专利名称：接合垫结构及其形成方法
技术领域：
本发明是有关于一种用于集成电路的接合垫结构(bondpad)，特别是有关于一种用于接合垫结构的顶部介层窗(via)图案及其形成方法。
背景技术：
用以实体及电性连接至下方半导体晶片构成的电路系统的打线(wire bond)，是用于连接特定的半导体晶片至封装部件，例如印刷电路板或是陶瓷模组。接合垫是含集成电路的半导体晶片与晶片封装之间的介面。晶片装置需大量的接合垫用以传输电源/接地或输入/输出信号。因此具有足够的可靠度来确保高良率的接合垫是相当重要的。一般而言，接合垫包含被金属层间介电(IMD)层所分隔的金属层以及穿过IMD层以电性连接金属层的金属介层窗。钝化保护层是覆盖打线区之外的表面，以将其密封而防止其受到污染及刮损。导线是连结至接合垫及晶片封装，以在晶片与封装之间构成电性连接。
常见的金属介层窗是于IMD层中被图案化成格状阵列并位于最上层金属层的下方。然而，环绕区域较小的金属介层窗的IMD层，其所露出的大表面区域，容易形成缺陷或是使IMD层龟裂。此是因打线测试期间，承受较大的接合力(bonding force)，且该接合力是遍部整个接合垫。IMD层龟裂是很严重的失效类型。一旦小裂缝开始沿着IMD层延伸，在后续制程期间，所受应力将大幅增长。消除裂缝的方法之一在于将顶部金属介层窗设计成网状(mesh)图案。上述网状金属介层窗的形成或沉积方式通常无法完全填入介层洞中，而在线型介层窗彼此相交处产生不良的覆盖率，其主要原因在于接合垫底下电路(circuit underpad，CUP)布局的最低(marginal)微影制程容许度。此对可靠度、接合度及品质控制造成冲击，而对良率的冲击约为10％至15％，依晶片尺寸而定。为了避免装置中形成未完全填入的金属介层窗而产生的问题，设计准则中是不容许集成电路设置于接合垫下方。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于接合垫结构的顶部介层窗图案，用以避免在线型介层窗相交之处具有不良的覆盖率(coverage)，进而改善可靠度、接合度以及品质控制。
根据上述的目的，本发明提供一种接合垫结构，其包括一第一金属层、位于第一金属层上方的一第二金属层、位于第一金属层与第二金属层之间的一介电层以及设置于介电层中且电性连接至第一金属层与第二金属层金属介层窗图案。金属介层窗图案具有至少一第一介层窗组以及与其相邻的至少一第二介层窗组。第一介层窗组具有朝一第一方向延伸的至少两个第一线型介层窗，而第二介层窗组具有朝不同于第一方向的一第二方向延伸的至少两个第二线型介层窗，且第一线型介层窗不与第二线型介层窗相交。
本发明所述的接合垫结构，该第一介层窗组具有大体为方型的轮廓。
本发明所述的接合垫结构，该第二介层窗组具有大体为方型的轮廓。
本发明所述的接合垫结构，该第一线型介层窗与该第二线型介层窗具有相同的尺寸。
本发明所述的接合垫结构，该金属介层窗图案包括依矩阵阵列排列的多个第一介层窗组以及多个第二介层窗组。
本发明所述的接合垫结构，更包括一集成电路，位于该接合垫结构下方。
本发明另提供一种金属介层窗图案，其具有依矩阵阵列排列的多个第一介层窗组及多个第二介层窗组。第一介层窗组具有朝一第一方向延伸的至少两个第一线型介层窗，而第二介层窗组具有朝垂直于第一方向的一第二方向延伸的至少两个第二线型介层窗。第一介层窗组具有三个平行排置的线型介层窗。第二介层窗组具有三个平行排置的线型介层窗。一集成电路是设置于接合垫结构的下方。
本发明还提供一种接合垫结构的形成方法，所述接合垫结构的形成方法包括提供一集成电路基底，其具有一第一金属层；在该第一金属层上形成一介电层；以及在该介电层中形成一金属介层窗图案，以电性连接至该第一金属层；其中该金属介层窗图案包括至少一第一介层窗组以及与其相邻的至少一第二介层窗组，该第一介层窗组包括朝一第一方向延伸的至少两个第一线型介层窗，而该第二介层窗组包括朝不同于该第一方向的一第二方向延伸的至少两个第二线型介层窗，且该第一线型介层窗不与该第二线型介层窗相交。
本发明所述的接合垫结构的形成方法，该第一方向大体垂直该第二方向。
本发明所述的接合垫结构的形成方法，更包括在该介电层及该金属介层窗图案上方形成一第二金属层，使其经由该金属介层窗图案电性连接至该第一金属层。
本发明所述的接合垫结构的形成方法，该集成电路基底包括一集成电路，其设置于该第二金属层处。
本发明所述接合垫结构及其形成方法，可避免在线型介层窗相交之处具有不良的覆盖率(coverage)，进而改善可靠度、接合度以及品质控制。
图1是绘示出根据本发明实施例的顶部介层窗图案的平面示意图；图2是绘示出沿图1中2-2线的具有顶部介层窗图案的接合垫结构剖面示意图；图3是绘示出根据本发明实施例的线型介层窗尺寸规格设计的平面示意图。
具体实施例方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下本发明实施例提供一种用于接合垫结构的顶部介层窗图案，以克服上述已知技术中在线型介层窗相交处产生不良的覆盖率的问题。本实施例的顶部介层窗图案具有至少两介层窗组，其由线型介层窗所构成。特别的是在于两相邻的介层窗组朝不同的方向延伸，其间并没有相交的区域，避免不良的覆盖率，进而改善可靠度、接合度以及品质控制。每一介层窗组各向同性(isotropic)且平均(homogeneously)分布，以具有较佳的球剪(ball shear)效能。另外，其容许至少一部分的集成电路设置于接合垫结构下方，称作接合垫底下电路(CUP)，以获得更多的晶片有效使用面积或降低晶片尺寸。
本文的“金属介层窗”用语是指IMD层中金属充填的开口；“顶部介层窗图案”用语是指接合垫结构中最上层金属层下方IMD层中的金属介层窗图案；“线型介层窗”用语是指IMD层中的条型金属介层窗。对于后段(BEOL)内连线技术而言，“Mtop金属层”用语是指第一层金属层(即，最上层金属层)，“Mtop-1金属层”用语是指形成于第一层金属层下方的第二层金属层，而“Mtop-N金属层”用语是指形成于Mtop-(N-1)金属层下方的第N层金属层，其中N为等于或大于1的整数。本实施例中是使用铜质的导电材料以形成Mtop金属层及Mtop-N金属层。铜质的导电材料意指包含了大体纯铜元素、含无法去除杂质的铜以及含少量元素的铜合金，例如含钽、铟、锡、锌、锰、铬、钛、锗、锶、铂、镁、铝或锆。标准的镶嵌制程可应用于后段铜内连线制程。虽然本实施例以铜内连线作为范例，然而当本发明使用铜以外的金属材料进行后段内连线制程时，亦具有同样的优点。
以下配合图1至图3说明本发明实施例的顶部介层窗图案，其中相同的部件是使用相同的标号并省略相同或相关的说明。其中可了解到未特别绘示或说明的部件可为其他已知的部件。
图1是绘示出根据本发明实施例的顶部介层窗图案的平面示意图，而图2是绘示出沿图1中2-2线的具有顶部介层窗图案的接合垫结构剖面示意图。用于内连线制程的集成电路基底10包括一用于半导体集成电路制程的半导体基底，其中集成电路可形成于基底内部及/或表面。半导体基底可为一硅本块(bulk silicon)、半导体晶圆、绝缘层上覆硅(SOI)基底或是含锗、砷化镓、磷化镓、砷化铟或磷化铟的基底。此处所使用集成电路为具有许多单独电路元件的电子电路，例如晶体管、二极管、电阻、电容、电感及其他主动或被动半导体元件。
基底10的上方形成有一顶层金属层间介电(IMD)层14，其包括一顶部介层窗图案22形成于Mtop-1金属层12与Mtop金属层16之间。钝化保护层24是形成于Mtop金属层16上，以定义出接合垫口(pad window)26，其包含一接合区、探测区或其组合。Mtop金属层16包括一端点接触区，其为导电路径的一部分且具有一露出的表面(即，接合垫口26)以电性连接接合垫与用以接合的导线。为了获取更多的晶片有效使用面积或是降低晶片尺寸，可将至少一部分的集成电路设计于接合垫结构的下方，以在Mtop金属层16处形成接合垫底下电路(CUP)。Mtop-1金属层12与Mtop金属层16的材质可包括铜、铜合金或其他铜质的导电材料。IMD层14的厚度约为1000至20000埃()，且其可通过旋转涂布、CVD或是未来所发展出的沉积技术来形成。IMD层14可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiON)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、含氟二氧化硅或其他介电常数低于3.9或3.5以下的低介电(low-k)材料。有多种low-k材料可运用至本发明实施例中。举例而言，旋涂式无机介电材、旋涂式有机介电材、多孔介电材、有机高分子材、有机硅玻璃、氟硅玻璃(FSG)、类钻石碳材、含氢硅酸盐类(HSQ)、含甲基硅酸盐类(MSQ)或多孔有机材。
顶部介层窗图案22包括多个金属充填的条型沟槽，称为线型介层窗，并依据其不同的延伸方向标示而以第一介层窗组18及第二介层窗组20来表示。第一介层窗组18及第二介层窗组20可依照介层窗的密度、机械强度及装置效能来作不同的排列。在一实施例中，每一第一介层窗组18与每一第二介层窗组20相邻，例如依矩阵阵列排置。举例而言，沿着矩阵阵列的每一列(或栏)，第一介层窗组18及第二介层窗组20依相邻的列(或栏)分别作不同的顺序排列。在一实施例中，每一介层窗组18及20具有方型的轮廓。另外，每一介层窗组18及20可为矩形、四边型或其他几何图型。每一第一介层窗组18包括至少两个线型介层窗，其可朝相同或不同的方向延伸。每一第二介层窗组20包括至少两个线型介层窗，其可朝相同或不同的方向延伸。特别的是对于两相邻的介层窗组18及20而言，第一介层窗组18的每一线型介层窗并不容许与第二介层窗组20的每一线型介层窗相交，以避免在两线型介层窗相交处产生不良的覆盖率问题。本发明并未限定上述排置中任一介层窗组中线型介层窗的数量及尺寸大小。举例而言，任一介层窗组中的线型介层窗可随机分部并使该介层窗组维持方型的轮廓。
在一实施例中，每一第一介层窗组18包括朝第一方向延伸的至少两个线型介层窗。每一第二介层窗组20包括朝不同于第一方向的第二方向延伸的至少两个线型介层窗。举例而言，第一方向大体垂直于第二方向。在一实施例中，每一第一介层窗组18包括至少三个平行排列的线型介层窗18a、18b及18c，而每一第二介层窗组20包括至少三个平行排列的线型介层窗20a、20b及20c，且线型介层窗18a、18b及18c大体垂直于线型介层窗20a、20b及20c。特别的是对于两相邻的介层窗组18及20而言，第一介层窗组18的每一线型介层窗(18a、18b及18c)并不容许与第二介层窗组20的每一线型介层窗(20a、20b及20c)相交，以避免在两线型介层窗相交处产生不良的覆盖率问题。
线型介层窗可在既定的设计准则容许下，彼此以一适当距离分隔。图3是绘示出根据本发明实施例的线型介层窗尺寸规格设计的平面示意图。线型介层窗18a、18b及18c与线型介层窗20a、20b及20c可具有相同的尺寸，包括长度d1、宽度d2、两线型介层窗之间的距离S1及两介层窗组之间的距离S2。可修正d1、S1及d2的尺寸，使介层窗组18及20维持方型的轮廓。或者，使每一介层窗组18及20维持矩形、四边型或其他几何图型。在一实施例中，线型介层窗的长度d1约为3.0至4.0微米(μm)、线型介层窗的宽度d2约为0.25至0.35微米、一介层窗组内两线型介层窗之间的距离S1约为1.0至2.0微米而两介层窗组之间的距离S2约为1.5至3.0微米。在其他实施例中，可在既定的设计准则容许下，对d1、S1及d2的尺寸作适当的修正。虽然本实施例所绘示的介层窗组中线型介层窗具有相同的尺寸，然而当本发明于单一介层窗组或两介层窗组之间，使用彼此不同的线型介层窗尺寸及外型时，亦具有同样的优点。
顶部介层窗图案22可通过已知的制程而形成于IMD层14之上。举例而言，对应于线型介层窗(即，18a、18b、18c、20a、20b及20c)的多个开口是通过典型的微影制程及非等向性蚀刻(即等离子蚀刻或反应离子蚀刻)而形成于IMD层14中，露出部分的Mtop-1金属层12。最后再以导电材料填入开口即可完成。在一实施例中，是采用钨插塞制程，而其他已知的插塞制程，如铝插塞、铜插塞或硅化物插塞制程也是适宜的。在金属充填制程之后，若有必要可采用化学机械研磨(CMP)来进行表面平坦化。Mtop金属层16、用以定义接合垫口24的钝化保护层24、金属垫及接合导线便可依已知程序一一完成。虽然本实施例所绘示的介层窗组是形成于最上层的IMD层中，然而当本发明将上述介层窗组使用于具有双层至八层的金属堆叠接合垫结构的铜内连线系统时，亦具有同样的优点。
虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但该较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种更改和补充，因此本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。
附图中符号的简单说明如下10集成电路基底12Mtop-1金属层14金属层间介电层16Mtop金属层18第一介层窗组18a、18b、18c、20a、20b、20c线型介层窗
20第二介层窗组22顶部介层窗图案24钝化保护层26接合垫口d1长度d2宽度S1两线型介层窗之间的距离S2两介层窗组之间的距离
权利要求
1.一种接合垫结构，其特征在于，所述接合垫结构包括一第一金属层；一第二金属层，位于该第一金属层上方；一介电层，位于该第一金属层与该第二金属层之间；以及一金属介层窗图案，设置于该介电层中，且电性连接至该第一金属层与该第二金属层，其中该金属介层窗图案包括至少一第一介层窗组以及与其相邻的至少一第二介层窗组；其中该第一介层窗组包括朝一第一方向延伸的至少两个第一线型介层窗，而该第二介层窗组包括朝不同于该第一方向的一第二方向延伸的至少两个第二线型介层窗，且该第一线型介层窗不与该第二线型介层窗相交。
2.根据权利要求1所述的接合垫结构，其特征在于，该第一介层窗组具有为方型的轮廓。
3.根据权利要求1所述的接合垫结构，其特征在于，该第二介层窗组具有为方型的轮廓。
4.根据权利要求1所述的接合垫结构，其特征在于，该第一线型介层窗与该第二线型介层窗具有相同的尺寸。
5.根据权利要求1所述的接合垫结构，其特征在于，该金属介层窗图案包括依矩阵阵列排列的多个第一介层窗组以及多个第二介层窗组。
6.根据权利要求1所述的接合垫结构，其特征在于，更包括一集成电路，位于该接合垫结构下方。
7.一种接合垫结构的形成方法，其特征在于，所述接合垫结构的形成方法包括提供一集成电路基底，其具有一第一金属层；在该第一金属层上形成一介电层；以及在该介电层中形成一金属介层窗图案，以电性连接至该第一金属层；其中该金属介层窗图案包括至少一第一介层窗组以及与其相邻的至少一第二介层窗组，该第一介层窗组包括朝一第一方向延伸的至少两个第一线型介层窗，而该第二介层窗组包括朝不同于该第一方向的一第二方向延伸的至少两个第二线型介层窗，且该第一线型介层窗不与该第二线型介层窗相交。
8.根据权利要求7所述的接合垫结构的形成方法，其特征在于，该第一方向垂直该第二方向。
9.根据权利要求7所述的接合垫结构的形成方法，其特征在于，更包括在该介电层及该金属介层窗图案上方形成一第二金属层，使其经由该金属介层窗图案电性连接至该第一金属层。
10.根据权利要求7所述的接合垫结构的形成方法，其特征在于，该集成电路基底包括一集成电路，其设置于该第二金属层处。
全文摘要
本发明提供一种接合垫结构及其形成方法。所述接合垫结构，其包括一顶部介层窗图案。顶部介层窗图案具有至少一第一介层窗组以及与其相邻的至少一第二介层窗组。第一介层窗组具有朝一第一方向延伸的至少两个线型介层窗，而第二介层窗组具有朝不同于第一方向的一第二方向延伸的至少两个线型介层窗。第一介层窗组的线型介层窗不与第二介层窗组的线型介层窗相交。本发明所述接合垫结构及其形成方法，可避免在线型介层窗相交之处具有不良的覆盖率，进而改善可靠度、接合度以及品质控制。
文档编号H01L23/52GK1848417SQ200610057499
公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月17日 优先权日2005年3月17日
发明者姚皓然, 范富杰, 吴毓瑞, 王明义, 王祥维, 林晃生, 陈明贤, 薛瑞云 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司