[发明专利]用于去除半导体器件中的铝终端衬垫材料的方法和结构

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体器件处理技术，更具体而言，涉及用于在最后段制程(FBEOL)半导体结构中去除铝终端衬垫材料的方法和结构。

背景技术

在半导体制造中，制造的集成电路(IC)器件通常装配到封装中，以应用在印刷电路板上作为更大的电路的一部分。为了使封装的引线与制造的IC器件的接合衬垫电接触，要形成金属接合以制造在IC器件的接合衬垫与延伸到封装引线框架的引线之间的连接。在例如可控塌陷芯片连接(C4)的其它结构中，形成了到陶瓷或聚合芯片载体的焊料球连接。

在过去，铝和铝合金被用作常规的芯片布线材料。最近，铝布线材料被铜和铜合金所取代，这是由于铜互连线相对于铝和铝合金而言提供了改善的芯片性能和更高的可靠性。然而，采用铜布线封装IC器件存在大量的技术问题，这些技术问题和铜与在焊料球工艺中使用的材料反应和/或铜对环境侵蚀和腐蚀的敏感度相关。

在目前的C4实践中，在钝化层中形成到下面的终端衬垫铜布线层的终端过孔开口。然后，在终端衬垫铜之上常规地形成终端金属(TD)铝衬垫结构，接着淀积最后的有机钝化层，在使用球限(BLM)冶金C4铅-锡焊料球连接至TD衬垫之前进行构图和固化方法。TD金属方法表现出半导体结构的增加的制造步骤和成本。由此希望去除铝TD衬垫，将所有的芯片布线从铝转变为铜。然而，从记录的方法简单地去除TD铝结构自身的制造步骤会把铜暴露到有机钝化材料以及大气条件，由此导致不利的反应。

发明内容

现有技术的上述缺点和不足可以通过用于最后段制程(FBEOL)半导体器件形成的方法得以克服或减轻。在示例性的实施例中，所述方法包括：在半导体晶片的上层中形成终端铜衬垫，在所述终端铜衬垫之上形成绝缘叠层，以及在所述绝缘叠层的一部分内构图并开口终端过孔以留下保护所述终端铜衬垫的所述绝缘叠层的底部覆层。在所述绝缘叠层的顶部之上形成并构图有机钝化层，并去除在所述终端铜衬垫之上的所述底部覆层。在所述有机钝化层和所述终端铜衬垫之上淀积球限制冶金(BLM)叠层，以及在所述BLM叠层的构图的部分上形成焊料球连接。

在另一实施例中，一种半导体器件包括：在半导体晶片(106)的上层中形成的终端铜衬垫、在所述终端铜衬垫之上形成的绝缘叠层、直接在所述终端铜衬垫上和在构图的钝化层的侧壁上形成的球限制冶金(BLM)叠层、以及在所述BLM叠层的构图的部分上形成的焊料球连接(108)。

附图说明

参考示例性的附图，其中附图中的相似的单元用相似的标号表示。

图1是常规形成的、具有终端衬垫铝的可控塌陷芯片连接(C4)半导体器件的截面图；

图2(a)至2(e)示例了用于形成图1中所示的结构的工艺流程序列；以及

图3(a)至3(e)为根据本发明的实施例的用于在半导体结构的最后段制程去除铝终端材料的工艺流程序列。

具体实施方式

在此公开的是用于在半导体结构的最后段制程(FBEOL)中去除铝终端材料的方法和结构。简而言之，形成的作为其中形成了终端铜的绝缘叠层的一部分的SiC(N，H)覆层(或氮化物或其它适宜的层)，在钝化层形成、构图和固化期间留在了原地，而在随后在BLM淀积之前被去除。

先参考图1，其示出了具有根据常规FBEOL处理技术形成的终端金属(TD)铝衬垫结构102的半导体器件100的横截面图。器件100还包括在半导体晶片106的顶层形成的终端铜层104。如本领域所公知的，该顶层终端铜层104形成了在晶片106中的下器件区域(为了简化未示出)与铝衬垫结构102之间的界面。而铝衬垫结构102支撑着例如用于将芯片接合到外部器件例如陶瓷芯片载体的C4配置的焊料球连接108。

图2(a)至2(e)示出了用于形成图1中所示的半导体结构100的记录的现有方法。

在例如氟化TEOS(四乙氧基硅烷)或氟化的硅酸盐玻璃(FSG)的绝缘层110中形成的构图的开口中，通过淀积形成铜层104。可选地，可以在终端铜区域内包括多个垂直的氧化物柱112，以防止铜在其抛光(CMP)期间的深凹陷。在CMP铜层104的CMP之后，在器件100之上形成绝缘叠层114，并穿过其开口TD过孔116(图2(b))。叠层114包括SiC(N，H)(氮掺杂的氢化碳化硅)覆层118、氧化物层120(例如，通过硅烷淀积形成)、以及氮化硅层122(例如，通过等离子体辅助化学气相淀积(PECVD))形成)。