引線焊墊結構及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種引線焊墊結構及其形成方法，引線焊墊結構中，引線焊墊覆蓋金屬線的頂端以及金屬線部分側表面，并通過金屬線與頂層金屬互連線連接；由于引線焊墊的邊緣形成封閉包圍金屬線頂部部分側表面的翻邊，因此，引線焊墊除了與其覆蓋的金屬線頂端端面之間存在粘附力之外，還會受到封閉包圍金屬線側表面的翻邊的約束應力，該約束應力的大小取決于翻邊的形變屈服應力和/或拉伸屈服應力，相應地，若要使引線焊墊從其覆蓋的金屬線端面翹起，則除了克服上述粘附力之外，還需要克服翻邊對引線焊墊產(chǎn)生的約束應力，從而避免了機械應力過大導致引線焊墊金屬剝落，造成半導體芯片報廢的問題。
【專利說明】
引線焊墊結構及其形成方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種引線焊墊結構及其形成方法。
【背景技術】
[0002]在集成電路(IC)封裝制造過程中，大多是以金線(gold wire)作為引線連接芯片(die)與載板，如圖1示出的現(xiàn)有引線焊墊結構，包括半導體芯片10，半導體芯片10包括位于最上層的電介質層11，電介質層11中形成有頂層金屬互連線12 ;在頂層金屬互連線12表面形成引線焊墊13 ;引線14通過打線(wire bonding)制程與引線焊墊13連接；在現(xiàn)有技術中，由于頂層金屬互連線12—般采用低電阻率的金屬銅，且出于與引線14良好的粘附性的考慮，引線焊墊13通常采用金屬鋁。
[0003]相較于金線，銅線(copper wire)具有低成本的優(yōu)勢且具有較佳的導電性、導熱性及機械強度，故銅制焊線的線徑可設計得更細且可提供較佳的散熱效率，因而目前逐漸以銅線取代傳統(tǒng)金線將其應用于半導體芯片的打線制程中。由于在向引線焊墊打線過程中，需要一定的機械應力使引線良好的粘附于引線焊墊，當采用銅線取代傳統(tǒng)金線進行打線時，由于銅線的熔融能力遠比金線差，因此，需要更大的機械應力才能保證銅線與引線焊墊的粘附力。但是，現(xiàn)有技術采用的引線焊墊結構中，鋁引線焊墊是通過沉積直接附著于頂層金屬互連線的水平表面，而鋁引線焊墊與金屬互連線之間的粘附性完全取決于兩者水平方向上的接觸面面積的大小，因此，在進行銅打線制程時，較大的機械應力會破壞引線焊墊與頂層金屬互連線之間的粘附力，導致引線焊墊破損，發(fā)生金屬剝落，從而造成半導體芯片的報廢。
[0004]現(xiàn)有技術中，為了阻止鋁引線焊墊與銅頂層金屬互連線之間相互擴散，常在鋁引線焊墊和銅頂層金屬互連線之間形成阻擋層，阻擋層通常采用金屬鉭或氮化鉭材料，可變相提高鋁引線焊墊與銅頂層金屬互連線之間的粘附特性，但是，基于如圖1所示的現(xiàn)有引線焊墊結構，其粘附力仍是完全由水平方向上的接觸面提供，當進行銅打線制程時，仍會出現(xiàn)鋁引線焊墊的金屬剝落，如圖2中A區(qū)域所示。因此，亟需提供一種新的引線焊墊結構，以避免現(xiàn)有技術中出現(xiàn)的技術問題。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種引線焊墊結構及形成方法，在實現(xiàn)銅制程打線工藝的同時，避免了由于使用銅制程打線時機械應力過大導致引線焊墊金屬剝落，造成半導體芯片報廢的問題。
[0006]本發(fā)明提供了一種引線焊墊結構形成方法，包括:
[0007]提供半導體芯片，所述半導體芯片具有位于最上層的電介質層，所述電介質層中形成有頂層金屬互連線；
[0008]在所述半導體芯片表面沉積鈍化層，并在所述鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線；
[0009]刻蝕所述鈍化層形成溝槽，以暴露所述金屬線的頂端以及部分側面；
[0010]在溝槽內沉積引線焊墊材料層，以覆蓋所述金屬線的頂端以及金屬線部分側面；
[0011]刻蝕所述引線焊墊材料層形成引線焊墊，所述金屬線部分嵌入所述引線焊墊。
[0012]進一步，在所述半導體芯片表面沉積鈍化層，并在所述鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線包括:
[0013]在所述半導體芯片表面沉積第一鈍化層，在所述第一鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線；
[0014]在所述第一鈍化層和所述金屬線頂端沉積第二鈍化層。
[0015]進一步，在所述第一鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線包括:
[0016]在所述第一鈍化層表面形成具有第一開口的第一圖案化光刻膠層，所述第一開口對準所述頂層金屬互連線的位置；
[0017]以所述第一圖案化光刻膠層為掩膜，對第一鈍化層進行刻蝕，形成暴露所述頂層金屬互連線的第一通孔；
[0018]在所述第一通孔中進行金屬沉積，以形成連接所述頂層互連線的金屬線。
[0019]進一步，刻蝕所述鈍化層形成溝槽，以暴露所述金屬線的頂端以及部分側面包括:
[0020]在所述第二鈍化層表面形成具有第二開口的第二圖案化光刻膠層，所述第二開口對準所述金屬線，且所述第二開口的寬度大于所述金屬線的寬度；
[0021]以所述第二圖案化光刻膠為掩膜，對第二鈍化層和第一鈍化層進行刻蝕，以形成暴露所述金屬線的頂端以及部分側面的溝槽。
[0022]進一步，以所述第二圖案化光刻膠為掩膜，對第二鈍化層和第一鈍化層進行刻蝕，以形成暴露所述金屬線的頂端以及部分側面的溝槽時，暴露的所述金屬線部分側面長度小于等于所述金屬線長度的1/2。
[0023]進一步，所述金屬線的材料為銅，在所述第一通孔中進行金屬沉積，以形成連接所述頂層互連線的金屬線包括:
[0024]在所述第一通孔中沉積銅籽晶層；
[0025]在所述銅籽晶層表面通過化學電鍍沉積銅，以填充所述第一通孔；
[0026]執(zhí)行化學機械研磨以暴露所述第一鈍化層表面。
[0027]進一步，刻蝕所述引線焊墊材料層形成引線焊墊包括在所述引線焊墊材料層表面形成第三圖案化光刻膠層，以第三圖案化光刻膠層為掩膜對所述引線焊墊材料層進行刻蝕，形成引線焊墊。
[0028]本發(fā)明還提供了一種引線焊墊結構，包括半導體芯片，所述半導體芯片具有位于最上層的電介質層，所述電介質層中形成有頂層金屬互連線；其中，所述半導體芯片表面形成有鈍化層，所述鈍化層中形成有與所述頂層金屬互連線連接的金屬線；所述鈍化層上設置有引線焊墊，所述金屬線部分嵌入引線焊墊。
[0029]進一步，所述鈍化層包括第一鈍化層和第二鈍化層，所述金屬線位于所述第一鈍化層之中，并貫穿所述第一鈍化層。
[0030]進一步，所述金屬線嵌入所述引線焊墊的深度小于等于所述金屬線長度的1/2。
[0031]進一步，所述頂層金屬互連線和金屬線的材料為銅，引線焊墊的材料為鋁。
[0032]在本發(fā)明提供的引線焊墊結構中，引線焊墊覆蓋金屬線的頂端以及金屬線部分側面，并通過金屬線與頂層金屬互連線連接，從而形成了嵌入引線焊墊的金屬線；因此，引線焊墊的邊緣形成封閉包圍金屬線頂部部分側面的翻邊，因此，引線焊墊除了與其覆蓋的金屬線頂端端面之間存在粘附力之外，還會受到封閉包圍金屬線側表面的翻邊的約束應力，該約束應力的大小取決于翻邊的形變屈服應力和/或拉伸屈服應力，相應地，若要使引線焊墊從其覆蓋的金屬線端面翹起，則除了克服上述粘附力之外，還需要克服翻邊對引線焊墊產(chǎn)生的約束應力，從而避免了機械應力過大導致引線焊墊金屬剝落，造成半導體芯片報廢的問題。
【附圖說明】
[0033]圖1為現(xiàn)有引線焊墊結構示意圖；
[0034]圖2為現(xiàn)有技術中金屬剝落電鏡圖；
[0035]圖3為本申請引線焊墊形成方法流程示意圖；
[0036]圖4a?4e為本申請引線焊墊結構形成方法流程結構示意圖。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0038]如圖3所示，本申請?zhí)峁┝艘环N引線焊墊形成方法，包括:
[0039]提供半導體芯片，半導體芯片具有位于最上層的電介質層，電介質層中形成有頂層金屬互連線；
[0040]在半導體芯片表面沉積鈍化層，并在鈍化層中形成與頂層金屬互連線連接的金屬線；
[0041]刻蝕鈍化層形成溝槽，以暴露金屬線的頂端以及部分側面；
[0042]在溝槽內沉積引線焊墊材料層，以覆蓋金屬線的頂端以及金屬線部分側面；
[0043]刻蝕引線焊墊材料層形成引線焊墊，金屬線部分嵌入引線焊墊。
[0044]以下結合附圖4a?4d對上述方法進行詳細描述:
[0045]如圖4a所示，首先提供半導體芯片20，半導體芯片20具有位于最上層的電介質層21，電介質層21中形成有頂層金屬互連線22 ;其中，電介質層21的材料優(yōu)選為低介電常數(shù)(1w-K)材料，頂層金屬互連線22的材料優(yōu)選為銅；
[0046]接著，在半導體芯片表面沉積第一鈍化層23，并在第一鈍化層23中形成與頂層金屬連線22連接的金屬線27 ;在第一鈍化層23和金屬線27頂端沉積第二鈍化層28。
[0047]在本實施例中，具體的實現(xiàn)方式參照圖4a?4c所示:
[0048]在半導體芯片表面沉積第一鈍化層23，并在第一鈍化層23表面形成具有第一開口 25的第一圖案化光刻膠層24，第一開口 25對準頂層金屬互連線22的位置；
[0049]參照圖4b，以第一圖案化光刻膠層24為掩膜，對第一鈍化層23進行刻蝕，形成底部暴露頂層金屬互連線22的第一通孔26 ;其中，刻蝕工藝可采用現(xiàn)有技術中慣用的濕法刻蝕或干法刻蝕，在此不做限定；
[0050]如圖4c所示，灰化去除第一圖案化光刻膠層24后，在第一通孔26中進行金屬沉積，以形成連接頂層互連線的金屬線27 ;在本實施例中，優(yōu)選金屬線27的材料為銅，在第一通孔26中進行銅沉積形成銅金屬線27可采用化學電鍍工藝，在第一通孔26中沉積銅籽晶層(未示出)后，在銅籽晶層表面通過化學電鍍沉積銅，以填充所述第一通孔26，最后執(zhí)行化學機械研磨以暴露第一鈍化層表面23 ;當然，也可以采用化學氣相沉積、物理氣相沉積等其他現(xiàn)有技術形成金屬線27，在此不再贅述；
[0051 ] 形成金屬線27后，參照圖4c，在本實施例中，在第一鈍化層23表面及金屬線27頂端沉積形成第二鈍化層28，此時第一鈍化層23和第二鈍化層28構成了引線焊墊結構的鈍化層。
[0052]繼續(xù)工藝流程，刻蝕由第一鈍化層23和第二鈍化層28組成的鈍化層形成溝槽，以暴露金屬線27的頂端以及部分側面；具體的，參照圖4c和4d，在第二鈍化層28表面形成具有第二開口 30的第二圖案化光刻膠層29，第二開口 30對準金屬線27，且第二開口 30的寬度大于金屬線27的寬度；以第二圖案化光刻膠29為掩膜，對第二鈍化層28和第一鈍化層23進行刻蝕，以形成暴露金屬線27的頂端27a以及部分頂部側表面27b的溝槽31 ;作為優(yōu)選的，暴露的金屬線27部分側面長度小于等于金屬線27長度的1/2，避免暴露過多的金屬線27后，金屬線27在后續(xù)打線制程時出現(xiàn)松動，提高金屬線27的固定作用。
[0053]如圖4e所示，沉積引線焊墊材料層填充溝槽31，以覆蓋金屬線27的頂端27a以及金屬線27部分頂部側表面27b ;最后，刻蝕引線焊墊材料層以形成期望形狀的引線焊墊32;其中，引線焊墊材料層優(yōu)選為金屬鋁，并且可通過在引線焊墊材料層表面形成第三圖案化光刻膠層(未示出)，以第三圖案化光刻膠層為掩膜對引線焊墊材料層進行現(xiàn)有工藝的干法刻蝕或濕法刻蝕以形成期望形狀的引線焊墊32，在此不再贅述。
[0054]依據(jù)本申請的方法，最終構造出的引線焊墊結構如圖4e所示，半導體芯片20表面形成有鈍化層23、28(鈍化層23、28雖然是通過兩次沉積形成，但從功能上而言二者均是作為引線焊墊結構的鈍化層)，鈍化層中形成有與頂層金屬互連線22連接的金屬線27 ;鈍化層上設置有引線焊墊32，金屬線27部分嵌入引線焊點32。由于金屬線27部分嵌入引線焊點32，引線焊墊32包括覆蓋金屬線27的頂端27a的本體32a以及覆蓋金屬線27部分頂部側表面27b的翻邊32b，因此，引線焊墊本體32a除了與其覆蓋的金屬線27頂端27a端面之間存在粘附力之外，還會受到封閉包圍金屬線側表面27b的翻邊32b的約束應力，該約束應力的大小取決于翻邊32b的形變屈服應力和/或拉伸屈服應力，相應地，若要使引線焊墊32從其覆蓋的金屬線27端面翹起，則除了克服上述粘附力之外，還需要克服翻邊32b對引線焊墊本體32a產(chǎn)生的約束應力，從而避免了機械應力過大導致引線焊墊金屬剝落，造成半導體芯片報廢的問題。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。
【主權項】
1.一種引線焊墊結構形成方法，其特征在于，包括: 提供半導體芯片，所述半導體芯片具有位于最上層的電介質層，所述電介質層中形成有頂層金屬互連線； 在所述半導體芯片表面沉積鈍化層，并在所述鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線； 刻蝕所述鈍化層形成溝槽，以暴露所述金屬線的頂端以及部分側面； 在溝槽內沉積引線焊墊材料層，以覆蓋所述金屬線的頂端以及金屬線部分側面； 刻蝕所述引線焊墊材料層形成引線焊墊，所述金屬線部分嵌入所述引線焊墊。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述半導體芯片表面沉積鈍化層，并在所述鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線包括: 在所述半導體芯片表面沉積第一鈍化層，在所述第一鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線； 在所述第一鈍化層和所述金屬線頂端沉積第二鈍化層。3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一鈍化層中形成與所述頂層金屬互連線連接的金屬線包括: 在所述第一鈍化層表面形成具有第一開口的第一圖案化光刻膠層，所述第一開口對準所述頂層金屬互連線的位置； 以所述第一圖案化光刻膠層為掩膜，對第一鈍化層進行刻蝕，形成暴露所述頂層金屬互連線的第一通孔； 在所述第一通孔中進行金屬沉積，以形成連接所述頂層互連線的金屬線。4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，刻蝕所述鈍化層形成溝槽，以暴露所述金屬線的頂端以及部分側面包括: 在所述第二鈍化層表面形成具有第二開口的第二圖案化光刻膠層，所述第二開口對準所述金屬線，且所述第二開口的寬度大于所述金屬線的寬度； 以所述第二圖案化光刻膠為掩膜，對第二鈍化層和第一鈍化層進行刻蝕，以形成暴露所述金屬線的頂端以及部分側面的溝槽。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，以所述第二圖案化光刻膠為掩膜，對第二鈍化層和第一鈍化層進行刻蝕，以形成暴露所述金屬線的頂端以及部分側面的溝槽時，暴露的所述金屬線部分側面長度小于等于所述金屬線長度的1/2。6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬線的材料為銅，在所述第一通孔中進行金屬沉積，以形成連接所述頂層互連線的金屬線包括: 在所述第一通孔中沉積銅籽晶層； 在所述銅籽晶層表面通過化學電鍍沉積銅，以填充所述第一通孔； 執(zhí)行化學機械研磨以暴露所述第一鈍化層表面。7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，刻蝕所述引線焊墊材料層形成引線焊墊包括在所述引線焊墊材料層表面形成第三圖案化光刻膠層，以第三圖案化光刻膠層為掩膜對所述引線焊墊材料層進行刻蝕，形成引線焊墊。8.一種引線焊墊結構，包括半導體芯片，所述半導體芯片具有位于最上層的電介質層，所述電介質層中形成有頂層金屬互連線，其特征在于，所述半導體芯片表面形成有鈍化層，所述鈍化層中形成有與所述頂層金屬互連線連接的金屬線；所述鈍化層上設置有引線焊墊，所述金屬線部分嵌入引線焊墊。9.根據(jù)權利要求8所述的結構，其特征在于，所述鈍化層包括第一鈍化層和第二鈍化層，所述金屬線位于所述第一鈍化層之中，并貫穿所述第一鈍化層。10.根據(jù)權利要求9所述的結構，其特征在于，所述金屬線嵌入所述引線焊墊的深度小于等于所述金屬線長度的1/2。11.根據(jù)權利要求10所述的結構，其特征在于，所述頂層金屬互連線和金屬線的材料為銅，引線焊墊的材料為鋁。
【文檔編號】H01L21/60GK105845659SQ201510019493
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月15日
【發(fā)明人】張賀豐, 侯大維
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司