[发明专利]用于定位焊盘形成的钛钨的选择性刻蚀

说明书

技术领域

本发明涉及金属的选择性刻蚀。更具体而言，涉及电子元件上的可控坍塌芯片连接焊料凸块(C4 solder bump)的定位焊盘的微电子制造中的钛钨(TiW)的选择性刻蚀。

背景技术

形成电子封装组件，是将诸如集成电路芯片的电子元件电地且机械地连接至基板、卡或板、其它的芯片或其它的电子部件，其为本领域中熟知的。此技术通常称为表面贴装技术(SMT)，并且逐渐为人所接受而成为制造电子封装组件的优选手段。已知的这种互连技术有：球栅阵列封装、可控坍塌芯片连接的倒装互连(C4 flip chipinterconnect)、多芯片模块、多层与微孔印刷电路板以及表面贴装混合封装。在与本申请有关的一个具体应用中，芯片电接合至多层玻璃-陶瓷电子元件及/或有机基板。

典型地，通过将一个电子元件表面上的焊盘焊接至另一元件表面上相对应的焊盘，将多层玻璃-陶瓷电子元件接合至其它元件上。可控坍塌芯片连接是由IBM所开发的互连技术，用于取代引线键合。此技术通常被称为C4技术或倒装封装技术。大体而言，将集成电路芯片安装在玻璃-陶瓷基板之上，并且利用诸如焊料凸块的多个电连接，将芯片上的焊盘电地且机械地连接至该基板上相对应的焊盘，从而形成电连接模块。典型地，利用焊料连接或插座式连接将模块连接至其它电子元件。

在C4互连技术中，将相对较小的焊料凸块粘附在待接合的元件之一的焊盘上，有代表性地，该元件是芯片。随后将玻璃-陶瓷基板上的对应焊盘与该芯片上的焊料凸块定位成相邻接合，并且在高温下使焊料凸块回流，从而形成电的且机械性的互连。C4接合工艺是一种自对准工艺，因为焊料的润湿行为将会使芯片的凸块图案和玻璃-陶瓷基板上的对应焊盘对准。

为了将一电子元件的表面贴装至另一元件的表面，已提出多种焊料结构。典型的表面贴装工艺通过将焊膏网印在基板或芯片表面上暴露的导电且通常为金属的焊盘上来形成焊料结构。在惰性气体的氛围中，使焊膏回流而润湿该焊盘，并且使焊料形成球状。在完成对应焊盘的对准之后，使整个组件进行回流操作以形成焊接。通过焊球阵列来接合元件的互连被称为球栅阵列(BGA)。当焊料结构形成为柱状时，称为柱栅阵列(CGA)。平面栅阵列(LGA)互连用于插座式电子组装。

在C4技术中，焊料凸块直接形成在一个单元的金属焊盘上。这些焊盘通过每个焊盘周围的绝缘基板而与其它焊盘电隔离。基板可能是未经掺杂的硅(Si)或某些其它材料。焊盘的底部则电连接至芯片或基板电路。

C4技术的主要应用是用来接合半导体微芯片(集成电路)以形成芯片封装。通常在尺寸约数英寸的薄圆盘状单晶硅基板上(也就是所谓的晶片上)，以矩形阵列的形式制造出多个芯片。每个晶片上形成很多个芯片，随后分割晶片而切出独立的芯片，将这些芯片封装成大小足以处理的多个单元。当芯片还接合在晶片上的时候，将C4焊料凸块设置在这些芯片上。

当将两个表面压在一起以进行电连接时，C4焊料凸块必须能够良好机械性地固定在其焊盘上，否则它们有可能脱落。可以想到，诸如计算机的复杂装置可能具有大量的芯片以及成千上万个C4焊球连接。并且整个装置可能仅仅因为其中一个焊料凸块失效而报废。因此需要谨慎设计C4焊料凸块的粘附。

形成焊料凸块的一个方法是使用溅射或真空沉积。焊料金属在真空腔室中蒸发，且金属蒸气将腔室中的所有对象都涂覆上由该蒸发金属所形成的薄膜。为了在基板上形成焊料凸块，使蒸气通过基板上方保持的金属掩模中的孔。通过这些孔的焊料蒸气冷凝在冷的表面上而形成焊料凸块。此方法需要高度真空腔室来保持基板、掩模以及快速蒸发器。

用于制造焊料凸块的替代技术是电沉积，也称为电化学镀覆或电镀。此方法也使用掩模，例如图案化的光刻胶，并且仅在选定的位置处形成焊料凸块。

焊料凸块的电沉积需要第一预备步骤，就是在绝缘基板上的阻挡层上形成由导电金属构成的连续“晶种层”。需要使用该晶种层来沉积焊料。

完成晶种层之后，执行第二预备步骤以通过光刻技术形成掩模。也可以使用金属掩模。进行光刻方法时，将一层光刻胶涂覆在晶种层上且使其曝光。随后洗掉未曝光的光刻胶，而留下已硬化的光刻胶作为掩模。

当已曝光的光刻胶硬化且去除未硬化的光刻胶，便完成了掩模。该掩模具有成行的孔，将要在这些孔中沉积焊料凸块。

第三步骤优选地是进行铜的电沉积(电镀)，以形成导电焊盘，随后在含有铜焊盘的掩模孔中沉积金属合金。可将焊料直接沉积在铜晶种层上，但这并非优选的。