半導體裝置中的無電鎳及金鍍敷的製作方法

2023-04-29 18:04:41 1

專利名稱：半導體裝置中的無電鎳及金鍍敷的製作方法
技術領域：
本發明涉及在製造半導體裝置的過程中鎳及金的無電鍍敷的方法及利用此無電鍍敷製造的裝置。
背景技術：
本發明涉及的類型的無電鍍敷是用於將鎳(Ni)層及金(Au)層鍍敷在半導體裝置的金屬墊(例如，鋁墊)上的方法。無電鍍敷優於電解鍍敷，這是因為無電鍍敷的設備更廉價且此方法消耗更少的鎳及金材料。當在鍍敷半導體裝置的過程中使用Ni/Au無電鍍敷時，發明者發現Ni與Au反應且在裝置層的臨界界面及接合點產生「腐蝕」區域。此腐蝕特別地影響在Ni與下部鈍化氧化物(PO)層之間的接合。腐蝕可呈沿著Ni/P0界面的極多孔Ni層、孔洞及其中Ni層極富含Au的區域的形式。由於腐蝕，溼氣及離子汙染物可能朝向IC的有源區域遷移，且造成裝 置失效。需要即使在無電鍍敷工藝完成之後也能夠維持裝置層界面及結處的鎳層的完整性。

發明內容
本發明提供用於在完成無電鍍敷工藝之後維持半導體裝置的層界面與結之間的機械接合的方法及結構。實例實施例包含確定金(Au)層的厚度，然後確定在完成金鍍敷工藝之後在鎳/鈍化層界面及在鎳/鈍化層/金屬結處留有無孔鎳層所需要的鎳(Ni)的厚度。另一實例實施例可包含下部金屬墊、在鎳/鈍化層/金屬結的結處的無孔鎳層、在無孔鎳層上的多孔鎳層、在多孔鎳上的金層，及在金層與多孔鎳區域之間的富含金的鎳區域。


下面參看附圖描述本發明的實例實施例實施原理，附圖中圖I是半導體裝置的鎳/鈍化層界面附近的層的橫截面圖像；圖2是根據實例實施例的半導體裝置的橫截面圖；圖3A及3B說明根據實施實施例形成半導體裝置的方法。
具體實施例方式無電鎳浸金(ENIG)指以浸金層覆蓋以保護鎳不被氧化的無電鎳鍍敷。此是例如用在印製電路板上的表面鍍敷類型。根據實例實施例，在完成無電鍍敷工藝之後，利用無孔鎳層在鎳/鈍化層界面及鎳/鈍化層/金屬結處維持機械完整性。
圖I描繪掃描電子顯微鏡(SEM)顯微圖，其展示實例半導體裝置100中的腐蝕關係的區域。在圖I中，描繪半導體裝置100的部分且其包含有關於本文中的實例實施例的某些層。特定地說，裝置100可包含襯底110、在襯底110上的金屬墊120、在襯底110及金屬墊120上的鈍化層130及鎳/金(Ni/Au)無電鍍敷層150/160。在鎳層150與鈍化層130之間可見界面180，且在鎳層150、鈍化層130與金屬墊120的結合處可見結190。圖I中描繪的腐蝕可在典型無電工藝期間由金對鎳層的電化侵蝕造成。圖I中可觀察到三個腐蝕區域，包含1)其中電化侵蝕(例如，在金與鎳間的過度活躍的電化學反應)產生極多孔鎳層的區域；2)其中鎳完全溶解而產生孔洞的區域 '及3)其中EDX(能量色散X射線光譜)檢測到極富含金的鎳層的區域。結合本發明，曾確定在鎳與鈍化層130(鈍化氧化物(PO))之間的接合是機械的而不是化學的。當鎳變得多孔時此機械接合變弱，多孔性使得金原子擴散進鎳層中且在金鍍敷反應期間通過取代而替代鎳原子。接近金層處鎳的損耗造成鎳原子朝向金層擴散且因此 在下部鎳層150中產生孔洞。孔洞允許外來化學試劑(比如溼氣及離子汙染物)滲透、穿過開口遷移，且到達集成電路的有源區域以損壞裝置，並最後導致裝置失效。換句話說，假如鎳層/保護層界面或鎳層/保護層/金屬墊結處的鎳層的完整性受到損害，則汙染物離子可到達裝置而導致金屬墊的腐蝕，且假如離子到達裝置的有源區域，則可導致裝置洩漏。圖2說明實施本發明的原理的半導體裝置200。所說明的裝置200僅僅是實施方案的一個實例，且應了解可包含額外元件或一些所說明的元件可被修改或省略。所說明的半導體裝置200包含襯底210、在襯底210上形成的金屬接觸墊220、在襯底210及金屬接觸墊220的一部分上形成的鈍化層230及在金屬墊220與鈍化層230上以ENIG工藝形成的鎳250及金260的無電鍍敷層。無電鍍敷鎳層250可包含第一無孔鎳層或區域250A、多孔鎳層或區域270及第二無孔鎳層或區域250B。多孔鎳層270夾在無孔鎳層250A與250B之間。第二無孔鎳層250B包含初始無電鎳沉積在ENIG工藝中對金層260進行無電鍍敷期間未被金層260侵蝕的那部分。襯底210可包括此項技術中已知的矽襯底。金屬接觸墊220包括金屬且例如可包含銅(Cu)或鋁(Al)。出於說明的目的且不希望為限制性的，金屬接觸墊220包括鋁且將被稱為鋁墊。鈍化層230可包含此項技術中已知的鈍化氧化物(PO)層。如所描述的，鍍敷鎳層250可包含第一無孔鎳層250A及在第一無孔鎳層250A上的多孔鎳層270。第一無孔鎳層250A可在鎳層/鈍化層界面280處及在鎳層/鈍化層/金屬接觸墊結290處。由於無電鍍敷鎳層250的預定厚度且由於金層260的預定厚度，在無電鍍敷工藝完成之後，保留下第一及第二無孔鎳層250A及250B。金層260在多孔鎳層250上形成，且由於無電鍍敷工藝的緣故，可在金層260與多孔鎳區域270間產生富含金的鎳區域275。然而，第一無孔鎳層250A保護鈍化層230使其免受富含金的鎳區域275的直接影響。將了解，雖然第一及第二無孔鎳層250A、250B及多孔鎳層270稱為「層」，但希望這些層也可表徵為無電鎳250的「區域」，因為金層與鎳的鍍敷及相互作用本身並不一定導致將在確定層中清楚地產生的均勻性。 如圖2中所描繪，無電鎳層250可具有厚度以維持裝置200在鎳/鈍化層(即，Ni/PO)界面280處及在鎳/鈍化層/金屬接觸墊(即，Ni/P0/Al)結290處的機械完整性。同樣如圖2中所描繪，無電鎳層250可具有足以獲得預定厚度的Au層260的厚度，而多孔鎳層270的厚度沒有到達鈍化層230、金屬墊220、或半導體裝置200的有源表面。圖3A說明根據本發明的原理用於製作半導體裝置的工藝的實例實施例的流程圖300。所屬領域的一般技術人員應容易明白，在圖3中描繪的流程圖300代表一般化示意實例流程且可添加額外步驟或所展示步驟可經修改或省略。如圖3A的框310中展示，所述工藝通過為所得結構(例如，用於引線接合與焊接)確定金層的厚度而開始。如框320中展示，所述工藝包含然後確定用於金鍍敷的速率及時間以達到金層的所確定厚度。如框330展示，所述工藝包含然後確定在金鍍敷步驟期間多孔鎳層的前緣進展有多快。如框340展示，所述工藝通過確定防止多孔(部分，S卩，海綿結構Ni層)鎳層到達鈍化層或金屬墊所需的金層下方的鎳層的厚度而繼續。在此確定之後，且在框350，可通過用鎳層鍍敷金屬墊及在鎳層上鍍敷金層而處理半導體晶片。所述工藝在框360結束。在所說明的方法中，無孔鎳層與鈍化層形成機械接合。所述方法維持所述無孔鎳 層與鈍化層的界面處及在無孔鎳層與鈍化層及金屬接觸墊的結處的無孔鎳層。如前面提至IJ，金屬接觸墊可包括鋁(Al)，且無電鍍敷工藝可為ENIG工藝。圖3B說明利用經修改流程的實例方法，其中鎳層的厚度保持在固定值且金層的厚度或鍍敷速率/時間經選擇使得所形成的多孔鎳邊緣保留在距金屬墊/鈍化層界面合理的距離處。實例無電鍍敷工藝及所得結構與電解鍍敷相比的優勢可包含成本優勢及簡潔性。另一優勢是結構的穩定性，其中多孔鎳區域接觸金屬(例如，Al或Cu)墊。實例實施例使得所得半導體裝置在存在溼氣及離子汙染的情況下更穩健，因為在鈍化層與無電鎳及金鍍敷之間的界面處的機械完整性防止溼氣及離子到達裝置的有源區域。本文意圖涵蓋具有在實例實施例的背景下描述的特徵或步驟中的一者或一者以上的不同組合的實施例，所述實例實施例具有此些特徵或步驟的全部或僅其中一些。所屬領域的技術人員將了解，在所主張的本發明的範圍內許多其它實施例及改變也是可能的。
權利要求
1.一種半導體裝置，其包括 襯底； 金屬接觸墊，其在所述襯底上形成； 鈍化層，其在所述襯底上及在所述金屬接觸墊的一部分上形成；及 鎳及金的無電鍍敷層，其在所述金屬接觸墊及鈍化層上形成； 其中所述鎳及金的無電鍍敷層包含在所述鎳與所述鈍化層的界面處及在所述鎳與所述鈍化層及金屬墊的結處的無多孔鎳的第一無孔鎳區域；在所述第一無孔鎳區域上的多孔鎳區域；及在所述多孔鎳區域上的金區域。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中所述鎳及金的無電鍍敷層進一歩包括在所述多孔鎳區域與所述金區域之間的第二無孔鎳區域。
3.根據權利要求2所述的裝置，其進ー步包括在所述金區域與所述多孔鎳區域之間的富含金的鎳區域。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中所述金屬接觸墊包括鋁接觸墊。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述無電鍍敷層是通過無電鎳浸金鍍敷エ藝沉積的層。
6.一種製造半導體裝置的方法，其包括 在襯底上形成金屬接觸墊； 在所述襯底上及在所述金屬接觸墊的一部分上形成鈍化層； 在所述金屬接觸墊及鈍化層上沉積鎳；及 在所述鎳上沉積金； 其中使用無電鍍敷エ藝沉積所述鎳及金；所述所沉積的鎳包含在所述鎳與所述鈍化層的界面處及在所述鎳與所述鈍化層及金屬墊的結處的無多孔鎳的第一無孔鎳區域；及在所述第一無孔鎳區域上的多孔鎳區域；且所述所沉積的金包含在所述多孔鎳區域上的金區域。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述所沉積的鎳進ー步包含在所述多孔鎳區域與所述金區域之間的第二無孔鎳區域。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述所沉積的鎳及所沉積的金進ー步包括在所述金區域與所述多孔鎳區域之間的富含金的鎳區域。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述金屬接觸墊包括鋁接觸墊。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述無電鍍敷エ藝是無電鎳浸金鍍敷エ藝。
11.ー種維持鎳/半導體裝置層界面處的機械接合的方法，所述方法包括 用鎳層無電鍍敷所述裝置層；及 在所述鎳層上無電鍍敷金層，所述鎳層的厚度相對於所述金層而配置以防止在所述無電金鍍敷エ藝期間所述鎳層的腐蝕到達所述裝置層。
12.根據權利要求11所述的方法，其進ー步包括確定所述金層的厚度，及然後確定下伏鎳層的厚度，其將使得在所述無電鍍敷金完成之後保留無孔鎳層。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述裝置層包括鈍化層及金屬接觸墊，所述鎳層與所述鈍化層形成機械接合。
14.一種在鎳/金無電鍍敷エ藝中維持半導體裝置的鎳/鈍化界面處的無孔鎳層的方法，所述方法包括 確定所述半導體裝置的金層的厚度； 確定所述金層的無電鍍敷速率及鍍敷時間以達到所述所確定的厚度； 確定所述金層下方的鎳厚度以在無電金鍍敷エ藝終止時維持所述鎳/鈍化界面處的所述無孔鎳層；及 在所述確定之後，循序將所述裝置層上的所述鎳層及金層中的每ー者無電鍍敷到所述所確定的厚度。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述半導體裝置包括在襯底上形成的金屬接觸墊，所述方法在所述無電金鍍敷エ藝完成之後在所述鈍化層、無孔鎳層及金屬接觸墊的結處維持無孔鎳層。
全文摘要
一種所描述的實例半導體裝置包含在半導體襯底(210)及金屬接觸墊(220)的一部分上形成的鈍化層(230)。使用ENIG無電鍍敷工藝，將鎳沉積於所述鈍化層及金屬接觸墊上，且將金沉積於所述鎳上。所述鎳包含在所述鎳與所述鈍化層的界面(180)處及在所述鎳與所述鈍化層及金屬接觸墊的結(290)處的無多孔鎳的第一無孔鎳區域(層250A)。所述鎳還包含在第一鎳層(250A)上的多孔鎳區域(層270)。金區域(層260)在多孔鎳層(270)上。第二無孔鎳區域(層250B)可在所述多孔鎳區域與所述金區域之間。富含金的鎳區域(275)可在所述多孔鎳區域與所述金區域之間。對所沉積鎳與所沉積金的相對厚度進行選擇以防止在無電金鍍敷工藝期間鎳層的腐蝕到達裝置層。
文檔編號H01L21/60GK102782824SQ201080065192
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年1月7日
發明者奧斯瓦爾多·洛佩斯, 胡安·亞力杭德羅·赫布佐默 申請人:德州儀器公司