蝕刻工藝中減少的鈦底切的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求申請于2014年5月29日的美國臨時申請第62/004751號的權益，在 此所述申請的公開內容通過引用全部明確地并入本文。
技術領域
[0003] 本申請涉及形成金屬特征的方法。
【背景技術】
[0004] 在晶片級封裝應用中，將薄的耐火金屬層布置在基板上以充當擴散阻擋層 (diffusionbarrier)和改進貴金屬（如銅、金和銀）至基板（如娃、二氧化娃、玻璃和陶 瓷）之間的粘附（adhesion)。典型地，阻擋層是薄的鈦或鈦化合物層。種晶層被沉積在阻 擋層上，然后在種晶層上光刻膠被圖案化以提供用于特征形成的凹槽。
[0005] 在金屬層已沉積在凹槽中用于特征形成之后，去除光刻膠（見圖3)。用于特征形 成的種晶層和下面的阻擋層的圖案化通常是通過濕法化學蝕刻（wetchemicaletching) 執(zhí)行。當蝕刻阻擋層時，與縱向蝕刻（verticaletch)相比的橫向蝕刻（lateraletch)的 蝕刻速率可能在特定蝕刻化學品（etchingchemistry)中有所差異。所述差異可能通過電 化蝕刻效應（galvanicetchingeffect)增強。因此，蝕刻工藝步驟可能在阻擋層中產(chǎn)生 不利的底切（undercut)(例如，見圖15中的鈦層122中的底切）。
[0006] 因此，存在對用于形成金屬特征以減少蝕刻工藝中的鈦底切的改進方法的需要。 本公開內容的實施方式針對這些改進和其他改進。

【發(fā)明內容】

[0007] 提供本
【發(fā)明內容】
以用簡化形式引入構思的選擇，這些構思的選擇在下面的具體實 施方式中進一步描述。本
【發(fā)明內容】
不意在識別所要求保護的主題的關鍵特征，且本發(fā)明內 容也不意在用作確定所要求保護的主題的范圍的幫助。
[0008] 根據(jù)本公開內容的一個實施方式，本發(fā)明提供了一種形成金屬特征的方法。所述 方法包括提供微特征工件，所述微特征工件包括：基板；連續(xù)含鈦阻擋層，布置在所述基板 上；連續(xù)第一金屬層，布置在具有厚度的阻擋層上；和電介質層，在第一金屬層上圖案化以 提供界定側壁表面和底表面的凹槽，其中所述凹槽的底表面是金屬表面，且所述凹槽的側 壁表面是電介質表面。所述方法進一步包括：在第一金屬層的暴露頂表面上的凹槽之內沉 積第二金屬層；去除電介質層以提供暴露特征；使用第一蝕刻化學品蝕刻第一金屬層的一 部分；和使用第二蝕刻化學品蝕刻阻擋層的一部分以實現(xiàn)阻擋層底切，所述阻擋層底切小 于或等于阻擋層厚度的兩倍。
[0009] 根據(jù)本公開內容的另一實施方式，本發(fā)明提供了一種形成金屬特征的方法。所述 方法包括提供微特征工件，所述微特征工件包括：基板；連續(xù)含鈦阻擋層，布置在所述基板 上；連續(xù)金屬種晶層，布置在阻擋層上；和電介質層，在金屬種晶層上圖案化以提供界定側 壁表面和底表面的凹槽，其中所述凹槽的底表面是金屬表面，且所述凹槽的側壁表面是電 介質表面。所述方法進一步包括：在金屬種晶層的暴露頂表面上的凹槽之內電化學沉積 第一金屬層；去除電介質層以提供暴露特征；使用第一蝕刻化學品蝕刻第一金屬層的一部 分；和使用第二蝕刻化學品蝕刻阻擋層的一部分，所述第二蝕刻化學品包括過氧化氫和氟 化物離子。
[0010] 根據(jù)本公開內容的另一實施方式，提供一種微特征工件。所述工件包括基板和布 置在所述基板上的微特征，所述微特征包括在所述基板之上的含鈦阻擋層、在所述阻擋層 之上的金屬種晶層、和布置在所述金屬種晶層上的至少第一金屬化層，其中所述阻擋層具 有小于阻擋層厚度的兩倍的底切。
[0011] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，第一金屬層可以是種晶層。
[0012] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，方法可進一步包括在第二金屬層 的暴露頂表面上的凹入特征之內電化學沉積第三金屬層。
[0013] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，方法可進一步包括在第三金屬層 的暴露頂表面上的凹入特征之內電化學沉積第四金屬層。
[0014] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品可包括過氧化氫和氟 化物離子。
[0015] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品可包括過氧化氫和氟 化銨。
[0016] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品中的過氧化氫的摩爾 濃度可在〇. 300M至17. 600M的范圍之內。
[0017] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品中的氟化銨的摩爾濃 度可在0. 012M至0. 900M的范圍之內。
[0018] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，過氧化氫與氟化銨的摩爾比率可 在83:1至13:1的范圍之內。
[0019] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品可進一步包括苛性堿 (caustic)溶液。
[0020] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品可進一步包括氫氧化 銨。
[0021] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品的溫度可在35攝氏 度至80攝氏度的范圍之內。
[0022] 根據(jù)本文所述的這些實施方式的任一實施方式，蝕刻化學品的pH值可在約4. 5至 約8. 0的范圍之內。
【附圖說明】
[0023]當結合附圖理解時，本公開內容的上述方面和許多伴隨優(yōu)點參考以下詳細說明將 變得更容易理解，在所述附圖中：
[0024] 圖1至圖5是根據(jù)本公開內容的一個實施方式的針對形成金屬特征的方法的一系 列不意圖；
[0025] 圖6至圖13是對于各種處理條件的實驗結果的圖形表示；和
[0026] 圖14和圖15是根據(jù)先前設計的工藝的針對形成金屬特征的方法的一系列示意 圖。
【具體實施方式】
[0027] 本公開內容的實施方式通常是針對具體而言在晶片級封裝應用中形成金屬特征 的方法。在圖1至圖5的一系列示意圖中提供根據(jù)本公開內容的一個實施方式的方法。所 述方法包括使用蝕刻化學品蝕刻阻擋層的一部分以實現(xiàn)與使用先前開發(fā)的濕法蝕刻化學 品的方法相比減少的底切。
[0028] 如本文所使用，術語"微特征工件"或"工件"是指基板上和/或基板中形成微裝置 的基板。所述基板包括半導體基板（例如，硅晶片和砷化鎵晶片）、不導電基板（例如，陶瓷 或玻璃基板），和導電基板（例如，摻雜晶片）。微裝置的實例包括微電子電路或部件、微機 械裝置、微機電裝置、微光學器件、薄膜記錄頭、數(shù)據(jù)存儲元件、微流體裝置（microfluidic device)，和其他小型裝置。
[0029] 如本文所使用，術語"基板"是指材料的基層（abaselayerofmaterial)，在所 述材料的基層之上布置一個或更多個金屬化層（metallizationlevel)。基板可以是例如 半導體、陶瓷、電介質等等。
[0030] 對于具體而言在晶片級封裝應用中的形成本文所述的金屬特征的方法，在本文中 的圖1至圖5、圖14和圖15中提供的示意圖僅是代表性的且并沒有按比例繪制。
[0031] 根據(jù)本文所述的工藝的金屬合金特征的形成可用被設計以電化學沉積金屬的工 具進行，所述工具諸如可根據(jù)商標Raider?從AppliedMaterials,Inc.(應用材料公司） 獲得的一個工具?？商峁┘晒ぞ咭栽谖⑻卣鞴ぜ线M行微特征的形成中涉及的若干工藝 步驟。
[0032] 圖1至圖5中所示的方法是在示例性晶片級封裝應用中形成金屬特征的方法。示 例性晶片級封裝應用可包括但不限于，焊盤（bondpad)、凸塊（bump)、支柱（pillar)、重新 分配層（redistributionlayer;RDL)和穿透娃的通孔（ThroughSiliconVia;TSV)后凸 塊。本公開內容的技術也可用于其他技術應用，例如使用光掩模的圖案化蝕刻，而不是電鍍 到特征中。
[0033] 參看圖1至圖5,現(xiàn)在將描述形成金屬特征20的方法。如圖1中可見，阻擋（或 粘附）層22被布置在基板30上?；?0可以是硅、二氧化硅、玻璃或陶瓷基板。阻擋層 22可被設計以防止諸如銅之類的金屬擴散到基板30內，或被設計以改進用于金屬化的貴 金屬（諸如銅、金和銀）至基板之間的粘附。典型地，阻擋層22是薄的鈦或鈦化合物阻擋 層，諸如氮化鈦或鈦媽（titaniumtungsten)阻擋層。
[0034] 仍參看圖1，第一金屬層24被沉積在阻擋層22上。第一金屬層24可以是種晶層。 在一個非限制性實例中，種晶層可以是銅種晶層。作為另一個非限制性實例，種晶層可以是 銅合金種晶層，諸如銅錳合金、銅鈷合金或銅鎳合金。在沉積銅于特征中的情況下，存在對 于種晶層的一些示例性選擇。例如，種晶層可以是PVD銅種晶層。種晶層也可通過使用諸 如CVD或ALD之類的其他沉積技術形成。
[0035] 仍參看圖1，諸如光刻膠26層之類的電介質層被圖案化在第一金屬層24上，以在 光刻膠2