[發(fā)明專利]具有含鈷的側(cè)壁保護(hù)層的銅柱

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110194230.2
• 申請(qǐng)日: 2011-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN102456651A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃見翎;林正怡;劉重希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/488
• 分類號(hào): H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 北京德恒律師事務(wù)所 11306
• 代理人: 陸鑫;高雪琴

交叉引用

本申請(qǐng)要求2010年10月18日提交的，申請(qǐng)?zhí)枮?1/394,038的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并將其結(jié)合于此作為參考。

本申請(qǐng)是涉及2010年7月26日提交的，申請(qǐng)?zhí)枮?2/843,760的美國專利申請(qǐng)的共同申請(qǐng)，將其結(jié)合于此作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及集成電路制造以及，更具體地，涉及集成電路器件中的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

倒裝芯片封裝利用凸塊建立芯片的輸入/輸出(I/O)焊盤和襯底或封裝的引線框架之間的電接觸。在結(jié)構(gòu)上，凸塊結(jié)構(gòu)包括凸塊和位于該凸塊和I/O焊盤之間的所謂的凸塊下金屬層(UBM)。UBM通常包括接合層、勢(shì)壘層以及浸潤層，它們按此順序布置在I/O焊盤上。基于凸塊本身使用的材料，將其歸類為焊料凸塊、金制凸塊、銅(Cu)柱凸塊和使用混合金屬的凸塊。近來，提出了銅互連柱技術(shù)。取代使用焊接凸塊，用過使用銅柱使電子元件與襯底連接。與焊接凸塊技術(shù)相比，銅柱凸塊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微小間距具有最小概率的凸塊橋接，減小電路的電容負(fù)載，并且使得電子元件能夠以高頻率運(yùn)行。對(duì)于保護(hù)凸塊結(jié)構(gòu)和連接電子元件，焊接合金仍然是必要的。

銅柱凸塊倒裝芯片組件具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)更好的熱/電性能，(2)更高的載流量，(3)更好的阻抗電遷移，從而使凸塊壽命更長，(4)最小化成形縮孔-在銅柱凸塊之間具有更多的連續(xù)溝槽。而且，通過使用有可控可焊性、消除了無鉛淚滴設(shè)計(jì)的銅柱能夠降低襯底成本。當(dāng)前工藝采用具有開口的光阻層，并且在該光阻層的開口中形成具有金屬層罩保護(hù)的銅柱。不過，在光刻剝離工藝之前和/或之后，金屬層罩的形成經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致缺陷。此外，在制造工藝期間，銅有被氧化的趨勢(shì)。被氧化的銅柱會(huì)導(dǎo)致電子元件與襯底間的粘附性較低。由于高泄漏電流，低粘附性會(huì)引起嚴(yán)重的可靠性問題。被氧化的銅柱還會(huì)導(dǎo)致沿底層材料和銅柱的接觸面的底層開裂。該開裂會(huì)擴(kuò)散至下層的低介電常數(shù)(低k)絕緣層或擴(kuò)散至用于將銅柱和襯底相接合的焊料。

因此，需要一種側(cè)壁保護(hù)層以防止銅氧化，傳統(tǒng)的處理銅柱側(cè)壁的方法具有高成本和界面分層問題。當(dāng)前，采用浸錫(Sn)工藝提供在銅柱側(cè)壁上的錫層，不過仍然存在工藝成本、浸錫層的厚度局限性、Sn和底層填料之間的粘附性、以及側(cè)壁上的焊料潤濕性問題和焊料過冷的影響等問題，這對(duì)于新一代芯片的微小間距封裝技術(shù)仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種集成電路器件，包括：半導(dǎo)體襯底；凸塊下金屬層(UBM)層，疊加在所述半導(dǎo)體襯底上；在所述UBM層上的導(dǎo)電柱；以及鈷氧化層，在所述導(dǎo)電柱的側(cè)壁表面上。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路器件，進(jìn)一步包括疊加在所述導(dǎo)電柱上的焊料層，其中所述焊料層包括鈷(Co)元素。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路器件，其中所述焊料層包括無鉛焊料層。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路器件，進(jìn)一步包括在所述導(dǎo)電柱和所述焊料層之間的金屬保護(hù)層。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路器件，其中所述金屬氧化層延伸以覆蓋所述金屬保護(hù)層的側(cè)壁表面。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路器件，其中所述金屬保護(hù)層包括鎳。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路器件，其中所述導(dǎo)電柱是銅柱。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種封裝組件，包括：第一襯底，所述第一襯底包括凸塊結(jié)構(gòu)；第二襯底，與所述第一襯底連接；以及接合焊料層，在所述第二襯底和所述第一襯底的凸塊結(jié)構(gòu)之間；其中所述凸塊結(jié)構(gòu)包括金屬柱和在所述金屬柱的側(cè)壁表面上的鈷氧化層。

根據(jù)本發(fā)明所述的封裝組件，其中所述接合焊料層包括鈷(Co)元素。

根據(jù)本發(fā)明所述的封裝組件，其中所述凸塊結(jié)構(gòu)包括在所述導(dǎo)電柱和所述接合焊料層之間的金屬保護(hù)層。

根據(jù)本發(fā)明所述的封裝組件，其中所述鈷氧化層延伸以覆蓋所述金屬保護(hù)層的側(cè)壁表面。

根據(jù)本發(fā)明所述的封裝組件，其中所述金屬保護(hù)層包括鎳。

根據(jù)本發(fā)明所述的封裝組件，其中所述金屬柱是銅柱。

根據(jù)本發(fā)明所述的封裝組件，其中所述第二襯底包括導(dǎo)電跡線，所述導(dǎo)電跡線與所述凸塊結(jié)構(gòu)重疊以形成跡線上凸塊互連。