凸塊下金屬化的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總的來說涉及半導體領域，更具體地，涉及凸塊下金屬化結構。
【背景技術】
[0002]半導體工業在近幾十年來最重要的趨勢是一直力求增強器件性能，同時還要持續減小半導體器件部件尺寸。在如今的半導體器件中，部件尺寸普遍處于深亞微米范圍。隨著部件尺寸減小，亞微米金屬互連變得越發重要。理論上來說，金屬層應該均勻沉積并且應該以相同金屬密度填充金屬線的輪廓。然而，對于亞微米金屬互連件的尺寸來說，通常會遇到沉積金屬層的不良階梯覆蓋(poor step coverage)的情況。而且，當通過增加亞微米金屬互連件的厚度來解決RC延遲問題時，只會使不良階梯覆蓋問題變得越發嚴重。
【發明內容】
[0003]根據本發明的一個方面，提供了一種再分布金屬化結構，包括:絕緣鈍化層，具有使設置于襯底上的金屬焊盤暴露的再分布通孔，其中，再分布通孔從上向下看呈圓形或多邊形，多邊形的相鄰邊之間的角大于90° ;以及導電再分布層，填充再分布通孔并且設置在鈍化層上。
[0004]優選地，絕緣鈍化層由氮化硅、無摻雜硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺或它們的任意組合制成。
[0005]優選地，導電再分布層由復合金屬層制成。
[0006]優選地，多邊形的相鄰邊之間的角為至少108°。
[0007]優選地，多邊形的相鄰邊之間的角為至少135°。
[0008]優選地，導電再分布層的厚度與再分布通孔的直徑的比值為大約1.4至大約2.5。
[0009]根據本發明的另一方面，提供了一種凸塊下金屬化結構，包括:金屬焊盤，位于襯底上，襯底上形成有半導體器件；第一鈍化層，設置于金屬焊盤和襯底上，具有暴露金屬焊盤的再分布通孔，其中，再分布通孔從上向下看呈圓形或多邊形，多邊形的相鄰邊之間的角大于90° ;再分布層，設置在再分布通孔中和第一鈍化層上；第二鈍化層，設置在再分布層上并且具有暴露部分再分布層的末端通孔；以及凸塊下金屬層，設置在末端通孔中和第二鈍化層上。
[0010]優選地，第一鈍化層由氮化硅、無摻雜硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺或它們的任意組合制成。
[0011 ] 優選地，再分布層包括復合金屬層。
[0012]優選地，多邊形的相鄰邊之間的角為至少108°。
[0013]優選地，多邊形的相鄰邊之間的角為至少135°。
[0014]優選地，導電再分布層的厚度與再分布通孔的直徑的比值為大約1.4至大約2.5。
[0015]優選地，第二鈍化層由氮化硅、聚酰亞胺層或它們的組合制成。
[0016]根據本發明的又一方面，提供了一種形成凸塊下金屬化結構的方法，包括:在設置在襯底上的金屬焊盤上形成第一鈍化層；通過在第一鈍化層中形成再分布通孔暴露金屬焊盤，其中，再分布通孔從上向下看呈圓形或多邊形，多邊形的相鄰邊之間的角大于90° ;在再分布通孔中和第一鈍化層上沉積第一金屬層；通過圖案化第一金屬層形成再分布層；在再分布層上形成第二鈍化層；通過在第二鈍化層中形成末端通孔暴露部分再分布層；在末端通孔中和第二鈍化層上形成第二金屬層；以及通過圖案化第二金屬層形成凸塊下金屬層。
[0017]優選地，第一鈍化層由氮化硅、無摻雜硅酸鹽玻璃、聚酰亞胺或它們的任意組合制成。
[0018]優選地，再分布層包括復合金屬層制成。
[0019]優選地，多邊形的相鄰邊之間的角為至少108°。
[0020]優選地，多邊形的相鄰邊之間的角為至少135°。
[0021]優選地，導電再分布層的厚度與再分布通孔的直徑的比值為大約1.4至大約2.5。
[0022]優選地，第二鈍化層由氮化硅、聚酰亞胺層或它們的組合制成。
【附圖說明】
[0023]當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明的各方面。應該注意的是，根據工業中的標準實踐，各種部件沒有被按比例繪制。實際上，為了清楚地討論，各種部件的數量和尺寸可以任意增大或減小。
[0024]圖1A是沉積在被金屬層部分填充的傳統再分布通孔中的該金屬層的俯視圖。
[0025]圖1B是示出了在傳統再分布通孔中沉積金屬層之后的橫截面圖的掃描電子顯微鏡圖像。
[0026]圖2A是根據本發明的一些實施例的沉積在被金屬層部分填充的再分布通孔中的該金屬層的俯視圖。
[0027]圖2B是示出了根據本發明的一些實施例的在具有從上向下看時呈八邊形的再分布通孔中沉積金屬層之后的橫截面圖的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0028]圖3是根據本發明的一些實施例的形成凸塊下金屬化結構的流程圖。
[0029]圖4A至圖4D是示出了根據本發明的一些實施例的形成凸塊下金屬化結構的工藝的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0030]為了實現所提出的主題的不同特征，以下發明提供了多個不同實施例或實例。以下描述了部件和配制的特定實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例而并不旨在進行限制。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上方或之上可以包括第一部件和第二部件直接接觸而形成的實施例，還可以包括第一部件和第二部件之間可以形成有附加部件以使第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。另外，在各個實例中，本發明可以重復使用參考標號和/或字母。這種重復目的在于簡化和清晰，其本身并不表示所描述的各個實施例和/或配置之間的關系。
[0031]此外，在本文中可以使用諸如“在……之下”、“在……下面”、“較低的”、“在……上面”、“較高的”等等空間關系術語以便于描述附圖中所示出的一個元件或部件與其他元件或部件之間的關系。這些空間關系術語旨在包含除附圖中所示出的方向以外的器件在使用或操作中的不同方向。裝置可以另外定向(旋轉90度或者處于其他方向)，并且可以相應地對本文所使用的空間關系描述進行同樣的解釋。
[0032]如上所述，由于在如今的半導體器件中亞微米金屬互連變得越發重要，因此RC延遲問題可能變得越發嚴重。因此，增加亞微米金屬互連件的厚度可以解決越發嚴重的RC延遲問題。然而，一方面，增加亞微米金屬互連件的厚度可以解決RC延遲問題，而另一方面，沉積金屬層的不良階梯覆蓋問題卻可能變得更為嚴重。凸塊下金屬化也可能遇到上述進退兩難的問題。
[0033]對于如今的倒裝芯片技術，再分布金屬層可以用來重定位集成電路(IC)的I/O接合焊盤，從而具有低成本、高密度、高靈活性和高性能的優點。然而，由于設計規則所限，覆蓋接合焊盤的鈍化層中的再分布通孔所占據的面積和相鄰再分布通孔的距離無法再增大。因此，增加再分布金屬線的厚度是降低之后形成的再分布金屬層的RC延遲的唯一選擇，并且因此增大了再分布通孔的長寬比。
[0034]然而，當再分布金屬線的厚度與再分布通孔的直徑的比值增加到至少1.4時，會由于沉積金屬層的不良階梯覆蓋而造成針孔故障(pin hole failure)。圖1A是沉積在被金屬層部分填充的傳統再分布通孔中的該金屬層的俯視圖。根據設計規則，從上向下看去，傳統再分布通孔100的形狀為方形。當再分布通孔100形成在覆蓋金屬焊盤(未在圖1A中示出)的第一鈍化層(未在圖1A中示出)中之后，開始在再分布通孔100中沉積第一金屬層110來覆蓋第一鈍化層。
[0035]在圖1A中，再分布通孔100被部分填充，并且可以看出有縫隙120差不多沿著再分布通孔100的相鄰邊之間的對角線形成。這是因為，再分布通孔100的邊的中部的金屬沉積率較快，而再分布通孔100的角部的金屬沉積率較慢。除了上述金屬沉積率不均勻，再分布通孔100的相鄰邊之間的角0 I小于或等于90°。再分布通孔100的相鄰邊之間的角度較小使其更容易生成縫隙120，并且在沉積于再分布通孔100中的第一金屬層110的上部上產生懸垂(overhangs)(未在圖1A中不出)。由于隨后用于圖案化第一金屬層110以形成再分布金屬層，圖案化覆蓋再分布金屬層的第二鈍化層并且圖案化形成在第二鈍化層中的末端通孔中的第二金屬層的酸性蝕刻溶液會通過這些縫隙120流進第一金屬層110內而腐蝕該第一金屬層110，因此這些縫隙120和懸垂導致之后形成的再分布金屬層產生針孔故障。
[0036]而且，在再分布通孔100中的第一金屬層110的沉積期間，如果于沉積在再分布通孔100中的第一金屬層110的上部形成懸垂的問題嚴重，則甚至會在位于再分布通孔100中的金屬層110中形成空隙(void)。該空隙會積聚酸性溶液，從而使腐蝕問題越發嚴重，并且大大增加再分布金屬層的Re延遲。
[0037]圖1B是示出了在傳統再分布通孔中沉積金屬層之后的橫截面圖的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖1B中示出的橫截面SEM圖像對應于圖1A中的剖切線BB’的橫截面。在圖1B中，第一鈍化層140沉積在金屬焊盤130上。隨后在第一鈍化層140中形成再分布通孔100以暴露金屬焊盤130。隨后沉積第一金屬層110以填充再分布通孔100并且覆蓋第一鈍化層140。在圖案化第一金屬層110以形成再分布金屬層IlOa之后，進而在該再分布金屬層IlOa上沉積第二鈍化層150。在圖1B中示出的SEM圖像中，可以清晰地看出，沿著縫隙120形成了嚴重的U型腐蝕區域125。結果，嚴重降低了 IC芯片的成品率。
[0038]鑒于上述內容，如何同時解決RC延遲問題和針孔故障成了棘手的問題。然而，最終發現，如果再分布通孔100的相鄰邊之間的角ΘI增大，則可以同時既解決針孔故障問題又保持RC延遲較小。
[0039]圖2A是根據本發明的一些實施例的沉積在被金屬層部分填充的再分布通孔中的該金屬層的俯視圖。在圖2A中，第一金屬層210沉積在形成于覆蓋金屬焊盤的第一鈍化層(未在圖2A中示出)中的再分布通孔200中。再分布通孔200由第一金屬層210部分填充。從上向下看時，圖2A中的再分布通孔200呈八邊形。因此，呈八邊形的再分布通孔200的相鄰邊之間的角Θ 2(135° )大于圖1A中呈方形的再分布通孔100的相鄰邊之間的角Θ 1(90° )。可以看出，在再分布通孔200的相鄰邊之間沒有形成縫隙。
[0040]圖2B是示出了在具有從上向下看時呈八邊形的再分布通孔中沉積金屬層之后的橫截面圖的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖2B中示出的橫截面SEM圖像對應于圖2A中的剖切線BB’的橫截面。在圖2B中，再分布通孔200形成在覆蓋金屬焊盤230的第一鈍化層240中。第一金屬層210填充再分布通孔200,第二鈍化層250覆蓋第一金屬層210。可以看出，在圖2B中沒有形成縫隙，