晶片级无电镀铜法和凸块制备方法,以及用于半导体晶片和微芯片的渡液技术

本发明专利技术涉及一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法。所述芯片或晶片具有包括多个半导体器件的层和具有开口的钝化层。在所述开口内的传导衬垫与所述半导体器件相接触。在所述方法中，将一种传导性粘着材料沉积到所述传导衬垫上来形成粘着层。将一种传导性金属沉积到所述粘着层上来形成阻挡层，并使用酸浸溶液从所述钝化层上除去可能粘着的传导性粘着材料颗粒。然后，将铜沉积到所述阻挡层上来形成所述铜凸块。所述沉积步骤的每一步均以无电镀方式进行。而且，本发明专利技术还提供了用于上述处理的镀液和由此制得的晶片和微芯片。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体中的晶片凸块技术。特别地，本专利技术涉及在微芯片或包括多个微芯片的晶片上生成铜凸块的无电镀沉积方法。
技术介绍
由于无电镀沉积相比于现有电解镀技术有很多优点，它成为在晶片凸块工业中越来越有吸引力的技术。特别地，比较于电解镀技术，无电镀沉积具有无遮蔽，处理步骤低成本，用时短，好的一致性和好的间隙填充能力的优点。这些优点在晶片凸块的底层金属(UBM)应用中尤其重要。一种无电镀镍凸块处理被研制出来，用于以低成本生产镍凸块；然而，所述处理还不适用于规模生产。并且，镍不是特别好地适用于凸块应用，因为它具有高硬度，并且对于厚度超过1μm的被沉积的镍倾向于具有高的内在压力。这导致了在晶片上无电镀镍沉积的有限的适用性，由于在下面的所述晶片的半导体结构通常是非常脆弱并且对压力敏感的。作为凸块应用中的一种可供选择的金属，铜提供一些内在特性。特别地，当与镍进行比较时，铜具有较高的电传导性，较高的热传导性，较低的熔点，较低的热膨胀系数，并且更易延展。并且，铜比镍或其他金属更便宜，如，用在电解凸块应用中的锡，铅和金。同样地，在晶片上的无电镀铜凸块处理的发展在晶片凸块工业中是非常重要的。而且，在硅片上的铜金属衬垫被逐渐引入到硅集成电路的镀金属法方案中，作为铝衬垫的替代。铝和它的合金有高阻容延迟，高电迁徙以及差的耐压性的问题。另一方面，铜被公认为一种新的镀金属法材料，在下一代硅片中取代铝。虽然铜用作芯片互连线只是最近才被半导体工业实施，很多年来，铜已经大量地用于为倒装芯片封装和互连线应用提供一个可软焊的表面。因此，研制在晶片级上的无电镀铜凸块处理来满足这些需求是很重要的。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例的目的是提供一个铜凸块处理，其中所述处理的每一个沉积步骤都使用无电镀沉积执行。特别地，本专利技术的一些实施例的目的是提供如此的一个凸块处理来在包括铝传导衬垫的晶片或微芯片上生成铜凸块，所述铝传导衬垫在所述晶片或微芯片内部与半导体芯片接触。本专利技术的一些实施例的另一个目的是为执行所述铜凸块处理的所述无电镀沉积步骤提供电镀方法。而本专利技术的一些实施例的另一个目的是提供在晶片或微芯片上的铜凸块。特别地，本专利技术的一些实施例的目的是在晶片或微芯片上提供铜凸块，其在铝传导衬垫上生成。本专利技术提供了一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法。所述芯片或晶片具有包括多个半导体器件的一个层和具有开口的一个钝化层。在所述开口内的传导衬垫与所述半导体器件相接触。在所述方法中，一种传导性粘着材料被沉积到所述传导衬垫上来形成粘着层。一种传导性金属被沉积到所述粘着层上来形成阻挡层并且所述钝化层由一种酸浸溶液来除去所述传导性粘着材料和所述传导性金属的颗粒，其可能粘着在所述钝化层上。然后，铜就被沉积到所述阻挡层来形成所述铜凸块。所述沉积步骤的每一步被无电镀地执行，无电镀地提供所述凸块的完全的生成。而且，提供由上述处理生成的镀液和一个晶片和一个微芯片。根据第一个主要方面，本专利技术提供一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法。所述半导体晶片还有一个钝化层，其具有开口和传导衬垫，在所述开口内，与所述半导体器件相接触。所述方法包括以下步骤在所述传导衬垫上执行传导性粘着材料的无电镀沉积来形成粘着层，在所述粘着层上执行传导性金属的无电镀沉积来形成阻挡层；用酸浸溶液处理所述钝化层，以除去任何可能粘着在所述钝化层上的颗粒，所述颗粒包含所述传导性粘着材料和所述传导性金属中的至少一种；并且在所述阻挡层上进行铜的无电镀沉积来形成所述铜凸块。在本专利技术的一些实施例中，所述处理包括在所述传导衬垫上无电镀沉积所述传导性粘着材料之前，在所述半导体晶片的背部涂一保护层。在本专利技术的一些实施例中，所述处理包括在所述传导衬垫上无电镀沉积所述传导性粘着材料之前，使用碱性清洗液除去在所述传导衬垫上的氧化层。在本专利技术的一些实施例中，在所述传导衬垫上无电镀沉积所述传导性粘着材料包括在所述传导衬垫上无电镀沉积锌。这可以通过将所述半导体晶片浸入到包含Zn2+(Zinc2+)离子的一种粘着镀液中执行，并允许所述Zn2+离子在与传导衬垫上的铝(Al)的反应中吸收到所述传导衬垫上。在本专利技术的一些实施例中，在所述粘着层上无电镀沉积所述传导金属包括无电镀沉积钯(Pd)到所述粘着层上。通过将所述半导体晶片浸入到包含Pd2+离子的阻障镀液中，并允许所述Pd2+离子与所述粘着层上的Zn反应吸收到所述粘着层中，Pd可以被无电镀沉积到所述粘着层上。在本专利技术的一些实施例中，所述传导金属被无电镀沉积到所述粘着层上包括无电镀沉积镍(Ni)到所述粘着层上。在本专利技术的一些实施例中，通过将所述半导体晶片浸入到包含在后续反应中用来无电镀沉积更多的Pd到所述粘着层上的一种还原剂的阻障镀液中，在所述粘着层上无电镀沉淀Pd。在本专利技术的一些实施例中，通过将所述半导体晶片浸入到包含铜离子，氢氧化钠，络合剂和还原剂的铜镀液中来执行无电镀沉积铜到所述阻挡层上。在本专利技术的一些实施例中，所述处理包括执行无电镀沉积一种防锈化学药品来在所述铜凸块和钝化层上生成一个覆盖层。根据第二个主要方面，本专利技术提供包括多个半导体器件的一个半导体芯片。所述半导体芯片也有一个钝化层，其具有开口和传导衬垫，在所述开口内，与所述半导体器件相接触，用来提供所述半导体器件和外部电路之间的接触。在每一个开口内部，所述半导体芯片具有一种传导性粘着材料的粘着层，与各自的传导衬垫接触；传导性金属的阻挡层，与所述粘着层接触；以及一层铜，与所述阻挡层接触，所述的一层铜形成一个铜凸块。根据第三个主要方面，本专利技术提供包括多个上述半导体芯片的一个半导体晶片。根据第四个主要方面，本专利技术提供用于无电镀沉积铜到一层镍或钯上的一种镀液。所述镀液包含铜离子，用于与所述镍或钯反应来沉积铜；以及一种碱，一种络合剂和一种还原剂，用于在后续反应中进一步沉积铜。在本专利技术的一些实施例中，所述镀液包含一种表面控制剂，用来提供被沉积的铜的光滑表面。所述表面控制剂可能包括四甲基铵和2，2’-联吡啶中至少一种。根据第五个主要方面，本专利技术提供一种镀液，用于无电镀沉积一层镍或钯到一层锌上。所述镀液包含镍或钯离子，用于与锌反应来沉积镍或钯；一种还原剂用来在后续反应中进一步沉积镍或钯。在本专利技术的一些实施例中，所述镀液包含氯化铵，氨和氯化氢。附图说明本专利技术的优选实施例将结合附图被描述，其中图1是根据本专利技术的一个实施例的一个半导体芯片的顶部视图，在一个硅片上，具有多个铜凸块，被以一个预定的图样排列；图2是图1中的所述半导体芯片中的所述铜凸块的其中一个的横截面视图；图3是用来生成图2的铜凸块的处理的流程表；图4是图2的所述铜凸块的在图3的所述各处理步骤中的横截面视图；图5A是图1的所述半导体芯片的6个铜凸块的顶部视图；图5B是图5A的所述铜凸块的其中一个的放大的视图；图6是图1的所述半导体芯片的铜凸块的高度图，绘制成沿所述半导体芯片的距离的函数，所述高度使用一个针式轮廓曲线仪进行测量；图7是在经过了铝清洗步骤之后，图5A的所述铜凸块的其中一个的传导衬垫的一部分的一个原子力显微镜(AFM)表面轮廓； 图8是在无电镀沉积锌到所述衬垫上之后，图7的所述衬垫的一部分的原子力显微镜(AFM)表面轮廓；图9是在无电镀沉积钯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法，所述半导体晶片还具有带有开口和传导衬垫的钝化层，在所述开口内所述传导衬垫与所述半导体器件相接触，所述方法包括以下步骤：无电镀沉积一种传导性粘着材料到所述传导衬垫上来形成粘着层； 无电镀沉积一种传导性金属到所述粘着层上来形成阻挡层；用酸浸溶液处理所述钝化层，以除去任何可能粘着在所述钝化层上的颗粒，所述颗粒包含所述传导性粘着材料和所述传导性金属中的至少一种；以及无电镀沉积铜到所述阻挡层来形成所述 铜凸块。

【技术特征摘要】
US 2002-5-16 60/378,0491.一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法，所述半导体晶片还具有带有开口和传导衬垫的钝化层，在所述开口内所述传导衬垫与所述半导体器件相接触，所述方法包括以下步骤无电镀沉积一种传导性粘着材料到所述传导衬垫上来形成粘着层；无电镀沉积一种传导性金属到所述粘着层上来形成阻挡层；用酸浸溶液处理所述钝化层，以除去任何可能粘着在所述钝化层上的颗粒，所述颗粒包含所述传导性粘着材料和所述传导性金属中的至少一种；以及无电镀沉积铜到所述阻挡层来形成所述铜凸块。2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述传导衬垫上无电镀沉积传导性粘着材料来形成粘着层的步骤之前，在所述半导体晶片的背部涂一保护层。3.根据权利要求1或2所述的方法，包括在所述传导衬垫上无电镀沉积传导性粘着材料来形成粘着层的步骤之前，使用碱性清洗液除去在所述传导衬垫上的氧化层。4.根据权利要求1-3中任何一个所述的方法，其中在所述传导衬垫上无电镀沉积传导性粘着材料来形成粘着层的步骤包括在所述传导衬垫上无电镀沉积锌。5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述传导衬垫上无电镀沉积锌包括将所述半导体晶片浸入到包含Zn2+离子的一种粘着镀液中，并允许所述Zn2+离子在与铝的反应中被吸收到所述传导衬垫上，所述传导衬垫包含铝。6.根据权利要求1-5中任何一个所述的方法，其中在所述粘着层上无电镀沉积传导性金属来形成阻挡层的步骤包括无电镀沉积钯到所述粘着层上。7.根据权利要求1-5中任何一个所述的方法，其中无电镀沉积传导性金属到所述粘着层上来形成阻挡层的步骤包括无电镀沉积镍到所述粘着层上。8.根据权利要求6所述的方法，其中无电镀沉积钯到所述粘着层上包括将所述半导体晶片浸入到包含Pd2+离子的阻障镀液中，并允许所述Pd2+离子与Zn反应吸收到所述粘着层上，所述粘着层上包含锌。9.根据权利要求6所述的方法，其中无电镀沉积钯到所述粘着层上包括将所述半导体晶片浸入到包含在后续反应中用来无电镀沉积更多的Pd到所述粘着层上的一种还原剂的阻障镀液中。10.根据权利要求1-9中任何一个所述的方法，其中将所述钝化层用一种酸浸溶液处理而去除包含所述传导性粘着材料和所述传导金属中的至少任何一种的可能粘着在所述钝化层的颗粒的步骤包括将所述钝化层由所述酸浸溶液处理，其中所述酸浸溶液包含硫酸或硝酸。11.根据权利要求1-9中任何一个所述的方法，其中所述钝化层由一种酸浸溶液中来去除包含所述传导性粘着材料和所述传导金属中的至少任何一种的可能粘着在所述钝化层的颗粒的步骤包括所述钝化层由所述酸浸溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海景，龚浩，志昆斯蒂芬王，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]