電結構及其形成方法
2023-05-07 07:48:36 1
專利名稱：電結構及其形成方法
技術領域：
本發明涉及電連接結構及相關形成方法。
背景技術：
連接到另外電結構的電結構可能不包括結構上足夠的連接。因此，需要將電結構連接到另外電結構的，包括結構上足夠的連接的裝置。
發明內容
本發明提供形成電結構的方法，包括提供襯底，其包括在襯底的體積部分中形成的第一導電盤和第二導電盤，以及在所述襯底的表面，所述第一導電盤的表面，以及所述第二導電盤的表面上方的第一介電層；在所述第一介電層中形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔處於所述第一導電盤的所述表面的一部分的上方，所述第二通孔處於所述第二導電盤的所述表面的一部分的上方；在所述第一介電層的表面上方以及在所述第一通孔和所述第二通孔中形成金屬層；在所述金屬層的表面上方形成第二介電層；去除所述第二介電層的第一部分，第二部分，以及第三部分，從所述第一通孔上方和內部去除所述第一部分，從所述第二通孔上方和內部去除第二部分，以及從所述第一通孔和所述第二通孔之間去除所述第三部分；在所述第一通孔和所述第二通孔中，在所述金屬層的所述表面的一部分的上方，以及在去除所述第二介電層的所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分之後留下的所述第二介電層表面的上方形成焊球受限金屬化層；在所述焊球受限金屬化層的上方形成光刻膠層；通過去除位於所述第一通孔內部和上方的，以及在所述焊球受限金屬化層的所述表面的一部分的上方橫向平行延伸的所述光刻膠層的第一部分，在所述光刻膠層中形成第一開口；通過去除位於所述第二通孔內部和上方的，以及在所述焊球受限金屬化層的所述表面的一部分的上方橫向平行延伸的所述光刻膠層的第二部分，在所述光刻膠層中形成第二開口；以及在所述第一開口中形成第一焊料結構，以及在所述第二開口中形成第二焊料結構。
本發明提供電結構，包括襯底，包括在襯底的體積部分中形成的第一導電盤和第二導電盤；在所述襯底的表面，所述第一導電盤的表面，以及所述第二導電盤的表面上方的第一介電層；在所述第一介電層中的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位於所述第一導電盤的所述表面的一部分的上方，所述第二通孔位於所述第二導電盤的所述表面的一部分的上方；在所述第一介電層的表面的上方，以及在所述第一通孔和所述第二通孔中的金屬層；在所述金屬層的表面的上方的第二介電層，所述第二介電層包括從所述第一通孔上方和內部去除的第一部分，從所述第二通孔上方和內部去除的第二部分，以及從所述第一通孔和所述第二通孔之間去除的第三部分；在所述第一通孔和所述第二通孔內部，在所述金屬層的所述表面的一部分的上方，以及在所述第二介電層的表面的上方形成的焊球受限金屬化層；在所述第一通孔內部和上方形成的，以及從所述第一通孔中在所述焊球受限金屬化層的表面的第一部分的上方橫向平行延伸的第一焊料球；以及在所述第二通孔內部和上方形成的，以及從所述第二通孔中在所述焊球受限金屬化層的表面的第二部分的上方橫向平行延伸的第二焊料球。
本發明有利地提供系統和相關方法，其提供將電結構連接到另外電結構的結構上足夠的連接裝置。
圖1說明根據本發明的實施方案的，包括在襯底上方的介電層的電結構的橫截面視圖；圖2說明根據本發明的實施方案的，在介電層中形成通孔之後圖1的電結構的橫截面視圖；圖3說明根據本發明的實施方案的，在介電層上方形成金屬層之後圖2的電結構的橫截面視圖；圖4說明根據本發明的實施方案的，在金屬層的表面上方形成介電層之後圖3的電結構的橫截面視圖；圖5說明根據本發明的實施方案的，在去除了介電層的一部分之後圖4的電結構的橫截面視圖；圖6說明根據本發明的實施方案的，在金屬層的表面上方以及在介電層的一部分上方形成焊球受限金屬化(BLM)層之後圖5的電結構的橫截面視圖；圖7說明根據本發明的實施方案的，在BLM層的表面上方形成光刻膠層之後圖6的電結構的橫截面視圖；圖8說明根據本發明的實施方案的，在去除光刻膠層的第一組部分之後圖7的電結構的橫截面視圖；圖9說明根據本發明的實施方案的，在光刻膠層的開口內形成焊料結構之後圖8的電結構的橫截面視圖；圖10說明根據本發明的實施方案的，在去除光刻膠層的第二組部分之後圖9的電結構的橫截面視圖；圖11說明根據本發明的實施方案的，在去除BLM層的一部分和金屬層的一部分之後圖10的電結構的橫截面視圖；圖12說明根據本發明的實施方案的，在形成焊料球之後圖11的電結構的橫截面視圖；圖13是說明描述根據本發明的實施方案的，形成圖1-12的電結構的工藝的算法的流程圖。
具體實施例方式
圖1-12說明和描述根據本發明的實施方案的電(互連)結構2的製造工藝中的階段。圖1-12中所說明的電結構2是橫截面視圖。電結構2可以包括本領域技術人員已知的任意電結構，包括例如，尤其是，半導體器件等。參考圖1-12描述的製造工藝包括用於在電學上和機械上將電結構2連接到另外電結構(沒有顯示)的連接裝置(例如參看圖12中的焊料球29a和29b)的形成。圖12中說明的製造的電結構2可以包括例如，尤其是，線可控塌陷晶片連接(CuBEOL C4)電結構的銅後端。
在圖1中，根據本發明的實施方案，為製造工藝提供電結構2。電結構2包括襯底5，以及在襯底5中形成的導電盤7a和7b，以及在襯底5上方形成的介電層4。襯底5可以包括本領域技術人員已知的用於隔離半導體器件的任意類型的介電材料，包括例如，尤其是，二氧化矽襯底、含氟二氧化矽襯底、矽玻璃襯底等。導電盤7a和7b可以包括本領域技術人員已知的任意類型的導電盤，包括例如銅盤等。可以使用本領域技術人員已知的任意導電盤形成工藝，包括例如，尤其是，鑲嵌式工藝，在襯底5中形成導電盤7a和7b。導電盤7a的表面6a，導電盤7b的表面6b，以及襯底5的表面8可以是基本上共面的。應當注意，雖然圖1-12中說明的介電層4僅包括一個介電層，但是介電層4可以包括多個介電層。介電層4可以包括任意介電絕緣材料，包括例如，尤其是，氧化物、氮化物，或它們的任意組合。可以使用本領域技術人員已知的任意技術，包括例如，尤其是，化學汽相沉積工藝等，將介電層4沉積在襯底5上。
圖2說明根據本發明的實施方案的，在形成通孔9a和9b之後圖1的電結構2。通孔9a暴露出供連接的導電盤7a，以及通孔9b暴露出供連接的導電盤7b。可以使用本領域技術人員已知的任意工藝形成通孔9a和9b，包括例如，尤其是，使用標準光刻膠工藝通過光刻形成圖案而建立通孔圖案，以及通過使用標準含氟RIE化學的反應離子刻蝕工藝將圖案轉印到介電層4上。使用本領域技術人員已知的標準技術剝離介電層4的一部分(從而建立通孔9a和9b)。
圖3說明根據本發明的實施方案的，在形成金屬層11之後圖2的電結構2。金屬層11在介電層4的表面12的上方以及在通孔9a和9b中形成。圖3中的金屬層11電連接到導電盤7a和7b。金屬層11可以包括任意金屬導電材料，包括例如，尤其是，鉭、氮化鉭等。
金屬層11可以包括至少250埃的厚度T1。可以使用本領域技術人員已知的任意沉積技術，包括例如，尤其是，物理汽相沉積技術等，將金屬層11沉積在介電層4的表面12的上方，以及沉積在通孔9a和9b中。
圖4說明根據本發明的實施方案的，在金屬層11的表面17的上方形成介電層15之後圖3的電結構2。介電層15可以包括任意介電材料，包括例如，尤其是，聚醯胺介電材料(包括光敏聚醯胺介電材料)、有機介電材料等。可以使用本領域技術人員已知的任意工藝，包括標準旋塗工藝等，在金屬層11的表面17的上方形成介電層15。將介電層15形成包括部分15a...15g的圖案。可以使用本領域技術人員已知的任意光刻工藝，形成部分15a...15g的圖案。
圖5說明根據本發明的實施方案的，在去除介電層15的部分15b，15d和15f之後圖4的電結構2。在圖5中，圖4的介電層15的去除部分15b，15d和15f建立開口23a...23c。可以使用本領域技術人員已知的任意方法形成介電層15的部分15b，15d和15f的圖案並去除它們。例如，如果介電層15包括負性作用光敏聚醯胺材料，那麼圖4的部分15a，15c，15e和15g暴露在光源下，並且所有部分15a...15g暴露在顯影劑溶液下。在暴露於光源和顯影劑溶液下之後，部分15a，15c，15e和15g繼續保留，並且在暴露於顯影劑溶液之後，部分15b，15d和15g(即沒有暴露在光源下)被去除，從而建立開口23a，23b和23c。
圖6說明根據本發明的實施方案的，在金屬層11的表面17的上方以及在介電層15的部分15a，15c，15e和15g的上方形成焊球受限金屬化層19(BLM)之後圖5的電結構2。BLM層19在開口23a，23b和23c中暴露出的表面17部分的上方形成。BLM層19可以包括大約0.5μm～大約3μm的厚度T2。應當注意，雖然圖6-12中說明的BLM層19僅包括一個層，但是BLM層19可以包括多個層。BLM層19可以包括任意導電材料，包括例如，尤其是，TiW，CrCu，Cu，或它們的任意組合。可以使用本領域技術人員已知的任意工藝形成BLM層19，包括例如，尤其是，物理汽相沉積技術、電鍍工藝等。
圖7說明根據本發明的實施方案的，在BLM層19的表面21的上方形成光刻膠層22之後圖6的電結構2。光刻膠層22可以包括有機光刻膠層。將光刻膠層22形成包括部分22a...22e的圖案。可以使用本領域技術人員已知的任意光刻工藝形成部分22a...22e的圖案。
圖8說明根據本發明的實施方案的，在去除光刻膠層22的部分22b和22d之後圖7的電結構2。圖7的光刻膠層22的去除部分22b和22d建立圖8中的開口27a和27b。可以使用本領域技術人員已知的任意光刻工藝去除光刻膠層22的部分22b和22d。
圖9說明根據本發明的實施方案的，分別在開口27a和27b中形成的焊料結構25a和25b之後圖8的電結構2。焊料結構25a電連接到BLM層19，並最終連接到導電盤7a。焊料結構25b電連接到BLM層19並最終連接到導電盤7b。可以使用本領域技術人員已知的任意焊料結構形成工藝，包括例如，尤其是，電鍍工藝等，形成焊料結構25a和25b。焊料結構25a和25b可以包括任意焊料材料組成，包括例如，尤其是，鉛/錫合成物(composition)，無鉛合成物(例如，錫/銅合成物，錫/銀合成物等)等。
圖10說明根據本發明的實施方案的，在去除部分22a，22c和22e之後圖9的電結構2。圖9的去除部分22a，22c和22e在圖10中分別建立開口30a，30b和30c。可以使用例如，尤其是，標準溼法化學刻蝕等去除部分22a，22c和22e。
圖11說明根據本發明的實施方案的，在去除BLM層19的部分和金屬層11的部分之後圖10的電結構2。開口30a，30b和30c中的BLM層19的部分已經被去除。開口30a，30b和30c中的金屬層11的部分已經被去除。可以使用任意刻蝕工藝，包括例如，尤其是，溼法刻蝕工藝、反應離子刻蝕工藝等，去除開口30a，30b和30c中BLM層19的部分。可以使用任意刻蝕工藝，包括例如，尤其是，含氟的工業標準幹法反應離子刻蝕工藝，去除開口30a，30b和30c中金屬層11的部分。去除BLM層19的部分和開口30b中的金屬層11的部分使得焊料結構25a和25b彼此電隔離。
圖12說明根據本發明的實施方案的，在形成焊料球29a和29b之後圖11的電結構2。焊料球29a從焊料結構25a形成，以及焊料球29b從焊料結構25b形成。在高溫(例如150℃-380℃)回流熔爐中處理焊料結構25a和25b，以產生焊料球29a和29b。可以用工業標準清洗工藝清洗焊料球29a和29b，例如，尤其是，使用稀酸衝洗以去除焊料球29a和29b的表面氧化物。圖12的電結構2準備用於電學上和機械上連接到另外的電結構(沒有顯示)。
圖13是根據本發明的實施方案的，形成圖1-12的電結構2的工藝的流程圖。在步驟42中，為製造工藝提供電結構2。電結構2包括襯底5，以及襯底5中形成的導電盤7a和7b，在襯底5上方形成的介電層4。在步驟44中，在介電層4中形成通孔9a和9b。在步驟46中，在介電層4的表面12的上方以及在通孔9a和9b中形成金屬層11。在步驟48中，在金屬層11的表面17的上方形成介電層15。在步驟50中，去除介電層的部分15b，15d和15f，從而建立開口23a...23c。在步驟52中，在金屬層11的表面17的上方以及在介電層15的部分15a，15c，15e和15g的上方形成BLM層19。在步驟54中，在BLM層19的表面21的上方形成光刻膠層22。在步驟56中，去除光刻膠層22的部分22b和22d。光刻膠層22的去除部分22b和22d形成開口27a和27b。在步驟58中，分別在開口27a和27b中形成焊料結構25a和25b。在步驟60中，去除光刻膠層22的部分22a，22c和22e。去除的部分22a，22c和22e分別形成開口30a，30b和30c。在步驟62中，形成焊料球29a和29b。在步驟64中，清洗焊料球29a和29b以去除表面氧化物。
雖然在這裡為了說明的目的已經描述了本發明的實施方案，但是本領域技術人員將容易想到許多修改和改變。因此，附加權利要求書用來包含落入本發明的真正本質和範圍內的所有這種修改和改變。
權利要求
1.一種形成電結構的方法，包括提供襯底，其包括在襯底的體積部分中形成的第一導電盤和第二導電盤，以及在所述襯底的表面、所述第一導電盤的表面、以及所述第二導電盤的表面上方的第一介電層；在所述第一介電層中形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔處於所述第一導電盤的所述表面的一部分的上方，所述第二通孔處於所述第二導電盤的所述表面的一部分的上方；在所述第一介電層的表面上方以及在所述第一通孔和所述第二通孔中形成金屬層；在所述金屬層的表面上方形成第二介電層；去除所述第二介電層的第一部分、第二部分、以及第三部分，從所述第一通孔上方和內部去除所述第一部分，從所述第二通孔上方和內部去除所述第二部分，以及從所述第一通孔和所述第二通孔之間去除所述第三部分；在所述第一通孔和所述第二通孔中，在所述金屬層的所述表面的一部分的上方，以及在去除所述第二介電層的所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分之後留下的所述第二介電層的表面的上方形成焊球受限金屬化層；在所述焊球受限金屬化層的表面的上方形成光刻膠層；通過去除位於所述第一通孔內部和上方的，並在所述焊球受限金屬化層的所述表面的一部分的上方橫向延伸的並且與之平行的所述光刻膠層的第一部分，而在所述光刻膠層中形成第一開口；通過去除位於所述第二通孔內部和上方的，並在所述焊球受限金屬化層的所述表面的一部分的上方橫向延伸的並且與之平行的所述光刻膠層的第二部分，而在所述光刻膠層中形成第二開口；以及在所述第一開口中形成第一焊料結構，以及在所述第二開口中形成第二焊料結構。
2.根據權利要求1的方法，還包括通過去除位於所述第一焊料結構和所述第二焊料結構之間的所述光刻膠層的第三部分、位於所述第一焊料結構和所述第二焊料結構之間的所述焊球受限金屬化層的一部分、以及位於所述第一焊料結構和所述第二焊料結構之間的所述金屬層的一部分，而在所述第一焊料結構和所述第二焊料結構之間形成第三開口。
3.根據權利要求3的方法，還包括回流所述第一焊料結構以形成第一焊料球；以及回流所述第二焊料結構以形成第二焊料球。
4.根據權利要求3的方法，還包括清洗所述第一焊料球的表面和所述第二焊料球的表面。
5.根據權利要求1的方法，其中所述第一介電層包括多於一個的介電材料層。
6.根據權利要求1的方法，其中所述金屬層包括選自鉭和氮化鉭的材料。
7.根據權利要求1的方法，其中所述形成金屬層包括使用物理汽相沉積工藝。
8.根據權利要求1的方法，其中所述第二介電材料層包括聚醯胺層。
9.根據權利要求1的方法，其中所述金屬層包括至少250埃的厚度。
10.根據權利要求1的方法，其中所述第一介電層和所述第二介電層每個包括不同的介電材料。
11.根據權利要求1的方法，其中所述第一焊料結構和所述第二焊料結構的每個包括基本上無鉛的焊料合成物。
12.一種電結構，包括襯底，其包括在襯底的體積部分中形成的第一導電盤和第二導電盤；在所述襯底的表面、所述第一導電盤的表面、以及所述第二導電盤的表面上方的第一介電層；在所述第一介電層中的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位於所述第一導電盤的所述表面的一部分的上方，所述第二通孔位於所述第二導電盤的所述表面的一部分的上方；在所述第一介電層的表面的上方，以及在所述第一通孔和所述第二通孔中的金屬層；在所述金屬層的表面的上方的第二介電層，所述第二介電層包括從所述第一通孔上方和內部去除的第一部分、從所述第二通孔上方和內部去除的第二部分、以及從所述第一通孔和所述第二通孔之間去除的第三部分；在所述第一通孔和所述第二通孔內部、在所述金屬層的所述表面的一部分的上方、以及在所述第二介電層的表面的上方形成的焊球受限金屬化層；在所述第一通孔內部和上方形成的，以及在所述焊球受限金屬化層的表面的第一部分的上方從所述第一通孔橫向延伸並且與該第一部分平行的第一焊料球；以及在所述第二通孔內部和上方形成的，以及在所述焊球受限金屬化層的表面的第二部分的上方從所述第二通孔橫向延伸並且與該第二部分平行的第二焊料球。
13.根據權利要求12的電結構，還包括在所述焊球受限金屬化層和所述金屬層中的開口，所述開口位於所述第一焊料球和所述第二焊料球之間。
14.根據權利要求12的電結構，其中所述第一焊料球電連接到所述第一導電盤，以及其中所述第二焊料球電連接到所述第二導電盤。
15.根據權利要求12的電結構，其中所述第一介電層包括多於一個的介電材料層。
16.根據權利要求12的電結構，其中所述金屬層包括選自鉭和氮化鉭的材料。
17.根據權利要求12的電結構，其中所述第二介電層包括聚醯胺層。
18.根據權利要求12的電結構，其中所述金屬層包括至少250埃的厚度。
19.根據權利要求12的電結構，其中所述第一焊料球和所述第二焊料球的每個包括基本上無鉛的焊料合成物。
20.根據權利要求12的電結構，其中所述第一介電層和所述第二介電層每個包括不同的介電材料。
全文摘要
一種電互連結構及其形成方法。電結構包括具有導電盤的襯底以及在襯底和導電盤上方的第一介電層。第一介電層包括通孔。在第一介電層上方和通孔內部形成金屬層。在金屬層上方形成第二介電層。在通孔中形成焊球受限金屬化層。在焊球受限金屬化層的表面上方形成光刻膠層。在光刻膠層中的第一開口中形成第一焊料球，以及在光刻膠層中的第二開口中形成第二焊料球。
文檔編號H01L23/482GK1964010SQ20061014462
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月9日 優先權日2005年11月10日
發明者蒂莫西·哈裡森·道本斯佩克, 傑弗裡·P.·岡比諾, 沃爾夫岡·索特, 克裡斯多夫·戴維·穆西 申請人:國際商業機器公司