[发明专利]用于改善电迁移的球下金属结构及其形成方法

说明书

技术领域

本公开一般地涉及互连结构及其制造方法。

背景技术

焊料凸点(solder bump)具有很长的生产历史。焊料凸点工艺变化已经降低了制造成本，拓宽了倒装芯片的适用性，并且使得焊料凸点式管芯和晶片能从若干商业市场供应商处获得。在某些示例中，焊料凸点倒装芯片工艺被认为具有如下四个顺序步骤：(1)准备晶片以用于制作焊料凸点，(2)形成或放置焊料凸点，(3)将具有凸点的管芯附接至板、衬底或载体，以及(4)使用粘合剂底部填充来完成装配。

发明内容

在一个实施例中，本公开提供了一种互连结构，包括其中具有电部件的衬底以及与用于该电部件的接触焊盘相接触的凸点下金属结构(under-bump metallurgy，UBM)叠层。在一个实施例中，UBM叠层包括与用于电部件的接触焊盘直接接触的金属粘合层以及与该金属粘合层直接接触的铜(Cu)种子层。在某些实施例中，第一镍(Ni)阻挡层与Cu种子层直接接触，而第一Cu导体层则位于第一Ni阻挡层上。第二Ni阻挡层可以位于第一Cu导体层上。焊料球可以位于第二Ni阻挡层上。

在另一实施例中，本公开提供了一种互连结构，包括其中具有电部件的衬底以及与用于该电部件的接触焊盘相接触的凸点下金属结构(UBM)叠层。该UBM叠层包括与用于电部件的接触焊盘直接接触的金属粘合层以及与金属粘合层直接接触的Cu种子层。UBM叠层还包括由从镍(Ni)、钛(Ti)、钴(Co)及其组合组成的组中选出的金属构成的阻挡层。阻挡层与Cu种子层直接接触。包括至少一个含Cu导体层的导体叠层可以位于阻挡层上。焊料球位于该导体叠层上。

在另一实施例中，本公开提供一种形成互连结构的方法。在一个实施例中，所述方法可以从在用于位于衬底中的电部件的接触焊盘上形成UBM叠层开始。形成UBM叠层可以从在用于电部件的接触焊盘上形成金属粘合层开始。Cu种子层可以在该金属粘合层上形成。第一Ni阻挡层随后可被形成为与Cu种子层直接接触。第一Ni阻挡层保护Cu种子层不与随后形成的金属层的元素反应。随后可在第一Ni阻挡层上形成第一Cu导体层，并可在第一Cu导体层上形成第二Ni阻挡层。焊料球可在第二Ni阻挡层上形成。

在又一方面，提供了一种降低互连部的UBM叠层中Cu种子层的消耗的方法。在某些实施例中，所述方法从在用于位于衬底中的电部件的接触焊盘上提供金属粘合层开始。Cu种子层随后可在该金属粘合层上形成。Ni阻挡层可以在该Cu种子层上直接形成。可以在Ni阻挡层上形成包括至少一个含Cu导体层的导体叠层。可以在该导体叠层上形成焊料球。当200毫安到1安的电流流过该UBM叠层时，Ni阻挡层阻止来自焊料球的金属元素与Cu种子层反应。

在又一个实施例中，提供了一种互连结构，其包括其中具有电部件的衬底。凸点下金属结构(UBM)叠层与用于位于衬底上的电部件的接触焊盘相接触。UBM叠层包括与用于电部件的接触焊盘直接接触的金属粘合层、与金属粘合层直接接触的铜(Cu)种子层、以及与铜(Cu)种子层直接接触的镍(Ni)阻挡层。焊料球与镍(Ni)阻挡层直接接触。在某些实施例中，镍(Ni)阻挡层包括从由镍(Ni)、钛(Ti)、钴(Co)及其组合组成的组中选出的合金元素。

附图说明

作为示例给出而非将所公开的结构和方法仅限于此的下面的详细描述将结合附图得到最佳理解，附图中类似的参考编号指代类似的元素和部分，并且其中：

图1是根据本公开在用于位于衬底上的电部件的接触焊盘上形成UBM叠层的一个实施例的截面侧视图。

图2是根据本公开在图1描绘的UBM叠层上形成焊料球的一个实施例的截面侧视图。

图3A是在电迁移测试之后包括具有TiW层、Cu种子层、Cu导体层、Ni阻挡层和焊料球的UBM叠层的互连部的光学截面。

图3B是图3A描绘的互连部的UBM叠层和衬底之间的界面的放大光学视图。

图4A是在电迁移测试之后包括具有TiW层、Cu种子层、第一Ni阻挡层、Cu导体层、第二Ni阻挡层和焊料球的UBM叠层的互连部的光学截面。

图4B是图4A描绘的互连部的UBM叠层和衬底之间的界面的放大光学视图。

具体实施方式