[发明专利]用于垂直柱互连的方法和结构

说明书

相关申请

本申请要求2009年7月2日递交的、系列号为61/222,839(标题为METHOD FOR BUILDIG CU PILLAR INTERCONNECT(构造铜柱互连的方法))的美国临时申请的优先权，将该申请整体结合于此作为参考。

技术领域

本公开一般地涉及用于半导体器件的结构、装置、系统、以及方法，并且更具体地，涉及用于电子晶圆级芯片尺寸封装以及倒装芯片封装和组件的结构、装置、系统、以及方法。

背景技术

作为垂直互连技术中的一种类型，可通过本领域普通技术人员熟知的铜柱凸块形成技术将铜柱凸块施加至半导体芯片或其他微电子器件接合焊盘。铜柱凸块设置在芯片/器件上，而该芯片/器件仍然保持其晶圆形式。所有基于焊料的倒装芯片和/或芯片尺寸封装(CSP)类的互连(凸块)都要求适合的凸块下金属层(UBM)用作晶圆/衬底金属化层与焊料凸块本身之间的粘接层/扩散阻挡层。假如利用可靠的/可制造的方法在晶圆上形成焊料凸块，那么该柱凸块(铜、金、或其他金属/合金)就具有用作功能性UBM的可能性。

与常规焊料凸块或CSP互连相比，铜柱凸块提供了刚性的竖直结构。在需要控制两个表面(例如器件与其相关衬底)之间的间隔(standoff)的应用中，铜柱凸块用作固定间隔以控制该间距，同时该焊料执行这两个表面之间的接头连接。对该间隔的控制对整个系统性能和可靠性是至关重要的。与等同倒装芯片或CSP焊料凸块结构相比，铜(Cu)柱凸块结构还提供了改进的热传递和电阻率。

在微电子工业中，铜(Cu)柱凸块结构有可能成为用于特定市场的节约成本的、可靠的互连选择。不过，需要可靠且低成本的可制造方法，以用于形成这些多用途的固定间隔凸块结构。大部分柱凸块制造法采用可限定光掩膜材料电镀铜柱结构，随后是电镀焊料。电镀焊料是缓慢且昂贵的工艺，这需要大量的工艺控制并且将焊料严格限制在单金属或二元焊料合金的狭窄供应内。通常，在制造环境中，很难控制电镀超过一种的二元焊料合金以形成柱凸块的焊料部分。然而，在半导体工业中，期望采用各种多元素合金或掺杂有微量元素的合金，以改进用于目标应用或最终用途的互连的可靠性。

附图说明

根据以下说明和附图，将会更好地理解本公开的这些以及其他特征、方面、以及优势，附图中相同的标号表示同样的元件。

图1示出了根据本公开至少一个实施例的具有输入/输出(I/O)接合焊盘104的晶圆衬底102的一部分的横截面图。该图示出了钝化层103和介电层105。在一个实施例中，介电层105是聚合物层。该图还示出了沉积的电镀种子层106和双重目的的光致抗蚀掩膜材料108，接着进行图案化曝光以及显影(develop)。如以下所述，这形成了用于随后的铜(或其他金属)镀敷及焊膏印刷工艺所需的孔110。

图2示出了根据本公开至少一个实施例的镀铜之后的柱体202的横截面图，其中预留孔110的上部分204以用于焊膏印刷；

图3示出了根据本公开至少一个实施例的在将焊膏300印刷至孔中之后的横截面图。这使得能够利用具有各种微量元素选项的多元素焊料合金，以改进焊料的可靠性；

图4示出了根据本公开至少一个实施例的焊料回流之后的横截面图，其中焊膏已在铜(Cu)柱202顶部上形成半球形焊料凸块402；

图5示出了根据本公开的至少一个实施例的横截面图，示出了种子层106的在剥去光致抗蚀材料并且蚀刻去除非柱体镀敷部分之后的完成部分；

图6示出了根据本公开的至少一个实施例，示出了具有相应板606或其他衬底的组装铜(Cu)柱凸块的横截面图。在组装至板或衬底606上的焊盘604之后，焊料盖402提供了焊料连接602。在组装过程中提供了底部填充或二次成型(overmolding)605；

图7示出了根据本公开的至少一个实施例，示出了用在可选实施例中的本公开方法的一个变型，其中，许多选项之一是采用多层光致抗蚀(108、702)和/或其他抗蚀型材料，以在柱状结构和焊料量中产生变化，以便得到期望的柱和焊料三维参数。在一个特定实施例中，光致抗蚀层702具有多个孔，并且每个孔用于限定焊膏300的叠置在特定柱202上的一部分的尺寸。每个柱202具有由光致抗蚀层108中多个孔中相应的一个孔限定的尺寸。因此，焊膏300的横向尺寸大于柱202。在其他实施例中，如可针对期望特定互连应用所期望的，每个光致抗蚀层108和702中的高度和孔尺寸，以调整柱金属和层叠的焊料材料的相对体积。

此处阐述的范例示出了特定实施例，不应以任何方式将这种范例阐释为限制性的。