梯狀凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)要求于2012年9月18日提交的標(biāo)題為“LaddBumpStructuresandMethodofMakingtheSame”的美國(guó)在先申請(qǐng)No.61/702,624，2012年9月28日提交的標(biāo)題為“MetalBumpandMethodofManufacturingSame”的US.在先申請(qǐng)No.61/707,644，于2012年9月28日提交的標(biāo)題為“BumpStructureandMethodofFormingSame”的US.在先申請(qǐng)No.61/707,442的益處，這些專利申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種梯狀凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：
在通常的銅(Cu)柱凸塊工藝中，由于Cu被過度蝕刻，下面帶有或不帶有鎳(Ni)的焊料經(jīng)常具有比Cu柱更大的臨界尺寸(CD)。這種大頂部小底部的輪廓對(duì)于細(xì)間距組件產(chǎn)量，尤其是軌跡上凸塊組件而言具有決定性作用。由于頂部凸塊下金屬化(UBM)更接近于相鄰的結(jié)點(diǎn)Cu軌跡，所以存在焊料部分將不期望地形成軌跡橋接凸塊的更高的風(fēng)險(xiǎn)。另外，傳統(tǒng)的凸塊工藝具有沿著Cu柱側(cè)壁的轉(zhuǎn)化錫(Ti)層。這個(gè)轉(zhuǎn)化錫(inversiontin)可能不期望地增大由于與化合物材料(即，底部填充材料)的不良粘附而導(dǎo)致的分層風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種凸塊結(jié)構(gòu)，包括：凸塊下金屬化(UBM)部件，處在襯底上方；銅柱，處在所述UBM部件上，所述銅柱具有錐形彎曲輪廓；金屬蓋，安裝在所述銅柱上；以及焊料部件，安裝在所述金屬蓋上。在所述結(jié)構(gòu)中，所述銅柱的底部寬于所述銅柱的頂部。在所述結(jié)構(gòu)中，所述銅柱的一半高度處的寬度與所述銅柱的底部的寬度的比率在大約0.9至大約0.93之間。在所述結(jié)構(gòu)中，從所述銅柱的頂部開始測(cè)量的所述銅柱的四分之一高度處的所述銅柱的寬度與所述銅柱的底部寬度的比率在大約0.92至大約0.94之間。在所述結(jié)構(gòu)中，所述金屬蓋在所述銅柱之上突出。在所述結(jié)構(gòu)中，在所述銅柱與所述金屬蓋相鄰接的位置處，所述金屬蓋的寬度大于所述銅柱的寬度。在所述結(jié)構(gòu)中，在所述銅柱與所述金屬蓋相鄰接的位置處，所述金屬蓋的寬度與所述銅柱的寬度的比率在大約1.05至大約1.07之間。在所述結(jié)構(gòu)中，所述金屬蓋的寬度與所述銅柱在與所述UBM部件相鄰接的位置處的寬度的比率在大約0.92至大約1.0之間。在所述結(jié)構(gòu)中，在所述銅柱的側(cè)壁上設(shè)置有氧化銅(Cu)層。在所述結(jié)構(gòu)中，所述銅柱的側(cè)壁沒有任何錫涂層。在所述結(jié)構(gòu)中，所述金屬蓋由鎳形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種凸塊結(jié)構(gòu)，包括：凸塊下金屬化(UBM)部件，處在襯底上；銅柱，處在所述UBM部件上，所述銅柱具有頸縮輪廓，使得所述銅柱最接近所述襯底的第一寬度大于所述銅柱遠(yuǎn)離所述襯底的第二寬度；金屬蓋，處在所述銅柱上，所述金屬蓋的蓋寬度大于所述金屬蓋和所述銅柱之間的界面處的所述銅柱的柱寬度；以及焊料部件，處在所述金屬蓋上。在所述結(jié)構(gòu)中，沿著所述銅柱的側(cè)壁的整個(gè)長(zhǎng)度，所述銅柱最接近所述襯底的第一寬度大于所述銅柱遠(yuǎn)離所述襯底的第二寬度。在所述結(jié)構(gòu)中，所述頸縮輪廓是彎曲的。在所述結(jié)構(gòu)中，在所述銅柱的側(cè)壁上設(shè)置有氧化銅(Cu)層。在所述結(jié)構(gòu)中，所述銅柱的側(cè)壁沒有任何錫涂層。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成凸塊結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上形成凸塊下金屬化(UBM)部件；在所述UBM部件上形成銅柱，將所述銅柱成型為具有錐形彎曲輪廓；在所述銅柱上形成金屬蓋；以及在所述金屬蓋上形成焊料部件。在所述方法中，在所述銅柱的側(cè)壁上設(shè)置氧化銅(Cu)層。在所述方法中，所述銅柱的底部寬于所述銅柱的頂部。在所述方法中，沿著所述銅柱的側(cè)壁的整個(gè)高度，所述銅柱最接近所述襯底的第一寬度大于所述銅柱遠(yuǎn)離所述襯底的第二寬度。附圖說明為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述作為參考，其中：圖1是一個(gè)實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是提供了說明性尺寸的實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3是示出了模擬應(yīng)力結(jié)果的表格；圖4示出了圖1的形成軌跡上凸塊(BOT)機(jī)械連接的實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)；以及圖5是示出了形成圖1的實(shí)施例梯狀結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。除非另有說明，相應(yīng)的標(biāo)號(hào)和標(biāo)識(shí)在不同的視圖中大體上涉及的是相應(yīng)的部分。繪制這些視圖的目的在于清楚地示出實(shí)施例的相關(guān)方面而無需按比例繪制。具體實(shí)施方式下面，詳細(xì)討論本發(fā)明各實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。將在具體的環(huán)境，即，軌跡上凸塊(BOT)組件的梯狀凸塊結(jié)構(gòu)中借助優(yōu)選的實(shí)施例描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明中的理念也可以應(yīng)用于其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或電路?，F(xiàn)參考圖1，示出了一個(gè)實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)10。如所示，梯狀凸塊結(jié)構(gòu)10包括襯底12、凸塊下金屬化(UBM)部件14、銅柱16、金屬蓋18和焊料部件20。襯底12可以是例如，硅晶圓或含硅的材料層。在一些實(shí)施例中，如現(xiàn)有技術(shù)中公知的那樣集成電路形成在襯底12上和/或在其中。為了清楚，圖中省略了襯底12的多個(gè)層和部件，包括晶體管、互連層、介電層、鈍化層、后鈍化互連再分布層等，其原因在于他們對(duì)于本發(fā)明的理解而言不是必要的。仍參考圖1，襯底12支撐著UBM部件14，該UBM部件可以被安裝在襯底12上或其中。如所示，UBM部件14大體上支撐著銅柱16。銅柱16具有變窄的輪廓22(亦稱為彎曲的錐形輪廓)，如圖1所示，該變窄的輪廓從銅柱16的底部24到頂部26變小。換言之，銅柱16的底部24寬于銅柱16的頂部26。在這里所使用的銅柱16的“底部”是最接近于襯底12的部分，而銅柱16的“頂部”是距離襯底12最遠(yuǎn)的部分。在一個(gè)實(shí)施例中，銅柱16具有側(cè)壁28，該側(cè)壁沿著銅柱16的側(cè)壁28的整個(gè)高度30(即，或長(zhǎng)度)從底部24到頂部26大體上呈凹形。仍參考圖1，金屬蓋18被銅柱16所支撐或安裝在其上。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬蓋18由鎳(Ni)形成。然而，其他金屬也可以適合地用于金屬蓋18。如所示，金屬蓋18大體上在金屬蓋18和銅柱16相遇或相鄰接的位置上在銅柱16上突出。換言之，在銅柱16在銅柱16的頂部16附近與金屬蓋18相接的位置上金屬蓋18寬于銅柱16。在一個(gè)實(shí)施例中，UBM部件14的蝕刻工藝產(chǎn)生或采用了金屬蓋18的突出部分和/或銅柱16的變窄的輪廓22。梯狀光刻膠(PR)被噴灑在沉積在硅(Si)晶圓上的UBM膜。使用良好地控制的光刻工藝來產(chǎn)生梯狀凸塊輪廓，該梯狀凸塊輪廓具有較小頂部和較大底部的臨界尺寸(CD)。在產(chǎn)生了梯狀凸塊輪廓之后，隨后進(jìn)行普通的凸塊工藝，其包括在光刻膠開口內(nèi)電鍍銅和金屬蓋，去除周圍的光刻膠，以及通過化學(xué)蝕刻來蝕刻暴露的和不需要的UBM層，從而實(shí)現(xiàn)所謂的存在于晶圓上的梯狀凸塊。金屬蓋18突出部分提供了更大的接觸區(qū)域并且對(duì)例如，模塊化底部填充(MUIF)或底部填充部件具有更強(qiáng)的粘附性。在一個(gè)實(shí)施例中，在銅柱16與金屬蓋18相鄰接的位置上(即，在金屬柱16的頂部26處)，金屬蓋18的寬度32與銅柱16的寬度34的比率在大約0.92至大約1.0之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在銅柱16與UBM部件14相鄰接位置上，金屬蓋18的寬度32與金屬柱16的寬度36的比率在大約1.05至大約1.07之間。仍參考圖1，焊料部件20安裝在金屬蓋18之上或其上方。在一個(gè)實(shí)施例中，焊料部件20可以是個(gè)球體、凸塊或類似的，可以與其他電器件相接觸并且被回焊從而將兩個(gè)器件電接合到一起?，F(xiàn)參考圖2，在一個(gè)實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)10中，在銅柱16的高度30(即，長(zhǎng)度)的一半處，該銅柱16的寬度38與銅柱16的底部的寬度36的比率在大約0.9至大約0.93之間。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，在銅柱16的高度30的四分之一處(從銅柱16的頂部測(cè)量)的銅柱16的寬度40與銅柱16的底部24的寬度36的比率在大約0.92至大約0.94之間。圖3提供了模擬研究的結(jié)果42從而確定應(yīng)力性能的可能的改善，具體來說是施加在下面的和/周圍的層，諸如，ELK(極低K介電層)、鈍化層、UBM層以及聚酰亞胺層上的應(yīng)力，以上這些層通常形成了封裝的集成電路結(jié)構(gòu)的一部分。應(yīng)該注意，模擬結(jié)果指出圖1和圖2中所示的結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致下面的和/或周圍的層和部件中的應(yīng)力被減小。圖4示出了兩個(gè)被安裝用于將襯底12(可以包括一個(gè)或更多集成電路器件)連接到下面的襯底60上的梯狀凸塊結(jié)構(gòu)10。在所示出的實(shí)施例中，使用軌跡上接合(BOT)方法安裝襯底60?？梢允褂盟镜奶轄钔箟K結(jié)構(gòu)10來實(shí)現(xiàn)細(xì)間距組件。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)組件產(chǎn)量，包括降低了焊料到襯底軌跡62的橋接率和凸塊至凸塊模塊化的底部填充(MUF)64的失效風(fēng)險(xiǎn)。另外，所示梯狀凸塊工藝不需要形成在銅柱16的側(cè)壁上的轉(zhuǎn)化錫(IT)涂布。這就降低了費(fèi)用。另外，IT涂布的省略允許氧化銅(CuO)薄膜沿著銅柱16的側(cè)壁形成。該CuO薄膜對(duì)模塑料和/或底部填充具有比IT更高的粘附性，并且正如在強(qiáng)加速應(yīng)力測(cè)試(HAST)中的性能所證明的那樣，由此增強(qiáng)了抗性，諸如，耐濕熱性?，F(xiàn)參考圖5，提供了形成圖1的實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)10的方法70。在框72中，將UBM部件14沉積在Si襯底12上。在框74中，被稱為梯狀PR的特殊光刻膠被噴灑在襯底在Si晶圓上的UBM膜上。在框76中，使用良好地控制的光刻工藝來形成梯狀凸塊輪廓，其具有較小上部和較大下部的臨界尺寸(CD)。然后，在框78中，在梯狀PR開口中生長(zhǎng)銅柱16。尤其是銅柱16具有錐形彎曲的輪廓(即，變窄的輪廓)。然后，金屬蓋18和焊料20生長(zhǎng)在銅柱16上。然而，在框80中，去除了周圍的PR并且通過化學(xué)蝕刻產(chǎn)生蝕刻暴露和不期望的UBM膜。在框82中，所謂的梯狀凸塊形成在晶圓12上。應(yīng)該意識(shí)到，在其他實(shí)施例中，附加的或介于中間的步驟可以被添加或包括在方法70中。從上述內(nèi)容應(yīng)該意識(shí)到實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)10提供了多個(gè)有利的部件。例如，凸塊結(jié)構(gòu)(即，梯狀凸塊結(jié)構(gòu))被產(chǎn)生用于細(xì)間距軌跡上接合(BOT)組件，通過避免焊料與襯底(SBT)的軌跡橋接和/或凸塊至凸塊的模塊化底部填充(MUF)失效而提高了產(chǎn)量。另外，所示凸塊結(jié)構(gòu)由Ni突出部分/具有比頂部更寬的底部尺寸的Cu柱變窄輪廓組成。在此所述的新穎的凸塊工藝跳過了圍繞著Cu柱的傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化錫(IT)層，并且凸塊表面具有一些處在Cu側(cè)壁之上的CuO，這對(duì)于模塑料或底部填充材料提供了更高的粘附性。一些所述的實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)可以包括：帶有Ni(或其他金屬)的焊料具有比Cu銅柱的頂部更大的尺寸。所示的UBM蝕刻工藝包括Ni突出部分和Cu銅柱變窄。Ni突出部分提供了更大的接觸區(qū)域并且對(duì)于化合物(諸如，底部填充或模塑料)具有更大粘附性。所示梯狀凸塊部件具有比Ni頂部尺寸更寬的底部，并且Cu柱變窄的輪廓可以減小極低k電介質(zhì)(ELK)、鈍化、UBM和聚酰亞胺(PI)的應(yīng)力。同時(shí)，所示的實(shí)施例為Cu柱/化合物粘附增強(qiáng)提供了更大的接觸區(qū)域。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)可以包括：Cu柱不具有傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化錫(IT)涂布并且替代性地在側(cè)壁上使用了氧化銅(CuO)從而增強(qiáng)了可靠性測(cè)試中的抗性。下面的參考文件涉及了本發(fā)明的主題。這些參考文件中的每個(gè)均以其全部?jī)?nèi)容結(jié)合到本文中。Shen等人于2011年11月24日提交的標(biāo)題為“SubstrateInterconnectionsHavingDifferentSizes”的公開號(hào)為No.2011/0285023的美國(guó)申請(qǐng)。一個(gè)實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)包括由襯底支撐的凸塊下金屬化(UBM)部件，安裝在UBM部件上的銅柱，具有錐形彎曲的輪廓的銅柱，安裝在銅柱上的金屬蓋以及安裝在金屬蓋上的焊料部件。一個(gè)實(shí)施例梯狀凸塊結(jié)構(gòu)包括襯底上的凸塊下金屬化(UBM)部件，UBM部件上的銅柱，銅柱，該銅柱具有變窄的輪廓從而使得銅柱最接近襯底的第一寬度大于銅柱遠(yuǎn)離襯底的第二寬度，銅柱上的金屬蓋，該金屬蓋具有比處在金屬蓋和銅柱之間的界面上的銅柱的柱寬度更寬的蓋寬度，以及金屬蓋上的焊料部件。一種形成梯狀凸塊結(jié)構(gòu)的是實(shí)例方法，該方法包括在Si襯底上安裝凸塊下金屬化(UBM)部件，在UBM部件上安裝銅柱，將銅柱成型為具有錐形彎曲輪廓，在銅柱上安裝金屬蓋，以及在金屬蓋上安裝焊料部件。雖然已經(jīng)借助說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但不應(yīng)以局限性觀點(diǎn)解釋該說明書。在參考說明書的情況下，說明性實(shí)施例的各種變更和組合以及本發(fā)明的其他實(shí)施例將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此所附權(quán)利要求旨在包括任意這種變更或?qū)嵤├?