[发明专利]与铜焊接相容的焊接垫板结构和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及将半导体器件焊接到衬底上的焊接垫板结构和方法，特别涉及一种跟铜焊接相容的焊接垫板结构以及一种将铜焊线焊接到半导体器件上而能避免损伤器件包装层和埋在底下的器件结构的方法。

背景技术

常规焊接方法采用Al或者Au焊线将半导体器件连接到诸如铅框这样的衬底上。Al受到具有高电阻的缺点的制约，而Au越来越贵。

Cu焊线被认为是Al和Au焊线的不贵的替代品。Cu不贵、容易得到、而且有低电阻。虽然如此，对Cu焊线的需求却不高。毕竟，Cu焊线比起Al或者Au焊线都来得硬，采用铜提出了一系列挑战性问题是现有技术难以满意解决的。

因为Cu和Cu合金比常规焊线要硬，采用Cu和Cu合金焊线来焊接，可能导致半导体器件的损伤，或者导致构成器件焊接垫板的包装层的损伤。参照图1所示的现有技术的示范性例子，半导体器件100包括含有在其中形成了半导体器件(未显示)的衬底110。衬底110可用Si形成，而半导体器件可包括有功MOSFET。在Al、AlCu、或AlSiCu电极金属层130底下设置TiNi势垒金属层120。可在用氮氧化合物或富硅的氮氧化合物形成的钝化层150上形成图形来构成焊接垫板140。焊接垫板140可包括含MOSFET源极的焊接垫板。

在图2和图3上显示了焊接在焊接垫板140上的Cu焊线200。如图3所示，Cu焊线200已穿进电极金属层130，而且部分穿进势垒金属层120。对势垒金属层120的损伤可导致结漏电和/或器件随时故障。在极端情况下(未显示)，Cu焊线200会完全穿进势垒金属层120，并损伤半导体器件。

为了对付这个问题，现有技术采用很厚的电极金属层130。典型厚度比3微米大得多，通常为6微米。这种技术的缺点在于增多了所用的材料及制造成本，并使得器件互连的各细线的图形的形成极为困难。

所以在技术上就有需要解决跟铜焊接相容的焊接垫板结构和相应的不会损伤势垒金属层或下埋的器件结构的方法。在技术上也有需要解决能实现低接触电阻的焊接垫板结构和相应的方法。在技术上还需要解决不额外增加加工成本的焊接垫板结构和相应方法。

发明内容

本发明提供一种跟铜焊接相容的焊接垫板结构及相应的将Cu焊线缓冲隔离于势垒金属层的方法，从而克服了现有技术的局限性。这种缓冲隔离作用是通过在焊接垫板上形成的过渡缓冲结构来实现的。该过渡缓冲结构包括一些电极金属区和一些用来缓冲隔离Cu焊线并保护势垒金属层的介电钝化材料区。过渡缓冲结构是通过构成图形并且在形成焊接垫板时在介电钝化层上蚀刻来制成的。

按照本发明的一个方面，一种器件焊接垫板包括由一些互连金属区和一些不导电钝化材料区形成的过渡缓冲结构，该过渡缓冲结构提供了对于该器件的下埋各层和结构的缓冲隔离作用。

按照本发明的另一方面，一种制造与Cu焊接相容的焊接垫板结构的方法包括下列步骤：(a)确定过渡缓冲结构的图形，(b)在介电钝化层上形成该过渡缓冲结构图形，以及(c)加工该过渡缓冲结构图形从而在焊接垫板上造成过渡缓冲结构。

按照本发明的还有一方面，一种跟Cu焊接相容的焊接垫板结构包括由一些互连金属区和一些不导电钝化材料区形成的过渡缓冲结构，其中的不导电钝化材料区是由介电钝化层来形成，而互连金属区则是在埋于介电钝化层之下的电极互连金属层上形成。

以上对本发明的较重要的特征给出了一个相当广泛的提纲，以便后面对本发明的详细描述得到较好理解，也为了让本发明对本技术领域的贡献得到较好赏识。

有鉴于此，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明并不局限于，如以下描述或图示所表达的，它对设计细节、部件安排、或者加工步骤的应用。本发明还可有另外的实施方案，可用各种方式来实践和执行。也应该理解，这里所用的措词和术语、以及摘要，都是为了描述的目的，而不应看成是限制性的。

所以，本领域的技术人员会赏识，为了实施本发明的各个目标，此处披露所依据的概念很容易用作别的方法和系统的设计基础。于是，重要的是，只要这些等价的方法和系统并不背离本发明的精神和范围，它们都被认为是由本发明的权利要求书所包含的。

附图说明

图1为现有技术焊接垫板截面图；

图2为图1的焊接垫板所带的Cu焊线的顶视图；

图3为图2所示的Cu焊线的截面图；

图4为按照本发明的过渡缓冲结构的顶视图；

图5为按照本发明图4的过渡缓冲结构的截面图；