晶片级无电镀铜法和凸块制备方法,以及用于半导体晶片和微芯片的渡液的制作方法

专利名称：晶片级无电镀铜法和凸块制备方法,以及用于半导体晶片和微芯片的渡液的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体中的晶片凸块技术。特别地，本发明涉及在微芯片或包括多个微芯片的晶片上生成铜凸块的无电镀沉积方法。
背景技术：
由于无电镀沉积相比于现有电解镀技术有很多优点，它成为在晶片凸块工业中越来越有吸引力的技术。特别地，比较于电解镀技术，无电镀沉积具有无遮蔽，处理步骤低成本，用时短，好的一致性和好的间隙填充能力的优点。这些优点在晶片凸块的底层金属(UBM)应用中尤其重要。一种无电镀镍凸块处理被研制出来，用于以低成本生产镍凸块；然而，所述处理还不适用于规模生产。并且，镍不是特别好地适用于凸块应用，因为它具有高硬度，并且对于厚度超过1μm的被沉积的镍倾向于具有高的内在压力。这导致了在晶片上无电镀镍沉积的有限的适用性，由于在下面的所述晶片的半导体结构通常是非常脆弱并且对压力敏感的。
作为凸块应用中的一种可供选择的金属，铜提供一些内在特性。特别地，当与镍进行比较时，铜具有较高的电传导性，较高的热传导性，较低的熔点，较低的热膨胀系数，并且更易延展。并且，铜比镍或其他金属更便宜，如，用在电解凸块应用中的锡，铅和金。同样地，在晶片上的无电镀铜凸块处理的发展在晶片凸块工业中是非常重要的。
而且，在硅片上的铜金属衬垫被逐渐引入到硅集成电路的镀金属法方案中，作为铝衬垫的替代。铝和它的合金有高阻容延迟，高电迁徙以及差的耐压性的问题。另一方面，铜被公认为一种新的镀金属法材料，在下一代硅片中取代铝。虽然铜用作芯片互连线只是最近才被半导体工业实施，很多年来，铜已经大量地用于为倒装芯片封装和互连线应用提供一个可软焊的表面。因此，研制在晶片级上的无电镀铜凸块处理来满足这些需求是很重要的。

发明内容
本发明的一些实施例的目的是提供一个铜凸块处理，其中所述处理的每一个沉积步骤都使用无电镀沉积执行。特别地，本发明的一些实施例的目的是提供如此的一个凸块处理来在包括铝传导衬垫的晶片或微芯片上生成铜凸块，所述铝传导衬垫在所述晶片或微芯片内部与半导体芯片接触。
本发明的一些实施例的另一个目的是为执行所述铜凸块处理的所述无电镀沉积步骤提供电镀方法。
而本发明的一些实施例的另一个目的是提供在晶片或微芯片上的铜凸块。特别地，本发明的一些实施例的目的是在晶片或微芯片上提供铜凸块，其在铝传导衬垫上生成。
本发明提供了一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法。所述芯片或晶片具有包括多个半导体器件的一个层和具有开口的一个钝化层。在所述开口内的传导衬垫与所述半导体器件相接触。在所述方法中，一种传导性粘着材料被沉积到所述传导衬垫上来形成粘着层。一种传导性金属被沉积到所述粘着层上来形成阻挡层并且所述钝化层由一种酸浸溶液来除去所述传导性粘着材料和所述传导性金属的颗粒，其可能粘着在所述钝化层上。然后，铜就被沉积到所述阻挡层来形成所述铜凸块。所述沉积步骤的每一步被无电镀地执行，无电镀地提供所述凸块的完全的生成。而且，提供由上述处理生成的镀液和一个晶片和一个微芯片。
根据第一个主要方面，本发明提供一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法。所述半导体晶片还有一个钝化层，其具有开口和传导衬垫，在所述开口内，与所述半导体器件相接触。所述方法包括以下步骤在所述传导衬垫上执行传导性粘着材料的无电镀沉积来形成粘着层，在所述粘着层上执行传导性金属的无电镀沉积来形成阻挡层；用酸浸溶液处理所述钝化层，以除去任何可能粘着在所述钝化层上的颗粒，所述颗粒包含所述传导性粘着材料和所述传导性金属中的至少一种；并且在所述阻挡层上进行铜的无电镀沉积来形成所述铜凸块。
在本发明的一些实施例中，所述处理包括在所述传导衬垫上无电镀沉积所述传导性粘着材料之前，在所述半导体晶片的背部涂一保护层。
在本发明的一些实施例中，所述处理包括在所述传导衬垫上无电镀沉积所述传导性粘着材料之前，使用碱性清洗液除去在所述传导衬垫上的氧化层。
在本发明的一些实施例中，在所述传导衬垫上无电镀沉积所述传导性粘着材料包括在所述传导衬垫上无电镀沉积锌。这可以通过将所述半导体晶片浸入到包含Zn2+(Zinc2+)离子的一种粘着镀液中执行，并允许所述Zn2+离子在与传导衬垫上的铝(Al)的反应中吸收到所述传导衬垫上。
在本发明的一些实施例中，在所述粘着层上无电镀沉积所述传导金属包括无电镀沉积钯(Pd)到所述粘着层上。通过将所述半导体晶片浸入到包含Pd2+离子的阻障镀液中，并允许所述Pd2+离子与所述粘着层上的Zn反应吸收到所述粘着层中，Pd可以被无电镀沉积到所述粘着层上。
在本发明的一些实施例中，所述传导金属被无电镀沉积到所述粘着层上包括无电镀沉积镍(Ni)到所述粘着层上。
在本发明的一些实施例中，通过将所述半导体晶片浸入到包含在后续反应中用来无电镀沉积更多的Pd到所述粘着层上的一种还原剂的阻障镀液中，在所述粘着层上无电镀沉淀Pd。
在本发明的一些实施例中，通过将所述半导体晶片浸入到包含铜离子，氢氧化钠，络合剂和还原剂的铜镀液中来执行无电镀沉积铜到所述阻挡层上。
在本发明的一些实施例中，所述处理包括执行无电镀沉积一种防锈化学药品来在所述铜凸块和钝化层上生成一个覆盖层。
根据第二个主要方面，本发明提供包括多个半导体器件的一个半导体芯片。所述半导体芯片也有一个钝化层，其具有开口和传导衬垫，在所述开口内，与所述半导体器件相接触，用来提供所述半导体器件和外部电路之间的接触。在每一个开口内部，所述半导体芯片具有一种传导性粘着材料的粘着层，与各自的传导衬垫接触；传导性金属的阻挡层，与所述粘着层接触；以及一层铜，与所述阻挡层接触，所述的一层铜形成一个铜凸块。
根据第三个主要方面，本发明提供包括多个上述半导体芯片的一个半导体晶片。
根据第四个主要方面，本发明提供用于无电镀沉积铜到一层镍或钯上的一种镀液。所述镀液包含铜离子，用于与所述镍或钯反应来沉积铜；以及一种碱，一种络合剂和一种还原剂，用于在后续反应中进一步沉积铜。
在本发明的一些实施例中，所述镀液包含一种表面控制剂，用来提供被沉积的铜的光滑表面。所述表面控制剂可能包括四甲基铵和2，2’-联吡啶中至少一种。
根据第五个主要方面，本发明提供一种镀液，用于无电镀沉积一层镍或钯到一层锌上。所述镀液包含镍或钯离子，用于与锌反应来沉积镍或钯；一种还原剂用来在后续反应中进一步沉积镍或钯。
在本发明的一些实施例中，所述镀液包含氯化铵，氨和氯化氢。


本发明的优选实施例将结合附图被描述，其中图1是根据本发明的一个实施例的一个半导体芯片的顶部视图，在一个硅片上，具有多个铜凸块，被以一个预定的图样排列；图2是图1中的所述半导体芯片中的所述铜凸块的其中一个的横截面视图；图3是用来生成图2的铜凸块的处理的流程表；图4是图2的所述铜凸块的在图3的所述各处理步骤中的横截面视图；图5A是图1的所述半导体芯片的6个铜凸块的顶部视图；图5B是图5A的所述铜凸块的其中一个的放大的视图；图6是图1的所述半导体芯片的铜凸块的高度图，绘制成沿所述半导体芯片的距离的函数，所述高度使用一个针式轮廓曲线仪进行测量；图7是在经过了铝清洗步骤之后，图5A的所述铜凸块的其中一个的传导衬垫的一部分的一个原子力显微镜(AFM)表面轮廓；
图8是在无电镀沉积锌到所述衬垫上之后，图7的所述衬垫的一部分的原子力显微镜(AFM)表面轮廓；图9是在无电镀沉积钯到所述衬垫上之后，图8的所述衬垫的一部分的原子力显微镜(AFM)表面轮廓；图10是图5B的所述铜凸块的一部分的原子力显微镜(AFM)表面轮廓；以及图11是在由剪切力测试机在其上施加一个剪切后，图5B的所述铜凸块的一张照片。
具体实施例方式
图1是根据本发明的一个实施例生成的在一个硅片上的半导体芯片100的一个顶部视图，具有许多的铜凸块10，其按一个预定的图样排列。只有所述硅片的一部分102被显示。
图2是图1中的所述半导体芯片100中的所述铜凸块110的其中一个的横截面视图。一个传导衬垫210与所述半导体芯片100的一个层220接触，其包括一个各自的半导体器件(未示出)。一个粘着层230与所述传导衬垫210接触以及一个阻挡层240与所述粘着层230接触。所述铜凸块110与所述阻挡层240接触并具有一个覆盖层250。一个钝化层260分离了所述铜凸块110和所述半导体芯片100的其他的铜凸块110。
所述传导衬垫210提供与在所述层220中的所述各自的半导体器件的一个电接触，并且所述铜凸块110被用来建立传导衬垫210(或者等价地，所述半导体器件)和外部电路之间的通信。例如，每一个铜凸块110可以被用来建立一个各自的半导体器件和作为大型电路的一部分的一个印制电路板(未示出)之间的通信。
在图2的实施例中，所述传导衬垫220由铝(Al)制成；所述粘着层230由锌制成(Zn)并且提供所述传导衬垫220和所述阻挡层240之间的粘着；所述阻挡层240由钯(Pd)制成，并通过阻碍铜原子穿过所述阻挡层240进入到所述粘着层230和所述传导衬垫210为所述铜凸块110的原子提供屏障；所述铜凸块110是由铜(Cu)制成；以及所述覆盖层250是由一个防锈材料(Metex-M667(MacDermid))制成并且提供一个保护层，为所述铜凸块110抗氧化。本发明并不限于上述材料并且在本发明的其他实施例中，所述传导衬垫210中的铝可由铜代替。并且，在本发明的其他实施例中，在粘着层230的锌被具有相似机械和电特性以及相似的晶体结构的一种传导性、粘着的有机材料代替。类似地，在本发明的其他实施例中，在所述阻挡层240中的钯被具有相似机械和电特性以及相似的晶体结构的另一种金属代替。在本发明的另一个实施例中，镍代替钯作为所述阻挡层240的材料。在本发明的另一个实施例中，镍和钯都在所述阻挡层240中出现。并且，所述覆盖层250由任何合适的防锈材料制成，例如，金(Au)或一种水溶性有机材料。
参考图3，显示了制造图2的所述铜凸块110的方法的流程图。如图4所示，在步骤3-1，一个晶片的背部610在湿式化学凸块法之前被涂上稳定的保护层270。在步骤3-2，所述传导衬垫210在一个碱性清洗液中被清洗，或更特别地在一个铝清洗液中清洗，来除去氧化层，其可能在步骤3-2之前的任何时间在所述传导衬垫210上形成。在步骤3-3，使用无电镀沉积法，锌原子被沉淀到所述传导衬垫210上来形成所述粘着层230。步骤3-3的所述沉积通过将包含所述半导体芯片100的所述晶片浸入一个粘着镀液中被执行，因此所述传导衬垫210由所述粘着镀液处理。所述粘着镀液包括Zn2+离子，其在所述传导衬垫210被选择吸收。然而，在步骤3-3，一些Zn2+离子能够吸收Zn的粒子到所述钝化层260的表面280上。在步骤3-4，使用无电镀沉积法，Pd原子被沉积到所述粘着层230上来形成所述阻挡层240。步骤3-4的沉积通过将包含所述半导体芯片100的所述晶片浸入一个阻障镀液中被执行，因此所述粘着层230由所述阻障镀液处理。所述阻障镀液包括Pd2+离子，其在所述粘着层230被选择吸收。在步骤3-5，所述晶片被浸到一种酸浸溶液中，因此所述钝化层260由所述酸浸溶液处理，来除去可能粘在所述钝化层260的表面280上的锌粒子和/或钯粒子。并且，所述酸浸溶液被用来除去可能粘在所述表面280上的包括锌和钯的粒子。当所述锌粒子从所述表面280上除去，所述粘着层230中的所述锌粒子被所述阻挡层240保护。在步骤3-6，使用无电镀沉积法，铜原子被沉积到所述阻挡层240上，来形成一薄层铜。在步骤3-5中的除去所述表面280的粒子防止铜原子在步骤3-6吸收到所述钝化层260上。步骤3-6的所述无电镀沉积法将包含所述半导体芯片100的所述晶片浸入一个铜镀液中被执行，因此所述阻挡层240由所述铜镀液处理。所述铜镀液包括Cu2+离子，其在所述阻挡层240被选择吸收。在步骤3-6，一种还原剂和一种络合剂被添加到所述铜镀液中用于在后续反应中继续吸收Cu2+离子来形成所述铜凸块110。或者，在本发明的其他实施例中，步骤3-6被分成两个步骤，即，在所述Cu2+离子的吸收之后，添加所述还原剂和所述络合剂到所述铜镀液。在步骤3-7，使用无电镀沉积法，一种防锈材料被沉积到所述铜凸块110上来形成所述覆盖层250。步骤3-7的所述沉积通过将包含所述半导体芯片100的所述晶片浸入包括防锈化学药品的一种覆盖层镀液中被执行，所述化学药品在所述铜凸块110和所述钝化层260的所述表面280被吸收。在步骤3-8，使用任何合适的公知的方法，在所述晶片背部610的所述光阻材料270被除去。
用在图3的处理中的所述化学药品在表1中列出，然而，应该理解本发明不限于在表1中列出的化学药品。
表1图3的处理中使用的化学药品

现在要详细描述图3的处理中的每一步。在步骤3-1所述保护层270是Mac-Stop 9554，它是特别为无电镀沉积设计的一种溶剂型耐蚀性膜。所述保护层270以手工或化学方法可剥离，并且可以通过喷雾，浸渍或刷实施应用。所述保护层270的应用的条件在表4中列出。特别地，应用在干燥条件下，室温下进行。
在步骤3-2，Alumin 5975(Enthon-OMI)被选择作为一种碱性清洗液。Alumin 5975(Enthon-OMI)是一种适中的碱性清洗液，其具有非常长的清洗寿命，并且在其工作温度范围内，如表4列出在25℃-75℃之间，它不会蚀刻所述传导衬垫210。在更高的工作温度，Alumin 5975(Enthon-OMI)具有小的铝蚀刻作用。图7显示出了所述传导衬垫210的表面275的表面具有光滑的轮廓。
对于步骤3-3，1M(M＝mol/L)氢氧化钠被添加到AluminEN中来形成所述粘着镀液，其中所述Alumin EN浓度被保持在2.5-5％的范围内。如表4列出的，所述晶片在大约25℃下被浸在所述粘着镀液中30-50秒。添加所述氢氧化钠降低了所述传导衬垫210的腐蚀速度，增加了所述粘着镀液的使用寿命，并允许在所述粘着层230的表面290的锌粒子的大小非常合适。所述的非常合适的锌粒子为所述表面290提供一个光滑的表面轮廓，其反过来又为所述铜凸块110的沉积提供一个光滑的表面。图8显示了所述表面290具有一个光滑的表面轮廓。本发明并不限于包括氢氧化钠和AluminEN的粘着镀液，并且在本发明的其他实施例中，例如，使用其他碱性物质，如氢氧化钾和酸性锌酸盐化学药品。
步骤3-3的无电镀沉积法通过两个半反应的合并被描述。在第一个半反应中，在所述传导衬垫210的所述表面275的Al原子被转化成Al3+离子，其组成所述粘着镀液的一部分。第一个半反应的半反应方程式被给出(1)在第二个半反应中，在所述粘着镀液中的Zn2+离子被吸收在所述表面275，第二个半反应的半反应方程式被给出(2)根据一般的Nernst方程式，溶液的电极电位EM被给出EM=EM0+0.0592/nlog[M+n]---(3)]]>其中n是起反应的离子M+n的氧化状态，[M+n]是所述离子M+n的摩尔浓度，EM0是一个标准的电极电位。对于方程式(1)的所述半反应，n＝3，[M+n]＝[Al3+]，EM＝EAl，并且EM0=EAl0=-1.56V.]]>对于方程式(2)的所述半反应，n＝2，[M+n]＝[Zn2+]，EM＝EZn，并且EM0=EZn0=-0.763V.]]>方程式(1)和(2)的第一和第二半反应被合并成为一个单反应方程式，由下式给出(4)这样，当在所述传导衬垫210的表面275的Al原子被转化成组成所述粘着镀液一部分的Al3+离子时，来自于所述粘着镀液的Zn2+离子被选择地吸收在所述表面275来形成所述粘着层230。
在步骤3-3，当包含所述半导体芯片100的所述晶片首先浸入到所述粘着镀液中时，EAl＜EZn，所述反应是自身催化的并继续下去来增大所述粘着层230。
在步骤3-4，所述无电镀沉积通过将包含所述半导体芯片100的所述晶片浸入到包含Pd2+离子，或等价地，钯(II)离子的所述阻障镀液中来执行。如表4列出，所述晶片在大约80℃被浸入大约10分钟。在所述阻障镀液中的化学药品和它们各自的浓度由表2给出。
表2阻障镀液中的化学药品和它们各自的浓度

在所述阻挡层240由钯制成的实施例中，所述阻障镀液包含氯化钯。或者，在所述阻挡层240由镍制成的实施例中，所述阻障镀液包含镍。最后，在所述阻挡层240由钯和镍制成的实施例中，所述阻障镀液包含氯化钯和氯化镍。
本发明的实施例不局限于氯化钯作为钯离子源，在本发明的其他实施例中，所述氯化钯被硫酸钯(PdSO4)代替。类似地，本发明的实施例并不局限于氯化镍作为镍离子源，在本发明的其他实施例中，所述氯化镍被硫酸镍(NiSO4)代替。
步骤3-4中的所述无电镀沉积也通过两个半反应描述。在第一个半反应中，在所述粘着层230的表面290的Zn原子被转化成Zn2+离子，其组成所述阻障镀液的一部分。所述第一个半反应的反应方程式由方程式(2)给出。在第二个半反应中，在所述阻障镀液中的Pd2+离子被选择吸收在所述表面290，根据一个半反应方程式，由下式给出(5)具有一个标准的电极电位EM0=EPd0=+0.83V.]]>对于所述半反应方程式(5)，所述Nernst方程式(3)被如下给出EPd=EPd0+0.0592/2log[NPd]---(6)]]>其中NPd是Pd2+离子在所述阻障镀液中的浓度。反应方程式(2)和(5)被合并成为一个单反应方程式，如下(7)这样，当在所述粘着层230表面290的Zn原子被转化成为组成所述阻障镀液的一部分的Zn2+离子时，来自于所述阻障镀液的Pd2+离子被选择地吸收在所述表面290来形成所述阻挡层240。
在步骤3-4，当包含所述半导体芯片100的所述晶片先浸入所述阻障镀液中时，EZn＜EPd，并且所述方程式(7)的反应是自身催化的，导致Pd原子的沉积，其形成所述阻挡层240。
没有步骤3-4的后续反应，产生的所述阻挡层240具有大约0.01μm的宽度Wb，步骤3-4的后续反应提供了Pd2+离子的进一步的吸收来增加所述阻挡层240的宽度Wb，以针对所述铜凸块110的铜原子提供一个有效的阻障。在图3的处理中，被添加到所述阻障镀液中的还原剂是H2PO2-(亚膦酸盐一水合物)。通过向所述阻障镀液中添加亚膦酸钠(NaH2PO2·6H2O)使得所述亚膦酸盐一水合物出现在所述阻障镀液中。所述厚度Wb依赖于所述还原剂的浓度，或者等价地，依赖于所述亚膦酸钠的浓度。对于包含表2中的所述化学药品的所述阻障镀液，所述厚度Wb增加直到一个最大厚度，大约10μm。对于所述后续反应的所述方程式由下式给出

图9显示所述阻挡层240的表面295具有一个光滑的表面。
在步骤3-5中，被陷于所述钝化层260的表面280上的钯粒子，锌粒子和包含锌和钯的粒子，使用包含酸性化学药品的酸浸溶液被除去。所述酸浸步骤还被用来抑制出现在所述钝化层260上的活化中心，其能够吸引Cu并导致Cu在所述钝化层260上增多。
通过在室温下将所述晶片浸入到所述酸浸溶液中10-15秒，如表4所示，所述钝化层260由所述酸浸溶液处理。
关于步骤3-6，用于所述铜镀液的化学药品及其浓度如表3所列。如表4列出，在80℃和90℃之间的温度，pH值在8.0和9.0之间，所述晶片被浸入到所述铜镀液中。
表3所述铜镀液的化学药品及其各自的浓度

在本发明的一个实施例中，所述铜镀液包含硫酸铜，在本发明的其他实施例中，所述铜镀液包含磺胺铜。硫酸铜和磺胺铜都提供所述阻障镀液中的铜离子。在本发明的一个实施例中，所述铜镀液包含氢氧化钠，在本发明的另一个实施例中，所述铜镀液包含氢氧化钾。氢氧化钠和氢氧化钾用来保持所述铜镀液在一个强碱性环境，并且，进一步地，来自于所述氢氧化钠的钠离子平衡所述铜镀液中任何的电荷不平衡。
在一个实施例中，所述铜镀液包含硫酸铜，其提供Cu2+(铜)离子，所述铜离子被选择地吸收在所述阻挡层240的表面295上。步骤3-6的所述反应由下式给出(9)具有一个标准的电极电位ECu0=+0.34V.]]>反应方程式(9)所述的反应不是自身催化的，并且在步骤3-6，一种还原剂和一种络合剂被添加到所述铜镀液中。如表3所列，所述还原剂是甲醛，所述络合剂是乙二胺四乙酸二钠。所述还原剂和所述络合剂提供一个后续反应，来允许进一步的Cu2+离子的吸收，以增加所述铜凸块110的厚度WCu。吸收所述Cu2+离子的后续反应由下式给出(10)在步骤3-6，一个表面控制剂也被添加到所述铜镀液中来为所述铜凸块110的表面265提供一个光滑的表面轮廓。所述表面控制剂包括TMAH(四甲基铵)和2，2’-联吡啶，其每一个作为稳定剂和表面活性剂。图5A显示了在光学显微镜下以放大200倍观察的图1的半导体芯片100的6个铜凸块110的顶部视图。图5B显示了在光学显微镜以放大倍数×1000观察的图5A中的所述铜凸块110的其中一个的放大的视图。图10显示的所述表面265也具有一个光滑的轮廓。
在步骤3-7，在大约25°的温度下，所述晶片被浸入到所述覆盖层镀液2-5分钟，如表4所列。一种有机型防锈化学药品，被用来作为所述覆盖层镀液，使得所述覆盖层250很容易被去离子水(DI)剥离。因此，所述覆盖层250提供一种保护性的涂层，在装配上所述芯片100之前该涂层能够被容易地剥离，例如，在一个包装基板上。在本发明的其他实施例中，其他化学物质，例如金或其他水溶性有机材料被使用。
表4用来制造图2中的所述铜凸块110的图3中处理的处理参数

参考图6，显示了图1中的所述半导体芯片100的所述铜凸块110的高度图，其被标绘成沿所述半导体芯片的距离的函数，所述高度使用一个针式轮廓曲线仪进行测量。特别地，所述铜凸块110的所述高度h从所述钝化层260的所述表面280测量，并被标绘成沿轴120的距离的函数。只需10分钟的电镀时间，所述凸块110的宽度W大约50μm，高度大约为1.15μm，并被以大约50μm的距离S分隔开。参考步骤3-6，更长的沉积时间进一步增加了所述高度h，而在凸块110的形状上没有明显的改变。
参考图11，显示了图5B中的所述铜凸块110在被一个剪切力测试机施加一个剪切力之后的照片。特别地，当所述铜凸块110在施加所述剪切力之后完全变形时，它还稳固地粘着在所述传导衬垫210上。
根据以上的启示，本发明可能有大量的修改和变化。因此，可以理解在后面的权利要求书的范围之内，本发明可以被以与此处特定的描述不同的方式来执行。
权利要求
1.一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法，所述半导体晶片还具有带有开口和传导衬垫的钝化层，在所述开口内所述传导衬垫与所述半导体器件相接触，所述方法包括以下步骤无电镀沉积一种传导性粘着材料到所述传导衬垫上来形成粘着层；无电镀沉积一种传导性金属到所述粘着层上来形成阻挡层；用酸浸溶液处理所述钝化层，以除去任何可能粘着在所述钝化层上的颗粒，所述颗粒包含所述传导性粘着材料和所述传导性金属中的至少一种；以及无电镀沉积铜到所述阻挡层来形成所述铜凸块。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述传导衬垫上无电镀沉积传导性粘着材料来形成粘着层的步骤之前，在所述半导体晶片的背部涂一保护层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括在所述传导衬垫上无电镀沉积传导性粘着材料来形成粘着层的步骤之前，使用碱性清洗液除去在所述传导衬垫上的氧化层。
4.根据权利要求1-3中任何一个所述的方法，其中在所述传导衬垫上无电镀沉积传导性粘着材料来形成粘着层的步骤包括在所述传导衬垫上无电镀沉积锌。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述传导衬垫上无电镀沉积锌包括将所述半导体晶片浸入到包含Zn2+离子的一种粘着镀液中，并允许所述Zn2+离子在与铝的反应中被吸收到所述传导衬垫上，所述传导衬垫包含铝。
6.根据权利要求1-5中任何一个所述的方法，其中在所述粘着层上无电镀沉积传导性金属来形成阻挡层的步骤包括无电镀沉积钯到所述粘着层上。
7.根据权利要求1-5中任何一个所述的方法，其中无电镀沉积传导性金属到所述粘着层上来形成阻挡层的步骤包括无电镀沉积镍到所述粘着层上。
8.根据权利要求6所述的方法，其中无电镀沉积钯到所述粘着层上包括将所述半导体晶片浸入到包含Pd2+离子的阻障镀液中，并允许所述Pd2+离子与Zn反应吸收到所述粘着层上，所述粘着层上包含锌。
9.根据权利要求6所述的方法，其中无电镀沉积钯到所述粘着层上包括将所述半导体晶片浸入到包含在后续反应中用来无电镀沉积更多的Pd到所述粘着层上的一种还原剂的阻障镀液中。
10.根据权利要求1-9中任何一个所述的方法，其中将所述钝化层用一种酸浸溶液处理而去除包含所述传导性粘着材料和所述传导金属中的至少任何一种的可能粘着在所述钝化层的颗粒的步骤包括将所述钝化层由所述酸浸溶液处理，其中所述酸浸溶液包含硫酸或硝酸。
11.根据权利要求1-9中任何一个所述的方法，其中所述钝化层由一种酸浸溶液中来去除包含所述传导性粘着材料和所述传导金属中的至少任何一种的可能粘着在所述钝化层的颗粒的步骤包括所述钝化层由所述酸浸溶液处理来抑制可能出现在所述钝化层上的任何活化中心。
12.根据权利要求1-11中任何一个所述的方法，其中无电镀沉积铜到所述阻挡层来形成铜凸块的步骤包括将所述半导体晶片浸入到包含铜离子，氢氧化钠和氢氧化钾中其中一种，一种络合剂和一种还原剂的铜镀液中。
13.根据权利要求1-12中任何一个所述的方法，其还进一步包括无电镀沉积一种防锈化学药品来在所述铜凸块和所述钝化层上生成一个覆盖层。
14.一个半导体芯片，包括多个半导体器件，所述半导体芯片也有一个钝化层，其具有开口和传导衬垫，在所述开口内所述传导衬垫与所述半导体器件相接触，用来提供所述半导体器件和外部电路之间的接触，在每一个开口内部，所述半导体芯片具有传导性粘着材料的粘着层，与各自的传导衬垫接触；传导性金属的阻挡层，与所述粘着层接触；以及一层铜，与所述阻挡层接触，所述的一层铜形成一个铜凸块。
15.根据权利要求14所述的半导体芯片，其中所述传导衬垫包含铝。
16.根据权利要求14所述的半导体芯片，其中所述粘着层包含锌。
17.根据权利要求16所述的半导体芯片，其中所述阻挡层包含钯或镍。
18.根据权利要求14所述的半导体芯片，其中所述传导衬垫包含铝，所述粘着层包含锌以及所述阻挡层包含钯或镍。
19.一个半导体晶片包括多个根据权利要求14-18中任何一个所述的半导体芯片。
20.一种镀液，用于无电镀沉积铜到一层镍或钯上，所述镀液包含铜离子，用于与所述镍或钯反应来沉积铜；以及一种碱，一种络合剂和一种还原剂，用于在后续反应中进一步沉积铜。
21.根据权利要求20所述的镀液，包括硫酸铜或磺胺铜(Copper Surphonamides)，用来提供所述镀液中的铜离子。
22.根据权利要求20或21所述的镀液，其中所述碱包括氢氧化钠或氢氧化钾。
23.根据权利要求20-22中任何一个所述的镀液，包括一种表面控制剂，用来提供被沉积的铜的光滑表面。
24.根据权利要求23所述的镀液，其中所述表面控制剂包含四甲基铵和2，2’-联吡啶。
25.根据权利要求20-24中任何一个所述的镀液，其中所述络合剂是乙二胺四乙酸二钠，所述还原剂是甲醛。
26.一种镀液，用于无电镀沉积一层镍或钯到一层锌上，所述镀液包含镍或钯离子，用于与锌反应来沉积镍或钯；以及一种还原剂用来在后续反应中进一步沉积镍或钯。
27.根据权利要求26所述的镀液，其包含氯化镍或硫酸镍来提供所述镍离子。
28.根据权利要求26所述的镀液，其包含氯化钯或硫酸钯来提供所述钯离子。
29.根据权利要求26-28中任何一个所述的镀液，其包含氯化铵、氨和氯化氢。
30.根据权利要求26-29中任何一个所述的镀液，其中所述还原剂包含亚膦酸钠一水合物。
全文摘要
本发明涉及一种在包括多个半导体器件的半导体晶片上生成铜凸块的方法。所述芯片或晶片具有包括多个半导体器件的层和具有开口的钝化层。在所述开口内的传导衬垫与所述半导体器件相接触。在所述方法中，将一种传导性粘着材料沉积到所述传导衬垫上来形成粘着层。将一种传导性金属沉积到所述粘着层上来形成阻挡层，并使用酸浸溶液从所述钝化层上除去可能粘着的传导性粘着材料颗粒。然后，将铜沉积到所述阻挡层上来形成所述铜凸块。所述沉积步骤的每一步均以无电镀方式进行。而且，本发明还提供了用于上述处理的镀液和由此制得的晶片和微芯片。
文档编号C23C18/16GK1679154SQ03816299
公开日2005年10月5日 申请日期2003年5月14日 优先权日2002年5月16日
发明者陆海景, 龚浩, 志·昆·斯蒂芬·王 申请人:新加坡国立大学, 新加坡科技研究局