[发明专利]焊垫结构、包括该焊垫结构的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及制造半导体器件的方法。具体地，本发明涉及一种用于半导体器件的焊垫结构(bonding pad structure)、包括该焊垫结构的半导体器件以及制造该焊垫结构和包括该焊垫结构的半导体器件的方法。

背景技术

半导体器件典型地包括由导体层(例如金属层)形成的焊垫(bondingpad)。焊垫通常用来测量半导体器件的电特性。测试时，探针在焊垫处与半导体器件接触。当半导体器件安装在封装(package)中时，焊垫也用来与焊线(bonding wire)或者凸块(bump)电接触。

图1是半导体器件中的常规焊垫结构10的示意性截面图。焊垫结构10包括形成在第一层间金属电介质(inter-metal dielectric，IMD)层16中的第一金属层12。位于第二IMD层18中的第二金属层14形成在第一金属层12上。保护绝缘钝化层24形成在第二金属层14和第二IMD层18上。钝化层24可以包括两层，该两层可以是氮化硅层22及在氮化硅层22下面的二氧化硅层20。钝化层24被光敏聚酰亚胺层26覆盖。结构10包括敞开的引线球区域(open wire ball region)28，在测试时探针在该区域接触半导体器件，在封装工艺期间引线在该区域接合到器件或者在该区域形成凸块。

通常，第一金属层12和第二金属层14由铝(Al)制成。然而，随着对器件的高性能、高集成度需求的不断增加，焊垫结构已经开始采用由铜替代铝形成的下金属层12来制造。

当在焊垫上进行探测或者引线接合(wire bonding)时，有可能第一金属层和/或第二金属层被损坏。这会导致第一金属层和/或第二金属层暴露到大气。当下金属层12由铜形成时，铜在暴露到大气时非常易于氧化。铜的下金属层12的氧化使器件退化或者引起器件失效。

发明内容

本发明提供了一种用于半导体器件的焊垫结构、包括该焊垫结构的半导体器件以及制造该结构和器件的方法，该方法中消除了焊垫结构的铜的下金属层的氧化。在本发明的结构中，在引线球区域中没有下金属层的铜存在。因此，如果在焊垫结构上进行接合或者探测，即使接合或者探测引起对结构的损坏，该结构的下金属层的铜的氧化也不会发生。这导致更加可靠的半导体器件。

根据第一方面，本发明涉及一种半导体器件。该器件包括接合区域(bonding area)(可在该区域进行接合)和焊垫结构(在接合区域中并延伸到接合区域以外)。该焊垫结构包括第一金属层以及在第一金属层之上的第二金属层。在第一金属层中，在接合区域没有金属。

第一金属层可以包括铜或者铝。阻挡金属层(barrier metal layer)可以插设在第一金属层与第二金属层之间。阻挡金属层可以由Ta、TaN、TiN和WN中的至少一种组成。

在一个实施例中，第二金属层包括铝。

在一个实施例中，第二金属层包括铜。镀层可以形成在第二金属层上。镀层可以包括镍、铅和金中的至少一种。

在一个实施例中，第一金属层包括电耦接到第二金属层的连续导电区域(continuous conductive region)。

在一个实施例中，第一金属层包括电耦接到第二金属层的多个导电引脚(conductive pin)。

在一个实施例中，第二金属层包括电耦接到第一金属层的接触插塞区域(contact plug region)。接触插塞区域包括与第一金属层接触的多个导电插塞。可选地，接触插塞区域可以包括电耦接到第一金属层的连续导电区域。

在一个实施例中，焊垫结构还包括在第一金属层之下的保护层。

根据另一方面，本发明涉及一种制造半导体器件的方法。根据该方法，提供衬底，接合区域(可在该区域进行接合)在衬底中形成。焊垫结构形成在接合区域中并且延伸到该接合区域之外。焊垫结构的形成包括形成第一金属层以及在第一金属层之上形成第二金属层。第一金属层形成为第一金属层的金属不存在于接合区域。

第一金属层可以由铜或者铝形成。阻挡金属层可以形成在第一金属层与第二金属层之间。阻挡金属层可以包括Ta、TaN、TiN和WN中的至少一种。

在一个实施例中，第二金属层由铝形成。

在一个实施例中，第二金属层由铜形成。镀层可以形成在第二金属层上。镀层可以包括镍、铅和金中的至少一种。

在一个实施例中，第一金属层形成为具有电耦接到第二金属层的连续导电区域。

在一个实施例中，第一金属层形成为具有电耦接到第二金属层的多个导电引脚。