[發(fā)明專利]形成焊料連接的方法及其結構

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780019207.1
• 申請日: 2007-06-08
• 公開（公告）號: CN101454885A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發(fā)明（設計）人: T·H·道本皮克;J·P·岡比諾;C·D·穆西;沃爾夫岡·索特
• 申請（專利權）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: H01L21/44
• 分類號: H01L21/44
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 屠長存

技術領域

[0001]本發(fā)明涉及一種在半導體器件上形成焊料連接的方法，且更加具體地，涉及一種形成焊料連接同時限制或者消除在下面的一個或多個層上的底切的方法和產生裝置。

背景技術

[0002]半導體器件上的焊料連接包括包含幾種金屬的材料，該焊料連接包括焊料塊本身，該焊料塊通常包括基于錫或鉛的低熔點金屬合金或者金屬混合物。較不明顯的是在焊料塊的下面的材料，該材料橋接焊料塊和第一金屬化接觸之間的導電連接，其中該第一金屬化接觸形成在半導體器件的流水線處理的后段。這些塊下材料(UBM)也被稱為球限制冶金(BLM)層，因為它們形成了焊料塊的基礎且僅在其中存在球限制金屬的區(qū)域保持焊料材料。

[0003]在一個現有方法中，在使用C4(受控熔塌芯片連接)作為蝕刻掩模進行C4噴鍍之后，對濺射的BLM膜的難熔疊層進行濕蝕刻。對于無鉛(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以形成金屬間化合的CuSn阻擋層，其對于無鉛或少鉛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的相互擴散，且同時Cu用作導電層以增強鎳的電鍍。

[0004]當對銅和下面的膜進行濕蝕刻時(使用焊料塊和/或鎳阻擋層作為蝕刻掩模)，出現塊下腐蝕或者底切的問題。該濕蝕刻底切是可變的，且具有在BLM和C4之間的接合分界面處減少BLM占用面積的效果。該塊下腐蝕能夠達到用于金屬接觸的橫向損失空間的多達10μm的尺寸。這由此降低了塊連接的潛在的完整性。

[0005]隨著半導體器件變得更小，也需要更小的焊料連接。在此情況下，隨著C4間距變得更小，由于每個邊緣相對一致的底切對最終總體C4結構的完整性具有更大的威脅，因此關于最終C4結構的可靠性和實用性工藝控制變得更為關鍵。并且，應當理解隨著半導體器件變得更小，到達了其中10μm的底切是不可接受的且其將會顯著地惡化器件性能的程度。

[0007]因此，在現有技術中存在克服上述不足和限制的需要。

發(fā)明內容

[0008]在本發(fā)明的第一方面中，一種方法包括，淀積第一含金屬層到溝槽結構中，該溝槽結構接觸半導體結構的金屬化區(qū)域。該方法進一步包括在抗蝕劑中對第一含金屬層圖案化至少一個開口。該開口應該和溝槽結構對準。在至少一個開口內至少形成襯墊含金屬層(padmetal?containing?layer)(優(yōu)選地通過電鍍處理)。蝕刻該抗蝕劑和抗蝕劑下面的第一金屬層(在實施例中，利用第二金屬層作為掩模)。該方法包括在蝕刻處理之后將焊料材料流入溝槽內并流到襯墊含金屬層上。

[0009]在另外的實施例中，該方法包括在第一金屬層下形成鈍化層并在鈍化區(qū)域中形成開口以形成溝槽結構。該鈍化層包括氮化硅、二氧化硅和聚酰亞胺中的至少其中之一。第一含金屬層包括鉭、鈦和鈦鎢合金中的至少其中之一。可在提供焊料之后進行該蝕刻。通過物理氣相淀積來淀積第一含金屬層。

[0010]第二含金屬層包括銅，且可以通過電鍍來淀積該第二含金屬層。襯墊含金屬層的厚度在大約1μm到大約2μm之間。通過抗蝕劑圖案來控制第二金屬層的縱向尺寸。在其中在銅之上使用Ni-BLM襯墊/阻擋頂層的情況下，通過電鍍來淀積銅和阻擋層。

[0011]如果使用焊料鍍處理，在蝕刻抗蝕劑之前將焊料材料放置在溝槽結構中。在這種情況下，在剝離去除抗蝕劑之后，焊料材料用作蝕刻第一含金屬層的掩模。然而，如果使用物理焊料轉移處理，在焊料轉移之前剝去抗蝕劑掩模。在該焊料轉移情況中，首先剝去抗蝕劑掩模并隨后使用Cu或者Cu+阻擋層作為掩模對Cu之下的BLM層進行濕蝕刻或者RIE′d(反應性離子蝕刻)。該焊料材料包括無鉛的含錫材料或者鉛焊料。

[0012]BLM基層的蝕刻優(yōu)選地包括反應性離子蝕刻且通過襯墊含金屬層的縱向尺寸確定在流動之后的焊料連接的縱向尺寸。在蝕刻之后，剩余的第一含金屬層和襯墊含金屬層形成球限制冶金(BLM)層。

[0013]焊料的流動包括由包括焊料材料的鑄模形成的大量的焊料連接。襯墊含金屬層在蝕刻期間用作掩模。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。

附圖說明

[0015]圖1a到1f示出了根據本發(fā)明的實施例的工藝步驟；且

[0016]圖1c′和1d′示出了根據本發(fā)明的可選的工藝步驟。

具體實施方式