(57)【要約】集積回路構造および集積回路構造を製造するための方法である。この方法には、集積回路をパッケージに取り付けるための銅ボンドパッドを形成する工程が含まれている。水素イオン雰囲気中での還元によってパッドから銅酸化物が除去される。集積回路をバンプボンディングパッケージに取り付けるために、還元された銅パッドの上にアンダーバンプメタライゼーション層が形成され、その上にはんだバンプが形成される。このプロセスは、浄化済みの銅パッドを覆うアルミニウム層を形成することによってワイヤボンディングプロセスにも使用することができる。本発明による集積回路構造は、基板内に形成された銅パッドを備えている。中に開口を画定しているパッシベーション層が銅パッドを覆っている。開口の中にアンダーバンプメタライゼーション層が配置され、はんだバンプがアンダーバンプメタライゼーション層を覆っている。別法としては、構造は、さらに、還元された銅パッドを覆って配置されたアルミニウムパッドを備えている。
2006511938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅パッドの上にはんだボンドを形成するための方法であって、
前記銅パッドを形成する工程と、
前記銅パッドの上にパッシベーション層を形成する工程と、
前記銅パッドの表面を露出させるための開口を前記パッシベーション層の中に形成する工程と、
前記表面の銅酸化物を還元する工程と、
還元された表面に前記はんだボンドを形成する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記はんだボンドを形成する前記工程が、前記還元された表面にアンダーバンプメタライゼーション層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アンダーバンプメタライゼーション層の上にはんだバンプを形成する工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記はんだボンドを形成する前記工程が、前記還元された表面にアルミニウム層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記還元工程が、水素イオンを形成し、かつ、露出した銅パッドの表面を前記水素イオンに曝す工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
水素イオンを形成し、かつ、露出した銅パッドの表面を前記水素イオンに曝す前記工程が、無線周波数バックスパッタチャンバ内で実施される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
水素イオンを形成する前記工程が、水素含有種から前記水素イオンを形成するために、前記水素含有種をプラズマに曝す工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記銅パッドが半導体基板の中に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体基板が複数の相互接続構造を備え、前記銅パッドが前記複数の相互接続構造のうちの少なくとも１つと導電連絡する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記還元工程に先立って、前記銅パッド表面の第１の表面反射率を決定する工程と、
前記還元工程に続いて、前記銅パッド表面の第２の表面反射率を決定する工程と、
前記第１および前記第２の表面反射率に基づいて前記還元工程を制御する工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記パッシベーション層および前記表面に粒子をスパッタする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
粒子をスパッタする前記工程が、アルゴンイオンをスパッタする工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記銅パッドが集積回路の上に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
銅表面にはんだボンドを形成するための方法であって、
前記銅表面を形成する工程であって、不要な銅酸化物が前記銅表面に形成される工程と、
前記銅酸化物を還元する工程と、
還元された銅表面に前記はんだボンドを形成する工程とを含む方法。
【請求項１５】
前記還元工程が、前記銅表面を水素種イオンに露出する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記露出工程が、式ＣｕｘＯ＋２Ｈ＋＝Ｃｕ＋Ｈ２Ｏに従って前記銅酸化物を還元する工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記露出工程が、無線周波数バックスパッタチャンバ内で実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記還元工程の後に前記銅表面の表面反射率を決定し、かつ、前記表面反射率に応じて前記還元工程を制御する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
表面反射率を決定する前記工程が、
前記還元工程に先立って、銅パッド表面の第１の表面反射率を決定する工程と、
前記還元工程に続いて、前記銅パッド表面の第２の表面反射率を決定する工程と、
前記第１および前記第２の表面反射率に基づいて前記還元工程を制御する工程とを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
銅パッドの上にアルミニウム層を形成するための方法であって、
前記銅パッドを形成する工程であって、不要な銅酸化物が前記銅パッドの上に形成される工程と、
前記銅酸化物を還元する工程と、
還元された表面に前記アルミニウム層を形成する工程とを含む方法。
【請求項２１】
前記還元工程が、銅表面を水素種イオンに露出する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記露出工程が、式ＣｕｘＯ＋２Ｈ＋＝Ｃｕ＋Ｈ２Ｏに従って前記銅酸化物を還元する工程をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記露出工程が、無線周波数バックスパッタチャンバ内で実施される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記還元工程の後に銅表面の表面反射率を決定し、かつ、前記表面反射率に応じて前記還元工程を制御する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
ワイヤボンドを前記アルミニウム層に取り付ける工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
金属表面から酸化物を除去するための方法であって、
水素種イオンを形成する工程と、
前記酸化物を前記水素イオンに露出する工程とを含む方法。
【請求項２７】
集積回路の基板の中にボンドパッドを形成するための方法であって、
第１の導電構造を前記基板の中に提供する工程と、
前記第１の導電構造を覆う、間隔を隔てた複数の第２の導電構造を形成する工程と、
前記第２の導電構造を覆うボンドパッドを形成する工程とを含む方法。
【請求項２８】
はんだボンド構造であって、
基板と、
前記基板を覆う水素還元銅パッドと、
前記銅パッドを覆っている、中に開口が画定されたパッシベーション層と、
前記開口内に配置されたアンダーバンプメタライゼーション層とを備え、
前記アンダーバンプメタライゼーション層を覆って配置されるはんだボンド構造。
【請求項２９】
前記銅パッドが集積回路のためのボンドパッドを備え、前記基板がドープ半導体領域および相互接続構造を備え、前記ボンドパッドが相互接続構造と導電連絡し、前記はんだボンド構造がはんだバンプを備えた、請求項２８に記載のはんだボンド構造。
【請求項３０】
前記銅パッドが集積回路のためのボンドパッドを備え、前記基板がドープ半導体領域および相互接続構造を備え、前記ボンドパッドが相互接続構造と導電連絡し、前記はんだボンド構造がアルミニウム層を備えた、請求項２８に記載のはんだボンド構造。
【請求項３１】
前記銅パッドが集積回路のためのボンドパッドを備え、前記基板がドープ半導体領域および相互接続構造を備え、前記ボンドパッドが、前記相互接続構造と前記銅パッドの間に配置された、間隔を隔てた複数の導電構造を介して相互接続構造と導電連絡した、請求項２８に記載のはんだボンド構造。
【請求項３２】
前記間隔を隔てた複数の導電構造が、複数の実質的に垂直方向の導電ビアを備えた、請求項３１に記載のはんだボンド構造。
【請求項３３】
前記間隔を隔てた複数の導電構造が、複数の電流分散導電エレメントを備えた、請求項３１に記載のはんだボンド構造。
【請求項３４】
前記間隔を隔てた複数の導電構造が複数の導電トレンチを備えた、請求項３１に記載のはんだボンド構造。
【請求項３５】
集積回路の基板内のボンドパッド構造であって、
基板と、
前記基板の中に配置された第１の導電構造と、
前記第１の導電構造を覆っている、間隔を隔てた複数の第２の導電構造と、
前記第２の導電構造を覆っているボンドパッドとを備えたボンドパッド構造。
【請求項３６】
前記間隔を隔てた複数の第２の導電構造が、複数の実質的に垂直方向の導電ビアを備えた、請求項３５に記載のボンドパッド構造。
【請求項３７】
前記間隔を隔てた複数の第２の導電構造が、複数の電流分散導電エレメントを備えた、請求項３５に記載のボンドパッド構造。
【請求項３８】
前記間隔を隔てた複数の第２の導電構造が複数の導電トレンチを備えた、請求項３５に記載のボンドパッド構造。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路（すなわちチップ）は、シリコン基板および基板内部のドープ領域から形成されたトランジスタなどの半導体デバイスを備えている。基板を覆っている導電性相互接続システムがドープ領域を電気的に接続し、電気回路を形成している。
【０００２】
従来の相互接続システムは、１つまたは複数の実質的に水平方向の導電層（それぞれ、「Ｍ」すなわちメタライゼーション層と呼ばれる水平方向の層）を相互接続している、垂直方向に隣接している２つの導電層の間に誘電体層が配置された複数の実質的に垂直方向の導電ビアもしくはプラグを備えている。典型的な相互接続システムは、６層〜９層の水平方向の導電層を備えており、個々の層は、さらに、複数の導電線すなわちトレースを備えている。第１すなわち一番下の相互接続レベルの導電ビアは、その下を覆っている半導体デバイス領域を、その上を覆っている導電層に接続している。上位レベルの導電ビアは、垂直方向に隣接している２つの導電層を相互接続している。導電ビアおよび導電線は、金属蒸着、フォトリソグラフィックマスキング、パターン化および基板エッチングを始めとする従来の技法を使用して形成されている。ほとんどの集積回路には、タングステン導電ビアおよびアルミニウム導電層が使用されている。
【０００３】
製造が完了すると、集積回路は、外部に配置された、パッケージチップを電子デバイス内の電子コンポーネントに接続するための複数のピンもしくは他の導電エレメントを備えたパッケージ内に密閉される。集積回路をパッケージピンに接続するために、チップ相互接続システムの一番上の導電層は、集積回路をパッケージピンに接続する導電エレメント（たとえばボンドワイヤ、はんだバンプあるいははんだボール）を受け入れるための複数の導電ボンドパッド（ボンドパッド層と呼ばれる）を備えている。アルミニウムをベースとする相互接続システムでは、アルミニウムボンドパッドを画定するために、一番上のアルミニウム層がマスクされ、パターン化され、かつ、エッチングされる。
【０００４】
図１は、パッケージリード１０２を備えたデバイスパッケージ１００を示したものである。集積回路１０４は、ダイ取付け領域１０６内に取り付けられている。集積回路１０４の上部表面１１２に配置されているボンドパッド１１０（一実施形態ではアルミニウムで形成されている）は、金（もしくは金合金）ワイヤ１１４によってパッケージリード１０２に接続されている。通常、ボンドパッド１１０の長さおよび幅は、それぞれ約４０〜８０ミクロンおよび５０〜１５０ミクロンの間で変化する。図に示すような正方形のボンドパッドが一般的であるが、従来技術では、長方形のボンドパッドの使用も知られている。ボンドパッド１１０をパッケージリード１０２に電気接続するプロセスは、ワイヤボンディングと呼ばれている。
【０００５】
フリップチップあるいはバンプボンディングと呼ばれている、知られているもう１つのパッケージ構造では、相互接続ボンドワイヤが、集積回路１２１のボンドパッド１１０の上に形成された蒸着はんだバンプ１２０に置き換えられている。図２参照。従来、アンダーバンプメタライゼーション層（図示せず）は、はんだバンプ１２０とボンドパッド１１０の中間に形成されている。図３に示すパッケージ１２２への接続は、集積回路１２１を反転させ、かつ、バンプ１２０をパッケージ１２２上の受入れパッド１２４にはんだ付けすることによって達成される。受入れパッド１２４は、対応するパッケージリードと導電連絡している。図３に示す実施例では、パッケージリードは、ボール１２６のアレイをボールグリッドアレイの形態で備えている。したがって、アルミニウム相互接続システムおよびアルミニウムボンドパッド１１０を使用して形成された集積回路は、ワイヤボンドプロセスもしくはバンプボンドプロセスのいずれかを使用して実装することができる。
【０００６】
集積回路デバイスおよび相互接続システムの小型化に伴って、また、搬送するアナログ信号の周波数が高くなり、かつ、ディジタル信号のデータ転送速度が速くなるにつれて、アルミニウム相互接続構造は、チップ内における許容不可能な信号伝搬遅延を余儀なくしている。また、ビア開口が常に縮小されるため、より小さい開口に導電材料を蒸着させることがますます困難になっている。
【０００７】
アルミニウム相互接続構造のこれらの知られている欠点により、相互接続材料として銅（およびその合金）が選択されるようになりつつある。銅は、アルミニウムより良好な導体であり（アルミニウムの抵抗率２．７〜３．１マイクロオーム−ｃｍに対して、銅の抵抗率は、１．７〜２．０マイクロオーム−ｃｍである）、エレクトロマイグレーション（アルミニウム相互接続線が薄く、線を流れる電流によって形成される電界および熱勾配によって最終的に分離する現象）に対してアルミニウムより鈍感である。また、銅は、より低い温度で蒸着させることができ（したがって高サーマルバジェットによる有害な影響が回避される）、かつ、より小さい開口に蒸着させることができる。このより小さい銅の抵抗が信号伝搬時間を短くしている。また、電気めっきおよび電着の最近の進歩により、銅の蒸着プロセスが極めて経済的になっている。
【０００８】
銅相互接続システムを形成するための好ましい技法の１つであるデュアルダマシンプロセスは、銅メタライゼーション層の導電垂直ビア部分と導電水平相互接続部分の両方を一体形成している。誘電体層の中にビアが形成され、続いてその上を覆う水平方向のトレンチが形成される。金属蒸着工程によってビアおよびトレンチの両方が同時に充填され、実質的に垂直方向の導電ビアおよび実質的に水平方向の導電ランナを備えた完全な金属相互接続層が形成される。化学／機械研磨工程によって、銅蒸着工程の間に表面に形成された銅蒸着物が除去され、誘電体の表面が平面化される。
【０００９】
図４は、従来技術による、下位レベル相互接続構造１３９の上に蒸着もしくは形成された誘電体層１３８を備えたダマシン構造の実施例を横断面図で示したものである。誘電体層１３８の中に形成された開口には、銅などの適切な導電材料１４０が充填されており、下位レベル相互接続構造１３９と接触した導電トレンチ１４２および導電ビア１４４を形成している。当分野で良く知られているように、一番上のメタライゼーション層を使用して銅ボンドパッドが製造される。
【００１０】
銅ボンドパッドにワイヤ結合するためのいくつかの試行がなされているが、その努力は学究的な実践の域を越えず、商用製造プロセスでは実施されていない。実際、業界では、フリップチップはんだバンプ方式を使用して銅ボンドパッドをフリップチップパッケージリードに接続しているが、銅相互接続システムを有する集積回路にワイヤボンドパッケージを使用することが望ましい場合、銅相互接続構造の上に、銅相互接続構造と導電連絡したアルミニウムボンドパッドが製造される。ボンドワイヤは、アルミニウムボンドパッドに結合することができる。別法としては、はんだバンプをアルミニウムボンドパッドに結合し、それによりフリップチップパッケージと共に使用することも可能である。
【００１１】
集積回路製造業界では、製造されたチップのほとんどが、上で説明したワイヤボンディング技法あるいはフリップチップ技法に応じて、後続するアセンブリのためのウェハの実装あるいは準備のための個別の設備に出荷されている。この設備は、通常、第３者の契約者によって操作されている。製造現場から実装設備へのウェハの輸送には数日から数週間を要する場合もあり、市場の条件および要求に応じて、実装に先立って、典型的には数カ月の間、ウェハが在庫保管される。
【００１２】
銅は、大気に曝されると酸化物および腐食物を形成することが知られている。したがって出荷および実装設備での保管の間、露出した銅パッドは酸化することになる。銅の腐食過程は自己制限過程ではなく（つまり、腐食および酸化が無限に継続する）、銅の表面に酸化物の複雑なアレイが形成される。露出期間が長いほど、露出した銅パッドにこのような化学変化が生じる傾向が強くなる。銅酸化物は無制限に成長を続けるため、酸化物の深さは未知であり、銅酸化物を除去するためのどのような浄化プロセスを使用しても、酸化物を完全に除去することはできない。
【００１３】
銅ボンドパッド上への酸化物の形成を防止するために、半導体製造者は、実装設備へのウェハの出荷に先立って、銅パッドを覆うアルミニウム合金層（たとえばアルミニウム−銅合金層、アルミニウム−ケイ素−銅合金層）を形成している。アルミニウムによって、上で説明した自己不動態化アルミニウム酸化物層の形成が促進され、銅酸化物の形成が実質的に制限されるが、アルミニウム層を形成することにより、２つのマスク工程が製造プロセスに追加される。マスク層の各々がウェハのコストを高くし、製造サイクル時間を長くし、かつ、プロセス歩留りを小さくしていることは知られている。したがって半導体製造者は、マスク工程の制限を追求している。半導体製造者が銅ボンドパッドの上にアルミニウム層を形成することを選択しない場合は、はんだバンプを形成するためのバンピング工程に先立ってアルミニウム層を形成しなければならず、そのためには実装に先立って銅酸化物を浄化しなければならない。
【００１４】
要約すると、従来技術によれば、アルミニウム相互接続システムおよびアルミニウムボンドパッドを使用して形成された集積回路は、ワイヤボンドプロセスもしくはバンプボンドプロセスのいずれかを使用して実装することができる。実装に先立って必要なことは、アルミニウム表面の最小限の浄化のみである。銅相互接続システムの場合、半導体製造者は、実装に先立つ出荷および保管中の銅酸化物の形成を制限するために、２つのマスク工程の追加を代償として銅ボンドパッドの上にアルミニウム層を蒸着させることができる。アルミニウム層が所定の位置に存在している場合、ワイヤボンディング実装もしくはフリップチップ実装のいずれかを使用することができる。もう１つのプロセスによれば、製造者は、銅ボンドパッドが露出した状態で集積回路を出荷しており、バンピングおよび後続する実装に先立つ浄化工程を余儀なくされている。浄化後にバンプボンドが形成され、集積回路がバンプボンドパッケージに実装される。
【００１５】
図５以下は、銅相互接続構造のためのアルミニウム層およびはんだバンプを形成するための従来技術によるプロセスの１つを示したもので、前述の銅酸化物浄化工程が含まれている。図に示すように、基板２０１のトレンチすなわち開口内に銅ボンドパッド２００が形成される。上で説明したように、基板２０１は、複数の交番する誘電体層およびドープ領域を備えた半導体基板を覆っている相互接続を備えている。
【００１６】
パッシベーションスタック２０２（通常、二酸化ケイ素および／または窒化ケイ素からなる誘電体材料層のスタック）がボンドパッド２００の上に形成される。フォトレジスト層（図５には示されていない）が蒸着され、マスクされ、パターン化され、かつ、現像され、それによりフォトレジスト層に開口が生成される。次に、フォトレジスト層のパターンに従ってパッシベーションスタック２０２の中に開口２０４が形成される。図６参照。
【００１７】
図６に矢印２０８で示す高エネルギーアルゴンイオン（無線周波数バックスパッタツール内に生成される）が開口２０４を通って銅パッド２００に衝突するスパッタ浄化プロセス（バックスパッタプロセスとも呼ばれる）の間に、銅パッド２００の表面２０６の銅酸化物が除去される。
【００１８】
図７に示すように、マスクパターン（図示せず）に従ってアルミニウム層が蒸着され、かつ、エッチングされ、それによりアルミニウムパッド２１２が形成される。この工程は、上で参照した必要な２つの追加マスク層のうちの最初の１つを表している。銅パッド２００とアルミニウムパッド２１２の間の界面には、１つの材料の金属原子が他の材料に拡散する際に金属間化合物が形成される。このような金属間化合物は、脆く、かつ、ひび割れを生じやすく、界面導電率に不規則性をもたらし、デバイスの性能を低下させる。金属間化合物層の形成を回避するために、アルミニウムパッド２１２と銅パッド２００の間に障壁層（図７には示されていない）が形成される。障壁層を構成する例示的材料には、タンタル、窒化タンタルおよび窒化チタンがある。
【００１９】
パターン化されたフォトレジスト層（図８には示されていない）に従って、パッシベーション層２１４（図８参照）が形成され、かつ、パターン化され、それにより開口２１６が画定される。このフォトレジスト工程は、必要な２つの追加マスク層のうちの第２のマスク層を表している。
【００２０】
したがって、上で説明したように、半導体製造設備もしくはバンピングハウスのいずれかによって、銅ボンドパッドの上にアルミニウムパッドが形成される。ウェハは、アルミニウムパッドが露出した状態で引き渡され、はんだバンプが形成される。バンプボンディング実装操作で実施される第１のプロセスは、アルミニウムパッド２１２を浄化することである。この浄化工程では、図８に矢印２１７で示すアルゴンイオンが無線周波数（ＲＦ）バックスパッタリングツール内に生成され、アルミニウムパッド２１２に衝突して、アルミニウムパッド２１２上に形成されているあらゆるアルミニウム酸化物が還元される。この酸化物除去工程は、通常、以下で説明するように、アンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）材料が蒸着される同じスパッタ蒸着ツール内で実施される。
【００２１】
バンピングハウスは、場合によっては、ＵＢＭ層に清浄な表面を提供するために、ＵＢＭ層の形成に先立って、アルミニウムパッド２１２に追加アルミニウム層を蒸着させることが好ましい。このアルミニウム層を形成するためには、もう１つのマスク工程が必要であり、したがってコストが高くなり、かつ、プロセスサイクル時間が長くなる。
【００２２】
マスク層のパターン（図９には示されていない）に従ってアンダーバンプメタライゼーション層２１８（図９参照）が形成され、かつ、パターン化される。ＵＢＭ層２１８のための例示的化合物は、チタン−ニッケル−バナジウムあるいは銅−クロム−ニッケルからなっている。図１０に示すように、従来の技法を使用して、アンダーボンドメタライゼーション層２１８を覆ってはんだバンプ２２０が形成される。
【００２３】
ワイヤボンディングプロセスでは、アンダーバンプメタライゼーション層は不要であり、その代わりに、集積回路をパッケージに接続するためのワイヤボンドがアルミニウムパッド２１２の上に形成される。
【００２４】
銅パッド２００から酸化物（および他の表面膜）を除去するための従来のＲＦバックスパッタプロセス（図６に関連して上で説明した）は、集積回路および銅膜表面に重大な損傷をもたらすことがあることは知られている。この損傷は、図６に矢印２０８で示す高エネルギーアルゴンイオンによって表面に付与されるエネルギーによるものである。銅ボンドパッド２００の表面は、著しく粗くなることがあり、後続するアルミニウム層２１２の核形成およびパッド２００上での適切な成長を困難にしている。したがって、酸化した銅表面をＲＦバックスパッタプロセスを使用して浄化する場合、デバイスの性能が低下することがあり、最悪の場合、ウェハプラズマ損傷が生じ、デバイスが無用になる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、銅表面にはんだボンドを形成するための方法からなっている。この方法には銅表面を形成する工程が含まれており、不要な銅酸化物が銅表面に形成される。銅表面の銅酸化物が還元され、還元された銅表面にはんだボンドが形成される。
【００２６】
本発明は、さらに、基板および基板を覆っている水素還元銅パッドを備えたはんだボンド構造からなっている。中に開口が画定されたパッシベーション層が銅パッドを覆っている。開口の内部にアンダーバンプメタライゼーション層が配置され、アンダーバンプメタライゼーション層を覆ってはんだボンド構造が配置されている。
【００２７】
添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明に鑑みて考察することにより、より容易に本発明を理解することができ、また、本発明の利点および用途がより容易に明確になるものと思われる。
【００２８】
一般的な実践に従い、記述されている様々なデバイスフィーチャは、スケール通りではなく、本発明に関連する特定のフィーチャを強調して描かれている。参照文字は、すべての図面および本文を通して同様の構成要素を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に従って形成される特定の銅酸化物浄化プロセスおよび構造を詳細に説明する前に、本発明が主として新規なものであり、かつ、構成要素および方法工程の明白な組合せに何ら依存していないことに留意されたい。したがって、これらの構成要素および工程は、図面には従来の構成要素および工程によって示されており、本明細書における説明を利用することができる当業者には容易に明らかな構造上の詳細によって以下の説明が曖昧になることがないよう、本発明に関連する特定の詳細のみが示されている。
【００３０】
本発明の教示によれば、従来技術によるＲＦバックスパッタ工程が、還元性雰囲気を使用して集積回路の銅ボンドパッドから酸化物を除去する浄化方法に置換されている。一実施形態では、還元性雰囲気は、プラズマを含んだ水素（Ｈ２）もしくはアンモニア（ＮＨ３）（あるいは他の水素含有種）からなっている。提案されている浄化工程は、ハードウェアに若干の修正を加えるだけで、ごく僅かな追加コストで従来のＲＦバックスパッタリングチャンバ内で実施することができるため、新しい設備を購入する必要がない。また、本発明による教示は、他の表面からの酸化物の除去に適用することも可能である。一実施形態では、本発明による還元プロセスは、集積回路をパッケージにバンプボンディングするためのはんだバンプがその上に形成されるＵＢＭ層の形成に先立って使用されている。
【００３１】
本発明によるプロセスは、従来技術が開示しているような高エネルギーイオンによる酸化物のボンバードメントではなく、化学還元を利用して銅酸化物を除去しているため、従来技術によるボンバードメントプロセスと比較すると、ボンドパッドの損傷が著しく低減される。また、パッドの表面が粗くなることが少なく、かつ、浄化される銅パッドとその上に形成されるＵＢＭ層（あるいは本発明に従って浄化される金属パッドの上に形成される他の任意の層）の間の界面抵抗がより小さくなる。この両方の特徴が、回路の性能改善を促進している。
【００３２】
高エネルギーイオンが銅パッド表面を衝撃することによって酸化物が除去される従来技術のプロセスによれば、同じく銅が表面からたたき出される。たたき出された銅がウェハに再蒸着し、銅ボンドパッドが形成される誘電体材料の表面に電流リーク経路が展開する。本発明によれば、新規な浄化プロセスの間に表面からたたき出される銅が僅かであるため、この現象は実質的に低減される。本発明によって提供されるこれらおよび他の利点により、本発明の教示に従って浄化される集積回路の信頼性が向上する。また、本発明によれば、従来技術によるプロセスの２つのマスク層が不要になり、かつ、１つの金属蒸着工程（銅パッドを覆うアルミニウムパッドの形成）が除去される。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、比較的小量つまりチャンバ内のプラズマを打ちつけるのに十分な量の不活性キャリアガス、たとえばアルゴン（Ａｒ）あるいは窒素（Ｎ２）などが使用されている。プラズマが安定化すると、不活性ガスの流れを停止することができる。好ましい実施形態では、キャリアガスに対する水素含有種の流量比率は約１：１から１０：１、好ましくは約２：１の比率が使用されている。
水素含有種による銅酸化物の例示的還元反応は、次の式によって表される。
（ａ）従来のＲＦバックスパッタチャンバ内のプラズマ中の水素含有ガスから反応性Ｈ＋イオンを形成するイオン化工程。たとえば、水素含有種が分子状水素の場合、反応は、
Ｈ２＝２Ｈ＋                      （１）
（ｂ）Ｈ＋イオンによる銅パッド頂部の酸化物の還元は、
ＣｕｘＯ＋２Ｈ＋＝Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ    （２）
【００３４】
また、本発明は、銅酸化物還元工程の前および後の銅ボンドパッドの表面反射率を測定することによってプロセスの終点を決定するためのインライン方法からなっている。酸化した銅膜の反射率は、本発明による浄化工程を経た膜の反射率より約４０％ないし８０％小さい。本発明によるプロセスに従って新たに還元された銅酸化物の膜の膜反射率は、新たに蒸着した銅、つまり従来のスパッタ蒸着技法を使用して蒸着した銅の反射率と同様である。
【００３５】
図１１〜１４は、集積回路のバンプボンディングをバンプパッケージに適用する場合の本発明による構造および方法を示したものである。図１１に示すように、銅ボンドパッド２００が基板２０１内に形成される。上で説明したように、ボンドパッド２００は、集積回路のデバイスと図１に示すパッケージ１００あるいは図３に示すパッケージ１２２などのパッケージの導電端子との間の相互接続領域を提供している。ボンドパッド２００は、知られているダマシン技法もしくはデュアルダマシン技法を使用して、基板２０１内の既に形成済みのビア開口および／またはトレンチ内に形成することができる。通常、ボンドパッド２００は、上で説明したように、銅を電着させることによって形成される。基板２０１の例示的材料は、二酸化ケイ素をベースとする材料、有機ケイ酸塩材料、ケイ酸塩、フッ素をベースとする誘電体、キセロゲル、エーロゲルなどの低誘電率材料、スピンオン誘電体およびそれらの組合せもしくはそれらの複数の層からなっている。
【００３６】
図１２に示すように、その上を覆っているフォトレジスト層中の開口（図１２には示されていない）に従って、ボンドパッド２００を覆ってパッシベーション層２４０が形成され、かつ、パターン化され、それによりボンドパッド２００の上に開口２４２が形成される。パッシベーション層の材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素もしくはそれらの組合せからなり、あるいはパッシベーション層として機能する適切な任意の材料からなっている。
【００３７】
図１２の矢印２５０は、水素含有種のイオンを表しており、銅パッド２００と接触して、上に示した式（２）に従って銅酸化物を還元している。還元反応は、たとえば、次の工程であるＵＢＭ層の蒸着に使用されるツールと同じツール内で実施することができる。チャンバに水素が導入され、チャンバプラズマによってイオン化される。
【００３８】
図１３では、アンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層２５２が形成されている。一実施形態では、ＵＢＭ２５２の材料には、銅パッド２００中の銅とはんだバンプ２２０（図１４参照）を形成する材料との混合を防止するための知られている材料が含まれている。候補ＵＢＭ層材料は、銅およびクロム、ニッケルをベースとする材料、高融点金属、およびチタン、タンタル、モリブデンおよびタングステンの化合物を含んだ多層構造からなっている。
【００３９】
図１４に示すように、知られている方法に従って、銅パッド２００の上にリフローはんだバンプ２２０が形成される。はんだバンプ２２０は、鉛をベースとする材料もしくは鉛を含有しない材料からなっている。
【００４０】
本発明は、スパッタ成分を浄化プロセスに使用することなく実行されるが、他の実施形態では、たとえばパッシベーション層２４０の上部表面からあらゆる蒸着物を除去するための還元プロセスの間、スパッタ粒子が含まれていることが賢明である。追加アルゴン分子もしくは窒素分子を添加し、それによりスパッタ成分を提供することができる。
【００４１】
以上、銅ボンドパッドの上にはんだバンプを形成する場合に適用される本発明の教示を説明したが、本発明の教示は、最初に銅パッドの表面から酸化物を除去する必要がある任意の構造を銅パッドの上に形成する場合にも適用することができる。たとえば、本発明による浄化プロセスを使用して、集積回路をワイヤボンドタイプのパッケージにワイヤボンディングするためのアルミニウムパッドを銅パッドの上に形成する前に銅表面を浄化することができる。図１５に示すように、本発明の教示に従って既に浄化済みの銅パッド２００の上にアルミニウム層２５８が形成される。また、本発明による浄化プロセスは、その上にはんだボンド表面、すなわちはんだ材料に粘着する表面が形成されることが望ましい任意の金属表面に適用することができる。
【００４２】
図１６および１７は、さらに他の実施形態を示したもので、相互接続構造２６０（たとえば集積回路の電力バス）が、相互接続構造２６０と銅ボンドパッド２００の間に導電率を提供している複数のビア２６２を介して銅ボンドパッド２００に接続されている。アンダーバンプメタライゼーション層２５２と銅ボンドパッド２００が接触する領域２６４に電流が密集することは知られている。これらの領域２６４を流れる電流が多いほど材料の温度が高くなり、場合によっては構造が損傷することになる。複数のビア２６２は複数の電流経路を提供し、それにより電流の流れを分散させることによって電流密集効果を小さくしている。また、これらの複数のビア２６２は、とりわけ、下向きに導かれた力が実装およびアセンブリ中のパッド２００上のあらゆる構造（アルミニウムパッドあるいははんだバンプなど）に印加されるワイヤボンディングプロセスの間、ボンドパッド２００に機械的なサポートを提供している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】集積回路のためのワイヤボンドパッケージの切欠斜視図である。
【図２】フリップチップ集積回路デバイス構造を示す図である。
【図３】フリップチップ集積回路デバイス構造を示す図である。
【図４】デュアルダマシン相互接続構造を示す横断面図である。
【図５】従来技術によるはんだバンプ構造の製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図６】従来技術によるはんだバンプ構造の製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図７】従来技術によるはんだバンプ構造の製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図８】従来技術によるはんだバンプ構造の製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図９】従来技術によるはんだバンプ構造の製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１０】従来技術によるはんだバンプ構造の製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるはんだバンプの製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるはんだバンプの製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるはんだバンプの製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態によるはんだバンプの製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１５】銅ボンドパッドの上に形成されたアルミニウム層の横断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態によるはんだバンプの製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態によるはんだバンプの製造における連続処理工程を示す、共通平面に沿って取った横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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