專利名稱：通過(guò)裝設(shè)附加保護(hù)層以在運(yùn)送期間保護(hù)半導(dǎo)體裝置的反應(yīng)性金屬表面的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于集成電路的領(lǐng)域，且更特別的是，有關(guān)于用以裝設(shè)基于銅及其類似者之高度導(dǎo)電接觸墊于精密金屬化結(jié)構(gòu)中的后端制程。
背景技術(shù)：
集成電路的制造涉及許多復(fù)雜的制程步驟以在適當(dāng)半導(dǎo)體材料中及上方形成電路元件，例如晶體管、電容器、電阻器、及其類似者。近年來(lái)，在集成電路的整合密度及整體機(jī)能上已有重大的進(jìn)步。這些進(jìn)步的達(dá)成是通過(guò)把個(gè)別電路元件縮放到在深次微米范圍內(nèi)的尺寸，目前所用的關(guān)鍵尺寸，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極長(zhǎng)度，為30納米(nm)以下。因此，在晶粒區(qū)中可裝設(shè)數(shù)百萬(wàn)個(gè)電路元件，其中也必須設(shè)計(jì)復(fù)雜的互連結(jié)構(gòu)，通常每個(gè)電路元件可能電氣連接至一或更多其他電路元件。這些互連結(jié)構(gòu)通常建立于包含一或更多接線層級(jí)(wiring level)的金屬化系統(tǒng)，其中根據(jù)考量下的電路組構(gòu)用與多層印刷電路板類似的方式來(lái)形成適當(dāng)?shù)慕饘偬卣?，其中，不過(guò)，金屬特征的尺寸必須適于半導(dǎo)體電路元件(例如晶體管及其類似者)的尺寸。數(shù)十年來(lái)，由于有中高的導(dǎo)熱及導(dǎo)電系數(shù)、自我限制產(chǎn)生鈍化性氧化物層以及兼容于用來(lái)制造整合裝置的其他材料及制程技術(shù)，而選擇鋁作為在半導(dǎo)體裝置之金屬化層中形成金屬特征的金屬。隨著電路尺寸持續(xù)地減小，也造成金屬特征尺寸有以下情況裝置的整體訊號(hào)延遲不再受限于個(gè)別半導(dǎo)體電路元件的效能，例如晶體管的切換速度，而實(shí)質(zhì)取決于金屬化系統(tǒng)的寄生時(shí)間常數(shù)，這是由鋁的受限導(dǎo)電系數(shù)與相鄰金屬區(qū)域之間的寄生電容造成。因此，在現(xiàn)代集成電路中，高度導(dǎo)電金屬(例如，銅及其合金)用來(lái)適應(yīng)在裝置操作期間所遭遇的高電流密度，同時(shí)利用低k值介電材料可減少寄生電容，應(yīng)了解它是電介質(zhì)常數(shù)在3. O以下的電介質(zhì)。在制造集成電路的前面階段，常需要封裝芯片以及提供用于連接芯片電路及周邊的引線及端子。在有些封裝技術(shù)中，芯片、芯片封裝體或其他適當(dāng)單元可用由所謂焊錫凸塊形成的焊球連接，焊球是形成于這些單元中之至少一個(gè)的對(duì)應(yīng)層上，例如微電子芯片的介電鈍化層上。為了連接微電子芯片與對(duì)應(yīng)載體，在兩個(gè)待連接個(gè)別單元(亦即，包含例如多個(gè)電路的微電子芯片與對(duì)應(yīng)封裝體)的表面上已形成適當(dāng)?shù)膲|片配置以在提供給這些單元中之至少一者(例如，微電子芯片)的焊錫凸塊回焊后使這兩個(gè)單元電氣連接。在其他的技術(shù)中，可能必須形成要連接至對(duì)應(yīng)接線的焊錫凸塊，或可使焊錫凸塊與用作散熱器之另一基板的對(duì)應(yīng)墊片區(qū)接觸。結(jié)果，有必要形成可能分布于整個(gè)芯片區(qū)的大量焊錫凸塊，借此依照現(xiàn)代微電子芯片之高頻應(yīng)用系統(tǒng)的要求來(lái)提供，例如，1/0(輸入/輸出)能力以及所欲低電容配置，其中現(xiàn)代微電子芯片常包含復(fù)雜的電路，例如微處理器、儲(chǔ)存電路及其類似者及/或包含形成完整復(fù)雜電路系統(tǒng)的多個(gè)集成電路。用于連接芯片與封裝體的另一方法包括打線接合技術(shù)(wire bondingtechnique)，數(shù)十年來(lái)其基于鋁成功地發(fā)展且仍被公認(rèn)有效以及為用于使大量半導(dǎo)體芯片連接至載體基板的主導(dǎo)技術(shù)，其中常常提供鋁基焊墊，其與由鋁、銅、金及其類似者制成的適當(dāng)接線接觸。在打線接合制程期間，則使焊線的末端與焊墊接觸。在施加壓力、升高溫度及超音波能量后，使接線(必要時(shí)，在其上形成小球)焊接至焊墊以便形成介金屬連接(intermetallic connection)。之后,焊線的另一端接合至封裝體的引腳(lead pin),其中在接合期間以機(jī)械方式固定該半導(dǎo)體芯片。不過(guò)，在制造各種不同產(chǎn)品的設(shè)施中，許多先進(jìn)半導(dǎo)體裝置鑒于裝置效能、整合密度及制程相容性(process compatibility)而可能有銅基金屬化結(jié)構(gòu),然而其中，至載體基板或封裝體的連接是要用打線接合建立，因?yàn)橄啾扔诶鏑PU及其他高度復(fù)雜1C，對(duì)于I/O能力的要求較小，以及打線接合技術(shù)有高于基于復(fù)雜凸塊之技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。例如,精密記憶裝置可能要求極復(fù)雜高效能的金屬化系統(tǒng)，然而基于打線接合容易實(shí)現(xiàn)I/o能力。不過(guò)，在生產(chǎn)環(huán)境中，銅焊墊的打線接合非常難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殂~表面會(huì)不均勻地自我氧化以及廣泛地腐蝕，這可能導(dǎo)致高度不可靠的焊接。亦即，焊墊和與其連接的焊線受苦于顯著的腐蝕，特別是暴露于精密環(huán)境條件時(shí)，這在正常操作下可能發(fā)生，特別是在以升高溫度進(jìn)行測(cè)試的期間。不過(guò)，在制造各種不同產(chǎn)品的半導(dǎo)體設(shè)施中，多種先進(jìn)半導(dǎo)體裝置鑒于裝置效能、整合密度及制程相容性而可能有銅基金屬化結(jié)構(gòu)，然而其中至載體基板或封裝體是要用打線接合建立，因?yàn)橄啾扔诶鏑PU及其他高度復(fù)雜集成電路，對(duì)于I/O能力的要求較小，以及打線接合技術(shù)有高于基于復(fù)雜凸塊之技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。例如，精密記憶裝置可能要求極復(fù)雜高效能的金屬化系統(tǒng)，然而基于打線接合容易實(shí)現(xiàn)I/o能力。在生產(chǎn)環(huán)境中，銅焊墊的打線接合可能要求無(wú)腐蝕的表面區(qū)域以便讓焊線與含銅接觸面之間有可靠的介金屬連接(inter-metallic connection)。不論是要用復(fù)雜凸塊結(jié)構(gòu)還是打線接合技術(shù)來(lái)連接半導(dǎo)體芯片與適當(dāng)載體材料或封裝體，通常不同的制造環(huán)境一方面涉及形成復(fù)雜金屬化系統(tǒng)，而另一方面涉及執(zhí)行最終制造步驟，包括半導(dǎo)體芯片的切晶(dicing)及封裝。制程的對(duì)應(yīng)分裂，這在當(dāng)前半導(dǎo)體制造架構(gòu)公認(rèn)有效，可能涉及與復(fù)雜銅基金屬化系統(tǒng)有關(guān)的其他問(wèn)題，這在說(shuō)明圖Ia至圖Id時(shí)會(huì)更詳細(xì)地描述。圖Ia的橫截面圖示意圖示處于很前面制造階段的半導(dǎo)體裝置100。裝置100包含有電路元件103形成于其中及上方的基板101，例如硅材料，或任何其他適當(dāng)載體材料用于形成半導(dǎo)體層102于其上。例如，按照實(shí)作想要的電路功能的要求，電路元件103可包含晶體管、電容器、電阻器及其類似者。此外，金屬化系統(tǒng)150形成于電路元件103上方以及通
常包含多個(gè)金屬化層151.....154，它們每個(gè)至少包含對(duì)應(yīng)金屬線路以便提供內(nèi)層電氣連
接，同時(shí)也提供垂直接觸或通孔以便使一個(gè)金屬化層與相鄰金屬化層電氣連接。例如，金屬化層151包含適當(dāng)介電材料151a，它可包含埋藏金屬線路或區(qū)域151b的精密低k值介電材料，如上述，它通?；阢~材料來(lái)形成。同樣，金屬化層152可包含介電材料152a以及金屬特征152b，其中也可提供帽蓋層152c以便可靠地覆蓋金屬化層151的任何金屬特征以及在圖案化介電材料152a時(shí)也用作蝕刻中止材料。例如，帽蓋層的典型材料為氮化硅，富含氮的碳化硅及其類似者。同樣，金屬化層153可包含介電材料153a與對(duì)應(yīng)金屬特征153b，接著是帽蓋層154c。金屬化層154為系統(tǒng)150的最終或最后金屬化層以及包含適當(dāng)介電材料154a與金屬區(qū)域154b，金屬區(qū)域154b也可視為接觸區(qū)域以便在后面制造階段接受適當(dāng)凸
5塊元件或接受焊線。如上述，金屬區(qū)域154b可包含銅材料從而有含銅表面154s，也可稱它為接觸面。此外，帽蓋層155c由金屬化層154形成以便適當(dāng)局限金屬特征154b以及使得能夠?qū)︹g化層堆棧160執(zhí)行適當(dāng)圖案化制程，鈍化層堆棧160可包含多個(gè)不同材料層，例如層161、162及其類似者。鈍化層堆棧160通?？砂T如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅及之類的材料。如圖Ia所示的半導(dǎo)體裝置100是基于任何適當(dāng)制程策略來(lái)形成，其中基板101的加工是以晶片為基礎(chǔ)，亦即，在基板101中或上提供多個(gè)半導(dǎo)體晶粒區(qū)以便形成多個(gè)實(shí)質(zhì)相同的半導(dǎo)體裝置。為此目的，半導(dǎo)體設(shè)施通常包含多個(gè)制程模塊，例如光刻模塊、蝕刻模塊、回火模塊、植入模塊及其類似者，其中基板101的加工是根據(jù)與半導(dǎo)體裝置100之要求一致的專屬制程處方。因此，在完成基于半導(dǎo)體的電路元件103后，利用精密制程技術(shù)來(lái)形成金屬化系統(tǒng)150，這通?？赡馨ǔ练e及圖案化適當(dāng)?shù)慕殡姴牧弦员愀髯孕纬砷_(kāi)口于其中，隨后會(huì)用銅基材料及適當(dāng)阻障材料(未圖示)填滿這些開(kāi)口，接著移除任何多余材料。
因此，通過(guò)應(yīng)用基本上相同的制程策略，一層接一層地形成多個(gè)金屬化層151.....154，然
而其中，可能必須適應(yīng)考量下的金屬化層的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵尺寸。最后，形成最終金屬化層154以便包含接觸區(qū)域154b而有與進(jìn)一步加工一致的適當(dāng)定位及適當(dāng)橫向尺寸，亦即，形成焊錫凸塊或提供用于打線接合制程之接合區(qū)(bond area)者。在形成帽蓋層155c后，基于公認(rèn)有效之制程技術(shù)來(lái)沉積層堆棧160，其中通常可應(yīng)用基于光刻技術(shù)及基于電漿之蝕刻處方的另一圖案化制程。圖Ib示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置100。如圖示，開(kāi)口 160a形成于鈍化層堆棧160中以及也可延伸穿過(guò)帽蓋層155c從而暴露表面154s之一部份。為此目的，可應(yīng)用任何適當(dāng)基于電漿之蝕刻處方與光刻技術(shù)。如圖示，基于包含多個(gè)晶粒區(qū)110的基板101可執(zhí)行到達(dá)此制造階段的加工。經(jīng)常，在遠(yuǎn)端制造設(shè)施中可繼續(xù)該進(jìn)一步加工，其中實(shí)作專屬加工設(shè)備及制造策略以便完成裝置100，這通常包括在把基板切成個(gè)別半導(dǎo)體芯片后形成適當(dāng)凸塊結(jié)構(gòu)或執(zhí)行打線接合制程。結(jié)果，如140所示，基板101可輸送至不同的制造環(huán)境，不過(guò)，這可能導(dǎo)致一定程度的表面污染，例如通過(guò)氧化及其類似者，通過(guò)形成高度不規(guī)則表面，在基于在輸送140期間被污染的表面154s來(lái)形成適當(dāng)凸塊結(jié)構(gòu)或執(zhí)行打線接合制程時(shí)，這可能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的良率損失。結(jié)果，已有人建議，在實(shí)際圖案化鈍化層堆棧160(參考圖Ib)之前輸送裝置100，不過(guò)，這在遠(yuǎn)端制造設(shè)施可能需要許多附加資源，因?yàn)楸仨殘?zhí)行光刻制程與基于電漿之蝕刻制程。在其他方法中，接觸區(qū)域154b可接受例如由招構(gòu)成的最終金屬層(terminal metallayer，未圖示)，鋁公認(rèn)有效可用于形成凸塊結(jié)構(gòu)于其上或執(zhí)行打線接合制程的材料。不過(guò)，就此情形而言，在制造金屬化系統(tǒng)150的制造環(huán)境中必須提供許多附加資源。圖Id的橫截面圖示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置100，其中可裝設(shè)另一鈍化層170，例如聚酰胺層，其中可形成數(shù)個(gè)焊錫凸塊171以便連接至接觸面154s。為此目的，對(duì)于聚酰胺材料為公認(rèn)有效的制程技術(shù)，可用來(lái)鋪設(shè)材料170以及隨后予以圖案化，接著是沉積導(dǎo)電材料，例如材料171b，以便提供與另一材料171a(例如，無(wú)鉛焊錫材料及其類似者)有關(guān)的適當(dāng)介面特性。結(jié)果，如果在遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所完成用于形成聚酰胺材料170的裝置100加工及凸塊結(jié)構(gòu)171，則劣化表面154s (參考圖Ic)可能造成大量的良率損失，除非做大量的再加工(reworking)，不過(guò)，這可能需要通常在任何此類制造場(chǎng)所無(wú)法取得的額外
6加工工具資源。另一方面，在形成金屬化系統(tǒng)150的制造設(shè)施中提供專屬最終金屬層(例如，鋁)或形成凸塊結(jié)構(gòu)171，可能需要經(jīng)常與半導(dǎo)體制造設(shè)施之現(xiàn)有設(shè)備及組態(tài)不兼容的附加資源。鑒于上述情形，本揭示內(nèi)容有關(guān)于數(shù)種制造策略及半導(dǎo)體裝置，其中可形成到達(dá)在遠(yuǎn)端制造環(huán)境可完成之制造階段(亦即，聚酰胺加工及接觸加工)的復(fù)雜銅基金屬化系統(tǒng)，同時(shí)避免或至少減少上述問(wèn)題中之一或更多的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本揭示內(nèi)容大體提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中形成于最終或最后金屬化層上方的鈍化層可適當(dāng)?shù)赜枰詧D案化以避免在進(jìn)一步加工期間的基于電漿之精密蝕刻制程，同時(shí)可鈍化最終金屬化層之接觸區(qū)域的敏感含銅接觸面以便允許輸送及相當(dāng)長(zhǎng)的等候時(shí)間(queue time),而表面實(shí)質(zhì)不會(huì)惡化。因此,可在遠(yuǎn)端制造設(shè)施繼續(xù)該進(jìn)一步加工而不需要與基于電漿之蝕刻制程有關(guān)的附加資源。為此目的，可加入適當(dāng)保護(hù)層以便能可靠地鈍化敏感含銅接觸面，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)該保護(hù)層的移除而不需要基于電漿之精密蝕刻策略。揭示于本文的示范方法包括在第一制造環(huán)境中，形成半導(dǎo)體裝置之金屬化系統(tǒng)的最終金屬化層。該金屬化系統(tǒng)形成于包含多個(gè)晶粒區(qū)之基板上方，其中該最終金屬化層包含有含銅接觸面的接觸區(qū)域。該方法更包括形成鈍化層堆棧于該最終金屬化層上方以及圖案化該鈍化層堆棧以便形成開(kāi)口于該接觸區(qū)域中之每一者之該含銅接觸面的一部份上方。此外，該方法包括于在遠(yuǎn)離該第一制造環(huán)境的第二制造環(huán)境中加工該半導(dǎo)體裝置之前，形成保護(hù)層至少于每個(gè)接觸區(qū)域之該含銅接觸面的該部份上。揭示于本文的另一示范方法包括在一制造環(huán)境中，基于銅形成半導(dǎo)體裝置之金屬化系統(tǒng)，其中該金屬化系統(tǒng)包含含有多個(gè)金屬接觸區(qū)域的最終金屬化層。該方法更包括:形成保護(hù)層于該最終金屬化層上以及形成鈍化層堆棧于該保護(hù)層上方。另外，該方法包括在該制造環(huán)境中執(zhí)行蝕刻制程以便在不蝕刻穿過(guò)該保護(hù)層下，在該多個(gè)金屬接觸區(qū)域中之每一者上方形成開(kāi)口于該鈍化層堆棧中。揭示于本文的示范半導(dǎo)體裝置包括形成于載體材料上的多個(gè)晶粒區(qū)，其中該晶粒區(qū)中之每一者包含金屬化系統(tǒng)，接著該金屬化系統(tǒng)包含具有含銅接觸面之銅基金屬區(qū)域的最終金屬化層。該半導(dǎo)體裝置更包含形成于該最終金屬化層上方的帽蓋層。此外，鈍化層堆棧形成于該帽蓋層上方以及包含位于該含銅接觸面之一部份上方及與該部份對(duì)齊的開(kāi)口。另外，該半導(dǎo)體裝置包含形成于該含銅接觸面之該部份上的保護(hù)層。


本揭示內(nèi)容的其他具體實(shí)施例皆定義于隨附申請(qǐng)專利范圍中，閱讀以下參考附圖的詳細(xì)說(shuō)明可更加明白該等具體實(shí)施例。圖Ia及圖Ib的橫截面圖示意圖示根據(jù)習(xí)知策略在形成復(fù)雜銅基金屬化系統(tǒng)之各種制造階段期間的半導(dǎo)體裝置，其中圖Ib也圖示在特定制造環(huán)境中加工包含多個(gè)晶粒區(qū)之半導(dǎo)體基板的上視圖；圖Ic的橫截面圖根據(jù)習(xí)知制程策略示意圖示于輸送至遠(yuǎn)端制造設(shè)施之后的半導(dǎo)體裝置；
圖Id示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置；圖2a至圖2c的橫截面圖根據(jù)示范具體實(shí)施例示意圖示在形成金屬化系統(tǒng)之各種制造階段期間的半導(dǎo)體裝置，該金屬化系統(tǒng)包含有數(shù)個(gè)銅基接觸區(qū)域及一鈍化層堆棧的最終金屬化層，在用于形成該金屬化系統(tǒng)的制造環(huán)境中，可圖案化該鈍化層堆棧；圖2d示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的裝置200，其中根據(jù)示范具體實(shí)施例，該裝置在遠(yuǎn)端制造設(shè)施可基于含銅接觸面的優(yōu)異表面條件來(lái)加工；以及圖2e及圖2f根據(jù)其他示范具體實(shí)施例示意圖示在圖案化鈍化層堆棧及實(shí)作附加保護(hù)層時(shí)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式盡管用如以下詳細(xì)說(shuō)明及附圖所圖解說(shuō)明的具體實(shí)施例來(lái)描述本揭示內(nèi)容，然而應(yīng)了解，以下詳細(xì)說(shuō)明及附圖并非旨在限定本揭示內(nèi)容為所揭示的特定示范具體實(shí)施例，而是所描述的具體實(shí)施例只是用來(lái)舉例說(shuō)明本揭示內(nèi)容的各種方面，本發(fā)明的范疇系由隨附的權(quán)利要求定義。本揭示內(nèi)容提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中一方面在形成復(fù)雜銅基金屬化系統(tǒng)及鈍化層堆棧以及另一方面在包括提供適當(dāng)接觸方案的進(jìn)一步加工(包括半導(dǎo)體基板的切晶及封裝)之后，基本上可實(shí)現(xiàn)想要的制造流程分離。為此目的，可在用來(lái)形成金屬化系統(tǒng)的制造環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)鈍化層堆棧的圖案化，其中，不過(guò)，為了提供有優(yōu)異表面特性的含銅接觸面，可實(shí)作附加保護(hù)層，它可提供有充分完整性的敏感接觸面同時(shí)使得在遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所能夠有效快速地移除而不需要基于電漿之蝕刻策略。例如，在有些示范具體實(shí)施例中，在暴露接觸面上可形成適當(dāng)保護(hù)材料，例如含硅及氧之介電材料，例如形式為氮氧化硅及其類似者，借此確保接觸面的完整性同時(shí)使得基于濕化學(xué)蝕刻化學(xué)法，例如使用氫氟酸(HF)及其類似者，可有效地移除。在任何適當(dāng)制造階段可加入該保護(hù)層，例如在有些示范具體實(shí)施例中，在形成介電帽蓋層及沉積鈍化層堆棧之前，其中該保護(hù)層隨后在圖案化鈍化層堆棧及打開(kāi)介電帽蓋層時(shí)可用作有效的蝕刻中止或蝕刻控制層。在其他示范具體實(shí)施例中，在圖案化該鈍化層堆棧以及該介電帽蓋層后在暴露敏感接觸面之一部份時(shí)可形成該保護(hù)層，借此可在任何暴露表面區(qū)上形成該保護(hù)層，因此使得在遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所基于濕化學(xué)蝕刻化學(xué)法能夠有效地移除而不會(huì)不當(dāng)?shù)赜绊懙紫碌娜魏谓殡姴牧?，例如鈍化層堆棧及其類似者的材料。在其他示范具體實(shí)施例中，在圖案化鈍化層堆棧及介電帽蓋層后，可選擇性地形成該保護(hù)層于暴露接觸面上。為此目的，例如基于氧化制程可提供均勻氧化物層，例如氧化銅，其中，由于所得氧化物層有均勻的特性，因此在遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所可基于無(wú)掩膜濕化學(xué)蝕刻制程來(lái)實(shí)現(xiàn)有效及可靠的移除。參考圖2a至圖2f,此時(shí)更詳細(xì)地描述其他的示范具體實(shí)施例,其中必要時(shí)也會(huì)參考圖Ia至圖Id。圖2a的橫截面圖示意圖示處于進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置200。裝置200可包含任何適當(dāng)載體材料201，例如半導(dǎo)體材料及其類似者，可提供適當(dāng)半導(dǎo)體材料于其中及上方以便形成基于半導(dǎo)體的電路元件，也如在說(shuō)明圖Ia之裝置100時(shí)所解釋的。為了方便，圖2a不圖示此類電路元件。此外，裝置200可包含通常含有多個(gè)金屬化層的金屬化系統(tǒng)250，如圖示裝置100之金屬化系統(tǒng)150的圖Ia所示。為了方便，圖2a不圖示此類金屬化層。此外，金屬化系統(tǒng)250可包含最終金屬化層254，最終金屬化層254可包含經(jīng)適當(dāng)?shù)囟ㄎ患坝羞m當(dāng)橫向尺寸的適當(dāng)接觸區(qū)域254b以便致能形成適當(dāng)?shù)慕佑|方案或執(zhí)行適當(dāng)?shù)拇蚓€接合制程，也如以上所述。應(yīng)了解，金屬化系統(tǒng)250的形成可基于銅，以及至少在一些金屬化層中基于低k值介電材料，也如以上所述。結(jié)果，金屬區(qū)域254b也可包含銅，有可能結(jié)合適當(dāng)阻障材料，例如氮化鉭、鉭及其類似者，為了方便，這些未圖示于圖2a。因此，區(qū)域254b包含含銅接觸面254s，在后面制造階段它會(huì)有至少一部份暴露以便與仍待形成的所欲接觸方案一致。此外，在圖示具體實(shí)施例中，裝置200可包含保護(hù)層220，它可形成于金屬化層254的介電材料254a上及每個(gè)區(qū)域254b的接觸面254s上。在有些示范具體實(shí)施例中，保護(hù)層220可為含硅及氧之介電材料，例如氮氧化硅，或任何其他適當(dāng)介電材料，基于濕化學(xué)蝕刻處方能可靠地移除它而不會(huì)造成其他介電材料的嚴(yán)重材料腐蝕，特別是，在接觸區(qū)域254b內(nèi)者。例如，基于氫氟酸可有效地移除多種材料，這對(duì)基于氧化硅之材料可提供快速的移除速率同時(shí)不會(huì)不當(dāng)?shù)赜绊懫渌殡姴牧希绲杓捌漕愃普?，特別是濕化學(xué)蝕刻化學(xué)法不會(huì)不當(dāng)?shù)赜绊憛^(qū)域254b?？商峁┖穸燃s10至50納米的保護(hù)層220，借此在圖案化鈍化層堆棧時(shí)的進(jìn)一步加工期間可提供足夠的蝕刻中止能力，然而應(yīng)了解，可根據(jù)進(jìn)一步加工來(lái)選擇任何其他厚度值。如圖2a所示的半導(dǎo)體裝置200可在特定制造環(huán)境290內(nèi)形成以便形成基于半導(dǎo)體的電路元件與多個(gè)金屬化層，例如先前在說(shuō)明半導(dǎo)體裝置100時(shí)提及的金屬化層。此外，在制程的最終階段，金屬化層254的形成可通過(guò)沉積及圖案化介電材料254a以便形成隨后可用阻障材料及銅材料填滿的適當(dāng)開(kāi)口，其中可用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨法)及其類似者移除任何多余材料。之后，例如用電漿增強(qiáng)CVD (化學(xué)氣相沉積法)及其類似者可沉積保護(hù)層220。應(yīng)了解，在制造環(huán)境290內(nèi)的加工是以“晶片為基礎(chǔ)”進(jìn)行，其中系同時(shí)加工多個(gè)晶粒區(qū)，也如以上在說(shuō)明裝置100之多個(gè)晶粒區(qū)110時(shí)所述。圖2b示意圖示在制造環(huán)境290內(nèi)處于更進(jìn)一步制造階段的裝置200。如圖示，介電帽蓋層255c，例如氮化硅材料、富含氮的碳化硅材料及其類似者，可形成于有任何適當(dāng)厚度的保護(hù)層220上方，或在有些示范具體實(shí)施例中于保護(hù)層220上以便符合整體裝置要求。此外，鈍化層堆棧260形成于帽蓋層255c上以及按需要可包含一或更多層，例如層261、262、263。例如，經(jīng)?？商峁┑?、二氧化硅、氮氧化硅。應(yīng)了解，在有些示范具體實(shí)施例中，如果認(rèn)為在進(jìn)一步加工期間有不當(dāng)對(duì)應(yīng)材料腐蝕的話，至少最外層263可具有與保護(hù)層220不同的材料組合物。在其他情形下，可選定層堆棧260的厚度，使得可納入考慮在后面制造階段移除一部份保護(hù)層220時(shí)的特定材料腐蝕。層255c及堆棧260的形成可基于任何適當(dāng)及公認(rèn)有效的制程策略。圖2c示意圖示在制造環(huán)境290內(nèi)處于更進(jìn)一步制造階段的裝置200。在此制造階段中，可應(yīng)用基于適當(dāng)蝕刻掩膜294(例如，光刻膠掩膜)的蝕刻制程295以便在鈍化層堆棧260及介電帽蓋層255c中形成開(kāi)口 260a。為此目的，可應(yīng)用適當(dāng)基于電漿之蝕刻處方以便蝕刻穿過(guò)堆棧260，有可能使用層255c作為蝕刻中止材料，其中隨后可應(yīng)用另一蝕刻步驟以便蝕刻穿過(guò)層255c，同時(shí)使用保護(hù)層220作為蝕刻中止材料或作為蝕刻控制材料。例如，多個(gè)公認(rèn)有效之電漿輔助蝕刻處方可用來(lái)以對(duì)于基于氧化硅之材料(例如，二氧化硅、氮氧化硅及其類似者)有高度選擇性地蝕刻穿過(guò)層255c中以氮化硅為基礎(chǔ)的材料。以此方式，蝕刻制程295能可靠地中止于保護(hù)層220上或內(nèi)而不會(huì)暴露接觸面254s。因此，敏感表面積254s仍可靠地被保護(hù)層220覆蓋。結(jié)果，在蝕刻制程295及蝕刻掩膜294的移除之后，在通過(guò)形成接觸元件(例如，凸塊結(jié)構(gòu))繼續(xù)該加工，或制備用于打線接合制程策略之裝置及其類似者之前，裝置200對(duì)于任何其他輸送活動(dòng)及等待時(shí)間有適當(dāng)?shù)拟g化。結(jié)果，如240所示，在有些示范具體實(shí)施例中，裝置200可輸送至遠(yuǎn)端制造環(huán)境。 圖2d示意圖示在制造環(huán)境280之中的裝置200，可適當(dāng)?shù)匮b備制造環(huán)境280以致能裝置200的進(jìn)一步加工。在有些示范具體實(shí)施例中，在環(huán)境280內(nèi)可執(zhí)行蝕刻制程281以便移除保護(hù)層220的任何暴露部份，借此重新暴露接觸面區(qū)域254s或其至少一部份，如由鈍化層堆棧260定義者。為此目的，在有些示范具體實(shí)施例中，蝕刻制程281可以濕化學(xué)蝕刻制程完成而不需要任何電漿輔助制程環(huán)境。為此目的，可應(yīng)用適當(dāng)?shù)臐窕瘜W(xué)蝕刻化學(xué)法，例如HF，以便移除保護(hù)層220的暴露部份而不會(huì)不當(dāng)?shù)赜绊憛^(qū)域254b。應(yīng)了解，由于保護(hù)層220的厚度減少，一定程度的腐蝕，如2601■所示，對(duì)于進(jìn)一步加工及最終所得裝置特性不會(huì)有負(fù)面影響，其中，如有必要，在選擇層堆棧260的初始厚度以及選擇初始厚度減少的開(kāi)口 260a時(shí)，可輕易地納入考慮任何此類材料腐蝕。結(jié)果，表面區(qū)域254s的暴露可基于無(wú)掩膜蝕刻制程，亦即不需要專屬的帶圖案光刻膠材料，其中中高蝕刻速率可造成有效率的整體加工流程。基于暴露表面區(qū)254s，可繼續(xù)該進(jìn)一步加工，例如通過(guò)形成適當(dāng)凸塊結(jié)構(gòu)，如在說(shuō)明圖Id之半導(dǎo)體裝置100時(shí)所解釋的。就此情形而言，可提供對(duì)應(yīng)介電材料，例如形式為聚酰胺，以及可應(yīng)用適當(dāng)制程順序用來(lái)形成阻障材料及凸塊材料，隨后可基于任何公認(rèn)有效之制程策略來(lái)圖案化該凸塊材料。在其他情形下，表面區(qū)域254s可為在后面制造階段用以執(zhí)行打線接合制程的接合區(qū)。就此情形而言，可在實(shí)際打線接合制程之前的任何適當(dāng)階段執(zhí)行蝕刻制程281，借此可確保接觸面區(qū)域254s的完整性從而致能與焊線直接連接。圖2e根據(jù)其他示范具體實(shí)施例示意圖示半導(dǎo)體裝置200。應(yīng)了解,裝置200可在制造環(huán)境290中加工，如圖2a至圖2c所示。如圖示，可圖案化鈍化層堆棧260及介電帽蓋層255c (此時(shí)其直接形成于介電材料254a及接觸面254s上)，以便形成開(kāi)口 260a而暴露部份接觸面254s。在此制造階段中，可基于任何適當(dāng)沉積技術(shù)來(lái)沉積保護(hù)內(nèi)襯220，其中也可選定材料組合物以便允許基于濕化學(xué)蝕刻化學(xué)法來(lái)快速及有效地移除保護(hù)層220，如上述。例如，可使用二氧化硅、氮氧化硅、非晶碳及其類似者，只要這些材料在任何延長(zhǎng)等待時(shí)間及輸送活動(dòng)期間可保證表面254s的充分完整性。結(jié)果，在如圖2e所示的狀態(tài)下，裝置200可輸送至制造環(huán)境280 (參考圖2d)以及可應(yīng)用對(duì)應(yīng)蝕刻制程，從而有效地移除保護(hù)層220。就此情形而言，可避免不當(dāng)?shù)乇┞垛g化層堆棧260及帽蓋層255c，因?yàn)檫@些組件可能只在最終階段(亦即在某一過(guò)度蝕刻時(shí)期)暴露于可能允許可靠地暴露表面254s的反應(yīng)性蝕刻環(huán)境。之后，可繼續(xù)該進(jìn)一步加工，如上述。圖2f根據(jù)其他示范具體實(shí)施例示意圖示半導(dǎo)體裝置200。如圖示，在鈍化層堆棧260及帽蓋層255c中可裝設(shè)開(kāi)口 260a，借此初始暴露表面254s之一部份。之后，可高度選擇性地形成保護(hù)層220，例如通過(guò)執(zhí)行電化學(xué)沉積制程以便形成作為導(dǎo)電帽蓋材料的層220，它在專屬濕化學(xué)蝕刻化學(xué)法中有想要的高移除速率。例如，基于無(wú)電鍍覆技術(shù)，可有效地形成多種公認(rèn)有效之導(dǎo)電阻障材料，例如鉭、鈦、包含鎢、鈷、磷及其類似者的二元或三元合金?；谶m當(dāng)蝕刻化學(xué)法，也可移除這些材料，這也可能導(dǎo)致移除形成于鈍化層堆棧260上的任何金屬殘留物。在其他情形下，基于氧化制程205，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)層220的選擇性形成，其中銅材料的氧化可基于高度可控制的制程條件，借此在層厚度及材料組合物方面，可形成均勻及有可預(yù)測(cè)、可再制材料特性的層220。以此方式，可用層220、其余區(qū)域254b之介面來(lái)形成實(shí)際接觸面254s。因而，層220可鈍化區(qū)域254b從而在輸送裝置200至遠(yuǎn)端制造環(huán)境時(shí)可提供有必要完整性的區(qū)域254b。之后，可應(yīng)用適當(dāng)濕化學(xué)蝕刻制程以便有效地移除高度均勻的保護(hù)層220以及可繼續(xù)進(jìn)一步加工，如上述。結(jié)果，本揭示內(nèi)容可提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中可圖案化鈍化層堆棧，然而不會(huì)危及含銅接觸面的完整性。為此目的，加入適當(dāng)保護(hù)材料以便至少覆蓋該接觸面中在遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所之進(jìn)一步加工期間不得不暴露的一部份，這可基于有效的濕化學(xué)蝕刻制程來(lái)實(shí)現(xiàn)而不需要電漿輔助蝕刻處方及任何光刻掩膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本說(shuō)明可明白本揭示內(nèi)容的其他修改及變體。因此，本說(shuō)明應(yīng)被視為僅供圖解說(shuō)明而且目的是用來(lái)教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本文提供之教導(dǎo)的一般方式。應(yīng)了解，應(yīng)將圖示及描述于本文的形式應(yīng)視為目前為較佳的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包含下列步驟在第一制造環(huán)境中，形成半導(dǎo)體裝置的金屬化系統(tǒng)的最終金屬化層，該金屬化系統(tǒng)形成于包含多個(gè)晶粒區(qū)的基板上方，該最終金屬化層包含有含銅接觸面的接觸區(qū)域；形成鈍化層堆棧于該最終金屬化層上方；圖案化該鈍化層堆棧以便形成開(kāi)口于該接觸區(qū)域中的每一者的該含銅接觸面的一部份上方；以及于在遠(yuǎn)離該第一制造環(huán)境的第二制造環(huán)境中加工該半導(dǎo)體裝置之前，形成保護(hù)層至少于該接觸區(qū)域中的每一者的該含銅接觸面的該部份上。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中在形成該鈍化層堆棧之前形成該保護(hù)層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中圖案化該鈍化層堆棧的步驟包括在不暴露該含銅接觸面的該部份下，執(zhí)行蝕刻制程以及終止該蝕刻制程。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中圖案化該鈍化層堆棧的步驟包括暴露該含銅接觸面的該部份。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該保護(hù)層形成于該鈍化層堆棧上以及于該含銅接觸面的該暴露部份上。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該保護(hù)層選擇性地形成于該含銅接觸面的該暴露部份上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中形成該保護(hù)層成為氧化銅層。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中形成該保護(hù)層的步驟包括形成含硅及氧的材料層。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，還包含下列步驟在該第二制造環(huán)境中，通過(guò)執(zhí)行濕化學(xué)蝕刻制程，至少由該含銅接觸面的該部份移除該保護(hù)層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該濕化學(xué)蝕刻制程是以無(wú)掩膜蝕刻制程執(zhí)行。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該濕化學(xué)蝕刻制程是基于氫氟酸(HF)來(lái)執(zhí)行。
12.一種方法，其包含下列步驟在制造環(huán)境中，基于銅形成半導(dǎo)體裝置的金屬化系統(tǒng)，該金屬化系統(tǒng)包含含有多個(gè)金屬接觸區(qū)域的最終金屬化層；形成保護(hù)層于該最終金屬化層上；形成鈍化層堆棧于該保護(hù)層上方；以及在該制造環(huán)境中執(zhí)行蝕刻制程以便在不蝕刻穿過(guò)該保護(hù)層下，在該多個(gè)金屬接觸區(qū)域中的每一者上方形成開(kāi)口于該鈍化層堆棧中。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包含下列步驟輸送該半導(dǎo)體裝置至第二制造環(huán)境，以及通過(guò)執(zhí)行濕化學(xué)蝕刻制程來(lái)移除在該開(kāi)口中的每一者內(nèi)的該保護(hù)層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中執(zhí)行該濕化學(xué)蝕刻制程的步驟包括執(zhí)行無(wú)掩膜蝕刻制程。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該濕化學(xué)蝕刻制程是基于氫氟酸(HF)來(lái)執(zhí)行。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，還包含下列步驟在形成該鈍化層堆棧之前，形成帽蓋層于該保護(hù)層上方，其中執(zhí)行該蝕刻制程的步驟包括蝕刻穿過(guò)該帽蓋層以及使用該保護(hù)層作為蝕刻控制層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該保護(hù)層經(jīng)形成為在該蝕刻制程中可用作蝕刻中止層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中形成該介電材料為含硅及氧之材料。
19.一種半導(dǎo)體裝置，其包含形成于載體材料上的多個(gè)晶粒區(qū)，該晶粒區(qū)中的每一者包含金屬化系統(tǒng)，該金屬化系統(tǒng)包含具有含銅接觸面的銅基金屬區(qū)域的最終金屬化層；形成于該最終金屬化層上方的帽蓋層；形成于該帽蓋層上方及包含開(kāi)口的鈍化層堆棧，該開(kāi)口定位于該含銅接觸面的一部份上方及與其對(duì)齊；以及形成于該含銅接觸面的該部份上的保護(hù)層。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置，其中該保護(hù)層形成于該帽蓋層下方以及材料組合物與該帽蓋層不同。
全文摘要
一種通過(guò)裝設(shè)附加保護(hù)層以在運(yùn)送期間保護(hù)半導(dǎo)體裝置的反應(yīng)性金屬表面的技術(shù)，在形成以銅為基礎(chǔ)之復(fù)雜金屬化系統(tǒng)時(shí)，最終金屬化層可接受以銅為基礎(chǔ)的接觸區(qū)域，可基于專屬保護(hù)層來(lái)鈍化該接觸區(qū)域的表面，從而允許在運(yùn)送裝置至遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所之前圖案化鈍化層堆棧。因此，在遠(yuǎn)端制造場(chǎng)所，基于有效的無(wú)掩膜濕化學(xué)蝕刻制程，可有效地再暴露受保護(hù)的接觸面。
文檔編號(hào)H01L23/28GK102915921SQ201210071418
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者M·列, J·霍海格, A·奧特 申請(qǐng)人:格羅方德半導(dǎo)體公司, 格羅方德半導(dǎo)體德累斯頓第一模數(shù)有限責(zé)任及兩合公司