[发明专利]用于制造具有界面帽结构的末层铜到C4连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含导电金属化的高速集成电路(IC)器件。更具体而言，本发明涉及一种用于制造在IC芯片的末层铜互连与可控塌陷芯片连接(C4)之间的界面帽结构的方法。

背景技术

在半导体器件制造中，在多层结构中，特别是在制造工艺的后面阶段(“后段制程”或者“BEOL”)中，经常在介质层中嵌入金属线路。通过典型地称为“远后段制程”或者“FBEOL”的方法制造具有在其上形成的金属衬垫的末层金属线路(在本领域有时称为终端过孔或者TV层)。衬垫和金属线路一起提供了从IC芯片到其他系统组件的末层互连。大多数IC芯片使用铝(Al)来形成互连，但最近，则使用铜(Cu)互连。使用Cu互连取代Al互连的优点包括：较高的电导率(具有较低的电阻)、较低的容性负载、较低的功率消耗、较少的串扰、较少的金属层、以及较少的潜在的制造步骤。

可以通过焊料凸起将包含铜互连的IC芯片电连接到衬底或者其他电子元件，这通常还称为倒装焊。焊料凸起技术(在本领域中也称为倒装技术)提供了较高密度和较高性能的连接。焊料凸起技术的实例为可控塌陷芯片连接(C4)，其中在IC芯片和衬底上提供焊料凸起，并且通过对准IC芯片与衬底的焊料凸起以及回流焊料以构建连接。在典型的C4连接中，通过首先在球限冶金(ball-limiting metallurgy)(BLM)上淀积焊料形成焊料凸起，该球限冶金形成在位于衬底中的铜互连之上，之后加热焊料高于其熔化温度，从而使焊料回流到球中。由于表面张力，如此形成的焊料球的尺寸和形状受到BLZM的尺寸的限制。

然而，焊料凸起中包含的锡(Sn)会扩散到铜互连中，并且其典型地与Cu反应形成脆的Cu/Sn金属间界面，这会导致铜互连从焊料凸起断开。为了防止焊料扩散到铜互连中，在焊接凸起与铜互连之间提供至少一个铝盖帽层。此外，为了防止铜扩散到铝盖帽层中，在铝盖帽层与铜互连之间提供包含例如氮化钛或氮化钽材料的额外的扩散阻挡层。制造这样的铝盖帽层和相关的扩散阻挡层包括多个处理步骤，这显著增加了IC芯片的制造成本。

因此，需要继续改善末层铜到C4连接中的盖帽结构。优选地，这样的改善的盖帽结构：(1)在末层铜互连与C4焊料凸起之间提供良好的电连接，(2)消除或减小Sn扩散到铜互连中，以及(3)与常规的基于铝的盖帽结构相比，可以通过较简单的制造工艺并以较低的成本制造。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种方法，包括以下步骤：

提供半导体器件，所述半导体器件包括嵌入在末层介质层中的末层铜互连；

形成界面导电帽结构，所述界面导电帽结构选择性地覆盖所述末层铜互连，其中所述界面导电帽结构包括CoWP、NiMoP、NiMoB、NiReP、NiWP及其组合；

在所述界面导电帽结构和所述末层介质层之上形成第一介质帽层；

在所述第一介质帽层之上形成至少一个附加的介质帽层；

形成穿过所述第一介质帽层和所述至少一个附加的介质帽层的过孔以暴露所述界面导电帽结构；

在所述界面导电帽结构之上的所述过孔中形成至少一个球限冶金(BLM)层；以及

在所述至少一个BLM层之上形成至少一个可控塌陷芯片连接(C4)。

所述界面导电帽结构优选地包括CoWP层，其厚度为约200到约1000，更为优选的厚度为约400到约500，以及最为优选的，所述界面导电帽结构基本上是无铝的。

所述界面导电帽结构被嵌入到所述第一介质帽层中，所述第一介质帽层优选地包括氮化硅并且厚度为约100到约300

此外，所述末层铜互连、所述界面导电帽结构、所述至少一个BLM层、以及所述至少一个C4连接形成这样的导电通路，所述导电通路延伸通过所述第一介质帽层和所述至少一个附加的介质帽层。在本发明的优选的但不是必须的实施例中，三个附加的介质帽层位于所述第一介质帽层之上，所述三个附加的介质帽层包括二氧化硅层、氮化硅层、以及光敏聚酰亚胺层。

可以通过选择性的无电镀敷方法形成所述界面导电帽结构。此外，这样形成所述过孔：通过首先选择性地去除所述至少一个附加的介质帽层的一部分以暴露所述第一介质帽层，然后选择性地去除所述第一介质帽层的所述暴露的部分，在所述界面导电帽结构处停止。更为优选地，通过预BLM溅射清洁方法选择性地去除所述第一介质帽层的所述暴露的部分。

在另一方面中，本发明涉及一种方法，包括以下步骤：

提供半导体器件，所述半导体器件包括在末层介质层中嵌入的末层铜互连；

形成界面导电帽结构，所述界面导电帽结构选择性地覆盖所述末层铜互连；