鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍵合是指用金屬線以焊接的方式將芯片與引線框架的管腳連接的工序。在芯片焊點(diǎn)鍵合前，鍵合設(shè)備通過打火桿施放高壓電將金屬線端頭燒成球狀，再通過超聲波焊接到芯片的鍵合區(qū)。
[0003]長(zhǎng)期以來，由于金線具備良好的導(dǎo)電性能、可塑性和化學(xué)穩(wěn)定性等，在傳統(tǒng)半導(dǎo)體分立器件內(nèi)引線鍵合中，一直占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位，并擁有較為成熟的鍵合工藝。但由于金線價(jià)格昂貴，成本較高，所以近年來，為了降低成本，越來越多的封裝廠將封裝用線從金線轉(zhuǎn)換到銅線。
[0004]但是現(xiàn)有采用銅線作為封裝線與焊墊焊接，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊接不可靠的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法，提高焊墊層與金屬球之間的焊接可靠性。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鍵合結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供基底，所述基底包括介質(zhì)層和位于所述介質(zhì)層內(nèi)的金屬互連線，并且所述金屬互連線的表面與介質(zhì)層表面齊平；在所述基底表面形成焊墊金屬層，所述焊墊金屬層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域位于金屬互連線上方，第二區(qū)域位于所述金屬互連線一側(cè)的介質(zhì)層上方，且第一區(qū)域和第二區(qū)域連接；在所述焊墊金屬層的第二區(qū)域內(nèi)形成凹槽，所述凹槽的深度小于焊墊金屬層的厚度。
[0007]可選的，還包括:將金屬球在所述凹槽內(nèi)與焊墊金屬層焊接，所述金屬球上端有金屬線。
[0008]可選的，所述金屬球的材料為銅或金。
[0009]可選的，所述凹槽的深度小于1/2倍的焊墊金屬層厚度。
[0010]可選的，所述凹槽的橫截面為圓形。
[0011]可選的，所述凹槽的橫截面的最大直徑大于30um。
[0012]可選的，還包括:在形成所述焊墊金屬層之前，在所述基底表面形成擴(kuò)散阻擋層。
[0013]可選的，所述擴(kuò)散阻擋層的材料為TaN。
[0014]可選的，形成所述焊墊金屬層的形成方法包括:在所述基底上形成金屬材料層，在所述金屬材料層表面形成第一圖形化掩膜層；以所述第一圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述金屬材料層，形成焊墊金屬層，所述焊墊金屬層覆蓋金屬互連線及所述金屬互連線一側(cè)的介質(zhì)層；去除所述第一圖形化掩膜層。
[0015]可選的，在所述基底和焊墊金屬層表面形成第二圖形化掩膜層，所述第二圖形化掩膜層暴露出焊墊金屬層的第二區(qū)域的部分表面；以所述第二圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述焊墊金屬層的第二區(qū)域，在所述第二區(qū)域內(nèi)形成凹槽。
[0016]為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種鍵合結(jié)構(gòu)，包括:可選的，并且所述金屬互連線的表面與介質(zhì)層表面齊平；位于基底表面的焊墊金屬層，所述焊墊金屬層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域位于金屬互連線上方，第二區(qū)域位于所述金屬互連線一側(cè)的介質(zhì)層上方，且第一區(qū)域和第二區(qū)域連接；位于所述焊墊金屬層的第二區(qū)域內(nèi)的凹槽，所述凹槽的深度小于焊墊金屬層的厚度，所述凹槽作為焊點(diǎn)。
[0017]可選的，還包括:位于所述凹槽內(nèi)與所述焊墊金屬層焊接的金屬球和位于所述金屬球上端的金屬線。
[0018]可選的，所述金屬球和金屬線的材料為銅或金。
[0019]可選的，所述凹槽的深度小于1/2倍的焊墊金屬層厚度。
[0020]可選的，所述凹槽的橫截面為圓形。
[0021]可選的，所述凹槽的橫截面的最大直徑大于30um。
[0022]可選的，還包括:位于所述基底表面、焊墊金屬層下方的擴(kuò)散阻擋層。
[0023]可選的，所述擴(kuò)散阻擋層的材料為TaN。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案中，在位于介質(zhì)層上的焊墊金屬層的第二區(qū)域內(nèi)形成凹槽，再在所述凹槽內(nèi)焊接金屬球。由于所述凹槽提高了墊金屬層與金屬球之間的接觸面積，從而使得所述金屬球與焊墊金屬層之間的結(jié)合力增強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)直接在平面的焊墊金屬層上焊接金屬球相比，可以降低施加給所述金屬球的壓力，依然可以保持所述金屬球與焊墊金屬層之間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，依然具有較高的焊接質(zhì)量，并且降低施加給金屬球的壓力，就可以減少所述壓力傳遞給焊墊金屬層下方的介質(zhì)層的應(yīng)力對(duì)介質(zhì)層造成的破壞，從而可以避免焊墊金屬層從介質(zhì)層上剝離的問題，從而提高焊接的可靠性。
[0026]進(jìn)一步的，所述凹槽的橫截面形狀為圓形，且所述凹槽的橫截面的最大直徑大于30um，可以最大程度的讓金屬球進(jìn)入所述凹槽中，從而提高金屬球與焊墊金屬層之間的接觸面積，進(jìn)一步提高金屬球與焊墊金屬層之間的結(jié)合力。
[0027]進(jìn)一步的，所述凹槽形成在焊墊金屬層的第二區(qū)域上，所述第二區(qū)域下方?jīng)]有互連金屬線，可以避免在刻蝕形成所述凹槽的過程中，對(duì)下層的半導(dǎo)體器件造成充電損傷，影響半導(dǎo)體器件的性能。
【附圖說明】
[0028]圖1至圖8是本發(fā)明的實(shí)施例的鍵合結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有采用銅線與焊墊進(jìn)行焊接時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊接不可靠的問題。
[0030]研究發(fā)現(xiàn)，由于銅線延展性不如金好，硬度也比金大，所述銅線球與焊墊的熔融結(jié)合能力遠(yuǎn)低于金線球與焊墊的熔融結(jié)合能力，這樣在實(shí)際工藝中需要對(duì)銅線球施加更大的壓力，才能實(shí)現(xiàn)銅線與焊墊較好的融合。
[0031]但是，由于隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)芯片中電介質(zhì)材料的介電系數(shù)(K值)的要求也越來越低，以降低器件之間的寄生電容，提高芯片的性能。但是，電介質(zhì)材料的K值越低，所述電介質(zhì)材料就越疏松，脆性越強(qiáng)。焊點(diǎn)部分位于介質(zhì)層上方，所以，介質(zhì)層與焊墊之間的粘附力就很弱。所以，采用較大的壓力使采用銅線球與焊墊進(jìn)行融合的過程中，所述壓力會(huì)對(duì)焊墊以及焊墊下方的介質(zhì)層造成破壞，導(dǎo)致焊墊與介質(zhì)層之間發(fā)生剝離，從而導(dǎo)致鍵合的可靠性降低。
[0032]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例中，在焊墊中形成凹槽，金屬球通過凹槽與焊墊進(jìn)行焊接，可以提高金屬球與焊點(diǎn)之間的接觸面積，從而可以提高金屬線與焊墊之間的結(jié)合能力，進(jìn)而可以減低對(duì)金屬球施加的壓力，避免焊墊與介質(zhì)層之間發(fā)生剝離現(xiàn)象，從而提高鍵合的可靠性。
[0034]請(qǐng)參考圖1，提供基底，所述基底包括介質(zhì)層100和位于所述介質(zhì)層100內(nèi)的金屬互連線200，并且所述金屬互連線200的表面與介質(zhì)層100表面齊平。
[0035]所述基底可以形成在半導(dǎo)體襯底上，或者位于層間介質(zhì)層上方。所述基底下方可以是多層互連結(jié)構(gòu)，也可以形成有半導(dǎo)體器件。
[0036]本實(shí)施例中，所述基底內(nèi)形成有金屬互連線200，所述互連線200連接基底下方的半導(dǎo)體器件，并且通過封裝工藝，將所述金屬互連線200連接出去。所述金屬互連線的材料可以是銅、鎢或鋁等金屬材料。本實(shí)施例中，所述互連金屬線的材料為銅。
[0037]所述介質(zhì)層100包圍所述金屬互連線200，所述介質(zhì)層100的材料為低K介質(zhì)材料，例如多孔氧化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅等，采用低K介質(zhì)材料可以降低寄生電容。所述金屬互連線200與介質(zhì)層200的表面齊平，從而