專利名稱：：層序列及制造層序列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及層序列。本發(fā)明還涉及使用層序列作為凸塊下(underbrnnp)金屬化物(metallisation)。本發(fā)明還涉及制造層序列的方法。對于半導(dǎo)體工業(yè)，制造集成電路包括不同的階段，即制作晶片、制作集成電路、以及例如通過將集成電路焊接到PCB(印刷電路板)上而將集成電路與環(huán)境相連。
背景技術(shù)：
：US2005/0012211A1公開了一種管芯或襯底與焊料凸塊的鍵合之間的凸塊下冶金結(jié)構(gòu)，包括粘接層、阻擋層和可濕性層(wettablelayer)。US2005/0029677A1公開了一種凸塊下冶金(UBM)層，包括第一金屬層、襯里層、第二金屬層和第三金屬層。并且，在芯片的表面上形成鈍化層。然而，根據(jù)US2005/0029677A1的凸塊下金屬化物(UBM)是復(fù)雜的，并且因而在制造中是耗時且昂貴的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種簡單的凸塊下金屬化物。為了實現(xiàn)上述目的，提供了根據(jù)獨立權(quán)利要求的層序列、使用層序列作為凸塊下金屬化物的用途、以及制造層序列的方法。根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式，提供一種層序列，包括鋁層、鎳層、以及鎳層保護(hù)層。鋁層形成在襯底上或者可形成在襯底上，鎳層可以形成在鋁層上，并且鎳層保護(hù)層可形成在鎳層上。根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式，提供使用具有上述特征的層序列作為凸塊下金屬化物的用途。并且，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例實施方式，提供制造層序列的方法，其中該方法包括在襯底上形成鋁層的步驟、在鋁層上形成鎳層的步驟、以及在鎳層上形成鎳層保護(hù)層的步驟。根據(jù)本發(fā)明的特征具有如下優(yōu)點:在半導(dǎo)體襯底上按順序提供鋁層、鎳層以及鎳層保護(hù)層的層序列，從而低付出而高質(zhì)量地形成凸塊下金屬化物(UBM)。這種結(jié)構(gòu)的制作簡單并且可以采用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備來進(jìn)行，從而開發(fā)新設(shè)備或程序不是必要的。具體地，可以提供具體用作凸塊下金屬化物的AlNiTi結(jié)構(gòu)或AlNiAg結(jié)構(gòu)，其中鋁/鎳部分形成了金屬間相，而鈦層或銀層可以用作保護(hù)層。鈦層可以用作氧化阻擋層，防止鎳層在層序列的制造工藝期間受到不希望有的氧化。這可以包括針對化學(xué)和物理影響的保護(hù)。銀層也可以用作氧化阻擋層和/或針對下層的鎳層的化學(xué)或機械損害的保護(hù)。此外，銀材料適合于焊接工藝，使得在層序列的頂部上形成焊料凸塊之前，不需要去除作為鎳層保護(hù)層的銀層。與此相反，銀材料可以形成焊料結(jié)構(gòu)的一部分。然而，當(dāng)將鈦實施為鎳層保護(hù)層時，可以在未覆蓋的鎳結(jié)構(gòu)上形成焊料結(jié)構(gòu)之間去除鈦材料。為了減少CSP(芯片級封裝)器件的制作成本，根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式，可能通過沉積AlNiTi或AlNiAg作為互連金屬結(jié)構(gòu)而替代常規(guī)的凸塊下金屬化物，在晶片上具有氧化阻擋層。術(shù)語"芯片級封裝"可具體表示單個管芯的直接表面安裝封裝。在金屬沉積之后，可能在晶片級上表征(characterize)芯片。通過使用AlNiTi，不需要來自后端來源的額外的金屬層，因而額外的金屬層是不必要的。代替第二金屬組件，可以在"IC工藝"期間產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的互連層，即在半導(dǎo)體襯底中形成集成電路的工藝期間?？梢酝ㄟ^A1/Ni/Ti疊層替代標(biāo)準(zhǔn)的金屬(例如鋁)，其中鈦層可僅用作氧化保護(hù)?；蛘?，可以通過A1/Ni/Ag疊層替代標(biāo)準(zhǔn)的金屬(例如鋁)，其中銀層可用作氧化保護(hù)和/或作為將要形成的焊料結(jié)構(gòu)的一部分?？梢杂涉噷右约皝碜栽摲秶牟牧袭a(chǎn)生金屬間的區(qū)域。結(jié)果，在半導(dǎo)體表面上，僅僅可保留Al/Ni疊層，而鈦層和可選的鈍化層(可以由氮化硅SbN4制作)可以被結(jié)構(gòu)化，并且例如基本上形狀為球形的焊料可以與Al/Ni疊層直接接觸。或者，可保留Al/Ni/Ag的疊層，而銀層可以形成例如基本上形狀為球形的焊料的一部分。也即，銀材料在焊接工藝期間可溶解。替代地，可以在沉積鈍化結(jié)構(gòu)之后沉積金屬疊層。因此，該工藝可用作標(biāo)準(zhǔn)UBM金屬化物(Al/NiV/Cu)的"嵌入"("dropin")。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可將UBM組件集成到擴散工藝中。由此，可以略過整個工藝組件，這可明顯地簡化制造程序。除此之外，可將該工藝集成在內(nèi)部(in-house)制造流程中。因而，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可降低集成電路產(chǎn)品的總成本。應(yīng)用本發(fā)明的一個示例領(lǐng)域是可以焊接到PCB(印刷電路板)上或可以用于倒裝芯片封裝的管芯。根據(jù)本發(fā)明的一個示例實施方式的層序列包括可表示成粘接層的鋁層，因為鋁層可支持層序列與半導(dǎo)體芯片的粘接。然后，可以使用鎳之類的阻擋層，其中焊料可直接與該鎳層耦合。并且，鎳層保護(hù)層可能是一個問題，這可通過鈦或銀來實現(xiàn)。層序列的單個層足夠厚以防止沿傳輸線的電遷移可能是有利的。根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式，首先在硅晶片或芯片之類的半導(dǎo)體襯底上形成鋁層。然后，在鋁層上可沉積鎳層，隨后，在鎳層上可沉積鈦層。并且，在所獲得的結(jié)構(gòu)上可沉積鈍化層，其中這種鈍化層可由氮化硅制成。在本文中，鈦層可用作保護(hù)層以便在鈍化層的制作期間保護(hù)鋁層和鎳層。為了制作用于焊接半導(dǎo)體部件的連接的接觸區(qū)域，鈦和氮化硅的層序列可以隨后或同時被圖案化。即，在將要制作的接觸區(qū)域中可執(zhí)行蝕刻步驟，其中對于蝕刻程序，鎳層可用作停止層。隨后，可將焊料施加到鎳層上，例如采用錫焊料?？傊?，從化學(xué)和物理的方面看，鋁層、鎳層和鈦層的序列是有利的材料組合，并且可提供穩(wěn)定的、導(dǎo)電的且適當(dāng)粘接的UBM，以便在襯底和焊料凸塊之間提供高質(zhì)量的橋接結(jié)構(gòu)。具體地，鎳層保護(hù)層可由鈦或銀之類的氧化抑制材料制成，可有效地保護(hù)下面的一層(或多層)(具體為鎳)使之在制造工藝(可包含強化學(xué)物質(zhì)的存在、光刻步驟、襯底研磨步驟等)不受氧化。根據(jù)本發(fā)明的一方面，使用NiAg作為凸塊下金屬化物(UBM)，UBM可被設(shè)置在擴散的晶片(diffusedwafers)上。為了提供來自不同擴散源的晶片形成凸塊的機會，提供UBM疊層，UBM疊層可以被設(shè)置在鋁之類的標(biāo)準(zhǔn)擴散金屬化物上。該金屬化物具有與鋁層的適當(dāng)粘接性，并具有可焊接的行為。根據(jù)該示例實施方式的UBM組件可用作現(xiàn)有層的適當(dāng)替代物，并因而可增加靈活性。并且，由于整個凸塊形成工藝可以在一個公司內(nèi)完成，該工藝降低了產(chǎn)品的總成本。它包括從不同的擴散中心對產(chǎn)品形成凸塊的機會。在這種工藝的框架內(nèi)，可以在擴散晶片上沉積NiAg疊層，在焊盤上有鋁金屬化物。NiAg可用于在擴散金屬和焊料球之間產(chǎn)生金屬間結(jié)構(gòu)。所述層可以濺射形成。隨后，可執(zhí)行光刻步驟以限定可焊接的區(qū)域。在下文中，將描述本發(fā)明的進(jìn)一步的示例實施方式。之后，將描述層序列的示例實施方式。然而，這些實施方式也應(yīng)用于將這種層序列用作凸塊下金屬化物的用途，以及應(yīng)用于制造層序列的方法?？稍谄渖闲纬射X、鎳和鎳層保護(hù)層(例如鈦或銀)三層的襯底可以是硅襯底或鍺襯底之類的半導(dǎo)體襯底。然而，本發(fā)明不限于IV族半導(dǎo)體，而是也可以應(yīng)用于砷化鎵之類的III-V族半導(dǎo)體的框架內(nèi)。這種襯底可以是晶片或芯片，其中可以在襯底中和/或上形成集成電路。在襯底的表面上，可形成一個或多于一個的鍵合焊盤，鍵合焊盤可由與晶體管(例如MOSFET)、存儲器單元、邏輯電路、二極管、電容器等之類的集成電路部件耦合的導(dǎo)電材料制成。鎳層保護(hù)層，具體實現(xiàn)為鈦層，可被圖案化，使得鎳層可以露出。即，可以進(jìn)行光刻和蝕刻工藝以對鎳層保護(hù)層圖案化。在本文中，在蝕刻工藝期間，鎳層可用作停止層。并且，層序列可包括鈍化層，鈍化層可形成在鎳層保護(hù)層上，或者形成在襯底上，或者形成在鋁層上。這種鈍化層可以是氮化硅層，可保護(hù)整個結(jié)構(gòu)。替代地，鈍化層可由氧化硅、PSG(磷硅酸鹽玻璃)等制成。這種鈍化層可被直接施加到襯底上，其中然后可沉積鋁、鎳和鎳層保護(hù)層的序列，具體地在己經(jīng)圖案化鈍化層之后。替代地，可在已經(jīng)沉積鋁、鎳和鎳層保護(hù)層的層序列之后施加鈍化層。進(jìn)一步替代地，可在己經(jīng)沉積鋁層之后以及沉積鎳層和鎳層保護(hù)層之前施加鈍化層。并且，鈍化層也可被圖案化，使得整個結(jié)構(gòu)的至少一部分表面由鎳材料形成。采取該方法，可以將焊料材料直接施加到鎳層上，從而獲得穩(wěn)定的鍵合。例如，焊料結(jié)構(gòu)可以是錫結(jié)構(gòu)。錫和鎳的材料組合形成穩(wěn)定和化學(xué)適當(dāng)?shù)倪B接，更具體地，焊料結(jié)構(gòu)的材料可以例如是SnAg、SnAgBi、SnAgBiCu、SnAgBiCuGe、SnAgCu、SnBi、SnCu、SnZn、SnCuSbAg、SnSb、SnZnBi、SnPbAg、或SnPb。并且，集成電路可以形成在襯底中，其中鋁層可以與集成電路電耦合。因而，層序列可以形成一方面是存儲器單元、晶體管、導(dǎo)電布線、電容器之類的集成電路部件另一方面是焊料凸塊二者之間的橋接。在下文中，將描述制造層序列的方法的進(jìn)一步示例實施方式。然而，這些實施方式也應(yīng)用于層序列，以及應(yīng)用于使用層序列作為凸塊下金屬化物的用途。該方法可包括在鎳層保護(hù)層上或者在鋁層上形成鈍化層的步驟。并且，該方法可包括圖案化鈍化層和/或鎳層保護(hù)層從而露出鎳層的步驟o對于將被圖案化的兩層，可以同時執(zhí)行圖案化步驟，即具體地可以在共同的方法步驟中對鈍化層和鈦層圖案化。鎳層可用作該蝕刻程序的停止層。這允許層序列的簡單制造。該方法還可包括在鎳層上和/或鎳層保護(hù)層上形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟，焊料結(jié)構(gòu)例如具有基本上球形的形狀。通常，半導(dǎo)體技術(shù)中的前端工藝(front-endprocess)包括在芯片中形成集成電路和形成金屬化物。后端工藝(back-endprocess)可包括形成UBM和封裝。根據(jù)本發(fā)明的一方面，形成UBM可以被移至前端工藝。這允許在后端工藝中省略一種金屬。從下文描述的實施方式示例中，上文限定的各方面以及本發(fā)明的其他方面將是顯而易見的，并且參照這些實施方式的示例進(jìn)行解釋。將參照實施方式的示例在下文中更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。圖l示出了層序列。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式，在制造層序列的方法期間所獲得的結(jié)構(gòu)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式，在制造層序列的方法期間所獲得的另一結(jié)構(gòu)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的層序列。圖5示出了其上提供有焊料凸塊的圖4中的層序列。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施方式的層序列。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施方式的層序列。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施方式的層序列。具體實施例方式附圖中的說明是示意性的。在不同的附圖中，類似或相同的元件提供有相同的參考標(biāo)記。在下文中，參照圖l，將描述層序列100。層序列100包括其上應(yīng)用有互連金屬層102的半導(dǎo)體芯片器件101。在互連金屬層102上沉積鈍化層103，并對其圖案化。并且，在互連金屬層102和鈍化層103上沉積鋁層104。進(jìn)一步地，在鋁層104上沉積鎳/釩層105。并且，在鎳/釩層105上沉積銅層106。然后，在銅層106上施加含鉛或無鉛的焊料球107。參照圖1，使用UBM(凸塊下金屬化物)作為用于預(yù)成形的焊料球的互連層。由Al/NiV/Cu(層104-106)產(chǎn)生金屬化疊層，其中鋁層104用作至焊盤表面的接觸材料，銅層106產(chǎn)生金屬間結(jié)構(gòu)。鋁層104可以具有大約400納米的厚度，NiV層105可以具有大約400納米的厚度，銅層106可以具有800納米的厚度。在下文中，參照圖2至圖5，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的制造層序列的方法。圖2示出其中形成集成電路(未示出)的硅芯片200。這種集成電路例如可以包括邏輯電路和存儲器電路或集成的分立電路。這種集成電路的部件可以包括晶體管、電容器、二極管、電感器、金屬連接等。硅芯片200將連接到宏觀環(huán)境，以便允許在集成電路和環(huán)境之間傳送信號。為此目的，在硅芯片200的表面上形成鍵合焊盤(未示出)，該鍵合焊盤將與宏觀環(huán)境電接觸，如下文將描述的那樣。為了產(chǎn)生圖3所示的結(jié)構(gòu)，例如通過濺射，在硅襯底200上沉積鋁層300。鋁層300可以具有0.8微米到1.2微米的厚度，優(yōu)選為1.0微米。之后，通過濺射在鋁層300上沉積鎳層301。鎳層301可以具有0.5微米到1.0微米的厚度，優(yōu)選為0.8微米。隨后，通過濺射在鎳層301上沉積鈦層302。鈦層302可以具有0.1微米到0.2微米的厚度，優(yōu)選為0.12微米。之后，可以對金屬化層300、301、302圖案化(圖中未示出)，使得僅僅硅芯片200的選定部分仍然由金屬材料覆蓋。并且，例如通過PECVD(等離子體增強化學(xué)氣相沉積)在鈦層302上沉積氮化硅層303，用作鈍化層。鋁層300允許至硅芯片200的硅材料的適當(dāng)接觸。鎳層301可以提供阻擋層，并且可以允許與將要焊接在所產(chǎn)生的層序列的頂部上的導(dǎo)電凸塊之間的適當(dāng)焊接。鈦層302可以防止鎳層301在形成氮化硅層303期間受到不希望有的氧化。然后，在氮化硅層303的表面上沉積光抗蝕劑304。鋁層300和鎳層301形成金屬間層，其中鈦層用作氧化阻擋層，用于改善氮化硅層303的沉積。為了獲得圖4所示的結(jié)構(gòu)，基于圖3所示的結(jié)構(gòu)，執(zhí)行(光)刻工藝和蝕刻工藝。為此目的，按照如下方式對光抗蝕劑304圖案化隨后的蝕刻步驟去除氮化硅層303和鈦層302的材料，而鎳層301的材料未通過蝕刻去除。因此，產(chǎn)生了溝槽401，使得鎳層301的表面露出。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的層序列500可以通過在層序列400的表面上形成焊料球501而獲得，其中焊料球501具體地與鎳層301形成鍵合。在下文中，參照圖6，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的層序列600。層序列600不同于層序列500之處在于氮化硅層303，即鈍化層，該層被直接施加到硅襯底200上沉積的圖案化的鋁層300上，并用作連接集成電路200的部件的布線。在已經(jīng)對氮化硅層303圖案化之后，沉積鎳層301和鈦層302。鈦層302用作保護(hù)層，用于防止鎳層301在制造工藝期間受到氧化和/或化學(xué)損害和/或機械損害。在已經(jīng)完成制造之后，使用光抗蝕劑對鈦層302圖案化，或者可以整體去除，以便露出鎳層301的至少一部分表面用于隨后沉積焊料材料，以形成某種焊料球501。由沉積在鋁層300的鎳層301和鈦層302形成的NiTi疊層可以被由沉積在鋁層300上的鋁層(未示出)、鎳層301和鈦層302形成的AlNiTi疊層替代。在下文中，參照圖7，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的層序列700。具體地在兩個方面，層序列700不同于層序列500。首先，圖7中的鎳層保護(hù)層被實現(xiàn)為與鈦層302不同的銀層701。其次，未對銀層701圖案化(與圖5中所示的鈦層302相反)，因為銀材料是可焊接的，使得焊料凸塊501可以直接形成在銀層701上。在下文中，參照圖8，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例實施方式的層序列800。具體地在兩個方面，層序列800不同于層序列600。首先，圖8中的鎳層保護(hù)層被實現(xiàn)為與鈦層302不同的銀層701。其次，在形成焊料凸塊501的區(qū)域中未從鎳層301的表面上去除銀層701(與圖6中示出的鈦層302相反)，因為銀材料是可焊接的，使得焊料凸塊501可以直接形成在銀層701上。應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語"包括"不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞"一個"不排除多個。同樣，與不同實施方式相關(guān)描述的元件可以組合。應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求的范圍。參考標(biāo)記列表100層序列101芯片器件102互連金屬103鈍化層104鉛層105鎳/釩層106銅層107焊料球200硅芯片300鉛層301鎳層302鈦層303氮化硅層304光抗蝕劑400層序列401溝槽500層序列501焊料球600層序列700層序列701銀層800層序列權(quán)利要求1.一種層序列(400)，包括鋁層(300)；鎳層(301)；鎳層保護(hù)層(302；701)；其中鋁層(300)可形成在襯底(200)上；其中鎳層(301)形成在鋁層(300)上；其中鎳層保護(hù)層(302；701)形成在鎳層(301)上。2.根據(jù)權(quán)利要求l的層序列(400)，還包括襯底(200)。3.根據(jù)權(quán)利要求2的層序列(400)，其中襯底(200)是半導(dǎo)體襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求2的層序列(400)，其中襯底(200)是硅襯底或鍺襯底。5.根據(jù)權(quán)利要求2的層序列(400)，其中在襯底(200)上和/或襯底(200)中形成集成電路，其中鋁層(300)與集成電路電耦合。6.根據(jù)權(quán)利要求5的層序列(400)，其中在襯底的表面上形成至少一個鍵合焊盤，連接鋁層(300)和集成電路。7.根據(jù)權(quán)利要求1的層序列(400)，其中鎳層保護(hù)層是鈦層(302)。8.根據(jù)權(quán)利要求7的層序列(400)，其中對鈦層(302)圖案化，使得鎳層(301)露出。9.根據(jù)權(quán)利要求1的層序列(700)，其中鎳層保護(hù)層是銀層(701)。10.根據(jù)權(quán)利要求1的層序列(400)，包括在鎳層保護(hù)層(302;701)上形成、或在鋁層(300)上形成的鈍化層(303)。11.根據(jù)權(quán)利要求1的層序列(400)，其中鈍化層(303)是氮化硅層。12.根據(jù)權(quán)利要求8的層序列(400)，其中對鈍化層(303)圖案化，使得鎳層(301)或鎳層保護(hù)層(302;701)露出。13.根據(jù)權(quán)利要求1的層序列(500)，包括在鎳層(301)上或在鎳層保護(hù)層(302;701)上的焊料結(jié)構(gòu)(501)。14.根據(jù)權(quán)利要求13的層序列(500)，其中焊料結(jié)構(gòu)(501)包括錫。15.根據(jù)權(quán)利要求l的層序列(400)用作凸塊下金屬化物。16.—種制造層序列(400)的方法，其中該方法包括以下步驟在襯底(200)上形成鋁層(300);在鋁層(300)上形成鎳層(301);在鎳層(301)上形成鎳層保護(hù)層(302;701)。17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，包括在鎳層保護(hù)層(302;701)上或在鋁層(300)上形成鈍化層(303)的步驟。18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，包括在鎳層(301)上或在鎳層保護(hù)層(302;701)上形成焊料結(jié)構(gòu)(501)的步驟。19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，該方法被集成到在襯底上和/或在襯底中制造集成電路的工藝中。全文摘要一種層序列(400)，包括鋁層(300)、鎳層(301)、以及鎳層保護(hù)層(302；701)。該鋁層(300)可在襯底(200)上形成，鎳層(301)形成在鋁層(300)上，并且鎳層保護(hù)層(302；701)形成在鎳層(301)上。文檔編號H01L23/485GK101194361SQ200680020913公開日2008年6月4日申請日期2006年6月12日優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日發(fā)明者托馬斯·郎格,特斯坦·克雷爾,約爾格·西雷,邁克爾·羅瑟申請人:Nxp股份有限公司