焊盘结构及其制作方法_2

文档序号:9378027阅读:来源:国知局
件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0039]正如【背景技术】所介绍的,现有焊盘主体结构与过孔之间的粘附力不足,容易从过孔上剥离,整个焊盘与顶层金属层分离,进而造成半导体器件失效,为了解决如上的焊盘容易剥离的问题,本申请提出了一种焊盘结构及其制作方法。
[0040]在本申请一种优选的实施方式中,提供了一种焊盘结构,图3示出了该焊盘结构的剖面结构示意图。该焊盘结构设置在金属互连结构的顶层金属层100上,该焊盘结构包括过孔200、卡接部300和焊盘主体结构400,过孔200设置在顶层金属层100上;卡接部300设置在过孔200内,具有相互交叉的第一卡接部301和第二卡接部302 ;焊盘主体结构400与卡接部300 —体设置。
[0041 ] 具有上述结构的焊盘结构,将卡接部300设置在过孔200中,从而将原来的焊盘主体结构400与过孔200之间的平面接触改为卡接,一方面增加了过孔200与焊盘主体结构400之间的接触面积;另一方面将平面接触变为卡接,在焊盘主体结构400剥离过程中产生阻力进而阻止了焊盘主体结构400的剥离。另外,本申请的过孔200与现有技术中的过孔一样都是采用导电材料制作而成,即使其中具有卡接部300,但是卡接部300也是导电材料因此所形成的焊盘结构仍然具有导电作用。
[0042]当然上述卡接部300不仅可以具有第一卡接部301、第二卡接部302还可以具有第三卡接部、第四卡接部,本领域技术人员可以依据过孔200的形状、大小等设计卡接部300的形式。
[0043]本申请的过孔200可以采用金属互连结构中常用的结构,为了配合焊盘结构的设计,优选上述过孔200的形状选用轴线垂直于顶层金属层100的圆柱。
[0044]本申请优选上述第一^^接部301和第二卡接部302以过孔200的中轴线为交叉中心呈十字交叉,如图4所示。具有上述特点的第一卡接部301和第二卡接部302在过孔200中能够以均匀的阻力从各个方向阻止焊盘主体结构的剥离。
[0045]另外,上述焊盘结构中的卡接部300的设置是为了通过卡接部300在剥离过程中对焊盘主体结构400施以阻力,因此其厚度越大越好,优选上述第一卡接部301和第二卡接部302的厚度等于过孔200的厚度。
[0046]在本申请另一种优选的实施方式中,上述焊盘结构的焊盘主体结构400包括第一主体结构401和第二主体结构402,如图3所示,第一主体结构401设置在卡接部300上,第一主体结构401在平行于顶层金属层100的平面内的截面面积为S1 ;第二主体结构402设置在第一主体结构401的远离卡接部300的表面上,第二主体结构402在平行于顶层金属层100的平面内的截面面积为S23,且S2 > Si。第二主体结构402的截面面积大于第一主体结构401的截面面积,使得第二主体结构402多余的面积与半导体器件中其他位置相接触,进而增加了焊盘结构的接触面积,进一步减少了焊盘主体结构剥离的可能性。
[0047]本申请为了实现焊盘与金属互连结构以及后续连接的导线之间的电传输性能的稳定性,优选上述过孔200在平行于顶层金属层100的平面内的截面面积为S3, S3和S1的关系为S3 = S:。
[0048]本申请的焊盘结构如同本领域技术人员都清楚的焊盘结构一样,是用于金属互连结构与导线之间的电传输,其材料都是导电材料,优选形成上述过孔200的材料为铜,形成卡接部300和焊盘主体结构400的材料为铝。其中过孔200的材料选择铜是为了与目前大部分金属互连结构的顶层金属层的铜相匹配,提高其导电性能,而铝作为卡接部300和焊盘主体结构400的材料为了兼顾器件的焊接性能、电传输性能以及制作成本的结果。另外,形成顶层金属层100中的金属部分的材料可以为铜、铝或者钨,本领域技术人员可以采用本领域常规的金属材料,在此不再赘述。
[0049]在本申请又一种优选的实施方式中,提供了一种焊盘结构的制作方法,图5示出了该制作方法的流程示意图。该制作方法包括:步骤SI,在金属互连结构的顶层金属层100上设置低介电常数材料层101 ;步骤S2,在低介电常数材料层101中设置具有相互交叉的至少两个凹槽201的过孔200 ;以及步骤S3,在过孔200上设置金属材料,形成焊盘结构的设置在凹槽201中的卡接部300和设置在过孔200上的焊盘主体结构400。
[0050]上述制作方法,在设置在顶层金属层100上的低介电常数材料层101中设置具有凹槽201的过孔200,进而在设置金属材料时能够使金属材料填充到凹槽201中形成焊盘结构的卡接部300,位于过孔200其余位置上的金属材料形成焊盘结构的焊盘主体结构400,制作流程简单,易于实现,从而有利于在实际工艺中的应用;所形成的焊盘结构,一方面增加了过孔200与焊盘主体结构400之间的接触面积;另一方面将平面接触变为卡接,在焊盘主体结构400剥离过程中产生阻力进而阻止了焊盘主体结构400的剥离。
[0051]上述低介电常数材料(low K材料)为本领域的常规材料,既可以为无机材料,又可以为有机聚合材料,比如无机的二氧化硅、氮化硅、碳掺杂的氧化硅等,有机的SiLK、HSQ、MSQ等。优选本申请的低介电常数的介电常数在4.0以下,进一步优选在3.0以下。
[0052]现在,将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是,提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员,在附图中,为了清楚起见,扩大了层和某些区域的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的器件,因而将省略对它们的描述。
[0053]首先,执行步骤SI,在金属互连结构的顶层金属层100上设置低介电常数材料层101,形成具有图6所示的剖面结构。上述过程可以采用化学气相沉积法或物理气相沉积法实施,所采用的低介电常数材料优选为Si02、Si3N4, Ta2O5, T12或Al2O3,优选Si02、Si3N4。
[0054]然后,执行步骤S2,在图6所示的低介电常数材料层101中设置图11所示的具有相互交叉的至少两个凹槽201的过孔200。上述步骤S2优选采用以下流程实施:
[0055]执行步骤S21,刻蚀图6所示的低介电常数材料层101,形成图7所示的相互独立的多个通孔202’。该刻蚀过程采用本领域常规的湿法刻蚀法或干法刻蚀法实施,只是选择具有相互独立的多个开口的掩膜板,进而在对应开口的位置刻蚀出通孔202’。
[0056]上述掩膜板的多个开口之间的连接部分可以相互交叉,进而在完成步骤S25之后形成的凹槽201相互交叉。
[0057]接着执行步骤S22,在图7所示的通孔202’中设置过孔200的导电部202,形成具有图8所示剖面的结构。上述设置过程可以包括:在图7所示结构的表面上沉积导电材料,然后对该导电材料进行化学机械抛光形成位于通孔202’中的导电部202。上述设置过程还可以包括:在图7所示结构的表面上覆盖晶种层;在晶种层上沉积导电材料,然后对该导电材料进行化学机械抛光形成位于通孔202’中的导电部202。
[0058]其中,上述导电材料选自金属、导电硅胶、导电聚合物、碳纳米管、具有金属和有机粘合剂的混合物中的一种或多种,其中的金属优选铜、钨、铝或银;上述所设置的晶种层能够提高金属的沉积效率和良好的界面性。
[0059]执行步骤S23,在图8所示的具有导电部202的低介电常数材料层101上设置图9所示的钝化层500。该钝化层能够吸收和抵消部分引线键合时作用在引线与焊盘结构上的机械应力和热应力,降低封装时产生的各种应力引起焊盘机械损伤和剥离的概率。形成该钝化层的材料可以为氮化硅或氮氧化硅。
[0060]执行步骤S24,刻蚀图9所示的
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