一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：襯底，所述襯底上分布有若干壓焊區(qū)；氧化層，覆蓋于所述襯底的部分上表面且暴露所述若干壓焊區(qū)；金屬薄膜，覆蓋于所述壓焊區(qū)之上以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面；鈍化層，覆蓋于暴露的所述氧化層的上表面以及與所述暴露的氧化層臨近的部分所述金屬薄膜的上表面，所述鈍化層暴露位于所述壓焊區(qū)之上的金屬薄膜，以用于打線封裝。
【專利說明】
一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]打線鍵合技術(shù)是芯片與封裝結(jié)構(gòu)之間電路互聯(lián)的最常用的使用方式。在打線鍵合時，虛焊、芯片壓焊區(qū)(Bond pad)金屬開裂等問題，都會影響半導(dǎo)體器件的參數(shù)與性能。
[0003]現(xiàn)階段，考慮到封裝的成本，打線鍵合時通常用銅線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金線。但當(dāng)使用銅線鍵合時，出現(xiàn)了芯片壓焊區(qū)金屬開裂的情況。
[0004]經(jīng)實驗測試發(fā)現(xiàn)，Bondpad金屬開裂不光與后道封裝打線能量有關(guān)，很多時候是由于芯片的正面金屬硬度與打線能量不匹配造成的。因為從芯片的正面金屬以及鍵合所用金屬線的材料特性上來看，銅線的硬度遠(yuǎn)大于金線的硬度，面芯片正面的金屬的強(qiáng)度卻沒有得到提高，導(dǎo)致鍵合時壓焊區(qū)金屬開裂。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化金屬成分和金屬淀積設(shè)備，解決后道封裝打線的金屬開裂問題。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的主要技術(shù)方案為:
一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:
襯底，所述襯底上分布有若干壓焊區(qū)；
氧化層，覆蓋于所述襯底的部分上表面且暴露所述若干壓焊區(qū)；
金屬薄膜，覆蓋于所述壓焊區(qū)之上以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面；
鈍化層，覆蓋于暴露的所述氧化層的上表面以及與所述暴露的氧化層臨近的部分所述金屬薄膜的上表面，所述鈍化層暴露位于所述壓焊區(qū)之上的金屬薄膜，以用于打線封裝；其中，所述金屬薄膜為鋁銅合金。
[0007]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，在所述鋁銅合金中，鋁的重量比例為0.5%。
[0008]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，位于所述壓焊區(qū)之上的所述金屬薄膜的厚度為3μπι0
[0009]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:
黏附層，覆蓋于所述壓焊區(qū)的上表面，且所述金屬薄膜覆蓋于所述黏附層之上以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面；
其中，所述黏附層用于增強(qiáng)所述金屬薄膜與所述襯底之間的附著力。
[0010]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述黏附層的材質(zhì)為Ti。
[0011]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底為Si襯底，所述Ti與所述Si反應(yīng)生成TiSi2，以降低打線封裝時的接觸電阻。
[0012]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述黏附層的厚度為500A。
[0013]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:
阻擋層，覆蓋于所述黏附層的上表面，且所述金屬薄膜覆蓋于所述阻擋層的上表面以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面；
其中，所述阻擋層用于防止所述黏附層中的Ti與所述金屬薄膜中的Al交互擴(kuò)散。
[0014]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述阻擋層的材質(zhì)為TiN。
[0015]優(yōu)選的，上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述阻擋層的厚度為1000A。
[0016]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:
本發(fā)明通過優(yōu)化用于打線封裝的半導(dǎo)體器件的壓焊區(qū)金屬成分和金屬淀積設(shè)備，采用鋁銅合金，并添加一定厚度的Ti黏附層和TiN阻擋層，在增加金屬薄膜與壓焊區(qū)的附著力的同時降低了打線時的接觸電阻，成功解決了后道封裝打線時壓焊區(qū)金屬開裂的問題。
【附圖說明】
[0017]參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
[0018]圖1為本發(fā)明的用于打線封裝的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)圖；
圖2為實施例中不同組合的金屬的實驗分組列表。
【具體實施方式】
[0019]
在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。當(dāng)然除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0020]下面結(jié)合具體的實施例以及附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0021]本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，適用于任何需要進(jìn)行打線封裝的半導(dǎo)體器件，本實施例為方便闡述，以TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬變電壓抑制二極管)二極管為例進(jìn)行闡述。
[0022]傳統(tǒng)的TVS 二極管，其正面金屬通常為鋁硅銅合金，例如含鋁1%，含硅0.5%，也即All%Si0.5%Cu，這種合金的一個不足之處是在進(jìn)行銅線鍵合時，其硬度與打線能力不匹配，導(dǎo)致TVS 二極管正面的金屬開裂現(xiàn)象發(fā)生。并且傳統(tǒng)在TVS 二極管正面淀積金屬的設(shè)備為Varian，其淀積金屬的覆蓋性不太理想，也同樣會影響后道打線封裝的性能。
[0023]因此在本發(fā)明中，通過優(yōu)化金屬淀積設(shè)備，選用Endura淀積設(shè)備，其淀積金屬的均勻性較佳，可提高金屬淀積的覆蓋性。并且本發(fā)明還通過優(yōu)化金屬成分，使得后續(xù)封裝打線時，覆蓋在器件表面的金屬可以承受更大的壓力。
[0024]參照圖1，本實施例的用于打線封裝的半導(dǎo)體器件(以TVS二極管為例)包括:
襯底I，其上分布有若干壓焊區(qū)10(圖1為方便展示，僅展示出一個壓焊區(qū)10);其中，襯底I為娃(Si)襯底，分布于襯底I上的壓焊區(qū)(Bond pad) 10用于后續(xù)打線封裝時，將半導(dǎo)體器件與鍵合線電連接。
[0025]在襯底I上未分布有壓焊區(qū)10的區(qū)域，覆蓋有一層氧化層2;在襯底I的壓焊區(qū)10上方，即覆蓋用于打線封裝的金屬薄膜5。作為一個優(yōu)選的實施例，為了增加金屬薄膜5與壓焊區(qū)10之間的附著力，先在壓焊區(qū)10上表面沉積一層黏附層3，該黏附層3的材質(zhì)為Ti，厚度優(yōu)選為500 A，有了這層Ti黏附層3，后續(xù)金屬薄膜5更容易被淀積，同時Ti與襯底I中的Si反應(yīng)生成TiSi2, TiSi2的電阻非常低，因此在后續(xù)打線封裝時也起到降低接觸電阻的作用。
[0026]進(jìn)一步的，該金屬薄膜5為鋁銅合金，且鋁的重量比例為0.5%，也即用化學(xué)式表現(xiàn)為Al0.5%Cu;并且金屬薄膜5的厚度優(yōu)選為3μπι，采用3μπι厚的Al0.5%Cu金屬薄膜5，其硬度顯著提高，后續(xù)封裝打線可以承受更大的壓力。
[0027]更優(yōu)選地，若直接在Ti黏附層3上表面淀積金屬薄膜5，電阻會非常大而且金屬也會很粗糙。因此需要一層阻擋層4，優(yōu)選為TiN，厚度優(yōu)選為1000 A，以防止黏附層3中的Ti和金屬薄膜5中的Al因直接接觸而發(fā)生交互擴(kuò)散。
[0028]所以，作為一個優(yōu)選實施例，參照圖1，此處半導(dǎo)體器件(TVS二極管)的結(jié)構(gòu)層次為:襯底I，其上分布有若干壓焊區(qū)10;氧化層2，覆蓋于襯底I上未分布有壓焊區(qū)10的區(qū)域，以暴露出壓焊區(qū)10;黏附層3(材質(zhì)優(yōu)選為Ti，厚度優(yōu)選為500 A)，覆蓋于壓焊區(qū)10的上表面;阻擋層4(材質(zhì)優(yōu)選為TiN，厚度優(yōu)選為1000 A)，覆蓋于黏附層3的上表面;金屬薄膜5(材質(zhì)優(yōu)選為A10.5%Cu，厚度優(yōu)選為3μπι)，覆蓋于阻擋層4的上表面以及與壓焊區(qū)10臨近的部分氧化層2的上表面;鈍化層6，覆蓋于暴露的氧化層2的上表面以及與暴露的氧化層2臨近的部分金屬薄膜5的上表面，該鈍化層6暴露位于壓焊區(qū)10之上的金屬薄膜5，以用于打線封裝。
[0029]本發(fā)明通過將半導(dǎo)體器件的正面金屬(原本為All%S1.5%Cu)改進(jìn)為Al0.5%Cu，因AlCu的硬度比AlSiCu大，后續(xù)封裝打線可以承受更大的壓力；并且在AlCu的下面引入Ti/TiN層次，來提高AlCu與接觸孔中Si的接觸性。其中Ti即黏附層3，有了這層黏附層3，后續(xù)金屬薄膜5更容易被淀積，同時Ti與Si反應(yīng)生成TiSi2,TiSi2電阻非常低，因此也起到降低接觸電阻的作用。如果在Ti上直接淀積AlCu，電阻會非常大而且金屬也會很粗糙，因此本發(fā)明還引入TiN作為阻擋層4，防止Ti和Al的交互擴(kuò)散。
[0030]針對黏附層/阻擋層(Ti/TiN)的厚度、金屬薄膜的成分比，以及選用的淀積金屬薄膜的設(shè)備，本發(fā)明進(jìn)行了多組對比實驗，其中黏附層/阻擋層(Ti/TiN)的厚度分別為:344ATi/700ATiN和500ATi/1000ATiN;金屬薄膜也分別進(jìn)行3μπι AlSiCu，4ym AlSiCu和3μπι AlCu的分組實驗，實驗分組列表如圖2所示，選取其中具有代表性的4種組合。其中，組合I?4中，4組條件的半導(dǎo)體器件分別進(jìn)行PCM，良率以及打線情況的對比，第一二組仍有輕微的裂紋，第三組電參數(shù)正向壓降Vf和基準(zhǔn)線相比有偏高的現(xiàn)象，第四組打線無裂紋且良率高達(dá)100%，因此第四組組合(500ATi/1000ATiN + 3μπι Al0.5%Cu)為最佳金屬條件。
[0031]綜上所述，本發(fā)明通過優(yōu)化用于打線封裝的半導(dǎo)體器件壓焊區(qū)的金屬淀積設(shè)備，選用Endura設(shè)備，以提高金屬淀積的覆蓋性；同時優(yōu)化金屬成分，采用3μπι后的A10.5%Cu鋁銅合金，增加金屬的硬度，并添加500A厚度的Ti黏附層和1000A厚度的TiN阻擋層，在增加金屬薄膜與壓焊區(qū)的附著力的同時降低了打線時的接觸電阻，成功解決了后道封裝打線時壓焊區(qū)金屬開裂的問題。
[0032]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于打線封裝的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 襯底，所述襯底上分布有若干壓焊區(qū)； 氧化層，覆蓋于所述襯底的部分上表面且暴露所述若干壓焊區(qū)； 金屬薄膜，覆蓋于所述壓焊區(qū)之上以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面； 鈍化層，覆蓋于暴露的所述氧化層的上表面以及與所述暴露的氧化層臨近的部分所述金屬薄膜的上表面，所述鈍化層暴露位于所述壓焊區(qū)之上的金屬薄膜，以用于打線封裝；其中，所述金屬薄膜為鋁銅合金。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述鋁銅合金中，鋁的重量比例為0.5% O3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，位于所述壓焊區(qū)之上的所述金屬薄膜的厚度為3μηι。4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 黏附層，覆蓋于所述壓焊區(qū)的上表面，且所述金屬薄膜覆蓋于所述黏附層之上以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面； 其中，所述黏附層用于增強(qiáng)所述金屬薄膜與所述襯底之間的附著力。5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述黏附層的材質(zhì)為Ti。6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底為Si襯底，所述Ti與所述Si反應(yīng)生成TiSi2，以降低打線封裝時的接觸電阻。7.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述黏附層的厚度為500A。8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 阻擋層，覆蓋于所述黏附層的上表面，且所述金屬薄膜覆蓋于所述阻擋層的上表面以及與所述壓焊區(qū)臨近的部分所述氧化層的上表面； 其中，所述阻擋層用于防止所述黏附層中的Ti與所述金屬薄膜中的Al交互擴(kuò)散。9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)為TiN。10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層的厚度為1000A。
【文檔編號】H01L21/60GK106057759SQ201610585074
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月22日 公開號201610585074.5, CN 106057759 A, CN 106057759A, CN 201610585074, CN-A-106057759, CN106057759 A, CN106057759A, CN201610585074, CN201610585074.5
【發(fā)明人】陳敏, 徐遠(yuǎn), 歐新華, 袁瓊, 符志崗, 劉宗金
【申請人】上海芯導(dǎo)電子科技有限公司