專利名稱：疊層和集成電路裝置的制作方法
技術領域：
各個實施例通常涉及疊層(layer stack)和集成電路裝置。
背景技術：
在包括金屬化疊層(例如由鋁(Al)/鈦(Ti)/鎳(Ni)釩(V)/銀(Ag)制成的背側金屬化)和焊料系統(例如共晶銀錫(AgSn))的常規焊接系統中，在應用焊接工藝之后將該系統暴露于高濕度和高溫度(例如H3TRB方法)可能導致空隙和腐蝕，這造成該系統的層離。 這可能歸因于以下原因如果在焊接工藝期間或者在后續的工藝中，Ag層和NiV層溶解到共晶焊料材料中，(例如在Ti層與共晶富Sn和Ag相之間的界面處形成TixSny[Me]z(Me=金屬)相。在該金屬間相處，材料系統可能層離)。常規上設法通過增加NiV層厚度(例如Al/Ti/NiV/Ag背側金屬化)來避免這種情形。這延長了共晶焊料(例如主要成分為Sn和Ag)對NiV層的完全消耗。可以避免可能造成層離的金屬間TixSny[Me]z相的形成，因為共晶富Sn焊料可以不再與Ti層的Ti達到直接物理接觸。然而，NiV層的層厚度的增加對用于沉積NiV層的沉積工藝以及對后續的工藝提出很高的需求。增加的沉積時間和工藝溫度可以不僅導致增加的機器保持時間和材料成本，而且它們也可以產生更高的機械應力和晶片翹曲。然后將使得晶片的進一步處理變得困難并且可能甚至變得不可能。依照NiV層的增加的層厚度的焊接結果經常示出空隙并且通常令人不滿意。
發明內容
在各個實施例中，提供了一種疊層。該疊層可以包括載體；設置在載體上方的第一金屬；設置在第一金屬上方的第二金屬；以及設置在第二金屬之上的焊料材料，或者提供到由外部源供應的焊料材料的接觸的材料。第二金屬可以具有至少1800°C的熔化溫度并且在焊接工藝期間和在焊接工藝之后中的至少一個中不溶解到或者基本上不溶解到焊料材料中。當在第二材料上方不存在焊料材料時，那么依照各個實施例可以稍后在工藝中由外部源部署焊料材料。
在附圖中，相似的附圖標記通常貫穿不同視圖表示相同的部分。附圖不一定按比例繪制，相反地通常把重點放在說明本發明的原理上。在以下描述中，參照以下附圖來描述本發明的各個實施例，在附圖中
圖1示出了依照一個實施例的疊層； 圖2示出了依照一個實施例的疊層；以及圖3示出了依照一個實施例的集成電路裝置。
具體實施例方式以下詳細描述參照了附圖，這些附圖通過舉例方式示出了其中可以實施本發明的特定細節和實施例。措詞“示例性”在本文中用來意指“用作實例、示例或例證”。在本文中描述為“示例性”的任何實施例或設計不一定解釋為相對于其他實施例或設計是優選的或有利的。圖1示出了依照一個實施例的疊層100。如圖1中所示，疊層100可以包括載體102。在各個實施例中，載體可以是襯底102。在各個實施例中，襯底(例如晶片襯底)102 可以由各種類型的半導體材料制成，例如硅、鍺、設計的材料或者其他類型的材料，包括例如聚合物，但是在其他實施例中，也可以使用其他適當的材料。在各個實施例中，襯底102 可以由(摻雜的或未摻雜的)硅制成或者可以包括(摻雜的或未摻雜的)硅，在可替換的實施例中，襯底102可以是絕緣體上硅(SOI)晶片的襯底。作為可替換方案，任何其他適當的半導體材料可以用于襯底102，例如半導體化合物材料諸如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、以及任何適當的三元半導體化合物材料諸如砷化銦鎵(InGaAs )或者四元半導體化合物材料。在各個實施例中，疊層100可以進一步包括載體102中或載體102上的至少一個電子部件(圖1中未示出)。此外，在各個實施例中，第一金屬104可以設置在載體102上方。在各個實施例中，第一金屬104可以作為粘附層而提供，其另外提供到載體102的電接觸，例如到載體102 上或載體102中提供的接觸結構的電接觸(例如到一個或多個接觸墊或者金屬化例如背側金屬化(其也可以稱為后側金屬化)的電接觸)。在各個實施例中，第一金屬104可以包括諸如例如鋁(Al)、鈦(Ti)、和/或Al和Ti作為主要組分的合金之類的金屬。在各個實施例中，第一金屬104可以包括包含例如Al的第一層和例如Ti的第二層的雙層結構。在可替換的實施例中，可以針對第一金屬104提供任何其他適當的金屬。在各個實施例中，第一金屬104可以具有從大約IOOnm至大約2000nm的范圍內的組合層厚度，例如在使用一種金屬 (例如Al或Ti)的情況下例如從大約IOOnm至大約400nm的范圍內的層厚度，例如兩種金屬時在對于第一層(例如Al)大約400nm以及對于第二層(例如Ti) 200nm的范圍內。此外，在各個實施例中，第二金屬106可以設置在第一金屬104上方。在各個實施例中，第二金屬106可以包括諸如例如鎢(W)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、鐵( )、鈀(Pd)、鈷(Co)、鉬 (Mo)、錳(Mn)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鈮(Nb)和/或釩(V)之類的金屬。在各個實施例中，第二金屬106可以包括第一金屬成分和第二金屬成分。第一金屬成分可以包括諸如例如鎢(W)、鉭 (Ta)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈮(Nb)和/或鉿(Hf)之類的金屬。在各個實施例中，第二金屬成分可以包括諸如例如鈦(Ti)、鋯(Zr)和/或釩(V)之類的金屬。在可替換的實施例中，可以針對第二金屬106提供任何其他適當的一種或多種金屬。在各個實施例中，第二金屬106可以具有至少1800°C的熔化溫度(例如沒有上限的至少大約1800°C的熔化溫度，例如從1800°C 至大約3400°C的范圍內的熔化溫度)，并且第二金屬106基本上用來由焊料消耗和/或不由焊料消耗，并且可以是到焊料的粘附層。在各個實施例中，第二金屬106可以具有從大約 50nm至大約2000nm的范圍內的層厚度，例如從大約50nm至大約300nm的范圍內的WTi層厚度，例如從大約50nm至大約IOOOnm的范圍內的NiV層厚度。舉例來說，在各個實施例中，第二金屬106可以是高熔點材料，其對于焊料具有非
6常低的溶解性或者沒有溶解性并且不溶解/或者少量地溶解到焊料材料中。因此，第二金屬106提供了焊料材料與第一金屬104的金屬之間的穩定且可靠的電氣和機械接觸。此外， 在各個實施例中，第二金屬106可以被配置成使得它在焊接工藝期間或者在焊接工藝之后不溶解或者僅僅部分地溶解到焊料材料內。在各個實施例中，第二金屬106用作焊料阻擋層，因為它在焊接工藝期間不與焊料材料發生化學反應。此外，在各個實施例中，疊層100可以進一步包括設置在第二金屬106之上的焊料材料108。在各個實施例中，焊料材料108可以包括諸如例如錫(Sn)；銀(Ag)；金(Au)；和 /或以二元合金例如AgSn或AuSn之類的材料。在其中疊層100在焊接工藝被執行之前不包括焊接層的各個實施例中，焊料材料108可以例如包括濺射的AuSn，其可以在焊接工藝之前直接濺射到例如第二金屬106上；和/或焊料和/或保護材料108，其可以包括用于防止第二金屬的氧化或任何化學過程的保護層；例如銀(Ag)層；金(Au)或鈀(Pd)。各個實施例可以提供這樣的疊層，該疊層可以避免或者至少減少空隙或裂縫的形成以及焊料材料108的層離問題。圖2示出了依照一個實施例的疊層200。圖2中所示的疊層200類似于如圖1中所示的疊層100并且可以進一步包括粘附調節層202，該粘附調節層被配置成增加焊料材料108 (或者在可替換的實施例中增加焊接層)與第二金屬層106的粘附。在各個實施例中，粘附調節層202可以設置在第二金屬層 106上方。此外，在各個實施例中，焊料和/或保護材料108可以設置在粘附調節層202上方。在各個實施例中，粘附調節層202可以包括鎳釩(NiV)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、銅(Cu)以及可以利用這些金屬形成的氮化物。在各個實施例中，粘附調節層202可以具有從大約IOnm至大約IOOOnm的范圍內的層厚度，例如從大約IOnm至大約20nm的范圍內的TiN層厚度，例如從大約IOOnm至大約300nm的范圍內的NiV層厚度。上面描述的材料和/或層中的一些或全部可以例如借助于汽相沉積工藝，諸如例如借助于化學汽相沉積工藝(CVD，例如等離子體增強(PE)CVD)和/或借助于物理汽相沉積工藝(PVD，例如濺射)來沉積。根據具體的材料以及可能地工藝環境，其他適當的沉積工藝可以被提供用于沉積相應材料。圖3示出了依照一個實施例的集成電路裝置300。在各個實施例中，集成電路裝置300可以包括一個或多個集成電路302。在各個實施例中，集成電路裝置300可以包括一個或多個邏輯電路和/或一個或多個存儲電路。在各個實施例中，集成電路裝置300可以包括一個或多個單獨的(即例如單獨地封裝的)半導體部件，諸如例如一個或多個單獨的 (即例如單獨地封裝的)功率半導體部件。在各個實施例中，集成電路裝置300可以包括一個或多個場效應晶體管(FET)(例如金屬氧化物半導體(MOS)FET，例如功率MOSFET^n /或一個或多個雙極晶體管。此外，在各個實施例中，集成電路裝置300可以包括一個或多個晶閘管和/或一個或多個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在各個實施例中，集成電路裝置300可以包括一個或多個集成電路，這些集成電路一個堆疊在另一個之上，其中這些集成電路可能已經部分地或完全地被封裝。如圖3中所示的集成電路裝置300的一個實現方式可以包括集成電路，例如IGBT。 集成電路裝置300可以包括例如由硅制成的襯底302以及四個端子(作為集成電路接觸的相應實現方式)(要指出的是，其他集成電路裝置300可以具有不同數量的端子，例如一個、兩個、三個或者超過四個、甚至數十個或數百個端子，這取決于應用)。如圖3中所示的集成電路裝置300具有四個端子，即例如發射極端子304、基極端子306、柵極端子308以及集電極端子310。在各個實施例中，集電極端子310是集成電路裝置300的背側端子。此外， IGBT在襯底302中包括所有像這樣的常規半導體區域，這些區域經適當地摻雜以提供IGBT 的功能。然而，出于清楚的原因，這里將省略對襯底302中的那些常規結構和層的詳細描述。此外，作為集成電路裝置300的背側金屬化，可以提供金屬化疊層312并且將其(機械地和電氣地)耦合到集電極端子310。在各個實施例中，金屬化疊層312可以是背側金屬化疊層312。在各個實施例中，金屬化疊層312可以以任何形式(如例如依照如圖1或圖2中所示的疊層100、200的任何實施例)實現。換言之，金屬化疊層312可以實現為疊層100， 可替換地實現為疊層200。在各個實施例中，可以提供各個實施例的實現方式，其中襯底102包括硅或者由硅組成，第一金屬104包括Al或Ti或(Al和Ti)或者由Al或Ti或(Al和Ti)組成，第二金屬106包括WTi或者由WTi組成，粘附調節層202包括NiV或者由NiV組成，焊接(鈍化) 層108包括Ag或者由Ag組成，并且焊料材料302包括AuSn或者由AuSn組成。在各個實施例中，第一金屬104可以包括包含例如Al的第一層和例如Ti的第二層的雙層結構。在各個實施例中，第二金屬106 (例如WTi)的材料是非常耐熱的，具有低的擴散性并且因而用作用于大范圍焊料材料的焊料阻擋物。舉例而言，如果常規Ti層由第二金屬層106 (例如WTi)代替，那么避免了 TixSny[MeJ相的生成。因此，Ti界面處的層離不再是可能的。第二金屬106 (例如WTi)的沉積對沉積工藝提出僅很少的需求，并且不存在對后續工藝的另外約束。舉例而言，任何像這樣的常規背側金屬化(BSM)磁控管物理汽相沉積 (PVD)組件都能夠例如通過用例如具有按重量計10% Ti的WTi靶(通常利用第二金屬106 的(一種或多種)材料的靶)代替(常規)Ti靶而沉積第二金屬106 (例如WTi )，從而產生依照各個實施例的金屬化疊層，例如BSM疊層(stack)。在各個實施例中，第二金屬106 (例如WTi)可以代替(常規)Ti層或者沉積在Ti 層之上以例如在粘附調節層202的材料溶解之后提供焊料阻擋物。在第二金屬106 (例如 WTi)處阻擋焊料之后，在所述層/焊料疊層(其也可以稱為系統)中建立熱平衡。可以避免 TixSnyMez的形成以及可能的層離。第二金屬106 (例如WTi)與例如包括NiV的相鄰層之間的粘附是良好的。盡管特別地參照特定實施例示出且描述了本發明，但是本領域技術人員應當理解的是，可以在不脫離如所附權利要求書限定的本發明的精神和范圍的情況下在其中做出形式和細節上的各種變化。本發明的范圍因而由所附權利要求書指示，并且落入權利要求書的等效物的含義和范圍內的所有變化因此都旨在包括在內。
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權利要求
1.一種疊層，包括 載體；設置在載體上方的第一金屬； 設置在第一金屬上方的第二金屬；以及設置在第二金屬上方的焊料材料，或者提供到由外部源供應的焊料的接觸的材料； 其中第二金屬具有至少1800°C的熔化溫度并且是到焊料材料的粘附層，并且能夠在焊接工藝期間基本上不溶解到焊料材料中。
2.權利要求1的疊層，進一步包括 載體中或載體上的至少一個電子部件。
3.權利要求1的疊層，其中第一金屬包括選自由鋁、鈦和所提到金屬的合金組成的一組金屬的金屬。
4.權利要求1的疊層，其中第二金屬包括選自由鎢(W)、鉭(Ta)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、鈷(Co)、鉬(Mo)、 錳(Mn)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鈮(Nb)和釩(V)組成的一組金屬的金屬。
5.權利要求1的疊層，其中第二金屬包括多個金屬成分；其中所述多個金屬成分的第一金屬成分包括選自由鎢、鉭、鉬、鉻、鈮和鉿組成的一組金屬的金屬；并且其中所述多個金屬成分的第二金屬成分包括選自由鈦、鋯和釩組成的一組金屬的金jM ο
6.權利要求1的疊層，進一步包括設置在第二金屬上方的作為焊接層的AuSn，其中AuSn在焊接工藝期間形成共晶相。
7.權利要求1的疊層，進一步包括設置在第二金屬上方的焊接層，其中該焊接層在焊接工藝期間利用焊料材料形成包曰曰曰°
8.權利要求6的疊層，其中焊接層包括選自由銀和金-錫組成的組的材料。
9.權利要求1的疊層，進一步包括 設置在第二金屬上方的粘附調節層。
10.權利要求1的疊層，進一步包括 設置在第二金屬上方的保護層。
11.一種疊層，包括 載體；設置在載體上方的金屬層； 設置在金屬層上方的焊料阻擋層；以及被配置成在焊接工藝期間利用焊料材料形成合金的焊料合金層； 設置在焊料合金層上方的焊料材料，或者提供到由外部源供應的焊料材料的接觸的材料；其中焊料阻擋層具有至少1800°c的熔化溫度且在焊接工藝期間和在焊接工藝之后中的至少一個中不溶解到或基本上不溶解到焊料材料中。
12.權利要求11的疊層，進一步包括設置在焊料阻擋層上方的材料，其中該材料保護該疊層免受濕度和大氣。
13.權利要求11的疊層，其中焊料阻擋層包括選自由鎢、鉭、鉬、鉻、鈮和釩組成的一組金屬的金屬。
14.權利要求11的疊層，其中焊料阻擋層包括第一金屬和第二金屬；其中第一金屬包括具有至少1800°C的熔化溫度的金屬，其中第一金屬選自由鎢、鉭、 鉬、鉻、鈮和鉿組成的一組金屬；并且其中第二金屬包括選自由鈦、鋯和釩組成的一組金屬的金屬。
15.權利要求11的疊層，進一步包括設置在第二金屬層上方的作為焊接層的AuSn，其中AuSn在焊接工藝期間形成共晶相。
16.權利要求11的疊層，進一步包括設置在第二金屬上方的焊接層，其中該焊接層被配置成在焊接工藝期間利用焊料材料形成包晶。
17.權利要求11的疊層，其中焊接層包括選自由銀和金錫組成的組的材料。
18.權利要求11的疊層，進一步包括 設置在焊料阻擋層上方的粘附層。
19.一種集成電路裝置，包括 包括集成電路接觸的集成電路；耦合到集成電路接觸的金屬化疊層，該金屬化疊層包括 設置在集成電路接觸上方的第一金屬； 設置在第一金屬上方的第二金屬；以及設置在第二金屬上方的焊料材料，或者提供到由外部源供應的焊料的接觸的材料；其中第二金屬具有至少1800°C的熔化溫度并且在焊接工藝期間和在焊接工藝之后中的至少一個中不溶解到或基本上不溶解到焊料材料中。
20.權利要求19的集成電路裝置，其中金屬化疊層是集成電路的背側金屬化疊層。
21.權利要求19的集成電路裝置， 其中集成電路包括至少一個電子部件。
22.權利要求19的集成電路裝置，其中第二金屬包括第一金屬成分和第二金屬成分；其中第一金屬成分具有至少1800°C的熔化溫度并且包括選自由鎢、鉭、鉬、鉻、鈮和鉿組成的一組金屬的金屬；并且其中第二金屬包括選自由鈦、鋯和釩組成的一組金屬的金屬。
23.一種集成電路裝置，包括 包括集成電路接觸的集成電路；耦合到集成電路接觸的金屬化疊層，該金屬化疊層包括 載體；設置在載體上方的金屬層； 設置在金屬層上方的焊料阻擋層；以及被配置成在焊接工藝期間利用焊料材料形成合金的焊料合金層，或者提供到由外部源供應的焊料的接觸的材料；設置在焊料合金層上方的焊料材料；其中金屬層具有至少1800°C的熔化溫度且在焊接工藝期間和在焊接工藝之后中的至少一個中不溶解到或基本上不溶解到焊料材料中。
24.權利要求23的集成電路裝置，其中金屬化疊層是集成電路的背側金屬化疊層。
25.權利要求23的集成電路裝置， 其中集成電路包括至少一個電子部件。
26.權利要求23的集成電路裝置，其中焊料阻擋層包括選自由鎢、鉭、鉬、鉻、鈮和釩組成的一組金屬的金屬。
全文摘要
本發明涉及疊層和集成電路裝置。在各個實施例中，提供了一種疊層。該疊層可以包括載體；設置在載體上方的第一金屬；設置在第一金屬上方的第二金屬；以及設置在第二金屬之上的焊料材料，或者提供到由外部源供應的焊料的接觸的材料。第二金屬可以具有至少1800℃的熔化溫度并且在焊接工藝期間和在焊接工藝之后中的至少一個中不溶解到或者基本上不溶解到焊料材料中。
文檔編號H01L23/488GK102403292SQ20111027519
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者普加喬 A., 納佩奇尼希 E., 施托伊克勒 F., 哈里森 M., 施密特 T. 申請人:英飛凌科技股份有限公司