焊盤結構、其制作方法及半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及半導體制造領域，具體而言，涉及一種焊盤結構、其制作方法及半導體 器件。
【背景技術】
[0002] 隨著電子設備的廣泛應用，半導體的制造工藝得到了飛速地發(fā)展。在半導體的制 造流程中，隨著半導體器件的特征尺寸進一步縮小，互連結構的RC延遲成為了影響電路速 度的主要因素，為了改善這一點，通常以Cu/低K介質形成銅金屬互連結構。相比于其他金 屬制作的金屬互連結構，這種銅金屬互連結構的電阻率較低、導電性更好。然而，銅又是導 致半導體器件失效的元兇。這主要是由于銅是一種重金屬，在高溫和電場的作用下，其可以 在半導體器件中快速擴散，引起器件可靠性方面的問題。特別地，由于銅的擴散，經(jīng)常會對 焊盤結構造成損壞，使器件在后期的引線鍵合測試中的通過率下降。
[0003] 為解決焊盤結構中銅擴散的問題，業(yè)界通常在銅金屬區(qū)上形成擴散阻擋層，一般 以TaN等致密的材料作為擴散阻擋層材料，以防止金屬區(qū)中的銅原子擴散到上方的鋁焊墊 中。然而，隨著半導體器件集成度越來越高，金屬區(qū)變得更細、更窄、更薄。相應地，器件的 電流密度越來越大。在較高的電流密度作用下，金屬區(qū)的銅原子依然會穿過阻擋層并向焊 墊擴散。另外，制作半導體器件時通常需要一段高溫制程，溫度約為400°C。在這樣的高溫 下，金屬區(qū)的銅原子的擴散活性更高，有時甚至會沖破阻擋層，最終造成引線鍵合測試中的 失敗率升高。
[0004] 在此基礎上，需要一種更加可靠的方案，以解決現(xiàn)有半導體器件的焊盤結構中，金 屬區(qū)的金屬原子向焊墊中擴散的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 本申請旨在提供一種焊盤結構、其制作方法及半導體器件，以解決現(xiàn)有技術中金 屬區(qū)的金屬原子向焊墊中擴散的問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種焊盤結構，其包括金屬擴 散緩沖層、第一擴散阻擋層及焊墊；其中，金屬擴散緩沖層覆于金屬互連結構中金屬區(qū)的 表面上；第一擴散阻擋層覆于金屬擴散緩沖層的表面上；焊墊覆于第一擴散阻擋層的表面 上。
[0007] 進一步地，金屬擴散緩沖層是通過在金屬區(qū)的表面上沉積金屬Ti形成的Ti擴散 緩沖層。
[0008] 進一步地，第一擴散阻擋層為TaN阻擋層；第一擴散阻擋層和金屬擴散緩沖層的 厚度之和為45()~750A，第一擴散阻擋層與金屬擴散緩沖層的厚度之比為0.5~1:1。
[0009] 進一步地，焊盤結構還包括第二擴散阻擋層，第二擴散阻擋層設置在第一擴散阻 擋層和焊墊之間。
[0010] 進一步地，焊盤結構還包括粘合層，粘合層設置在第一擴散阻擋層和第二擴散阻 擋層之間。
[0011] 進一步地，粘合層為Ti粘合層。
[0012] 進一步地，第二擴散阻擋層為TaN阻擋層或TiN阻擋層，優(yōu)選為TiN阻擋層。
[0013]進一步地，第二擴散緩沖層和粘合層的厚度之和為4(KM)00A，第二擴散阻擋層與 粘合層的厚度之比為1~2:1。
[0014]進一步地，金屬區(qū)的材料為金屬銅，焊墊的材料為金屬鋁。
[0015]根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種焊盤結構的制作方法，其包括以下步驟：提供 形成有金屬互連結構的襯底；在金屬互連結構的金屬區(qū)的表面上形成金屬擴散緩沖層；在 金屬擴散緩沖層的表面上形成第一擴散阻擋層；在第一擴散阻擋層的表面上形成焊墊，進 而形成焊盤結構。
[0016]進一步地，在形成焊墊的步驟之前，在第一擴散阻擋層的表面上形成第二擴散阻 擋層，然后在第二擴散阻擋層的表面上形成焊墊。
[0017]進一步地，在形成第二擴散阻擋層的步驟之前，在第一擴散阻擋層的表面上形成 粘合層，然后在粘合層的表面上形成第二擴散阻擋層。
[0018]根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種半導體器件，包括焊盤結構，其為上述的焊盤 結構。
[0019]應用本申請的焊盤結構、其制作方法及半導體器件，在金屬互連結構的金屬區(qū)上 設置了一層金屬擴散緩沖層。當金屬區(qū)中的金屬元素擴散至該金屬擴散緩沖層后，金屬元 素的擴散活性會大大下降，從而可以對金屬區(qū)中金屬元素的擴散起緩沖作用。在此基礎上， 通過在金屬擴散緩沖層上方設置第一擴散阻擋層，就能夠進一步阻止這些低活性的金屬元 素的擴散。通過這樣"先降活性"，"后防擴散"的方式，有利于更充分地阻止金屬區(qū)中的金 屬元素擴散至焊墊中，從而促使半導體器件在后期的引線鍵合測試中具有較高的通過率。
【附圖說明】
[0020] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示 意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0021] 圖1示出了根據(jù)本申請一種實施方式中的焊盤結構的示意圖；
[0022] 圖2示出了根據(jù)本申請另一種實施方式中的焊盤結構的示意圖；以及
[0023] 圖3示出了根據(jù)本申請又一種實施方式中的焊盤結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。
[0025]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根 據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式 也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0026]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如"在......之上"、"在......上 方"、"在......上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器 件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述 的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在 其他器件或構造上方"或"在其他器件或構造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件 或構造下方"或"在其他器件或構造之下"。因而，示例性術語"在......上方"可以包括 "在......上方"和"在......下方"兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位（旋轉 90度或處于其他方位），并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0027] 正如技術部分所描述的，現(xiàn)有的半導體器件的焊盤結構中，金屬區(qū)的銅原子容易 向焊墊中擴散。為了解決這一問題，本申請申請人提供了一種焊盤結構10,如圖1所示，其 包括：金屬擴散緩沖層110、第一擴散阻擋層120和焊墊130 ;其中，金屬擴散緩沖層110覆 于金屬互連結構中金屬區(qū)20的表面上，金屬擴散緩沖層110用于緩沖金屬區(qū)20中金屬元 素的擴散；第一擴散阻擋層120覆于金屬擴散緩沖層110的表面上，第一擴散阻擋層120用 于阻擋金屬區(qū)20中金屬元素的擴散；焊墊130覆于第一擴散阻擋層120的表面上。
[0028] 在半導體的正常工作中，由于金屬互連層處于導電狀態(tài)，導電生熱使得金屬互連 層的溫度較高。而較高的溫度下，金屬互連層中金屬區(qū)20的金屬元素容易向外擴散。本申 請所提供的上述焊墊結構10中，在金屬互連結構的金屬區(qū)20上設置了一層金屬擴散緩沖 層110。當金屬區(qū)20中的金屬元素擴散至該金屬擴散緩沖層110后，金屬元素的擴散活性 會大大下降，從而可以對金屬區(qū)20中金屬元素的擴散起緩沖作用。在此基礎上，通過在金 屬擴散緩沖層110上方設置第一擴散阻擋層120,就能夠進一步阻止這些低活性的金屬元 素的進一步擴散。通過這樣"先降活性"，"后防擴散"的方式，有利于更充分地阻止金屬區(qū) 20中的金屬元素擴散至焊墊130中，從而促使半導體器件在后期的引線鍵合測試中具有較 高的通過率。
[0029] 本申請上述焊盤結構10中，具體的金屬擴散緩沖層110只要能夠降低下方金屬區(qū) 20中金屬元素的擴散活性即可。一種優(yōu)選的實施方式中，上述金屬擴散緩沖層110是通過 在金屬區(qū)20的表面上沉積金屬Ti形成的Ti擴散緩沖層。在半導體器件的使用過程中，由 于電場的作用使得金屬區(qū)20中的金屬元素具備了一定的擴散活性。采用金屬Ti形成的Ti 擴散緩沖層，在后期器件的正常使用的過程中，能夠大幅降低擴散至Ti擴散緩沖層110中 的金屬區(qū)20中的金屬元素的擴散活性。這就有利于使位于上層的第一擴散阻擋層120有 效阻止這些低活性金屬元素的進一步擴散。其次，在形成焊盤結構之后，往往需要進行溫度 為400°C左右的Alloy(冶金）制程，以進行引線鍵合等封裝步驟。在這樣的高溫作用下，金 屬區(qū)20中的金屬元素具有較高的擴散活性。當高活性的金屬元素擴散至上述Ti擴散緩沖 層110后，會與Ti共同組成混和金屬層（例如Cu-Ti混和金屬層）。此時，擴散進入Ti擴 散緩沖層110的這些金屬元素的擴散活性會受到抑制，其擴散活性會大幅降低，從而有利 于使后續(xù)第一擴散阻擋層120對這些低活性金屬元素起到更好的阻擋效果。除此之外，Ti 擴散緩沖層與金屬區(qū)20之間具有較好的接觸性，能夠進一步提高焊盤結構110中各層之間 的連接性，并降低焊盤結構的整體應力，提高焊盤結構的可靠性。
[0030] 本申