阻挡层沉积方法、金凸块的底层金属薄膜及其制备方法与流程

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种阻挡层沉积方法、金凸块的底层金属薄膜及其制备方法。

背景技术：

在目前的主流市场中，金凸块(goldbumping)技术广泛应用在液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)的集成电路(ic)封装领域中，而在金凸块的制备过程中，制备良好的底层金属薄膜(under-bumpingmetallurgy，ubm)尤为关键。

图1为现有的金凸块的结构图。请参阅图1，金凸块的制备过程为：首先在底材1上形成阻挡层2，用作底层金属薄膜。之后进行光阻涂布，曝光，电镀等步骤完成金凸块3的制作，最后利用湿法蚀刻去掉多余的阻挡层2。

图2为现有的阻挡层的结构图，请参阅图2，阻挡层包括tiw层21和设置在该tiw层21上的au层22。其中，tiw层21用于起到粘附在底材1上，以及隔离au层22的作用。au层22用作au的籽晶层。在制作上述tiw层21的过程中，通常采用较高的工艺气压，以使tiw层21的应力满足要求，即使其应力达到-400mpa到-0mpa之间；同时，在制作上述au层22的过程中，通常采用较低的工艺气压，以将au层22的应力保持在0mpa-200mpa之间，从而将整个阻挡层的整体应力控制在-100mpa到0mpa之间，以满足工艺要求。

但是，在实际应用中，现有技术存在以下几点不足：

其一、由于制作上述tiw层21采用了较高的工艺气压(大于15mtorrorr)，这会导致tiw材料很疏松，并且tiw晶粒较大，从而无法通过pct试验(pressurecookertest，高压加速老化寿命试验)。

其二，为了提高薄膜致密性，制作上述tiw层21的整个工艺过程需要采用较高的工艺温度，这在长期连续的生产中极可能产生tiw靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种阻挡层沉积方法、金凸块的底层金属薄膜及其制备方法，其可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生tiw靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

为实现本发明的目的而提供一种阻挡层沉积方法，用于在底材上形成阻挡层组，所述阻挡层沉积方法包括在底材上形成阻挡层组的步骤，该步骤包括：

沿远离所述底材的方向依次沉积至少三层叠置的阻挡层来形成所述阻挡层组；其中，沉积最上层的所述阻挡层和沉积最下层的所述阻挡层时所采用的工艺气压低于沉积其余阻挡层时所采用的工艺气压，以提高最上层的所述阻挡层和最下层的所述阻挡层的致密性。

可选的，通过调节沉积各个所述阻挡层时所采用的工艺气压，和/或通过调节各个所述阻挡层的沉积厚度，来调节所述阻挡层组的整体应力。

可选的，沉积最上层的所述阻挡层和沉积最下层的所述阻挡层时所采用的工艺气压均小于3mtorr。

可选的，沉积所述其余阻挡层时所采用的工艺气压均大于10mtorr。

可选的，在底材上依次沉积第一阻挡层、第二阻挡层和第三阻挡层；

通过降低沉积所述第一阻挡层和第三阻挡层时采用的工艺气压，而使所述阻挡层组的整体应力趋近于负值；或者，通过提高沉积所述第二阻挡层时采用的工艺气压，而使所述阻挡层组的整体应力趋近于正值。

可选的，在底材上依次沉积第一阻挡层、第二阻挡层和第三阻挡层；

通过减小所述第二阻挡层的沉积厚度，同时增大所述第一阻挡层和所述第三阻挡层的沉积厚度，来使所述阻挡层组的整体应力趋近于负值；或者，通过增大所述第二阻挡层的沉积厚度，同时减小所述第一阻挡层和所述第三阻挡层的沉积厚度，来使所述阻挡层组的整体应力趋近于正值。

可选的，在沉积所述第一阻挡层之后，且在沉积所述第二阻挡层之前进行以下步骤：

调节通入工艺腔室内的工艺气体，以使所述工艺腔室内的压力保持在沉积所述第二阻挡层时采用的工艺气压；

以及，在沉积所述第二阻挡层之后，且在沉积所述第三阻挡层之前进行以下步骤：

调节通入工艺腔室内的工艺气体，以使所述工艺腔室内的压力保持在沉积所述第三阻挡层时采用的工艺气压。

可选的，所述工艺气体的流量为20～40sccm。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种金凸块的底层金属薄膜的制备方法，其包括采用本发明提供的上述阻挡层沉积方法在底材上沉积阻挡层组；所述阻挡层为tiw；

在最上层的所述阻挡层上沉积籽晶层；所述籽晶层为au。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种金凸块的底层金属薄膜，采用本发明提供的上述制备方法制成。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的阻挡层沉积方法，其用于在底材上形成阻挡层组，包括在底材上形成阻挡层组的步骤，该步骤包括：沿远离底材的方向依次沉积至少三层叠置的阻挡层来形成阻挡层组；其中，沉积最上层的阻挡层和沉积最下层的阻挡层时所采用的工艺气压低于沉积其余阻挡层时所采用的工艺气压，以提高最上层的阻挡层和最下层的阻挡层的致密性。由于沉积最上层的阻挡层和沉积最下层的阻挡层所采用的工艺气压较低，这可以提高最上层的阻挡层和最下层的阻挡层的致密性，从而可以增加最下层的阻挡层与底材的粘附性，同时可以减少进入最上层的阻挡层的水蒸气，从而可以避免籽晶层自最上层的阻挡层脱落，进而采用本发明提供的上述阻挡层沉积方法制成的阻挡层可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

本发明提供的金凸块的底层金属薄膜及其制备方法，其通过采用上述阻挡层沉积方法，可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

附图说明

图1为现有的金凸块的结构图；

图2为现有的阻挡层的结构图；

图3a为本发明提供的阻挡层沉积方法的流程框图；

图3b为采用本发明提供的阻挡层沉积方法获得的阻挡层的结构图；

图4为采用本发明的具体实施例提供的阻挡层沉积方法获得的阻挡层的结构图；

图5为形成各层阻挡层的流程框图；

图6为阻挡层的整体应力随工艺气压变化的曲线图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的阻挡层沉积方法、金凸块的底层金属薄膜及其制备方法进行详细描述。

请一并参阅图3a和图3b，本发明提供的阻挡层沉积方法用于在底材上形成阻挡层组。该方法包括在底材上形成阻挡层组的步骤s1，该步骤s1包括：

沿远离底材5的方向依次沉积至少三层叠置的阻挡层来形成阻挡层组。

其中，三层阻挡层分别为最上层的阻挡层41、最下层的阻挡层43和位于二者之间的其余阻挡层(42i,...,42i+n)。并且，沉积最上层的阻挡层41和沉积最下层的阻挡层43所采用的工艺气压低于形成其余阻挡层(42i,...,42i+n)所采用的工艺气压，以提高最上层的阻挡层41和最下层的阻挡层43的致密性。

优选的，沉积最上层的阻挡层41和沉积最下层的阻挡层43所采用的工艺气压均小于3mtorr，以使最上层的阻挡层41和最下层的阻挡层43的致密性满足要求，即，达到晶粒小且致密的效果，以增加最下层的阻挡层43与底材5的粘附性，减少进入最上层的阻挡层41的水蒸气，从而可以避免籽晶层6自最上层的阻挡层41脱落。

另外，优选的，沉积其余阻挡层(42i,...,42i+n)所采用的工艺气压大于10mtorr，以获得致密性相对较低的阻挡层，该阻挡层可以起到调节阻挡层组的整体应力的作用。

在实际应用中，上述各个阻挡层可以为tiw。

可选的，在完成上述步骤s1之后，还包括：

在最上层的阻挡层43上形成籽晶层6。

籽晶层6为au。

通过采用多层阻挡层，且使沉积最上层的阻挡层41和沉积最下层的阻挡层43所采用的工艺气压低于沉积其余阻挡层(42i,...,42i+n)所采用的工艺气压，可以提高最上层的阻挡层41和最下层的阻挡层43的致密性，从而可以增加最下层的阻挡层43与底材5的粘附性，减少进入最上层的阻挡层41的水蒸气，从而可以避免籽晶层6自最上层的阻挡层41脱落。由此，采用本发明提供的上述阻挡层沉积方法制成的阻挡层可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

另外，采用本发明提供的阻挡层沉积方法获得的阻挡层，其致密度远高于现有技术获得的薄膜的致密度，这使得该阻挡层对靶材和沉积工艺设备的适应度较高，可以应用在不同厂商生产的沉积工艺设备和不同类型的靶材。

优选的，请参阅图6，横坐标为工艺气压；纵坐标为阻挡层组的整体应力。由图6示出的阻挡层组的整体应力随工艺气压变化的曲线可知，工艺气压越高，阻挡层组的整体应力越趋近于正值，即，整体应力的数值逐渐增大至零或者零以上。反之，工艺气压越低，阻挡层组的整体应力越趋近于负值，即，整体应力的数值逐渐减小至零或者零以下。基于此，通过设定不同的形成各个阻挡层所采用的工艺气压，可以调节阻挡层组的整体应力，以使其达到理想值。所谓理想值，是指阻挡层组的整体应力与籽晶层的应力之和趋于零。

另外，由于各个阻挡层的厚度变化也能够影响阻挡层组的整体应力，即，最上层的阻挡层41和最下层的阻挡层43的厚度越大，同时位于二者之间的其余阻挡层(42i,...,42i+n)的厚度之和越小，则阻挡层组的整体应力越趋近于负值；反之，最上层的阻挡层41和最下层的阻挡层43的厚度越小，同时位于二者之间的其余阻挡层(42i,...,42i+n)的厚度之和越大，则阻挡层组的整体应力越趋近于正值。基于此，通过设定不同的各个阻挡层的厚度，来调节阻挡层组的整体应力，以使其达到理想值。

在实际应用中，可以仅设定不同的形成各个阻挡层所采用的工艺气压，或者也可以仅设定不同的各个阻挡层的厚度，或者还可以分别设定不同的形成各个阻挡层所采用的工艺气压和不同的各个阻挡层的厚度，来调节阻挡层组的整体应力，以使其达到理想值。

下面对本发明提供的阻挡层沉积方法的具体实施方式进行详细描述。请参阅图4，在本实施例中，在底材5上依次沉积第一阻挡层43、第二阻挡层42和第三阻挡层41。并且，沉积第一阻挡层43和第三阻挡层41采样的工艺气压低于沉积第二阻挡层42采用的工艺气压，从而第一阻挡层43和第三阻挡层41的致密性较高，以增加第一阻挡层43与底材5的粘附性，减少进入第三阻挡层41的水蒸气，从而可以避免籽晶层6自最上层的阻挡层41脱落，进而可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

优选的，通过降低步骤s10和步骤s30采用的工艺气压，而使阻挡层组，即，第一阻挡层43、第二阻挡层42和第三阻挡层41的整体应力趋近于负值，该负值的应在一个固定的范围内，例如-200mpa至0mpa。或者，通过提高步骤s20采用的工艺气压，而使阻挡层组的整体应力趋近于正值。

和/或，通过减小第二阻挡层42的沉积厚度，同时增大第一阻挡层43和第三阻挡层41的沉积厚度，来使阻挡层组的整体应力趋近于负值；或者，通过增大第二阻挡层42的沉积厚度，同时减少第一阻挡层43和第三阻挡层41的沉积厚度，来使阻挡层组的整体应力趋近于正值。由此，有助于提高薄膜粘附性。

需要说明的是，上述降低或提高工艺气压是指在设定工艺气压时，采用相对较低或者相对较高的工艺气压，例如相对较低的工艺气压为小于3mtorr范围内的气压值，相对较高的工艺气压为大于10mtorr范围内的气压值，上述增大或减小阻挡层的沉积厚度，是指在设定阻挡层的沉积厚度时，采用较大或较小的阻挡层的沉积厚度。

通过调节沉积第一阻挡层43、第二阻挡层42和第三阻挡层41时所采用的工艺气压，和/或通过调节第一阻挡层43、第二阻挡层42和第三阻挡层41的沉积厚度，来调节第一阻挡层43、第二阻挡层42和第三阻挡层41的整体应力，以使其达到理想值。

优选的，在沉积第一阻挡层43之后，且在沉积第二阻挡层42之前进行以下步骤：

调节通入工艺腔室内的工艺气体，以使工艺腔室内的压力保持在沉积第二阻挡层42时采用的工艺气压，从而保证第二阻挡层42的薄膜特性达到工艺要求。

以及，在沉积第二阻挡层42之后，且在沉积第三阻挡层41之前进行以下步骤：

调节通入工艺腔室内的工艺气体，以使工艺腔室内的压力保持在沉积第三阻挡层41时采用的工艺气压，从而保证第三阻挡层41的薄膜特性达到工艺要求。

优选的，上述工艺气体的流量为20～40sccm，优选为30sccm，以保证正常启辉。

下面对形成各层阻挡层的具体方法进行详细描述。具体地，如图5所示，形成各层阻挡层包括以下步骤：

s100，向工艺腔室内通入工艺气体，同时开启用于排出工艺腔室内的工艺气体的阀门；

通过控制上述阀门调节排出工艺腔室内的工艺气体的流量，可以使工艺腔室内的气压达到预设值；

s200，开启直流电源，以激发工艺腔室内的工艺气体形成等离子体；

s300，沉积形成阻挡层。

需要说明的是，在上述步骤s200和步骤s300中，上述阀门始终保持开启状态。

优选的，在上述步骤s100中，工艺气体的流量为10～30sccm；在上述步骤s200中，工艺气体的流量为15～35sccm；直流电源的输出功率为400～600w；在上述步骤s300中，直流电源的输出功率为2000～4000w。

下面为上述阻挡层沉积方法的一个具体工艺配方：

步骤1、向工艺腔室内通入工艺气体，同时开启用于排出工艺腔室内的工艺气体的阀门。该步骤1采用的工艺参数为：工艺气体为氩气，且流量为6sccm；工艺时间为3s。

步骤2、开启直流电源，以激发工艺腔室内的工艺气体形成等离子体。该步骤2采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；直流电源的输出功率为500w；工艺时间为2s。

步骤3、沉积形成第一阻挡层43。该步骤3采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；直流电源的输出功率为3000w；工艺时间为30s。

步骤4、向工艺腔室内通入工艺气体，以使工艺腔室内的压力保持在沉积第二阻挡层42采用的工艺气压。该步骤4采用的工艺参数为：工艺气体为氩气，且流量为30sccm；阀门保持开启状态；直流电源关闭；工艺时间为30s。

步骤5、保持工艺气体的输送。该步骤5采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；工艺时间为3s。

步骤6、开启直流电源，以激发工艺腔室内的工艺气体形成等离子体。该步骤6采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；直流电源的输出功率为500w；工艺时间为2s。

步骤7、沉积形成第二阻挡层42。该步骤7采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；直流电源的输出功率为3000w；工艺时间为51s。

步骤8、向工艺腔室内通入工艺气体，以使工艺腔室内的压力保持在沉积第三阻挡层41采用的工艺气压。该步骤8采用的工艺参数为：工艺气体为氩气，且流量为6sccm；阀门保持开启状态；直流电源关闭；工艺时间为10s。

步骤9、保持工艺气体的输送。该步骤9采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；工艺时间为3s。

步骤10、开启直流电源，以激发工艺腔室内的工艺气体形成等离子体。该步骤10采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；直流电源的输出功率为500w；工艺时间为2s。

步骤11、沉积形成第三阻挡层41。该步骤11采用的工艺参数为：工艺气体的流量保持不变；阀门保持开启状态；直流电源的输出功率为3000w；工艺时间为30s。

步骤12、关闭直流电源；停止工艺气体的输送；关闭阀门。

通过实验发现，采用上述工艺配方获得的阻挡层可以顺利通过pct验证。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种金凸块的底层金属薄膜的制备方法，其包括采用本发明提供的上述阻挡层沉积方法在底材上沉积阻挡层组；阻挡层为tiw。

而且，在最上层的阻挡层上沉积籽晶层；籽晶层为au。

本发明提供的金凸块的底层金属薄膜的制备方法，其通过采用上述阻挡层沉积方法，可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种金凸块的底层金属薄膜，其采用本发明提供的上述金凸块的底层金属薄膜的制备方法制成。

本发明提供的金凸块的底层金属薄膜，其通过采用上述金凸块的底层金属薄膜的制备方法制成，可以顺利通过pct试验，而且无需采用较高的工艺温度，从而可以避免产生靶材脱靶等的严重影响产品良率的事件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。