之下或者被置于區(qū)域210或220的一個位置之下，該位置橫向遠(yuǎn)離探測和連接操作。
其他的構(gòu)造可以出現(xiàn)在某些實(shí)施方案中。例如，在一個實(shí)施方案中，蓋覆層的一個或多個探測盤一般可以被置于半導(dǎo)體管芯的中間部分周圍，而蓋覆層的一個或多個連接盤一般可以被置于半導(dǎo)體器件的外圍。這些探測盤和連接盤可以通過蓋覆層的線來按要求互聯(lián)。在其他實(shí)施方案中，連接盤可以圍繞中間部分設(shè)置，而探測盤可以圍繞所述外圍設(shè)置。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的實(shí)施例工藝流程圖。該流程圖涉及到圖1A所示的結(jié)構(gòu)。其中，至少一個鈍化層被插入在金屬層110和蓋覆層140之間。如圖4所示，蓋覆層的形成可以首先通過在鈍化層里形成開口(框410)來進(jìn)行。接著，可以沉積蓋覆層(框420)。然后，蓋覆層可以被圖形化以獲得所期望的蓋覆布圖(layout)(框430)。如上所述，在各種不同的實(shí)施方案中，蓋覆層可以采用各種不同的形狀和尺寸。
在一個實(shí)施方案中，鈍化層中的開口可以通過使用已知的照相平版印刷工藝將鈍化層圖形化來完成。對于圖1A的實(shí)施方案，鈍化層130可以是感光聚酰亞胺。同樣地，在沒有先施加感光性樹脂層的情形下可以將掩模(mask)對準(zhǔn)。接著，鈍化層130可以被曝光并且顯影以顯露出所希望的圖形(即，對鈍化層120的開口)。接著，例如通過蝕刻，提供到其下面的金屬層的開口的那部分鈍化層120可以被去除。以這種方式，形成的開口是通過使用鈍化層130來掩模鈍化層120的保留部分而被自對準(zhǔn)(auto-registered)的。
因此，在鈍化層中提供開口以暴露出金屬層的連接盤。在各種不同的實(shí)施方案中，該開口尺寸可以與上面所描述的一致。當(dāng)然，應(yīng)該可以理解，許多這樣的開口可以被圖形化在鈍化層中以允許金屬層的盤和蓋覆層的盤之間的接觸。
在一個實(shí)施方案中，沉積蓋覆層可以通過一種技術(shù)完成，其中，鈦-鋁蓋覆是通過濺射沉積的覆蓋。在這樣的實(shí)施方案中，首先，沉積一層鈦?zhàn)鳛楦街鴮印Ｔ诟鞣N不同的實(shí)施方案中，該附著層可以具有約500埃至1500埃之間的厚度。在其他實(shí)施方案中，該附著層可以是例如鉻、鎳釩或者鉬。接著，蓋覆層的保留部分(在一個實(shí)施方案中該蓋覆層可以是鋁)可以被濺射到所述附著層之上。在各種不同的實(shí)施方案中，該蓋覆層可以具有約0.75μm至1.5μm之間的厚度。
在蓋覆層被沉積以后，它就可以被圖形化以獲得所期望的蓋覆布圖。在一個實(shí)施方案中，這樣的圖形化可以使用周知的照相平板印刷技術(shù)來完成。例如，光致抗蝕劑層可以被涂敷在蓋覆層上。在一個實(shí)施方案中，可以通過將光致抗蝕劑旋涂在襯底上，然后烘焙該襯底的方法來涂敷該光致抗蝕劑層。然后，可以對準(zhǔn)掩模并且曝光和顯影該光致抗蝕劑層，暴露出所述蓋覆層不想要的部分。
接著，蓋覆層不想要的部分可以被去除。在一個實(shí)施方案中，可以經(jīng)過濕法蝕刻去除該部分。在蓋覆層不想要的部分被去除以后，保護(hù)蓋覆層所想要的部分的光致抗蝕劑層的剩余部分可以被去除，留下已圖形化的蓋覆層。
以如此方式，可以形成根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的蓋覆層。在如此的形成以后，探測和連接可以發(fā)生在該蓋覆層上。
現(xiàn)在參照圖5，所圖示的是根據(jù)本發(fā)明第三個實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的部分剖視圖。如圖5所示，蓋覆層140被設(shè)置在金屬層110上，金屬層110被細(xì)分成數(shù)個盤118(也稱為“子盤”)。被設(shè)置在蓋覆層140和金屬層110之間的是鈍化層120。蓋覆層140通過通路142和144被連接到金屬層110。應(yīng)該可以理解，在其他的實(shí)施方案中，通路可以被置于每個盤118上，或者它們可以按要求有選擇地定位。雖然在圖5中示意性地圖示為圓形，但是應(yīng)該可以理解，這些通路可以根據(jù)上面的討論來形成，即通過在鈍化層120中形成多個開口并且在其上沉積蓋覆層。
通過根據(jù)該實(shí)施方案提供蓋覆層140，金屬層110可以被形成為眾多較小的盤或者子盤。以如此方式，蓋覆層140可以通過選擇合適的通路(例如通路142或者144)被連接到不同的電路(例如，不同的電壓敏感電路)。圖5圖示了金屬層110的每個盤118被連接到各自的導(dǎo)體105-107。這些導(dǎo)體可以被使用來連接經(jīng)選擇的盤118到不同的下面電路中。例如，導(dǎo)體105可以被用來通過使用通路142將第一下面的電路(圖5中沒有顯示)連接到蓋覆層140，而第二下面的電路(圖5中沒有顯示)可以通過使用通路144被連接到蓋覆層140。以如此方式，施加于蓋覆層140的測試探針可以使用蓋覆層140上的同一探針盤交替地測試所述下面的電路中的一個。當(dāng)然，在其他實(shí)施方案中，可以提供額外的下面的電路、導(dǎo)體以及子盤。
類似地，在該實(shí)施方案中，因?yàn)榻饘賹?10被分裂成更小的盤，可以按要求在這些盤之間提供導(dǎo)體來連接不同的電路或者盤。現(xiàn)在參照圖6，所圖示的是在該實(shí)施方案中的金屬層110的俯視圖。如圖6所示，金屬層110被分為多個子盤118。雖然圖6所示的為一般正方形，但是在其他實(shí)施方案中，子盤也可以是不同的形狀。在某些實(shí)施方案中，每個子盤118可以具有在大約50μm2至200μm2之間的面積。在該實(shí)施方案中，因?yàn)榻饘賹?10被分開，一個或多個導(dǎo)體116可以被排布在子盤118之間。這些導(dǎo)體116可以被按要求連接半導(dǎo)體器件的不同電路，并且可以使用標(biāo)準(zhǔn)照相平板印刷技術(shù)來形成。
雖然針對有限數(shù)量的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從中意識到許多修改和變化。后附的權(quán)利要求書應(yīng)該被視為覆蓋了所有這些落入本發(fā)明真正的精神和范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種裝置包括設(shè)置在襯底上的金屬層，所述金屬層具有至少一個盤；以及設(shè)置在所述金屬層上的蓋覆層，所述蓋覆層具有第一部分以提供與探針的接觸以及第二部分以提供連接表面，所述蓋覆層被電耦合到所述至少一個盤。
2.如權(quán)利要求1的裝置，還包括設(shè)置在所述金屬層和所述蓋覆層之間的鈍化層。
3.如權(quán)利要求2的裝置，還包括在所述鈍化層中的開口以使所述蓋覆層的部分與所述至少一個盤接觸。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一部分和所述第二部分橫向遠(yuǎn)離所述至少一個盤。
5.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述蓋覆層包括鈦鋁。
6.如權(quán)利要求2的裝置，其中所述金屬層包括最終金屬層。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中所述最終層包括多個子盤。
8.如權(quán)利要求7的裝置，其中所述多個子盤包括耦合到第一電路的第一子盤以及耦合到第二電路的第二子盤。
9.如權(quán)利要求8的裝置，其中所述蓋覆層被電耦合到所述第一子盤和所述第二子盤，以使耦合到所述蓋覆層的第一部分的測試探針能夠有選擇性地測試所述第一電路或者所述第二電路。
10.一種裝置包括設(shè)置在襯底上的金屬層，所述金屬層具有包括盤的第一區(qū)域；以及蓋覆層，所述蓋覆層設(shè)置在所述金屬層上并且具有與所述金屬層的部分相接觸的部分，所述蓋覆層具有包括接觸表面的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域橫向離開所述第一區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10的裝置，還包括設(shè)置在所述金屬層和所述蓋覆層之間的鈍化層。
12.如權(quán)利要求11的裝置，還包括在鈍化層中的開口以使所述蓋覆層的所述部分接觸所述金屬層的所述部分。
13.如權(quán)利要求10的裝置，其中所述第二區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上大于所述第一區(qū)域。
14.如權(quán)利要求10的裝置，還包括耦合到所述接觸表面的至少一根導(dǎo)線。
15.一種方法包括在具有至少一個盤的金屬層上沉積蓋覆層以使所述蓋覆層的第一部分接觸所述至少一個盤；以及圖形化所述蓋覆層以提供包括接觸表面的第二部分，所述接觸表面橫向離開所述至少一個盤。
16.如權(quán)利要求15的方法，還包括在所述金屬層之上以及所述蓋覆層之下沉積鈍化層。
17.如權(quán)利要求16的方法，還包括在所述鈍化層中形成開口以暴露所述至少一個盤的至少一部分。
18.如權(quán)利要求15的方法，還包括用探針來探測所述接觸表面。
19.如權(quán)利要求15的方法，還包括連接至少一個導(dǎo)體到所述接觸表面。
20.如權(quán)利要求15的方法，還包括圖形化所述蓋覆層以便于所述接觸表面包括至少第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域通過互聯(lián)區(qū)域耦合的。
21.如權(quán)利要求15的方法，還包括圖形化所述金屬層以形成多個子盤。
22.如權(quán)利要求21的方法，還包括沉積所述蓋覆層以使所述蓋覆層的所述第一部分接觸所述多個子盤中的第一個，以及所述蓋覆層的第三部分接觸所述多個子盤中的第二個，其中所述多個子盤中的所述第一個和所述第二個分別被耦合到第一電路和第二電路。
23.如權(quán)利要求22的方法，還包括通過耦合到所述蓋覆層的所述接觸表面的探針來有選擇性地測試所述第一電路或者所述第二電路。
24.一種裝置包括設(shè)置在襯底上的金屬層，所述金屬層具有至少一個盤；以及設(shè)置在所述金屬層上的蓋覆，所述蓋覆具有探針盤和連接盤，所述探針盤和所述連接盤橫向離開所述至少一個盤，所述蓋覆被電耦合到所述至少一個盤。
25.如權(quán)利要求24的裝置，還包括設(shè)置在所述金屬層和所述蓋覆之間的鈍化層。
26.如權(quán)利要求24的裝置，還包括設(shè)置在所述蓋覆上的鈍化層。
27.如權(quán)利要求24的裝置，其中所述蓋覆包括鈦鋁。
28.如權(quán)利要求24的裝置，其中所述探針盤被置于半導(dǎo)體管芯的內(nèi)部，以及所述連接盤被置于半導(dǎo)體管芯的外圍部分。
29.如權(quán)利要求24的裝置，還包括耦合到所述探針盤的導(dǎo)線。
全文摘要
在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明包括具有金屬層(110)的裝置，該金屬層具有設(shè)置在襯底(100)上的盤(115)；以及包括設(shè)置在該金屬層上的蓋覆(140)，該蓋覆具有提供與探針接觸的第一部分和提供連接表面的第二部分，并且該蓋覆被電耦合到所述盤。
文檔編號H01L23/485GK1714447SQ200380103841
公開日2005年12月28日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者克里什納·塞尚, 鄭永輝, 鄧海平 申請人:英特爾公司