使用乾式刻蝕工藝以有效率地圖案化凸塊下金屬化層的技術的製作方法

2023-08-10 06:18:06

專利名稱：：使用乾式刻蝕工藝以有效率地圖案化凸塊下金屬化層的技術的製作方法
技術領域：
：本發明大體上系有關集成電路的'形成，且更特定的是，有關用於形成包括凸塊的接觸層之工藝流程，其中該接觸層系配置以提供接觸區域，以用於使適當形成的封裝件或載體基片直接地附接於承載一個或多個集成電路之晶粒(die)。技術背景在製造集成電路時，通常必須封裝晶片並且提供用於連接晶片電路與周邊的導腳(lead)及端子(terminal)。在某些封裝技術中，晶片、晶片封裝件或其它適當單元可藉由焊球(solderball)(由所謂的焊料凸塊(solderbump)形成)連接，該等焊球形成於該等單元中之至少一者的對應層上，本文中將該對應層稱之為接觸層，例如形成於微電子晶片的介電鈍化層(dielectricpassivationlayer)上。為了連接該微電子晶片與對應的載體(carrier)，要連接的兩個各別單元(亦即，包含例如多數集成電路的微電子晶片、與對應的封裝件)的表面上都形成有適當的墊(pad)配置以便在該等單元中之至少一者上，例如在該微電子晶片上，所設置的焊料凸塊經回焊(reflowing)之後使該兩個單元電性連接。在其它技術中，可能必須形成欲連接至對應配線(wire)的焊料凸塊，或可使該等焊料凸塊與作為散熱件(heatsink)的另一基片之對應墊區域接觸。因此，可能必須形成可分布於整個晶片區域上的大量焊料凸塊，藉以提供，舉例來說，現代微電子晶片所需的i/o能力，該等微電子晶片通常包括複雜的電路，例如微處理器及儲存電路等，及/或包括形成完整複雜電路系統的多數集成電路。為了在對應墊上設置數百個或數千個機械上固定良好的焊料凸塊，該等焊料凸塊的附接程序需要細心的設計，因為整個裝置可能只因為其中一焊料凸塊失效而變成無用。因為這個理由，一般都在該等焊料凸塊與包括該墊配置的下方基片或晶片之間設置一個或多個細心選擇的層。除了此重要的角色以外，這些界面層，在此亦稱為凸塊下金屬化層，可在賦予該焊料凸塊的充分機械黏著力給下方的墊及周圍的鈍化材料時擔任一角，該凸塊下金屬化必須符合有關擴散特性與電流傳導性的進一步必備條件。有關前面的議題，凸塊下金屬化層必須提供適當的擴散阻障物(diffusionbarrier)以防止焊料(經常為鉛(Pb)與錫(Sn)的混合物)攻擊該晶片的下方金屬化層並且藉以破壞或負面地影響彼等的功能性。再者，焊料(例如鉛)遷移至其它敏感的裝置區域，例如進入介電質，其中鉛的放射性衰變也可能顯著地影響該裝置效能，必須藉由該凸塊下金屬化而有效地予以抑制。有關電流傳導性，該凸塊下金屬化，其擔任該焊料凸塊與該晶片的下方金屬化層之間的互連件(interconnect)，必須展現不會不當地提高該金屬化墊/焊料凸塊系統的整體電阻之厚度及指定電阻。此外，該凸塊下金屬化將擔任該焊料凸塊材料電鍍期間的電流分布層。電鍍為目前較佳的沉積技術，因為焊料凸塊材料的物理氣相沉積，其在此技藝中也有使用，需要複雜的掩模技術以避免當掩模接觸到熱金屬蒸氣時該掩模的熱膨脹所引起的任何失準(misalignment)。再者，在該沉積工藝完成以後很難去除該金屬掩模而不損及該等焊墊(solderbad)，特別是當加工大片晶片或相鄰焊墊之間的間距(pitch)減小時。儘管掩模亦用於電鍍沉積方法中，但是此技術與氣化(evapomtion)方法不同之處在於該掩模系使用光微影法(photolithography)產生，藉以避免由物理氣相沉積技術引發之以上確認的問題。然而，電鍍需要黏附於(除了其上必須形成焊料凸塊的墊以外)主要為絕緣性的基片之連續及均勻的電流分布層。由此，該凸塊下金屬化也必須符合有關均勻電流分布的嚴苛設定束縛，因為在該鍍覆工藝的期間任何不均勻度都可能影響焊料凸塊及回焊該等焊料凸塊之後所得焊球的最終結構就例如高度不均勻性來看，其遂可轉變成最終獲得的電連接及其機械整合度的波動。在該等焊料凸塊形成之後，該凸塊下金屬化必須被圖案化以便電性絕緣個別的焊料凸塊彼此。凸塊下金屬化所得的島(island)，典型地藉由高度複雜的等向性(isotropic)刻蝕工藝獲得(該等刻蝕工藝包括利用複雜化學的溼式化學及/或電化學刻蝕程序)，也顯著地決定該等焊球的功能性及結構，因為該刻蝕化學可能導致該等焊料凸塊的底刻蝕(under-etching),該等焊料凸塊在該溼式化學刻蝕工藝的期間作為掩模。因此，不同程度的底刻蝕可能導致與各焊料凸塊相關聯之所得凸塊下金屬化島的不同大小，藉以顯著地影響回焊之後的焊球結構，因為該高度可溼性(highlywettable)凸塊下金屬化實質上決定該焊料的流動性質，並且從而決定該焊球之最終獲得的大小及因而其高度。再者，用於圖案化該凸塊下金屬化之一個或多個次層(sub-layer)，例如鈦鎢(TiW)層(由於就阻障及黏著的觀點來看有優異的特性所以其經常用作為形成於該介電材料上的第一層)，的溼式化學刻蝕工藝可展現與凸塊圖案有關的刻蝕速率。也就是說，該刻蝕速率可取決於各晶粒內的凸塊配置方式及在該基片上的個別晶粒之間的X-方向與Y-方向的距離。由此，有關實際上可用的凸塊配置方式，該與圖案有關的刻蝕速率可能加諸嚴苛的限制，藉以可能限制有關實際上可用的晶粒面積之晶粒的I/O能力及/或散熱。再者，有些溼式化學刻蝕工藝傾向與凸塊材料發生顯著地交互作用，其中該凸塊材料可能被去除及/或化學反應可能使凸塊材料轉變成不欲的化合物。因而，在該溼式化學刻蝕工藝之後、在該溼式化學刻蝕工藝的期間、或在用於去除任何不欲化合物的後繼清潔工藝的期間，可能損失顯著量的凸塊材料，此可能造成提高的製造成本，尤其是在使用昂貴的焊料時，例如具有低a衰變速率的錫/鉛。再者，由於該溼式刻蝕化學及刻蝕調製法(recipe)的複雜度，在該凸塊下金屬化之圖案化的期間可能需要先進的終點(endpoint)探測程序，因此額外地造成工藝複雜度。在有些例子中，該化學與該溼式化學刻蝕工藝所需的添加物之提供，及該溼式化學副產物的處理，也可能使整個圖案化工藝增加相當多成本，其中專用工藝工具的保養及佔地面積(floorspace)也可能代表重要的成本因子。綜觀以上說明的情況，就形成包括焊料凸塊的接觸層來說需要改良的技術，其中避免以上確認的問題之一者或多者或至少顯著地降低其效應。
發明內容下列代表本發明的簡化概要，為的是提供本發明部分形態的基本認識。此概要並非本發明的徹底概觀。其並非意欲確認本發明的關鍵或重要組件或描敘本發明的範圍。其唯一的目的在於以簡化的形態呈現一些概念，當作後續討論的更詳細說明的開頭。一般而言，本發明系關於形成微電子晶片的接觸層之技術，其適於藉由回焊(reflowing)形成於該接觸層上及中的凸塊，例如焊料凸塊(solderbiimp)，而直接地附接於對應的載體基片，其中用於圖案化凸塊下金屬化的工藝包含乾式刻蝕工藝，藉以提供用以避免經常用於傳統工藝流程的溼式化學刻蝕工藝中涉及的問題之一者或多者的潛力(potential)。再者，用於設計該接觸層的彈性的提高程度系藉由獨創性技術來提供，因為該圖案化工藝對於該等凸塊之圖案密度的依賴性由於基於等離子體之乾式刻蝕工藝所提供的優點而顯著地降低。因此，本發明提供用於節省製造成本及/或提高生產量及/或增進裝置效能的潛力。根據本發明之一個例示性具體例，一種方法包含在凸塊下金屬化層堆棧上所形成的多數凸塊存在的情況下，藉由電化學刻蝕工藝圖案化該凸塊下金屬化層堆棧的第一層。再者，藉由乾式刻蝕工藝圖案化該凸塊下金屬化層堆棧的第二層。根據本發明的另一個例示性具體例，一種方法包含提供基片，該基片具有形成於其上之至少有第一層與第二層的凸塊下金屬化層堆棧及形成於該凸塊下金屬化層堆棧上方.的多數凸塊。再者，圖案化該凸塊下金屬化層堆棧的該第一層以暴露出該第二層，並且接著清潔該暴露的第二層。最後，該方法包含乾式刻蝕該暴露的第二層，同時用該等凸塊當作刻蝕掩模。本發明可參照下列說明加上隨附的圖式而得到理解，其中相似的組件符號識別相似組件，而且其中第la至lf圖概略地顯示根據本發明的例示性具體例之用於圖案化凸塊下金屬化層的不同製造階段中的半導體裝置之斷面圖；及圖lg概略地顯示其上形成有多數晶粒的基片之頂視圖，彼等晶粒各自包含根據提高的設計彈性所引致的裝置特定要求而設置之多數焊料凸塊，該提高的設計彈性系由根據本發明的例示性具體例的乾式刻蝕工藝為基礎的圖案化工藝提供。儘管本發明易於實施各種不同的修飾及替代性形態，但是其具體例已藉由實例方式顯示於該等圖式中並且在本文中詳細地加以說明。然而，要了解特定具體例在此的說明'並非意欲將本發明限於所揭示的特定形態，而是相對地，本發明在於涵蓋落在後附申請專利範圍所界定之本發明的精神與範圍以內的所有修飾、等效例及替代例。具體實施方式本發明的例示性具體例說明於下。為求明確起見，本說明書中並未說明實際實施方式的所有特徵。當然鹹明白在任何此實際具體例的發展過程中，必須做許多特定實施的決定以達到開發者的指定目標，例如遵守系統相關及商業相關的限制，彼等都將隨一個個實施方式而改變。再者，鹹明白此開發的努力成果可能複雜並且耗時，儘管如此也都是單方面認知本揭示內容之普通熟悉此技藝者的日常工作。現在本發明將參照隨附的圖式加以說明。該等圖式中概略地描述各種的結構、系統及裝置僅為了達到解釋的目的且以便不致混淆本發明與熟於此技藝者眾所周知的細節。儘管如此，包括隨附的圖式係為了說明並且解釋本發明的例示性實施例。本文所用的單字及詞組應理解並且解釋為具有與熟悉相關技藝者所理解的那些單字及詞組一致的意義。本文中的術語及詞組前後一致的用途意欲暗示術語或詞組沒有特殊定義，亦即，與熟於此技藝者所了解的普通及慣用意義不同的定義。要是術語或片語意欲具有特殊的意義，亦即，熟於此技藝者所了解以外的意義，此特殊的意義將以直接地且明確地提供該術語或詞組的特殊意義的定義方式在本說明書中做明確地說明。大體上，本發明預期接觸層的形成，也就是說，在其中及上形成有多數凸塊(例如焊料凸塊)的層，該多數凸塊用於直接連接到適當的載體基片，藉由適當設計的乾式刻蝕工藝來代替凸塊下金屬化層圖案化期間的複雜溼式化學刻蝕工藝，藉以增進裝置效能並且降低製造成本。參照第la至lg圖，現在將更詳細地說明本發明的進一步例示性具體例。圖la概略地顯示進步製造階段中的半導體裝置100。該半導體裝置100包括基片101，其可代表主體(bulk)矽基片、絕緣體上覆矽(SOI)基片、或其上已形成有用於在其中及其上形成電路組件之一個或多個適當半導體層的任何其它載體。舉例來說，該基片101可代表其上已形成有矽/鍺層的適當載體、在指定位置具有不同結晶順向(crystallineorientation)的矽層，或該基片101可包含任何類型的II-VI族或m-v族半導體化合物。在特定的具體例中，該基片ioi可代表基於矽(silicon-based)的基片，因為其可用於高度複雜集成電路的形成，例如進步的微處理器、儲存裝置、ASIC(特殊應用IC)及可能包括用於電力應用的電路之組合式數字與模擬電路等。為求方便起見，圖la中並未顯示任何此等電路組件或其它微結構特徵。該基片101可包含接觸墊102，其可由任何適合金屬形成，例如銅、銅合金、鋁或任何彼等的組合。該接觸墊102代表提供電性及/或熱接觸給該基片101內設在下方的裝置區域之導熱及電區域。也就是說，該半導體裝置100可包含一個或多個「配線(wiring)」層或金屬化層，該等層提供個別電路組件的電與熱互連，其中設置該接觸墊102以扮作該一個或多個金屬化層與載體基片之間的「界面(interface)」，該界面提供連到該半導體裝置100之周邊的電性連接。形成於基片101及接觸墊102上分的為接觸層108，在此製造階段中該接觸層108包含可形成在該金屬化層的介電覆蓋層104上之圖案化的鈍化層103。該鈍化層103與該覆蓋層104可由任何適當的介電材料形成，其中在一特定具體例中，該鈍化層103可包含聚醯亞胺(polyimide)，然而，在其它例示性具體例中，可使用例如苯並環丁烯(benzocyclobutene)等的其它介電材料。形成於鈍化層103上方的為凸塊下金屬化層堆棧105，其在凸塊106(例如焊料凸塊、及導電性或非導電性黏著劑之凸塊等)存在的情況下被圖案化。為求方便起見，將該等凸塊106稱之為焊料凸塊，因為在許多例子中，該等凸塊106包含焊料。由此，在該凸塊下金屬化層堆棧105圖案化之後，將設置形成在個別凸塊下金屬化島上的多數電性絕緣焊料凸塊106。該凸塊下金屬化層堆棧105可包含具有不同材料組成的多數個別層，其中該層堆棧105至少包含形成在第二層105b上的第一層105a，該第二層105b依序地至少形成在該鈍化層103、該覆蓋層104及該接觸墊102的暴露部分上。如先前解釋的，就黏著力、擴散阻障效應、導熱性及導電性來看，該層堆棧105可包含多數個別層以提供所需的特性。因此，包括金、銀、銅、鉻、鈀、鉑及鴿等各式各樣的材料組成物可用於各種不同的組合中並且設置於不同的化合物中，其中個別層厚度也適當地適於裝置要求。在一個特定具體例中，該凸塊下金屬化層堆棧105的第二層105b包含鈦與鎢的組成物，就其優異的黏著力與擴散阻斷特性來看經常選用該組成物。在其它例示性具體例中，該第二層105b可包含鈦、鉭、鎢及這些金屬的任何合金，或這些金屬及其合金與氮及/或矽的任何化合物。該第一層105a可包括二個或更多個次層，該等次層具有結合該凸塊106的焊料而提供預期效應之材料組成物。在先進的應用中，經常可使用銅或銅合金(例如銅/鉻)充當一層或多層個別層以提供高的導熱性及導電性，然而，在一例示性具體例中，可額外地於該層105a中設置實質上純的銅層，以便在該焊料凸塊106當包括鉛與錫的混合物時回焊之後形成銅/錫相(phase:)。然而，要明白該第一層105a可由任何其它適當的導電性材料形成，取決於該焊料凸塊106的組成以提供預期的熱與電性特性。例如，金與其合金、銀與其合金、鉑與其合金、及其與氮及/或矽的化合物也都可使用。如圖la所示用於形成該半導體裝置100的典型工藝流程可包含下列工藝。根據己被接受的(well-established)工藝技術形成任何電路組件及其微結構特徵之後，可形成任何金屬化層以提供至各自個別的電路組件所需的層間(inter-level)與層內(intra-level)連接。在先進的應用中，可以埋在用於降低寄生電容的低-k介電材料中的高導電性金屬，例如銅或銅合金，為基礎來形成一個或多個金屬化層。接下來，可以已被接受的工藝技術為基礎在對應介電層中形成接觸墊102，例如充當最後金屬化層的組件，其中如先前解釋的，可使用眾所周知用於金屬化層之形成的相似工藝技術。舉例來說，可以己被接受的金屬鑲嵌(damascene)技術為基礎形成該接觸墊102，當該接觸墊102實質上包含銅或銅合金時。之後，可在該銅或銅合金之頂部上形成最終或最後的金屬層(未顯示)，例如鋁。之後，該覆蓋層104可以已被接受的等離子體強化化學氣相沉積(PECVD)技術為基礎而沉積並且可被圖案化，接著沉積及圖案化該最後金屬。然後，該鈍化層103的沉積可以旋塗(spin-on)技術及化學氣相沉積(CVD)技術等為基礎而執行。之後，該鈍化層103可藉由使用已被接受的光微影及刻蝕技術加以圖案化而形成暴露該接觸墊102的開口。接下來，該凸塊下金屬化層堆棧105可以已被接受的濺鍍沉積技術為基礎而形成。例如，該第二層105b可沉積為鈦鎢組成物，因為包含鈦及鎢之合金已被廣泛地用作為阻障層以保護各式各樣應用中的晶片部件。由於鈦鎢的性質，亦即，其導電性及有關例如鉛(Pb)及錫(Sn)原子擴散至該鈦鎢層下方區域的優異阻障性質，所以其為形成於該鈍化層103上的第二層105b之可行的候選物。在其它的具體例中，如以上解釋的其它材料可藉由濺鍍沈積或任何其它適當的沉積技術，例如CVD，而形成。之後，該第一層105a可例如以濺鍍沉積及電化學沉積(例如無電鍍覆)等為基礎而沉積。舉例來說，該第一層105a可包含形成於該第二層105b上的鉻/銅層，接著為實質上純的銅層。然而，應明白任何其它層組成及各種其它材料都可選用於該第一層105a。在凸塊下金屬化層堆棧105形成之後，藉由施加光阻層並且藉由己被接受的光微影及刻蝕技術圖案化該光阻層以形成開口而形成阻劑掩模(未顯示)，該開口的尺寸實質上相當於該焊料凸塊106的大小及形狀。之後，對該基片101進行電化學沉積工藝以形成具有指定材料組成的焊料凸塊106。舉例來說，可使用以含有硫酸鉛及硫酸錫的電解浴為基礎的電鍍工藝而在該阻劑掩模的開口中沉積鉛及錫。應明白該阻劑掩模中的開口內沉積的焊料量實質上決定最終獲得的焊球大小，所以在該凸塊下金屬化層堆棧105之後繼圖案化的期間此材料的任何去除都可能由於傳統溼式化學刻蝕工藝之橫跨基片的不均勻性而負面地影響最終獲得的焊球之均勻性。再者，在先進的應用中，可使用昂貴的鉛材料，其展現減少的放射性同位素(radioactiveisotope)數目，其可能導致敏感半導體裝置(例如儲存晶片及微處理器等)中非所欲的軟性錯誤(softerror)。因此，在後繼溼式化學工藝期間的顯著材料去除也可能造成製造成本，因為傳統技術中該焊料凸塊106之電化學沉積的期間最初提供的材料量可能必須列入考慮。以下將解釋，根據本發明藉由基於等離子體的乾式刻蝕技術之圖案化工藝，尤其是該第二層105b的圖案化工藝，可顯著地緩和傳統圖案化機構中焊料凸塊106之任何材料損失所加諸的任何限制。在該焊料凸塊106沉積之後，去除該阻劑掩模並且對該裝置100進行圖案化工藝107，在一個例示性具體例中，該圖案化工藝107系設成在該焊料凸塊106存在的情況下用於圖案化該第一層105a的電化學去除工藝。舉例來說，該第一層105a，其可包含二個或更多個次層，可由銅、鉻或其任何組成物形成，可用於彼之己被認可的電化學刻蝕工藝為此技藝中眾所周知者。為達此目的，可使該裝置100與適當的電解液接觸，該電解液包括，除了其它成分及添加物以外，第一層105a的對應金屬硫酸根離子，以便在該第一層105a的暴露部分(扮作陽極)到陰極(未顯示)之間建立電流，同時實質上避免焊料凸塊106的材料去除，因為此金屬比該第一層105a的金屬更不貴重。在其它的具體例中，該圖案化工藝107可以適當的溼式化學為基礎而執行為溼式化學刻蝕工藝。在又其它的具體例中，該圖案化工藝107可包括基於等離子體的刻蝕工藝，該基於等離子體的刻蝕工藝利用適用於去除該第一層105a的材料或諸材料的化學來執行。圖lb概略地顯示在製造階段中的半導體裝置100，其中該圖案化工藝107可已從該裝置100的暴露部分去除該第一層105a的重要部分，其中，取決於該工藝107，個別的底刻蝕(under-etch)區域105u可能已形成為該第二層105b與在其周圍的焊料凸塊106之間的間隙(gap)。再者，在該圖案化工藝107的期間，呈粒子等形式的汙染物可形成或沉積在該層105a及/或105b上，取決於該圖案化工藝107的過程。如圖lb所示，該第一層105a的暴露部分系實質上被去除，同時粒子109可能已形成或可能己沉積在暴露的第二層105b之部分上。該等粒子109，其可能例如包含鉛或錫及其可能典型地在該第一層105a圖案化完成之後仍留在該第二層105b上，可能導致後繼乾式刻蝕工藝中的陰影效應(shadowingeffect)。因為這些粒子109的去除可能在用於圖案化第二層105b的後繼乾式刻蝕圖案化工藝之基於等離子體的刻蝕化學中不被有效地達成，所以執行額外的清潔工藝110以去除該等粒子109或至少顯著地降低其數目。否則，相鄰焊料凸塊106之間的絕緣距離可能被縮減，因而提高該裝置100之凸塊短缺及功能失效之可能性。再者，當該裝置100系以該等焊料凸塊106為基礎附接於對應的載體基片且其餘空間系實質上用底部填充(underfm)材料填充時，該等粒子109可能不利地影響任何底部填充材料對該鈍化層103的黏著力。然而，該個別的底部填充材料對該下方鈍化層103的黏著力降低可能造成該等焊料凸塊106的疲乏裂損(fatiguecrack)並且因此導致該裝置100的功能失效。再者，如圖lb可見到的，該等底刻蝕區域105u可能己在該圖案化工藝107的期間形成，由於例如電化學刻蝕工藝的等向性本質，所以任何殘餘物，例如在此間隙中第二層105b上的粒子109，都可在該凸塊106形成為對應焊球的回焊工藝期間扮作用於該焊料凸塊材料的額外潤溼區域(wettingarea)，其中該第一層105a，亦即，其未被去除的部分，扮作實質上決定要形成的焊球的最終尺寸之潤溼層(wettinglayer)。由此，該等底刻蝕區域105u中的任何殘餘物都可能導致不均勻性並且從而導致個別焊球的非圓形形狀，因而危害個別晶粒區域內及橫跨整個基片101的共平面及凸塊高度分布。該等焊球的高度的任何顯著不均勻性都可能造成對該載體基片的對應接觸墊降低的接觸，或降低高度的焊球可能甚至無法形成與個別接觸墊的接觸。因此，清潔工藝110系設計以有效地去除或至少顯著地降低該等粒子109的數目。為達此目的，在二個例示性具體例中，該清潔工藝110可包含呈原地清潔程序的方式在該圖案化工藝107期間或結束時執行的一個或多個次步驟。舉例來說，在例示性具體例中，該圖案化工藝107系設計成電化學刻蝕工藝，並且該圖案化工藝107可接著對應地被修飾而包括藉由個別手段，如傳統電鍍及電刻蝕工具中經常設置的，例如刷子等，之橫跨該基片表面的快速清掃(sweep)。該快速清掃操作可在維持用於去除該第一層105a的材料之電化學刻蝕工藝之電流的情況下執行。再者，可利用不連續的電流流動執行一個或多個清掃操作，藉以亦有效地去除可能已沉積在相鄰焊料凸塊106之間的粒子109。在一個例示性具體例中，額外地或替代性地，執行至少一個進一步的清潔步驟，其中去離子水在適當高壓下導向該裝置100以進一步增進該清潔工藝110的效率。應明白任何其它的清潔步驟，例如在任何適當液體(例如去離子水等)存在的情況下刷洗或清掃該裝置100的暴露表面，都可使用。再者，施加去離子水可藉由加入適當設計配置的噴嘴(jet)之任何適當的裝置來執行，以便以高效率的方式釋放及/或去除該等粒子109。在一個例示性具體例中，該清潔工藝110可包含可在原地與該圖案化工藝107的一個或多個清潔步驟，例如有及沒有電流的清掃操作，並且也可包含一個或多個進一步的清潔步驟，例如高壓去離子水程序，其可在單獨的工藝工具中執行。圖lc概略地顯示在該清潔工藝110的此種單獨清潔步驟期間的半導體裝置100，在彼期間將去離子水供應至該裝置100的暴露表面部分。在此製造階段中，執行高壓去離子水衝洗程序110a，所以，結合例如在前述圖案化工藝107的期間可能已經視需要地執行的任何前述清潔步驟，該等粒子109系實質上被去除，藉以製備用於第二層105b的基於等離子體的圖案化工藝之裝置100。圖ld概略地顯示在更進步的製造階段中(亦即，在第二層105b的圖案化期間)的半導體裝置100。在此製造階段中，對該裝置100進行乾式刻蝕工藝lll，其系設成有效地去除第二層105b的材料，在一個例示性具體例中，該第二層105b的材料包含鈦及鎢，而在其它的具體例中，可使用如上指定的其它材料組成物。該基於等離子體的刻蝕工藝111可以含氟的化學為基礎而執行，其中可使用前驅物氣體，例如SF6、CF4、CHF3及NF3等以提供用於與該第二層105b的材料起反應之刻蝕工藝111的個別化學成分。在一個例示性具體例中，該工藝111的刻蝕環境(ambient)系建立以亦包含物理成分，亦即與該層105b的材料產生交互作用的成分及/或與實質上由離子轟擊及濺鍍效應弓I發之基於氟的化學反應之任何副產物，藉以實質上避免該第二層105b的任何自身鈍化作用，若該圖案化工藝111中只使用化學成分，亦即基於氟的化學，就可能發生該作用。在一個例示性具體例中，添加氧至該反應性基於氟的氣氛以提供該圖案化工藝111的物理成分。舉例來說，該圖案化工藝111的適合環境可在使用流速分別地為大約50至200seem及100至300seem之基於氧及氟的前驅物，例如以上確認的氣體中之一者，配合流速為大約700至1500seem之例如氫及氮等的載體氣體之任何適當的傳統刻蝕工具中建立。在此，可使用標準工藝室設計用之大約300至2000瓦的射頻功率，其中該基片101的溫度可維持在大約100至30(TC而且該刻蝕環境的總壓可在大約0.1至5.0託爾(Torr)的範圍。然而，其它工藝參數可依以上的教導為基礎，根據該第二層105b的指定材料組成，而建立。應明白該基於等離子體的圖案化工藝111與用於圖案化該第二層105b的傳統溼式化學刻蝕工藝相比，顯然與焊料凸塊106的圖案密度及幾何配置較不相關。因此，在去除該層105b時獲得該工藝111之高度橫跨基片的均勻性，藉以緩和與該接觸層108的設計有關而且與該配置(亦即在該基片101上形成的整個晶粒區域之x與y方向的距離)有關的任何限制，如將參照圖lg所作的更詳細解釋。再者，由於該基於等離子體的刻蝕工藝111的適度地高方向性，所以獲得高的刻蝕精確度(fidelity)並且圖案化該第二層105b至實質上對應於該焊料凸塊106，該焊料凸塊106扮作刻蝕掩模藉以避免該焊料凸塊106的過度底刻蝕。此外，該圖案化工藝111對該焊料凸塊106的材料展現顯著降低的去除速率，如同先前參照該清潔工藝110所指示的，因為該基於氟的化學可能無法有效地去除基於鉛及錫的焊料。因此，與傳統技術相比可增進回焊之後該焊料凸塊106的高度均勻性，因而改良該裝置100的可靠度及生產量。在該圖案化工藝111的最後階段時，該鈍化層103逐漸地暴露出來，其中在該工藝111的沉積氣氛中可能逐漸地遇到從該鈍化層103釋放的副產物。在一個例示性具體例中，該鈍化層103可包含聚醯亞胺，其可能導致揮發性成分產生，例如氰化物(CN)，其可作為有效的終點探測指示劑，因為激發的(excited)氰化物分子具有在386/388奈米(nm)顯著的放射波長。這些波長可藉由如傳統刻蝕工具中典型裝設的光學終點探測系統(未顯示)而有效地加以探測且監視。因此，該圖案化工藝111可根據從氰化物分子獲得的終點探測訊號而予以停止，藉以實質上避免從該鈍化層103之任何過度的材料去除。在其它的具體例中，該鈍化層103可使用不同的材料，例如苯並環丁烯，所以可識別其它的光學波長來用於適當的終點探測訊號。對應的光學終點探測訊號可以多數試驗(testmn)為基礎而加以識別，其中可藉由該工藝111刻蝕一個或多個材料層，並且可監視光學訊號的特定帶寬(bandwidth)，其可能包括紅外線及紫外線波長，以便從彼識別一個或多個適當的個別波長或識別適當的波長範圍。在其它的具體例中，在該工藝111的期間可監視指定的波長區域，例如大約500至800奈米的區域，其中在此波長間隔中顯著的強度下降可能指示該鈍化層103逐漸暴露出來。在其它的例子中，可識別且可追蹤在以上指定的波長範圍內的顯著射線(line)，以便可靠地探測強度的顯著下降，然後可使用彼來判定該圖案化工藝lll的適當終點。如圖ld所示，在該工藝lll的期間及之後，該鈍化層103的暴露區域上可形成一層或多數區域的碳霧(carbonhaze)112。圖le概略地顯示在用於去除該碳霧112的等離子體處理113期間的半導體裝置100。該等離子體處理113可被設計成基於氧的等離子體處理，其可根據用於在鈦鉤凸塊下金屬化層的溼式化學圖案化之後去除碳霧的傳統工藝流程中所使用的工藝調製法。在一個例示性具體例中，該等離子體處理113可結合該圖案化工藝111，所以這兩個工藝步驟可在原地執行，其中在探測並且判定該圖案化工藝111的終點之後，修改對應的刻蝕環境以便呈現該等離子體處理113的環境。也就是說，在判定該圖案化工藝lll的終點之後，就可中斷不再需要的那些前驅物氣體的供應，同時伴隨適當的射頻功率而提供例如氧及任何載體氣體等的其它氣體。再者，可調整其它的工藝參數，例如基片溫度及壓力等，以可靠地去除該碳霧112，同時避免在該焊料凸塊106與該鈍化層103處的過度材料去除。為達此目的，在一個例示性具體例中，可導入進一步的終點探測程序以可靠地識別用於中斷該等離子體處理113的適當點。例如，可使用一氧化碳或二氧化碳的一個或多個顯著的放射波長來識別該等離子體處理113的終點。例如，只要從該裝置100的暴露區域有效地去除碳霧，在氧等離子體處理的期間就可形成碳氧化物。在一個或多個指定波長的強度有顯著的下降之後，就可選擇適當的時間點來終止該等離子體處理113。然而，在其它的例子中，可識別其它的揮發性材料，其使得可進行該等離子體處理113的有效光學終點探測。舉例來說，用於有效地去除該碳霧112之利用氧或任何其它物種的轟擊期間所產生的其它揮發性副產物可以對應的放射射線為基礎而加以識別，然後可以該放射射線當作適當的終點探測訊號。對應的終點探測訊號可以就該鈍化層103及/或就該等離子體處理113的不同工藝條件，利用不同材料執行的試驗為基礎而加以識別。在圖If中，顯示在更進步的製造階段中的半導體裝置100。在此，對該裝置100進行進一步的清潔程序114，其系設計以便去除來自利用基於氟的化學而執行的前述圖案化工藝111之殘餘物。為達此目的，該裝置100可利用適當的溼式化學品化學而洗淨，例如稀釋的酸等，其中在一個例示性具體例中，該工藝114可執行為在任何適當傳統工藝工具的溼式剝斷strip)工藝室中在原地的工藝，而在其它的具體例中可在用於施加一種或多種適當化學品的噴灑或浸漬工具中執行對應的工藝順序，其中可執行一個或多個衝洗工藝。之後，可依傳統的方式持續進行進一步的加工，也就是說，必要的話，該焊料凸塊106可藉由回焊該焊料而形成為焊球，其中該焊料凸塊106的材料可藉由在該第一層105a上的表面張力而縮回(retract)，該層也可與該回焊的焊料形成化合物或合金。因為前述的圖案化工藝，也就是說，特別是該基於等離子體的圖案化工藝lll，對於該焊料凸塊106的材料展現顯著降低的去除速率，-所以可顯著地降低製造成本，特別是在使用非常昂貴的輻射降低的鉛(lead)時，同時另一方面可達成所得焊料凸塊的改良高度均勻性。圖lg概略地顯示該基片101的頂視圖，其包含多數晶粒120，彼等各自可包括一個或多個半導體裝置100，該半導體裝置100的形成參照第la至lf圖加以說明。由此，該等晶粒區域120，以格柵狀數組(grid-likearray)配置並且標示在x-方向與y-方向具有相鄰晶粒區域120之間的對應距離，各自包含多數焊料凸塊106。該多數焊料凸塊106可根據裝置特定要求而非溼式化學圖案化工藝加諸的任何限制而分布於各晶粒區域120上，如同以上說明的傳統技術之例子一樣。如先前解釋的，該基於等離子體的圖案化工藝113實質上與該多數焊料凸塊106配置所用的圖案類型無關，並且實質上與該等焊料凸塊106的指定大小及形狀無關。因此，該多數焊料凸塊106的配置可根據有關電性、熱及機械考量的限制而選擇，所以就設計該接觸層108的結構來說獲得增進的彈性。因此，除了增進的設計彈性以外還可獲得增進的裝置效能，因為設計者可配置該等焊料凸塊，所以，例如，訊號出錯可被改善及/或在高開關活動部分的散熱得藉由提供提高密度的焊料凸塊等而增進。再者，在x-方向與y-方向個別晶粒區域120之間的距離可根據其它裝置及工藝的要求而選擇，藉以可能能提高每個基片的晶粒數目。結果，本發明提供用於圖案化凸塊下金屬化層堆棧的改良技術，其中至少藉由乾式刻蝕工藝來圖案化接觸該鈍化層的層，藉以避免用於圖案化該對應凸塊下金屬化層的高度複雜溼式化學刻蝕工藝中涉及的許多問題。在例示性具體例中，此層經常以鈦鎢層的形式設置，其可能需要高度複雜的溼式化學刻蝕工藝，該工藝由於刻蝕殘餘物(例如傳統溼式化學刻蝕工藝所產生的分離鈦鎢環)而導致提高的製造成本並且普通的生產量，該刻蝕殘餘物遂可能造成降低的焊球高度均勻性。用於最後凸塊下金屬化層之基於等離子體的圖案化工藝對於圖案密度及凸塊大小展現顯著降低的相依性，藉以能有增進的設計彈性而更有效地將裝置的特定要求列入考量，例如該等焊料凸塊的電性、熱及機械特性。另一方面，該基於等離子體的刻蝕工藝的任何面積相依效應(areadependenteffect),例如暴露的鈦/轉材料或該最後凸塊下金屬化層之任何其它材料的量，都可藉由對應地調整該基於等離子體的刻蝕調製法(例如藉由對應地調整總工藝時間)而輕易地列入考量，其中可使用高效率終點探測程序來可靠地終止該基於等離子體的圖案化工藝。由此，就通常控制及監視傳統刻蝕工藝所涉及的分析程序來看，結合降低效力有關之高度複雜溼式化學刻蝕工藝習慣上所需的化學品可獲得顯著的成本節省。再者，藉由使用該基於等離子體的圖案化工藝獲得大體上減短的工藝時間。再者，由於在傳統技術中可能取決於凸塊結構及凸塊大小之刻蝕速率變化的降低，一般可更精確地形成焊料凸塊，因而最終導致焊球對於晶粒有更可操控的黏著力。再者，因為該基於等離子體的圖案化工藝實質上與凸塊大小、配置及凸塊間距無關，所以可達成進一步的裝置尺寸縮放(scaling)，其中該凸塊間距及該凸塊大小可被縮小，以便適用於未來的裝置世代。以上所揭示的特定具體例僅為例示性，因為本發明可以對單方面認知本文教導之熟於此藝者為顯而易見之不同但等效的方式作修改並實施。舉例來說，以上說明的工藝步驟可依不同的順序而執行。再者，除了以下申請專利範圍所說明的以外、不欲限制本文所示的結構或設計之細節。因此顯然地以上所揭示的特定具體例可加以改變或修飾，而且所有此等變化都視為在本發明的範圍與精神以內。因此，本文尋求保護的部分如以下申請專利範圍所提出。權利要求1、一種方法，包含在凸塊下金屬化層堆疊(105)上所形成的多個凸塊(106)存在的情況下，通過電化學刻蝕工藝(107)圖案化所述的凸塊下金屬化層堆疊(105)的第一層(105A)；及通過乾式刻蝕工藝(111)圖案化所述的凸塊下金屬化層堆疊(105)的第二層(105B)。2、如權利要求1所述的方法，進一步包含在圖案化所述的第二層(105B)之前先清潔(110)所述的第二層(105B)。3、如權利要求2所述的方法，其中清潔(110)所述的第二層(105B)包含從所述的第二層(105B)去除粒子(109)。4、如權利要求3所述的方法，其中清潔(110)所述的第二層(105B)至少包含在所述的電化學刻蝕工藝(107)的期間執行的第一清潔工藝(110)及在所述的電化學刻蝕工藝(107)之後執行的第二溼式清潔工藝(110A)。5、如權利要求l所述的方法，其中圖案化所述的第二層(105B)包含建立等離子體環境，所述的等離子體環境包含用於轟擊所述的第二層的化學反應性成分及物理成分。6、如權利要求1所述的方法，進一步包含在圖案化所述的第二層(105B)之後執行等離子體清潔工藝(113)，以從所述的凸塊下金屬化層堆疊(105)下方的鈍化層(103)去除碳殘餘物(112)。7、如權利要求6所述的方法，進一步包含光學地探測所述的等離子體清潔工藝(113)的終點。8、如權利要求l所述的方法，進一步包含執行用於去除前述乾式刻蝕工藝(111)的副產物的溼式化學清潔工藝(114)。9、如權利要求1所述的方法，其中，圖案化所述的第二層(105B)，進一步包括當使用所述的凸塊(106)作為刻蝕掩模時，乾式刻蝕(111)所述的暴露的第二層(105B)。10、如權利要求l所述的方法，進一步包含乾式刻蝕(111)的光學探測。11、如權利要求10所述的方法，進一步包含確定通過刻蝕進入下方鈍化層(103)所形成的至少一個揮發性成分的適當監視波長。全文摘要藉由以乾式刻蝕工藝(111)為基礎圖案化凸塊下金屬化層(underbumpmetallizationlayer)堆棧(105)，與涉及高度複雜的溼式化學刻蝕工藝之傳統技術相比可達到顯著的優點。在特定的具體例中，凸塊下金屬化層堆棧(105)的鈦鎢層或任何其它適當最後層(lastlayer)(105B)可以使用基於氟(fluorine-based)的化學及作為物理成分的氧之等離子體刻蝕工藝(107)為基礎加以刻蝕。再者，適當的清潔工藝(110、113)可在該基於等離子體(107)的圖案化工藝之前或之後執行以去除粒子(109)及殘餘物(112)。文檔編號H01L23/485GK101248521SQ200680027850公開日2008年8月20日申請日期2006年7月20日優先權日2005年7月29日發明者A·普拉茨,F·屈興邁斯特,G·容尼克爾,K·修瑞申請人:先進微裝置公司