[发明专利]在种子层之上形成互连结构的半导体器件和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体器件，并且更具体地涉及在不掏蚀（undercut）互连结构下面的种子层的情况下在半导体管芯的接触焊盘上的种子层之上形成互连结构的半导体器件和方法。 

背景技术

常常在现代电子产品中发现半导体器件。半导体器件在电部件的数目和密度方面变化。分立的半导体器件一般包含一种类型的电部件，例如发光二极管（LED）、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器、功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。集成半导体器件典型地包含几百个到数以百万的电部件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件（CCD）、太阳能电池以及数字微镜器件（DMD）。 

半导体器件执行各种的功能，诸如信号处理、高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、将太阳光转变为电力以及产生用于电视显示的视觉投影。在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机以及消费产品的领域中发现半导体器件。还在军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公设备中发现半导体器件。 

半导体器件利用半导体材料的电属性。半导体材料的原子结构允许通过施加电场或基电流（base current）或通过掺杂工艺而操纵其导电性。掺杂向半导体材料引入杂质以操纵和控制半导体器件的导电性。 

半导体器件包含有源和无源电结构。包括双极和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变掺杂水平和施加电场或基电流，晶体管要么促进要么限制电流的流动。包括电阻器、电容器和电感器的无源结构创建为执行各种电功能所必须的电压和电流之间的关系。无源和有源结构电连接以形成电路，这使得半导体器件能够执行高速计算和其他有用功能。 

半导体器件一般使用两个复杂的制造工艺来制造，即，前端制造和和后端制造，每一个可能涉及成百个步骤。前端制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。每个半导体管芯典型地是相同的且包含通过电连接有源和无源部件而形成的电路。后端制造涉及从完成的晶片分割（singulate）各个半导体管芯且封装管芯以提供结构支撑和环境隔离。本文所使用的术语“半导体管芯”指的是词语的单数和复数形式两者，并且因此可以指的是单个半导体器件和多个半导体器件两者。 

半导体制造的一个目的是生产较小的半导体器件。较小的器件典型地消耗较少的功率、具有较高的性能且可以更高效地生产。另外，较小的半导体器件具有较小的覆盖区，这对于较小的终端产品而言是希望的。较小的半导体管芯尺寸可以通过前端工艺中的改进来获得，该前端工艺中的改进导致半导体管芯具有较小、较高密度的有源和无源部件。后端工艺可以通过电互联和封装材料中的改进而导致具有较小覆盖区的半导体器件封装。 

半导体管芯通常包括用于将管芯安装到基板的互连结构。例如，该互连结构可以是在半导体管芯上的绝缘层中的开口内的接触焊盘之上形成的凸块或导电柱。该凸块或导电柱被通过回流凸块材料而接合到基板以提供半导体管芯与基板之间的机械和电互连。导电柱提供较小互连节距和较高互连和布线密度的优点。 

在导电柱与半导体管芯的接触焊盘之间通常需要种子层以获得良好的粘附。种子层在形成导电柱之前被沉积在绝缘层与半导体管芯的接触焊盘之上，并且随后被从覆盖区导电柱的外面的区域去除（常常通过湿法蚀刻工艺）。已知该湿法蚀刻去除在导电柱下面的种子层的一部分，即湿法蚀刻掏蚀导电柱下面的种子层。然而，掏蚀导电柱下面的种子层弱化了导电柱与半导体管芯的接触焊盘之间的粘附，导致接合点裂缝和制造可靠性问题。较小的互连节距由于不能精确地控制湿法蚀刻速率而增加种子层掏蚀的发生。另外，导电柱被形成上至半导体管芯之上的绝缘层的边缘。在邻近于半导体管芯之上的绝缘层的导电柱的底座周围存在高电流密度，这增加互连电阻。 

发明内容

需要在不掏蚀互连结构下面的种子层的情况下在半导体管芯的接触焊盘上的种子层之上形成诸如导电柱或焊盘的互连结构。因此，在一个实施例中，本发明是一种制造半导体器件的方法，包括步骤：提供半导体晶片；在半导体晶片之上形成第一导电层；在半导体晶片之上形成第一绝缘层，第一绝缘层中的第一开口被设置在第一导电层之上；在第一绝缘层之上并进入第一导电层之上的第一开口中形成第二导电层；在第一和第二导电层之上形成导电柱；以及在留下导电柱下面的第二导电层的同时去除在第一绝缘层中的第一开口外面的第一绝缘层之上的第二导电层的一部分。导电柱具有比第一绝缘层中的第一开口的宽度小的宽度。