半導(dǎo)體器件的金屬化的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的金屬化堆疊，包括制造此種金屬化堆疊的方法。本發(fā)明還涉及一種包括此金屬化堆疊的靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)保護(hù)器件，以及更具體地，包括該ESD保護(hù)器件的數(shù)據(jù)線或數(shù)據(jù)接口。
【背景技術(shù)】
[0002]在特定的半導(dǎo)體器件中，固有的寄生電容可能是影響器件性能的一個問題。這種寄生電容可能是半導(dǎo)體管芯的結(jié)電容(亦稱管芯電容)、接觸墊電容、以及金屬堆疊電容的組合的結(jié)果。管芯電容常常是主要的，其可能是由于管芯中的P-N結(jié)的電容效應(yīng)引起的。接觸墊電容可能是由于管芯上的接合墊相對于管芯襯底的電容而引起的。金屬堆疊電容可能是由垂直的金屬堆疊之間的電容引起的，垂直的金屬堆疊稱為金屬化層，其將接合墊連接到半導(dǎo)體器件上的外部連接(亦稱引腳)。如此，金屬化層可視為電容器的極板，其間的氧化物層作為介電層。例如，在ESD保護(hù)器件，特別是用于高速率數(shù)據(jù)互連/接口的保護(hù)的ESD保護(hù)器件，例如USB3.1或HDMI中，需要低電容(通常約250fF)，從而保護(hù)器件不會與互連/接口的正常運行相干涉。此ESD保護(hù)器件可能使用半導(dǎo)體控制整流器(SemiconductorControlled Rectifier，SCR)，以及在典型的結(jié)構(gòu)中，SCR可形成在約200 Ω cm的P型襯底上。該襯底可形成約ISOfF量級的結(jié)電容，并且以以上所述的高速率數(shù)據(jù)互連/接口的250fF為例，其接觸墊電容和金屬堆疊電容限制為約70fF。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)各實施方式，提供一種包括金屬化堆疊的半導(dǎo)體器件。該金屬化堆疊包括:第一金屬化層與第二金屬化層，其中第一金屬化層通過多個堆疊的金屬間通孔而電連接到第二金屬化層。
[0004]第一金屬化層可布置為連接到半導(dǎo)體管芯，第二金屬化層可布置為形成接合墊，以向器件管芯傳送電流。
[0005]各實施方式可進(jìn)一步包括接觸通孔，布置為將第一金屬化層電連接到半導(dǎo)體管芯的歐姆接觸。
[0006]第一金屬化層的垂直厚度可小于第二金屬化層的垂直厚度。
[0007]多個堆疊的金屬間通孔可包括第一金屬間通孔與第二金屬間通孔。
[0008]第一金屬間通孔與第二金屬間通孔直接連接，而沒有中間連接。第一金屬間通孔可鄰接于第二金屬間通孔。
[0009]各實施方式還涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，半導(dǎo)體器件包括金屬化堆疊，該方法包括:形成第一金屬化層與第二金屬化層；通過多個堆疊的金屬間通孔將第一金屬化層連接到第二金屬化層，從而第一金屬化層通過多個堆疊的金屬間通孔與第二金屬化層電接觸。
[0010]第一金屬化層可形成為連接到半導(dǎo)體管芯，第二金屬化層形成接合墊，以向器件管芯傳送電流。
[0011]接觸通孔可布置為將第一金屬化層電連接到半導(dǎo)體管芯的接觸。
[0012]第一金屬化層的垂直厚度可小于第二金屬化層的垂直厚度。
[0013]多個堆疊的金屬間通孔可形成為第一金屬間通孔與第二金屬間通孔。第一金屬間通孔和第二金屬間通孔形成為直接連接，而沒有中間連接。
[0014]各實施方式涉及包括根據(jù)各實施方式的半導(dǎo)體器件的靜電放電(ESD)保護(hù)器件。
[0015]各實施方式涉及包括根據(jù)各實施方式的ESD保護(hù)器件的數(shù)據(jù)傳輸線或數(shù)據(jù)傳輸接口。
【附圖說明】
[0016]以下將結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施方式進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中:
[0017]圖1示出了一種半導(dǎo)體器件金屬化堆疊，具有中間和最終金屬層，以及其間的互連通孔；
[0018]圖2所示的是圖1的金屬化堆疊中金屬層之間的電容；
[0019]圖3示出了一種半導(dǎo)體器件金屬化堆疊，具有金屬層和其間的互連通孔；
[0020]圖4所示的是圖3的金屬化堆疊中金屬層之間的電容；
[0021]圖5示出了半導(dǎo)體器件中(測得的)結(jié)電容加上金屬電容隨陰極與陽極之間的水平距離Wnp ( μ m)的變化；
[0022]圖6-1至圖6-6示出了制造圖3中半導(dǎo)體器件的工藝。
[0023]在附圖和以下的說明中，相同的標(biāo)記指代的是相同的特征。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了一種半導(dǎo)體器件100的垂直金屬化堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖，如下所述，其可以由通孔和金屬化層的交替垂直結(jié)構(gòu)而構(gòu)成。該半導(dǎo)體器件100可以包括半導(dǎo)體器件管芯110，半導(dǎo)體器件管芯具有一組充分重?fù)诫s的擴(kuò)散而形成歐姆接觸112。各歐姆接觸可以連接到半導(dǎo)體器件的相應(yīng)的陰極和陽極，例如ESD保護(hù)器件的陰極和陽極，從而定義結(jié)寬度Wnp0
[0025]第一組通孔120，亦稱為接觸，可將歐姆接觸112的每一組電連接到相應(yīng)的第一金屬化層122，以將第一組通孔120接觸進(jìn)入金屬化結(jié)構(gòu)中。第一金屬化層120可以通過層間介質(zhì)140與半導(dǎo)體器件管芯110相隔開。
[0026]第二組通孔124可以將相對應(yīng)的第一金屬化層120電連接到第二金屬化層126，第二金屬化層126作用為路由層。第一金屬化層120可以通過金屬間介質(zhì)142與第二金屬化層126相隔開。
[0027]第三組通孔128可以將相對應(yīng)的第二金屬化層126電連接到第三金屬化層130。第二金屬化層126可以通過金屬間介質(zhì)144與第三金屬化層130相隔開。
[0028]第四組通孔132可以將相對應(yīng)的第三金屬化層130電連接到第四金屬化層134(稱為分布層)，第四金屬化層134作用為將電流送到器件而不引起電流瓶頸。第四金屬化層134支撐最終器件的接合墊。第三金屬化層130可以通過金屬間介質(zhì)146與第四金屬化層134相隔開?？梢岳斫獾氖牵谝唤饘倩瘜?20可稱為“金屬1”，第二金屬化層126稱為“金屬2”，第三金屬化層130稱為“金屬3”，第四金屬化層134稱為“金屬4”。
[0029]最終氧化物層148和氮化物層150形成在垂直金屬化堆疊結(jié)構(gòu)上，以保護(hù)半導(dǎo)體器件100?？梢栽谧罱K鈍化層148和氮化物層150中形成開窗，以使接觸層152可以形成在第四金屬化層134上。接觸層152可以是任何合適的電傳導(dǎo)接觸材料(如凸塊下金屬化或Cu/Sn柱)，以使半導(dǎo)體器件可以被連接到例如印刷電路板和/或進(jìn)一步的外部電路(圖未示)O
[0030]通常地，通孔的垂直厚度可以在600nm至100nm之間。典型地，所述通孔可以由任何合適的金屬，如媽W(xué)或招Al來形成。金屬間介質(zhì)和層間介質(zhì)的垂直厚度可以在1340nm至3300nm之間。典型地，金屬層的垂直厚度可以在900nm至2000nm之間。更具體地，第一金屬化層122的垂直厚度可以是900nm。第一金屬化層可以由鈦鎳、TiN、或鈦鋁Ti/Al堆疊來形成。第二、第三、和第四金屬化層126、130、134的垂直厚度可以是2000nm。第二、第三和第四金屬化層可以由鈦鎳、TiN或鈦鋁Ti/Al堆疊來形成。第二、第三和第四金屬化層的厚度可以大于第一金屬化層的厚度。在本示例中，第三、第三、和第四金屬化層的厚度大于第一金屬化層的厚度的兩倍。
[0031]圖2所示的是圖1中的堆疊的層內(nèi)電容。形成第一金屬化層120的每個金屬層之間的電容由Cml表不。形成第二金屬化層126的每個金屬層之間的電容由Cm2表不。形成第三金屬化層130的每個金屬層之間的電容由Cm3表示。形成第四金屬化層134的每個金屬層之間的電容由Cm4表示。每個金屬層的各個電容都貢獻(xiàn)給金屬堆疊電容，以及整體的器件電容。除了層內(nèi)電容以外，層間電容，例如第一金屬化層122和第二金屬化層126之間的電容Cm2ml，也貢獻(xiàn)給金屬堆疊電容。每一層的電容都是各層的厚度以及各層中金屬間距離的函數(shù)，可以看到的是，電容Cm4(或Cm3、Cm2)小于Cml。
[0032]圖3所示的是根據(jù)一種實施方式的半導(dǎo)體器件300的垂直金屬化堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖。該半導(dǎo)體器件300可以包括半導(dǎo)體器件管芯310，其具有一組歐姆接觸312。
[0033]各歐姆接觸可以連接到半導(dǎo)體器件的相應(yīng)的陰極和陽極，例如ESD保護(hù)器件的陰極和陽極，從而定義結(jié)寬度Wnp。
[0034]第一組通孔320，亦稱為接觸，可將歐姆接觸312的每一組電連接到相應(yīng)的第一金屬化層321。第一金屬化層可以比其后的金屬層薄，因為其通常分布于較大的面積。第一金屬化層321可以通過層間介質(zhì)340與半導(dǎo)體器件管芯310相隔開。
[0035]第二組通孔324可以電連接到第三組通常328。這樣，第二和第三組通孔可以認(rèn)為是垂直堆疊的，并且電性地、機(jī)械地彼此相連接，而沒有任何中間連接。第二組通孔可以連接到第一金屬化層321的相對應(yīng)的上表面。第三組通孔328可以連接到第二金屬化層334的相對應(yīng)的下表面。從而，第一金屬化層321可以通過第二和第三組通孔324、328而直接接觸第二金屬化層334。
[0036]第一金屬化層321可以通過層間介質(zhì)340與半導(dǎo)體器件管芯310相隔開。第一和第二金屬化層可以通過金屬間介質(zhì)