專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在電極焊盤上方設(shè)置凸點電極而構(gòu)造的半導(dǎo)體器 件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著對電子裝置小型化和具有更高性能的要求，同樣要求安裝在電子裝 置上的半導(dǎo)體器件具有更高性能、更高集成度以及更高的安裝密度。
因此，作為一種滿足更高密度安裝要求的方式，所謂裸芯片安裝作為半 導(dǎo)體元件(半導(dǎo)體芯片)的安裝形式引人注目。
在這種裸芯片安裝中，作為將半導(dǎo)體元件的電極與上面安裝該半導(dǎo)體元 件的襯底內(nèi)的電極布線進行連接的方式，往往使用所謂面向下安裝(芯片倒 裝)，其中通過在半導(dǎo)體芯片的主表面上設(shè)置凸點電極，并將凸點電極連接 到襯底的電極，而將半導(dǎo)體元件安裝在襯底上。
當(dāng)制造包括上述凸點電極的半導(dǎo)體器件時，通過化學(xué)鍍方法將鋅(Zn) 沉淀在例如由鋁-硅(Al-Si)制成的電極焊盤上，然后通過化學(xué)鍍方法以鋅 (Zn)作為催化劑形成鎳(Ni)層，從而形成凸點基層。
隨后，在形成金(Au)層以覆蓋鎳層之后，利用焊料等作為材料在鎳層 上形成凸點電極(例如參閱專利文獻l)。:日本專利No. 3615206
然而，當(dāng)通過上述傳統(tǒng)技術(shù)形成凸點電極時，如果利用傳統(tǒng)上使用的由 鋁魂(Al-Si)制成的電極焊盤(Si: lwt%)作為電極焊盤，則凸點電極對 電極焊盤的附著力很有可能是不足的，這會導(dǎo)致凸點電極分離。
通常，在測試凸點電極附著強度的所謂剪切試驗中，如

圖10A所示，通 過將剪切工具111與形成于電極焊盤103表面上方的凸點電極105接觸來進 行試驗，在上述電極焊盤103與凸點電極105之間設(shè)置有由鎳(Ni)制成的 基層104，電極墊103設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上方，在電極焊盤103與半導(dǎo) 體襯底101之間設(shè)置有絕緣層102。
艮P，使用邊緣鋒利的剪切工具111，并通過在平行于半導(dǎo)體襯底101表 面的方向上相對于凸點電極105移動該剪切工具111且將該剪切工具111與 凸點電極105接觸，而將側(cè)向壓力施加到凸點電極105上。
順帶說明，在上述圖中，數(shù)字106表示由氮化硅、聚酰亞胺等制成的鈍 化層，而數(shù)字106a表示在鈍化層106中形成的開口 (窗口)。
如果凸點電極105牢固地連接到電極焊盤103，如圖10B所示，無論在 任何位置與剪切工具111接觸，凸點電極105都不會從電極焊盤103上分離， 并且凸點電極105在其與剪切工具111接觸的部分不被分開和除去的情況下 留在原位。
然而，當(dāng)電極焊盤103與凸點電極105之間的附著力不足時，則如圖10C 所示，由于剪切工具111對凸點電極105的壓力，電極焊盤103與基層104 之間產(chǎn)生分離，從而凸點電極105連同基層104從電極焊盤103上分離。
正如上述，由鋁-硅(Al-Si)制成的電極焊盤103與基層104之間的附 著力低，因此難以設(shè)置對電極焊盤103具有高附著力的凸點電極105。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，電極焊盤103與基層104之間接觸沒有足夠附著力的 原因之一是，當(dāng)在電極焊盤103上形成基層104時，在上述鍍鎳處理中作為 催化劑的鋅(Zn)的形態(tài)。
艮P，當(dāng)形成基層104時作為催化劑的鋅(Zn)對上述由鋁-硅(Al-Si) 制成的電極焊盤103具有低附著力，因此如圖IIA所示，在電極焊盤103的 表面上產(chǎn)生不存在鋅(Zn) 107的區(qū)域。
鋅(Zn) 107是通過化學(xué)鍍方法例如利用含鋅鍍液的二次浸鋅法(double zincate method)沉積的，但是難以使含鋅鍍液與電極焊盤103的表面均勻接 觸，因此在鋅(Zn)的沉淀/沉積中出現(xiàn)密度不均勻或單側(cè)分布。
鋅(Zn) 107的這種單側(cè)沉淀還導(dǎo)致由鎳(Ni)制成的基層104的單側(cè) 形成，并且如圖IIB所示，在電極焊盤103的表面上產(chǎn)生不存在基層104的
區(qū)域s。
由于上述不存在基層104的區(qū)域的產(chǎn)生，如圖11C所示，橫跨單側(cè)形成 在電極焊盤103上的基層104和電極焊盤103的表面暴露部分形成凸點電極 105，由此產(chǎn)生凸點電極105與電極焊盤103直接接觸的部分。
在這種連接結(jié)構(gòu)中，不僅電極焊盤103與基層104之間的附著力進一步 惡化，而且凸點電極105中包含的焊料成分還會擴散到電極焊盤103內(nèi)，從 而顯著削弱半導(dǎo)體器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件，該半 導(dǎo)體器件是通過在主要由鋁(Al)例如鋁-硅(Al-Si)形成的電極焊盤上方 設(shè)置凸點電極且在凸點電極與電極焊盤之間設(shè)置鎳(Ni)基層而構(gòu)造的，在 此半導(dǎo)體器件中，設(shè)置有對電極焊盤具有足夠附著力的凸點電極；并且還提 供一種能夠以高可靠性形成上述結(jié)構(gòu)的制造方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；電極焊盤，設(shè)置在所述半導(dǎo)體 襯底的一個主表面上方，利用鋁作為其主要材料，且在其表面層部分上具有 銅層；凸點基層，設(shè)置在所述電極焊盤上；以及凸點，設(shè)置在所述電極焊盤 上方，并且所述凸點基層位于所述凸點與所述電極焊盤之間。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；電極焊盤，設(shè)置在所述半導(dǎo)體 襯底的一個主表面上，利用鋁作為其主要材料，且在其表面層部分中包含銅， 銅的濃度從所述表面層部分起在厚度方向上變低；凸點基層，設(shè)置在所述電 極焊盤上；以及凸點，設(shè)置在所述電極焊盤上方，并且所述凸點基層位于所 述凸點與所述電極焊盤之間。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的一個主 表面上方，形成以鋁作為主要材料的電極焊盤；在所述電極焊盤的表面上形 成銅層；在上面形成有所述銅層的所述電極焊盤上沉積鋅；以所述鋅作為催 化劑，在所述電極焊盤上形成凸點基層；以及在所述凸點基層上形成凸點。
附圉說明
圖1A至圖1F是示意性剖面圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器
圖2A至圖2F是示意性剖面圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體器 件的制造方法；
圖3A至圖3C是示意性剖面圖，以放大形式示出根據(jù)第一實施例的半導(dǎo) 體器件制造方法的特定步驟；
圖4A至圖4G是示意性剖面圖，示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體 器件的制造方法；
圖5A和圖5F是示意性剖面圖，示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器 件的制造方法；
圖6A至圖6C是示意性剖面圖，以放大形式示出根據(jù)第二實施例的半導(dǎo) 體器件制造方法的特定步驟；
圖7A至圖7G是示意性剖面圖，逐步示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的 半導(dǎo)體器件的制造方法；
圖8A至圖8F是示意性剖面圖，逐步示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo) 體器件的制造方法；
圖9A至圖9C是示意性剖面圖，以放大形式示出根據(jù)第三實施例的半導(dǎo) 體器件制造方法的特定步驟；
圖IOA至圖IOC是示意性剖面圖，用于說明傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的問題；而
圖11 A至圖11C是示意性剖面圖，示出傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件制造方法的步驟。
具體實施例方式
-本發(fā)明的基本原理-
本發(fā)明人研究了以下問題在由主要成分為鋁(Al)的材料制成的電極 焊盤表面上，形成由鎳(Ni)制成的基層時，如上所述電極焊盤與基層之間 的附著力低，此外作為催化劑的鋅(Zn)的鍍敷沉積特性也低。
從而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象在由含硅(Si)的鋁(Al)基合金例如 鋁-硅(Al-Si)制成的電極焊盤中特別明顯，但卻不發(fā)生在由含銅(Cu)的 鋁(Al)基合金(例如鋁-銅-鈦(Al-Cu-Ti)、鋁-硅-銅(Al-Si-Cu)，等等) 制成的電極焊盤中。
然而，由于上述由鋁-硅(Al-Si)制成的材料具有極好的可用性，其作
為電極焊盤的材料富于多功能性，因此經(jīng)常用作電極焊盤的材料。
因此，本發(fā)明人進行了研究，以便即使在由鋁-硅(Al-Si)制成電極焊 盤的情況下，作為用于形成鎳(Ni)層的催化劑的鋅(Zn)也可以均勻地沉 淀在電極焊盤的表面上，并得到了本發(fā)明。
在本發(fā)明中，當(dāng)在由不含銅的金屬材料例如鋁-硅(Al-Si)制成的電極 悍盤表面上沉淀鋅(Zn)時，在電極焊盤的表面上預(yù)先設(shè)置銅(Cu)層，或 使該電極焊盤的表面中包含銅(Cu)，在此狀態(tài)下，沉積/沉淀鋅(Zn)。
利用上述鋅(Zn)作為催化劑形成鎳(Ni)層，并在該鎳層上形成凸點 電極。
此處，通過在使銅(Cu)層的厚度為大約1 nm至大約20 nm的條件下 沉積銅(Cu)層，以點或島的形式沉積銅(Cu)，從而形成不連續(xù)的覆蓋層。
通過在電極焊盤的表面上將銅(Qi)設(shè)置為具有不連續(xù)點或島形式的覆 蓋層，而在介于不連續(xù)的銅(Cu)覆蓋層與其周圍的電極焊盤的表面暴露部 分之間的邊界部分的表面上以高密度沉淀鋅(Zn)，并且還在電極悍盤的介 于銅(Cu)覆蓋層的各點或島狀部分之間的暴露表面上進一步沉淀鋅(Zn)， 不過是以低密度進行沉淀。
因此，在電極焊盤的表面上，形成由分散布置的鋅(Zn)制成且包含高 密度部分的催化劑層。
同時，也能在如上所述在電極焊盤的表面上形成薄銅(Cu)層之后，通 過執(zhí)行熱處理將銅(Cu)擴散到電極焊盤的表面中。
在此情況下，在電極焊盤的表面中銅(Cu)擴散為具有不連續(xù)點或島形 式的擴散區(qū)，并且銅(Cu)的濃度從電極焊盤的表面起在其厚度方向上變低。
通過在電極焊盤的表面上設(shè)置銅擴散區(qū)，對應(yīng)于銅擴散區(qū)的存在/形成， 以高密度沉淀鋅(Zn)。
因此，在電極焊盤的表面上，形成由分散布置的鋅(Zn)制成且包含高 密度部分的催化劑層。
此外，也能在電極焊盤的表面上形成具有大約50nm厚度的銅(Cu)層 之后，通過執(zhí)行熱處理將銅(Cu)擴散到電極焊盤的表面中。
在此情況下，銅(Cu)形成為連續(xù)地覆蓋電極焊盤表面的膜。
從而，銅(Cu)擴散，同時在電極焊盤的表面處形成連續(xù)區(qū)域，并且銅
.(Cu)的濃度從電極焊盤的表面起在其厚度方向上變低。
通過設(shè)置上述銅擴散區(qū)，能夠在電極焊盤的表面的整個區(qū)域上均勻地沉 淀鋅(Zn)，這確保了電極焊盤與由鎳(Ni)制成的基層之間具有高附著力。 順帶說明，根據(jù)這種方法，必須在熱處理之后除去在電極焊盤的表面上 余留的銅(Cu)。 -本發(fā)明應(yīng)用的各個優(yōu)選實施例-
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各個實施例。在以下實施例中，半導(dǎo) 體器件的構(gòu)造將通過其制造方法進行描述。 (第一實施例)
本發(fā)明第一實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法在圖1A至圖1F、圖2A 至圖2F以及圖3A至圖3C中示出。
制備半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底的一個主表面上形成多個半導(dǎo)體元 件。該半導(dǎo)體襯底也稱為半導(dǎo)體晶片，例如由硅(Si)制成。
對上述半導(dǎo)體襯底應(yīng)用所謂的晶片工藝，并且在它的一個主表面上形成 均具有有源元件(例如MOS晶體管)、無源元件(例如電容器元件)以及 布線層的多個半導(dǎo)體元件，例如邏輯電路元件或半導(dǎo)體存儲器元件。
在半導(dǎo)體襯底的每個半導(dǎo)體元件區(qū)中，在半導(dǎo)體襯底的表面上方設(shè)置用 于外部連接的電極焊盤，并且在半導(dǎo)體襯底與電極焊盤之間設(shè)置絕緣層或多 層布線層。
在后面將要描述的凸點電極形成之后，通過切割將半導(dǎo)體襯底分成獨立 的半導(dǎo)體元件。
順帶說明，在本實施例中，略去了對半導(dǎo)體元件中有源元件、無源元件 以及布線層的構(gòu)造的文字描述和圖形表示。
圖1A示出電極焊盤被設(shè)置于半導(dǎo)體襯底上的狀態(tài)。
艮P，在覆蓋半導(dǎo)體襯底11的主表面的絕緣層(或多層布線層上的絕緣 層)12上選擇性地設(shè)置電極焊盤13，并設(shè)置由氮化硅(SiN)層、聚酰亞胺 層等制成的鈍化層14以選擇性地覆蓋絕緣層12和電極焊盤13。
順帶說明，數(shù)字14a表示在電極焊盤13上和鈍化層14中形成的開口(窗 □)。
上述結(jié)構(gòu)是通過以下步驟獲得的通過氣相生長法或類似方法，在半導(dǎo)
體襯底11的一個主表面上形成由氧化硅(SiO)等制成的絕緣層(或多層布 線層上的絕緣層)12，其中在半導(dǎo)體襯底的這個主表面上形成有源元件(例 如MOS晶體管)、無源元件(例如電容器元件)以及布線層；然后，通過 濺射法或類似方法，在絕緣層12上形成含硅(Si)的鋁(Al)合金層，其厚 度大約為1 pm。
然后，將上述含硅(Si)的鋁(Al)合金層圖案化，從而與布線(圖中 未示) 一起形成多個電極焊盤13。
隨后，沉積由氮化硅(SiN)制成的鈍化層14，其厚度大約為1拜，以 覆蓋電極焊盤13。
作為鈍化層14的一種生長方法，可利用常規(guī)的氣相生長法。
作為鈍化層14的材料，也可利用聚酰亞胺等。
然后，利用光學(xué)-蝕刻工藝，將鈍化層14圖案化，從而形成暴露出電極 焊盤13的表面的開口 14a。
隨后，在電極焊盤13的暴露表面和鈍化層14 (見圖1B)上沉積/形成 銅(Cu)層15。
艮P，利用濺射法、氣相沉積法、或類似方法，在鈍化層14上以及在其 開口 14a中暴露出的電極焊盤13上，沉積厚度為大約lnm至大約20nm的 銅(Cu),從而形成銅(Cu)層15。
此時，如圖3A所示，以不連續(xù)點或島的形式沉積銅(Cu)層15 (圖3A 以放大形式示出圖1B中所示的電極焊盤13部分)。
順帶說明，除了圖1B之外，在圖1C至圖1F以及圖2A至圖2F中，銅 (Cu)層15也被示為具有均勻分布，但是銅(Cu)層15是以不連續(xù)點或島 的形式形成的，如圖3A至圖3C所示。
在本實施例中，在圖1B中和圖1B之后，未示出半導(dǎo)體襯底ll部分。
然后，在電極焊盤13的表面上沉積鋅(Zn)，從而形成鋅(Zn)層16 (見圖1C)。
鋅(Zn)層16是通過利用含鋅(Zn)鍍液的二次浸鋅法，將半導(dǎo)體襯 底ll浸入化學(xué)鍍液來形成的。
此時，鋅(Zn)層16沉積/形成于電極焊盤13的暴露4鈍化層14的開 口 14a中的表面(其上具有銅(Cu)層15)上。
鋅(Zn)層16在后面描述的鎳(Ni)的化學(xué)鍍中用作催化劑。 在上述鋅(Zn)的化學(xué)鍍處理中，構(gòu)成銅(Cu)層15的銅(Cu)與鋁 (Al)和鋅(Zn)相比，具有較小的離子化趨勢，因此保留在電極焊盤13
的表面上，而不被離子化。
銅(Cu)層15以不連續(xù)點或島的形式存在于電極焊盤13的表面上，如
上所述。
因此，如圖3B所示，沉積的鋅(Zn)沉淀在電極焊盤13的位于不存在 銅(Cu)層15的區(qū)域中的表面上(圖3B以放大形式示出圖1C所示的電極 焊盤13部分)。
正如上述，在本實施例中，銅(Cu)層15以不連續(xù)點或島的形式存在 于電極焊盤13的表面上，因此鋅(Zn)層16以分散狀態(tài)形成于電極焊盤13 的表面上。
艮P，在電極焊盤13的表面上，將銅(Cu)設(shè)置為具有不連續(xù)點或島形 式的覆蓋層15，在介于銅(Cu)層15與其周圍的電極焊盤13表面之間的 邊界部分上以高密度沉淀鋅(Zn)，并且還在電極焊盤13的介于銅(Cu) 層15的各點或島狀部分之間的暴露表面上進一步沉淀鋅(Zn)，不過是以 低密度進行沉淀的。
因此，由分散布置的鋅(Zn)層16制成的催化劑層被設(shè)置在電極焊盤 13的表面上。
然后，禾U用鋅(Zn)層16作為催化劑，通過化學(xué)鍍方法在電極焊盤13 上形成鎳(Ni)層17 (見圖1D)。
利用含上述鎳(Ni)且含磷(P)和硼(B)的化學(xué)鍍液，將半導(dǎo)體襯底 ll浸入鍍液中，來執(zhí)行鍍鎳(Ni)處理。
在此化學(xué)鍍處理中，鋅(Zn)層16用作催化劑，而鎳(Ni)沉淀在電 極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上，從而形成鎳(Ni)層 17。
艮P，鎳(Ni)置換了作為催化劑的鋅(Zn)并沉淀，從而形成鎳(NO 層17。
此時，鎳(Ni)是在置換了沉積在暴露于銅(Cu)層15 (其以點或島 的形式沉積)的間隙中的電極焊盤部分上的鋅(Zn)之后沉淀的，但是鎳(Ni)
不沉淀在不存在鋅(Zn)層16的銅(Cu)層15上。
然后，隨著鎳(Ni)層17的生長，電極焊盤13表面上的銅(Cu)層 15被鎳(Ni)層17覆蓋。
從而，將鎳(Ni)層17設(shè)置在電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上，并且在鎳(Ni)層17與電極焊盤13之間設(shè)置以不連續(xù)點 或島的形式沉積的銅(Cu)層15。
根據(jù)上述構(gòu)造，由于銅(Cu)層15的存在，鎳(Ni)層17設(shè)置為對電 極焊盤13的表面具有高附著力。
鎳(Ni)層17構(gòu)成基層，其作為針對凸點電極的焊料成分的阻擋金屬， 并且作為其厚度，可選擇與能夠防止焊料成分?jǐn)U散到電極焊盤13中的厚度 相比相等或更大的厚度，例如3 pm至10 pm的厚度。
順帶說明，在此示出了在形成鎳(Ni)層17的情況下，鋅(Zn)層16 從電極焊盤13的頂部消失，但是鋅(Zn)層16可保留在電極焊盤13上， 其雖然顯著變薄但不消失。
然后，除去銅(Cu)層15的多余部分。
艮P，通過濕式蝕刻法除去鈍化層14上在鎳(Ni)層17周圍余留的銅(Cu) 層15 (見圖1E)。
上述濕式蝕刻通過將半導(dǎo)體襯底11浸入蝕刻溶液中來執(zhí)行，該蝕刻溶 液例如含有過氧化氫溶液作為主要成分。
從而，如圖3C所示，得到這樣一種構(gòu)造其中經(jīng)由銅(Cu)覆蓋層15 設(shè)置鎳(Ni)層17，銅(Cu)覆蓋層15形成于電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面上(圖3C以放大形式示出了圖1E中所示的電極焊盤13部分)。
然后，形成金(Au)層18以覆蓋鎳(Ni)層17 (見圖1F)。
為了防止鎳(Ni)層17的表面氧化和提高在后續(xù)步驟中形成的凸點電 極的焊料潤濕性(solder wettability)，設(shè)置金(Au)層18，且金(Au)層 18的厚度為能夠滿足焊料潤濕性的厚度，例如大約30 nm至70 nm的厚度。
通過利用含金(Au)鍍液的置換化學(xué)鍍方法，將半導(dǎo)體襯底11浸入鍍 液中形成金(Au)層18。
從而，金(Au)沉淀在鎳(Ni)層17的表面上，以覆兼鎳(Ni)層17 的表面，從而形成金(Au)層18。
然后，在半導(dǎo)體襯底上方形成厚度大約為30 nm的光致抗蝕劑層19，以 覆蓋為金層18等覆蓋的鎳(Ni)層17 (見圖2A)。
隨后，利用光學(xué)工藝來制作光致抗蝕劑層19,從而形成抗蝕掩模層20 (見圖2B)。
艮P，在表面上形成具有開口 20a的抗蝕掩模層20，從開口 20a中暴露出 為金(Au)層18覆蓋的鎳(Ni)層17及其周圍部分。
然后，將焊膏21填入抗蝕掩模層20的開口20a中(見圖2C)。
當(dāng)填充焊膏21時，希望焊膏不留在抗蝕掩模層20的上表面上。
因此，利用刮板(squeegee)(圖中未示)，不僅將焊膏填入開口 20a 中，而且將施加到抗蝕掩模層20上的焊膏刮去。
為了可靠地將預(yù)定量的焊膏21填入開口 20a中，簡言之，這樣的擠壓 (squeezing)要執(zhí)行多次。
作為焊膏21，可使用通過將焊料粉添加到由松香、溶劑、活化劑等制成 的焊劑成分中，或?qū)⒑噶戏叟c焊劑成分混合而得到的焊膏。
作為構(gòu)成焊料粉的材料，可使用多種金屬的合金，上述金屬選自錫(Sn)、 鉛(Pb)、銅(Cu)、銀(Ag)、銦(In)、鋅(Zn)、鉍(Bi)、銻(Sb)、 金(Au)、等等。
然后，對焊膏21進行回流。
此處，執(zhí)行回流是為了使焊膏21附著到鎳(Ni)層17上或與鎳(Ni) 層17結(jié)合。這次回流是在氮氣氣氛中，在等于或高于焊料熔點的預(yù)定溫度 下執(zhí)行的。
順帶說明，如果在后處理中再次執(zhí)行回流，不一定需要進行加熱來獲得 預(yù)定的凸點電極形狀和表面狀態(tài)。
作為上述回流的結(jié)果，焊膏21變成近似球形體21a，并且構(gòu)成金(Au) 層18的金擴散到焊膏21a內(nèi)(見圖2D)。
然后，除去抗蝕掩模層20 (見圖2E)。
根據(jù)構(gòu)成抗蝕掩模層20的抗蝕材料的種類，適當(dāng)?shù)剡x擇為除去抗蝕掩 模層20所需的溶劑和去除條件。
隨后，對焊膏21再次進行回流(見圖2F)。
這次回流也是在氮氣氣氛中，在等于或高于燁料熔點的媼度下執(zhí)行的。
如上所述，近似球形的焊膏21a通過再次融化而被調(diào)整為具有所需的凸 點形狀和平滑的表面狀態(tài)，并牢固地附著到鎳(Ni)層17上且與之結(jié)合， 從而形成凸點電極22。
作為以上步驟的結(jié)果，形成了半導(dǎo)體器件，其中通過在暴露于開口 14a 中的電極焊盤13上設(shè)置鎳(Ni)層17，并且在電極焊盤13與鎳層17之間 設(shè)置銅(Cu)層15)，然后在鎳(Ni)層17上設(shè)置凸點電極22來構(gòu)造該 半導(dǎo)體器件。
在本實施例中，在電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面 上沉積鋅(Zn)層16，在鋅(Zn)層16與電極焊盤13之間設(shè)置以不連續(xù) 點或島的形式沉積的銅(Cu)層，并且利用鋅(Zn)層16作為催化劑進一 步設(shè)置鎳(Ni)層17。
根據(jù)上述構(gòu)造，在處于選擇性地設(shè)置有銅(Cu)層15狀態(tài)下的電極焊 盤13表面上，沉淀/形成鋅(Zn)層16，設(shè)置置換鋅(Zn)層16并具有近 似均勻厚度的鎳(Ni)層17，并在此鎳(Ni)層17上形成凸點電極22。
正如上述，凸點電極22設(shè)置在電極焊盤13上方，并且在凸點電極22 與電極焊盤13之間形成具有近似均勻厚度的鎳(Ni)層17，鎳(Ni)層17 可靠地防止構(gòu)成凸點電極22的焊料成分?jǐn)U散到電極焊盤13內(nèi)。
而且，由于存在以不連續(xù)點或島的形式沉積的銅(Cu)層15，因此鎳 (Ni)層17對電極焊盤13的附著力顯著提高。從而，凸點電極22形成為 對電極焊盤13具有強附著力，并確保了高可靠性。
如上所述，根據(jù)本實施例，當(dāng)利用由鋁-硅(Al-Si)等制成的電極焊盤 在其上設(shè)置凸點電極時，在電極焊盤上設(shè)置以不連續(xù)點或島的形式沉積的銅 (Cu)層，這樣就能確保凸點電極的足夠附著力并獲得與電極焊盤穩(wěn)定連接 的凸點電極，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高度可靠的半導(dǎo)體器件。 (第二實施例)
以下將描述本發(fā)明的第二實施例。
類似于上述第一實施例，本實施例揭示一種半導(dǎo)體器件及其制造方法， 該半導(dǎo)體器件是通過經(jīng)鎳(Ni)層連接電極焊盤和凸點電極而構(gòu)造的，但與
上述第一實施例的不同之處在于增加了銅(Cu)熱擴散歩^。
第二實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法在圖4A至圖4G、圖5A至圖5F
以及圖6A至圖6C中示出。
順帶說明，將用相同的數(shù)字和符號來表示與上述第一實施例中的部件對 應(yīng)的部件，而且省略對相同步驟的詳細(xì)描述。
首先，在圖4A,圖4B所示的步驟中，執(zhí)行與上述第一實施例中圖1A 和圖1B所示相同的步驟。
順帶說明，在本實施例中，圖4B中及在圖4B之后，省略半導(dǎo)體襯底 11的圖形表示。
在以上步驟中，在電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面 上，以不連續(xù)點或島的形式形成有薄銅(Cu)層15的狀態(tài)下，對半導(dǎo)體襯 底ll進行熱處理(見圖4C)。
上述熱處理是在以下條件下執(zhí)行例如，在真空環(huán)境中，溫度為30(TC， 時間為3分鐘。
作為上述熱處理的結(jié)果，如圖6A所示，構(gòu)成銅(Cu)層15的銅(Cu) 熱擴散到電極焊盤13的表面層部分內(nèi)，并且在電極焊盤13中形成銅(Cu) 擴散區(qū)15a，其具有這樣的濃度成分從電極焊盤13的表面起，隨著深度變 深，濃度變低(圖6A以放大形式示出圖4C中所示的電極焊盤13部分)。
銅(Cu)擴散區(qū)15a是在分散狀態(tài)下，以如上所述不連續(xù)點或島的形式 形成在電極悍盤13的表面部分中。
而且，銅(Cu)擴散區(qū)15a具有這樣的濃度分布從電極焊盤13的表 面起，在電極焊盤13的厚度方向上濃度逐漸降低。
順帶說明，除了圖4C之外，在圖4D至圖4G和圖5A至圖5G中，銅 (Cu)擴散區(qū)15a也被示為一個具有均勻深度的區(qū)域，但是銅(Cu)擴散區(qū) 15a對應(yīng)于薄銅(Cu)層15的沉積狀態(tài)，并且如圖6A至圖6C所示，銅(Cu) 擴散區(qū)15a以島的形式形成為孤立的或連續(xù)的，并具有在深度方向上變化的 濃度。
然后，在電極焊盤13的表面上沉淀鋅(Zn)，從而形成鋅(Zn)層16 (見圖4D)。
如上所述，通過使用含鋅(Zn)鍍液的二次浸鋅法，將半導(dǎo)體襯底11 浸入化學(xué)鍍液中，在電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上 沉積/形成鋅(Zn)層16，在電極焊盤13的表面處具有銅(Cu)擴散區(qū)15a。
鋅(Zn)層16在下文描述的鎳(Ni)化學(xué)鍍中用作催化劑。 在本實施例中，銅(Cu)擴散區(qū)15a形成于電極焊盤13的表面層中， 而不存在單獨的銅(Cu)層。
因此，在電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面上，鋅(Zn)以高密 度沉淀在銅(Cu)擴散區(qū)15a上；并且在銅擴散區(qū)15a的各點或島狀部分之 間，形成鋅(Zn)層16，不過是以低密度進行沉淀(圖6B以放大形式示出 圖4D中所示的電極焊盤13部分)。
然后，利用鋅(Zn)層16作為催化劑，通過化學(xué)鍍方法，在電極焊盤 13上形成鎳(Ni)層17 (見圖4E)。
利用含上述鎳(Ni)且含磷(P)和硼(B)的化學(xué)鍍液，將半導(dǎo)體襯底 ll浸入鍍液中，來執(zhí)行鍍鎳(Ni)處理。
在此化學(xué)鍍處理中，鋅(Zn)層16用作催化劑，而鎳(Ni)沉淀在電 極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上，從而形成鎳(Ni)層 17。
艮P，鎳(Ni)置換了作為催化劑的鋅(Zn)并沉淀，從而形成鎳(Ni) 層17。
從而，如圖6C所示，在電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面上，形 成鎳(Ni)層17 (圖6C以放大形式示出圖4E中所示的電極焊盤13部分)。
在本實施例中，在沒有銅(Cu)單獨存在于電極焊盤13表面上的情況 下，在電極焊盤1,3上沉積足夠量的鋅(Zn)，因此置換了鋅(Zn)并沉積 到電極焊盤13上的鎳(Ni)層17的附著力足夠高。
鎳(Ni)層17構(gòu)成基層，其作為針對下文描述的凸點電極22的焊料成 分的阻擋金屬，并且其厚度為與能夠防止焊料成分?jǐn)U散到電極焊盤13中的 厚度相比相等或更大的厚度，例如3pm至10pm的厚度。
順帶說明，同樣在此示出了在形成鎳(Ni)層17的情況下，鋅(Zn) 層16從電極焊盤13的頂部消失，但是鋅(Zn)層16可保留在電極焊盤13 上，其雖然顯著變薄但不消失。
然后，如圖4F和圖4G以及圖5A至圖5F所示，按順序執(zhí)行在上述第 一實施例中圖1E和圖1F以及圖2A至圖2F所示相同的步驟，并且通過在 電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面層內(nèi)形成銅(Cu)擴散區(qū)15a的狀
態(tài)下在電極焊盤13上設(shè)置鎳(Ni)層17，然后在鎳(Ni)層17上設(shè)置凸點 電極22，形成半導(dǎo)體器件。
在本實施例中，在電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面層部分內(nèi)， 以不連續(xù)點或島的形式形成銅(Cu)擴散區(qū)15a之后，在電極焊盤13上沉 積鋅(Zn)層，并以該鋅(Zn)層作為催化劑來形成鎳(Ni)層17。
根據(jù)上述構(gòu)造，在電極焊盤13的表面部分上，對應(yīng)薄銅(Cu)層15的 擴散狀態(tài)沉淀鋅(Zn)，從而形成鋅(Zn)層16。然后，以該鋅(Zn)層 16作為催化劑在電極焊盤13的表面上形成鎳(Ni)層17。
從而，在電極焊盤13的表面上方設(shè)置凸點電極22，并且在凸點電極22 與電極焊盤13之間設(shè)置具有均勻厚度的鎳(Ni)層17，這將可靠地防止構(gòu) 成凸點電極22的焊料成分?jǐn)U散到電極焊盤13中。
此外，由于存在以不連續(xù)點或島的形式沉積的銅(Cu)擴散區(qū)15a，因 此鎳(Ni)層17對電極焊盤13的附著力顯著提高。從而，凸點電極22形 成為對電極焊盤13具有強附著力，并確保了高可靠性。
如上所述，根據(jù)本實施例，當(dāng)利用由鋁-硅(Al-Si)等制成的電極焊盤 在其上設(shè)置凸點電極時，在電極焊盤的表面層部分中設(shè)置以不連續(xù)點或島的 形式形成的銅(Cu)擴散區(qū)，這樣就能確保凸點電極的足夠附著力并獲得與 電極焊盤穩(wěn)定連接的凸點電極，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高度可靠的半導(dǎo)體器件。 (第三實施例)
以下將描述本發(fā)明的第三實施例。
類似于上述實施例，本實施例揭示一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半 導(dǎo)體器件是通過經(jīng)鎳(Ni)層連接電極焊盤和凸點電極而構(gòu)造的，但與上述 實施例的不同之處在于，銅(Cu)膜的形成狀態(tài)和銅的擴散方式。
第三實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法在圖7A至圖7G、圖8A至圖8F 以及圖9A至圖9C中示出。
順帶說明，將用相同的數(shù)字和符號來表示與上述第一實施例和第二實施 例中的部件對應(yīng)的部件，而且省略對相同步驟的詳細(xì)描述。
首先，如圖7A所示，執(zhí)行與上述第一實施例中圖1A所示相同的步驟。
然后，在電極焊盤13的表面上形成銅(Cu)層25 (見圖7B)。
艮P，通過濺射法或氣相沉積法，在整個表面上，包括電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上沉積銅(Cu)，從而形成銅(Cu)層 25。
此時，銅(Cu)層25的厚度大約為50nm，厚于第二實施例中銅(Cu) 層15的厚度。
順帶說明，在本實施例中，在圖7B中和在圖7B之后，將省略對半導(dǎo)體 襯底11的圖形表示。
然后，在電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上形成有 銅(Cu)層25的狀態(tài)下，對半導(dǎo)體襯底ll進行熱處理(見圖7C)。
上述熱處理是在以下條件下執(zhí)行的在真空環(huán)境中，溫度為300°C，時 間為3分鐘。
作為上述熱處理的結(jié)果，如圖9A所示，銅(Cu)層25的銅(Cu)熱 擴散到電極焊盤13的表面層內(nèi)，從而形成銅(Cu)擴散區(qū)25a，銅(Cu) 擴散區(qū)25a具有這樣的濃度成分在電極焊盤13中從其表面起，隨著深度 變深，濃度變低(圖9A以放大形式示出圖7C中所示的電極焊盤13部分)。
此處，銅(Cii)擴散區(qū)25a是以均勻厚度連續(xù)形成的，因此與上述第二 實施例中的銅(Cu)擴散區(qū)15a相比，銅(Cu)擴散區(qū)25a形成為在電極焊 盤13的表面層部分的平面處具有更均勻的濃度分布，并具有這樣的濃度梯 度在電極焊盤13的厚度方向上，從表面起隨著深度變深，濃度變低。
然后，除去銅(Cu)層25 (見圖7D)。
艮口，通過濕式蝕刻法，除去余留在電極焊盤13的暴露于開口 14a中的 表面上的部分，亦即經(jīng)上述熱處理未擴散到電極焊盤13中的未反應(yīng)銅(Cu)， 以及位于開口 14a周圍的鈍化層14上的銅(Cu)。
上述濕式蝕刻通過將半導(dǎo)體襯底11浸入蝕刻溶液來執(zhí)行，該蝕刻溶液 例如含有過氧化氫溶液作為主要成分。
從而，銅(Cu)層25未余留在電極焊盤13的表面上，而且電極焊盤 13的表面層部分轉(zhuǎn)變成含有擴散銅(Cu)的鋁-硅(Al-Si)合金狀態(tài)。
然后，在電極焊盤13的表面上沉淀鋅(Zn)，從而形成鋅(Zn)層16 (見圖7E)。
如上所述，通過使用含鋅(Zn)鍍液的二次浸鋅法，將半導(dǎo)體襯底11 浸入化學(xué)鍍液中，在電極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上
沉積/形成鋅(Zn)層16，在電極焊盤13的表面層部分處具有銅(Cu)擴散 區(qū)25a。
鋅(Zn)層16在下文描述的鎳(Ni)化學(xué)鍍中用作催化劑。 此處，電極焊盤13的表面轉(zhuǎn)變成如上所述含銅(Cu)的鋁-硅(Al-Si) 合金狀態(tài)。
因此，如圖9B所示，鋅(Zn)以近似均勻分布的狀態(tài)，沉積/形成于電 極焊盤13的暴露表面的整個區(qū)域上方(圖9B以放大形式示出圖7E中所示 的電極焊盤13部分)。
然后，通過化學(xué)鍍方法，利用鋅(Zn)層16作為催化劑，在電極焊盤 13上形成鎳(Ni)層17 (見圖7F)。
利用含鎳(Ni)且含磷(P)和硼(B)的化學(xué)鍍液，將半導(dǎo)體襯底11 浸入鍍液中，來執(zhí)行鍍鎳(NO處理。
在此化學(xué)鍍處理中，鋅(Zn)層16用作催化劑，而鎳(Ni)沉淀在電 極焊盤13的暴露于鈍化層14的開口 14a中的表面上，從而形成鎳(Ni)層 17。
艮P，鎳(Ni)置換了作為催化劑的鋅(Zn)并且沉淀，從而形成鎳(Ni) 層17。
從而，如圖9C所示，在電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面上，形 成鎳(Ni)層17 (圖9C以放大形式示出圖7F中所示的電極焊盤13部分)。
在上文描述的本實施例中，由于銅(Cu)擴散區(qū)25a (其形成在電極焊 盤13的暴露表面的整個區(qū)域中)的表面處的平面均勻性，鎳(Ni)層17對 電極焊盤13的附著力顯著提高。
鎳(Ni)層17作為針對凸點電極(在下文中描述)的焊料成分的阻擋 金屬，并且其厚度為與能夠防止焊料成分?jǐn)U散到電極焊盤13中的厚度相比 相等或更大的厚度，例如3pm至10^im的厚度。
順帶說明，同樣在此示出了在形成鎳(Ni)層17的情況下，鋅(Zn) 層16從電極焊盤13的頂部消失，但是鋅(Zn)層16可保留在電極焊盤13 上，其雖然顯著變薄但不消失。
然后，如圖7G和圖8A至圖8F所示，按順序執(zhí)行與上述第一實施例中 圖1F和圖2A至圖2F所示相同的步驟，并且通過在電極焊盤13的暴露于開
口 14a中的表面層內(nèi)形成銅(Cu)擴散區(qū)25a的狀態(tài)下在電極焊盤13的表 面上形成鎳(Ni)層17，然后在鎳(Ni)層17上設(shè)置凸點電極22，形成半 導(dǎo)體器件。
在本實施例中，在電極焊盤13的暴露于開口 14a中的表面層的幾乎整 個區(qū)域中形成銅(Cu)擴散區(qū)25a的狀態(tài)下，在電極焊盤13的表面上形成 鎳(Ni)層17。
通過上述構(gòu)造，在電極焊盤13的表面上形成以近似均勻分布沉淀的鋅 (Zn)層16。然后，以上述鋅(Zn)層16作為催化劑，在電極焊盤13的 表面上以均勻厚度形成鎳(Ni)層17。
從而，可靠地防止了構(gòu)成凸點電極22的焊料成分?jǐn)U散到電極焊盤13內(nèi)， 其中凸點電極22設(shè)置在電極焊盤13的表面上方，并且在凸點電極22與電 極焊盤13之間設(shè)置鎳(Ni)層17。
此外，由于在電極焊盤13中存在銅(Cu)擴散區(qū)25a，因此鎳(Ni)層 17對電極焊盤13的附著力顯著提高。從而，在更穩(wěn)定的狀態(tài)下將凸點電極 22設(shè)置為對電極焊盤13具有高附著力，并確保了高可靠性。
如上所述，根據(jù)本實施例，當(dāng)利用由鋁-硅(Al-Si)等制成的電極焊盤 在其上設(shè)置凸點電極時，在電極焊盤的表面層部分的幾乎整個區(qū)域中設(shè)置銅 (Cu)擴散區(qū)，這樣就能確保凸點電極的足夠附著力并獲得與電極焊盤穩(wěn)定 連接的凸點電極，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高度可靠的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種結(jié)構(gòu)并通過上述凸點電極的形成步驟，能夠?qū)崿F(xiàn) 高度可靠的半導(dǎo)體器件，所述結(jié)構(gòu)為當(dāng)在不含銅(Cu)的電極焊盤，例如 由鋁-硅(Al-Si)制成的電極焊盤上方設(shè)置凸點電極并且在電極焊盤與凸點 電極之間設(shè)置由鎳(Ni)制成的基層時，在電極焊盤與凸點電極之間設(shè)置有 基層的情況下將凸點電極設(shè)置為對電極焊盤具有高附著力。
在任何方面所述實施例均應(yīng)被視為說明性而非限定性的，因此落在權(quán)利 要求等效方案的含義和范圍內(nèi)的所有改動均涵蓋在本發(fā)明內(nèi)。在不偏離本發(fā) 明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以其它特定形式來實施。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；電極焊盤，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的一個主表面上方，利用鋁作為其主要材料，且在其表面層部分上具有銅層；凸點基層，設(shè)置在所述電極焊盤上；以及凸點，設(shè)置在所述電極焊盤上方，并且所述凸點基層位于所述凸點與所述電極焊盤之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述銅層是具有不連續(xù)點或 島的形式的層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述凸點基層由鎳層形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述銅層形成為具有大于等 于1 nm且小于等于20 nm范圍內(nèi)的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電極焊盤設(shè)置在絕緣層 上，所述絕緣層設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主表面上。
6. —種半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體襯底；電極焊盤，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的一個主表面上，利用鋁作為其主要 材料，且在其表面層部分中包含銅，銅的濃度從所述表面層部分起在厚度方 向上變低；凸點基層，設(shè)置在所述電極焊盤上；以及凸點，設(shè)置在所述電極焊盤上方，并且所述凸點基層位于所述凸點與所 述電極焊盤之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中包含在所述電極焊盤的表面 層部分中且其濃度從所述表面層部分起在所述電極焊盤的厚度方向上變低 的銅，是以點或島的形式不連續(xù)地設(shè)置在所述電極焊盤的表面層部分中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述凸點基層由鎳層形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述銅層形嫁為具有大于等 于lnm且小于等于20nm范圍內(nèi)的厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電極焊盤設(shè)置在絕緣 層上，所述絕緣層設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主表面上。
11. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的一個主表面上方，形成以鋁作為主要材料的電極焊盤； 在所述電極焊盤的表面上形成銅層； 在上面形成有所述銅層的所述電極焊盤上沉積鋅； 以所述鋅作為催化劑，在所述電極焊盤上形成凸點基層；以及 在所述凸點基層上形成凸點。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，在所述電極焊盤的 表面上形成銅層的所述步驟之后，還包括以下步驟將銅包含于所述電極焊 盤的表面層部分中并使得銅的濃度從所述表面層部分起在厚度方向上變低。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在將銅包含于 所述電極焊盤的表面層部分中并使得銅的濃度從所述表面層部分起在厚度 方向上變低的所述步驟中，通過熱處理將銅擴散到所述電極焊盤的表面中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述銅層是通 過濺射法或氣相沉積法形成的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過化學(xué)鍍方 法，在上面形成有所述銅層的所述電極焊盤上，形成由鎳制成的所述凸點基 層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述銅層形成 為具有大于等于1 nm且小于等于20 nm范圍內(nèi)的厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括以下步驟 在形成所述凸點基層之后，除去所述凸點基層周圍的銅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中當(dāng)通過化學(xué)鍍方法在由鋁-硅(Al-Si)制成的電極焊盤上形成鎳(Ni)層時，在沉淀作為催化劑的鋅(Zn)之前，以不連續(xù)點或島的形式在電極焊盤的表面上形成銅(Cu)，從而設(shè)置薄銅(Cu)層。
文檔編號H01L21/60GK101106115SQ20071008448
公開日2008年1月16日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者岡本九弘, 栗田行樹, 牧野豊 申請人:富士通株式會社