專利名稱：選擇性電鍍半導(dǎo)體器件的輸入/輸出焊盤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件加工，尤其涉及一種使用鈦鎢(TiW)種子層選擇性電鍍半導(dǎo)體器件的輸入/輸出焊盤的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造過程中，已經(jīng)開發(fā)了選擇性電鍍工藝，以便在線圈、通孔、焊盤和其他互連結(jié)構(gòu)上電鍍銅、鎳、金及其他導(dǎo)電金屬。在這種選擇電鍍工藝中，電流通過難熔金屬層(例如，鉭/氮化鉭(Ta/TaN))傳導(dǎo)，而使用銅晶種在線或焊盤上電鍍金屬。電鍍條件特別設(shè)計(jì)為能僅在預(yù)先形成圖案的銅焊盤上沉積，而不在Ta/TaN晶種上。因?yàn)樵陔婂児に囍袥]有使用光致抗蝕劑，所以消除了任何由于光致抗蝕劑分層導(dǎo)致的過電鍍和由于光致抗蝕劑浸析造成的鍍液污染。而且，通過使用鎳/金電鍍，所述銅晶種的側(cè)壁完全覆蓋了鎳/金，從而由于這種“自密封”冶金而具有優(yōu)良的抗蝕性，且不再需要額外的鈍化層。
另外，使用選擇性銅電鍍可以減少化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)時(shí)間，因?yàn)殡婂冞^程中形成較少的“外來”銅。帶有鎳和金的焊盤可以用于與較厚的金引線結(jié)合，或用于無鉛焊膏網(wǎng)印，作為有少量金的俘獲焊盤。已經(jīng)證實(shí)所述俘獲焊盤上的金表現(xiàn)出非常低的接觸電阻，這對于C4崩沸(bumping)前的電測是非常理想的。而且，已經(jīng)證實(shí)電鍍的鎳和金作為終端金屬已經(jīng)在應(yīng)力測試中顯示出期望的結(jié)果。具體而言，為減小間距開發(fā)了多種方法，在更低的試驗(yàn)力和更好的可靠性性能條件下為低K電介質(zhì)提供了保護(hù)更好的表面。在完成金屬電鍍后，所述Ta/TaN種子層通過反應(yīng)離子蝕刻工藝或CMP工藝移除。
然而，普通的選擇性電鍍工藝并不是沒有自身的缺點(diǎn)。首先，存在與使用Ta/TaN種子層有關(guān)的厚度均勻性問題。800埃()的Ta/TaN種子層被認(rèn)為是非常有電阻性的。在鍍銅的情況下，所述邊緣區(qū)域可以鍍到厚度約為中心區(qū)域的兩倍，這在銅的均勻性要求嚴(yán)格的應(yīng)用中是不可以接受的。其次，在種子層中表面形貌(即，拐角或其他缺陷)的存在會(huì)顯著增加局部的電鍍電流。在特定情況下，這些局部電流會(huì)過高，從而開始在Ta/TaN晶種上電鍍金屬。反過來，過電鍍的金屬結(jié)可能縮短器件的特征圖形。因此，施加的電鍍電流密度保持相當(dāng)?shù)?，?dǎo)致更長的電鍍時(shí)間，且也可能改變膜的顯微結(jié)構(gòu)和性能。
常規(guī)選擇性電鍍的另一個(gè)缺點(diǎn)來自Ta/TaN移除過程(也就是，反應(yīng)離子蝕刻)。反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝能夠從所述表面移除部分金。盡管金的損失可以補(bǔ)償，在所述制造工具中再沉積金已經(jīng)成為制造業(yè)的關(guān)注點(diǎn)。另一方面，所得到的較薄的金層可以導(dǎo)致引線結(jié)合的失敗。CMP也不是Ta/TaN晶種移除的理想方法，由于所屬結(jié)構(gòu)的形貌學(xué)特征。第三個(gè)可能是濕化學(xué)蝕刻移除所述Ta/TaN晶種，然而，從制造的角度，所述蝕刻材料難于操縱。
因此，需要實(shí)施能夠得到較高的導(dǎo)電性和工具生產(chǎn)能力、且沒有上述缺點(diǎn)的選擇性電鍍工藝。

發(fā)明內(nèi)容
一種選擇性電鍍半導(dǎo)體輸入/輸出焊盤的方法克服或緩和了上述討論的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足。在示例性實(shí)施例中，所述方法包含在半導(dǎo)體基體的鈍化層上形成鈦-鎢(TiW)層，所述TiW層還延伸到成形于所述鈍化層上用于露出所述I/O焊盤的開口中，使得TiW層覆蓋所述開口的側(cè)壁和所述I/O焊盤的頂面。在所述TiW層上形成種子層。選擇性去除所述種子層的一部分，使剩余的種子層材料對應(yīng)于所述I/O焊盤的所需的互連冶金位置。在所述種子層材料上電鍍至少一個(gè)金屬層，其中使用所述TiW層作為導(dǎo)電電鍍介質(zhì)。
另一方面，一種半導(dǎo)體輸入/輸出(I/O)焊盤結(jié)構(gòu)包括在形成于半導(dǎo)體基體鈍化層的開口內(nèi)形成鈦-鎢(TiW)層，所述開口用于露出所述I/O焊盤，這樣，所述TiW層覆蓋所述開口的側(cè)壁和所述I/O焊盤的頂面。形成于部分所述TiW層上的種子層，對應(yīng)于所述I/O焊盤的所需的互連冶金位置。并且在所述種子層材料上電鍍而成的至少一個(gè)金屬層，其中所述TiW層用作導(dǎo)電電鍍介質(zhì)。


參照示例性附圖，在此，相同的元件在幾幅圖中標(biāo)注為相同的附圖標(biāo)記。
圖1至8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用鈦鎢種子(TiW)層選擇性電鍍半導(dǎo)體器件輸入/輸出焊盤的方法的多個(gè)加工步驟。
具體實(shí)施例方式
在此公開了一種使用鈦鎢種子層選擇性電鍍半導(dǎo)體器件輸入/輸出焊盤的方法和結(jié)構(gòu)。所述TiW層提供了改進(jìn)的電鍍均勻性，與Ta/TaN導(dǎo)電種子層相比，顯著提高了導(dǎo)電性。另外，TiW的使用如下所述，強(qiáng)調(diào)關(guān)注Ta/TaN在聚酰亞胺上的濺射問題，以及在反應(yīng)離子蝕刻過程中的金損失問題。
最先參照圖1，示出了適用于本發(fā)明的實(shí)施例的示例性終端金屬(TD)鋁接合焊盤結(jié)構(gòu)100的截面圖。所述結(jié)構(gòu)100的特征在于鋁接線焊盤102形成于半導(dǎo)體基體104的最上面的金屬化層，用于為通過多層之間的互連結(jié)構(gòu)(包括鋁填充的通孔106)而成形于基體的所述有源器件(未示出)提供外部連接。鋁焊盤102和通孔106周圍是交替的電介質(zhì)層108(例如，SiO2或低K材料)和焊盤氮化物110(例如，Si3N4)，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的。另外，鈍化層，比如光敏性聚酰亞胺(PSPI)層112形成于焊盤氮化物110的最頂端。
為了向適當(dāng)?shù)耐獠窟B接提供入口，在鋁焊盤102的頂面上成形有通孔或開口114。如圖2所示，鈦-鎢(TiW)層116沉積在整個(gè)結(jié)構(gòu)(包括通孔114的側(cè)壁和鋁焊盤102的頂部)上，接下來是銅/鉻-銅(Cu/CrCu)晶種。盡管圖2示出的層118是單一層，應(yīng)當(dāng)理解，Cu/CrCu晶種也可以是多層的。如前所述，整個(gè)Cu/CrCu層118在此前用作種子層，在電鍍步驟中，所述通孔區(qū)外的所有區(qū)域使用光致抗蝕劑進(jìn)行保護(hù)，這樣，所述電鍍金屬僅形成于所述Cu/CrCu的裸露的部分。在本方法中，然而，除了通孔114區(qū)外，Cu/CrCu在所有部位都最先被移除，在此，形成了互連冶金。
因此，圖3示出了利用光致抗蝕劑120對通孔114區(qū)的構(gòu)圖(在此，應(yīng)保留Cu/CrCu 118層)。此后，未掩蔽的Cu/CrCu 118層部分被電蝕刻掉，停止在如圖4所示的TiW層116上。還發(fā)現(xiàn)了其他關(guān)于電蝕刻工藝和技術(shù)的信息，例如，在授予Datta等的美國專利5486282，和授予Dinan等的美國專利5536388中，在此通過引用而包含其全部內(nèi)容。然后，剩余的光致抗蝕劑120被揭掉(圖5)，鎳層122和金層124的電鍍實(shí)施如圖6所示。因?yàn)镃u/CrCu層118僅出現(xiàn)在通孔114區(qū)，它用作電鍍的種子層。而且，連續(xù)的TiW層116用于提供電鍍導(dǎo)電性的電流傳輸層，但是在其上不形成任何電鍍材料(Ni，Au)。這可以通過平衡所使用電位來實(shí)現(xiàn)，從而，鎳將在Cu/CrCu種子層118上成核，而不是在TiW層116上成核。
從圖6中還能夠注意到，與常規(guī)電鍍使用受保護(hù)的Cu/CrCu種子層形成鮮明的對比，在通孔114區(qū)中剩余的Cu/CrCu材料的側(cè)壁被電鍍材料封閉，因?yàn)樵趯?shí)際的電鍍步驟中沒有光致抗蝕劑。導(dǎo)致改善了Cu/CrCu材料的耐蝕性。一旦形成互連冶金，TiW層116未被所述互連冶金覆蓋的剩余部分通過濕法蝕刻去除。最后，如圖8所示，所述接合焊盤結(jié)構(gòu)100做好進(jìn)行下一個(gè)加工步驟的準(zhǔn)備，比如，添加無鉛焊膏126，制備C4球形接頭等。另外，引線接合接頭也使用與所述接合焊盤結(jié)構(gòu)100相連。
與Ta/TaN層相比，使用TiW層作為導(dǎo)電的電鍍晶種材料具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，TiW層的晶種厚度可以到達(dá)6000，很好地覆蓋了表面形貌還降低了片電阻。例如，據(jù)估計(jì)TiW的這一厚度的導(dǎo)電性10倍于700形成的Ta襯墊，能夠帶來更好的電鍍均勻性。另外，TiW對鎳和金的電鍍具有更高的過電位。據(jù)此，通過TiW層的電流量可以比通過Ta/TaN層的電流量大3倍，而且不會(huì)在所述層上形成節(jié)。帶來器件產(chǎn)量的改善大約為300％。而且，因?yàn)門iW是已知的C4球限冶金(BLM)材料，TiW蝕刻可以使用過氧化氫和末端探測控制非常容易地進(jìn)行。示例性TiW蝕刻工藝在授予Srivastava等的美國專利6293457中進(jìn)行了描述，在此通過引用包含其全部內(nèi)容。而且，所述金層的厚度在TiW蝕刻工藝中沒有損失。
雖然參照優(yōu)選實(shí)施例或?qū)嵤├枋隽吮景l(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員刻理解，可以進(jìn)行多種變化，替換多種要素的等價(jià)物，而不背離本發(fā)明的范圍。另外，可以采用特定場景或材料對本發(fā)明所教授的內(nèi)容進(jìn)行很多改進(jìn)，而不背離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明并不僅限于作為經(jīng)過考慮的最佳方式在此公開的特定的實(shí)施例，本發(fā)明將包括落入后附的權(quán)利要求書范圍中的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種選擇性電鍍半導(dǎo)體輸入/輸出(I/O)焊盤的方法，包含在半導(dǎo)體基體的鈍化層上形成鈦-鎢(TiW)層，所述TiW層還延伸到成形于所述鈍化層上用于露出所述I/O焊盤的開口中，使得TiW層覆蓋所述開口的側(cè)壁和所述I/O焊盤的頂面；在所述TiW層上形成種子層；選擇性去除所述種子層的一部分，使剩余的種子層材料對應(yīng)于所述I/O焊盤的所需的互連冶金位置，并且使用所述TiW層作為導(dǎo)電電鍍介質(zhì)，在所述剩余的種子層材料上電鍍至少一個(gè)金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述種子層還包含Cu/CrCu層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)金屬層還包含伴隨有金層的鎳層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包含在電鍍后，移除沒有被所述至少一個(gè)金屬層覆蓋的所述TiW層的部分。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述I/O焊盤還包含鋁焊盤。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述種子層被光致抗蝕劑構(gòu)圖選擇性移除。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鈍化層還包含光敏性聚酰亞胺(PSPI)層。
8.一種半導(dǎo)體輸入/輸出(I/O)焊盤結(jié)構(gòu)，包含在形成于半導(dǎo)體基體上的鈍化層的開口內(nèi)形成的鈦-鎢(TiW)層，所述開口用于露出所述I/O焊盤，這樣，所述TiW層覆蓋所述開口的側(cè)壁和所述I/O焊盤的頂面；形成于部分所述TiW層上的種子層，對應(yīng)于所述I/O焊盤的所需的互連冶金位置，并且在所述種子層材料上電鍍而成的至少一個(gè)金屬層，其中所述TiW層用作導(dǎo)電電鍍介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的I/O結(jié)構(gòu)，其特征在于所述種子層還包含Cu/CrCu層。
10.如權(quán)利要求8所述的I/O焊盤結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)金屬層還包含伴隨有金層的鎳層。
11.如權(quán)利要求8所述的I/O焊盤結(jié)構(gòu)，其特征在于所述I/O焊盤還包含鋁焊盤。
12.如權(quán)利要求8所述的I/O焊盤結(jié)構(gòu)，其特征在于所述至少一個(gè)金屬層部分地密封了所述種子層的側(cè)壁。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)金屬層覆蓋了所述TiW層未被所述種子層覆蓋的剩余部分。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述鈍化層還包含光敏性聚酰亞胺(PSPI)層。
全文摘要
一種選擇性電鍍半導(dǎo)體輸入/輸出(I/O)焊盤的方法，包含在半導(dǎo)體基體的鈍化層上形成鈦－鎢(TiW)層，所述TiW層還延伸到成形于所述鈍化層上用于露出所述I/O焊盤的開口中，使得TiW層覆蓋所述開口的側(cè)壁和所述I/O焊盤的頂面。在所述TiW層上形成種子層。選擇性去除所述種子層的一部分，使剩余的種子層材料對應(yīng)于所述I/O焊盤的所需的互連冶金位置。使用所述TiW層作為導(dǎo)電電鍍介質(zhì)，在所述種子層材料上電鍍至少一個(gè)金屬層。
文檔編號H01L21/28GK1630039SQ200410092929
公開日2005年6月22日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者鄭天人, 戴維·F·埃施塔德, 喬納森·H·格里菲思, 薩拉·H·尼克爾伯克爾, 羅斯瑪麗·A·普萊維蒂－凱利, 羅格爾·A·居昂, 卡馬列什·斯里瓦斯塔瓦, 黃洸漢 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司