專利名稱:形成焊料連接的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
在一個(gè)現(xiàn)有方法中,在使用C4(受控熔塌芯片連接)作為 蝕刻掩模進(jìn)行C4噴鍍之后,對(duì)濺射的BLM膜的難熔疊層進(jìn)行濕蝕刻。 對(duì)于無鉛(Pb-free)或者少鉛(Pb-reduced )的工藝,BLM的頂層 典型地包括銅或者銅和例如鎳或者鎳合金的另外的阻擋膜,該阻擋層 典型地是電鍍的。在頂層是銅的情況下,銅與基于錫的焊料材料反應(yīng) 以形成金屬間化合的CuSn阻擋層,其對(duì)于無鉛或少鉛C4塊的可靠 性來說是重要的。在銅和阻擋材料(例如鎳或者Nix)的情況下,阻擋 層防止Sn和Cu的相互擴(kuò)散,且同時(shí)Cu用作導(dǎo)電層以增強(qiáng)鎳的電鍍。本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體器件上形成焊料連接的方法。在 實(shí)施例中,即使沒有完全地消除,本發(fā)明的方法也減小了烀料連接的 下層的腐蝕或者底切。本發(fā)明還允許焊料塊的尺寸完整性,即通過在 下金屬層(多個(gè))的尺寸來控制焊料連接的大小。在實(shí)施例中,該方 法包括應(yīng)用抗蝕劑圖案以限制塊下金屬化層的各部分的位置,尺寸與 形狀。圖la示出了根據(jù)本發(fā)明的工藝步驟。該工藝步驟包括在焊 接處理之前,在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上形成金屬化層12。該層10主要包括 非導(dǎo)電材料,例如二氧化硅或者氮化硅且能夠具有任何期望的厚度。 該金屬化層12包括任何含金屬的材料或者純金屬,例如但不限于銅或 鋁。金屬化層12還代表了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上焊料連接的期望的位置;但是, 應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明考慮了焊料連接的其他位置。例如,第一金屬化層12 可以是通向?qū)?0內(nèi)的半導(dǎo)體柵極的溝槽。雖然未示出,可以在層12 的下面提供襯里(liner)。圖lc示出了根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的工藝步驟。在這些工藝 步驟中,在層16上在抗蝕劑層18中形成的開口內(nèi)設(shè)置含金屬層20。 含金屬層20可以具有用作塊下金屬化材料或者其混合物的任何材料。 在實(shí)施例中,含金屬層20包括銅;但是本發(fā)明考慮了其他材料。在實(shí) 施例中,通過電鍍提供含金屬層20,例如,這允許僅在暴露含金屬層 16的位置處進(jìn)行受控的同質(zhì)生長(zhǎng)。
,鈦鵠合金的難熔金屬類或者它們的合金中的至少其中之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,在剝離抗蝕劑之后提供該焊 料材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,通過物理氣相淀積來淀積該 第一含金屬層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,該襯墊含金屬層包括銅或者 具有擴(kuò)散阻擋金屬的銅,該擴(kuò)散阻擋金屬包括鎳或者鎳的合金。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,通過電鍍淀積該襯墊含金屬 層或者雙層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,該襯墊含金屬層的厚度為大 約2到大約3jim之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其中,通過抗蝕劑圖案化來控制襯 墊金屬層的縱向尺寸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其中,在抗蝕劑的蝕刻之前將焊料材料置于溝槽內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其中,該焊料材料用作在蝕刻抗 蝕劑之后蝕刻第一含金屬層的掩模。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其中,該焊料材料包括無鉛的含錫 材料或者少鉛的含錫材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,該蝕刻包括反應(yīng)性離子蝕刻。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法,其中,通過襯墊含金屬層或者開 口的縱向尺寸確定在流動(dòng)之后的焊料連接的縱向尺寸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其中,在蝕刻之后,剩余的第一含 金屬層和襯墊含金屬層形成了球限制冶金(BLM)層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,該焊料的流動(dòng)包括由包括焊 料材料的鑄模形成的多個(gè)焊料連接。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其中,該村墊含金屬層或者雙層用 作蝕刻期間對(duì)下層的掩模。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其中,該蝕刻是保持第一含金屬層 的尺寸完整性由此防止底切的干蝕刻。
20. —種用于在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成焊料塊期間減小塊下金屬化 材料的腐蝕的方法,包括在結(jié)構(gòu)中的至少金屬化層之上利用溝槽形成鈍化層; 在溝槽內(nèi)形成第一含金屬層;通過圖案化的抗蝕劑來控制至少第二含金屬層的尺寸;蝕刻圖案化的抗蝕劑和該圖案化的抗蝕劑下的部分第一含金屬層,同時(shí)利用第二含金屬層保護(hù)第一含金屬層的剩余部分;和 在第二含金屬層上回流焊料材料以形成焊料塊,其中,在蝕刻步驟期間控制第一含金屬層基本上沒有底切。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法,其中,在蝕刻抗蝕劑之前附加該 焊料材料且該焊料材料用作掩模。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法,其中,該焊料塊具有由抗蝕劑圖 案控制的第二含金屬層的空間尺寸。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法,其中,焊料材料由包括在與鈍化 層的溝槽重疊的位置處的焊料材料的鑄模形成。
24. —種在形成焊料塊期間控制焊料塊尺寸的方法,包括 形成具有配置用于焊料塊的至少一個(gè)開口的抗蝕劑圖案; 電鍍?cè)谒鲋辽僖粋€(gè)開口內(nèi)的金屬層; 去除抗蝕劑圖案和下面的金屬層; 在電鍍的金屬上提供焊料材料;和回流焊料材料以形成焊料塊。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法,其中,在去除抗蝕劑圖案之前填 充該焊料材料。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法,其中,該焊料材料用作蝕刻掩模。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24的方法,其中,該至少一個(gè)開口限定了電 鍍材料的縱向尺寸。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的方法,其中,該電鍍材料的縱向尺寸設(shè) 定了焊料塊的尺寸。
29. —種方法,包括在具有金屬構(gòu)造的結(jié)構(gòu)上濺射第一含金屬層; 在具有與該金屬構(gòu)造對(duì)準(zhǔn)的溝槽的第一含金屬層之上形成鈍化層;圖案化該鈍化層上的抗蝕劑以對(duì)第一含金屬層形成開口;電鍍由抗蝕劑所界定的開口內(nèi)的第二含金屬層;使用第二含金屬層作為掩模,去除抗蝕劑和抗蝕劑下的第 一金屬層;附加焊料材料到第二含金屬層上;和 回流所述焊料材料。
30. —種受控熔塌芯片連接(C4)結(jié)構(gòu),包括在抗蝕劑圖案中形成的至少一個(gè)電鍍金屬層,以形成球限制冶金層和沒有底切的下金屬 層。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu),包括由抗蝕劑圖案分開的多個(gè)電鍍金屬層。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30的結(jié)構(gòu),其中,該焊料材料形成在電鍍金 屬層上。
33. —種結(jié)構(gòu),包括在結(jié)構(gòu)中至少在金屬化層之上具有溝槽的 鈍化層,在溝槽內(nèi)并接觸完成處理的金屬化層的背面的第一含金屬層, 尺寸由位于第一含金屬層之上的圖案化的抗蝕劑控制的電鍍金屬,和 在電鍍的含金屬層上回流以形成焊料塊的焊料材料,其中,第一含金 屬層沒有底切。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu),其中,在鈍化層上提供該第一含 金屬層。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33的結(jié)構(gòu),其中,該電鍍金屬是銅。
全文摘要
在第一方面中,一種方法包括淀積第一含金屬層(16)到溝槽結(jié)構(gòu)中,該第一含金屬層(16)接觸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(10)的金屬化區(qū)域(12)。該方法進(jìn)一步包括在抗蝕劑中對(duì)第一含金屬層(16)圖案化至少一個(gè)開口。該開口應(yīng)該和溝槽結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)。在至少一個(gè)開口內(nèi)至少形成襯墊含金屬層(20)(優(yōu)選地通過電鍍處理)。隨后蝕刻該抗蝕劑(18)和抗蝕劑(18)下面的第一金屬層(16)(在實(shí)施例中,以第二金屬層(20)作為掩模)。該方法包括在蝕刻處理之后將焊料材料(22)流到溝槽中和流到襯墊含金屬層(20)上。該結(jié)構(gòu)是受控熔塌芯片連接(C4)結(jié)構(gòu),其包括在抗蝕劑圖案中形成的至少一個(gè)電鍍金屬層以形成至少一個(gè)球限制冶金層。該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括沒有底切的下金屬層。
文檔編號(hào)H01L21/44GK101454885SQ200780019207
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者C·D·穆西, J·P·岡比諾, T·H·道本皮克, 沃爾夫?qū)に魈?申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司