具有覆銅導(dǎo)體的接合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有覆銅導(dǎo)體的接合系統(tǒng)。一種半導(dǎo)體部件包括半導(dǎo)體管芯和含銅電導(dǎo)體。所述半導(dǎo)體管芯具有：半導(dǎo)體器件區(qū)；所述半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和所述含鋁金屬層上的比所述含鋁金屬層硬的至少一個(gè)附加金屬層。所述含銅電導(dǎo)體經(jīng)由所述含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層而被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層，所述導(dǎo)電涂層比所述含銅電導(dǎo)體的銅軟。
【專利說明】具有覆銅導(dǎo)體的接合系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及用于半導(dǎo)體部件的互連系統(tǒng)，特別涉及用于具有標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的銅基互連系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)有源功率半導(dǎo)體管芯的表面的、通過超聲接合工藝生成的互連系統(tǒng)通常包括:接合到設(shè)置在管芯表面上的鋁金屬化部的重鋁線；或者接合到設(shè)置在管芯表面上的銅金屬化部的重銅線。已經(jīng)做出嘗試以將覆鋁的銅線接合到具有標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的功率半導(dǎo)體管芯。然而，由于這樣的線的硬銅芯，該線在超聲接合工藝期間沉入到管芯的鋁金屬化部中，并損壞鋁金屬化部下面的有源器件區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文中描述的實(shí)施例提供了一種用于具有標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的銅基互連系統(tǒng)。半導(dǎo)體部件在標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化層上具有至少一個(gè)附加金屬層，該附加金屬層在包含覆銅(coated copper)的電導(dǎo)體的超聲接合期間保護(hù)下面的標(biāo)準(zhǔn)招金屬化部免于極端變形。
[0004]根據(jù)半導(dǎo)體部件的實(shí)施例，該部件包括半導(dǎo)體管芯，所述半導(dǎo)體管芯具有:半導(dǎo)體器件區(qū)；半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和含鋁金屬層上的比含鋁金屬層硬的至少一個(gè)附加金屬層。半導(dǎo)體部件進(jìn)一步包括含銅電導(dǎo)體，所述含銅電導(dǎo)體經(jīng)由所述含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層而被接合到半導(dǎo)體管芯的至少一個(gè)附加金屬層，所述導(dǎo)電涂層比所述含銅電導(dǎo)體的銅軟。
[0005]根據(jù)制造半導(dǎo)體部件的方法的實(shí)施例，該方法包括:提供半導(dǎo)體管芯，所述半導(dǎo)體管芯具有:半導(dǎo)體器件區(qū)；半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和含鋁金屬層上的比含鋁金屬層硬的至少一個(gè)附加金屬層；以及經(jīng)由含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層將含銅電導(dǎo)體超聲接合到半導(dǎo)體管芯的至少一個(gè)附加金屬層，導(dǎo)電涂層比含銅電導(dǎo)體的銅軟。
[0006]根據(jù)半導(dǎo)體部件的在另一實(shí)施例，該部件包括半導(dǎo)體管芯，所述半導(dǎo)體管芯具有:半導(dǎo)體器件區(qū)；半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和含鋁金屬層上的至少一個(gè)附加金屬層。所述半導(dǎo)體部件進(jìn)一步包括含銅電導(dǎo)體，所述含銅電導(dǎo)體經(jīng)由所述含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層而被接合到半導(dǎo)體管芯的至少一個(gè)附加金屬層，所述導(dǎo)電涂層比所述含銅電導(dǎo)體的銅軟。半導(dǎo)體管芯的至少一個(gè)附加金屬層足夠硬以便當(dāng)所述含銅電導(dǎo)體被接合到半導(dǎo)體管芯的至少一個(gè)附加金屬層時(shí)防止半導(dǎo)體管芯的含鋁金屬層的顯著變形。
[0007]在閱讀下面的詳細(xì)描述并且查看附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到附加特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖的元件不必相對(duì)于彼此按比例繪制。相似的附圖標(biāo)記指定對(duì)應(yīng)的類似部分。各個(gè)所圖示的實(shí)施例的特征可以被組合，除非它們彼此排斥。實(shí)施例在附圖中被描繪并在下面的描述中被詳述。
[0009]圖1圖示了具有被超聲接合到包含覆銅的電導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的實(shí)施例的前橫截面視圖。
[0010]圖2圖示了具有被超聲接合到包含覆銅的電導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。
[0011]圖3圖示了具有被超聲接合到包含覆銅的電導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的另一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。
[0012]圖4圖示了具有被超聲接合到包含覆銅的電導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的再另一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。
[0013]圖5圖示了具有被超聲接合到包含覆銅的電導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的半導(dǎo)體部件的又一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。
[0014]圖6圖示了用于將包含覆銅的電導(dǎo)體超聲接合到半導(dǎo)體部件的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的接合工具的實(shí)施例。
[0015]圖7圖示了用于將包含覆銅的電導(dǎo)體超聲接合到半導(dǎo)體部件的標(biāo)準(zhǔn)鋁金屬化部的接合工具的另一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1圖示了半導(dǎo)體部件的實(shí)施例的前橫截面視圖。半導(dǎo)體部件包括半導(dǎo)體管芯100，半導(dǎo)體管芯100具有半導(dǎo)體器件區(qū)102、半導(dǎo)體器件區(qū)102上的標(biāo)準(zhǔn)含鋁金屬層104(諸如Al、AlSi, AlSiCu等)和含鋁金屬層104上的至少一個(gè)附加金屬層106。半導(dǎo)體器件區(qū)102是在其中可以形成諸如晶體管、二極管、電阻器、電容器等的有源和/或無源器件的管芯100的區(qū)。半導(dǎo)體器件區(qū)102包括在其中形成所述器件的半導(dǎo)體材料，并可以包括單晶半導(dǎo)體(諸如Si或Ge)、二元化合物(諸如GaN、GaAs、SiC)、三元化合物等。一個(gè)或多個(gè)絕緣層(諸如氧化物和/或氮化物)可以作為半導(dǎo)體器件區(qū)102的部分而被設(shè)置在半導(dǎo)體材料上?？蛇x的阻擋金屬108 (諸如TiN、TiW、W、Ti等)可以被設(shè)置在半導(dǎo)體器件區(qū)102和含鋁金屬層104之間。在任一情況下，含鋁金屬層104上的至少一個(gè)附加金屬層106比含鋁金屬層104硬，從而防止在隨后的銅互連超聲接合工藝期間損壞。
[0017]根據(jù)圖1中圖示的實(shí)施例，四個(gè)附加金屬層110、112、114、116被形成在半導(dǎo)體管芯100的含鋁金屬層104上，以在隨后的超聲接合工藝期間保護(hù)含鋁金屬層104。最下層110包含銅并被形成在含鋁金屬層104上。下一個(gè)層112包含鎳，例如N1、NiP, NiMoP，并被形成在含銅金屬層110上。下一個(gè)層114包含鈕并被形成在含鎳金屬層112上。最后的層116包含金并被形成在含鈕金屬層114上。附加層110、112、114、116可以通過派射、電鍍或其它合適的傳統(tǒng)工藝而被形成在半導(dǎo)體管芯100的含鋁金屬層104上。
[0018]半導(dǎo)體部件進(jìn)一步包括含銅電導(dǎo)體118，含銅半導(dǎo)體118包括含銅的芯120和芯120上的導(dǎo)電涂層122。含銅電導(dǎo)體118經(jīng)由含銅電導(dǎo)體118的芯120上的涂層122而被超聲接合到半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106。在一些實(shí)施例中，涂層122包括Al、Al合金、Pd、Pd合金、Ni或Ni合金。在一個(gè)具體實(shí)施例中，涂層122包括具有少量Mg的均質(zhì)AlMg，例如AlMg0.1。通常，涂層122比含銅電導(dǎo)體118的銅軟，以使得含銅電導(dǎo)體118經(jīng)由涂層122而被超聲接合到半導(dǎo)體管芯100的(一個(gè)或多個(gè))附加金屬層106。
[0019]半導(dǎo)體管芯100的(一個(gè)或多個(gè))附加金屬層106足夠硬，以便當(dāng)含銅電導(dǎo)體118被超聲接合到半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106時(shí)，通過將來自含銅電導(dǎo)體118的力散布在含鋁金屬層104的更大面積上防止下面的含鋁金屬層104的顯著變形。如本文中使用的術(shù)語“顯著”意指下面的含鋁金屬層104的某種變形是可接受的并支持超聲接合工藝。然而，在含銅電導(dǎo)體18之下，含鋁金屬層104被位移小于預(yù)定量，以確保結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。如圖1中所示，在含銅電導(dǎo)體118的芯120是接合線的情況下，半導(dǎo)體管芯100的(一個(gè)或多個(gè))附加金屬層106可以如此硬以至于接合線芯120在被接合到半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106時(shí)被變形，而不顯著損壞下面的含鋁金屬層104。
[0020]圖2圖示了半導(dǎo)體部件的另一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。圖2中所示的實(shí)施例類似于圖1中所示的實(shí)施例，然而，半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106包括在含鋁金屬層104上形成的三個(gè)金屬層110、112、114，而不是四個(gè)層。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，最下層110包含銅并被形成在含鋁金屬層104上。下一個(gè)層112包含鎳，例如N1、NiP, NiMoP，并被形成在含銅金屬層110上。最后的層114包含鈀并被形成在含鎳金屬層112上。附加層106可以通過濺射、電鍍或其它合適的傳統(tǒng)工藝而被形成在半導(dǎo)體管芯的含鋁金屬層104上，并在含銅電導(dǎo)體118的超聲接合期間保護(hù)下面的含鋁金屬層104免于顯著變形。
[0021]進(jìn)一步根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)電涂層122被施加到含銅電導(dǎo)體芯120的所有側(cè)，如圖2中所示。在一種情況下，含銅電導(dǎo)體118具有包括涂層122的至少200 μ m的厚度(tl)。含銅電導(dǎo)體118的芯120可以具有至少10(^111的厚度(丨2)。在一個(gè)實(shí)施例中，含銅電導(dǎo)體118的涂層122包括Al并具有至少50 μ m的厚度(tc)。在另一實(shí)施例中，涂層122包括Al合金并具有至少30μπι的厚度(tc)。在每種情況下，涂層122提供含銅電導(dǎo)體118到半導(dǎo)體管芯100的最上面附加金屬層114的超聲接合。 [0022]圖3圖示了半導(dǎo)體部件的再另一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，含銅電導(dǎo)體118是帶狀物，并且導(dǎo)電涂層122僅被施加到含銅帶狀物118的面向半導(dǎo)體管芯100的側(cè)。
[0023]圖4圖示了半導(dǎo)體部件的又一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。圖4中所示的實(shí)施例類似于圖3中所示的實(shí)施例，然而，半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106包括在含鋁金屬層104上形成的兩個(gè)金屬層110、112，而不是三個(gè)層。在一種情況下，底層110包含銅并被形成在含鋁金屬層104上。頂層112包含鎳，例如N1、NiP, NiMoP，并被形成在含銅金屬層110上。在另一情況下，底層110包含鎳，例如N1、NiP, NiMoP，并被形成在含鋁金屬層104上。頂層112包含鈀并被形成在含銅金屬層110上。在每種情況下，附加層110、112可以通過濺射、電鍍或其它合適的傳統(tǒng)工藝而形成，并在含銅電導(dǎo)體118的超聲接合期間保護(hù)下面的含鋁金屬層104免于顯著變形。
[0024]圖5圖示了半導(dǎo)體部件的另一實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。圖5中所示的實(shí)施例類似于圖2中所示的實(shí)施例，然而，半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106包括在含鋁金屬層104上形成的單個(gè)金屬層110，而不是三個(gè)層。單個(gè)附加層110包含銅或鎳(例如N1、NiP、NiMoP)并被形成在含鋁金屬層104上。單個(gè)附加層110可以通過濺射、電鍍或其它合適的傳統(tǒng)工藝而形成，并在含銅電導(dǎo)體118的超聲接合期間保護(hù)下面的含鋁金屬層104免于顯著變形。[0025]圖6圖示了用于將含銅電導(dǎo)體118超聲接合到在半導(dǎo)體管芯100的含鋁金屬層104上形成的至少一個(gè)附加金屬層106的V形超聲接合工具200的實(shí)施例。半導(dǎo)體管芯100被提供有半導(dǎo)體器件區(qū)102、半導(dǎo)體器件區(qū)102上的含鋁金屬層104和含鋁金屬層104上的比含鋁金屬層104硬的至少一個(gè)附加金屬層106。V形接合工具200經(jīng)由含銅電導(dǎo)體118的導(dǎo)電涂層122將含銅電導(dǎo)體118接合到半導(dǎo)體管芯100的至少一個(gè)附加金屬層106。含銅電導(dǎo)體118的軟涂層122接合到在半導(dǎo)體管芯100的含鋁金屬層104上形成的至少一個(gè)附加金屬層106，例如可選地在升高的溫度下以及始終在壓力下并且有超聲振動(dòng)。通過V形接合工具200將含銅電導(dǎo)體118按壓抵靠至少一個(gè)附加金屬層106的最上層。在接合區(qū)處含銅電導(dǎo)體118的所產(chǎn)生的V形是通過V形接合工具200施加的超聲振動(dòng)和壓力的結(jié)果。在超聲接合工藝期間，含銅電導(dǎo)體118變得這樣變形。
[0026]圖7圖示了用于將含銅電導(dǎo)體118接合到在半導(dǎo)體管芯100的含鋁金屬層104上形成的至少一個(gè)附加金屬層106的U形超聲接合工具300的實(shí)施例。圖7中所示的實(shí)施例類似于圖6中所示的實(shí)施例，然而，利用U形接合工具300而不是V形接合工具將含銅電導(dǎo)體118按壓抵靠至少一個(gè)附加金屬層106的最上層，產(chǎn)生U形橫截面接合而不是V形橫截面接合。
[0027]諸如“第一”、“第二”等術(shù)語用于描述各種元件、區(qū)、段等并且也不意圖限制。貫穿該描述，相似的術(shù)語指代相似的元件。
[0028]如本文中使用的，術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是開放式術(shù)語，指示所聲明的元件或特征的存在，但不排除附加元件或特征。冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”意圖包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文以其他方式清楚地指示。
[0029]要理解的是，本文中描述的各個(gè)實(shí)施例的特征可以彼此組合，除非以其他方式具體注明。
[0030]雖然本文中已說明和描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以用各種替代和/或等同實(shí)施方式代替所示出和描述的具體實(shí)施例。本申請(qǐng)意圖覆蓋本文中所討論的具體實(shí)施例的任何改編和變形。因此，意圖是，本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體部件,包括: 半導(dǎo)體管芯，具有:半導(dǎo)體器件區(qū)；所述半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和所述含鋁金屬層上的比所述含鋁金屬層硬的至少一個(gè)附加金屬層；以及 含銅電導(dǎo)體，經(jīng)由所述含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層而被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層，所述導(dǎo)電涂層比所述含銅電導(dǎo)體的銅軟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述含銅電導(dǎo)體的涂層包括選自由下列各項(xiàng)構(gòu)成的組的材料=Al、Al合金、Pd、Pd合金、Ni和Ni合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體部件，其中所述含銅電導(dǎo)體的涂層包括AlMg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層包括: 所述含鋁金屬層上的含銅金屬層；以及 所述含銅金屬層上的含鎳金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體部件，其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層進(jìn)一步包括所述含鎳金屬層上的含鈀金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體部件，其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層進(jìn)一步包括所述含鈀金屬層上的含金金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層包括: 所述含鋁金屬層上的含鎳金屬層；以及 所述含鎳金屬層上的含鈀金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層包括所述含鋁金屬層上的含銅或鎳金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述含銅電導(dǎo)體具有包括所述涂層的至少200 μ m的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述涂層包括Al并具有至少50μ m的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述涂層包括Al合金并具有至少30μ m的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述含銅電導(dǎo)體在被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層處具有U形橫截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中所述涂層僅被施加到所述含銅電導(dǎo)體的面向所述半導(dǎo)體管芯的側(cè)。
14.一種制造半導(dǎo)體部件的方法，所述方法包括: 提供半導(dǎo)體管芯，所述半導(dǎo)體管芯具有:半導(dǎo)體器件區(qū)；所述半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和所述含鋁金屬層上的比所述含鋁金屬層硬的至少一個(gè)附加金屬層；以及 經(jīng)由含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層將所述含銅電導(dǎo)體超聲接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層，所述導(dǎo)電涂層比所述含銅電導(dǎo)體的銅軟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括通過下述操作來在所述含鋁金屬層上形成所述至少一個(gè)附加金屬層: 在所述含鋁金屬層上濺射或電鍍含銅金屬層；以及在所述含銅金屬層上濺射或電鍍含鎳金屬層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括通過在所述含鎳金屬層上濺射或電鍍含鈀金屬層來在所述含鋁金屬層上形成所述至少一個(gè)附加金屬層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括通過在所述含鈀金屬層上濺射或電鍍含金金屬層來在所述含鋁金屬層上形成所述至少一個(gè)附加金屬層。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方 法，進(jìn)一步包括通過下述操作來在所述含鋁金屬層上形成所述至少一個(gè)附加金屬層: 在所述含鋁金屬層上濺射或電鍍含鎳金屬層；以及 在所述含鎳金屬層上濺射或電鍍含鈀金屬層。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括通過在所述含鋁金屬層上濺射或電鍍含銅或鎳金屬層來在所述含鋁金屬層上形成所述至少一個(gè)附加金屬層。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括使用U形接合工具將所述含銅電導(dǎo)體按壓抵靠所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層，使得所述含銅電導(dǎo)體在被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層處具有U形橫截面。
21.—種半導(dǎo)體部件，包括: 半導(dǎo)體管芯，具有:半導(dǎo)體器件區(qū)；所述半導(dǎo)體器件區(qū)上的含鋁金屬層；和所述含鋁金屬層上的至少一個(gè)附加金屬層； 含銅電導(dǎo)體，經(jīng)由所述含銅電導(dǎo)體的導(dǎo)電涂層而被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層，所述導(dǎo)電涂層比所述含銅電導(dǎo)體的銅軟；以及 其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層足夠硬，以便當(dāng)所述含銅電導(dǎo)體被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層時(shí)，防止所述半導(dǎo)體管芯的所述含鋁金屬層的顯著變形。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的半導(dǎo)體部件，其中所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層還足夠硬，以使得所述含銅電導(dǎo)體在被接合到所述半導(dǎo)體管芯的所述至少一個(gè)附加金屬層時(shí)變形。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103928436SQ201410011722
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】R.巴耶雷爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司