專利名稱：導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有保護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線及其 形成方法。
背景技術(shù)：
通常，在電子元件的領(lǐng)域中，集成電路制作于半導(dǎo)體基底之上，以作 為一芯片，并且其一般由硅所構(gòu)成。典型的硅芯片配置于較大的封裝之中， 用以提供硅基底較寬的輸入/輸出連接墊的配置距離及寬容度，使得其可以 適合附著至印刷電路板，并且保護(hù)集成電路免于受到機(jī)械及環(huán)境損害。隨 著產(chǎn)品封裝大小越來(lái)越降低的趨勢(shì)，利用更小的電子元件以提升驅(qū)使集成 電路封裝的發(fā)展。在消費(fèi)性元件及相關(guān)物品中，元件密度越來(lái)越增加，而
元件尺寸越來(lái)越小。芯片尺寸封裝(CSP)的發(fā)展提供了另一種解決方案以
直接附著覆晶元件。芯片尺寸封裝代表一種新的小型化型態(tài)的半導(dǎo)體封 裝，用以解決電子元件的大小、重量及效能的問(wèn)題，尤其是消費(fèi)性電子產(chǎn) 品，例如行動(dòng)電話、傳呼器、可攜式計(jì)算機(jī)、影像攝影機(jī)等。芯片尺寸封 裝的標(biāo)準(zhǔn)尚未形式化，因此存在許多種態(tài)樣，其中的許多種敘述為"芯片 尺寸封裝"。 一般而言，芯片包含封裝區(qū)域的芯片尺寸封裝的主要構(gòu)成要
件，其中不超過(guò)20%比芯片本身面積還大，封裝具有支撐特性使得其比直 接附著覆晶來(lái)得堅(jiān)固耐用。
一導(dǎo)電膜層或?qū)Ь€廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片的制作期間。導(dǎo)電膜層通 過(guò)圖案化工藝而形成之后導(dǎo)線因此形成。若導(dǎo)線材料銅滲入中間絕緣膜層 時(shí)，將造成電子特性的不良影響。阻障層的提供目的在于防止銅滲入不預(yù) 期的區(qū)域。 一化合物通過(guò)摻雜具有硅或硼的高融點(diǎn)金屬的氮化物而得到， 以作為擴(kuò)散防止膜層的材料。此處的例子包括Ta、 TaN、 TaSiN、 TiN、 TiSiN、 W、 WN、 WSiN及WBN。在擴(kuò)散防止膜層上， 一薄的銅種子層
4是通過(guò)方向?yàn)R鍍而形成。銅種子層通過(guò)電鍍而接收電鍍銅，當(dāng)深寬比(aspect ratio)高時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)。典型地，阻障層形成一含氮膜層，例如TaN、 TiN、 窗。
現(xiàn)有技術(shù)之一敘述于美國(guó)第7,102,231號(hào)專利，其中提供傳統(tǒng)阻障層 結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包含Ti，其導(dǎo)電阻障層包含TiN及銅導(dǎo)線，其是從基底邊而 制作薄層，并且提供包含SiN的絕緣阻障層以覆蓋銅導(dǎo)線。在此例子中， 同時(shí)進(jìn)行含Ti的導(dǎo)電膜層及含導(dǎo)電阻障層TiN的圖案化工藝，銅導(dǎo)線形 成，并且含SiN的絕緣阻障層隨后形成。 一第二實(shí)施例顯示于該專利的圖 11B，其公開(kāi)一種結(jié)構(gòu)，其提供導(dǎo)電阻障層包含TiN及絕緣阻障層包含SiN， 并且提供薄層導(dǎo)電膜層的導(dǎo)線。比較上述例子，鋁可以提供于Ti與TiN 之間。進(jìn)一步的例子顯示于該專利的圖11C中，其中TaN取代TiN，薄層 結(jié)構(gòu)由Ti/TaN/Cu/SiN層形成于基底邊之上。導(dǎo)電結(jié)構(gòu)顯示于圖IID，其 具有一結(jié)構(gòu)包括提供一導(dǎo)電阻障層包含WN及一絕緣阻障層包含SiNO。 在此例中，WN取代TiN，而SiNO取代SiN。
為了提升元件運(yùn)作的速度， 一些建議是利用金或銅以作為導(dǎo)線材料以 達(dá)到上述目的。典型地，銅是利用電鍍方法形成?？梢杂^察的是利用電鍍 有其缺點(diǎn)，在蝕刻工藝之后可能會(huì)產(chǎn)生切口(undercut)，如圖3所示。進(jìn)一 步的考慮是周期時(shí)間太長(zhǎng)，結(jié)果生產(chǎn)量嚴(yán)重的降低。
鑒于上述的缺點(diǎn)，需要改進(jìn)方法以克服切口問(wèn)題及導(dǎo)線形成的周期時(shí) 間增加的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一新的導(dǎo)線形成方法及結(jié) 構(gòu)以解決切口問(wèn)題及改進(jìn)周期時(shí)間。
本發(fā)明的一觀點(diǎn)在于通過(guò)化學(xué)反應(yīng)以形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)以取代電鍍金，結(jié) 果可以免去電鍍工藝，并且化學(xué)錫是通過(guò)浸沒(méi)步驟形成以保護(hù)導(dǎo)線。尺寸 與線寬為可控制的，并且導(dǎo)線的側(cè)壁將不會(huì)遭受蝕刻溶液的侵蝕。
根據(jù)以上的目的，因此需要一新的接線(導(dǎo)線)結(jié)構(gòu)以提升元件可靠度 及增進(jìn)元件的效能。
本發(fā)明公開(kāi)一種半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，包含 一基板；至少一圖案
5化導(dǎo)電層，形成于基板之上；一導(dǎo)線，形成于至少一圖案化導(dǎo)電層之上; 以及一保護(hù)層，圍繞導(dǎo)線之上表面及側(cè)壁以避免蝕刻所產(chǎn)生的切口問(wèn)題。 上述結(jié)構(gòu)還包含一底層形成于導(dǎo)線之下。底層包括鎳、金或鉑。導(dǎo)線 包括金或銅。至少一圖案化導(dǎo)電層包括至少鈦/銅。保護(hù)層包括無(wú)電鍍錫、 金、銀或鎳。
本發(fā)明的另一觀點(diǎn)在于一種形成半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的方法，包含 底下的步驟提供一基板；然后，形成至少一導(dǎo)電層于基板之上；接著， 圖案化一光阻層于至少一導(dǎo)電層之上以裸露至少一導(dǎo)電層的上層；之后， 蝕刻上層；接下來(lái)，形成一底層于上述蝕刻至少一導(dǎo)電層之上；然后，形 成一導(dǎo)線于底層之上；之后，移除光阻層；接著，形成一保護(hù)層，圍繞導(dǎo) 線之上表面及側(cè)壁以避免蝕刻所產(chǎn)生的切口問(wèn)題。導(dǎo)線是通過(guò)電鍍所形 成。至少一導(dǎo)電層是通過(guò)濺鍍所形成。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 圖2A至圖2E為根據(jù)本發(fā)明的工藝流程的示意圖。 圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切口問(wèn)題的電子顯微鏡(SEM)示意圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明的金導(dǎo)線的電子顯微鏡(SEM)示意圖。 圖4A為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)金導(dǎo)線及切口的電子顯微鏡(SEM)示意圖。 圖5為根據(jù)本發(fā)明的厚度控制目的的電子顯微鏡(SEM)示意圖。 圖6為根據(jù)本發(fā)明的側(cè)壁控制目的的電子顯微鏡(SEM)示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
基板100、保護(hù)層130、至少一圖案化金屬層210、 212、 214、光阻 層216、底層218、導(dǎo)線219
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的以上目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將于閱讀底下詳細(xì)說(shuō)明以及圖示之 后變得更明顯。
本發(fā)明將配合其較佳實(shí)施例與附圖詳述于下。應(yīng)可理解，本發(fā)明中的 較佳實(shí)施例僅用以說(shuō)明，而非用以限定本發(fā)明。此外，除文中的較佳實(shí)施例外，本發(fā)明亦可廣泛應(yīng)用于其它實(shí)施例，并且本發(fā)明并不限定于任何實(shí) 施例，而應(yīng)視所附的權(quán)利要求而定。
如圖1所示，接線(導(dǎo)線)結(jié)構(gòu)包含至少一圖案化金屬層210、 212及 214形成于一基板(基底或?qū)?100之上。一底層218形成于上述多重層之上。 然后，導(dǎo)線219形成于底層218之上。 一保護(hù)層130圍繞導(dǎo)線219的上表 面及側(cè)壁。在一實(shí)施例中，基板100為半導(dǎo)體基底或由絕緣材料構(gòu)成的任 一底層。金屬層210、 212及214的材料包括鈦、銅。底層218包括鎳、 金或鉑。根據(jù)本發(fā)明的一觀點(diǎn)，保護(hù)層包括錫、金、銀或鎳，且其是通過(guò) 無(wú)電鍍工藝所形成。
在一例子中，圖1結(jié)構(gòu)的形成方法顯示于圖2A。提供一半導(dǎo)體基底 100。多重金屬層210、 212及214依序形成于基底100之上。在一實(shí)施例 中，多重金屬層是由三明治結(jié)構(gòu)鈦/銅/鈦210、 212及214所構(gòu)成。形成多 重金屬層210、 212及214的方法可以選擇電鍍。較佳地，多重金屬層210、 212及214可以通過(guò)濺鍍方法形成。之后，光阻層216形成于多重金屬層 210、 212及214之上，接下來(lái)，通過(guò)微影工藝以圖案化光阻層216以得到 預(yù)定圖案。
上層鈦214經(jīng)由圖案化光阻層216而裸露，然后蝕刻以裸露銅層212， 接著通過(guò)電鍍鎳/銅而形成導(dǎo)線219或通過(guò)電鍍金/銅而形成具有層218及 219的雙層結(jié)構(gòu)，如圖2B所示。然后，去除光阻層216以裸露留下之上 層鈦214，如圖2C所示。
之后，保護(hù)層130形成以圍繞導(dǎo)線包括層218及219之上表面及側(cè)壁。 舉例而言，層218可以為鎳、金或鉑。在一實(shí)施例中，保護(hù)層130包括錫、 金、銀或鎳，且其是通過(guò)無(wú)電鍍工藝所形成。舉例而言，基底浸沒(méi)于包含 上述材料，例如錫，之化學(xué)溶液中，上述化學(xué)溶液將與銅起反應(yīng)，并且因 此形成保護(hù)層。從上述可知，本發(fā)明為免電鍍工藝(或無(wú)電鍍工藝)，如圖 2D所示。接下來(lái)，如圖2E所示，鈦/銅/鈦結(jié)構(gòu)經(jīng)由披覆有保護(hù)層的導(dǎo)線 結(jié)構(gòu)而裸露，并且通過(guò)濕式蝕刻而剝除，此濕式蝕刻是通過(guò)氯氨銅
(CU(NH3)4C12)或蘇打硫酸鈉溶液的次硫酸鹽完成。
本發(fā)明可以控制銅的厚度，其意味著導(dǎo)線的厚度是通過(guò)電鍍而得到控 制，如圖5所示，其顯示先前厚度可以通過(guò)本發(fā)明而得到控制。現(xiàn)有技術(shù)
7的側(cè)壁侵蝕(erosion)問(wèn)題可以通過(guò)保護(hù)層而消除之，如圖5及圖6所示。 圖4A是顯示根據(jù)本發(fā)明的無(wú)金導(dǎo)線及切口的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括高可靠度、避免滲錫、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)通過(guò)化學(xué)免電鍍 工藝方法形成以取代電鍍工藝，結(jié)果可以免去電鍍工藝，并且免電鍍工藝 錫是通過(guò)浸沒(méi)步驟形成以保護(hù)導(dǎo)線。尺寸與線寬為可控制的，并且導(dǎo)線的 側(cè)壁將不會(huì)遭受蝕刻溶液的侵蝕。
若保護(hù)層為金或銀等高導(dǎo)電性，其適用于高頻率的射頻產(chǎn)品。由于利 用免電鍍工藝因而降低成本。工藝可以與目前現(xiàn)有設(shè)備兼容，無(wú)需額外的 設(shè)備。工藝可以廣泛地用于半導(dǎo)體工業(yè)及組裝以符合未來(lái)的需求。
如本文所敘述，提供不同的方法及結(jié)構(gòu)，以充分利用無(wú)電鍍工藝以形 成不同形狀及尺寸的導(dǎo)線?？梢酝ㄟ^(guò)上述方法所制造的不同的結(jié)構(gòu)亦己經(jīng) 提出。此處所公開(kāi)的方法可以用于制作導(dǎo)線，其被發(fā)現(xiàn)可以增進(jìn)某些特性。 這些不同的特征，單獨(dú)或者是其組合被發(fā)現(xiàn)于封裝可靠度及壽命上具有深 刻的、有益地效果。
本發(fā)明以較佳實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明所主張的專 利權(quán)利范圍。其專利保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求及其等同領(lǐng)域而定。凡 熟悉此領(lǐng)域的技藝者，在不脫離本專利精神或范圍內(nèi)，所作的更動(dòng)或潤(rùn)飾， 均屬于本發(fā)明所揭示精神下所完成的等效改變或設(shè)計(jì)，且應(yīng)包含在權(quán)利要 求內(nèi)。
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權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含一基板；至少一圖案化導(dǎo)電層，形成于該基板之上；一導(dǎo)線，形成于該至少一圖案化導(dǎo)電層之上；以及一保護(hù)層，圍繞該導(dǎo)線的上表面及側(cè)壁以避免蝕刻所產(chǎn)生的切口問(wèn)題。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含 一底層形成于該導(dǎo)線之下。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)線 包括金或銅。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該至少 一圖案化導(dǎo)電層包括至少鈦/銅。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該保護(hù) 層包括無(wú)電鍍錫、金、銀或鎳。
6. —種形成半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包含 提供一基板；形成至少一導(dǎo)電層于該基板之上；圖案化一光阻層于該至少一導(dǎo)電層之上以裸露該至少一導(dǎo)電層的上 層；蝕刻該上層；形成一底層于該蝕刻至少一導(dǎo)電層之上； 形成一導(dǎo)線于該底層之上； 移除該光阻層；以及形成一保護(hù)層，圍繞該導(dǎo)線的上表面及側(cè)壁以避免蝕刻所產(chǎn)生的切口 問(wèn)題。
7. 如權(quán)利要求6所述的形成半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于，該底層包括鎳、金或鉑。
8. 如權(quán)利要求6所述的形成半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于，該導(dǎo)線包括金或銅。
9. 如權(quán)利要求6所述的形成半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該至少一導(dǎo)電層包括至少鈦/銅/鈦。
10. 如權(quán)利要求6所述的形成半導(dǎo)體元件的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在 于，該保護(hù)層是由無(wú)電鍍錫、金、銀或鎳所形成。
全文摘要
本發(fā)明為一種導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其形成方法，包含一基板；至少一圖案化導(dǎo)電層形成于基板之上；一導(dǎo)線，形成于至少一圖案化導(dǎo)電層之上；一保護(hù)層，圍繞導(dǎo)線的上表面及側(cè)壁以避免蝕刻所產(chǎn)生的切口問(wèn)題。上述結(jié)構(gòu)還包括一底層形成于導(dǎo)線之下。底層包括鎳、銅或鉑。導(dǎo)線包括金或銅。至少一圖案化導(dǎo)電層包括至少鈦/銅。保護(hù)層包括無(wú)電鍍錫、金、銀或鎳。
文檔編號(hào)H01L23/522GK101488489SQ20091000251
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者胡玉山, 胡迪群, 陳明志 申請(qǐng)人:育霈科技股份有限公司