[发明专利]下层块金属的阻挡层盖

说明书

技术领域

本发明涉及一种在下层块金属上形成一个金属“盖”的方法，该金属盖在倒装法焊接(flip-chip bonded)的集成电路中制造焊料块时用作一个阻挡层。

背景技术

在集成电路的制造中，已经知道通过多个焊料块互连而将一个半导体薄片附着于衬底上，这些焊料块首先形成在该集成电路上，然后该半导体薄片面朝下安装在该衬底上。此外，正如提供电接点一样，这些焊料块形成了半导体薄片和衬底之间的机械和热连接。焊料成分通常是锡合金，最普通的是铅-锡。

这些焊料块通常提供于一系列金属间化合物层上。更具体而言，该半导体薄片包括通常具有铝的金属衬垫，其上提供有薄的铬和铜中间层，中间层上电镀有一层较厚的铜作为一种下层块金属(UBM)层。焊料提供于该Cu UBM层上。厚度为5-8微米的电镀Cu UBM层通常用于倒装法制造铅-锡焊料块。该Cu UBM层为重熔焊料附着提供了一个基础，在焊料和该IC焊接垫之间起阻挡层的作用，防止焊料向内扩散到该半导体薄片内。

但是，在铅-锡焊料的熔点温度下，通常形成一种锡-铜金属间化合物，尽管需要一个可靠的机械连接，但是特别当该层太厚时也容易折断并有出现裂纹的倾向。因此需要限制该金属间化合物层的厚度，这在多次重熔循环之后或使该块长时间保持靠近该焊料熔点时可能变得更加重要。金属间化合物层的快速形成主要是由于铜扩散到锡内的扩散比例特性，在共晶铅-锡焊料的情况下，上述锡占该合金的63％(重量)。由于高铅块中具有3％或5％的锡，因此该问题不是那么重要，但是随着锡含量的增加问题变得更严重了。多种材料已经被考虑用做阻挡层金属。

镍特别适合用作形成厚锡-铜(Sn₆Cu₅)金属间化合物层的阻挡层，因为它比铜扩散慢25倍(在250℃的正常共晶焊料重熔温度下)。钯也适合，尽管由于其成本高而很少使用。

在International Business Machines Corp.的美国专利US5937320中已经披露了这种阻挡层金属的使用，其中通过电镀在该UBM上提供一层含有镍的阻挡层，这里称为球状-极限冶金(ball-limiting metallurgy)。该方法涉及在一层的薄镍层下面过度腐蚀该Cu UBM，从而防止焊料和Cu UBM曝光面之间接触，该曝光面如果与焊料接触，那么将引起Cu溶解并形成一层厚的金属间化合物Sn-Cu层。尽管该阻挡层能够有效减少Cu在焊料内溶解，但是该公开的制造技术和所获得的结构具有可靠性问题，特别是在该阻挡层的边缘区域有可靠性问题，在该处Cu仍然能够形成金属间化合物。

本发明的目的是提供形成这样一种阻挡层的改进技术。

发明内容

本发明的第一方面在于提供了一种在具有金属焊接垫的半导体薄片上制造焊料块的方法，其包括如下步骤：(a)至少在该焊接垫上提供一层金属电镀接触层；(b)形成一层具有预定图案的保护层，该图案形成所述焊接垫上的开口；(c)在该电镀金属接触层上所述开口内提供一层焊料可附着的金属；(d)从开口区域去除一定量的保护层，这样在金属可附着层的边缘和该保护层之间形成一个开口；(e)在焊料可附着金属层包括步骤(d)形成的所述开口上提供一层阻挡金属层，封装该可附着金属层；(f)在该阻挡金属层上形成一个焊料块；(g)去除掉该保护材料；及(i)去除任何曝光的金属电镀接触层。

该技术能够迅速形成一个阻挡层金属盖，而不需要额外的中间遮蔽步骤。

该阻挡层最优选是镍，但是也可以是钯。该阻挡层盖的厚度可以是0.5-10微米，更优选为1-3微米。

在一种优选技术中，该保护层通过等离子腐蚀去除，例如氧等离子腐蚀。也可以采用其它腐蚀技术如等离子束或活性离子腐蚀。

在另一种优选的技术中，该保护层通过化学方法去除。在该保护层是通用的光致抗蚀剂的情况下，该化学方法可以是显影，其中采用现有的保护层的过度显影来进行必要的清除。

焊料可附着层的下层块金属优选是铜，该金属电镀接触层优选具有铬或铜-铬合金，能够加强下层块金属的附着力和可靠性。下层块金属的厚度优选为1-10微米，更优选为5-6微米。