專利名稱：半導體襯底上的鍵合接觸部位的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1前序部分所述的在半導體襯底上的具有增強結(jié)構(gòu)的鍵合接觸部位。
背景技術：
鍵合接觸部位通常由介電質(zhì)層、接觸層和金屬化層的層序組成。最上層，被稱為鍵合面(鍵合墊)，通過所謂的鍵合與“包裝”中的細導線電連接。已知的是，在鍵合過程期間通過鍵合毛細觸點施加在鍵合接觸部位上的機械負荷和超聲波應力可能導致形成裂紋直到位于其下面的介電質(zhì)斷裂、位于其下面的金屬結(jié)構(gòu)變形以及金屬結(jié)構(gòu)中的層脫離。這些鍵合故障可能作為焊口出現(xiàn)在鍵合接觸部位和位于其下面的層中并且通常在鍵合期間不是可見的，而是只有在接下來的拉力和剪切測試或可靠性測試期間才顯示出來。這些問題由于新的工藝選擇、如三層金屬化、芯片-平面化(化學-機械平面化) 和通過銅-鍵合導線替換金-鍵合導線而變得尖銳。已知的是，鍵合接觸部位為了改善其機械特性在橫向方向上均勻或周期地設有增強結(jié)構(gòu)。在EP 0 875 934 Bl中描述了具有至少一個介電質(zhì)層的鍵合接觸部位，它具有一個設有圖案的增強結(jié)構(gòu)，該增強結(jié)構(gòu)由相互連接的、例如格柵形設置的金屬化導線組成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是，給出一種上述形式的具有改善的特性的鍵合接觸部位，尤其在與銅鍵合的兼容性方面具有更高的可靠性，銅鍵合由于在鍵合時能量吸收更高而且工作溫度更高而需要堅固的且均勻的鍵合墊特性。該任務通過具有權利要求1特征的鍵合接觸部位解決。按照本發(fā)明的鍵合接觸部位規(guī)定在半導體襯底上具有增強結(jié)構(gòu)；至少一個設置在半導體襯底上的第一金屬層，用于接收具有圖案的增強結(jié)構(gòu)；一個作為具有鍵合面(鍵合墊)的鍵合接觸層設置在第一金屬層上方的第三金屬層，其中，在鍵合面下方且在第一金屬層上方設置有一個絕緣層，所述絕緣層伸出超過鍵合面的邊緣，從上方向鍵合面看去， 增強結(jié)構(gòu)在鍵合面下方在第一金屬層內(nèi)部構(gòu)成，以及增強結(jié)構(gòu)包括介電的島。這種在半導體襯底上的具有增強結(jié)構(gòu)的鍵合接觸部位包括至少一個設置在半導體襯底上的用于接收具有圖案的增強結(jié)構(gòu)的導電材料層和一個構(gòu)成為具有鍵合面(鍵合墊)的鍵合接觸層、設置在導電材料層上的金屬層，，該鍵合接觸部位按照本發(fā)明根據(jù)改進方案的特征在于，增強結(jié)構(gòu)由規(guī)則地設置的第一和第二形狀的島構(gòu)成，第一形狀的島格柵形地設置，分別在四個直接相鄰的、構(gòu)成格柵點的第一形狀的島之間設置有一個第二形狀的
4島，以及第二形狀的島構(gòu)成格柵形的結(jié)構(gòu)。通過按照本發(fā)明結(jié)構(gòu)化的導電材料層、優(yōu)選金屬如鋁或銅實現(xiàn)鍵合接觸部位的良好機械特性，由此更好地接收在鍵合時的力，以便由此抑制或者至少減小直至襯底上的裂紋形成。通過按照本發(fā)明有利改進方案框架形地包圍中心設置的增強結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)選在該框架形包圍的區(qū)域中通過設置在至少一個介電質(zhì)層中的敷鍍通孔(via)建立與鍵合接觸層的電接觸。因此，在通過鍵合受到機械負載的鍵合墊區(qū)域以外實現(xiàn)這些敷鍍通孔，這些敷鍍通孔在機械上起到不利作用，但是對于導電材料層的電連接是必需的。接收敷鍍通孔的介電質(zhì)層也在鍵合墊下面的區(qū)域沒有這種敷鍍通孔。因此，這種鍵合接觸部位特別適用于汽車應用，因為在增強結(jié)構(gòu)的區(qū)域中在其下面的半導體襯底中部實現(xiàn)有源的電子結(jié)構(gòu)元件。本發(fā)明的另一改進方案的特征在于，增強結(jié)構(gòu)具有一個由規(guī)則地設置的島構(gòu)成的圖案，導電材料層框架形地包圍增強結(jié)構(gòu)，以及導電材料層在邊緣區(qū)域中通過設置在至少一個介電質(zhì)層中的敷鍍通孔與鍵合接觸層電連接。因此在通過鍵合受到機械負載的鍵合墊區(qū)域以外實現(xiàn)所需的敷鍍通孔，它們在機械上起到不利作用，但是對于導電材料層的電連接是必需的。接收敷鍍通孔的介電質(zhì)層也在鍵合墊下面的區(qū)域中沒有這種敷鍍通孔。因此這種按照本發(fā)明的鍵合接觸部位特別適用于汽車應用，因為在增強結(jié)構(gòu)區(qū)域中在其下面的半導體襯底中不實現(xiàn)有源的電子結(jié)構(gòu)元件。按照改進方案在上述兩個解決方案中所述島以第一形狀和第二形狀構(gòu)成，其中第一形狀的島格柵形地設置，并且分別在四個相鄰的、形成格柵點的第一形狀的島之間設置有一個第二形狀的島，并且第二形狀的島同樣形成格柵形的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的改進方案中，所述第一形狀的島在導電材料層的平面中具有正方形或矩形的橫截面，由此能夠容易地制造這種島，因為在此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)四重旋轉(zhuǎn)對稱。在本發(fā)明另一擴展結(jié)構(gòu)中，所述第二形狀的島在導電材料層的平面中具有十字形的橫截面并因此形成同樣格柵形的、四重旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu)，從而由此產(chǎn)生的增強結(jié)構(gòu)圖案也是四重旋轉(zhuǎn)對稱的。在此優(yōu)選已經(jīng)證實特別有利的是，在導電材料層的平面中相鄰的第二形狀的島的邊界以及第一形狀的島與第二形狀的島之間的邊界具有一致的間距。因此在優(yōu)選由介電質(zhì)制成的增強結(jié)構(gòu)圖案的區(qū)域中、即在接收這個增強結(jié)構(gòu)的材料層的區(qū)域中介電質(zhì)含量與導電材料層的材料含量相比是主要的。以有利的方式按照本發(fā)明的改進方案設有另一導電材料層，它設置在具有增強結(jié)構(gòu)的導電材料層上并且具有中心設置的由介電質(zhì)制成的島，該島被導電材料層框架形地包圍。由此在本發(fā)明的這個改進方案中在鍵合墊下面的區(qū)域也保持沒有其它結(jié)構(gòu)。這樣產(chǎn)生的鍵合接觸部位具有在鍵合墊下面的、垂直于襯底表面平放的由介電質(zhì)制成的區(qū)域，這些區(qū)域在層序中不中斷。由此得到鍵合接觸部位直到材料彈性變形極限的承載能力。因此優(yōu)選在兩個導電材料層之間或者在鍵合墊與位于其下面的導電材料層之間的介電質(zhì)層以相同方式只在邊緣區(qū)域中具有對于電連接必需的敷鍍通孔。最后按照本發(fā)明的改進方案在兩個導電材料層之間設置一個介電質(zhì)層，它通過設置在邊緣區(qū)域中的敷鍍通孔使兩個導電材料層電連接。為了使實際的鍵合墊保持沒有會降低負荷能力的結(jié)構(gòu)，通過開孔在鈍化層中限定的鍵合墊沒有敷鍍通孔。按照本發(fā)明的改進方案，這些敷鍍通孔設置在鈍化層的邊緣區(qū)域中。此外特別有利的是，具有增強結(jié)構(gòu)的導電材料層以其它材料層和/或介電質(zhì)層為參照設置在襯底側(cè)，即，該導電材料層盡可能靠近襯底。由此通過這種結(jié)構(gòu)化的材料層截住可能出現(xiàn)的裂紋。導電材料層由金屬、優(yōu)選由鋁和/或銅產(chǎn)生，介電質(zhì)層中的敷鍍通孔為了電接通以金屬、優(yōu)選以鎢或鋁充滿。根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，鍵合接觸層的邊緣相對于第二金屬層的金屬框架的外邊緣而且相對于內(nèi)邊緣錯開。此外，第二金屬層的框架的外邊緣以及內(nèi)邊緣也相對于第一金屬層的框架的外邊緣和內(nèi)邊緣錯開。第一金屬層的框架的外邊緣和內(nèi)邊緣也相對于鍵合接觸層的邊緣錯開，使得第一金屬層中的邊緣、第二金屬層中的邊緣和鍵合接觸層中的邊緣不相互疊置。換言之，各個金屬層中的這些金屬框架和鍵合面的相應外邊緣分別相對彼此橫向地錯開。申請人:的研究已經(jīng)表明借助金屬層的相對彼此錯開的邊緣能夠有效地抑制裂紋形成。要注意的是，各個框架和鍵合接觸層僅在變換實施方式中借助通路或敷鍍通孔電連接。顯然，各個框架的相對彼此錯開的邊緣的以上原理可以擴展到超過3個金屬層。


下面借助于實施例參照附圖詳細描述本發(fā)明。其中圖1示出按照本發(fā)明的鍵合接觸部位的第一實施例的橫截面圖，圖2按照圖1的鍵合接觸部位的按照本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)的俯視圖，和圖3示出按照本發(fā)明的鍵合接觸部位的第二實施例的橫截面圖。
具體實施例方式按照圖1的鍵合接觸部位1設置在半導體襯底2上，在其中在以χ表示的區(qū)域以外可以實現(xiàn)有源的半導體結(jié)構(gòu)元件，例如晶體管、二極管、存儲器或傳感器元件和類似元件。這個鍵合接觸部位1包括多個、優(yōu)選三個上下疊置的材料層；一個設置在襯底2 上的、但是通過兩個薄的介電質(zhì)層9與襯底2分開的、由鋁制成的第一金屬層3，它具有由介電質(zhì)制成的增強結(jié)構(gòu)10，增強結(jié)構(gòu)與第二金屬層7通過第一介電質(zhì)層8間隔；以及最后一個表示鍵合接觸層4的第三金屬層、同樣由鋁制成。鍵合接觸層4的表面形成鍵合面或鍵合墊5，其中這個面由鈍化層13矩形地包圍，如同在圖2中以俯視圖表示的那樣。鍵合接觸層4具有邊緣5a，該邊緣構(gòu)成在鈍化層13下方，即鈍化層13在該邊緣的所有側(cè)上與鍵合接觸層4搭接。在第二金屬層7與鍵合接觸層4之間設置第二介電質(zhì)層6。不僅第一介電質(zhì)層8而且第二介電質(zhì)層6的材料通常由二氧化硅S^2制成。
由圖1清楚地看出，在鍵合接觸層4或鍵合接觸部位5以外將增強結(jié)構(gòu)設置在絕緣層14內(nèi)部，它至少要有2 μ m厚。在此絕緣層14可以作為唯一的層這樣厚地構(gòu)成或者由多個上下疊置的分絕緣層組成，如同在圖1中所示的那樣。在第一金屬層3中實現(xiàn)的增強結(jié)構(gòu)10圖案由各個圖案元件組成，它們構(gòu)成為具有不同形狀的島11和12并且分別由介電質(zhì)、例如二氧化硅組成。在按照圖2的這個第一金屬層3的俯視圖中，島11由在金屬層3的平面中具有正方形橫截面的第一形狀組成并且島 12在橫截面中由十字形的第二形狀組成。不僅正方形的島11而且十字形的島12分別格柵形地設置，其中，十字形的島12 位于四個相鄰的島11之間，其中這四個相鄰的島11形成由島11撐開的格柵形結(jié)構(gòu)的格柵
點O相鄰十字形的島12的邊界和在十字形的島11與正方形的島12之間的邊界都具有相同的、恒定的距離，由此在島11和12之間保留金屬層3的短臂形材料。因此在十字形的島12之間的金屬短臂以3a表示，在格柵形的島11與十字形的島12之間的金屬短臂以 3b表不。增強結(jié)構(gòu)10由金屬層3的封閉邊緣3c包圍，其中所述金屬層3在這個邊緣3c的區(qū)域中利用設置在第一介電質(zhì)層8中的敷鍍通孔15與第二金屬層7電連接。這個第二金屬層7框架形地結(jié)構(gòu)化，由此金屬的框架7a包圍介電質(zhì)島14。代替介電質(zhì)島14也可以設有氧化物島14。這個金屬的框架7a通過第一介電質(zhì)層8中的敷鍍通孔 15電連接第一金屬層3的金屬框架3c。此外第二金屬層7的這個框架7a通過設置在第二介電質(zhì)層6中的敷鍍通孔16與第三金屬層4連接。這些敷鍍通孔16同樣位于第二介電質(zhì)層6的邊緣區(qū)域中，尤其是與第一介電質(zhì)層8的敷鍍通孔15 —致。敷鍍通孔15或16由鎢或鋁制成。如圖2所示，這些敷鍍通孔15和16設置在鍵合接觸部位1的所有四個側(cè)上，即完全框住該鍵合接觸部位并因此不屬于真正的鍵合墊結(jié)構(gòu)，而是垂直地位于鈍化層13下面。 這一點也可以由圖2的俯視圖看出，因此增強結(jié)構(gòu)10位于由鈍化層13形成的框架內(nèi)部。連接在其上的包圍框架由第二金屬層7的框架7a的內(nèi)部棱邊形成。在增強結(jié)構(gòu)10的區(qū)域中、即在由鈍化層13限定的鍵合面5下面存在垂直延伸的由所有層的介電質(zhì)制成的柱，該柱從第一金屬層的島11或12開始直到第二介電質(zhì)層6，由此實現(xiàn)高的機械抵抗能力。在圖3中示出鍵合接觸部位1的有利的第二實施方式。下面僅闡述相對于在圖1 的視圖中所示的實施方式的不同。鍵合接觸層4通過邊緣如限定。在此，鍵合接觸層4的邊緣fe相對于第二金屬層7的金屬框架7a的外邊緣以及相對于內(nèi)邊緣錯開。此外，第二金屬層的框架7a的外邊緣以及內(nèi)邊緣也相對于第一金屬層3的框架3c的外邊緣和內(nèi)邊緣錯開。第一金屬層3的框架3c的外邊緣和內(nèi)邊緣也相對于邊緣如錯開，使得第一金屬層3 中的邊緣、第二金屬層7中的邊緣和鍵合接觸層4中的邊緣不相互上下疊置。換言之，這些金屬框架3c、7a和鍵合面fe的相應外邊緣分別相對彼此橫向地錯開。要注意的是，各個框架3c和7a以及鍵合接觸層4僅在變換實施方式中借助通路或敷鍍通孔15和16電連接。顯然，各個框架的相對彼此錯開的邊緣的以上原理可以擴展到超過3個金屬層。
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附圖標記清單
1鍵合接觸部位
2半導體襯底
3導電材料層，金屬層
3a金屬層3的在相鄰的島12之間的短臂
3b金屬層3的在島12與13之間的短臂
3c金屬層3的環(huán)繞增強結(jié)構(gòu)10的框架
4金屬層
5鍵合面(鍵合墊)
5a鍵合面的邊緣
6介電質(zhì)層
7導電材料層，金屬層
7a材料層7的框架
8介電質(zhì)層
9介電質(zhì)層
10增強結(jié)構(gòu)
11第一形狀的島
12第二形狀的島
13鈍化層
14金屬層7的介電質(zhì)島
15介電質(zhì)層8中的敷鍍通孔
16介電質(zhì)層6中的敷鍍通孔
權利要求
1.在半導體襯底( 上的具有增強結(jié)構(gòu)(10)的鍵合接觸部位(1)，包括至少一個設置在所述半導體襯底( 上的第一金屬層(3)，用于接收具有圖案的增強結(jié)構(gòu)(10)，一個作為具有鍵合面(鍵合墊)( 的鍵合接觸層設置在所述第一金屬層( 上方的第三金屬層(4)，在所述鍵合面( 下方且在所述第一金屬層( 上方設置有一個絕緣層(14)，所述絕緣層伸出超過所述鍵合面(5)的邊緣(5a)， 其特征在于，從上方向所述鍵合面(5)看去，所述增強結(jié)構(gòu)(10)在所述鍵合面(5)下方在所述第一金屬層(3)內(nèi)部構(gòu)成，并且所述增強結(jié)構(gòu)(10)包括介電的島(11，12)。
2.如權利要求1所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述絕緣層(14)具有至少約 2ym的厚度，由多個分層組成。
3.如權利要求1或2所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述增強結(jié)構(gòu)(10)由規(guī)則地設置的第一和第二形狀的島(11，12)構(gòu)成， 所述第一形狀的島(11)格柵形地設置，以及分別在四個直接相鄰的第一形狀的島(11)之間設置有第二形狀的島(12)，以及所述第二形狀的島(12)形成格柵形的結(jié)構(gòu)。
4.如權利要求1至3中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，在所述第一金屬層(3)中構(gòu)成一框架(3c)，所述框架包圍所述增強結(jié)構(gòu)(10)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述第一金屬層(3)在邊緣區(qū)域中通過設置在至少一個介電質(zhì)層(8)中的敷鍍通孔(1 與所述鍵合接觸層(4)電連接。
6.如權利要求1至5中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述第一形狀的島(11)在所述第一金屬層(3)的平面中具有正方形的或矩形的橫截面。
7.如上述權利要求中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述第二形狀的島(1 在所述第一金屬層(3)的平面中具有十字形的橫截面。
8.如上述權利要求中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，設有第二金屬層 (7)，所述第二金屬層設置在具有所述增強結(jié)構(gòu)(10)的第一金屬層( 上并且具有設置在中心的由介電質(zhì)制成的島，該島被所述第二金屬層(7)框架形地包圍。
9.如權利要求8所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，在所述第一金屬層(3)與所述第二金屬層(7)之間設置有介電質(zhì)層(8)，所述介電質(zhì)層通過設置在邊緣區(qū)域中的敷鍍通孔(15)使兩個導電材料層(3,7)電連接。
10.如權利要求8或9所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述鍵合面(5)在邊緣區(qū)域中通過設置在介電質(zhì)層(6)中的敷鍍通孔(16)與所述第二金屬層(7)電連接。
11.如上述權利要求中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述鍵合面(5) 通過鈍化層(1 的開孔限定并且所述敷鍍通孔(15，16)設置在所述鈍化層(1 的邊緣區(qū)域中。
12.如上述權利要求中任一項所述的鍵合接觸部位(1)，其特征在于，所述金屬框架(3c, 7a)和所述鍵合面(5a)的相應的外部邊緣分別相對彼此橫向地錯開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在半導體襯底(2)上的具有增強結(jié)構(gòu)(10)的鍵合接觸部位(1)，包括至少一個設置在半導體襯底(2)上的導電材料層(3)，用于接收具有圖案的增強結(jié)構(gòu)(10)；一個構(gòu)成為具有鍵合面的鍵合接觸層的、設置在導電材料層(3)上的金屬層(4)，其中，在鍵合面(5)下面設置至少一個約2μm厚的氧化層，該氧化層伸出超過鍵合面(5)的邊緣，增強結(jié)構(gòu)(10)位于氧化層(14)中，從上方向鍵合面(5)看去在鍵合面(5)以外在氧化層(14)內(nèi)部。
文檔編號H01L23/488GK102315189SQ20111018601
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2010年6月30日
發(fā)明者H-G·齊默爾, P·施通普夫 申請人:邁克納斯公司