具有位于重分布層下方的復(fù)合阻擋層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有位于重分布層下方的復(fù)合阻擋層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]降低半導(dǎo)體器件的尺寸以及增大半導(dǎo)體器件中的集成電路的密度的需求極大地驅(qū)動(dòng)了集成電路(IC)的制造。引線接合將半導(dǎo)體器件連接至封裝襯底。當(dāng)半導(dǎo)體器件的尺寸縮小時(shí)，IC封裝工藝也需要改進(jìn)以降低封裝件尺寸。然而，引線接合需要用于IC封裝的額外空間，并且可能導(dǎo)致高速半導(dǎo)體器件的應(yīng)用中的信號(hào)延遲。
[0003]用于封裝較小的半導(dǎo)體器件的封裝方法被稱為晶圓級(jí)封裝(WLP)，其中將集成電路管芯封裝在一起。在集成電路管芯的互連結(jié)構(gòu)上方形成重分布層(RDL)以重新接線并且將外部終端重新定位在期望的位置處。WLP中包括的RDL也為相應(yīng)的集成電路管芯的接觸焊盤扇出引線，從而使得可以制造間距比管芯的接觸焊盤的間距更大的電接觸件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，包括位于所述襯底上的頂部金屬層；鈍化層，位于所述頂部金屬層上方，所述鈍化層中具有暴露所述頂部金屬層的開口 ；復(fù)合阻擋層，位于所述鈍化層和所述開口上方，所述復(fù)合阻擋層包括:底層，位于所述鈍化層和所述開口上方；中心層，位于所述底層上方；和上層，位于所述中心層上方；以及重分布層(RDL)，位于所述復(fù)合阻擋層的上方并且與下面的所述頂部金屬層電連接。
[0005]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述頂部金屬層包括銅(Cu)。
[0006]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述底層和所述上層均包括鉭(Ta)或鈦(Ti)。
[0007]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述中心層包括氮化鉭(TaN)或氮化鈦(TiN)。
[0008]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述RDL包括鋁(Al)。
[0009]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述頂部金屬層的材料不同于所述RDL的材料。
[0010]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述底層和所述上層的厚度均在約Inm至約30nm的范圍內(nèi)。
[0011]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述中心層的厚度在約1nm至約300nm的范圍內(nèi)。
[0012]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括:保護(hù)層，位于所述RDL上方，所述保護(hù)層中具有暴露所述RDL的上開口 ；凸塊下金屬(UBM)層，位于所述上開口上方；以及凸塊，位于所述UBM
層上方。
[0013]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述復(fù)合阻擋層和所述RDL之間的另一復(fù)合阻擋層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括:在襯底上的頂部金屬層上方沉積鈍化層；在所述鈍化層中形成開口以暴露所述頂部金屬層；在所述鈍化層和所述開口上方沉積復(fù)合阻擋層，包括:在所述鈍化層和所述開口上方沉積底層；在所述底層上方沉積中心層；和在所述中心層上方沉積上層；以及在所述復(fù)合阻擋層上方沉積重分布層(RDL)。
[0015]在上述方法中，還包括:在所述RDL上方沉積保護(hù)層，其中，所述保護(hù)層具有上開口以暴露部分所述RDL ;在所述上開口上方沉積凸塊下金屬(UBM)層；以及在所述UBM層上方形成凸塊。
[0016]在上述方法中，所述底層和所述上層均包括Ta或Ti。
[0017]在上述方法中，所述中心層包括TaN或TiN。
[0018]在上述方法中，所述頂部金屬層包括銅，并且所述RDL包括鋁。
[0019]在上述方法中，通過物理汽相沉積(PVD)形成所述復(fù)合阻擋層。
[0020]在上述方法中，還包括:在所述復(fù)合阻擋層上方沉積另一復(fù)合阻擋層。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，包括位于所述襯底上的Cu頂部金屬層；鈍化層，位于所述Cu頂部金屬層上方，所述鈍化層中具有暴露所述Cu頂部金屬層的開口 ；復(fù)合阻擋層，位于所述鈍化層和所述開口上方，所述復(fù)合阻擋層包括:Ta底層,位于所述鈍化層和所述開口上方；TaN中心層,位于所述Ta底層上方；和Ta上層，位于所述TaN中心層的上方；以及鋁重分布層(RDL)，位于所述復(fù)合阻擋層的上方。
[0022]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述復(fù)合阻擋層上方的另一復(fù)合阻擋層。
[0023]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括:保護(hù)層，位于所述鋁RDL上方，所述保護(hù)層中具有暴露所述鋁RDL的上開口 ；凸塊下金屬(UBM)層，位于所述上開口的上方；以及凸塊，位于所述UBM層的上方。
【附圖說明】
[0024]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論起見，各種部件的尺寸可以任意增大或減小。
[0025]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0026]圖2A至圖21是根據(jù)一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面圖。
[0027]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0028]圖4是在可靠性測(cè)試之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了實(shí)施所提供的主題的不同特征，以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了部件和布置的特定?shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，并不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括其中第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)明和清楚的目的，且其本身并不指定所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0030]如本文所使用的，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”、“涉及”等應(yīng)該理解為開放式的，即，意指包括但不限于。
[0031]除非上下文另有明確說明，本文使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“這”包括多個(gè)指示物。因此，例如，除非上下文另有明確說明，參照的一介電層包括具有兩個(gè)以上這種介電層的實(shí)施例。
[0032]另外，可以在本文中使用諸如“下面”、“在…之下”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語以便于說明書描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位之外，空間相對(duì)術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)并且本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。
[0033]RDL通常形成在互連結(jié)構(gòu)上方，與互連結(jié)構(gòu)的頂部金屬層電連接以重新接線。對(duì)于半導(dǎo)體測(cè)試，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)行可靠性測(cè)試，可靠性測(cè)試是施加比實(shí)際使用條件更高的電壓、溫度或應(yīng)力一段時(shí)間的加速壽命測(cè)試。在一些實(shí)例中，在長(zhǎng)時(shí)間烘烤之后，半導(dǎo)體芯片可以具有相當(dāng)大的電阻偏移。例如，在275°C下烘烤2000小時(shí)之后，電阻偏移超過75%。高電阻偏移的形成是由于在測(cè)試期間，RDL中的材料擴(kuò)散到頂部金屬層內(nèi)，并且互連結(jié)構(gòu)的頂部金屬層中的材料也擴(kuò)散到RDL內(nèi)。在RDL和互連結(jié)構(gòu)之間形成的擴(kuò)散阻擋層不能承受高溫，例如，TaN擴(kuò)散阻擋層可能在長(zhǎng)時(shí)間275°C烘烤之后結(jié)晶，使得RDL和頂部金屬層中的材料可以相互遷移。因此，提供了一種用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的機(jī)制，該機(jī)制可以抑制RDL和頂部金屬層中的材料在高溫下遷移到另一側(cè)、產(chǎn)生電阻偏移以及應(yīng)力遷移。具有復(fù)合阻擋層的這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)也可以有效地抑制不同金屬層的材料相互遷移。
[0034]參照?qǐng)D1，圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底102，襯底102包括位于襯底102上的頂部金屬層104。襯底102可以包括如硅、鍺、碳的半導(dǎo)體材料、諸如II1-V或I1-VI族材料的另一種半導(dǎo)體材料或它們的組合。襯底102還包括晶體管和其他器件以及在器件上方形成的其他互連結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化，只示出了頂部金屬層104，其位于互連結(jié)構(gòu)的頂部。頂部金屬層104可以包括銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎢、其他金屬合金和金屬化合物。鈍化層106形成在頂部金屬層104的上方。鈍化層106可以包括諸如氧化硅、氮化硅、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)、氮氧化硅、四乙氧基硅烷(TEOS)、氟化硅酸鹽玻璃(FSG)、硼-磷硅酸鹽玻璃(BPSG)以及其他低_k材料的常用鈍化材料。開口形成在鈍化層106中并且暴露頂部金屬層104。復(fù)合阻擋層116形成在鈍化層106和開口上方。復(fù)合阻擋層116包括位于鈍化層106和開口上方的底層110、位于底層110上方的中心層112、以及位于中心層112上方的上層114。中心層112包括氮化鉭(TaN)或氮化鈦(TiN)。并且中心層112的厚度在從約1nm至約300nm的范圍內(nèi)。底層110和上層114都包括鉭(Ta)或鈦(Ti)。并且底層110和上層114的厚度都在從約Inm至約30nm的范圍內(nèi)。重分布層(RDL)形成在復(fù)合阻擋層116的上方并且與下面的頂部金屬層104電連接。RDL 118可以包括諸如鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎢、摻雜的多晶硅、其他金屬合金和金屬化合物的導(dǎo)電材料。復(fù)合阻擋層116可以防止RDL的材料擴(kuò)散到鈍化層106和頂部金屬層104內(nèi)。而且復(fù)合阻擋層116可以抑制RDL 118和頂部金屬層104中的不同材料穿過復(fù)合阻擋層116擴(kuò)散到另一側(cè)內(nèi)。此外，復(fù)合阻擋層116可以在高溫和長(zhǎng)時(shí)間使用的條件下(例如，約275 °C，持續(xù)2000小時(shí))仍然有效。
[0035]在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，RDL 118可以包括招，鋁比銅更容易圖案化和蝕刻，并且頂部金屬層104可以包括銅，銅比鋁具有更低的電阻率和更高的熱導(dǎo)率。復(fù)合阻擋層116包括含有TaN的中心層112、含有Ta的底層110以及含有Ta的上層。復(fù)合阻擋層116可以承受在275°C下烘烤2000小時(shí)之后的可靠性測(cè)試，使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電阻偏移小于10%。由于中心層112中的TaN可能在275°C下結(jié)晶，這可以使RDL 118和頂部金屬層104中的材料擴(kuò)散穿過中心層112，均包括Ta的底層和上層可以提高阻擋擴(kuò)散的阻擋強(qiáng)度并且還可以改進(jìn)應(yīng)力遷移性能。而且復(fù)合阻擋層116可以降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的初始電阻和偏差以提高工藝控制能力。在一些實(shí)施例中，復(fù)合阻擋層116包括含有TiN的中心層112以及均含有Ti的底層HO和上層114。
[0036]參照?qǐng)D2A至圖21，圖2A-2I是根據(jù)一些實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面圖。參照?qǐng)D2A,鈍化層206形成在襯底202上方,襯底202包括位于其上的頂部金屬層204。襯底202可以包括如硅、鍺、碳的半導(dǎo)體材料、諸如II1-V或I1-VI族材料的另一種半導(dǎo)體材料或它們的組合。襯底102還包括晶體管和其他器件、以及在器件上方形成的其他互連結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化，只示出了頂部金屬層204，其位于互連結(jié)構(gòu)的頂部。頂部金屬層204可以包括銅、銅