專利名稱：用于銅金屬化集成電路的絲焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及半導(dǎo)體器件和工藝的領(lǐng)域，更具體來(lái)說(shuō)涉及焊接(bond)銅金屬化集成電路的絲焊工藝。
四十多年來(lái)，在集成電路(IC)技術(shù)中，純的或摻雜的鋁已成為互連和焊接區(qū)的金屬化選擇。鋁的主要優(yōu)點(diǎn)包括便于沉積和形成圖形。此外，由金、銅或鋁制成的金屬絲焊接到鋁焊接區(qū)的技術(shù)已發(fā)展到高度自動(dòng)化、小型化和可靠性的水平?？稍?995年10月3日授權(quán)的#5,455,195號(hào)(Ramsey等人，“用于在集成電路導(dǎo)電焊接中獲得冶金穩(wěn)定性的方法”)；1993年9月14日授權(quán)的#5,244,140號(hào)(Ramsey等人，“超過(guò)125kHz的超聲波焊接工藝”)；1993年4月13日授權(quán)的#5,201,454號(hào)(Alfaro等人，“IC互連中增強(qiáng)的金屬化生長(zhǎng)的工藝”)；以及1991年6月11日授權(quán)的#5,023,597號(hào)(Tsumura,“具有銅絲球焊的半導(dǎo)體器件)的美國(guó)專利中可發(fā)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高的鋁的絲焊的例子。
在不斷使IC小型化的趨勢(shì)中，有源電路元件之間互連的RC時(shí)間常數(shù)日益支配著可實(shí)現(xiàn)的IC速度-功率積。結(jié)果，電阻率相對(duì)高的互連鋁現(xiàn)在看上去比諸如銅等電阻率較低的金屬差。此外，鋁對(duì)電遷移的顯著的敏感性正成為一個(gè)嚴(yán)重的障礙。結(jié)果，根據(jù)銅的電導(dǎo)率較高而對(duì)電遷移的敏感性較低，現(xiàn)在在半導(dǎo)體行業(yè)中，有一個(gè)把銅用作較佳的互連材料的強(qiáng)烈的推動(dòng)。然而，從成熟的鋁互連技術(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看，到銅的這種轉(zhuǎn)變是一個(gè)重大的技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
必須對(duì)銅進(jìn)行防護(hù)，以防止它擴(kuò)散入IC的硅基底材料，以便保護(hù)電路免受位于硅晶格中的銅原子對(duì)載流子壽命破壞性特性的影響。對(duì)于由銅制成的焊接區(qū)，必須防止在制造工藝流程期間形成薄的氧化銅(Ⅰ)膜，這是因?yàn)檫@些膜嚴(yán)重地阻礙了焊絲的可靠焊接，尤其是對(duì)于常規(guī)的金絲球焊。與覆蓋在金屬鋁上面的氧化鋁膜相反，通過(guò)熱壓和在焊接過(guò)程中加上超聲波能量，覆蓋在金屬銅上面的氧化銅膜不易破裂。作為進(jìn)一步的難題，裸露的銅焊接區(qū)易于受到腐蝕。
為了克服這些問題，己揭示了在干凈的銅焊接區(qū)蓋上一層鋁的工藝，因而重構(gòu)了應(yīng)由常規(guī)金絲球焊來(lái)焊接的鋁焊接區(qū)的傳統(tǒng)情況。在1998年7月28日授權(quán)的#5,785,236號(hào)美國(guó)專利(Cheung等人，“與現(xiàn)有IC絲焊技術(shù)兼容的先進(jìn)銅互連系統(tǒng)”)中描述了一種適宜的焊接工藝。然而，所述方案具有幾個(gè)缺點(diǎn)。
首先，鋁蓋的制造成本比預(yù)期的高，這是因?yàn)樵摴に囆枰练e金屬、形成圖形、蝕刻和清潔的附加步驟。其次，這一蓋子必須足夠厚，以防止銅穿過(guò)蓋子金屬而擴(kuò)散及污染IC晶體管。第三，蓋子所使用的鋁是柔軟的，因而它在電氣測(cè)試中將受到多探針觸點(diǎn)的痕跡(marking)的嚴(yán)重破壞。繼而，這一破壞在焊接區(qū)尺寸一直在減小時(shí)變得尤為明顯，從而使隨后的球焊焊接不再可靠。
在2000年2月18日提交的#60/183,405號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中已揭示了覆蓋銅金屬化IC的銅焊接區(qū)的低成本的結(jié)構(gòu)和方法。本發(fā)明與該申請(qǐng)有關(guān)。迫切地需要一種把金屬絲焊接到被覆蓋的焊接區(qū)的可靠方法，該方法把最小的制造成本與在最大程度上對(duì)可能妨礙隨后絲焊的金屬的上擴(kuò)散進(jìn)行控制相結(jié)合。此焊接方法應(yīng)足夠靈活，以適用于不同的IC產(chǎn)品族和寬的設(shè)計(jì)和工藝變化范圍。最好在縮短生產(chǎn)周期時(shí)間和增加產(chǎn)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)新，而不需要昂貴的附加制造設(shè)備。
本發(fā)明揭示了一種堅(jiān)固、可靠和低成本的金屬結(jié)構(gòu)和工藝，此金屬結(jié)構(gòu)和工藝使能集成電路(IC)的互連銅金屬化的金屬絲電氣連接。該結(jié)構(gòu)包括沉積在無(wú)氧化銅表面的阻止銅擴(kuò)散的一層阻擋(barrier)金屬，把其厚度沉積到使它能在250℃下銅的擴(kuò)散與不存在阻擋層金屬時(shí)相比減少不止80％。該結(jié)構(gòu)還包括把在250℃下阻擋層金屬的擴(kuò)散與不存在可焊接金屬時(shí)相比減少不止80％的最外層。最后，把一金屬絲焊接到最外層以進(jìn)行冶金連接。
從鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及它們的合金構(gòu)成的組中選擇這種阻擋層金屬。從金、鉑和銀構(gòu)成的組中選擇最外的金屬層。
本發(fā)明涉及具有銅互連金屬化的高密度高速度IC，尤其涉及具有大量金屬化輸入/輸出或“焊接區(qū)”的那些IC?？稍谥T如處理器、數(shù)字和模擬器件、邏輯器件、高頻和高功率器件等許多器件族以及在大面積和小面積芯片類中獲得這些電路。
本發(fā)明的一個(gè)方面是可適用于減少焊接區(qū)的面積繼而支持IC芯片的縮小。結(jié)果，本發(fā)明有助于減輕對(duì)諸如蜂窩式通信、尋呼機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、膝上型計(jì)算機(jī)和醫(yī)療器械等不斷縮小的應(yīng)用的空間約束。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是通過(guò)無(wú)電沉積的自限定(self-defining)工藝來(lái)制造焊接區(qū)金屬蓋，因而避免高成本的光刻和對(duì)準(zhǔn)工藝。
本發(fā)明的再一個(gè)方面是受金屬擴(kuò)散系數(shù)的指導(dǎo)，選擇適當(dāng)?shù)慕饘賹?duì)和調(diào)節(jié)(coordinate)層厚度，以把升高的焊接溫度下的上擴(kuò)散以及隨后阻止焊接的化學(xué)反應(yīng)減到最少。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是通過(guò)消除探針痕跡(mark)以及隨后的焊接難題來(lái)推進(jìn)晶片級(jí)多探針探測(cè)工藝及可靠性。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供靈活的設(shè)計(jì)和工藝概念，從而可把它們應(yīng)用于許多半導(dǎo)體產(chǎn)品族，而且這些設(shè)計(jì)和工藝概念是通用的，從而可把它們應(yīng)用于好幾代的產(chǎn)品。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是僅使用IC器件制造中最常用和接受的設(shè)計(jì)和工藝，因而避免新的資本投資以及使用已安裝的制造設(shè)備基礎(chǔ)。
通過(guò)本發(fā)明有關(guān)適用于大量生產(chǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程的描述已實(shí)現(xiàn)了這些目的。對(duì)焊接區(qū)的銅的無(wú)氧化表面進(jìn)行引入諸如鈀等金屬的籽晶(seed)并覆蓋一層諸如鎳等的阻擋層金屬。此阻擋層金屬的厚度必須如此，從而能防止焊接操作的高溫時(shí)過(guò)量的銅的上擴(kuò)散。最外層是諸如鈀或金等可焊接的金屬。該層的厚度必須如此，從而它能防止鎳到表面的上擴(kuò)散，在該表面上鎳將使金屬絲氧化并阻礙焊接。在大量制造中，通過(guò)無(wú)電電鍍來(lái)沉積各種金屬層，因而避免了對(duì)昂貴的光刻限定步驟的需要。
從以下對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖及所附權(quán)利要求書中所述的新特征，將使本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步及其各方面變得明顯起來(lái)。


圖1A和1B示出本發(fā)明較佳實(shí)施例的示意剖面圖。
圖1A示出位于具有銅金屬化的集成電路的焊接區(qū)上的層疊的層的可焊接蓋。
圖1B示出包括球焊金屬絲的圖1A的焊接區(qū)。
圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例的更詳細(xì)的示意剖面圖。
圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例的更詳細(xì)的示意剖面圖。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明制造焊接區(qū)蓋的工藝流程的方框圖。
附件該表列舉了把下層金屬的上擴(kuò)散與不存在阻擋層金屬時(shí)相比減少不止80％所需的阻擋金屬層的計(jì)算厚度。
圖1A示出本發(fā)明較佳實(shí)施例的示意剖面圖，把其整個(gè)表示為100。集成電路(IC)具有銅互連的金屬化，且由不能使水分滲透的保護(hù)外涂層101所覆蓋。此外涂層通常由0.5到1.0μm厚的氮化硅制成。在外涂層中開出窗口102，以暴露銅金屬化103的部分。在圖1A中未示出埋入的銅并防止其擴(kuò)散入IC的各部分的下層(通常由氮化鉭、鉭硅氮化物、氮化鎢、鎢硅氮化物、鈦、氮化鈦或鈦鎢；見圖3)。
在圖1A中，僅概括地示出介質(zhì)的IC部分104。這些電絕緣部分不僅可包括諸如二氧化硅等傳統(tǒng)的等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積的介質(zhì)，還包括諸如含硅的氫硅倍半氧丙環(huán)(hydrogen silsesquioxane)、有機(jī)聚酰亞胺、氣凝膠和聚對(duì)二甲苯等具有較低介電常數(shù)的較新介質(zhì)材料或包括等離子體產(chǎn)生的或臭氧原硅酸四乙酯氧化物的介質(zhì)層的堆疊。由于這些材料沒有以前的標(biāo)準(zhǔn)絕緣體那么致密且在機(jī)械上較弱，所以通常對(duì)在銅以下的介質(zhì)進(jìn)行加固。在1998年5月18日提交的#60/085,876號(hào)(Saran等人，“用于加固半導(dǎo)體中的焊接區(qū)的細(xì)距系統(tǒng)和方法”)以及1998年7月14日提交的#60/092,961號(hào)(Saran，“用于有源集成電路上的焊接的系統(tǒng)和方法”)美國(guó)專利申請(qǐng)中可找到其例子。
由于銅容易受到腐蝕，甚至連薄的氧化銅(I)膜也難于焊接，本發(fā)明提供了如圖1、2和3所示在暴露的銅上形成蓋子的結(jié)構(gòu)和工藝。依據(jù)本發(fā)明，蓋子由一堆層金屬構(gòu)成，其厚度調(diào)節(jié)到使該堆疊滿足三個(gè)要求*蓋子起到防備銅上擴(kuò)散到蓋子表面(在該處，銅可能阻礙隨后的絲焊操作)的阻擋層的作用。具體來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)蓋子的金屬的選擇和厚度，從而蓋子把在250℃下銅的上擴(kuò)散與不存在阻擋層金屬時(shí)相比減少不止80％。
*以避免昂貴的光刻步驟的技術(shù)來(lái)制造蓋子。具體來(lái)說(shuō)，使用無(wú)電工藝來(lái)沉積蓋子金屬層。
*蓋子具有可焊接的最外層金屬表面。具體來(lái)說(shuō)，可使用常規(guī)的球焊和楔焊(wedge bonding)以冶金方式把金屬絲和其它耦合部件連接到焊接區(qū)。
如圖1B和2所示，金屬絲球焊是使用耦合部件來(lái)產(chǎn)生電氣連接的較佳方法。另一個(gè)方法是利用楔形焊接器(bonder)的帶焊(ribbon bonding)。與楔焊相比，在高溫下進(jìn)行球焊，為此需要協(xié)調(diào)本發(fā)明的材料和工藝。
絲焊工藝通過(guò)把具有焊接區(qū)的IC芯片與芯片將被焊接到的對(duì)象置于-加熱底座上并把它們的溫度升高到170和300℃之間才開始的。通過(guò)加熱的毛細(xì)管(那里的溫度通常在200和500℃之間的范圍內(nèi))來(lái)敷設(shè)(string)金屬絲110(圖1B中)，金屬絲110通常為金、金-鈹合金、其它金的合金、銅、鋁或其合金，其直徑通常在從18到33μm的范圍內(nèi)。在金屬絲的尖端，使用火焰或火花技術(shù)來(lái)產(chǎn)生自由空氣(free air)球。該球的直徑通常從約1.2到1.6個(gè)金屬絲直徑。使毛細(xì)管向芯片焊接區(qū)(圖1A中的102)移動(dòng)，把該球壓在焊接區(qū)蓋子的金屬化層(圖1A和1B中的層106)上。壓縮力與超聲波能量的組合產(chǎn)生了通過(guò)金屬相互擴(kuò)散而形成的堅(jiān)固的冶金焊接。在焊接時(shí)，溫度范圍通常從150到270℃。在圖1B中，圖示的形態(tài)111作為在金屬絲球焊中所附著的“球”的最后形狀的例子。
對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，重要的是近來(lái)絲焊的技術(shù)發(fā)展已允許形成小而可靠的球形觸點(diǎn)以及可嚴(yán)格控制的線環(huán)(wire loop)形狀?？蓪?shí)現(xiàn)小到75和40μm之間的球間距。例如，可在美國(guó)PA州Willow Grove的Kulicke ＆ Soffa的計(jì)算機(jī)化焊接器8020或者在美國(guó)德克薩斯州Dallas的Texas Instruments的ABACUS SA中找到這些進(jìn)展。通過(guò)空氣以預(yù)定的計(jì)算機(jī)控制的方式移動(dòng)毛細(xì)管產(chǎn)生了形狀精確限定的線環(huán)。最后，毛細(xì)管到達(dá)其預(yù)定的目的地并下降到接觸對(duì)象的觸點(diǎn)焊接區(qū)。通過(guò)毛細(xì)管的痕跡，形成了冶金上的針腳式焊接(stitch bond)，且金屬絲被燒掉而放開了毛細(xì)管。針腳式觸點(diǎn)小而可靠，針腳痕跡的橫向尺寸約為金屬絲直徑(其確切形狀與所使用的毛細(xì)管的形狀有關(guān)，諸如毛細(xì)管壁的厚度以及毛細(xì)管的印跡(footprint))的1.5到3倍。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種焊接區(qū)硬到足以使電氣多探針探測(cè)中所使用的尖端精細(xì)的針不產(chǎn)生探針痕跡的金屬蓋表面。當(dāng)焊接區(qū)的面積小到這種程度一存在焊接區(qū)同時(shí)縮小的趨勢(shì)--使得針的壓印擾亂了大多數(shù)可用的焊接區(qū)域時(shí)，由針的壓印扯碎的柔軟金屬表面特別難于焊接上。
依據(jù)本發(fā)明通過(guò)兩層來(lái)提供銅103上的金屬蓋層105位于銅203上，有時(shí)也沉積在籽晶(seed)金屬層(見圖2和3)上。層105的例子是鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金。這些金屬不貴，且可通過(guò)無(wú)電電鍍來(lái)沉積；然而，它們的可焊接能力較差。在這些金屬中，在250℃下，銅的擴(kuò)散系數(shù)小于1X10E-23cm2/s。結(jié)果，這些金屬成了良好的銅擴(kuò)散阻擋層。通過(guò)擴(kuò)散計(jì)算獲得了把銅擴(kuò)散與不存在這些層時(shí)相比減少不止80％所需的層厚。作為一個(gè)例子，附件中的表格列出當(dāng)銅在250℃或160℃的溫度下擴(kuò)散(擴(kuò)散時(shí)間(min)作為參數(shù))時(shí)鎳的層厚。一般來(lái)說(shuō)，從0.5到1.5μm的阻擋層厚度可安全地滿足銅的減少標(biāo)準(zhǔn)。
層106位于層105上作為蓋的最外層；它是可焊接的，從而它可接受絲焊111。層106的例子是金、鉑、鈀和銀。此外，在250℃下，這些金屬相對(duì)于阻擋層105中所使用的金屬(諸如鎳)的擴(kuò)散系數(shù)小于1x10E-14cm2/s。結(jié)果，這些金屬是層105的材料的良好擴(kuò)散阻擋層。此外，從擴(kuò)散計(jì)算獲得了把層105中的金屬的上擴(kuò)散與不存在層106時(shí)相比減少不止80％所需的層厚。作為一個(gè)例子，附件中的表格列出當(dāng)鎳在250℃或160℃下上擴(kuò)散時(shí)金的層厚，以擴(kuò)散時(shí)間(min)作為參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，1.5μm或稍小的最外層厚度能安全地滿足了來(lái)自層105的金屬擴(kuò)散的減少標(biāo)準(zhǔn)。
作為另一個(gè)例子，附件中的表格列出當(dāng)鎳在250℃或160℃下上擴(kuò)散時(shí)鈀的層厚(μm)，以擴(kuò)散時(shí)間(min)作為參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，約0.4到1.5μm的最外層106的厚度將安全地滿足來(lái)自層105的金屬擴(kuò)散的減少標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)合圖4來(lái)描述無(wú)電電鍍的流程。通常，被鍍的層將符合焊接區(qū)的開口(圖1A中的102)的尺寸。然而，對(duì)于具有厚度減小的保護(hù)外涂層的焊接區(qū)而言，一個(gè)或多個(gè)被鍍的層可能無(wú)電地生長(zhǎng)到超過(guò)開口的外圍。圖2示意地示出了這一層生長(zhǎng)的一個(gè)例子。保護(hù)外涂層201具有減小的厚度201a(例如，0.5μm而不是通常的1.0μm)。而直接鍍?cè)阢~金屬化203的無(wú)氧化表面203a上的金屬籽晶層208容易地配合在外涂層開口內(nèi)，阻擋層205和可焊接層206生長(zhǎng)到超過(guò)開口外圍。在圖2中用205a和206a指示這一蓋子區(qū)域；它對(duì)絲“球”211的冶金焊接沒有影響，但可能影響相鄰焊接區(qū)的最小距離。
圖3更詳細(xì)地歸納了本發(fā)明的較佳實(shí)施例；大多數(shù)尺寸范圍標(biāo)列在圖1a和1B，在圖4中討論無(wú)電電鍍和其它制造工藝步驟。標(biāo)號(hào)外涂層301具有限定焊接區(qū)的尺寸的開口，且其厚度足以適應(yīng)覆蓋焊接區(qū)IC銅金屬化303的所有的堆層。銅跡線303嵌入難熔的金屬屏蔽302(例如，氮化鉭)中，該金屬屏蔽302被介質(zhì)304和金屬增強(qiáng)部件304a所包圍；其方法如上所述。
直接面對(duì)經(jīng)過(guò)清潔的無(wú)氧化銅表面303a的是蓋子的第一層，即一薄的籽晶金屬層308(例如，鈀，約5到10nm厚；另一個(gè)選擇為錫)。直接在籽晶金屬層后的是作為阻擋上擴(kuò)散的銅的金屬層305(例如，鎳)。在此阻擋層的頂部是作為阻擋上擴(kuò)散的阻擋層金屬(諸如鎳)并且，與此同時(shí)也作為在冶金上可焊接的蓋子的最外層的金屬層306(例如，金或鈀)。
在圖4中詳述了用于制造圖3的焊接區(qū)蓋的無(wú)電工藝。在保護(hù)外涂層中開了焊接區(qū)而在焊接區(qū)區(qū)域中暴露了銅IC金屬化后，蓋子的沉積工藝在401處開始；工藝順序如下·步驟402使用旋涂技術(shù)給硅IC晶片的背面涂敷抗蝕劑。此涂層將防止晶片背面上意外的金屬沉積。
·步驟403通常在110℃對(duì)抗蝕劑進(jìn)行時(shí)間周期約為30到60分鐘的焙烘。
·步驟404使用等離子體灰化拋光(ashing)工藝對(duì)暴露的焊接區(qū)銅表面進(jìn)行約2分鐘的清潔。
·步驟405通過(guò)把具有焊接區(qū)暴露出的銅的晶片浸入硫酸、硝酸或任何其它酸的溶液中約50到60秒來(lái)進(jìn)行清潔。
·步驟406在溢流沖洗器中沖洗約100到180秒。
·步驟407把晶片浸入催化的金屬氯化物(諸如氯化鈀)溶液中約40到80秒，以“活化”銅表面，即把一薄的籽晶金屬層(諸如鈀)沉積在清潔的無(wú)氧化銅表面上。
·步驟408在傾卸(dump)沖洗器中沖洗約100到180秒。
·步驟409無(wú)電電鍍防備銅上擴(kuò)散的阻擋層金屬。如果選擇鎳，則150到180秒之間的鍍敷將沉積約0.4到0.6μm厚的鎳。
·步驟410在傾卸沖洗器中沖洗約100到180秒。
·步驟411無(wú)電電鍍最外層，該最外層是可焊接的并同時(shí)也提供了防備在下面的阻擋層金屬上擴(kuò)散的阻擋層。如果選擇金或鈀，則150到180秒之間的鍍敷將分別沉積約0.4到0.6μm厚的金或鈀。較佳的工藝首先使用以自限制表面金屬替換的浸沒步驟。如果選擇金，則400到450秒之間的鍍敷將沉積大致為30nm厚的金。作為對(duì)較厚金屬層的第二步驟(0.5到1.5μm厚)，浸沒步驟后面是自動(dòng)催化工藝步驟。
·步驟412在傾卸沖洗器中沖洗約100到180秒。
·步驟413在約8到12秒內(nèi)剝?nèi)ゾ趁娴谋Ｗo(hù)抗蝕劑。
·步驟414旋轉(zhuǎn)沖洗和干燥約6到8分鐘。
焊接區(qū)蓋子制造工藝在415處停止。
以上描述了通過(guò)球焊或楔焊工藝隨后以冶金方式來(lái)連接金屬絲或帶。
雖然經(jīng)對(duì)本發(fā)明作了關(guān)于解說(shuō)性的實(shí)施例的描述，但此描述并不是一個(gè)限制意義上的分析。在參考本說(shuō)明書后，解說(shuō)性的實(shí)施例以及本發(fā)明的其它實(shí)施例的各種修改和組合將對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員變得明顯起來(lái)。作為一個(gè)例子，本發(fā)明可應(yīng)用于難于或不可能通過(guò)常規(guī)的球焊或楔焊技術(shù)焊接的除了銅以外的IC焊接區(qū)金屬化，諸如難熔金屬和貴金屬的合金。作為另一個(gè)例子，本發(fā)明可擴(kuò)展到批量處理，進(jìn)一步降低制造成本。作為再一個(gè)例子，本發(fā)明可用于絲/帶焊接和焊料互連的混合技術(shù)。因此，打算在所附的權(quán)利要求書中將包括任何這樣的修改或?qū)嵤├?br> 表把以下金屬的上擴(kuò)散減少不止80％所需的阻擋金屬層的厚度(微米)時(shí)間(分)250(度) 160(度)鉑中的銅3 4.68E-07 1.79E-0960 2.09E-06 8.01E-091440 1.03E-05 3.93E-084320 1.78E-05 6.80E-08鎳中的銅3 5.39E-07 2.16E-0960 2.41E-06 9.66E-091440 1.18E-05 4.73E-084320 2.04E-05 8.19E-08鈀中的銅3 1.30E-01 9.00E-0260 5.60E-01 4.10E-011440 2.75E+00 2.00E+004320 4.76E+00 3.46E+00金中的鎳3 9.10E-01 1.10E-0160 4.06E+00 5.10E-011440 1.99E+01 2.51E+004320 3.45E+01 4.35E+00鈀中的鎳3 2.70E-02 8.00E-0360 1.22E-01 3.80E-021440 5.98E-01 1.85E-014320 1.04E+00 3.20E-0權(quán)利要求
1．一種用于金屬絲和位于具有銅互連金屬化的集成電路上的焊接區(qū)之間的冶金連接的結(jié)構(gòu)，包括無(wú)氧化銅的焊接區(qū)表面；一層阻擋層金屬，所述阻擋層金屬阻止沉積在所述銅表面上的銅擴(kuò)散，如此調(diào)節(jié)所述阻擋層金屬及厚度，從而所述層把在250℃下銅的擴(kuò)散與不存在所述阻擋層金屬時(shí)相比減少不止80％；可焊接金屬構(gòu)成的最外層，如此調(diào)節(jié)其厚度，從而所述最外層把在250℃下所述阻擋層金屬的擴(kuò)散與不存在所述可焊接金屬時(shí)相比減少不止80％；以及焊接到所述最外層可焊接金屬的所述金屬絲之一。
2．如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于從鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金構(gòu)成的組中選擇所述阻擋層金屬。
3．如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于從金、鉑、鈀和銀構(gòu)成的組中選擇所述可焊接金屬層。
4．如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括位于所述無(wú)氧化銅與所述阻擋金屬層之間的薄的籽晶金屬層。
5．如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述籽晶金屬為鈀或錫。
6．如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于從金、銅、鋁及其合金構(gòu)成的組中選擇所述金屬絲。
7．一種用于形成金屬絲和位于具有銅互連金屬化的集成電路上的焊接區(qū)之間的冶金連接的方法，包括活化所述焊接區(qū)的所述銅金屬化的表面，從而沉積籽晶金屬；通過(guò)無(wú)電沉積來(lái)鍍敷一層阻擋層金屬，如此調(diào)節(jié)所述阻擋層金屬及厚度，從而所述層把在250℃下銅的擴(kuò)散與不存在所述阻擋層金屬時(shí)相比減少不止80％；通過(guò)無(wú)電沉積鍍敷一層可焊接金屬，如此調(diào)節(jié)所述可焊接金屬及其厚度，從而所述層把在250℃下所述阻擋層金屬的擴(kuò)散比不存在所述可焊接金屬時(shí)相比減少不止80％；以及把所述金屬絲之一焊接到所述最外層金屬。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于絲焊步驟包括球焊或楔焊。
9．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過(guò)以下工藝來(lái)形成所述焊接區(qū)，包括在所述集成電路的表面包括具有銅金屬化的表面部分上沉積保護(hù)外涂層；以及通過(guò)光刻技術(shù)在所述外涂層的選中區(qū)域中開口，從而暴露所述銅金屬化的表面。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括在所述開口步驟后通過(guò)把所述暴露的銅表面浸入硫酸、硝酸或任何其它酸的溶液中的清潔步驟。
11．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述活化步驟包括把焊接區(qū)浸入催化金屬氯化物溶液中。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述金屬氯化物為氯化鈀，從而沉積鈀籽晶。
13．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述可焊接金屬層的所述無(wú)電電鍍是浸鍍。
14．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述可焊接金屬的無(wú)電電鍍是浸鍍，接著是自動(dòng)催化鍍。
15．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括在焊接步驟前用探針電測(cè)所述焊接區(qū)的所述最外層從而基本上不留下探針痕跡的步驟。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)集成電路的互連銅金屬化的電氣絲/帶連接的堅(jiān)固而可靠的低成本金屬結(jié)構(gòu)和工藝。該結(jié)構(gòu)包括沉積在無(wú)氧化銅表面上阻止銅擴(kuò)散的一層阻擋層金屬(從鎳、鈷、鉻、鉬、鈦、鎢及其合金中選出)，其厚度能把在250℃下銅的擴(kuò)散比沒有阻擋層金屬時(shí)減少不止80%；以及最外可焊接層(最外可焊接金屬層從金、鉑和銀中選出)，它能把在250℃下阻擋層金屬的擴(kuò)散比沒有可焊接金屬時(shí)減少不止80%。最后，把一金屬絲焊接到最外層以進(jìn)行冶金連接。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK1317389SQ0111213
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2001年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者H·R·特斯, G·阿馬德, W·E·薩比多 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司