專利名稱：用于c4球中均勻電流密度的金屬布線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及接合焊墊的金屬布線結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
一旦半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體晶片(襯底)上的互連的形成完成，半導(dǎo)體晶片被劃分 為半導(dǎo)體芯片，或者“裸芯”。功能性的半導(dǎo)體芯片隨后被封裝以便有利于電路板上的安裝。 封裝是提供機(jī)械保護(hù)和對(duì)于上層組件系統(tǒng)(例如電路板)的電連接的半導(dǎo)體芯片的支撐 元件。一種典型封裝技術(shù)是受控坍塌芯片連接(Controlled Collapse Chip Connection) (C4)封裝，它采用C4球，各個(gè)C4球接觸半導(dǎo)體芯片上的C4焊墊和封裝襯底上的另一 C4焊 墊。封裝襯底可以隨后被組裝于電路板上。各C4焊墊是典型地由半導(dǎo)體制造工序期間金屬互連結(jié)構(gòu)的最后的金屬層形成的 接觸金屬焊墊。各C4焊墊大到足以容納C4球的底部。接合焊墊結(jié)構(gòu)指的是包含這樣的C4 焊墊和下面的連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。例如C4球的金屬結(jié)構(gòu)包括金屬離子晶格和非局部化的自由電子。當(dāng)電流穿過(guò)C4 球流動(dòng)時(shí)，金屬離子受到歸因于金屬離子的電荷和金屬離子所暴露的電場(chǎng)的靜電力。此外， 由于電子在電流傳導(dǎo)期間的散射，電子轉(zhuǎn)移動(dòng)量至導(dǎo)電材料的晶格中的金屬離子。靜電力 的方向在電場(chǎng)的方向，即在電流的方向，并且歸因于電子的動(dòng)量轉(zhuǎn)移的力的方向在電子的 流動(dòng)的方向，即在電流的反方向。但是，歸因于電子的動(dòng)量轉(zhuǎn)移的力通常比靜電力大。因而， 金屬離子受到在電流反方向，或者在電子流動(dòng)方向的凈力。由電流引起的質(zhì)量輸運(yùn)，或者歸 因于電流的導(dǎo)電材料的移動(dòng)，在本領(lǐng)域中被冠名以電遷移。一旦通過(guò)電遷移在C4球中形成空泡，則在關(guān)鍵導(dǎo)電路徑或者“熱點(diǎn)”的電流密度 增加，因?yàn)榭张轀p小了導(dǎo)電路徑的面積。較高的電流密度因而加速了電遷移過(guò)程，由此使空 泡增長(zhǎng)。相互加強(qiáng)的惡性循環(huán)增加了空泡的尺寸和電流密度最終導(dǎo)致電路徑的有效斷開(kāi)， 引起電遷移故障。電遷移故障是對(duì)于C4球的主要可靠性考量。因而，存在減小C4球的電遷移故障從而提高C4連接的可靠性的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供促進(jìn)C4球內(nèi)均勻電流密度分布的金屬布線結(jié)構(gòu)而提高了 C4球的
可靠性。在本發(fā)明中，金屬結(jié)構(gòu)的焊墊下組件被提供，它直接位于金屬焊墊下面。焊墊下組 件包括鄰接金屬焊墊的上層金屬線結(jié)構(gòu)，位于上層金屬線結(jié)構(gòu)下面的下層金屬線結(jié)構(gòu)，和 提供位于上層金屬線結(jié)構(gòu)下面的和下層金屬線結(jié)構(gòu)之間的電連接的金屬通路孔組。金屬通 路孔組被分布以便在金屬焊墊的中心部提供比在接觸C4球的金屬焊墊的周邊部高的電流 密度。在C4球被接合至金屬焊墊之后，焊墊下組件的幾何形狀引起更多的電流穿過(guò)金屬焊 墊的中心使得在C4球中的電流密度變得均勻，由此減小了其中的電遷移。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種結(jié)構(gòu)，它包括布置于金屬互連結(jié)構(gòu)上方的金屬焊墊；鄰接金屬焊墊的上層金屬線結(jié)構(gòu)；位于上層金屬線結(jié)構(gòu)下面的下層金屬線結(jié)構(gòu)；和 金屬通路孔組，其中金屬通路孔組在金屬焊墊的中心區(qū)下面比在金屬焊墊的周邊區(qū)下面具 有更高的水平截面的面密度。金屬通路孔組至少沿一水平方向在相鄰的金屬通路孔之間具有非均勻的間距。水 平方向?qū)τ诮饘偻房捉M內(nèi)的一組一維陣列可以是相同的。作為替代，水平方向可以是從 中心點(diǎn)的徑向，并且一維陣列組可以在許多不同方向被取向。此外，金屬通路孔組可以具有 在水平平面中兩個(gè)不同方向相鄰金屬通路孔之間的不均勻的間距，其中相鄰金屬通路孔之 間的間距在兩個(gè)方向都被調(diào)制。在金屬通路孔組中相鄰金屬通路孔之間的不均勻間距被分 布，使得在金屬焊墊和C4球之間的接觸區(qū)的中心區(qū)中截面的整體密度比在接觸區(qū)的周邊 區(qū)中的截面的整體密度大。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了形成結(jié)構(gòu)的方法，它包括在襯底上形成包括下層 金屬線結(jié)構(gòu)的金屬互連結(jié)構(gòu)；直接在下層金屬線結(jié)構(gòu)上形成金屬通路 孔組；直接在金屬通 路孔組上形成上層金屬線；并且在上層金屬線上形成金屬焊墊，其中金屬通路孔組布置為， 在金屬焊墊的中心區(qū)的下面比在金屬焊墊的周邊區(qū)的下面具有更高的導(dǎo)電水平截面的面
也/又。此外，本發(fā)明通過(guò)提供具有被分區(qū)并且被分布的整體金屬通路孔的組的金屬焊墊 結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)C4球內(nèi)的均勻電流密度分布，而提高了 C4球的可靠性。多個(gè)金屬通路孔中 截面的面密度在金屬焊墊的中心部比在金屬焊墊的平面部的周邊部高。在C4球被接合至 金屬焊墊之后，截面的面密度的改變的分布引起更多的電流通過(guò)金屬焊墊的中心，使得在 其上的C4球中電流密度變得均勻，由此減小了 C4球內(nèi)的電遷移。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種結(jié)構(gòu)，它包括一體構(gòu)造的金屬焊墊，被布置于 金屬互連結(jié)構(gòu)的上方并且包括上平面部和向下延伸的多個(gè)金屬通路孔；和鄰接多個(gè)金屬通 路孔的底表面的金屬線結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)金屬通路孔在金屬焊墊的中心區(qū)的下面比在金屬焊 墊的周邊區(qū)下面具有更高的水平截面的面密度。多個(gè)金屬通路孔至少沿一水平方向在相鄰金屬通路孔之間具有不均勻的間距。水 平方向?qū)τ诙鄠€(gè)金屬通路孔內(nèi)的多個(gè)一維陣列可以是相同的。作為替代，水平方向可以是 從中心點(diǎn)的徑向，并且多個(gè)一維陣列可以在許多不同的方向取向。此外，多個(gè)金屬通路孔可 以在水平平面中兩個(gè)不同方向的相鄰金屬通路孔之間具有不均勻的間距，其中相鄰金屬通 路孔之間的間距在兩個(gè)方向都被調(diào)制。多個(gè)金屬通路孔中相鄰金屬通路孔之間不均勻的間 距被分布，使得在金屬焊墊和C4球之間的接觸區(qū)的中心區(qū)的整體截面密度比在接觸區(qū)的 周邊區(qū)的整體截面密度高。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了形成結(jié)構(gòu)的方法，它包括在襯底上形成包括金屬 線結(jié)構(gòu)的金屬互連結(jié)構(gòu)；在金屬線結(jié)構(gòu)上形成鈍化電介質(zhì)層；在金屬互連結(jié)構(gòu)上方形成一 體構(gòu)造并且包括上平面部和向下延伸并且接觸金屬線結(jié)構(gòu)的多個(gè)金屬通路孔的金屬焊墊， 其中多個(gè)金屬通路孔在金屬焊墊的中心區(qū)下面比在金屬焊墊的周邊區(qū)下面具有更高的水 平截面的面密度，并且其中上平面部在鈍化電介質(zhì)層的頂表面上方形成并且多個(gè)金屬通路 孔在側(cè)面被鈍化電介質(zhì)層所包圍。


圖1A、1B、1C、1D、和IE分別是根據(jù)本發(fā)明的采用第一金屬通路孔組和第一下層金 屬線結(jié)構(gòu)的第一典型結(jié)構(gòu)的沿平面A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、和E-E，的截面圖。圖IA是垂 直截面圖，并且圖1B-1E是水平截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明 的采用對(duì)應(yīng)于圖ID的平面中的第二金屬通路孔組的第二典型 結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖ID的平面中的第三金屬通路孔組的第三典型 結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖ID的平面中的第四金屬通路孔組的第四典型 結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖IE的平面中的第二下層金屬線結(jié)構(gòu)的第五典 型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖IE的平面中的第三下層金屬線結(jié)構(gòu)的第六典 型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖IE的平面中的第四下層金屬線結(jié)構(gòu)的第七典 型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖8是在下層金屬線結(jié)構(gòu)的形成之后的第一典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖9是在下層金屬線結(jié)構(gòu)和包含通路孔的通路孔層電介質(zhì)層的形成之后第一典 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖10是在通路孔層電介質(zhì)層內(nèi)金屬通路孔組的形成之后第一典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 垂直截面圖。圖11是上層金屬線結(jié)構(gòu)的形成之后第一典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖12是在鈍化電介質(zhì)層和其中的開(kāi)口形成之后第一典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖13是在金屬焊墊形成之后第一典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖14是在最頂上的電介質(zhì)層和其中的開(kāi)口形成之后第一典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直 截面圖。圖15A-15D分別是根據(jù)本發(fā)明的采用包括第一類型的金屬通路孔陣列的金屬焊 墊的第八典型結(jié)構(gòu)的沿平面44’、83’、(-(’、和0-0’的截面圖。圖15A是垂直截面圖，并 且圖15B-15D是水平截面圖。圖16A-16C分別是根據(jù)本發(fā)明的采用包括第二類型的金屬通路孔陣列的金屬焊 墊的第九典型結(jié)構(gòu)的沿平面44’、83’、和(-(’的截面圖。圖16A是垂直截面圖，并且圖 16B和16C是水平截面圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖15C或者圖16C的平面中的包括第三類型的 金屬通路孔的陣列的金屬焊墊的第十典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖15C或者圖16C的平面中的包括第四類型的 金屬通路孔的陣列的金屬焊墊的第十一典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明的采用對(duì)應(yīng)于圖15C或者圖16C的平面中的包括第五類型的 金屬通路孔的陣列的金屬焊墊的第十二典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。圖20是金屬線結(jié)構(gòu)形成之后第八典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。
圖21是通路孔層電介質(zhì)層和其中的通路孔陣列形成之后的第八典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖22是金屬焊墊形成之后第八典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。圖23是電介質(zhì)掩模層開(kāi)口形成之后第八典型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直截面圖。
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明涉及接合焊墊的金屬布線結(jié)構(gòu)及其制造方法，它們現(xiàn)在接合附 圖被詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)注意相似和對(duì)應(yīng)的元件由相似的參考標(biāo)號(hào)所指稱。圖未按比例。參考圖1A-1E，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一典型結(jié)構(gòu)被示出。第一典型結(jié)構(gòu)包 括襯底10和形成于其中的至少一半導(dǎo)體裝置12。襯底10可以是半導(dǎo)體襯底，其包括半導(dǎo) 體材料，例如硅、硅鍺合金、硅、鍺、硅-鍺合金、硅碳合金、硅鍺碳合金、砷化鎵、砷化銦、砷 化銦鎵、磷化銦、硫化鉛、其它III-V化合物半導(dǎo)體材料、和II-VI化合物半導(dǎo)體材料。襯底 可以是單晶半導(dǎo)體襯底。至少一半導(dǎo)體裝置12可以包括至少一場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極晶體管、二極管、電阻 器、電容器、和電感器。至少一電介質(zhì)層20位于至少一半導(dǎo)體裝置12上。至少一電介質(zhì)層 20可以包括例如氧化硅的電介質(zhì)氧化物、例如氮化硅的電介質(zhì)氮化物、低介電常數(shù)(低k) 化學(xué)氣相沉積(CVD)電介質(zhì)材料、或者旋涂低k電介質(zhì)材料。金屬互連結(jié)構(gòu)被嵌入于至少 一電介質(zhì)層20中。金屬互連結(jié)構(gòu)可以包括互連層金屬通路孔22和互連層金屬線24。第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30被嵌入于至少一電介質(zhì)層20的最頂上的層中。第一下層 金屬線結(jié)構(gòu)30可以，或者可以不包括孔，它們被典型地稱為“奶酪孔”。金屬互連結(jié)構(gòu)提供 了至少一半導(dǎo)體裝置12和第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30之間的導(dǎo)電路徑。第一下層金屬線結(jié)構(gòu) 30包括導(dǎo)電金屬。第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30可以具有從20微米至200微米的橫向尺寸，盡 管在此也考慮較小或者較大的尺寸。在下金屬線結(jié)構(gòu)30具有矩形形狀的情形中，下金屬線 結(jié)構(gòu)30的寬度和長(zhǎng)度可以分別是從20微米至200微米。第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30的厚度 典型地是從150nm至l，500nm，盡管在此也考慮較小和較大的厚度。第一下層金屬線結(jié)構(gòu) 30包括至少一金屬。第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30可以基本由銅或者鋁構(gòu)成。優(yōu)選，第一下層金 屬線結(jié)構(gòu)30可以基本由銅構(gòu)成。通路孔層電介質(zhì)層40位于第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30的上方。通路孔層電介質(zhì)層40 可以包括電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、低k CVD電介質(zhì)材料、低k旋涂電介質(zhì)材料、或者其 組合。優(yōu)選，通路孔層電介質(zhì)層40包括電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、或者其組合以便減小 氧或者潮氣對(duì)于位于下面的至少一電介質(zhì)層20的進(jìn)入。金屬通路孔50A和互連通路孔50B 的第一組被嵌入于通路孔層電介質(zhì)層40中。金屬通路孔50A和互連通路孔50B的第一組 的厚度典型地從150nm至1，500nm,盡管在此也考慮較小和較大的厚度。第一金屬通路孔 50A和互連通路孔50B的組包括至少一金屬。金屬通路孔50A和互連通路孔50B的第一組 可以基本由銅或者鋁構(gòu)成。優(yōu)選金屬通路孔50A和互連通路孔50B的第一組可以基本由銅 構(gòu)成。線層電介質(zhì)層60位于通路孔層電介質(zhì)層40的上方。線層電介質(zhì)層60可以包括 電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、低k CVD電介質(zhì)材料、低k旋涂電介質(zhì)材料，或者其組合。優(yōu) 選線層電介質(zhì)層60包括電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、或者其組合，以便減小氧或者潮氣對(duì)于位于下面的至少一電介質(zhì)層20的進(jìn)入。
上層金屬線結(jié)構(gòu)70A和上層金屬布線70B被嵌入于線層電介質(zhì)層60中。上層金 屬線結(jié)構(gòu)70A可以具有從20微米至200微米的橫向尺寸，盡管在此也考慮較小和較大的尺 寸。在上層金屬線結(jié)構(gòu)70A具有矩形形狀的情形中，上層金屬線結(jié)構(gòu)70A的寬度和長(zhǎng)度可以 分別是從20微米至200微米。上層金屬線結(jié)構(gòu)70A的厚度典型地是從150nm至1，500nm, 盡管在此也考慮較小和較大的厚度。上層金屬線結(jié)構(gòu)70A和上層金屬布線70B包括至少一 金屬。上層金屬線結(jié)構(gòu)70A和上層金屬布線70B可以基本由銅或者鋁構(gòu)成。優(yōu)選上層金屬 線結(jié)構(gòu)70A和上層金屬布線70B基本由銅構(gòu)成。鈍化電介質(zhì)層80和金屬焊墊90位于線層電介質(zhì)層60、上層金屬線結(jié)構(gòu)70A、和上 層金屬布線70B的上方。鈍化電介質(zhì)層80包括電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、或者其組合。 優(yōu)選電介質(zhì)層80包括電介質(zhì)氧化物和電介質(zhì)氮化物的堆疊疊層。典型地，鈍化電介質(zhì)層80 具有從300nm至3，OOOnm的厚度，盡管在此也考慮較小和較大的厚度。金屬焊墊90包括至少一通路孔部和上平面部。至少一通路孔部側(cè)面被鈍化電介 質(zhì)層80所包圍并且鄰接上層金屬線結(jié)構(gòu)70A。上平面部位于鈍化電介質(zhì)層80上和上方并 且在下通路孔部的周邊上。金屬焊墊90包含至少一金屬。在一情形中，金屬焊墊90可以 基本由鋁構(gòu)成，并且各上層金屬線結(jié)構(gòu)70A、第一組金屬通路孔50A、和第一下層金屬線結(jié) 構(gòu)30可以基本由銅構(gòu)成。金屬焊墊90的厚度可以從1. 0微米至5. 0微米，盡管在此也考 慮較小和較大的厚度。具有開(kāi)口的電介質(zhì)掩模層95位于金屬焊墊90和鈍化電介質(zhì)層80的頂表面的上 方。開(kāi)口的邊界位于金屬焊墊80的區(qū)域內(nèi)。電介質(zhì)掩模層95包括例如聚酰亞胺的電介質(zhì) 材料。在一些情形中，聚酰亞胺可以是光敏的以便可以不采用額外的光敏材料進(jìn)行光刻印 刷。C4球99位于電介質(zhì)掩模層95的開(kāi)口內(nèi)并且接觸金屬焊墊90。C4球的直徑可以是從 30微米至200微米，盡管在此也考慮較小和較大的直徑。第一組金屬通路孔50A中各金屬通路孔垂直鄰接上層金屬線結(jié)構(gòu)70A和第一下層 金屬線結(jié)構(gòu)30。金屬焊墊90通過(guò)上層金屬線結(jié)構(gòu)70A、第一組金屬通路孔50A、和第一下層 金屬線結(jié)構(gòu)30被電阻性地耦合至至少一半導(dǎo)體裝置12。第一組金屬通路孔50A包括基本相同尺寸的金屬通路孔。第一組金屬通路孔50A 在金屬焊墊90的中心區(qū)CR的下面比在金屬焊墊的周邊區(qū)ra下面具有更高的水平截面的 面密度。中心區(qū)CR包括金屬焊墊90和C4球99之間的接觸區(qū)的中心點(diǎn)。在本發(fā)明中，中 心區(qū)CR被界定為比接觸區(qū)的閉合的邊界更接近于金屬焊墊90和C4球99之間的接觸區(qū)的 中心點(diǎn)的上層金屬線結(jié)構(gòu)70A的區(qū)域的子集。在接觸區(qū)是圓的情形中，中心區(qū)CR的半徑是 接觸區(qū)的半徑r的一半。在上層金屬線結(jié)構(gòu)70A具有凸多邊形或者凸曲線形的情形中，中 心區(qū)CR的面積可以是金屬焊墊60和C4球99之間的接觸區(qū)的面積的四分之一。周邊區(qū)I3R 是接觸區(qū)內(nèi)中心區(qū)CR的互補(bǔ)。周邊區(qū)I3R是在接觸區(qū)的閉合邊界內(nèi)并且在中心區(qū)CR外面 的區(qū)域。第一組金屬通路孔50A中至少一些金屬通路孔具有基本相同的尺寸，且被布置為 一維陣列，其中相鄰金屬通路孔之間的間距在中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面小。第一組 金屬通路孔50A可以被布置為單個(gè)一維陣列或者多個(gè)一維陣列。在第一組金屬通路孔50A 被布置于具有相同取向的多個(gè)一維陣列中的情形中，相鄰金屬通路孔之間的間距在各多個(gè)一維陣列的中間部中比在端部中小。各一維陣列的方向在此被稱為第一方向，并且分離一 維陣列的方向在此被稱為第二方向。各一維陣列的方向的間距在此被稱為第一間距，它是 沿第一方向的間距，并且相鄰一維陣列之間的間距在此被稱作第二間距，它是沿第二方向 的間距。相鄰金屬通路孔之間的第一間距沿第一方向在中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面 小。相鄰金屬通路孔之間的第二間距沿不同于第一方向的第二方向，在第一組金屬通路孔 50A之間基本相同。第一組金屬通路孔50A中的各金屬通路孔可以具有圓或者矩形的截面。通常，第 一組金屬通路孔50A中的各金屬通路孔可以具有任何多邊形或者曲線的閉合形狀。在替代實(shí)施例中不同類型的金屬通路孔可以被采用替代第一組金屬通路孔中的 金屬通路孔的類型。參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第二典型結(jié)構(gòu)。第二典型結(jié) 構(gòu)通過(guò)對(duì)于第一實(shí)施例的第一組金屬通路孔50A替代以第二組金屬通路孔52而從第一典 型實(shí)施例導(dǎo)出。圖2是對(duì)應(yīng)于第一典型結(jié)構(gòu)的圖ID的平面中第二典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。第二組金屬通路孔52中的各金屬通路孔具有被拉長(zhǎng)的水平截面。水平寬度，即垂 直于被拉長(zhǎng)方向的方向的金屬通路孔的橫向尺寸，隨著在各第二組金屬通路孔52中距中 心點(diǎn)的距離d而單調(diào)減小。中心點(diǎn)可以是各第二組金屬通路孔52中金屬通路孔的水平區(qū) 域的形狀的幾何中心。水平寬度可以沿第二組金屬通路孔52中各金屬通路孔的拉長(zhǎng)的方向隨距中心點(diǎn) 的距離步進(jìn)減小。第二組金屬通路孔52可以沿水平寬度方向被布置為一維陣列，即沿垂直 于第二組金屬通路孔52中金屬通路孔的長(zhǎng)度方向的方向。參考圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三典型結(jié)構(gòu)。第三典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于 第一實(shí)施例的第一組金屬通路孔50A替代以第三組金屬通路孔54而從第一典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。 圖3是在對(duì)應(yīng)于第一典型結(jié)構(gòu)的圖ID的平面中的第三典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。第三組金屬通路孔54被布置為二維陣列，其包括在中心區(qū)CR下面在中心點(diǎn)相互 交叉的徑向的多個(gè)一維陣列。第三組金屬通路孔54的相鄰金屬通路孔之間的間距在各多 個(gè)一維陣列的中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)I3R下面小。參考圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的第四典型結(jié)構(gòu)。第四典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于 第一實(shí)施例的第一組金屬通路孔50A替代以第四組金屬通路孔56而從第一典型結(jié)構(gòu)中導(dǎo) 出。圖4是對(duì)應(yīng)于第一典型結(jié)構(gòu)的圖ID的平面中的第四典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。第四組金屬通路孔56包括具有不同尺寸的金屬通路孔。具體地，位于中心區(qū)CR 下面的金屬通路孔具有比位于周邊區(qū)I3R下面的金屬通路孔大的水平截面。第四組金屬通 路孔56中的金屬通路孔的尺寸可以沿一方向(例如，沿平面A-A’的方向)或者從中心點(diǎn) 徑向兩維地變化。在上面描述的所有實(shí)施例中，金屬通路孔組的導(dǎo)電區(qū)的面密度在金屬焊墊90和 C4球之間的接觸區(qū)的中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面大。優(yōu)選，金屬通路孔組的電阻比 上層金屬線結(jié)構(gòu)70A的電阻大。金屬通路孔的電阻典型地是上層金屬線結(jié)構(gòu)70A的電阻的 1. 5至40倍，優(yōu)選從3至10倍大，盡管在此也考慮較小或者較大的倍數(shù)。提供在中心區(qū)CR的下面比周邊區(qū)I^R下面的導(dǎo)電區(qū)的更大面密度的效應(yīng)是引導(dǎo)較 高份額的電流穿過(guò)上層金屬線結(jié)構(gòu)70A至C4球99的內(nèi)部并且減小沿C4球99表面的電流。 該電流的再分布具有使穿過(guò)C4球99的電流密度相等的效應(yīng)，由此減小在半導(dǎo)體芯片工作期間C4球99中的電遷移。根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例，第五典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30替代 以第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32而從任一第一至第四典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。參考圖5，示出了對(duì)應(yīng)于第 一實(shí)施例的圖IE的平面中的第五典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32可以具 有與第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30基本相同的橫向尺寸和厚度。第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32包括孔，它們典型地被稱為“奶酪孔”。各奶酪孔被填充以 電介質(zhì)材料部21A，它具有與至少一電介質(zhì)層20的最頂層相同的成 份。奶酪孔的配置是這 樣的使得第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32包括不受阻礙的直導(dǎo)電路徑，其在長(zhǎng)度方向(沿平面A-A’ 的方向)中延伸至由多個(gè)奶酪孔區(qū)所分離的第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32的中心部。金屬通路孔 組可以是本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例的第一至第四組金屬通路孔(50A、52、54、56)之一， 覆蓋多個(gè)奶酪孔區(qū)。在奶酪孔區(qū)內(nèi)金屬通路孔的放置與不受阻礙的路徑的接合促進(jìn)了第二 下層金屬線結(jié)構(gòu)32的內(nèi)區(qū)和接觸區(qū)之間的電流的流動(dòng)，接觸區(qū)在第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32 和金屬互連結(jié)構(gòu)(22，24 ；見(jiàn)圖1A)之間，金屬互連結(jié)構(gòu)可以存在于第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32 的周邊。因而，更多的電流可以穿過(guò)C4球99的內(nèi)區(qū)流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例，第六典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30替代 以第三下層金屬線結(jié)構(gòu)34而從任一第一至第四典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。參考圖6，示出了對(duì)應(yīng)于第 一實(shí)施例的圖IE的平面中的第六典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。第三下層金屬線結(jié)構(gòu)34可以具 有與第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30基本相同的橫向尺寸和厚度。下層金屬布線33提供第三下層 金屬線結(jié)構(gòu)34和金屬互連結(jié)構(gòu)(22，24;見(jiàn)圖1幻之間的導(dǎo)電路徑。根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例，第七典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30替代 以第四下層金屬線結(jié)構(gòu)36并且采用下層金屬布線33以便提供第二下層金屬線結(jié)構(gòu)32和 金屬互連結(jié)構(gòu)(22，24)之間的導(dǎo)電路徑，而從任一第一至第四典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。參考圖7，示 出了對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的圖IE的平面中第七典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。第四下層金屬線結(jié) 構(gòu)36可以具有與第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30基本相同的橫向尺寸和厚度。參考圖8，示出了形成本發(fā)明的第一典型結(jié)構(gòu)的方法。至少一半導(dǎo)體裝置12形成 于本領(lǐng)域中所熟知的襯底10中。襯底10可以是上述的半導(dǎo)體襯底。至少一電介質(zhì)層20和包括互連層金屬通路孔22和互連層金屬線24的金屬互連 結(jié)構(gòu)通過(guò)沉積和構(gòu)圖的連續(xù)的半導(dǎo)體工藝步驟而形成。第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30形成于至 少一電介質(zhì)層20的最頂上的層內(nèi)并且被平坦化。平坦化之后，獲得跨過(guò)至少一電介質(zhì)層 20 (它包括最頂層)和第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30的基本平坦的表面。第一下層金屬線結(jié)構(gòu) 30可以，或者可以不包括如同上面所討論的奶酪孔。參考圖9，通路孔層電介質(zhì)層40形成于第一下層金屬線結(jié)構(gòu)30上方。通路孔層電 介質(zhì)層40隨后被構(gòu)圖從而形成第一通路孔和第二通路孔。第一通路孔49A具有第一組金 屬通路孔50A的圖案。作為替代，第一通路孔可以具有第二組金屬通路孔52、第三組金屬通 路孔54、第四組金屬通路孔56、或者在其它實(shí)施例中其組合的圖案。第二通路孔49B是選 擇性的并且可以被采用以便提供對(duì)于后續(xù)形成的下層金屬線結(jié)構(gòu)的附加的電布線。參考圖10，第一通路孔49A被填充以導(dǎo)電金屬，例如銅。第一通路孔49A中的金屬 填充材料被平坦化以便形成第一組金屬通路孔50A。互連通路孔50B可以選擇性地通過(guò)用 導(dǎo)電金屬填充第二通路孔49B而形成。
參考圖11，上層金屬線結(jié)構(gòu)70A通過(guò)線層電介質(zhì)層60的沉積，線層電介質(zhì)層60的 構(gòu)圖，用導(dǎo)電金屬填充線層電介質(zhì)層60中的凹入?yún)^(qū)，并且平坦化導(dǎo)電金屬而形成。選擇性 地，上層金屬布線70B可以同時(shí)形成。參考圖12，鈍化電介質(zhì)層80被沉積并且構(gòu)圖以便在上層金屬線結(jié)構(gòu)70A上方在其 中形成至少一開(kāi)口。參考圖13，金屬焊墊90通過(guò)沉積例如鋁層的金屬層并且光刻構(gòu)圖金屬層而形成。 金屬焊墊90的區(qū)域包括鈍化電介質(zhì)層80中的整個(gè)開(kāi)口區(qū)。參考圖14，電介質(zhì)掩模層95被沉積于金屬焊墊90和鈍化電介質(zhì)層80上方。電介 質(zhì)掩模層95中的開(kāi)口形成于金屬焊墊90的區(qū)內(nèi)。隨后，C4球99被放置于金屬焊墊90的 被暴露的表面上以便形成在圖1A-1E中所示出的結(jié)構(gòu)。盡管第一典型結(jié)構(gòu)被采用以便示出制造根據(jù)本發(fā)明的第一典型結(jié)構(gòu)的方法，但是 相同的方法也可以被采用以便形成根據(jù)本發(fā)明所有其它實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。 參考圖15A-15D，示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的第八結(jié)構(gòu)。第八典型結(jié)構(gòu)包 括襯底610和其中形成的至少一半導(dǎo)體裝置612。襯底610可以是包括半導(dǎo)體材料的半導(dǎo) 體襯底，半導(dǎo)體材料例如硅、硅鍺合金、硅、鍺、硅_鍺合金、硅碳合金、硅-鍺-碳合金、砷化 鎵、砷化銦、砷化銦鎵、磷化銦、硫化鉛、其它III-V化合物半導(dǎo)體材料、和II-VI化合物半導(dǎo) 體材料。襯底可以是單晶半導(dǎo)體襯底。至少一半導(dǎo)體裝置612可以包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極晶體管、電阻器、電容器、和 電感器的至少之一。至少一電介質(zhì)層620位于至少一半導(dǎo)體裝置612上。至少一電介質(zhì)層 620可以包括例如氧化硅的電介質(zhì)氧化物、例如氮化硅的電介質(zhì)氮化物、低介電常數(shù)(低k) 化學(xué)氣相沉積(CVD)電介質(zhì)材料、或者旋涂低k電介質(zhì)材料。金屬互連結(jié)構(gòu)被嵌入于至少 一電介質(zhì)層620中。金屬互連結(jié)構(gòu)可以包括互連層金屬通路孔622和互連層金屬線624。 金屬互連結(jié)構(gòu)還可以包括具有與至少一電介質(zhì)層620的最頂上的表面共面的頂表面的最 頂上的互連通路孔50。線層電介質(zhì)層660位于至少一電介質(zhì)層620上方。線層電介質(zhì)層660可以包括電 介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、低k CVD電介質(zhì)材料、低k旋涂電介質(zhì)材料、或者其組合。優(yōu)選 線層電介質(zhì)材料層660包括電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、或者其組合以便減小氧或者潮 氣進(jìn)入至位于下面的至少一電介質(zhì)層620。金屬線結(jié)構(gòu)670A和金屬布線670B被嵌入于線層電介質(zhì)層660中。金屬線結(jié)構(gòu) 670A可以具有從20微米至200微米的橫向尺寸，盡管在此也考慮較小和較大的尺寸。在 金屬線結(jié)構(gòu)670A具有矩形形狀的情形中，金屬線結(jié)構(gòu)670A的寬度和長(zhǎng)度可以分別是從20 微米至200微米。金屬線結(jié)構(gòu)670A的厚度典型地是從150nm至1，500nm，盡管在此也考慮 較小和較大的厚度。金屬線結(jié)構(gòu)670A和金屬布線670B包括至少一金屬。金屬線結(jié)構(gòu)670A 和金屬布線670B可以基本由銅或者鋁構(gòu)成。優(yōu)選金屬線結(jié)構(gòu)670A和金屬布線670B基本 由銅構(gòu)成。金屬線結(jié)構(gòu)670A可以包括孔，它們典型地被稱為“奶酪孔”。各奶酪孔被填充以 電介質(zhì)材料部621A，它具有與線層電介質(zhì)層660相同的成份。鈍化電介質(zhì)層680和金屬焊墊690位于線層電介質(zhì)層660、金屬線結(jié)構(gòu)670A、和金 屬布線670B上方。鈍化電介質(zhì)層680包括電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物、或者其組合。優(yōu) 選鈍化電介質(zhì)層680包括電介質(zhì)氧化物和電介質(zhì)氮化物的疊層。典型地，鈍化電介質(zhì)層680具有從300nm至3，OOOnm的厚度，盡管在此也考慮較小和較大的厚度。
金屬焊墊690包括上平面部和向下延伸的多個(gè)金屬通路孔690V。金屬焊墊690是 一體和單一的構(gòu)造，即為一片，并且可以被布置于金屬互連結(jié)構(gòu)(622、624、650)上方。多個(gè)金屬通路孔690V側(cè)面被鈍化電介質(zhì)層680包圍并且鄰接金屬線結(jié)構(gòu)670A。金屬焊墊690 的上平面部指的是位于鈍化電介質(zhì)層680的頂表面上面的金屬焊墊690的部分。上平面部 位于鈍化電介質(zhì)層680和多個(gè)金屬通路孔690V上和上面。金屬焊墊690包含至少一金屬。 在一情形中，金屬焊墊690可以基本由鋁構(gòu)成，并且金屬線結(jié)構(gòu)670A可以基本由銅構(gòu)成。金 屬焊墊690的厚度可以從1. 0微米至5. 0微米，盡管在此也考慮較小和較大的厚度。
具有開(kāi)口的電介質(zhì)掩模層695位于金屬焊墊690和鈍化電介質(zhì)層680的頂表面上 方。開(kāi)口的邊界位于金屬焊墊690的區(qū)內(nèi)。電介質(zhì)掩模層695包括例如聚酰亞胺的電介質(zhì) 材料。在一些情形中，聚酰亞胺可以是光敏的以便使得可以不采用附加的光敏材料進(jìn)行光 刻印刷。C4球699位于電介質(zhì)掩模層695中的開(kāi)口內(nèi)并且接觸金屬焊墊690。C4球的直徑 可以是從30微米至200微米，盡管在此也考慮較小和較大的直徑。金屬焊墊690通過(guò)金屬 線結(jié)構(gòu)670A和金屬互連結(jié)構(gòu)(622、624、650)電阻性地耦合至至少一半導(dǎo)體裝置612。金屬線結(jié)構(gòu)670A鄰接多個(gè)金屬通路孔690V的底表面。多個(gè)金屬通路孔690V在 金屬焊墊690的中心區(qū)CR下面比在金屬焊墊的周邊區(qū)ra下面具有更高的水平截面的面密 度。中心區(qū)CR包括金屬焊墊690和C4球699之間的接觸區(qū)的中心點(diǎn)。在本發(fā)明中，中心 區(qū)CR被界定為比接觸區(qū)的閉合邊界更接近于金屬焊墊690和C4球699之間的接觸區(qū)的中 心點(diǎn)的上層金屬線結(jié)構(gòu)670A的區(qū)的子集。在接觸區(qū)是圓的情形中，中心區(qū)CR的半徑是接 觸區(qū)的半徑的一半。在上層金屬線結(jié)構(gòu)670A具有凸多邊形或凸曲線性的情形中，中心區(qū)CR 的面積可以是金屬焊墊690和C4球699之間的接觸區(qū)的面積的i^一分之一。周邊區(qū)I3R是 接觸區(qū)內(nèi)中心區(qū)CR的互補(bǔ)。周邊區(qū)I3R是在接觸區(qū)的閉合的區(qū)內(nèi)并且在中心區(qū)CR外面的 區(qū)。多個(gè)金屬通路孔690V可以包括基本相同尺寸的金屬通路孔。至少一些基本相同 尺寸的金屬通路孔可以被布置為一維陣列，其中相鄰金屬布線之間的間距在中心區(qū)CR下 面比在周邊區(qū)I3R下面小。多個(gè)金屬通路孔690V內(nèi)基本相同尺寸的金屬通路孔可以被布置 為具有相同取向的多個(gè)一維陣列，例如，在圖IC中平面A-A’的方向。各一維陣列的方向在此被稱為第一方向，并且分離一維陣列的方向在此被稱為第 二方向。在各一維陣列的方向中的間距在此被稱為第一間距sl，它是沿第一方向的間距，并 且相鄰一維陣列之間的間距在此被稱為第二間距s2，它是沿第二方向的間距。相鄰金屬通 路孔之間的第一間距sl沿第一方向在中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面小。相鄰金屬通路孔之間的第一間距Sl在各多個(gè)一維陣列中在中心部比在端部小。 多個(gè)金屬通路孔690V中的各金屬通路孔可以具有圓或者矩形的截面。通常，多個(gè)金屬通路 孔690V中的各通路孔可以具有任何多邊形或者曲線的閉合形狀。多個(gè)金屬通路孔690V可以被布置為二維陣列，其中相鄰金屬通路孔之間的第一 間距si沿第一方向在中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面小。相鄰金屬通路孔之間的第二 間距S2沿第二方向在多個(gè)金屬通路孔690V之中基本相同，第二方向不同于第一方向并且 可以垂直于第一方向。不同類型的金屬通路孔可以被采用來(lái)替代第八典型結(jié)構(gòu)的多個(gè)金屬通路孔690V。參考圖16A-16C，根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施例的第九典型結(jié)構(gòu)被示出。第九典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于 第八實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690V替代以多個(gè)不同類型的金屬通路孔690W而從第八實(shí)施 例導(dǎo)出。金屬焊墊690包括至少一通路孔部690W和上平面部。至少一通路孔部690W被鈍 化電介質(zhì)層 680側(cè)面包圍并且鄰接金屬線結(jié)構(gòu)670A。上平面部可以位于鈍化電介質(zhì)層680 上和上面并且在至少一通路孔部690W的周邊上。上平面部可以包括在至少一通路孔部690 上面的區(qū)中的孔，如果金屬焊墊在至少一通路孔部690W上面從上平面部的最頂上的表面 被凹入。金屬焊墊690包含在第八實(shí)施例中的至少一金屬。在一情形中，金屬焊墊690可 以基本由鋁構(gòu)成，并且金屬線結(jié)構(gòu)670A可以基本由銅構(gòu)成。金屬焊墊690的厚度可以是從 1. 0微米至5. 0微米，盡管在此也考慮較小和較大的厚度。多個(gè)金屬通路孔690W中的各金屬通路孔具有被拉長(zhǎng)的水平截面。水平寬度是垂 直于被拉長(zhǎng)的方向的方向的金屬通路孔的橫向尺寸，其隨距各多個(gè)金屬通路孔690W的中 心點(diǎn)的距離d單調(diào)減小。中心點(diǎn)可以是各多個(gè)金屬通路孔690W中金屬通路孔的水平區(qū)的 形狀的幾何中心。水平寬度可以沿多個(gè)金屬通路孔690W中各金屬通路孔的被拉長(zhǎng)的方向隨距中心 點(diǎn)的距離d步進(jìn)減小。多個(gè)金屬焊墊690W可以沿水平寬度的方向，即沿垂直于多個(gè)金屬通 路孔690W中金屬通路孔的長(zhǎng)度方向的方向，被布置為一維陣列。參考圖17，示出了本發(fā)明的第十實(shí)施例的第十典型結(jié)構(gòu)。第十典型結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于 第八實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690V或者對(duì)于第九實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690W替代以不 同類型的多個(gè)金屬通路孔690X而從第八和第九典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。圖17是對(duì)應(yīng)于第八典型結(jié) 構(gòu)的圖15C或者第九實(shí)施例的圖16C的平面中第十典型結(jié)構(gòu)的水平截面圖。多個(gè)第十實(shí)施例的金屬通路孔690X被布置為二維陣列，該二維陣列包括在中心 區(qū)CR下面的中心點(diǎn)相互交叉的徑向方向的多個(gè)一維陣列。多個(gè)金屬通路孔690X的相鄰金 屬通路孔之間的間距在各多個(gè)一維陣列中在中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面小。中心 區(qū)CR和周邊區(qū)ra之和與金屬焊墊690和C4球699之間的總接觸面積相同(見(jiàn)圖15A和 16A)。參考圖18，示出了根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施例的第十一典型結(jié)構(gòu)。第十一典型 結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于第八實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690V或者對(duì)于第九實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔 690W替代以不同類型的多個(gè)金屬通路孔690Y而從第八或第九典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。圖18是對(duì) 應(yīng)于第八典型結(jié)構(gòu)的圖15C或者第九實(shí)施例的圖16C的平面中第十一典型結(jié)構(gòu)的水平截面 圖。第十一實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690Y被布置為二維陣列，其中相鄰?fù)房字g 的間距在兩個(gè)方向中被調(diào)制。此外，在一方向中的間距可以取決于沿水平截面的平面內(nèi)的 另一方向的坐標(biāo)。金屬通路孔之中的間距的二維調(diào)制被實(shí)現(xiàn)，使得多個(gè)金屬通路孔690Y在 金屬焊墊690的中心區(qū)CR下面比在金屬焊墊690的周邊區(qū)下面具有更高的水平截面的面 密度。中心區(qū)CR和周邊區(qū)I3R之和與金屬焊墊690和C4球699之間的總接觸區(qū)相同(見(jiàn) 圖 15A 和 16A)。參考圖19，示出了根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施例的第十二典型結(jié)構(gòu)。第十二典型 結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)于第八實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690V或者對(duì)于第九實(shí)施例的多個(gè)金屬通路孔690W替代以不同類型的多個(gè)金屬通路孔690Z而從第八或第九典型結(jié)構(gòu)導(dǎo)出。圖19是對(duì) 應(yīng)于第八典型結(jié)構(gòu)的圖15C或者第九實(shí)施例的圖16C的平面中第十二典型結(jié)構(gòu)的水平截面 圖。多個(gè)金 屬通路孔690Z包括具有不同尺寸的金屬通路孔。具體地，位于中心區(qū)CR 下面的金屬通路孔比位于周邊區(qū)PR下面的金屬通路孔具有更大的水平截面。多個(gè)金屬通 路孔690Z中金屬通路孔的尺寸沿一方向(例如，沿平面A-A’的方向)或者隨距中心點(diǎn)徑 向二維地變化。在上面所述的所有實(shí)施例中，多個(gè)金屬通路孔(690V、690W、690X、690Y、或690Z) 的導(dǎo)電區(qū)的面密度在金屬焊墊690和C4球之間的接觸區(qū)的中心區(qū)下面比在周邊區(qū)ra下面 大。優(yōu)選多個(gè)金屬通路孔的電阻大于金屬線結(jié)構(gòu)670A的電阻。多個(gè)金屬通路孔的電阻典 型地是金屬線結(jié)構(gòu)670A的電阻的1. 0至40倍，并且優(yōu)選從3至10倍大，盡管在此也考慮 較小或者較大的倍數(shù)。提供在中心區(qū)CR下面比在周邊區(qū)ra下面大的導(dǎo)電區(qū)的面密度的效應(yīng)是引導(dǎo)較高 份額的電流穿過(guò)金屬線結(jié)構(gòu)670A至C4球699的內(nèi)部并且減小沿C4球699的表面的電流。 該電流的再分布具有使穿過(guò)C4球699的電流密度相等的效應(yīng)，由此減小了半導(dǎo)體芯片工作 期間C4球699中的電遷移。參考圖20，示出了形成本發(fā)明的第八典型結(jié)構(gòu)的方法。至少一半導(dǎo)體裝置612形 成于本領(lǐng)域中所熟知的襯底610中。襯底610可以是上述的半導(dǎo)體襯底。至少一電介質(zhì)層620和金屬互連結(jié)構(gòu)通過(guò)沉積和構(gòu)圖的連續(xù)的半導(dǎo)體工藝步驟 而形成。金屬互連結(jié)構(gòu)可以包括互連層金屬通路孔622、互連層金屬線624、和最頂上的互 連通路孔50。最頂上的互連通路孔通過(guò)形成通路孔進(jìn)入至少一電介質(zhì)層620的最頂上的 表面并且例如通過(guò)電鍍、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、無(wú)電鍍、或者其組合來(lái) 沉積金屬而形成。進(jìn)行平坦化工藝以便去除至少一電介質(zhì)層620的最頂上的表面上面的金 屬。金屬的保留的部分構(gòu)成最頂上的互連通路孔50，它們具有與至少一電介質(zhì)層620的最 頂上的表面共面的頂表面。線層電介質(zhì)層660被沉積于最頂上的互連通路孔50和至少一電介質(zhì)層620的頂 上。凹入?yún)^(qū)通過(guò)光刻構(gòu)圖并且用導(dǎo)電金屬填充而形成于下層電介質(zhì)層660中。導(dǎo)電金屬被 平坦化以便形成金屬線結(jié)構(gòu)670A。選擇性地，可以同時(shí)形成上層金屬布線670B。參考圖21，鈍化電介質(zhì)層680被沉積和構(gòu)圖以便在金屬線結(jié)構(gòu)670A上方在其中形 成多個(gè)開(kāi)口。參考圖22，金屬焊墊690通過(guò)沉積例如鋁層的金屬層并且光刻構(gòu)圖金屬層而形 成。金屬焊墊690的區(qū)域包括鈍化電介質(zhì)層680中的整個(gè)開(kāi)口區(qū)。在鈍化電介質(zhì)層的頂表 面的層下面延伸的金屬焊墊的部分構(gòu)成多個(gè)金屬通路孔690V。多個(gè)金屬通路孔690V和上 平面部是金屬焊墊690內(nèi)的多個(gè)金屬通路孔690V的互補(bǔ)，且同時(shí)形成。參考圖23，電介質(zhì)掩模層695被沉積于金屬焊墊690和鈍化電介質(zhì)層680上方。 電介質(zhì)掩模層695中的開(kāi)口形成于金屬焊墊690的區(qū)域內(nèi)。隨后，C4球699被放置于金屬 焊墊690的被暴露的表面上從而形成在圖15A-15D中所示出的結(jié)構(gòu)。盡管第八典型結(jié)構(gòu)被采用以便示出制造根據(jù)本發(fā)明的第八典型結(jié)構(gòu)的方法，但是 相同的方法也可以被用于形成根據(jù)本發(fā)明的其它所有實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)根據(jù)具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是顯然考慮到前面的描述對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯見(jiàn)許多替代、改進(jìn)和變更。因而，本發(fā)明試圖涵蓋所有這樣的落在本發(fā)明和 所附權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的替代、改進(jìn)和變更。
權(quán)利要求
一種結(jié)構(gòu)，包括布置于金屬互連結(jié)構(gòu)上方的金屬焊墊；鄰接所述金屬焊墊的上層金屬線結(jié)構(gòu)；位于所述上層金屬線結(jié)構(gòu)下面的下層金屬線結(jié)構(gòu)；和金屬通路孔組，其中所述金屬通路孔組在所述金屬焊墊的中心區(qū)下面比在所述金屬焊墊的周邊區(qū)下面具有更高的水平截面的面密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中在所述金屬通路孔組中的各金屬通路孔垂直鄰接所述 上層金屬線結(jié)構(gòu)和所述下層金屬線結(jié)構(gòu)，其中所述金屬焊墊包括鋁并且各所述上層金屬線 結(jié)構(gòu)，所述金屬通路孔組，和所述下層金屬線結(jié)構(gòu)包括銅，并且其中所述金屬焊墊包括上平 面部和向下延伸并且鄰接所述上層金屬線結(jié)構(gòu)的至少一通路孔部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬通路孔組包括基本相同尺寸的金屬通路孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中至少一些所述基本相同尺寸的所述金屬通路孔被布置 為一維陣列，其中相鄰金屬通路孔之間的間距在所述中心區(qū)下面比在所述周邊區(qū)下面小。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中所述基本相同尺寸的所述金屬通路孔被布置為具有相 同取向的多個(gè)一維陣列，其中相鄰金屬通路孔之間的間距在各所述多個(gè)一維陣列的中心部 比端部中小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中在所述金屬通路孔組中的各金屬通路孔具有圓或矩形 的截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬通路孔組中的各金屬通路孔具有被拉長(zhǎng)的水 平截面，并且其中水平寬度隨在各所述金屬通路孔組中距中心點(diǎn)的距離而單調(diào)減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)，其中所述水平寬度沿被拉長(zhǎng)方向隨距所述中心點(diǎn)的距離而 步進(jìn)減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬通路孔組沿所述水平寬度的方向被布置為一 維陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬通路孔組被布置為二維陣列，其中相鄰金屬 通路孔之間的第一間距沿第一方向在所述中心區(qū)下面比在所述周邊區(qū)下面小。
11.一種結(jié)構(gòu)，包括一體構(gòu)造并且布置于金屬互連結(jié)構(gòu)上方并且包括上平面部和向下延伸的多個(gè)金屬通 路孔的金屬焊墊；和鄰接所述多個(gè)金屬通路孔的底表面的金屬線結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)金屬通路孔在所述金 屬焊墊的中心區(qū)下面比在所述金屬焊墊的周邊區(qū)下面具有更高的水平截面的面密度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)金屬通路孔中的各金屬通路孔垂直鄰接所 述金屬線結(jié)構(gòu)，并且其中所述金屬焊墊包括鋁，并且所述金屬線結(jié)構(gòu)包括銅。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)金屬通路孔包括基本相同尺寸的金屬通路孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中至少一些所述基本相同尺寸的金屬通路孔被布置為 一維陣列，其中相鄰金屬通路孔之間的間距在所述中心區(qū)下面比在所述周邊區(qū)下面小。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述基本相同尺寸的金屬通路孔被布置于具有相同 取向的多個(gè)一維陣列，其中相鄰金屬通路孔之間的間距在所述多個(gè)一維陣列的中間部比端部小。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中在所述多個(gè)金屬通路孔中的各金屬通路孔具有圓或 者矩形的截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中在所述多個(gè)金屬通路孔中的各金屬通路孔具有被拉 長(zhǎng)的水平截面，并且其中水平寬度隨距各所述多個(gè)金屬通路孔中的中心點(diǎn)的距離而單調(diào)減
18.根據(jù)權(quán)利要求17的結(jié)構(gòu)，其中所述水平寬度沿拉長(zhǎng)方向隨距所述中心點(diǎn)的距離步 進(jìn)減小。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)金屬通路孔沿所述水平寬度的方向被布置 為一維陣列。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)金屬通路孔被布置為二維陣列，其中相鄰 金屬通路孔之間的第一間距沿第一方向在所述中心區(qū)下面比在所述周邊區(qū)下面小。
全文摘要
在一實(shí)施例中，金屬結(jié)構(gòu)的焊墊下組件直接位于金屬焊墊下面。焊墊下組件包括鄰接所述金屬焊墊的上層金屬線結(jié)構(gòu)，位于上層金屬線結(jié)構(gòu)下面的下層金屬線結(jié)構(gòu)，和提供位于上層金屬線結(jié)構(gòu)和下層金屬線結(jié)構(gòu)之間的電連接的金屬通路孔組。在另一實(shí)施例中，通過(guò)采用一組集成的金屬通路孔的金屬焊墊結(jié)構(gòu)，金屬通路孔被分段并且被分布從而促進(jìn)C4球內(nèi)均勻的電流密度分布，C4球的可靠性被提高。多個(gè)金屬通路孔的截面的面密度在金屬焊墊的中心部比在金屬焊墊的平面部的周邊部高。
文檔編號(hào)H01L23/485GK101866898SQ201010163868
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者史蒂文·L·賴特, 埃德蒙·斯普羅吉斯, 沃爾夫?qū)どＬ? 蒂莫西·D·蘇里萬(wàn), 蒂莫西·H·多本斯佩克 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司