專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，且特別是涉及一種金屬凸塊的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片的工藝中，如晶體管的集成電路裝置形成于半導(dǎo)體基材的表面。隨后，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)形成于集成電路裝置上。金屬凸塊形成于半導(dǎo)體芯片的表面上，以使集成電路能形成通路。圖1及圖2顯示金屬凸塊的制造中間階段的剖面圖。參見圖1，凸塊下金屬 (under-bump metallurgy,UBM)層104形成于金屬墊102上并與其接觸。凸塊下金屬層104 包含鈦層106及位于鈦層106上的銅晶種層108。金屬凸塊110形成于凸塊下金屬層104 上。參見圖2，由濕蝕刻移除凸塊下金屬層104的暴露部分?？捎^察到的是，由于鈦層106 的橫向蝕刻，凸塊下金屬110的下方具有底切(undercuts) 112。底切112的寬度Wl可達(dá)約 3μπι。因此，金屬凸塊110可能會自金屬墊102剝離，造成金屬凸塊工藝的良率不佳。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括提供一基材；形成一凸塊下金屬層，其包含一位于此基材上的阻擋層及一位于此阻擋層上的晶種層；形成一掩模于此凸塊下金屬層上，其中此掩模覆蓋此凸塊下金屬層的第一部分，并借由此掩模中的開口暴露出此凸塊下金屬層的第二部分，且其中此凸塊下金屬層包含一阻擋層部分及一晶種層部分；形成一金屬凸塊于此開口中及此凸塊下金屬層的第二部分上；移除此掩模；進(jìn)行一濕蝕刻以移除此晶種層部分；以及進(jìn)行一干蝕刻以移除此阻擋層部分。本發(fā)明亦提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含提供一基材；形成一金屬墊于此基材上；形成一保護(hù)層于此金屬墊上；形成一鈦?zhàn)钃鯇佑诖吮Ｗo(hù)層上并延伸進(jìn)入此保護(hù)層的開口中，以與此金屬墊接觸；形成一銅晶種層于此鈦?zhàn)钃鯇由?；形成一掩模于此銅晶種層上，其中此掩模覆蓋此銅晶種層的第一部分，且其中此銅晶種層的第二部分未由此掩模所覆蓋；進(jìn)行一電鍍工藝，以形成一金屬凸塊于此銅晶種層的第二部分上；移除此掩模， 以暴露出此銅晶種層的第一部分；進(jìn)行一濕蝕刻，移除此銅晶種層的第一部分，以暴露出一部分的此鈦?zhàn)钃鯇?；以及進(jìn)行一等離子體輔助干蝕刻，以移除此部分的此鈦?zhàn)钃鯇?。本發(fā)明更提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含提供一基材；形成一第一金屬線及一第二金屬線于此基材上；形成一保護(hù)層于此第一及此第二金屬線上；形成一鈦?zhàn)钃鯇佑诖吮Ｗo(hù)層上并延伸進(jìn)入此保護(hù)層的開口中，以與此第一及此第二金屬線接觸；形成一銅晶種層于此鈦?zhàn)钃鯇由希恍纬梢谎谀Ｓ诖算~晶種層上，其中此掩模覆蓋此銅晶種層的第一部分，且其中此銅晶種層的第二部分未由此掩模所覆蓋；形成一重分布線于此銅晶種層的第二部分上并與其相接觸；移除此掩模，以暴露出此晶種層的第一部分；進(jìn)行一濕蝕刻， 以移除此銅晶種層的第一部分并暴露出一部分的此鈦?zhàn)钃鯇樱灰约斑M(jìn)行一等離子體輔助干蝕刻，以移除此部分的鈦?zhàn)钃鯇印?br> 本發(fā)明的實(shí)施例，可顯著地降低阻擋層40的底切至Iym或更小。實(shí)驗(yàn)中，在控制良好的工藝下，可實(shí)質(zhì)上消除底切。因此，隨著由底切所造成的剝離現(xiàn)象減少，金屬凸塊工藝及重分布線工藝的可靠度可具有顯著地進(jìn)步。為讓本 發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1及圖2顯示為傳統(tǒng)工藝中金屬凸塊的制造中間階段的剖面圖。圖3 圖8顯示為依照本發(fā)明一實(shí)施例的金屬凸塊的制造中間階段的剖面圖。圖9 圖12顯示為依照本發(fā)明另一實(shí)施例的金屬墊及重分布線的制造中間階段的剖面圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下2 晶片10 基材12 內(nèi)連線結(jié)構(gòu)14 半導(dǎo)體裝置28 金屬墊30 保護(hù)層40 阻擋層42 晶種層42A 晶種層的第一部分42B 晶種層的第二部分45 開口 46 掩模50 金屬凸塊52 附加層53 金屬線53A 金屬線
53B 金屬線53C 金屬線54 開口 54A 開口54B 開口 54C 開口56 金屬墊58 重分布線62 介電層102 金屬墊104 凸塊下金屬層106 鈦層108 銅晶種層110 金屬凸塊112 底切
具體實(shí)施例方式本發(fā)明接下來將詳加討論各種的實(shí)施例的制造及使用。值得注意的是，本發(fā)明所提供的這些實(shí)施例僅提供本發(fā)明的發(fā)明概念，且其可以寬廣的形式應(yīng)用于各種特定情況下。在此所討論的實(shí)施例僅用于舉例說明，并非以各種形式限制本發(fā)明。依照本發(fā)明的一實(shí)施例，所提供的是一種新穎的金屬凸塊的制造方法，其有效減少金屬凸塊下方的凸塊下金屬的底切。并且，亦提供此實(shí)施例的各種制造中間階段及其變化例。在本說明書的各圖示及所舉的實(shí)施例中，相似符號代表相似元件。參見圖3，其顯示有一晶片2，此晶片2可包含基材10。在一實(shí)施例中，基材10為半導(dǎo)體基材10，例如硅基材，或可包含其他半導(dǎo)體材料，例如鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或其類似物。例如晶體管的半導(dǎo)體裝置可形成于基材10的表面。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)12形成于基材10上，并包含金屬線及通孔(未顯示)形成于其中，及與半導(dǎo)體裝置14電性連接。金屬線及通孔可由銅或銅合金形成，且可使用公知的鑲嵌工藝形成。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)12可包含層間介電層 (ILD)及金屬間介電層(IMD)。在另一實(shí)施例中，晶片2可為轉(zhuǎn)接晶片(interposer wafer) 或封裝基材的晶片，且實(shí)質(zhì)上未含如晶體管、電阻、電容、電感等集成電路裝置形成于其中。 在某些實(shí)施例中，基材10可由半導(dǎo)體材料或介電材料形成，例如氧化硅。金屬墊28形成于內(nèi)連線結(jié)構(gòu)12上。金屬墊28可包含鋁、銅、銀、金、鎳、鎢、前述的合金或前述的多層結(jié)構(gòu)。金屬墊28可與半導(dǎo)體裝置14電性連接，例如透過底下的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)12做電性連接?？尚纬杀Ｗo(hù)層30用以覆蓋金屬墊28的邊緣部分。在一實(shí)施例中，保護(hù)層30由聚亞酰胺或其他公知介電材料(例如氧化硅、氧化氮及 前述的多層結(jié)構(gòu))形成。參見圖4，毯覆式形成凸塊下金屬，其可包含阻擋層40及晶種層42。阻擋層40延伸至保護(hù)層30的開口中并與金屬墊28相接觸。阻擋層40可為鈦層、氮化鈦層、鉭層或氮化鉭層。晶種層42的材料可包含銅或銅合金，因此，在此后的晶種層42又可稱為銅晶種層。 然而，晶種層42亦可包含其他金屬，例如銀、鋁或前述的組合。在一實(shí)施例中，使用物理氣相沉積或其他沉積方法來形成阻擋層40及晶種層42。阻擋層40的厚度可為約500 A至約 2000 A。晶種層42的厚度可為約1000 A至約10000 A，亦或可為其他厚度。圖5顯示為掩模46的形成，其可由例如光致抗蝕劑或干膜形成。掩模46是已經(jīng)圖案化，晶種層42的第一部分42A經(jīng)由掩模46中的開口 45暴露于外，但晶種層42的第二部分42B仍由掩模46所覆蓋。接著，將晶片2置于電鍍?nèi)芤?未顯示)中并進(jìn)行電鍍(plating)步驟，以在晶種層42的第一部分42A上及開口 45中形成金屬凸塊50。電 IJl (plating)(electro-plating)(electroless-plating) (immersion plating)或其類似方法。在一實(shí)施例中，金屬凸塊50為銅凸塊。在另一實(shí)施例中，金屬凸塊50為焊料凸塊，其可由錫銀合金、錫銀銅合金或其類似物形成，且可包含鉛或不包含鉛。在金屬凸塊50為銅凸塊的實(shí)施例中，可形成附加層(additional layer) 52于金屬凸塊50的表面上，附加層52可例如為焊料帽(solder cap)、鎳層、鈀層、金層、前述的合金及/或前述的多層結(jié)構(gòu)。再者，附加層可在隨后將掩模移除(如圖6所示的移除步驟) 之前或之后形成。在形成金屬凸塊50之后，移除掩模46，并暴露出先前由掩模46所覆蓋的凸塊下金屬40/42的部分(包含銅的部分46B)。所形成的結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖7顯示使用例如濕蝕刻的各向同性蝕刻移除晶種層42的部分42B。在晶種層42 為銅晶種層的實(shí)施例中，蝕刻劑可包含氯化銨銅(Cu(NH3)Cl2)、氨(NH3)及氯化銨(NH4Cl)。 或者，蝕刻劑可包含稀磷酸及過氧化氫。在晶種層42移除之后，暴露出部分的阻擋層40。參見第8圖，使用各項(xiàng)異性蝕刻移除阻擋層40的暴露部分。在一實(shí)施例中，各項(xiàng)異性蝕刻為等離子體輔助干蝕刻(dry etch with plasma turned on)(如箭頭所示)。在阻擋層40為鈦層的實(shí)施例中，蝕刻氣體可包含以氟為主的氣體，例如四氟化碳(CF4)及三氟化碳(CHF3)。因此，反應(yīng)式可為如下所示Ti+F- — TiFx (式 1)其中χ為例如1、2的整數(shù)。所產(chǎn)生的氣體TiFx自反應(yīng)腔室移除。在另一實(shí)施例中，阻擋層40的蝕刻氣體可包含以氯為主的氣體，例如氯氣、或以氯為主的氣體及以氟為主的氣體的混合。蝕刻氣體的壓力可為約Imtorr至約lOOmtorr，且優(yōu)選為約lOmtorr。當(dāng)阻擋層40的厚度為約1000A時，蝕刻工藝需約數(shù)分鐘。 圖9至圖12顯示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的剖面圖。除特別指明，此實(shí)施例中與圖3至圖8的實(shí)施例中的相似符號代表相似元件。參見圖9，晶片2包含金屬線(或金屬墊)53(包含53A、53B及53C)，其可為銅、鋁、銅鋁合金或其他合適金屬。形成保護(hù)層30以覆蓋金屬線53。接著，形成開口 54 (54A、54B、54C)于保護(hù)層30中，并借由開口 54暴露出金屬線53。參見圖10，毯覆式形成凸塊下金屬40/42。凸塊下金屬40/42的材料與工藝大致上與第3至8所示的實(shí)施例相同，其中阻擋層40可為鈦層，且晶種層42可為銅層。凸塊下金屬40/42延伸至開口 54中以與金屬線53接觸。接著，形成掩模46并作圖案化以形成開口，以此開口暴露出凸塊下金屬40/42。金屬墊56及重分布線58接著形成于掩模46的開口中，例如以電鍍方式形成。在一實(shí)施例中，金屬墊56及重分布線58由銅或銅合金形成。在圖11中，移除掩模46及晶種層42的暴露部分。例如，使用例如濕蝕刻的各項(xiàng)異性蝕刻來作移除。接著，如圖12所示，使用例如等離子體輔助干蝕刻(plasma assisted dry etch)來蝕刻阻擋層40。例如，可使用以氯為主的氣體及/或以氟為主的氣體來蝕刻阻擋層。所形成的結(jié)構(gòu)如圖12所示。圖12亦顯示介電層62的形成，例如，其可為由光致抗蝕劑形成的阻焊層。介電層 62覆蓋重分布線58，但部分的金屬墊56仍暴露于外。所形成的結(jié)構(gòu)中，金屬墊56可作為凸塊，以接合晶片2中的對應(yīng)芯片及封裝基材(未顯示)。重分布線58用以與金屬線53B 及53C內(nèi)連接，并用以導(dǎo)通金屬線53B及53C的間的信號。借由使用本發(fā)明所舉的實(shí)施例，可顯著地降低阻擋層40的底切(如果有，圖8及圖12)至Ιμπι或更小。實(shí)驗(yàn)中，在控制良好的工藝下，可實(shí)質(zhì)上消除底切。因此，隨著由底切所造成的剝離現(xiàn)象減少，金屬凸塊工藝及重分布線工藝的可靠度可具有顯著地進(jìn)步。雖然本發(fā)明已以數(shù)個優(yōu)選實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。再者，本發(fā)明的范圍并不限于說明書中所述的特定程序、機(jī)器、制造、物質(zhì)的組合、功能、方法或步驟的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將可依照本發(fā)明所揭示的現(xiàn)有或未來所發(fā)展的特定程序、機(jī)器、制造、物質(zhì)的組合、功能、方法或步驟達(dá)成相同的功能或相同的結(jié)果。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍包含這些程序、機(jī)器、制造、 物質(zhì)的組合、功能、方法或步驟。此外，本發(fā)明的各個保護(hù)范圍可視為各別的實(shí)施例，且各種保護(hù)范圍及實(shí)施例的組合亦在本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括 提供一基材；形成一凸塊下金屬層，其包含一位于該基材上的阻擋層及一位于該阻擋層上的晶種層；形成一掩模于該凸塊下金屬層上，其中該掩模覆蓋該凸塊下金屬層的第一部分，并借由該掩模中的開口暴露出該凸塊下金屬層的第二部分，且其中該凸塊下金屬層包含一阻擋層部分及一晶種層部分；形成一金屬凸塊于該開口中及該凸塊下金屬層的第二部分上； 移除該掩模；進(jìn)行一濕蝕刻以移除該晶種層部分；以及進(jìn)行一干蝕刻以移除該阻擋層部分。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該干蝕刻是以以氟為主的氣體作為蝕刻氣體，且該以氟為主的氣體基本上擇自四氟化碳、三氟化碳及前述的組合所組成的族群。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該干蝕刻是以以氯為主的氣體作為蝕刻氣體，且該以氯為主的氣體包含氯氣。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該金屬凸塊包含一蓋層形成于一銅凸塊上，且該蓋層包含至少一鎳層及一焊料層。
5.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含 提供一基材；形成一金屬墊于該基材上； 形成一保護(hù)層于該金屬墊上；形成一鈦?zhàn)钃鯇佑谠摫Ｗo(hù)層上并延伸進(jìn)入該保護(hù)層的開口中，以與該金屬墊接觸； 形成一銅晶種層于該鈦?zhàn)钃鯇由?；形成一掩模于該銅晶種層上，其中該掩模覆蓋該銅晶種層的第一部分，且其中該銅晶種層的第二部分未由該掩模所覆蓋；進(jìn)行一電鍍工藝，以形成一金屬凸塊于該銅晶種層的第二部分上； 移除該掩模，以暴露出該銅晶種層的第一部分；進(jìn)行一濕蝕刻，移除該銅晶種層的第一部分，以暴露出一部分的該鈦?zhàn)钃鯇樱灰约斑M(jìn)行一等離子體輔助干蝕刻，以移除該部分的該鈦?zhàn)钃鯇印?br> 6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該等離子體輔助干蝕刻使用以氟為主的氣體作為蝕刻氣體，且該以氟為主的氣體基本上擇自四氟化碳、三氟化碳及及前述的組合所組成的族群。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中該等離子體輔助干蝕刻使用以氯為主的氣體作為蝕刻氣體，且該以氯為主的氣體包含氯氣。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在進(jìn)行等離子體輔助干蝕刻的步驟的后，鈦?zhàn)钃鯇拥闹苯游挥诮饘偻箟K底下的底切的寬度小于約1 μ m。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含 提供一基材；形成一第一金屬線及一第二金屬線于該基材上； 形成一保護(hù)層于該第一及該第二金屬線上形成一鈦?zhàn)钃鯇佑谠摫Ｗo(hù)層上并延伸進(jìn)入該保護(hù)層的開口中，以與該第一及該第二金屬線接觸；形成一銅晶種層于該鈦?zhàn)钃鯇由?；形成一掩模于該銅晶種層上，其中該掩模覆蓋該銅晶種層的第一部分，且其中該銅晶種層的第二部分未由該掩模所覆蓋；形成一重分布線于該銅晶種層的第二部分上并與其相接觸； 移除該掩模，以暴露出該晶種層的第一部分；進(jìn)行一濕蝕刻，以移除該銅晶種層的第一部分并暴露出一部分的該鈦?zhàn)钃鯇樱灰约斑M(jìn)行一等離子體輔助干蝕刻，以移除該部分的鈦?zhàn)钃鯇印?br> 10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，更包含 在形成重分布線時，同時形成一金屬墊；以及形成一介電層以覆蓋該重分布線，其中該金屬墊的一部分未由該介電層所覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該方法包含形成含有阻擋層及晶種層于阻擋層上的凸塊下金屬層；及形成掩模于凸塊下金屬層上。掩模覆蓋凸塊下金屬層的第一部分，并借由掩模中的開口暴露出凸塊下金屬層的第二部分，其中凸塊下金屬層的第一部分包含阻擋層部分及晶種層部分。金屬凸塊形成于開口中及凸塊下金屬層的第二部分上。隨后，將掩模移除。進(jìn)行濕蝕刻以移除晶種層，及進(jìn)行干蝕刻以移除阻擋層。本發(fā)明的實(shí)施例，可顯著地降低阻擋層40的底切至1μm或更小。因此，隨著由底切所造成的剝離現(xiàn)象減少，金屬凸塊工藝及重分布線工藝的可靠度可具有顯著地進(jìn)步。
文檔編號H01L21/60GK102315175SQ20101055896
公開日2012年1月11日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者劉重希, 周孟緯, 郭宏瑞 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司