[发明专利]半导体元件背面铜金属的改良结构及其加工方法

说明书

技术领域

本发明有关一种半导体元件背面铜金属的改良结构及其加工方法，尤指一种以铜金属层做为背面金属层，并以钯(Pd)金属层做为该背面金属种子层，且于两金属层之间增加一热膨胀缓冲层，使半导体元件具有耐高温操作的特性。

背景技术

半导体元件的加工当中通常会包含背面金属化的工艺，该背面金属化的工艺关系到半导体元件的抗折强度、散热以及接地等特性。图1为一现有半导体元件背面铜金属结构示意图，其中结构依次包含有一基板101、一扩散阻挡层105、一应力消除金属层107、一背面金属层109以及一抗氧化层111；其中该扩散阻挡层105是形成于该基板101之下，该扩散阻挡层105的材料为氮化钽(TaN)，主要功能在于阻挡其他金属材料扩散进入该基板101，进而对元件产生不利影响；该应力消除金属层107是形成于该扩散阻挡层105之下，该应力消除金属层107的材料为金(Au)，主要功能在于减缓或消除其下结构因不均匀的膨胀或收缩所导致的结构剥离；该背面金属层109的材料为铜(Cu)，其厚度需足够支持该基板101在封装时所受的应力，同时亦可帮助该基板101上的元件散热；该抗氧化层111的材料为金(Au)，可防止该背面金属层109氧化。

然而以氮化钽(TaN)做为扩散阻挡层、以金(Au)做为应力消除金属层、再以铜(Cu)做为背面金属层，此三层结构材料的选用对于半导体元件耐高温操作的表现并不尽理想；现今半导体元件的散热及耐高温特性是很重要的课题，若该元件的耐高温特性不理想，可能导致半导体元件因过热而受损，尤其当半导体元件有背面导孔时，通常背面导孔的深宽比都很大，在高温操作下，此三层结构较容易产生空隙、出现裂痕、剥离等现象，造成接地不良的状况，而使该半导体元件受损。

有鉴于此，本发明为了改善上述的缺点，本发明提出一种耐高温操作的半导体元件背面铜金属的改良结构及其加工方法，不但可以有效提升半导体元件的耐高温操作特性，降低元件因过热而受损的机率，同时又可改善芯片的导热效果，并且降低材料成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种半导体元件背面铜金属的改良结构及其加工方法，有助于提升元件的耐高温操作特性。

为了达到上述的目的，本发明提供的半导体元件背面铜金属改良结构，由上而下依序包括有一主动层、一基板、一背面金属种子层、至少一热膨胀缓冲层、一背面金属层；

其中该主动层是包含有至少一集成电路；

其中该背面金属种子层的材料为钯(Pd)；

其中该背面金属层的材料为铜(Cu)；以及

其中该热膨胀缓冲层的热膨胀系数是介于该背面金属种子层以及该背面金属层之间。

于实施时，前述的该热膨胀缓冲层的材料为镍(Ni)、银(Ag)以及镍的合金。

于实施时，前述的该热膨胀缓冲层的厚度是在大于0.01μm小于5μm之间。

于实施时，亦可在上述的结构当中，于该背面金属层的下方，进一步覆盖至少一抗氧化金属层。

于实施时，前述抗氧化金属层的材料为镍(Ni)、金(Au)、钯(Pd)、或镍金、镍钯、钯金的合金。

本发明亦提供一种耐高温操作的半导体元件背面铜金属化改良结构的加工方法，包括以下步骤：

于一基板正面，形成一主动层，且该主动层是包含有至少一集成电路；

于该基板背面，以曝光显影及蚀刻技术制作出所需数量的背面导孔；

于该基板背面镀上一背面金属种子层，使该背面金属种子层覆盖住该基板背面以及该背面导孔的孔壁，且该背面金属种子层的材料为钯(Pd)；

镀上至少一热膨胀缓冲层，使该热膨胀缓冲层覆盖住该背面金属种子层；以及

镀上一背面金属层，使该背面金属层覆盖住该热膨胀缓冲层，且该背面金属层的材料为铜(Cu)；

其中该热膨胀缓冲层的热膨胀系数是介于该背面金属种子层以及该背面金属层之间。

于实施时，前述的该热膨胀缓冲层的材料为镍(Ni)、银(Ag)以及镍的合金。

于实施时，前述的该热膨胀缓冲层的厚度是在大于0.01μm小于5μm之间。

于实施时，亦可在该背面金属层的下方，以曝光显影技术定义出至少一街道状金属层凹槽的位置；接着对该背面金属层进行蚀刻，使该蚀刻终止于该热膨胀缓冲层，进而制作出街道状金属层凹槽；最后镀上至少一抗氧化金属层，使该抗氧化金属层覆盖住该背面金属层以及该街道状金属层凹槽，以防止该背面金属层被氧化。