專利名稱：具有用鍵合層接合到其上的金屬柱的微電子襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請的主題涉及其上具有金屬柱的襯底的結(jié)構(gòu)和制造，金屬柱例如用于和諸如半導(dǎo)體芯片的微電子元件互連，還涉及其上具有用于與襯底互連的柱的微電子元件的結(jié)構(gòu)和制造。
背景技術(shù)：
以倒裝芯片方式封裝半導(dǎo)體芯片變得更加困難了，在倒裝芯片方式中，芯片的觸點面對封裝襯底的對應(yīng)觸點。芯片觸點密度增大正導(dǎo)致觸點間間距的減小。因此，減少了可用于將每個芯片觸點接合到對應(yīng)封裝觸點的焊料體積。此外，更小的焊料接頭使得觸點承載芯片表面和封裝襯底的相鄰面之間的間隔高度減小。不過，在觸點密度非常高時，可能需要間隔高度大于簡單焊料接頭的高度，以便在芯片的相鄰表面和封裝襯底之間形成適當?shù)牡撞刻畛?。此外，為了使封裝襯底的觸點相對于芯片觸點移動些許以補償芯片和襯底之間的差分熱膨脹，可能必須要求最小間隔高度。為了解決這些問題而提出的一種方法涉及到利用覆蓋芯片前表面的光致抗蝕劑掩模直接在芯片觸點上電鍍諸如銅的金屬來形成金屬柱，光致抗蝕劑掩模用于界定柱的位置和高度。然后能夠?qū)⑵渖暇哂袕逆I合焊盤延伸的柱的芯片接合到封裝襯底的對應(yīng)觸點。 或者，可以采取類似方法在襯底的暴露焊盤上形成金屬柱。然后能夠?qū)⑵渖暇哂袕挠|點延伸的柱的襯底接合到芯片的對應(yīng)觸點。不過，當同時在大面積上執(zhí)行時，通過電鍍形成柱的過程可能是有問題的，大面積例如是晶片(直徑從大約200毫米到大約300毫米)的整個區(qū)域，或襯底面板的整個區(qū)域 (通常尺度為大約500毫米見方)。難以實現(xiàn)統(tǒng)一高度、尺寸和形狀的金屬柱。在柱的尺寸和高度非常小時，例如，柱直徑大約為75微米或更小，柱高度大約為50微米或更小時，所有這些都非常難以實現(xiàn)。光致抗蝕劑掩模厚度和圖案形狀尺寸在諸如晶片或襯底面板的大面積上的變化可能干擾獲得統(tǒng)一高度、尺寸和形狀的柱。在另一種方法中，可以將焊料膏凸起或其他填充金屬的膏漏印到襯底面板的暴露表面上的導(dǎo)電焊盤上。然后可以通過后續(xù)的鑄造使凸起平坦化，從而改善平面度。不過，可以要求嚴密的過程控制來形成具有統(tǒng)一焊料體積的凸起，尤其是在間距非常小時，例如大約200微米或更小。在間距非常小時，例如大約200微米或更小時，消除凸起之間焊料搭接的可能性也是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這里公開的實施例，一種互連元件可以包括諸如連接襯底的襯底、封裝的元件、可以包括半導(dǎo)體芯片的電路板或微電子襯底。在一個實施例中，襯底可以包括電介質(zhì)元件，導(dǎo)電元件可以暴露于電介質(zhì)元件的表面上。在一個實施例中，襯底可以是半導(dǎo)體芯片， 導(dǎo)電元件可以包括芯片的觸點或鍵合焊盤。襯底可以具有表面和暴露于表面的多個金屬導(dǎo)電元件，例如導(dǎo)電焊盤、觸點、鍵合焊盤、跡線，等等。多個固體金屬柱可以位于相應(yīng)導(dǎo)電元件上面并從其伸出。金屬間層 (intermetallic layer)可以設(shè)置于所述柱和所述導(dǎo)電元件之間，這樣的層能夠提供所述柱和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電互連。與金屬間層相鄰的柱的基部可以與金屬間層對齊。在一個實施例中，金屬間層可以具有比最初提供的用于形成金屬間層的鍵合層的熔化溫度更高的熔化溫度。在具體實施例中，所述金屬間層可以包括從錫、錫-銅、錫-鉛、 錫-鋅、錫-鉍、錫-銦、錫-銀-銅、錫-鋅-鉍和錫-銀-銦-鉍構(gòu)成的錫金屬組中選擇的至少一種金屬。在另一實施例中，金屬間層可以包括諸如銦、銀或兩者的金屬。在具體實施例中，至少一個柱可以具有基部、遠離基部的尖端以及基部和尖端之間的腰部，尖端設(shè)置于距基部一定高度處。尖端可以具有第一直徑，腰部可以具有第二直徑。在具體實施例中，由于用于形成柱的蝕刻工藝的原因，第一和第二直徑之間可能有大于柱高度25%的差異。所述柱可以在所述金屬間層上方沿垂直方向延伸，所述柱的邊緣從所述柱的尖端到所述柱的基部相對于垂直方向連續(xù)彎曲。在一個實施例中，所述柱可以在金屬間層上方沿垂直方向延伸，至少一個柱可以包括具有第一邊緣的第一蝕刻部分以及第一蝕刻部分和金屬間層之間的至少一個第二蝕刻部分，第一邊緣具有第一曲率半徑。第二蝕刻部分可以具有第二邊緣，第二邊緣具有第二曲率半徑，第二曲率半徑與第一曲率半徑不同。根據(jù)實施例，提供了一種制造微電子互連元件的方法，可以包括利用導(dǎo)電鍵合層將片狀導(dǎo)電元件接合到襯底的暴露導(dǎo)電元件，鍵合層可以與片狀元件和導(dǎo)電元件融合。襯底上可以具有至少一個布線層。然后可以對片狀元件進行構(gòu)圖以形成從導(dǎo)電元件沿第一方向突出出來的多個導(dǎo)電柱?？梢酝ㄟ^相對于鍵合層選擇性蝕刻直到暴露鍵合層的部分并隨后去除鍵合層的暴露部分來對片狀元件進行構(gòu)圖。在具體實施例中，鍵合層可以包括錫或銦。在具體實施例中，片狀元件可以包括箔，箔包括第一金屬，箔表面上方的蝕刻阻擋層以及蝕刻阻擋層遠離第一金屬的表面上方的導(dǎo)電鍵合層。可以通過包括將鍵合層接合到導(dǎo)電元件的處理將片狀元件與導(dǎo)電元件接合。在一個實施例中，然后能夠相對于蝕刻阻擋層選擇性蝕刻所述箔，直到暴露蝕刻阻擋層的部分。然后可以在導(dǎo)電柱之間去除暴露的蝕刻阻擋層的部分和鍵合層的部分。在一種變體中，片狀元件可以包括箔，箔包括第一金屬和箔表面上方的導(dǎo)電鍵合層，可以通過包括使鍵合層與導(dǎo)電元件接合的處理使片狀元件與導(dǎo)電元件接合?？梢酝ㄟ^相對于鍵合層選擇性蝕刻所述箔直到暴露鍵合層的部分之后去除鍵合層的暴露部分來對片狀元件進行構(gòu)圖。
在具體實施例中，該方法還可以包括將第一鍵合層與事先提供在導(dǎo)電元件上的第二鍵合層接合。所述第一和第二鍵合層的材料可以相同或不同。在具體實施例中，第一和第二鍵合層之一可以包括錫和金，第一和第二鍵合層中的另一個可以包括銀和銦。在具體實施例中，所述箔可以基本由第一金屬構(gòu)成，所述蝕刻阻擋層可以基本由不受所述蝕刻劑腐蝕的蝕刻阻擋層構(gòu)成。例如，在一個實施例中，第一金屬可以包括銅，蝕刻阻擋層可以基本由鎳構(gòu)成。在根據(jù)這里的實施例的方法中，可以制造一種微電子互連元件。在這樣的方法中， 可以將片狀導(dǎo)電元件與襯底的暴露導(dǎo)電焊盤接合，襯底例如是其上具有至少一個布線層的微電子襯底或電介質(zhì)元件。然后可以對片狀元件進行構(gòu)圖以形成從導(dǎo)電焊盤沿第一方向突出的多個導(dǎo)電柱。片狀導(dǎo)電元件可以包括箔以及覆蓋在箔表面上的第二金屬層，其中所述箔包括第一金屬。在這樣的方法中，可以利用鍵合材料將第二金屬層接合到導(dǎo)電焊盤，可以相對于第二金屬層選擇性蝕刻所述箔，直到暴露第二金屬層的部分。然后，接下來可以去除第二金屬層的暴露部分。根據(jù)一個實施例，提供了一種制造微電子互連元件的方法。在這種方法中，將至少部分設(shè)置于心軸中開口之內(nèi)的金屬柱的第一端與襯底的導(dǎo)電元件并置，導(dǎo)電鍵合層設(shè)置于所述柱的第一端和所述導(dǎo)電元件之間。然后可以加熱這樣的鍵合層以形成所述柱的第一端和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電接合部。然后可以去除所述心軸以暴露所述柱，使得所述柱從所述導(dǎo)電元件突出。 在一個實施例中，在將柱與導(dǎo)電元件接合之前，可以通過包括在開口之內(nèi)電鍍一層金屬的處理在心軸的開口之內(nèi)形成多個導(dǎo)電柱。在具體實施例中，心軸可以包括暴露于開口內(nèi)壁的第一金屬層，導(dǎo)電柱可以包括開口之內(nèi)的第一金屬層上方的第二金屬層。蝕刻阻擋層可以設(shè)置于第一和第二金屬層之間。在這種情況下，進行處理以去除心軸可以包括相對于蝕刻阻擋金屬層選擇性地去除第在具體實施例中，第一和第二金屬層中的每個都可以包括銅。在一個實施例中，蝕刻阻擋金屬層可以基本由鎳構(gòu)成，從而能夠相對于鎳層選擇性地蝕刻銅層。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微電子互連元件可以包括襯底，襯底具有在第一方向和與第一方向橫切的第二方向延伸的主表面。多個導(dǎo)電元件可以暴露于主表面。固體金屬柱可以在導(dǎo)電元件上方并沿第三方向從相應(yīng)導(dǎo)電元件突出。導(dǎo)電鍵合層可以具有接合到相應(yīng)導(dǎo)電元件的第一面。根據(jù)這里的實施例提供的一種方法可以包括將在第一和第二方向延伸的金屬箔與襯底的多個導(dǎo)電元件以及設(shè)置于所述金屬箔表面和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電鍵合層并置。然后可以加熱以將所述金屬箔與所述導(dǎo)電元件接合起來，并至少在所述金屬箔和所述導(dǎo)電元件之間的結(jié)處形成金屬間層。然后對所述金屬箔進行構(gòu)圖以形成多個從所述導(dǎo)電元件并從所述襯底的表面延伸開來的固體金屬柱。在一個實施例中，金屬間層可以具有高于可用于在柱和外部部件的觸點之間形成導(dǎo)電互連的接合過程的溫度的熔化溫度。在具體實施例中，所述襯底可以包括微電子元件，所述微電子元件例如是半導(dǎo)體芯片或包括半導(dǎo)體芯片，所述導(dǎo)電元件能夠在所述半導(dǎo)體芯片的表面上包括焊盤。


圖1是片段截面圖，示出了根據(jù)一個實施例制造具有突出導(dǎo)電柱的襯底的方法中的一個階段。圖IA是部分片段截面圖，進一步示出了金屬箔和襯底的導(dǎo)電焊盤之間的互連。圖IB是部分片段截面圖，進一步示出了根據(jù)一個實施例的互連元件的形成中的一個階段。 圖2是部分制造的圖1所示襯底的對應(yīng)于圖1的平面圖，截面取自圖2中的線1-1。圖3是圖1所示分層金屬結(jié)構(gòu)的對應(yīng)于圖1的平面圖。圖4是片段截面圖，示出了制造襯底的方法中繼圖1-3所示階段之后的階段。圖4A是部分片段截面圖，進一步示出了根據(jù)實施例形成的導(dǎo)電柱的結(jié)構(gòu)。圖4B是部分片段截面圖，示出了根據(jù)這種實施例的變體形成的導(dǎo)電柱的結(jié)構(gòu)。圖4C是部分片段截面圖，進一步示出了根據(jù)實施例的變體的互連元件的形成中的一個階段。圖4D、4E、4F和4G為截面圖，示出了根據(jù)實施例的變體的互連元件的形成中的階段。圖5是片段截面圖，示出了制造襯底的方法中繼圖4所示階段之后的階段。圖6是片段截面圖，示出了根據(jù)一個實施例的完成的具有突出導(dǎo)電柱的襯底。圖6A是片段截面圖，示出了包括互連元件和與其連接的微電子元件和其他結(jié)構(gòu)的微電子組件。圖7是片段截面圖，示出了根據(jù)圖6所示實施例的變體的完成的具有突出導(dǎo)電柱的襯底。圖8是片段截面圖，示出了根據(jù)圖7所示實施例的變體的完成的具有突出導(dǎo)電柱的襯底。圖9-10為片段截面圖，示出了根據(jù)圖1-6所示實施例的變體制造具有突出導(dǎo)電柱的襯底的方法中的階段。圖11為片段截面圖，示出了根據(jù)圖1-6所示實施例的變體制造具有突出導(dǎo)電柱的襯底的方法中的階段；截面取自圖12的線11-11。圖12是與圖11對應(yīng)的平面圖。圖13、14、15和16為片段截面圖，示出了根據(jù)圖1_6所示實施例的變體制造具有突出導(dǎo)電柱的襯底的方法中繼圖11-12所示階段之后的階段。圖17、18和19為片段截面圖，示出了根據(jù)圖11_16所示實施例的變體制造具有突出導(dǎo)電柱的襯底的方法中的階段。圖20為片段截面圖，示出了用在根據(jù)圖11-19所示實施例的變體的制造方法中的
分層金屬結(jié)構(gòu)。圖21為平面圖，示出了根據(jù)諸如一個或多個上述實施例中所示實施例的變體的制造方法。
具體實施方式
圖1是片段截面圖，示出了根據(jù)這里一個實施例制造具有銅凸塊接口的襯底的方法中的一個階段。從圖1可以看出，可以完全或部分形成的互連襯底110與分層金屬結(jié)構(gòu) 120接合，使得分層金屬結(jié)構(gòu)的鍵合層122接觸暴露于電介質(zhì)元件114主表面的導(dǎo)電焊盤 112。在一個具體實施例中，襯底可以包括電介質(zhì)元件，電介質(zhì)元件承載多個導(dǎo)電元件，導(dǎo)電元件可以包括觸點、跡線或觸點和跡線兩者?？梢蕴峁┯|點作為直徑大于跡線寬度的導(dǎo)電焊盤?；蛘撸瑢?dǎo)電焊盤可以與跡線是一體的，且可以具有與跡線寬度相同或僅稍大一些的直徑。并非意在限制，襯底的一個具體范例可以是片狀柔性電介質(zhì)元件，通常由例如聚酰亞胺等聚合物制成，其上構(gòu)圖有金屬跡線和觸點，觸點暴露于電介質(zhì)元件的至少一面上。如本公開內(nèi)容中使用的，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)“暴露于”電介質(zhì)結(jié)構(gòu)表面上這種表述表示，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以與沿著垂直于電介質(zhì)結(jié)構(gòu)表面的方向從電介質(zhì)結(jié)構(gòu)外部向電介質(zhì)結(jié)構(gòu)表面移動的理論點接觸。 于是，暴露于電介質(zhì)結(jié)構(gòu)表面的端子或其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以從這種表面突出，可以與這種表面平齊，或可以相對于這種表面凹陷并通過電介質(zhì)中的孔或凹陷暴露。在一個實施例中，電介質(zhì)元件可以有200微米或更小的厚度。在具體范例中，導(dǎo)電焊盤可以非常小，并可以以微細間距設(shè)置。例如，導(dǎo)電焊盤在橫向可以具有75微米或更小的尺度113，并可以以200微米或更小的間距設(shè)置。在另一個范例中，導(dǎo)電焊盤在橫向可以具有50微米或更小的尺度，并可以以150微米或更小的間距設(shè)置。在另一個范例中，導(dǎo)電焊盤在橫向可以具有35微米或更小的尺度，并可以以100微米或更小的間距設(shè)置。這些范例是例示性的；導(dǎo)電焊盤及其間距可以大于或小于范例中指出的數(shù)值。在圖1中還可以看出，可以在電介質(zhì)元件114的主表面上設(shè)置導(dǎo)電跡線116。為了便于參考，在本公開內(nèi)容中相對于襯底114的“頂”表面105，即暴露焊盤112 的表面描述方向。通常，表述為“向上”或“從……上升”的方向應(yīng)當指與頂表面1 正交且遠離其的方向。表述為“向下”的方向應(yīng)當指與芯片頂表面128正交且與向上方向相反的方向?！按怪薄狈较驊?yīng)當指與芯片頂表面正交的方向。參考點“上方”這一術(shù)語應(yīng)當指從參考點向上的點，參考點“下方”這一術(shù)語應(yīng)當指從參考點向下的點。任何個體要素的“頂部”應(yīng)當是指該要素上沿向上方向延伸最遠的一個或多個點，任何要素的“底部”這一術(shù)語應(yīng)當是指該要素上沿向下方向延伸最遠的一個或多個點。互連襯底還可以包括電介質(zhì)元件114之內(nèi)的一個或多個其他導(dǎo)電層，它們具有額外的導(dǎo)電焊盤112AU12B和通孔117、117A，用于在不同層的焊盤112、112A、112B之間進行互連。其他導(dǎo)電層可以包括額外的跡線116A。從圖2中可以最清晰地看出，互連襯底110 (以面板形式示出)具有暴露于電介質(zhì)元件頂表面105上的導(dǎo)電焊盤112和導(dǎo)電跡線116。如圖2所示，跡線116可以設(shè)置于導(dǎo)電焊盤112之間或可以設(shè)置于其他位置。特定的焊盤和跡線圖案僅僅是很多可能的備選配置的例示。如圖2所示，一些或所有跡線可以直接連接到主表面上的導(dǎo)電焊盤112?；蛘?，一些或所有導(dǎo)電跡線116可以與導(dǎo)電焊盤 112沒有任何連接。如圖2所示，互連襯底可以是處理期間附著于諸如面板或窄條(strip) 的更大單元之內(nèi)的襯底周邊102的很多這種互連襯底中的一個。在一個實施例中，面板尺度可以是500毫米見方，即面板沿著第一方向的面板邊緣可以有500毫米的尺度，沿著與第一方向相交的第二方向的面板的另一邊緣可以具有500毫米的尺度。在一個范例中，在制成時，可以將這種面板或窄條分成若干個體互連襯底。這樣形成的互連襯底可以適于與諸如半導(dǎo)體芯片的微電子元件進行倒裝芯片互連。
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分層金屬結(jié)構(gòu)120包括可構(gòu)圖金屬層IM和鍵合層122。可構(gòu)圖金屬層IM可以包括實質(zhì)由諸如銅的金屬構(gòu)成的箔。所述箔典型地具有小于100微米的厚度。在特定范例中，箔的厚度可以是幾十微米。在另一個范例中，箔的厚度可以大于100微米。鍵合層典型地包括適于將暴露的導(dǎo)電焊盤112鍵合到箔124中包括的金屬的鍵合材料。在特定范例中，鍵合層基本由錫構(gòu)成，或者由銦構(gòu)成，或者由錫和銦的組合構(gòu)成。 在2008年12月23日提交的共有美國申請12/317707中介紹了各種鍵合層材料以及互連元件結(jié)構(gòu)和制造方法，在此通過弓丨用將其公開內(nèi)容并入。在一個實施例中，鍵合層可以包括一種或多種具有低熔點(“LMP”)或低熔化溫度的金屬，熔點足夠低，以便能夠通過熔化并融合到其接觸的金屬元件來形成導(dǎo)電連接。例如，LMP金屬層一般是指允許其在鑒于要接合對象的性質(zhì)而言可接受的充分低溫下熔化的任何低熔點金屬。盡管有時使用術(shù)語“LMP”金屬泛指熔點(凝固點)低于錫的熔點(大約232°C= 505K)的金屬，但本實施例的LMP金屬并非始終限于熔點低于錫的金屬，而是包括能夠很好地鍵合到凸塊的材料并且使用互連元件來連接的部件能夠忍受其熔點溫度的任何純金屬和金屬合金。例如，對于使用耐熱性低的電介質(zhì)元件的襯底上提供的互連元件而言，根據(jù)當前公開的實施例使用的金屬或金屬合金的熔點應(yīng)當?shù)陀陔娊橘|(zhì)元件 114(圖1)的容許溫度極限。例如，在一個實施例中，鍵合層122可以是錫金屬層，例如錫或錫的合金，如錫-銅、錫-鉛、錫-鋅、錫-鉍、錫-銦、錫-銀-銅、錫-鋅-鉍和錫-銀-銦-鉍。這些金屬相對于由銅制成的金屬箔以及可以通過蝕刻金屬箔從其形成的柱具有低熔點和極好的連接性。此外，如果導(dǎo)電焊盤112包括銅或由銅構(gòu)成，錫金屬層122相對于焊盤112具有極好的連接性。這種錫金屬層122的成分不一定是統(tǒng)一的。例如，錫金屬層可以是單層或多層的。此外，通過將其上具有錫金屬層和金屬箔的襯底充分加熱到充分高溫度，例如高于錫金屬層的熔點，錫金屬層就能夠熔化并使金屬箔與導(dǎo)電焊盤融合。在這種過程期間，來自錫金屬層的材料能夠向外擴散到焊盤112或金屬箔或兩者中。相反，來自焊盤112、金屬箔或兩者的材料能夠從其擴散到錫金屬層中。通過這種方式， 所得的結(jié)構(gòu)可以包括將金屬箔與導(dǎo)電焊盤接合起來的“金屬間”層121，這種金屬間層可以包括來自錫金屬層的材料與箔124、焊盤112或兩者的材料的固溶體。由于錫金屬層和導(dǎo)電焊盤之間的擴散，所得的金屬間層可以與錫金屬層接觸的導(dǎo)電焊盤部分對齊。在一個實施例中，如圖IA所示，金屬間層121的邊緣121A可以至少大致在垂直方向111上與導(dǎo)電焊盤112的邊緣112A對齊。在金屬間層之內(nèi)，可以在金屬間層與焊盤112的界面或與箔124 或接下來從其構(gòu)圖出來的柱130(圖4)之間的界面之一或兩者開始逐漸改變金屬間層的成分比。或者，錫金屬層、焊盤112和柱130的成分可以在其界面處或界面之間經(jīng)歷冶金偏析或聚集，使得導(dǎo)電焊盤、柱或錫金屬層(如果剩余任何錫金屬層的話)中的一個或多個的成分能夠隨著距這種元件間界面的深度而變化。即使在錫金屬層122、焊盤112或金屬箔IM 在被生成時可以具有單一成分也可能發(fā)生這種情況。金屬間層可以具有這樣的成分，即該層的熔化溫度可以高于可以執(zhí)行接合過程以將互連元件的柱130與外部部件(例如，另一襯底、微電子元件、無源器件或有源器件)的觸點接合起來的溫度。通過這種方式，可以不讓金屬間層熔化來執(zhí)行接合過程，從而維持柱相對于導(dǎo)電元件的位置穩(wěn)定性，導(dǎo)電元件例如是柱沿著遠離襯底表面的方向從其突出的襯底的焊盤或跡線。在一個實施例中，金屬間層可以具有低于基本上構(gòu)成焊盤112的金屬(例如銅) 的熔化溫度的熔化溫度。備選地或除此之外，在一個實施例中，金屬間層可以具有低于接下來要從其形成箔1 和柱130的金屬(例如銅)的熔化溫度的熔化溫度。在一個實施例中，金屬間層可以具有高于最初提供的鍵合層熔化溫度的熔化溫度，亦即，在加熱其上具有鍵合層和金屬箔的襯底以形成金屬間層之前存在的鍵合層的熔化溫度。鍵合層不必一定是錫金屬層。例如，鍵合層可以包括諸如銦或其合金的接合金屬。 在使用這種其他類型鍵合層時也可以適用關(guān)于金屬間層的形成和成分的以上描述，從而材料能夠在這種鍵合層和一個或多個箔和導(dǎo)電焊盤之間擴散以形成金屬間層。鍵合層可以具有從大約一微米或幾微米和更大范圍的厚度?？梢栽阪I合層和箔之間提供較薄的擴散阻擋層(未示出)。在一個范例中，擴散阻擋層可以包括諸如鎳的金屬。 擴散阻擋層能夠幫助避免鍵合金屬擴散到箔中，例如，在箔基本由銅構(gòu)成且鍵合層基本由錫或銦構(gòu)成時。在另一個范例中，鍵合層可以包括導(dǎo)電膏，例如焊料膏或其他填充金屬的膏或包含金屬導(dǎo)電混合物或其組合的膏。例如，均勻一層焊料膏可以分布于箔的表面上?？梢允褂锰囟愋偷暮噶细嘣谳^低溫度下接合金屬層。例如，包括金屬“納米顆粒”的基于銦或銀的焊料膏可以具有大約150°C的燒結(jié)溫度，納米顆粒即長尺度典型小于約100納米的顆粒。納米顆粒的實際尺度可以顯著更小，例如，從大約一納米的尺度或更大。在另一個范例中，鍵合層可以包括導(dǎo)電粘合劑。在又一范例中，鍵合層可以包括各向異性導(dǎo)電粘合劑膜， 所述各向異性導(dǎo)電粘合劑膜包括散布于絕緣聚合物膜之內(nèi)的金屬顆粒。在具體實施例中，可以使用超過一個鍵合層將金屬箔與襯底的導(dǎo)電焊盤接合起來。例如，可以在箔上提供第一鍵合層，可以在襯底的導(dǎo)電焊盤上提供第二鍵合層。然后， 其上具有第一鍵合層的箔可以與其上具有第二鍵合層的導(dǎo)電元件并置，可以向第一和第二鍵合層施加熱量以形成導(dǎo)電焊盤和箔之間的導(dǎo)電接合部。第一和第二鍵合層可以具有相同或不同成分。在一個實施例中，第一和第二鍵合層之一可以包括錫和金，第一和第二鍵合層中的另一個可以包括銀和銦。在另一范例中，鍵合層可以包括“反應(yīng)箔”，反應(yīng)箔通常具有在激活時，例如在加壓時發(fā)生放熱反應(yīng)的不同類金屬結(jié)構(gòu)。例如，市場上可買到的反應(yīng)箔可以包括一系列交替的鎳和鋁層。在通過壓力激活時，反應(yīng)箔局部達到內(nèi)部高溫，足以與它所接觸的金屬鍵合。在圖3中可以最清晰看出，箔可以至少在部分形成的互連襯底的尺度上沿橫向 113、115是連續(xù)的，利用在同樣尺度上連續(xù)的鍵合層覆蓋箔。在一個范例中，分層金屬結(jié)構(gòu)可以與襯底面板具有相同尺度，例如500毫米見方。如圖1所示，鍵合層122接合到部分制成的襯底的導(dǎo)電焊盤112。然后，通過光刻對金屬箔1 進行減成式構(gòu)圖以形成導(dǎo)電柱或金屬柱。例如，可以通過光刻對光致抗蝕劑或其他掩模層進行構(gòu)圖以形成覆蓋金屬箔的頂表面125的蝕刻掩模142，如圖IB所示。然后可以在蝕刻掩模未覆蓋的位置從頂表面選擇性蝕刻金屬箔124，以形成固體金屬柱130(圖 4)。在從鍵合層122的暴露表面123上方觀察時，每個柱的基部1 可以具有與鍵合層接觸的圓形區(qū)域，該圓形區(qū)域可以大于柱的尖端(頂部)133。設(shè)置于鍵合層表面123上方高度132處的尖端可以具有比基部更小的面積。典型地，在從鍵合層表面123上方觀察時，尖端也具有圓形區(qū)域。柱的形狀相當隨意，不僅可以是圖中所示的截錐體(錐體的一部分，沿著平行于其底面的面截去其頂端部分)，而且可以是圓柱體或錐體或現(xiàn)有技術(shù)已知的任何其他類似形狀，例如具有圓滑頂部或平頂形狀的錐體。此外，除了被稱為“回轉(zhuǎn)體”的諸如截錐體的具有圓截面的三維(3D)形狀之外或取而代之，柱130可以具有任意形狀，例如具有多邊形水平截面的任何三維形狀。典型地，可以通過改變抗蝕劑圖案、蝕刻條件或形成柱的原始層或金屬箔的厚度來調(diào)節(jié)形狀。盡管柱130的尺度也是任意的且不限于任何特定范圍，但常常可以將其形成為從襯底110的暴露表面突出10到500微米，如果柱具有圓形截面，可以將直徑設(shè)置在幾十微米以及更大范圍中。在具體實施例中，柱的直徑可以介于 0.1mm和IOmm之間。在具體實施例中，柱130的材料可以是銅或銅合金。銅合金可以包括銅與任何其他一種或多種金屬的合金。典型地，利用設(shè)置于金屬箔上或上方的掩模142(圖1B)對金屬箔進行各向同性蝕刻，使得蝕刻從金屬箔的頂表面125沿著金屬箔厚度126(圖4A)的方向進行，即朝向金屬箔的底表面127進行，從而形成柱。同時，蝕刻沿金屬箔頂表面延伸的橫向113、115(圖3) 進行。蝕刻可以一直進行到柱之間完全暴露鍵合層122的表面123為止，從而每個柱從鍵合層的暴露表面123起的高度126’可以與金屬箔124的厚度126相同(圖1B)。以這種方式形成的柱130可以具有圖4A所示的形狀，其中柱的邊緣131可以從尖端133到與下方鍵合層122或金屬間層接觸的柱的基部141連續(xù)彎曲，柱從下方鍵合層122 或金屬間層形成。在一個范例中，柱的邊緣131可以在尖端133在與柱接觸的鍵合層122 或金屬間層表面123上方的高度126’的50%或更多比例上是彎曲的。每個柱的尖端在橫向113上通常具有小于柱的基部寬度137的寬度135。柱還可以具有寬度139小于尖端133 和基部141的寬度135、137中的每個的腰部。尖端的寬度135在金屬箔延伸的橫向113、115上可以相同或不同。在寬度在兩個方向相同時，寬度135可以表示尖端的直徑。同樣地，基部的寬度137在金屬箔的橫向113、 115上可以相同或不同，在相同時，寬度137可以表示基部的直徑。類似地，腰部的寬度139 在金屬箔的橫向113、115上可以相同或不同，在相同時，寬度139可以表示腰部的直徑。在一個實施例中，尖端可以具有第一直徑，腰部可以具有第二直徑，其中第一和第二直徑之間的差異可以大于柱尖端和基部之間延伸的柱高度的25%。圖4示出了通過完全蝕刻透金屬箔IM暴露出下方鍵合層122而形成導(dǎo)電柱130 之后的互連元件。在特定范例中，導(dǎo)電柱可以具有幾十微米以上的高度以及大于幾十微米的橫向尺度，例如直徑。在特定范例中，高度和直徑都可以小于100微米。柱的直徑小于導(dǎo)電焊盤的橫向尺度。每個柱的高度可以小于或大于柱的直徑。圖4B示出了備選實施例，其中柱230被形成為具有基部，相對于柱的高度226，基部的寬度237可以比如參考圖4A所述形成柱時的基部寬度137窄。于是，可以獲得比如上文論述形成的柱130具有更大高寬比的柱230。在具體實施例中，可以利用掩蔽層242通過蝕刻分層結(jié)構(gòu)(圖4C)的部分來形成柱230，其中分層結(jié)構(gòu)包括第一金屬箔224、第二金屬箔225和夾在第一金屬箔和第二金屬箔之間的蝕刻阻擋層227。得到的柱230可以具有柱上部232和柱下部234，可以具有設(shè)置于柱上下部之間的蝕刻阻擋層227。在一個范例中， 金屬箔基本由銅構(gòu)成，蝕刻阻擋層227基本由腐蝕銅的蝕刻劑不會腐蝕的諸如鎳的金屬構(gòu)成?；蛘?，蝕刻阻擋層227可以基本由可以被用于構(gòu)圖金屬箔的蝕刻劑蝕刻的金屬或金屬合金構(gòu)成，只是蝕刻阻擋層227被蝕刻得比金屬箔更慢。通過這種方式，在依照掩蔽層242 蝕刻第一金屬箔時，蝕刻阻擋層保護第二金屬箔225免受腐蝕，以界定柱上部232。然后，去除超過柱上部232邊緣233暴露的蝕刻阻擋層227的部分，之后利用柱上部作為掩模蝕刻第二金屬箔225。所得的柱230能夠包括具有第一邊緣的第一蝕刻部分，其中第一邊緣具有第一曲率半徑R1。柱230還具有第一蝕刻部分和金屬間層之間的至少一個第二蝕刻部分，其中第二蝕刻部分具有第二邊緣，第二邊緣具有與第一曲率半徑不同的第二曲率半徑R2。在一個實施例中，在蝕刻第二金屬箔以形成柱下部時，可以部分或全部保護柱上部232免受進一步腐蝕。例如，為了保護柱上部，可以在蝕刻第二金屬箔之前向柱上部的一個或多個邊緣233涂布抗蝕刻材料。在2007年3月13日提交的共有美國申請11/717587 中介紹了形成類似于圖4B所示柱230的蝕刻金屬柱的更多描述和方法，在此通過引用將其公開并入本文。在一個范例中，起始結(jié)構(gòu)無需包括夾在第一和第二金屬箔之間的蝕刻阻擋層。相反，可以通過對金屬箔進行不完全蝕刻，例如“半蝕刻”來形成柱上部，從而界定金屬箔的凸出部分32以及凸出部分之間的金屬箔已經(jīng)暴露于蝕刻劑的凹陷33。在對作為掩蔽層142 的光致抗蝕劑曝光和顯影之后，可以如圖4D所示蝕刻箔124。一旦達到一定蝕刻深度，就中斷蝕刻過程。例如，可以在預(yù)定時間之后終止蝕刻過程。蝕刻過程留下從襯底114向上突出的第一柱部分32，第一部分之間界定了凹陷33。在蝕刻劑腐蝕箔124時，去除掩蔽層 142邊緣下方的材料，允許掩蔽層從第一柱部分32的頂端橫向突出，表示為懸臂30。如圖所示，第一掩蔽層142保留在特定位置。一旦已經(jīng)將箔IM蝕刻到期望深度，就向箔124的暴露表面上沉積第二層光致抗蝕劑34(圖4E)。在這種情況下，可以向箔IM之內(nèi)的凹陷33上，即先前已經(jīng)蝕刻掉箔的位置上沉積第二光致抗蝕劑34。于是，第二光致抗蝕劑34還覆蓋第一柱部分32。在一個范例中，可以使用電泳淀積工藝在箔124的暴露表面上有選擇地形成第二層光致抗蝕劑。在這種情況下，可以向箔上沉積第二光致抗蝕劑34而不覆蓋第一光致抗蝕劑掩蔽層142。在下一步，具有第一和第二光致抗蝕劑142和34的襯底暴露于輻射，然后對第二光致抗蝕劑進行顯影。如圖4F所示，第一光致抗蝕劑142可以在箔IM的部分上方橫向突出，表示為懸臂30。這個懸臂30防止第二光致抗蝕劑34暴露于輻射，從而防止其被顯影和去除，使得第二光致抗蝕劑；34的部分粘附到第一柱部分32。于是，第一光致抗蝕劑142充當著第二光致抗蝕劑34的掩模。通過沖洗對第二光致抗蝕劑34顯影，以便去除暴露于輻射的第二光致抗蝕劑34。這樣在第一柱部分32上留下了第二光致抗蝕劑34的未暴露部分。一旦對第二光致抗蝕劑34的部分曝光并顯影之后，執(zhí)行第二蝕刻過程，去除箔 124的額外部分，由此形成第一柱部分32下方的第二柱部分36，如圖4G所示。在這個步驟期間，仍然粘附到第一柱部分32的第二光致抗蝕劑34保護第一柱部分32不被再次蝕刻?？梢詫⑦@些步驟重復(fù)需要的次數(shù)，以生成優(yōu)選的高寬比和間距，形成第三、第四或第η柱部分。在到達鍵合層122或金屬間層時可以停止該過程，這樣的層能夠充當蝕刻停止層或蝕刻阻擋層。作為最終步驟，分別可以完全剝離第一和第二光致抗蝕劑142和34。
通過這種方式，可以形成形狀類似于柱230(圖4B)的形狀的柱，但不需要在上下柱部分之間提供內(nèi)部蝕刻阻擋層227，如圖4B所示。使用這種方法，可以制造具有各種形狀的柱，其中，柱上部和柱下部可能具有類似直徑，或柱上部的直徑可以大于或小于柱下部。 在具體實施例中，通過使用上述技術(shù)從其尖端到基部逐一形成柱的部分，柱的直徑可以從尖端到基部逐漸變小，或者從尖端到基部逐漸變大。其次，如圖5所示，例如，通過選擇蝕刻、蝕刻后清洗過程，或兩者，去除柱之間暴露的鍵合層部分，使得每個柱130通過金屬間層121的剩余部分和鍵合層的剩余部分(如果有的話)保持牢固地鍵合到導(dǎo)電焊盤112。結(jié)果，除了在制造公差之內(nèi)發(fā)生的金屬間層的一些底切或過度切割之外，可以將與金屬間層鄰接或與其接觸的柱的基部141與金屬間層對齊。同樣作為以上處理的結(jié)果，跡線116可能在柱間暴露出來。接下來，在圖6所示的階段中，向電介質(zhì)元件114的暴露主表面115上涂布焊料掩模136并對其構(gòu)圖。結(jié)果，然后能夠在焊料掩模136的開口之內(nèi)暴露導(dǎo)電柱130和導(dǎo)電焊盤112。然后能夠向柱130和焊盤112的暴露表面涂布包含一個或多個薄層金屬，例如金或錫和金的終飾金屬(finishmetal)138，以完成互連元件。在圖6所示的互連元件150中，導(dǎo)電柱的尖端133平面度很高，因為它們是通過蝕刻均勻厚度的單一金屬箔形成的。此外，在相鄰柱之間獲得的間距140可以非常小，例如小于150微米，在一些情況下甚至更小，因為通過蝕刻過程可以很好地控制每個柱的尺寸和形狀。例如，現(xiàn)在互連元件150的形式可用于與諸如半導(dǎo)體芯片的微電子元件的對應(yīng)焊料凸塊陣列形成倒裝芯片互連?；蛘撸梢灾辽僭诩舛?33處在終飾金屬上方形成焊料或接合金屬(例如錫、銦或錫和銦的組合)的塊或涂層，這樣的金屬塊或涂層可用于形成與微電子元件的導(dǎo)電互連。于是，如圖6A所示，例如通過用焊料156或其他接合金屬融合到其上，可以使互連元件Iio的柱130與微電子元件160或半導(dǎo)體芯片的對應(yīng)觸點152接合。在另一備選方案中，可以通過無焊料方式將互連元件的柱130接合到半導(dǎo)體芯片的觸點，例如擴散鍵合到暴露于半導(dǎo)體芯片表面上的對應(yīng)導(dǎo)電焊盤或柱。在將互連元件110 的柱130接合到諸如微電子元件的半導(dǎo)體芯片，例如集成電路(“IC”)時，也可以將互連元件電連接到電路板164或布線板。例如，可以在互連元件遠離柱的表面158上將互連元件連接到這樣的電路板164。通過這種方式，可以通過連接到電路板的焊盤162的互連元件在微電子元件巧4和電路板164之間提供導(dǎo)電互連。如果互連元件與微電子元件巧4接合并接合到電路板164，也可以將柱連接到另一微電子元件或其他電路板，使得互連元件可用于在多個微電子元件和至少一個電路板之間建立連接。在另一范例中，可以將互連元件接合到測試夾具的接口觸點，使得在壓迫柱以與芯片的觸點152接觸但不形成永久互連時，可以通過互連元件110在測試夾具和微電子元件之間建立導(dǎo)電連接。圖7示出了根據(jù)備選實施例的互連元件250。如圖中所示，沒有跡線暴露于互連元件的主表面215。相反，跡線116設(shè)置于主表面下方，使得它們被電介質(zhì)元件210的材料覆蓋。可以從部分制造的互連元件110(圖1)開始并在其上沉積一電介質(zhì)材料層214來形成互連元件250，互連元件110上具有導(dǎo)電焊盤112和跡線116。然后可以例如通過激光打孔在電介質(zhì)層214中形成開口，然后可以利用導(dǎo)電膏(例如焊料膏或填銀膏)電鍍或填充它們以形成通孔117’。然后可以形成導(dǎo)電焊盤112’，其暴露于電介質(zhì)元件210的主表面215 上。然后如上所述繼續(xù)進行處理(圖1到6)。通過這種方式形成互連元件的一個可能優(yōu)點
15是在處理期間跡線116 —直受到額外的電介質(zhì)層214的保護。此外，可以不需要導(dǎo)電焊盤之間的焊料掩模136。圖8示出了類似于圖7所示的互連元件的互連元件250’，其中省去了形成焊料掩模的步驟。在圖9所示的本發(fā)明具體實施例中，分層金屬結(jié)構(gòu)320包括如上所述(圖1，3)的金屬箔120和鍵合層122，還包括蝕刻阻擋層3M和326。蝕刻阻擋層3M包括不受用于構(gòu)圖金屬箔的蝕刻劑腐蝕的材料。蝕刻阻擋層3 包括不受用于去除鍵合層122的部分的蝕刻劑或其他化學制品腐蝕的材料。在特定范例中，在金屬箔120包括銅時，銅箔和阻擋層之間的蝕刻阻擋層3M可以基本由鎳構(gòu)成。通過這種方式，可以相對于鎳蝕刻阻擋層以高度選擇性蝕刻銅箔，由此在蝕刻箔時保護鍵合層和其他結(jié)構(gòu)不被侵蝕。之后，例如通過用適當化學試劑蝕刻蝕刻阻擋層來去除蝕刻阻擋層324，使得鍵合層的部分在柱間暴露出來。然后能夠通過相對于第二蝕刻阻擋層3 選擇性地蝕刻來去除鍵合層122的暴露部分。利用第二蝕刻阻擋層326，可以提供較厚的鍵合層，可以通過選擇性蝕刻來對其構(gòu)圖，利用第二蝕刻阻擋層3 保護下方結(jié)構(gòu)。最后，在去除鍵合層的暴露部分之后，可以去除暴露于柱之間的第二蝕刻阻擋層326的部分?；蛘?，第二阻擋層3 可以主要用作擴散阻擋層，以避免鍵合層大量擴散到導(dǎo)電焊盤112的材料中。圖10示出了通過根據(jù)實施例的這種變體(圖9)的方法完成的互連元件 350。圖11為片段截面圖，示出了根據(jù)上述實施例(圖1-6)的變體制造互連元件期間使用的備選分層金屬結(jié)構(gòu)440。分層金屬結(jié)構(gòu)440包括多個預(yù)先形成于心軸442的孔或開口 432之內(nèi)的導(dǎo)電柱430。圖12是對應(yīng)于圖11的分層金屬結(jié)構(gòu)440的平面圖，示出了與心軸442的表面445相鄰的導(dǎo)電柱的基部423?？梢愿鶕?jù)諸如以下文獻中描述的方法制造心軸2008年8月15日提交的題為 “ Interconnection Element with Posts Formed by Plating，，的共有美國申請 No. 12/228890,以 Jinsu Kwon,Sean Moran 和 Endo Kimitaka 為發(fā)明人；2008 年 8 月 15 日提交的題為 “Interconnection Element withPlated Posts Formed on mandrel，，的美國申請 No. 12/228896,以 kanMoran，Jinsu Kwon 和 Endo Kimitaka 為發(fā)明人；以及美國臨時申請No. 60/964823 (2007年8月15日提交)和61/004308 (2007年11月沈日提交)，在此通過引用將其公開內(nèi)容并入本文。例如，可以通過如下方式形成心軸442 在厚度為幾十微米到超過一百微米的連續(xù)銅箔434中蝕刻、激光鉆蝕或機械鉆蝕出孔，之后將較薄金屬層436(例如厚度從幾微米到幾十微米的銅層)接合到箔上以覆蓋孔的開口端?？梢哉{(diào)整孔形成操作的特性，以實現(xiàn)孔432的壁和金屬層436的表面之間期望的壁的角度446。在具體實施例中，根據(jù)要形成的導(dǎo)電柱形狀，壁的角度可以是銳角或可以是直角。由于被金屬層436覆蓋，因此孔是盲開口。然后形成沿著開口底部和壁延伸并覆蓋箔的暴露主表面444的蝕刻阻擋層438。在一個范例中，可以向銅箔上沉積一層鎳作為蝕刻阻擋層438。之后，向蝕刻阻擋層上電鍍一層金屬以形成柱430。一系列構(gòu)圖和沉積步驟導(dǎo)致了導(dǎo)電柱的形成，鍵合層的部分422覆蓋每個柱430的基部423。如圖13所示，分層金屬結(jié)構(gòu)440現(xiàn)在與如上所述(圖1)的部分制造的互連元件110并置，導(dǎo)電柱430的基部423與導(dǎo)電焊盤112相鄰。圖14示出了在通過鍵合層部分422 使柱與導(dǎo)電焊盤接合之后的組件。接下來，如圖15所示，例如通過相對于蝕刻阻擋層438選擇性地蝕刻這些層的金屬來去除心軸的金屬箔434和層436。例如，在箔434和層436基本由銅構(gòu)成時，可以相對于基本由鎳構(gòu)成的蝕刻阻擋層438選擇性蝕刻它們。之后，可以去除蝕刻阻擋層，并涂布焊料掩模452，獲得如圖16所示的互連元件 450。然后可以如上所述進行后續(xù)處理(圖1-6)，以在柱430上形成終飾金屬層或其他接合在這種實施例的變體中(圖11-16)，可以制備分層金屬結(jié)構(gòu)討0(圖17)，其中向開口 532的壁上電鍍諸如銅的具有更高熔化溫度的金屬的導(dǎo)電柱530。在這種變體中，將柱形成為覆蓋心軸542的開口 532之內(nèi)的蝕刻阻擋層538的空心元件。然后可以在如圖所示的空心柱之內(nèi)設(shè)置鍵合材料522，例如接合金屬，如錫、銦、錫和銦的組合或其他材料。典型地，鍵合材料的熔化溫度比空心導(dǎo)電柱530的熔化溫度低。然后，如圖18所示，在適當條件下將柱之內(nèi)的鍵合材料522與導(dǎo)電焊盤112接合。然后可以通過諸如上述方式相對于蝕刻阻擋層538選擇性蝕刻來去除心軸的部分(圖 15-16)。然后可以如上所述進行處理以形成焊料掩模和終飾金屬層。圖20為片段截面圖，示出了用于根據(jù)上述實施例(圖11-19)的變體的制造方法中的分層金屬結(jié)構(gòu)640。在這種變體中，心軸包括電介質(zhì)層634，而不是如上所述例如銅箔的金屬箔。在電鍍諸如銅的金屬層以在心軸開口之內(nèi)形成柱630時，金屬層636被用作電連通層。通過這種方式，在去除金屬層636之后，可以使用工藝選擇性地去除電介質(zhì)層634， 可以調(diào)整該工藝以免影響可能暴露于部分制造的互連元件表面的諸如跡線116(圖1)的結(jié)構(gòu)。通過這種方式，蝕刻阻擋層638可以較薄，無需覆蓋電介質(zhì)層634的整個主表面615。在圖21的平面圖所示的又一變體中，要指出的是，不必對襯底面板的整體實施任何或所有上述方法(圖1-20)，襯底面板例如是500毫米乘500毫米尺度的正方形面板。相反，還想到均小于襯底面板110的多個獨立的分層金屬結(jié)構(gòu)720、720’都可以如上所述接合到其上并被處理。例如，可以使用拾取-并-放置工具向襯底面板上一些暴露的導(dǎo)電焊盤上，尤其是需要的位置上放置上文所述的分層金屬結(jié)構(gòu)。然后能夠依照一種或多種上述過程將分層金屬結(jié)構(gòu)鍵合到導(dǎo)電焊盤。通過沉積適當?shù)目扇コＷo層，例如可去除聚合物層， 可以保護一直未被任何這種分層金屬結(jié)構(gòu)覆蓋的導(dǎo)電焊盤和跡線免受后續(xù)處理的影響。然后可以依照一種或多種上述方法進行處理。可以應(yīng)用一些或全部上述方法來形成一種部件，其中柱從觸點，例如微電子元件的鍵合焊盤延伸，其中微電子元件包括半導(dǎo)體芯片。于是，上述方法的所得產(chǎn)品可以是一種半導(dǎo)體芯片，其上具有至少一個有源或無源器件，并具有從暴露于芯片表面的諸如焊盤的導(dǎo)電元件延伸開來的柱。在后續(xù)過程中，可以使從芯片表面延伸開來的柱與諸如襯底、內(nèi)插物、電路板等部件的觸點接合，以形成微電子組件。在一個實施例中，這樣的微電子組件可以是封裝的半導(dǎo)體芯片或可以包括共同封裝在一個單元中的多個半導(dǎo)體芯片，芯片間有或者沒有電互連。這里公開的用于形成與襯底的導(dǎo)電元件接合的柱的方法可以用于微電子襯底，例如單一半導(dǎo)體芯片，或可以同時用于多個獨立半導(dǎo)體芯片，多個獨立半導(dǎo)體芯片可以以預(yù)定義間距保持在固定件中或載體上，供同時處理?；蛘?，這里公開的方法可以應(yīng)用于包括多個半導(dǎo)體芯片的微電子襯底或元件，多個半導(dǎo)體芯片以晶片或晶片的部分的形式附著在一起，以在晶片水平、面板水平或窄條水平(strip-level)的尺度上對多個半導(dǎo)體芯片同時執(zhí)行上述處理。 盡管以上描述參考了針對特定應(yīng)用的例示性實施例，但應(yīng)當理解所主張的發(fā)明不限于此。掌握本領(lǐng)域普通技術(shù)并了解這里提供的教導(dǎo)的人將會認識到所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)的額外修改、應(yīng)用和實施例。
權(quán)利要求
1.一種互連元件，包括具有表面和在所述表面上暴露的多個金屬導(dǎo)電元件的襯底；覆蓋在所述導(dǎo)電元件中的相應(yīng)的導(dǎo)電元件上并從該相應(yīng)的導(dǎo)電元件突出的多個固體金屬柱；以及設(shè)置于所述柱和所述導(dǎo)電元件之間并提供所述柱和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電互連的金屬間層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述柱具有與所述金屬間層相鄰的基部，其中所述柱的基部與所述金屬間層對齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述金屬間層的熔化溫度高于最初提供的用于形成金屬間層的鍵合層的熔化溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述金屬間層包括從錫、錫-銅、錫-鉛、 錫-鋅、錫-鉍、錫-銦、錫-銀-銅、錫-鋅-鉍和錫-銀-銦-鉍構(gòu)成的錫金屬組中選擇的至少一種金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中至少一個柱具有基部、在距所述基部一高度處遠離所述基部的尖端以及所述基部和所述尖端之間的腰部，所述尖端具有第一直徑，所述腰部具有第二直徑，其中所述第一和第二直徑之間的差異大于所述柱的高度的25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述柱在所述金屬間層上方沿垂直方向延伸，所述柱的邊緣從所述柱的尖端到所述柱的基部相對于垂直方向連續(xù)彎曲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述柱在所述金屬間層上方沿垂直方向延伸，至少一個柱包括具有第一邊緣的第一蝕刻部分以及所述第一蝕刻部分和所述金屬間層之間的至少一個第二蝕刻部分，所述第一邊緣具有第一曲率半徑，所述第二蝕刻部分具有第二邊緣，所述第二邊緣具有與所述第一曲率半徑不同的第二曲率半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述襯底包括電介質(zhì)元件，所述導(dǎo)電元件暴露于所述電介質(zhì)元件的表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互連元件，其中所述襯底包括微電子元件，所述微電子元件包括半導(dǎo)體芯片，所述導(dǎo)電元件暴露于所述微電子元件的表面上。
10.一種制造微電子互連元件的方法，包括(a)將片狀導(dǎo)電元件接合到其上具有至少一個布線層的襯底的暴露導(dǎo)電元件；以及(b)對所述片狀元件進行減成式構(gòu)圖以形成多個從所述導(dǎo)電元件沿第一方向突出的導(dǎo)電柱，其中所述片狀元件通過導(dǎo)電鍵合層與所述電介質(zhì)元件的導(dǎo)電元件接合，對所述片狀元件進行減成式構(gòu)圖的所述步驟包括(i)相對于所述鍵合層選擇性蝕刻所述片狀元件，直到暴露所述鍵合層的部分，以及(ii)去除所述鍵合層的暴露部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述鍵合層包括錫或銦中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述片狀元件包括箔、覆蓋在所述箔的表面上的蝕刻阻擋層以及覆蓋在所述蝕刻阻擋層遠離所述第一金屬的表面上的導(dǎo)電鍵合層，其中所述箔包括第一金屬，步驟(a)包括將所述鍵合層接合到所述導(dǎo)電元件，且步驟(b)還包括相對于所述蝕刻阻擋層選擇性地蝕刻所述箔，直到暴露所述蝕刻阻擋層的部分，去除所述蝕刻阻擋層的暴露部分并去除所述導(dǎo)電柱之間的鍵合層的部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述片狀元件包括箔和覆蓋在所述箔表面上的導(dǎo)電鍵合層，其中所述箔包括第一金屬，步驟(a)包括使所述鍵合層與所述導(dǎo)電元件接合， 步驟(b)還包括相對于所述鍵合層選擇性蝕刻所述箔，直到暴露所述鍵合層的部分，以及去除所述鍵合層的暴露部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述鍵合層為第一鍵合層，所述方法還包括將所述第一鍵合層與所述導(dǎo)電元件上的第二鍵合層接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一和第二鍵合層的材料是不同的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一和第二鍵合層之一包括錫和金，所述第一和第二鍵合層中的另一個包括銀和銦。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中使用蝕刻劑執(zhí)行步驟(b)，所述箔基本由第一金屬構(gòu)成，所述蝕刻阻擋層基本由不受所述蝕刻劑腐蝕的蝕刻阻擋層構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一金屬包括銅，所述蝕刻阻擋層基本由鎳構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述蝕刻阻擋層為第一蝕刻阻擋層，所述片狀導(dǎo)電元件包括第二蝕刻阻擋層，所述第二蝕刻阻擋層覆蓋在所述鍵合層遠離所述第一蝕刻阻擋層的表面上。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電介質(zhì)元件具有主表面和多個將焊盤與跡線連接起來的導(dǎo)電通孔，所述導(dǎo)電焊盤在所述主表面上暴露出來，所述跡線與所述電介質(zhì)層的主表面至少分開所述電介質(zhì)元件的厚度的一部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述襯底包括微電子元件，所述微電子元件包括半導(dǎo)體芯片，所述導(dǎo)電元件包括所述半導(dǎo)體芯片的面上的焊盤。
22.一種制造微電子互連元件的方法，包括(a)將片狀導(dǎo)電元件接合到其上具有至少一個布線層的電介質(zhì)元件的暴露的導(dǎo)電焊盤；以及(b)對所述片狀導(dǎo)電元件進行減成式構(gòu)圖以形成從所述導(dǎo)電焊盤沿第一方向突出的多個導(dǎo)電柱，其中所述片狀導(dǎo)電元件包括箔以及覆蓋在所述箔的表面上的第二金屬層，所述箔包括第一金屬，其中步驟(a)包括利用鍵合材料將所述第二金屬層接合到所述導(dǎo)電焊盤，且步驟(b) 包括相對于所述第二金屬層選擇性蝕刻所述箔，直到暴露所述第二金屬層的部分，接下來去除所述第二金屬層的暴露部分。
23.一種制造微電子互連元件的方法，包括(a)將至少部分設(shè)置于心軸中的開口之內(nèi)的金屬柱的第一端與襯底的導(dǎo)電元件以及設(shè)置于所述柱的第一端和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電鍵合層并置；(b)至少加熱所述鍵合層以形成所述柱的第一端和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電接合部；以及(c)去除所述心軸以暴露所述柱，使得柱從所述導(dǎo)電元件突出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述柱具有遠離所述第一端的第二端，其中所述柱中的至少一個柱的第二端的寬度小于所述至少一個柱的第一端的寬度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，在步驟(a)之前還包括通過處理在所述心軸的開口之內(nèi)形成所述多個導(dǎo)電柱，所述處理包括在所述開口之內(nèi)電鍍一層金屬。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述心軸包括暴露于所述開口的內(nèi)壁上的第一金屬層，所述導(dǎo)電柱包括覆蓋在所述開口之內(nèi)的所述第一金屬層上的第二金屬層，蝕刻阻擋層設(shè)置于所述第一和第二金屬層之間，其中去除所述心軸的步驟包括相對于所述蝕刻阻擋金屬層選擇性地去除所述第一金屬層。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述第一金屬層和所述第二金屬層中的每個均基本由銅構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述蝕刻阻擋金屬層基本由鎳構(gòu)成。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述心軸包括暴露于所述開口的壁上的電介質(zhì)層，在步驟(b)中，通過相對于所述導(dǎo)電柱中包括的金屬選擇性蝕刻所述心軸的電介質(zhì)層來去除所述心軸。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述襯底包括微電子元件，所述微電子元件包括半導(dǎo)體芯片，所述導(dǎo)電元件包括所述半導(dǎo)體芯片的面上的焊盤。
31.一種微電子互連元件，包括襯底，所述襯底具有沿第一方向以及與所述第一方向橫切的第二方向延伸的主表面；暴露于所述主表面上的多個導(dǎo)電元件；覆蓋在所述導(dǎo)電元件中的相應(yīng)的導(dǎo)電元件上并沿第三方向從所述相應(yīng)的導(dǎo)電元件突出的多個固體金屬柱，每個柱具有至少一個沿所述第一方向界定所述柱的邊緣；以及導(dǎo)電鍵合層，所述導(dǎo)電鍵合層具有接合到所述導(dǎo)電元件中的相應(yīng)的導(dǎo)電元件的第一面，所述鍵合層具有至少一個沿所述第一方向界定所述鍵合層的邊緣，其中所述柱和所述鍵合層的邊緣在所述第一方向上對齊。
32.如權(quán)利要求31所述的微電子互連元件，其中所述導(dǎo)電元件凹陷到覆蓋在所述襯底的主表面上的電介質(zhì)層的主表面之下。
33.如權(quán)利要求31所述的微電子互連元件，其中導(dǎo)電柱之一的至少一個邊緣延伸超過所述柱與接合到所述導(dǎo)電柱的鍵合層的對齊邊緣。
34.如權(quán)利要求31所述的微電子互連元件，其中所述柱中的至少一個和與其對齊的鍵合層的邊緣延伸超過所述柱所接合到的導(dǎo)電焊盤之一的至少一個邊緣。
35.如權(quán)利要求31所述的微電子互連元件，其中所述襯底包括電介質(zhì)元件，所述互連元件還包括嵌入所述電介質(zhì)元件之內(nèi)并在所述第一或第二方向中的至少一個上延伸的多條跡線。
36.如權(quán)利要求31所述的微電子互連元件，其中所述襯底包括微電子元件，所述微電子元件包括半導(dǎo)體芯片，所述導(dǎo)電元件包括所述半導(dǎo)體芯片的面上的焊盤。
37.一種制造互連元件的方法，包括將在第一和第二方向延伸的金屬箔與襯底的多個導(dǎo)電元件以及設(shè)置于所述金屬箔的面和所述導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電鍵合層并置；施加熱量以將所述金屬箔與所述導(dǎo)電元件接合起來，并至少在所述金屬箔和所述導(dǎo)電元件之間的結(jié)處形成金屬間層；以及對所述金屬箔構(gòu)圖以形成多個從所述導(dǎo)電元件并從所述襯底的表面延伸開來的固體金屬柱。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的制造互連元件的方法，其中所述金屬間層的熔化溫度高于可用于在柱和外部部件的觸點之間形成導(dǎo)電互連的接合過程的溫度。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述襯底包括微電子元件，所述微電子元件包括半導(dǎo)體芯片，所述導(dǎo)電元件包括所述半導(dǎo)體芯片的面上的焊盤。
全文摘要
一種互連元件110，可以包括諸如連接襯底的襯底、封裝元件、諸如半導(dǎo)體芯片的電路板或微電子襯底，所述襯底具有多個暴露于表面上的金屬導(dǎo)電元件，例如導(dǎo)電焊盤112、觸點、鍵合焊盤、跡線等。多個固體金屬柱130可以覆蓋在相應(yīng)的導(dǎo)電元件上并從其突出。金屬間層121可以設(shè)置于所述柱和所述導(dǎo)電元件之間，這樣的層提供所述柱130和所述導(dǎo)電元件112之間的導(dǎo)電互連。與金屬間層相鄰的柱的基部可以與金屬間層對齊。
文檔編號H01L21/48GK102197478SQ200980141969
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者B·哈巴, C·M·呂, C·P·韋德, 遠藤仁譽 申請人:泰瑟拉互連材料公司