具有铜结构的集成电路芯片及相关制造方法技术

提出了一种包括铜结构的集成电路芯片。该铜结构的表面覆盖中间金属覆层。该集成电路芯片包含制作有集成电路的衬底、电气耦接中至集成电路的金属焊盘、电气耦接至金属焊盘的铜结构和形成于铜结构上的焊料凸起。该铜结构可以包括再布线层和位于再布线层上的铜柱。

【技术实现步骤摘要】
相关引用本申请主张于2015年5月26日在美国提交的第62/166,567号临时专利申请和于2015年11月17日在美国提交的第14/944,054号专利申请的优先权和权益，并在此包含了前述专利申请的全部内容。
本专利技术的实施例涉及集成电路，特别地，涉及用于集成电路芯片中的铜结构。
技术介绍
集成电路芯片通常包含输入/输出(I/O)焊盘，与该芯片中的电路单元连接。这些I/O焊盘可以通过焊线连接至芯片的封装引脚。I/O焊盘也可以连接至芯片中的再布线层。再布线层一般是一金属层，可以使I/O焊盘在芯片中的分布位置灵活变化。再布线层一般还连接至焊球/焊料凸起，以允许其所在芯片电气连接至外部电路，例如集成于另一芯片中的电路。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提出了一种包括铜结构的集成电路芯片。该铜结构的表面覆盖中间金属覆层。该集成电路芯片包含制作有集成电路的衬底、电气耦接中至集成电路的金属焊盘、电气耦接至金属焊盘的铜结构和形成于铜结构上的焊料凸起。该铜结构可以包括再布线层和位于再布线层上的铜柱。本专利技术的另一实施例提出了一种制造集成电路芯片的方法，包括：在集成电路芯片的衬底上制作铜种子层，并使该铜种子层与金属焊盘耦接，该金属焊盘耦接至衬底中的集成电路；在铜种子层上电镀制作铜以形成第一铜层；在第一铜层上电镀制作铜以形成第二铜层；在第二铜层上电镀制作焊料层；在第一铜层、第二铜层和焊料层的表面上化学镀锡以形成锡覆层；以及对锡覆层进行热处理以在第一铜层和第二铜层的上表面形成锡-铜中间金属覆层。本专利技术的再一实施例提出了一种集成电路芯片包括：衬底，制作有集成电路；第一铜结构，包括形成于被电气耦接至所述集成电路的第一金属焊盘上的第一铜柱、形成于该第一铜柱上的第一焊料凸起和覆盖于第一铜结构表面的第一中间金属覆层；以及第二铜结构，与所述第一铜结构相邻，该第二铜结构包括被电气耦接至所述集成电路的第二金属焊盘上的第二铜柱、形成于该第二铜柱上的第二焊料凸起和覆盖于第二铜结构表面的第二中间金属覆层。附图说明下面的附图有助于更好地理解接下来对本专利技术实施例的描述。为简明起见，不同附图中相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。图1示意出了根据本专利技术一实施例的集成电路芯片100的局部剖面图。图2至图12示意出了根据本专利技术一实施例的制作集成电路芯片100的流程剖面图。图13A和图13B示意出了图1所示集成电路芯片的示例性封装。图14示意出了根据本公开一个实施例的制造集成电路芯片的方法的流程示意图。具体实施方式在下面对本专利技术的详细描述中，为了更好地理解本专利技术的实施例，描述了大量的电路、元件、方法等的具体细节。本领域技术人员将理解，即使缺少一些细节，本专利技术同样可以实施。为清晰明了地阐述本专利技术，一些为本领域技术人员所熟知的细节在此不再赘述。图1示意出了根据本专利技术一实施例的集成电路芯片100的局部剖面图。集成电路芯片100可以包括制作有集成电路的衬底101。制作于衬底101中的集成电路可以通过多个金属焊盘103被耦接至集成电路芯片100外部的电路。在一个实施例中，金属焊盘103(例如铝焊盘)可以是集成电路芯片100的输入/输出(I/O)焊盘。金属焊盘103还可以通过焊线连接至集成电路芯片100的封装引脚。在图1示意的例子中，金属焊盘103电连接至再布线层109。在图1的示例性实施例中，集成电路芯片100包含位于衬底101上的再钝化层104(例如氮化硅)。在一个实施例中钝化层104包括针对单个金属焊盘103的多个微型通孔。这些微型通孔用于将金属焊盘103暴露以允许再布线层109与金属焊盘103电气耦接耦接。铜柱102位于再布线层109上并且与布线层109电气耦接。焊球/焊料凸起105(例如锡)位于铜柱102上并且与铜柱102电气连接。在这一示例中，最终形成锡-铜柱凸点焊接的倒装晶片。倒装晶片可以被封装于封装平台，例如引线框以及封装基底上，以形成集成电路封装。通常外部电路，例如集成于另一集成电路芯片中的电路，可以通过由焊球/焊料凸起105、铜柱102、再布线层109、种子层106和金属焊盘103构成的结构被电气耦接至制作于衬底101中的集成电路。在图1的示例中，铜结构112包括再布线层109和铜柱102。再布线层109和铜柱102均可以包括铜。铜柱102比再布线层109窄。铜柱102和再布线层109可以采用不同的电镀工艺步骤形成。在一个实施例中铜结构112由中间金属覆层107覆盖。中间金属覆层107覆盖有助于阻止相邻铜结构112之间的迁移。在封装过程中，集成电路芯片100被塑封在塑封料(图1中未示出)中，并且塑封料填满铜结构112之间的空隙。中间金属覆层107可以阻止相邻铜结构112之间沿钝化层104和塑封料交接面(如图1中示意的交界面108)的铜离子迁移。对于焊球/焊料凸起105包括锡的情况，中间金属覆层107可以包括锡-铜(Sn-Cu)金属覆层，例如Cu3Sn覆层。本领域技术人员应该理解一个或多个铜再布线带(图1未示出)可以在铜结构112之间延展。在位于金属焊盘103下方的铜再布线带的相应部分中可以制作微型通孔。图2至图12示意出了根据本专利技术一实施例的制作集成电路芯片100的流程剖面图。图2至图12示意出了制作集成电路芯片100的流程中该集成电路芯片100处于晶圆封装和测试各阶段的剖面示意图。虽然为了简明起见图2至图12仅示出了一个铜结构112，但是应该理解集成电路芯片100可以包括多个铜结构112。同理，虽然图2至图12仅示意出了一个再布线层109、铜柱102、焊球/焊料凸起105，该制作流程可以涉及制作多个布线层109、铜柱102、焊球/焊料凸起105等等。首先参考图2，在衬底101上形成金属焊盘103。在一个实施例中金属焊盘103包括铝。金属焊盘103可以是I/O焊盘用于电气连接至制作在衬底101中的集成电路。衬底101中的集成电路可以在集成电路100的晶圆制作阶段形成，早于晶圆封装和测试阶段图2的示例中，进一步在衬底101上制作钝化层104。钝化层104可以包括例如氮化硅-二氧化硅堆叠层，其中二氧化硅层形成于衬底101上，而碳化硅层形成于二氧化硅层上。随后可以在钝化层104的对应于每个金属焊盘103的部分中，制作多个微型通孔201。每个微型通孔201可以具有例如3μm×3μm或3μm×6μm的尺寸。下面参考图3，在衬底101上方形成铜种子层106。铜种子层106可以采用溅射的方式布满钝化层104的表面以及由多个微型通孔201暴露的金属焊盘103的表面上。在一个实施例中，铜种子层106可以包括钛-铜(Ti-Cu)堆叠层，其中钛层形成于金属焊盘103和钝化层104上，而铜层形成于钛层上。在钛-铜(Ti-Cu)堆叠层中，钛层用作保护层，铜层用作电镀种子层。接下来参考图4，在铜种子层106上制作电镀掩膜206。电镀掩膜206可以包括感光性材料，例如光刻胶。电镀掩膜206用于界定那些即将用于制作再布线层109的区域。在图4的示例中，电镀掩膜206将铜种子层106上即将用于电镀形成再布线层109的部分暴露，并将铜种子层106的其余部分掩盖。接下来如图5示例，以电镀掩膜206为掩蔽在铜种子层106上电镀制作铜以形成再布线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造集成电路芯片的方法，包括：在集成电路芯片的衬底上制作铜种子层，并使该铜种子层与金属焊盘耦接，该金属焊盘耦接至衬底中的集成电路；在铜种子层上电镀制作铜以形成第一铜层；在第一铜层上电镀制作铜以形成第二铜层；在第二铜层上电镀制作焊料层；在第一铜层、第二铜层和焊料层的表面上化学镀锡以形成锡覆层；以及对锡覆层进行热处理以在第一铜层和第二铜层的上表面形成锡‑铜中间金属覆层。

【技术特征摘要】
2015.11.17 US 14/944,0541.一种制造集成电路芯片的方法，包括：在集成电路芯片的衬底上制作铜种子层，并使该铜种子层与金属焊盘耦接，该金属焊盘耦接至衬底中的集成电路；在铜种子层上电镀制作铜以形成第一铜层；在第一铜层上电镀制作铜以形成第二铜层；在第二铜层上电镀制作焊料层；在第一铜层、第二铜层和焊料层的表面上化学镀锡以形成锡覆层；以及对锡覆层进行热处理以在第一铜层和第二铜层的上表面形成锡-铜中间金属覆层。2.如权利要求1所述的方法，其中金属焊盘包括所述集成电路芯片的输入/输出焊盘。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二铜层包括电气耦接至所述集成电路芯片的输入/输出焊盘的再布线层。4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二铜层还包括电气耦接至所述再布线层的铜柱。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述铜种子层制作于所述衬底上的钝化层上。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述钝化层包括形成于所述金属焊盘上方的多个微型通孔。7.如权利要求5所述的方法，所述钝化层包括氮化硅。8.如权利要求1所述的方法，其中对锡覆层进行热处理包括：采用回流的工艺步骤对焊料层回流以形成焊料凸起。9.一种集成电路芯片，包括：衬底，制作有集成电路；金属焊盘，位于衬底上并电气耦接至所述集成电路；再布线层，电气耦接至所述金属焊盘；铜柱，位于所述再布线层上并电气耦接至所述再布线层；焊料凸起位于所述铜柱上并与所述铜柱电气耦接；以及锡-铜中间金属覆层，形成于所述铜柱和所述再布线层的表面上。10.如权利要求9所述的集成电路芯片，其中所述金属焊盘包括所述集成电路芯片的输入/输出焊盘。11.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋航，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51