專利名稱：接合墊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要是關(guān)于接合墊(bond pad)結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一具有應(yīng)力緩沖層(stress-buffering layer)的接合墊結(jié)構(gòu)，該緩沖層覆蓋內(nèi)連線金屬層，以避免因晶圓電性測(cè)試(Wafer AcceptanceTest)與封裝撞擊的應(yīng)力所造成的失效(failure)。
背景技術(shù)：
接合墊是介于在半導(dǎo)體晶片內(nèi)的集成電路與裝置封裝間的介面。借由打線接合、卷帶自動(dòng)接合(tape automated bonding)或覆晶接合技術(shù)，將接合墊連結(jié)至裝置封裝的集成電路粘合面上的接觸墊(contact pad)。因?yàn)殂~較佳的導(dǎo)電性和機(jī)械完整性，所以采用銅作為下一代內(nèi)連線金層、接點(diǎn)和接合墊的材料。一種介電常數(shù)盡可能低的絕緣材料，如介電常數(shù)低于3.9的硅氧化物，已被使用在后段制程(Back-end-of-line，BEOL)的內(nèi)連線技術(shù)，以避免信號(hào)干擾和傳播延遲。銅是一種極易氧化的材料，并且濕氣容易加深其氧化的程度，因此使用高抗氧化力的鋁接合墊覆蓋銅內(nèi)連線的上部，可使用鋁內(nèi)連線技術(shù)的接合工具與制程制作鋁接合墊。然而在銅金屬層上沉積鋁接合墊時(shí)，大部分的鋁被消耗在與銅作用(生成CuAl2)。于是需要一介于鋁接合墊與銅金屬層間的鉭氮化物作為擴(kuò)散阻障層，以避免鋁與銅作用。作為本發(fā)明參考的美國(guó)專利第6350667號(hào)，描述一介于鉭氮化物與銅金屬層間的粘合鋁層，可改善接合墊金屬堆疊結(jié)構(gòu)的粘合。
具高電流強(qiáng)度的現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)，為縮小接合墊的間距與尺寸，所需的針腳(pin)與接合墊的數(shù)目明顯增加。但是伴隨接合操作而來的機(jī)械應(yīng)力，容易破壞尺寸較小的接合墊。在晶圓電性測(cè)試(Wafer Accept Test)時(shí)，如晶圓的探針測(cè)試(wafer probingtest)或類似的測(cè)試，探針針腳可能破壞鋁接合墊柔軟的表面，進(jìn)而使銅金屬層曝露于空氣中并受到侵蝕，如此將降低金屬連線的接合力。在包括晶圓測(cè)試、打線接合、覆晶封裝或晶圓的探針測(cè)試的封裝制程中，外力或強(qiáng)大機(jī)械應(yīng)力可能使靠近探針針腳的金層間介電層(inter-metal dielectric，IMD)破裂。該裂縫可能延伸至包圍最上層銅金層層的金層間介電層的內(nèi)部，導(dǎo)致侵蝕和層剝離的問題，也將導(dǎo)致鋁接合墊從最上層銅金層層剝離，而失去與金層線的連結(jié)，進(jìn)而降低接合的可靠性。此外，因?yàn)殇X接合墊易受機(jī)械應(yīng)力破壞影響，接合墊的間距與尺寸無法進(jìn)一步縮小，以致限制下一時(shí)代晶片尺寸的縮小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一改良的接合墊結(jié)構(gòu)，其具有應(yīng)力緩沖層設(shè)置于一最上層內(nèi)連線金層層與一接合墊層之間，以避免因晶圓電性測(cè)試與封裝撞擊的應(yīng)力所造成的失效。
為達(dá)以上的目的，本發(fā)明提供一種接合墊結(jié)構(gòu)，包括一第一金屬層，形成于一集成電路基板之上；一接合墊層，位于該第一金屬層之上并且電性連結(jié)于該第一金屬層；及一應(yīng)力緩沖層，位于該第一金屬層與該接合墊層之間，其中該應(yīng)力緩沖層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度大于該第一金屬層或該接合墊層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，該應(yīng)力緩沖層包括一鎢金屬層。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，該第一金屬層包括銅或銅基合金。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，該接合墊層包括鋁或鋁基合金。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一第一夾層位于該第一金屬層與該應(yīng)力緩沖層之間，其中該第一夾層包括氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鎢化鈦(TiW)、氮化鎢(WN)、以上的混合物、以上的組合或以上的合金。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一第二夾層位于該接合墊層與該應(yīng)力緩沖層之間，其中該第二夾層包括氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鎢化鈦(TiW)、氮化鎢(WN)、以上的混合物、以上的組合或以上的合金。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，該集成電路基板包括至少一個(gè)介電層，該介電層的介電常數(shù)小于3.9，而該第一金屬層形成于該介電層中。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，該集成電路基板包括一集成電路，而至少部分的該集成電路位于該接合墊結(jié)構(gòu)之下。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一保護(hù)層形成于該第一金屬層之上，該保護(hù)層包括有一接墊孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來；其中該應(yīng)力緩沖層形成于該接墊孔洞之中，該應(yīng)力緩沖層是沿著該接墊孔洞的底部或側(cè)壁而形成；其中該接合墊層形成于該應(yīng)力緩沖層之上并且填滿該接墊孔洞。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一保護(hù)層形成于該第一金屬層之上，該保護(hù)層包括有一圖案化的第一孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來，且該保護(hù)層包括至少一個(gè)被該第一孔洞圍繞的島區(qū)；其中該應(yīng)力緩沖層形成于該保護(hù)層之上并且填滿該第一孔洞。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一保護(hù)層形成于該第一金屬層之上，該保護(hù)層包括有一第一孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來；其中該應(yīng)力緩沖層形成于該第一孔洞之中，且該應(yīng)力緩沖層包括至少一個(gè)小于該第一孔洞的第二孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來；其中而該接合墊層形成于該應(yīng)力緩沖層之上并且填滿該第二孔洞。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一第二金屬層，位于該第一金屬層之下；多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞，位于該第一金屬層與該第二金屬層之間，用以電性連結(jié)該第一金屬層與該第二金屬層；及一鎢金屬層，位于該多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞與該第二金屬層之間。
本發(fā)明所述的接合墊結(jié)構(gòu)，更包括一第二金屬層，位于該第一金屬層之下；多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞，位于該第一金屬層與該第二金屬層之間，用以電性連結(jié)該第一金屬層與該第二金屬層；及一鎢金屬層，位于該多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞與該第一金屬層之間。
為達(dá)以上的目的，本發(fā)明提供一種接合墊結(jié)構(gòu)，包括一銅基金屬層，形成于一集成電路基板上；一保護(hù)層，形成于該銅基金屬層之上，該保護(hù)層至少有一個(gè)第一孔洞，以使至少部分的該銅基金屬層暴露出來；一應(yīng)力緩沖層，形成于該銅基金屬層上方的該第一孔洞中；及一鋁基接合墊層，形成于該應(yīng)力緩沖層之上，并且電性連結(jié)至該銅基金屬層；其中該應(yīng)力緩沖層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度大于該銅基金屬層或該鋁基接合墊層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度。
為達(dá)以上的目的，本發(fā)明提供一種接合墊結(jié)構(gòu)，包括一銅基金屬層，形成于一集成電路基板之上；一保護(hù)層，形成于該銅基金屬層之上，該保護(hù)層至少有一個(gè)第一孔洞，以使至少部分的該銅基金屬層暴露出來；一第一夾層，作為該保護(hù)層的第一孔洞的襯墊；一鎢金屬層，形成于該第一夾層之上并填滿該第一孔洞；一第二夾層，形成于該鎢金屬層之上；及一鋁基接合墊層，形成于該第二夾層之上，并且電性連結(jié)至該銅基金屬層。
本發(fā)明所述接合墊結(jié)構(gòu)，提供較佳的機(jī)械完整性?？杀苊庖蚓A電性測(cè)試與封裝撞擊的應(yīng)力所造成的破壞。故能避免應(yīng)力造成的失效與接墊剝離的問題，而大大增加接合的可靠度。


圖1A至圖1D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示接合墊結(jié)構(gòu)的橫剖面示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一金屬線球(wire ball)粘合于接合墊結(jié)構(gòu)的橫剖面示意圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一形成于接合墊結(jié)構(gòu)上的金屬凸塊形成于接合墊結(jié)構(gòu)之上的橫剖面示意圖；圖3A、圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一位于接合墊結(jié)構(gòu)下方的電路(circuits under pad，CUP)區(qū)域的橫剖面示意圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一嵌于第一保護(hù)層的環(huán)狀孔洞中的應(yīng)力緩沖層的橫剖面示意圖；圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示該嵌于第一保護(hù)層的環(huán)狀孔洞中的應(yīng)力緩沖層底部的俯視圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一嵌于第一保護(hù)層的連鎖柵格孔洞中的應(yīng)力緩沖層的橫剖面示意圖；圖5B、圖5C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示嵌于第一保護(hù)層的連鎖柵格孔洞中的應(yīng)力緩沖層底部的俯視圖；圖6A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一嵌于應(yīng)力緩沖層的孔洞中的接合墊底部的橫剖面示意圖；圖6B、圖6C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示應(yīng)力緩沖層的孔洞的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一改良的集成電路的接合墊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一實(shí)施例是提供一接合墊結(jié)構(gòu)，其具有一應(yīng)力緩沖層，設(shè)置于一最上層內(nèi)連線金屬層與一接合墊層之間，以避免因晶圓電性測(cè)試(如晶圓的探針測(cè)試)與封裝撞擊(如打線接合、覆晶封裝或其它封裝制程中的外力)的應(yīng)力所造成的破壞。該應(yīng)力緩沖層可為導(dǎo)電材料，而且相較于該第一金屬層與該接合墊層其中之一的材料性質(zhì)，該應(yīng)力緩沖層的楊氏模數(shù)(Young’s modulus)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度(toughness)較大。于本發(fā)明的一實(shí)施例中，一接合墊結(jié)構(gòu)是提供于一具有至少一低介電常多層(介電常數(shù)大體小于3.9)的集成電路晶片上，其具有一應(yīng)力緩沖層，置于一最上層內(nèi)連線金屬層的電極接觸區(qū)與一鋁基接合墊層之間。該應(yīng)力緩沖層由導(dǎo)電材料構(gòu)成，具有較佳的機(jī)械完整性，在材料的選擇上為鎢，因其楊氏模數(shù)大于銅與鋁。為改善粘合與接合的強(qiáng)度，可將接合墊孔洞修改為各種不同形式，使應(yīng)力緩沖層的底部成為如嵌于保護(hù)層的環(huán)狀、條紋狀、島狀、網(wǎng)狀或連鎖中介窗結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，為求更有效使用晶片面積或縮小晶片大小，至少一部分的電路位于接合墊結(jié)構(gòu)下方，被稱為接合墊結(jié)構(gòu)下方的電路(circuits underpad，CUP)。
本發(fā)明可使用銅基導(dǎo)電材料以形成第一金屬層與第二金屬層，其中第二金屬層位于該第一金屬層之下。該銅基導(dǎo)電材料傾向于包括大體為純?cè)氐你~、含難以避免的雜質(zhì)的銅、或是含少量元素如鉭、銦、錫、鋅、鎂、鉻、鈦、鍺、鍶、鉑、錳、鋁、鋯的銅合金。銅后段內(nèi)連線可使用標(biāo)準(zhǔn)鑲嵌制程。雖然本發(fā)明的較佳實(shí)施例是顯示銅內(nèi)連線的圖案，但也可使用銅以外的金屬材料作為后段內(nèi)連線的材料。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示接合墊結(jié)構(gòu)100的橫剖面示意圖。在一使用于內(nèi)連線制造的半導(dǎo)體基板10的例子中，可包含一使用于半導(dǎo)體集成電路制造的半導(dǎo)體基板與形成于其上或其下的集成電路。半導(dǎo)體基板被定義為包括半導(dǎo)體材料的任何結(jié)構(gòu)，其中包含但不限定硅塊(bulk silicon)、半導(dǎo)體晶圓、絕緣層上硅晶(silicon-on-insulator，SOI)或包括Ge、GaAs、GaP、InAs和InP的基板。此處的集成電路指的是有多個(gè)獨(dú)立的電路元件的電子電路，如晶體管、二極管、電阻、電容、電感和其它主動(dòng)或被動(dòng)元件。
在半導(dǎo)體基板10上，可形成一金屬層間介電層12以作為最上層金屬層間介電層，而第一金屬層14則形成于金屬層間介電層12之中。第一金屬層14包含一終端接觸區(qū)，其為導(dǎo)電路徑的一部分并有一曝露的表面作為與接合墊層26的電性連結(jié)?？捎萌缁瘜W(xué)機(jī)械研磨的平坦化制程處理第一金屬層14，以達(dá)與金屬層間介電層12相同的平坦度。第一金屬層14的合適材料包括如銅、銅合金或其它銅基導(dǎo)電材料。金屬層間介電層12的形成可以采用各種不同的技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)涂布、化學(xué)氣相沉積和未來發(fā)展的沉積技術(shù)，厚度大體為1000～20000埃。金屬層間介電層12材質(zhì)可為二氧化硅、SiNx、SiON、含磷硅石玻璃(PSG)、硼磷硅石玻璃(BPSG)、含氟二氧化硅或其它各式介電常數(shù)小于3.9的低介電常數(shù)材料(如介電常數(shù)3.5的低介電常數(shù)材料)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可使用廣泛的低介電常數(shù)材料，如旋轉(zhuǎn)涂布的無機(jī)介電材料、旋轉(zhuǎn)涂布的有機(jī)介電材料、多孔洞的介電材料、有機(jī)聚合物、有機(jī)硅石玻璃、含氟硅石玻璃(FSG)、似鉆石的碳、含氫的硅酸鹽類(HydrogenSilsesquioxane)系列的材料、含甲基的硅酸鹽類(Methylsilsesquioxane，簡(jiǎn)稱MSQ)系列的材料或多孔洞的有機(jī)系列材料。
沉積一第一保護(hù)層16，然后將之圖案化以提供一接墊孔洞18，該接墊孔洞18定義其下方的第一金屬層14的導(dǎo)電中介窗的區(qū)域。為避免集成電路晶片受到外界環(huán)境的影響，第一保護(hù)層16包含至少一種可以避免濕氣接觸到第一金屬層14的材料，如硅氧化物或硅氮化物。第一保護(hù)層16可以是單層或多層的結(jié)構(gòu)，包含四乙基氧硅烷(TOES)氧化物、硅氧化物或等離子加強(qiáng)硅氮化物其中任何一種。
第一保護(hù)層16代表性的厚度大體為500～200000埃。接墊孔洞18是一終端中介窗孔洞(terminal via opening)，其使用微影、光罩(masking)和干式蝕刻技術(shù)使第一金屬層14的終端接觸區(qū)(terminal contact region)暴露出來。
沉積接合墊層26之前，先沿著該接墊孔洞18的底部與側(cè)墻依序沉積第一夾層20、應(yīng)力緩沖層22和第二夾層24。依照接合墊結(jié)構(gòu)100的材料沉積形式，第一夾層20與第二夾層24至少其中之一可以是非必須的，但應(yīng)力緩沖層22則是必須的，用以覆蓋其下的第一金屬層14。圖1A顯示一種三層結(jié)構(gòu)，包括第一夾層20、應(yīng)力緩沖層22與第二夾層24。本發(fā)明也提供一種接合墊結(jié)構(gòu)僅包含有第一夾層20或第二夾層24，如圖1B、圖1C所示。作為接墊孔洞18的襯墊的第一夾層20，可包括一金屬擴(kuò)散阻障層、一粘合層(adhesion layer)或一以上兩者的組合。第一夾層20提供良好的金屬擴(kuò)散阻障層與導(dǎo)電性。第一夾層20的材料可包含但不限定耐火材料、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鈦、TiSN、TaSN、鉻、鎢化鈦、氮化鎢、以上的混合物、以上的組合、以上的合金或其它可避免銅金屬層暴露于空氣的材料，可以物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積(atomic layerdeposition)、化學(xué)鍍(無電鍍)(electroless plating)、濺鍍或其它相似的沉積技術(shù)形成之。第一夾層20的厚度大體為50～1500埃。
應(yīng)力緩沖層22是一導(dǎo)電材料并具有一性質(zhì)選自于下列的群組，其包括楊氏模數(shù)(Young’s modulus)、硬度(如Minernlhardness、Brinell hardness和Vikers hardness)、強(qiáng)度和堅(jiān)韌度(toughness)，至少大于第一金屬層14與接合墊層26其中之一。例如，應(yīng)力緩沖層22是一鎢金屬，其楊氏模數(shù)(Young’s modulus)或硬度大于銅與鋁。在實(shí)驗(yàn)量測(cè)中，鎢的楊氏模數(shù)是銅的3倍以上而鎢的Vikers硬度約是銅的10倍。鎢的楊氏模數(shù)是鋁的5倍以上而鎢的Vikers硬度約是銅的20倍。應(yīng)力緩沖層22的厚度視接合墊層26的材料與厚度和接合墊的阻值要求而定。應(yīng)力緩沖層22的厚度最好為500～5000埃。如圖1A所示的實(shí)施例中，應(yīng)力緩沖層22沿著接墊孔洞18的底部與側(cè)墻沉積于第一夾層20之上。如圖1D所示的實(shí)施例中，應(yīng)力緩沖層22只沿著接墊孔洞18的底部沉積于至少一部分接墊面積之上。
沉積于應(yīng)力緩沖層22上的第二夾層24可包括一金屬擴(kuò)散阻障層、一粘合層或一以上兩者的組合。第二夾層24提供良好的金屬擴(kuò)散阻障層與導(dǎo)電性。第二夾層24也提供介于應(yīng)力緩沖層22與接合墊層26間的良好的附著特性。第二夾層24可使用與第一夾層20相同的材料，如耐火材料、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鈦、TiSN、TaSN、鉻、鎢化鈦、氮化鎢、以上的混合物、以上的組合、以上的合金或其它可避免銅金屬層暴露于空氣的材料。可以物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積(atomic layerdeposition)、化學(xué)鍍(無電鍍)(electroless plating)、濺鍍或其它相似的沉積技術(shù)形成之。第二夾層24的厚度大體為50～1500埃。
以物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積(atomic layerdeposition)、化學(xué)鍍(無電鍍)(electroless plating)、濺鍍或其它相似的沉積技術(shù)，沉積接合墊層26于第二夾層24上，并至少填滿接墊孔洞18。接合墊層26最好是鋁基材料，如鋁、鋁銅合金、鋁銅硅合金。接合墊層26的厚度大體為1000～20000埃。然后利用微影、光罩與干式蝕刻(如等離子蝕刻或活性離子蝕刻)制程將接合墊層26、第二夾層24、應(yīng)力緩沖層22與第一夾層20圖案化，以形成一堆疊金屬接墊圖案得以與其下的第一金屬層14電性連結(jié)。接著進(jìn)一步的制程，可選擇性地將一第二保護(hù)層28形成于堆疊金屬接墊圖案之上，并露出接合墊層26，以利后續(xù)的封裝/組裝制程。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一金屬線球(wire ball)粘合于接合墊結(jié)構(gòu)的橫剖面示意圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一形成于接合墊結(jié)構(gòu)上的金屬凸塊34形成于接合墊結(jié)構(gòu)之上的橫剖面示意圖，省略與圖1A相同或相似的敘述。如圖2A所示，為了打線接合的應(yīng)用，使用熱壓合(thermal compression)、熱超音波(thermalsonic)制程，將金屬線球30粘合至接合墊層26。金屬線球30的組成可以是金(選擇性地使用少量鈹、銅、鈀、鐵、銀、鈣、鎂)、銅或銀。如圖2B所示，為了打線接合的應(yīng)用，凸塊底下金屬層(Under Bump Metallurgy，UBM)結(jié)構(gòu)32與金屬凸塊34依序形成于接合墊層26之上。凸塊底下金屬層結(jié)構(gòu)32可有一層、兩層、三層或更多層的變化，取決于金屬凸塊34的材質(zhì)是選用金、銅、鋁、鉛、錫或鎳基合金。凸塊底下金屬層結(jié)構(gòu)32的材質(zhì)可以用鉻/銅、鈦/鈀、鈦/鎢、鈦/鉑、鋁/鎳、鉻/銅/金、鎳/銅、鈦/銅、鈦化鎢/銅與鎳/金，其可采用蒸鍍、印刷、無電鍍、濺鍍等制程形成。
本發(fā)明的接合墊結(jié)構(gòu)100有多點(diǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。將應(yīng)力緩沖層22設(shè)置于接合墊層26與第一金屬層14之間，其堅(jiān)硬材質(zhì)與導(dǎo)電性質(zhì)可在接合墊結(jié)構(gòu)100中提供較佳的機(jī)械完整性。這可避免因晶圓電性測(cè)試(如晶圓的探針測(cè)試)與封裝撞擊(如晶圓測(cè)試、打線接合、覆晶封裝或其它封裝制程中的外力)的應(yīng)力所造成的破壞。故能避免應(yīng)力造成的失效與接墊剝離的問題，而大大增加接合的可靠度。另外可調(diào)整接合墊層26與應(yīng)力緩沖層22的厚度以達(dá)成阻值的要求。在實(shí)驗(yàn)量測(cè)中，500～1500埃的鎢金屬層與6500～7500埃的鋁金屬層的組合可得一約相當(dāng)于4.81E-2micro-ohm的電阻，幾乎與傳統(tǒng)9000埃的鋁接墊相等。
為求更有效使用晶片面積或縮小晶片大小，至少一部分的電路位于接合墊結(jié)構(gòu)下方，被稱為接合墊結(jié)構(gòu)下方的電路(circuitsunder pad，CUP)。圖3A、圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一位于接合墊結(jié)構(gòu)下方的電路(circuits under pad，CUP)區(qū)域的橫剖面示意圖。以下則省略與圖1A相同或相似的敘述，其中第二金屬層36位于金屬層間介電層12之下，并透過多個(gè)嵌于金屬層間介電層12的導(dǎo)電中介窗插塞(via plug)38，電性連結(jié)至第一金屬層14?？尚纬闪硪粦?yīng)力緩沖層40于第二金屬層36的上部、第一金屬層14的底部或其組合。另一應(yīng)力緩沖層40的材料可與應(yīng)力緩沖層22相同。另一應(yīng)力緩沖層40是導(dǎo)電材料且其楊氏模數(shù)(Young’s modulus)或硬度大于該第一金屬層14與第二金屬層36其中之一。另一應(yīng)力緩沖層40可為厚度500～5000埃的鎢金屬層。堅(jiān)硬材質(zhì)的另一應(yīng)力緩沖層40在接合墊結(jié)構(gòu)100中提供較佳的機(jī)械完整性以避免應(yīng)力造成的失效。
為改善粘合與接合的強(qiáng)度，可將接合墊孔洞18修改為各種不同形式，使應(yīng)力緩沖層22的底部成為嵌于第一保護(hù)層16的環(huán)狀、條紋狀、島狀、網(wǎng)狀或連鎖中介窗結(jié)構(gòu)(interlocking-viastructure)。同樣的，為了將垂直傳導(dǎo)最佳化，可在應(yīng)力緩沖層22中定義各種不同形式的孔洞，使接合墊層26的底部成為嵌于應(yīng)力緩沖層22的環(huán)狀、條紋狀、島狀、網(wǎng)狀或連鎖中介窗結(jié)構(gòu)。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一嵌于第一保護(hù)層的環(huán)狀孔洞中的應(yīng)力緩沖層的橫剖面示意圖；圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示該嵌于第一保護(hù)層的環(huán)狀孔洞中的應(yīng)力緩沖層底部的俯視圖，在此則省略與圖1A相同或相似的敘述。相較于圖1A的接墊孔洞18，圖4A、圖4B描述一定義于第一保護(hù)層16的環(huán)狀孔洞17a，用以曝露與的對(duì)應(yīng)的第一金屬層14的環(huán)狀接觸區(qū)，也因此定義一位于第一保護(hù)層16中被環(huán)狀孔洞17a包圍的島區(qū)16a。在以第一夾層20作為環(huán)狀孔洞17a的襯墊后，沉積應(yīng)力緩沖層22于第一夾層20之上以填滿環(huán)狀孔洞17a，且覆蓋第一保護(hù)層16的上表面。應(yīng)力緩沖層22嵌于第一保護(hù)層16的環(huán)狀孔洞17a中的底部稱為環(huán)狀金屬支撐22a，其能加強(qiáng)金屬堆疊的接墊結(jié)構(gòu)各層間的附著力，避免介面剝離的失效與介面斷裂的失效。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一嵌于第一保護(hù)層的連鎖柵格孔洞中的應(yīng)力緩沖層的橫剖面示意圖；圖5B、圖5C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示嵌于第一保護(hù)層的連鎖柵格孔洞中的應(yīng)力緩沖層底部的俯視圖。省略與圖4A、圖4B相同或相似的敘述。
相較于環(huán)狀孔洞17a，圖5B、圖5C描述一定義于第一保護(hù)層16的如柵欄或網(wǎng)狀連鎖柵格孔洞17b，用以曝露與之對(duì)應(yīng)的第一金屬層14的連鎖柵格接觸區(qū)，也因此定義一位于第一保護(hù)層16中多個(gè)被連鎖柵格孔洞17b包圍的島區(qū)16a。應(yīng)力緩沖層22嵌于第一保護(hù)層16的連鎖柵格孔洞17b中的底部稱為連鎖柵格金屬支撐22b，其能加強(qiáng)金屬堆疊的接墊結(jié)構(gòu)各層間的附著力。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示一嵌于應(yīng)力緩沖層的孔洞的接合墊底部的橫剖面示意圖；圖6B、圖6C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示應(yīng)力緩沖層的孔洞的俯視圖。省略與圖4A、圖4B相同或相似的敘述。沉積接合墊層26之前，先圖案化至少一個(gè)孔洞19，該孔洞19穿透第一夾層20、應(yīng)力緩沖層22與第二夾層24，用以曝露與的對(duì)應(yīng)的第一金屬層14的接觸區(qū)。再沉積接合墊層26，將小于接墊孔洞18的孔洞19填滿。嵌于孔洞19中的接合墊層26的底部26a可直接接觸其下的第一金屬層14?？锥?9的數(shù)目、外形或大小與產(chǎn)品需求和與制程限制有關(guān)。例如，如圖6B所示，多個(gè)分離的條狀孔洞19被定義于應(yīng)力緩沖層22中。如圖6C所示，一個(gè)分離的孔洞19陣列被定義于應(yīng)力緩沖層22中。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說明如下半導(dǎo)體基板10金屬層間介電層12第一金屬層14第二金屬層36應(yīng)力緩沖層22、40環(huán)狀金屬支撐22a連鎖柵狀金屬支撐22b第一保護(hù)層16第二保護(hù)層28接合墊結(jié)構(gòu)100接合墊層26接合墊的底部26a接墊孔洞18孔洞19島區(qū)16a環(huán)狀孔洞17a連鎖柵格孔洞17b第一夾層20第二夾層24金屬線球30凸塊底下金屬層結(jié)構(gòu)32金屬凸塊34中介窗插塞38
權(quán)利要求
1.一種接合墊結(jié)構(gòu)，所述接合墊結(jié)構(gòu)包括一第一金屬層，形成于一集成電路基板之上；一接合墊層，位于該第一金屬層之上并且電性連結(jié)于該第一金屬層；及一應(yīng)力緩沖層，位于該第一金屬層與該接合墊層之間，其中該應(yīng)力緩沖層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度大于該第一金屬層或該接合墊層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于該應(yīng)力緩沖層包括一鎢金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于該第一金屬層包括銅或銅基合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于該接合墊層包括鋁或鋁基合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一第一夾層位于該第一金屬層與該應(yīng)力緩沖層之間，其中該第一夾層包括氮化鉭、氮化鈦、鉭、鎢化鈦、氮化鎢、以上的混合物、以上的組合或以上的合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一第二夾層位于該接合墊層與該應(yīng)力緩沖層之間，其中該第二夾層包括氮化鉭、氮化鈦、鉭、鎢化鈦、氮化鎢、以上的混合物、以上的組合或以上的合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于該集成電路基板包括至少一個(gè)介電層，該介電層的介電常數(shù)小于3.9，而該第一金屬層形成于該介電層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于該集成電路基板包括一集成電路，而至少部分的該集成電路位于該接合墊結(jié)構(gòu)之下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一保護(hù)層形成于該第一金屬層之上，該保護(hù)層包括有一接墊孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來；其中該應(yīng)力緩沖層形成于該接墊孔洞之中，該應(yīng)力緩沖層是沿著該接墊孔洞的底部或側(cè)壁而形成；其中該接合墊層形成于該應(yīng)力緩沖層之上并且填滿該接墊孔洞。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一保護(hù)層形成于該第一金屬層之上，該保護(hù)層包括有一圖案化的第一孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來，且該保護(hù)層包括至少一個(gè)被該第一孔洞圍繞的島區(qū)；其中該應(yīng)力緩沖層形成于該保護(hù)層之上并且填滿該第一孔洞。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一保護(hù)層形成于該第一金屬層之上，該保護(hù)層包括有一第一孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來；其中該應(yīng)力緩沖層形成于該第一孔洞之中，且該應(yīng)力緩沖層包括至少一個(gè)小于該第一孔洞的第二孔洞，以使至少部分的該第一金屬層暴露出來；其中而該接合墊層形成于該應(yīng)力緩沖層之上并且填滿該第二孔洞。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一第二金屬層，位于該第一金屬層之下；多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞，位于該第一金屬層與該第二金屬層之間，用以電性連結(jié)該第一金屬層與該第二金屬層；及一鎢金屬層，位于該多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞與該第二金屬層之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合墊結(jié)構(gòu)，其特征在于更包括一第二金屬層，位于該第一金屬層之下；多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞，位于該第一金屬層與該第二金屬層之間，用以電性連結(jié)該第一金屬層與該第二金屬層；及一鎢金屬層，位于該多個(gè)導(dǎo)電中介窗插塞與該第一金屬層之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接合墊結(jié)構(gòu)。集成電路晶片的接合墊結(jié)構(gòu)中，有一應(yīng)力緩沖層介于接合墊層與最上層內(nèi)連線層的金屬層之間，以避免晶圓的探針測(cè)試與封裝撞擊對(duì)接合墊所造成的破壞。該應(yīng)力緩沖層為一導(dǎo)電材料，其楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度大于最上層內(nèi)連線層的金屬層或該接合墊層的楊氏模數(shù)、硬度、強(qiáng)度或堅(jiān)韌度。為改善粘合與接合的強(qiáng)度，可將應(yīng)力緩沖層的底部修改為各種不同形式，如嵌于保護(hù)層的環(huán)狀、網(wǎng)狀或連鎖柵格結(jié)構(gòu)，在應(yīng)力緩沖層中可以有多個(gè)孔洞，其由接合墊層將之填滿。本發(fā)明所述接合墊結(jié)構(gòu)，提供較佳的機(jī)械完整性?？杀苊鈶?yīng)力造成的失效與接墊剝離的問題，而大大增加接合的可靠度。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1770437SQ20051007352
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者黃泰鈞, 姚志翔, 萬文愷 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司