涉及管芯封装的方法、技术和结构。在一个典型实现中，管芯封装互连结构包括半导体衬底以及与所述半导体衬底接触的第一导电层。该第一导电层可包括基极层金属（２３０）。所述基极层金属可包括Ｃｕ。该典型实现还包括与所述第一导电层接触的扩散阻挡物（２２５）以及在所述扩散阻挡物之上的润湿层。凸起层（２１５）可位于所述润湿层之上，其中所述凸起层包括Ｓｎ并且Ｓｎ可被电镀。此外，所述扩散阻挡物还适于抑制凸起层中类晶须的形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及半导体工艺制造，尤其涉及制造在管芯封装内的集成电路凸起。
技术介绍
在管芯封装工艺中，在管芯衬底和周围封装之间可放置多层导电层。管芯封装可以使用导电层来焊接并且焊接层可以与低层的导电层相接触。可以在所述低层导电层上形成图案使其具有一个或多个导电凸起，并可被称为“凸起”层。凸起可以接触直接或间接连接至所述衬底的基极层金属。所述凸起和基极层金属具有可能会导致一个或多个电迁移问题或层老化的一种或多种性质。附图说明图1A到图1D示出了典型的缺陷凸起示意图。图2示出了制造结构的典型实施例。图3是图2中示出的制造的典型实现的典型流程图。图4示出了制造结构的典型实施例。图5是图4中示出的制造的典型实现的典型流程图。图6示出了制造结构的典型实施例。图7是图6中示出的制造的典型实现的典型流程图。图8示出了在电气/计算机系统中管芯封装结构的典型实现。具体实施例方式本专利技术的一个或多个典型实施例的技术、方法和结构涉及集成电路和管芯封装。一个或多个典型实现尤其涉及在衬底上制造凸起以避免Cu和Sn的混合。本专利技术中的一个或多个典型实现可以减少与CuSn金属间形成有关的电迁移问题，并且可以减少一层或多层中晶须的形成。将在附图和以下的描述中阐明一个或多个典型实现的细节。在一个典型实现中，一种装置包括半导体衬底以及与所述半导体衬底接触的第一导电层。第一导电层可包括基极层金属，诸如Cu。所述装置还包括与所述第一导电层接触的扩散阻挡物、在所述扩散阻挡物之上的润湿层以及在所述润湿层之上的凸起层。所述凸起层包括Sn。并且所述Sn凸起层可以是电镀的。扩散阻挡物可以防止Cu和Sn扩散通过所述扩散阻挡物。所述扩散阻挡物还能够抑制所述凸起层内类晶须的形成。一个或多个典型实现的其他性质和优点从所述说明和附图以及权利要求中显而易见。在半导体晶片处理中，在衬底上形成器件和互连并电气连接至管芯封装。可以通过所述管芯封装和晶片上低层导电互连层之间的导电焊接层来实现与管芯封装的电气连接。所述焊接层有时包括Sn或Sn合金。所述导电互连层或相邻的导电层有时包括Cu。在某些实例中，导电互连层可以是最低层的金属层或者是最接近于所述衬底的金属层。这一金属层可被称为是基极层金属(BLM)。在某些实例中，所述基极层金属可用作扩散阻挡物以避免焊料迁移入该管芯的低层焊盘。该管芯的焊盘可以包括一层或多层金属层，诸如Al层。在本专利技术的一个或多个典型实现中，可以在基极层金属上形成一层用作在所述基极层金属中的Cu和在扩散阻挡物之上的Sn之间的扩散阻挡物。在一层内使用Sn并在邻近层内使用Cu的管芯封装互连结构会导致该管芯互连的一个或多个有害问题。这些有害问题中的某一些会劣化该管芯封装互连的电学和机械性质，降低形成该互连的成品率，甚至会形成不规则的、不需要的区域，诸如晶须和分层。分层可包括一层或多层的劣化或物理分离。这些有害问题的一部分在图1A到图1D列举并且将在以下描述。图1A和图1B示出了带有电学凸起分层的管芯封装互连的示意图。在图1A中的凸起110是包括了Sn合金和PbSn的焊料区。如标记区115所示，凸起110具有下层互连或基极层金属125相符合的形状。凸起110可以接触并覆盖下层互连或基极层金属的边缘和侧壁。图1B示出了其中包括基极层金属125、PbSn凸起110和管芯衬底区130的区域115的示意图。在此示意图中，在衬底130和凸起110之间的层125和110出现了分层。这一分层是由所述基极层金属125的一种或多种性质导致的。所述基极层金属125可能会以其在烘烤或热处理期间的劣化的方式而被构造。劣化和分层会减少层125和110之间的导电表面区域并会产生电迁移相关的缺陷。管芯封装互连中的某些缺陷可以是电迁移相关的缺陷，并且可由层材料和层分界面的性质引起其他缺陷。某些电迁移相关的缺陷是由层125和110的冶金学性质、增加的热问题以及层125和110之间一个或多个空隙120的生长所引起的。区域115内的电迁移会产生更高的电流密度并会增加电磁应力。如下将在一个或多个典型实现中描述，示出的方法、结构和技术能够减少电迁移相关的管芯封装互连的缺陷。一层或多层管芯封装互连的某些冶金学性质会导致管芯封装互连的缺陷。这些冶金学性质的实例包括不兼容的表面、不同温度下材料的相变以及不同层元素的扩散和混合。例如，Sn是用于一层或多层管芯封装互连层的常用金属。然而Sn在不同的温度下存在两种同素异形体。在约13.2℃以上的温度下，坚硬、有光泽并导电的αSn(四方形结构、α相的Sn)处于稳定相。而当温度低于13.2℃时，βSn(金刚石立方结构、β相的Sn)则是热活泼的。α相是层结构中的首选相。由于两相的密度不同，所以α到β相的转化伴随着26％的体积膨胀。相变中的体积改变会使得Sn和其他层之间的分界面变形。而且βSn是粉末状的并且不具有可用于互连的机械强度。因此当Sn处于β相时，会使Sn层的机械强度和互连劣化。至少由于上述理由，Sn层或互连在低温下会从α相变成β相并导致互连缺陷。以下将在一个或多个典型实现中详述，示出的方法、技术和结构可以防止低温下Sn的相变。虽然示出凸起110作为100中的焊料凸起，但是所述凸起可以不是焊料层而是与焊料层相邻层的凸起或凸起层。此外，凸起110不是直接接触所述管芯封装105。如在所述附图中描述，凸起或凸起层可以包括诸如Cu的其他材料并且可以直接连接至所述基极层金属或其他层互连。图1C和图1D示出了不同层的Cu和Sn的非期望混合的实例。例如，图1C示出了在互连层内带有空隙155的管芯封装互连150。来自不同层的Cu和Sn的扩散或混合会形成CuSn金属间化合并且可以帮助产生空隙155。互连150中的电抗会因为所述焊料中的空隙而增加并且导致电迁移问题。其他诸如晶须的非期望的形成也可由于Cu和Sn的混合而形成。晶须会导致在Sn凸起中建立的压缩应力并且会导致管芯封装互连的缺陷。图1D示出了带有扩散的或混合的Cu和Sn的管芯封装互连的各层的另一个典型图表160。图1D示出了Cu和Sn形成的实例。例如在图160中，Cu3Sn的区域165和Cu6Sn5的区域170已在Cu层172和178以及Sn层176之间形成。某些传统的技术企图避免来自不同管芯封装互连层的Cu和Sn的混合和扩散。例如，Pb5Sn凸起的使用就可用于防止晶须的形成。然而对Pb5Sn的使用会导致由如上所述低温下Sn相变所引起的电迁移问题。此外，Pb会产生环境和健康问题。在另一个传统实例中，溅射的Ni可用于防止Cu扩散入Sn。然而，溅射Ni的扩散阻挡物性质很差并且不足以阻止Cu和Sn的扩散或混合。如下在一个或多个典型实现中所述，示出的方法、技术和结构能够防止不同管芯封装互连层之间的Cu和Sn的混合和扩散。在本专利技术中的一个或多个典型实现也示出了在所述基极层金属蚀刻期间防止Sn凸起劣化的方法、技术和结构。一般而言，在蚀刻包括Ti、Al或NiV的基极层金属时是能够避免Sn凸起的侵蚀和氧化的。图2示出了管芯封装互连的一个典型实现。基极层金属230在硅衬底205之上形成并且所述基极层金属230可以包括Cu。基极层金属230也图案化在绝缘体、树脂或介电层235(诸如聚酰亚胺层)之上。基极层金属230可以包括粘附层23本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种装置，包括：半导体衬底；与所述半导体衬底接触的第一导电层，所述第一导电层包括基极层金属，所述基极层金属包括Ｃｕ；与所述第一导电层接触的扩散阻挡物；在所述扩散阻挡物之上的润湿层；以及在所述润湿层之上 的凸起层，所述凸起层包括Ｓｎ，所述Ｓｎ凸起层被电镀，所述扩散阻挡物适于防止Ｃｕ和Ｓｎ扩散通过所述扩散阻挡物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M玻尔，S巴拉克利施南，V杜宾，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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