形成低应力多层金属化结构和无铅焊料端电极的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于制造焊盘结构的技术。方法包括提供衬底。在衬底上方形成金属盘和钝化层。钝化层包括一开口以暴露金属盘的一部分。至少在金属盘的暴露部分上方沉积第一膜。在第一膜上方沉积第二膜。在衬底上方沉积光刻胶层，并且在光刻胶层中金属盘的所述部分正上方形成沟槽。在沟槽中第二膜的上方电镀第一层，并且在沟槽中第一层的上方电镀阻挡层。在沟槽中阻挡层的上方电镀包括锡的端电极。去除光刻胶层。此外，本方法包括进行刻蚀，以去除位于预定区域之外的第二膜和第一膜。然后回流端电极。阻挡层通过避免锡从端电极到第一层的扩散，防止在第一层附近形成金属间化合物。在具体实施例中，第一层包括包括镍的阻挡层下方的应力释放铜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路及其用于半导体器件制造的工艺。更具体地，本专利技术提供用于制造用于先进集成电路器件的焊盘结构的方法和结构，然而应该认识到本专利技术具有更加广泛的可应用性。
技术介绍
集成电路已经从制造在单个硅芯片上的少数的互连器件发展到数百万个器件。传统集成电路提供的性能和复杂度已远远超过了当初的想象。为了实现复杂度和电路密度(即，能够被安置到给定芯片面积上的器件的数量)的提高，对于每一代集成电路，最小器件线宽的尺寸(也被称为器件“几何”)变得越来越小。不断增大的电路密度不仅已提高了集成电路的复杂度和性能，而且也为客户提供了更低成本的部件。集成电路或者芯片制造工厂可能花费成百上千万，甚至十几亿美元。每一制造工厂将具有一定的晶片生产量，而每片晶片上将会有一定数量的集成电路。因此，通过制造更小的集成电路个体器件，更多的器件可以被制造在每一个晶片上，这样就可以增加制造工厂的产量。要使器件更小是很有挑战性的，因为每一种用于集成制造的工艺都存在限制。那也就是说，一种给定的工艺通常只能加工到某一特定的线宽尺寸，于是不是工艺就是器件布局需要被改变。此外，随着器件要求越来越快速的设计，工艺限制就伴随某些传统的工艺和材料而存在。这样的工艺的示例是集成电路器件的焊盘结构的制造。这样的焊盘传统上已经变得越来越小，并且占据硅基板面中的更小的区域。虽然已经有了明显的改进，但是焊盘结构的设计仍然具有许多限制。仅仅作为示例，这些设计必须变得越来越小，但是仍然要提供足够的机械(键合)强度。但是，传统的焊盘设计常常存在质量和可靠性问题，特别是具有无铅端电极(或者焊料凸点)的设计。在传统焊盘设计中铜和锡的通常的共存促进了不希望的诸如Cu3Sn之类的金属间化合物的形成。这些金属间化合物的出现可以产生空洞，由此降低焊接的完整性。在本说明书中，更具体地在下文中将更加详细地描述这些和其他的限制。从上面看出，用于处理半导体器件的改进技术是所希望的。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了涉及集成电路和其用于半导体器件制造的处理的技术。更具体地，本专利技术提供用于制造用于先进集成电路器件的焊盘结构的方法和结构。然而，应该认识到本专利技术具有更加广泛的可应用性。在一个具体实施例中，本专利技术提供了一种用于制造焊盘结构的方法。提供一个衬底。接着，在所述衬底上方形成金属盘和钝化层。钝化层包括一个开口，以暴露所述金属盘的一部分。至少在所述金属盘的所述暴露部分上方沉积第一膜。在所述第一膜上方沉积第二膜。在所述结构表面上方沉积一光刻胶层，并且利用掩模，在所述光刻胶层中所述金属盘的暴露部分正上方形成一个沟槽。在所述沟槽中所述第二膜的上方电镀第一层，并且在所述沟槽中所述第一层的上方电镀(可以包括镍的)阻挡层。在所述沟槽中所述阻挡层的上方电镀一端电极，所述端电极包括锡。去除所述光刻胶层。此外，本方法包括进行刻蚀，以去除位于预定区域之外的第二膜和第一膜。然后回流所述端电极。所述阻挡层通过避免锡从所述端电极到所述第一层的扩散，防止在所述第一层附近形成金属间化合物。在另一实施例中，本专利技术提供了一种集成电路器件。该集成电路器件包括一个衬底；至少一个金属盘，形成在所述衬底上；以及一钝化层，具有围绕所述至少一个金属盘形成的开口。该器件还包括多层凸点下金属化(UBM)结构(也称为球限制金属化(BLM)结构)，耦合到所述至少一个金属盘。所述UBM结构包括一铬PVD薄膜；所述铬PVD薄膜上方的一铜PVD薄膜；所述铜PVD薄膜上方的一电镀铜层；以及电镀铜层上方的电镀镍层。一个包括锡的端电极被耦合到所述凸点下金属化结构。所述电镀镍层通过避免锡从所述端电极到所述铜层的扩散，防止在所述铜层附近形成金属间化合物。在另一个实施例中，提供了一种用于制造焊盘结构的方法。所述方法包括提供一个衬底。在所述衬底上方形成至少一个金属盘和一钝化层。所述钝化层包括开口以暴露所述至少一个金属盘的一部分。至少在所述至少一个金属盘的所述暴露部分上方沉积一粘附层。接着，在所述粘附层上方沉积润湿传导层；并且在表面上方沉积一光刻胶层。利用掩模，在所述光刻胶层中所述金属盘的一部分的正上方形成沟槽。在具体的实施例中，所述沟槽的周界限定出与所述至少一个金属盘的边界相一致的区域。在所述沟槽中所述润湿传导层的上方电镀一铜层。在所述沟槽中所述铜层的上方电镀一阻挡层。此外，在所述沟槽中所述阻挡层的上方电镀一端电极，所述端电极包括锡。去除所述光刻胶层。通过刻蚀，去除位于所述区域外部的所述润湿传导层和所述粘附层。回流所述端电极。所述阻挡层通过避免锡从所述端电极到所述铜层的扩散，防止在所述铜层附近形成金属间化合物。较传统技术，通过本专利技术获得了的很多优点。例如，本技术为使用依赖于传统技术的工艺提供了便利。在一些实施例中，本方法提供了一种焊盘结构。此外，本方法提供了与传统工艺技术兼容而不用对传统设备和工艺进行实质修改的工艺。依据实施例，可以获得这些优点中的一个或多个。这些优点或其他优点将在本说明书全文中并且更具体地在下文中，进行更多的描述。参考后面的详细说明和附图，可以更全面地了解本专利技术的各种其他目的、特征和优点。附图说明图1示出了根据本专利技术一个实施例制造焊盘结构的方法；图2A-2G是示出了根据本专利技术一个实施例在制造过程中焊盘结构的横截面视图的简化图；和图3是示出了根据本专利技术一个实施例的焊盘结构的横截面视图的简化图。具体实施例方式根据本专利技术，提供了涉及集成电路和其用于半导体器件制造的处理的技术。更具体地，本专利技术提供用于制造用于先进集成电路器件的焊盘结构的方法和结构。然而，应该认识到本专利技术具有更加广泛的可应用性。图1示出了根据本专利技术一个实施例制造焊盘结构的简化方法。方法100包括下面的工艺1.工艺102，提供衬底。2.工艺104，在衬底上方形成金属盘。3.工艺106，在衬底上方形成钝化层。该钝化层具有开口，以暴露金属盘的一部分。4.工艺107，采用交流溅射(radio frequency sputter)蚀刻以去除所述金属盘上的所自然形成的氧化层。5.工艺108，至少在金属盘的暴露部分的上方沉积第一膜。在具体的实施例中，第一模是包括铬的PVD薄膜。6.工艺110，至少在金属盘的所述部分的上方沉积第二膜。在具体的实施例中，第二膜是包括铜的PVD薄膜。7.工艺112，在衬底上方沉积光刻胶层。8.工艺114，利用光刻工艺，在光刻胶中金属层区域的所述部分的正上方形成(图案化)沟槽。9.工艺115，采用等离子除渣蚀刻(plasma descum etch)以去除沟槽中的光刻胶残留。10.工艺116，在沟槽中第二膜的上方电镀第一层。在具体实施例中，第一层包括铜。11.工艺118，在沟槽中铜层的上方电镀阻挡层。在具体实施例中，阻挡层包括镍。12.工艺120，在沟槽中阻挡层的上方电镀端电极。在具体实施例中，端电极包括锡。13工艺122，去除光刻胶层。14.工艺124，进行刻蚀，以去除沉积于预定区域之外的第二膜。15.工艺126，进行刻蚀，以去除沉积于该区域外部的第一膜。在一些实施例中，工艺124和126可以被合并。16.工艺128，回流端电极。上述顺序的工艺提供了根据本专利技术一个实施例的方法。还可以提供许多其他可供选择的方法，其中在不背离这里的权利要求的范围的情况下，加入某些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造焊盘结构的方法，所述方法包括：提供一个衬底；在所述衬底上方形成一个金属盘；在所述衬底上方形成一钝化层，所述钝化层具有一个开口以暴露所述金属盘的一部分；采用交流溅射蚀刻以去除所述金属盘上的氧化层；　 　至少在所述金属盘的所述暴露部分上方沉积包括铬的一个第一ＰＶＤ薄膜；在所述第一ＰＶＤ薄膜上方沉积包括铜的一个第二ＰＶＤ薄膜；在所述衬底上方沉积一光刻胶层；利用掩模，在所述光刻胶层中至少所述金属盘的一部分上方形成一 个沟槽；采用等离子除渣蚀刻以去除沟槽中的光刻胶残留；在所述沟槽中所述第二ＰＶＤ薄膜的上方电镀包括铜的一个第一层；在所述沟槽中所述第一层的上方电镀包括镍的阻挡层；在所述沟槽中所述阻挡层的上方电镀一端电极，所述端 电极包括锡；去除所述光刻胶层；进行刻蚀，以去除位于一个区域之外的所述第二ＰＶＤ薄膜；进行刻蚀，以去除位于所述区域之外的所述第一ＰＶＤ薄膜；以及回流所述端电极，其中，所述阻挡层通过避免锡从所述端电极到所 述第一层的扩散，防止在所述第一层附近形成金属间化合物。...

【技术特征摘要】
1.一种用于制造焊盘结构的方法，所述方法包括提供一个衬底；在所述衬底上方形成一个金属盘；在所述衬底上方形成一钝化层，所述钝化层具有一个开口以暴露所述金属盘的一部分；采用交流溅射蚀刻以去除所述金属盘上的氧化层；至少在所述金属盘的所述暴露部分上方沉积包括铬的一个第一PVD薄膜；在所述第一PVD薄膜上方沉积包括铜的一个第二PVD薄膜；在所述衬底上方沉积一光刻胶层；利用掩模，在所述光刻胶层中至少所述金属盘的一部分上方形成一个沟槽；采用等离子除渣蚀刻以去除沟槽中的光刻胶残留；在所述沟槽中所述第二PVD薄膜的上方电镀包括铜的一个第一层；在所述沟槽中所述第一层的上方电镀包括镍的阻挡层；在所述沟槽中所述阻挡层的上方电镀一端电极，所述端电极包括锡；去除所述光刻胶层；进行刻蚀，以去除位于一个区域之外的所述第二PVD薄膜；进行刻蚀，以去除位于所述区域之外的所述第一PVD薄膜；以及回流所述端电极，其中，所述阻挡层通过避免锡从所述端电极到所述第一层的扩散，防止在所述第一层附近形成金属间化合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属间化合物是无Cu3Sn的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述端电极还包括银。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是半导体衬底、电介质层和掺氟硅酸盐玻璃层中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其中通过溅射沉积完成所述第一PVD薄膜的沉积。6.根据权利要求1所述的方法，其中通过溅射沉积完成所述第二PVD薄膜的沉积。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一PVD薄膜的厚度为从约500埃到约1000埃的范围。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二PVD薄膜的厚度为从约2000埃到约4000埃的范围。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二PVD薄膜的厚度为所述第一PVD薄膜的厚度的至少约两倍。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层的厚度为从约0.2微米到约0.8微米的范围。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻挡层的厚度为从约2微米到约6微米的范围。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻挡层的厚度大于所述第一层的厚度。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属盘包括铝。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述钝化层包括氧氮化硅材料、氧化硅材料或者氮化硅材料中的至少一种。15.一种用于制造焊盘结构的方法，所述方法包括提供一个衬底；在所述衬底上方形成至少一个金属盘；在所述衬底上方形成一钝化层，所述钝化层具有开口以暴露所述至少一个金属盘的一部分；采用交流溅射蚀刻以去除所述金属盘上的氧化层；至少在所述至少一个金属盘的所述暴露部分上方沉积一粘附层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王津洲，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]