[发明专利]含有钛阻挡层的焊料凸点结构及其形成方法

说明书

本发明涉及微电子器件的制造方法和结构，特别涉及形成微电子器件的电气和机械连接的方法，以及由此方法形成的连接。

高性能的微电子器件通常使用焊料球或焊料凸点与其它微电子器件进行电互连。例如，超大规模集成电路(VLSI)芯片可以使用焊料球或焊料凸点电连接到电路板或其它下一级封装衬底上。这种连接技术也称作“控制熔塌芯片连接-C4”或“倒装芯片”技术，在这里称作焊料凸点。

在IBM开发的最初的焊料凸点技术中，焊料凸点通过夹到集成电路硅片上的阴模中的开口由蒸发形成。例如，Katz等人的U.S.专利5,234,149“Debondable Metallic Bonding Method”公开了一种带芯片接线端和金属化层的电子器件。接线端一般为铝，金属化层包括钛或铬局部粘附层，共淀积的局部铬铜层，局部可湿润铜层，和局部金和锡帽盖层。蒸发的局部铅-锡焊料层位于帽盖层上。

以电镀法为基础的焊料凸点技术也被积极地开发。电镀法对较大衬底和较小焊料凸点特别有用。在该方法中，一般通过蒸发或溅射将“下凸点金属化(under bump metallurgy)”(UBM)层淀积在具有接触焊盘的微电子衬底上。连续下凸点金属化层一般在焊盘和焊盘间的衬底上，以便焊料电镀期间允许电流通过。

带下凸点金属化层的电镀法的例子公开于Yung的U.S.专利5,162,257“焊料凸点制造方法”中，并转让给本申请的受让人。在该专利中，下凸点金属化层包含紧邻衬底和焊盘的铬层，作为可焊金属的帽盖铜层，以及铬层和铜层之间的相控的铬/铜层。焊料凸点的基层通过将焊料凸点和焊盘间的下凸点金属化层转换为下凸点金属化层的焊料和可焊组分构成的中间金属来保持。然而需要多个腐蚀周期除去相控的铬/铜层和底部的铬层。即使进行多个腐蚀周期，也很难完全除去下凸点金属化层，并可能使焊料凸点间电短路。

尽管已有以上提到的专利，但本领域仍然需要一种形成焊料凸点的方法和因此形成的焊料凸点的结构，其中在电镀焊料凸点之后，可以很容易并完全地除去下凸点金属化层的暴露部分，因而减少焊料凸点间电短路的可能性。本领域也需要一种形成焊料凸点的方法，其中当除去下凸点金属化层的暴露部分时，不必大量地钻蚀(Undercut)焊料凸点，因而减少了发生机械或电气故障的可能性。

因此本发明的目的在于提供一种改进的制造微电子器件接触焊盘的焊料凸点的方法，以及因此形成的改进的焊料凸点。

本发明的另一目的在于减少电镀焊料凸点后除去下凸点金属化层的暴露部分所需的时间。

本发明的再一目的在于减少焊料凸点间电短路。

本发明的又一目的在于减少电镀后除去下凸点金属化层的暴露部分时焊料凸点的钻蚀。

本发明的这些和其它目的通过形成下凸点金属化层之前在微电子器件上淀积连续的钛阻挡层实现。因此，下凸点金属化层可以从钛层上被选择性地除去，然后将钛层从微电子器件上除去。钛层可防止下凸点金属化层在微电子器件上形成残留物造成焊料凸点间电短路。此外，钛层可保护下面的微电子器件不受除去下凸点金属化层的腐蚀剂的影响。

根椐本发明的一个方面，形成焊料凸点的方法包括以下步骤：在带有焊盘的微电子器件上淀积钛阻挡层，在钛阻挡层上形成下凸点金属化层，然后在下凸点金属化层上形成焊料凸点。焊料凸点限定出将选择性地除去的下凸点金属化层和钛阻挡层的暴露部分。因此，电镀焊料凸点后，下凸点金属化层的暴露部分可以很快并完全地除去，而不必大量钻蚀焊料凸点或留下导致焊料凸点间电短路的残留物。

可以使用相对于焊料凸点和钛阻挡层优先腐蚀下凸点金属化层的腐蚀剂选择性地除去下凸点金属化层的暴露部分。可以使用相对于焊料凸点和留在焊料凸点下的那部分下凸点金属化层的优先腐蚀钛阻挡层的腐蚀剂选择性地除去钛阻挡层。

下凸点金属化层最好包括钛阻挡层上的铬层，铬层上的铬层和铜层的相控层，以及相控层上的铜层。在这个实施例中，氢氧化铵和过氧化氢的混合物可以用于选择性地腐蚀下凸点金属化层的铜部分；盐酸可以用于腐蚀下凸点金属化层的铬部分；以及用氟化铵缓冲的氢氟酸选择性地腐蚀钛层。

也可以在下凸点金属化层未被焊料凸点覆盖的区域上形成焊料阻挡层(dam)，最好在除去下凸点金属化层的暴露部分之前除去该焊料阻挡层。焊料阻挡层最好包括如铬或钛层等焊料不可湿润层。焊料阻挡层也可以包括焊料不可湿润层上的如铜等的焊料可湿润材料。