半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，至少包括鍵合于所述半導(dǎo)體晶圓上的鋁層以及設(shè)置于所述鋁層外的金屬介質(zhì)層，所述金屬介質(zhì)層從內(nèi)向外依次包括鎳層和鈀層；所述鎳層的厚度為3?5μm，所述鈀層的厚度為0.1?0.3μm。本實(shí)用新型易于在半導(dǎo)體單晶圓鋁壓焊點(diǎn)上形成金屬間化合物且不易形成柯肯德?tīng)柨斩础?br>【專利說(shuō)明】
半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]引線鍵合是半導(dǎo)體行業(yè)中器件和基板的連接方式中較為成熟的技術(shù)，尤其是金線在鋁墊上的鍵合技術(shù)。
[0003]但是，目前常用的鍵合技術(shù)，由于在高溫應(yīng)用環(huán)境(環(huán)境溫度可達(dá)150°C以上)下，比如在油氣鉆井、地?zé)峥碧胶蛙娛潞娇盏阮I(lǐng)域，在鍵合過(guò)程形成的金-鋁金屬間化合物(Au-Al IMC )在高溫下會(huì)快速生長(zhǎng)，容易形成柯肯德?tīng)?Kirkendall)空洞，進(jìn)而導(dǎo)致器件失效，影響產(chǎn)品的可靠性。根據(jù)ITRS路線圖，在現(xiàn)代汽車的引擎和自動(dòng)變速箱中，其電子器件的環(huán)境溫度可達(dá)155?175° C，個(gè)別案例中溫度可達(dá)200° C，因此，金-鋁的鍵合方式不能滿足電子器件在高溫環(huán)境下的使用要求。
[0004]相對(duì)于金線，銅線成本較低，而且銅線具有良好的導(dǎo)電性能和熱性能，銅-鋁(Cu-Al )在高溫環(huán)境下很難形成金屬間化合物(MC )，一旦形成金屬間化合物，其在高溫下的生長(zhǎng)速度也非常緩慢，目前還沒(méi)有觀測(cè)到由于形成柯肯德?tīng)?Kirkendall)空洞而導(dǎo)致器件失效的情況，因此，采用銅線替代金線已經(jīng)成為本行業(yè)采用較多的技術(shù)。
[0005]但是，由于Cu-Al之間很難形成IMC，并且銅的密度大于鋁的密度，鍵合過(guò)程需要更大的能量和鍵合力，容易發(fā)生鋁墊溢出的問(wèn)題，甚至可能破壞壓焊點(diǎn)下敏感而脆弱的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致器件的失效。
[0006]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需研究一種易于在半導(dǎo)體單晶圓鋁壓焊點(diǎn)上形成金屬間化合物且不易形成柯肯德?tīng)柨斩吹逆I合結(jié)構(gòu)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種易于在半導(dǎo)體單晶圓鋁壓焊點(diǎn)上形成金屬間化合物且不易形成柯肯德?tīng)柨斩吹逆I合結(jié)構(gòu)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，至少包括鍵合于所述半導(dǎo)體晶圓上的鋁層以及設(shè)置于所述鋁層外的金屬介質(zhì)層，其特征在于，所述金屬介質(zhì)層從內(nèi)向外依次包括鎳層和鈀層;所述鎳層的厚度為3_5μπι，所述鈀層的厚度為
0.1-0.3μπιο
[0009]在一些【具體實(shí)施方式】中，所述金屬介質(zhì)層還包括金層，所述金層鍵合于所述鈀層的外側(cè)，所述金層的厚度為0.03-0.Ιμπι。
[0010]在一些【具體實(shí)施方式】中，所述鎳層的厚度為4μπι。
[0011 ]在一些【具體實(shí)施方式】中，所述鈀層的厚度為0.2μπι。
[0012]在一些【具體實(shí)施方式】中，所述金層的厚度為0.06μπι。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果:
[0014]本實(shí)用新型的上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于在鋁層(即鋁鍵合面)和鋁線或者金線之間設(shè)置有金屬介質(zhì)層，即鎳層、鈀層和金層，金屬介質(zhì)層有效隔離了鋁層與金線或銅線，避免金線或者銅線與鋁層直接接觸，并能通過(guò)化學(xué)自催化反應(yīng)與金線或者銅線之間形成良好的接合，不會(huì)形成柯肯德?tīng)柨斩?，?duì)鋁鍵合面及其半導(dǎo)體晶圓起到很好的保護(hù)作用。
[0015]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的鍵合窗口與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)鍵合窗口的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1和圖2所述，本實(shí)用新型提出了一種半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，包括鍵合于半導(dǎo)體晶圓I上的鋁層2以及設(shè)置于鋁層2外側(cè)的金屬介質(zhì)層。本實(shí)施例中，以遠(yuǎn)離半導(dǎo)體晶圓的一側(cè)為外層，靠近半導(dǎo)體晶圓的一側(cè)為內(nèi)層。
[0019]如圖1所示，金屬介質(zhì)層從內(nèi)向外依次包括鎳層3、鈀層4和金層5，其中鎳層的厚度為4μηι，鈀層的厚度為0.2μηι，金層的厚度為0.06μηι。
[0020]采用上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于在鋁層(即鋁鍵合面)和鋁線或者金線之間設(shè)置有金屬介質(zhì)層，即鎳層、鈀層和金層，金屬介質(zhì)層有效隔離了鋁層與金線或銅線，避免金線或者銅線與鋁層直接接觸，并能通過(guò)化學(xué)自催化反應(yīng)與金線或者銅線之間形成良好的接合，不會(huì)形成柯肯德?tīng)柨斩矗瑢?duì)鋁鍵合面及其半導(dǎo)體晶圓起到很好的保護(hù)作用。
[0021]圖2為根據(jù)DOE(試驗(yàn)設(shè)計(jì))測(cè)試的測(cè)試結(jié)果，A為在鋁層上直接鍵合銅線的鍵合工藝窗口，B為在鋁層上直接鍵合金線的鍵合工藝窗口，C為在本實(shí)施例的復(fù)合金屬介質(zhì)層上鍵合銅線后的鍵合工藝窗口，相對(duì)于單純?cè)阡X層上的鍵合，本實(shí)施例的金屬介質(zhì)層具有更寬的鍵合工藝窗口，大大提高了生產(chǎn)效率。
[0022]在其他實(shí)施例中，鎳層的厚度范圍可以在3_5μπι之間，鈀層的厚度范圍可以為0.Ι-Ο.3μηι 之間 ，金層的厚度范圍可以在 0.03-0.1 微米之間 。
[0023]本實(shí)用新型的具體應(yīng)用情況如下:步驟一，清洗鋁層。清潔鋁層表面的雜質(zhì)，保持鋁層清潔;步驟二，鋁層微蝕刻。清除鋁層上的氧化層，恢復(fù)鋁層的活性;步驟三，第一次浸鋅。在鋁層表面覆蓋一層薄薄的鋅層，防止鋁層氧化，保持鋁層的活性;步驟四，褪洗鋅層。去除鋁層表面的鋅層;步驟五，第二次浸鋅，進(jìn)一步優(yōu)化鋅層，使之薄而均勻地覆蓋于鋁層的表面;步驟六，化學(xué)鍍鎳，在鋁層表面通過(guò)化學(xué)自催化反應(yīng)，生成厚度為3?5μπι的鎳層；步驟七，化學(xué)鍍鈀，通過(guò)化學(xué)自催化反應(yīng)在鎳層上沉積一層厚度為0.1?0.3μπι的金屬鈀層，防止鎳層氧化;步驟八，化學(xué)浸金。在鈀層上沉積一層厚度為0.03?0.Ιμπι的金層，增加金屬介質(zhì)層的可焊性;步驟九，清洗金屬介質(zhì)層并將其烘干。
[0024]上述金屬介質(zhì)層之間完全通過(guò)化學(xué)自催化反應(yīng)完成，不需要半導(dǎo)體晶圓表面處理通常所采用的PVD(鍍膜機(jī))及mask設(shè)備(清洗設(shè)備)，也不需要昂貴的電鍍?cè)O(shè)備，在節(jié)約電力成本以及電鍍?cè)O(shè)備成本的同時(shí)，減少了電鍍過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染，保證了工作人員工作環(huán)境的良好度。
[0025]以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，至少包括鍵合于所述半導(dǎo)體晶圓上的鋁層以及設(shè)置于所述鋁層外的金屬介質(zhì)層，其特征在于，所述金屬介質(zhì)層從內(nèi)向外依次包括鎳層和鈀層;所述鎳層的厚度為3-5μηι，所述鈀層的厚度為0.1-0.3μηι。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬介質(zhì)層還包括金層，所述金層鍵合于所述鈀層的外側(cè)，所述金層的厚度為0.03-0.Ιμπι。3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鎳層的厚度為.4μηι04.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鈀層的厚度為.0.2μηι5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體晶圓鋁壓焊點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金層的厚度為.0.06ym。
【文檔編號(hào)】H01L23/492GK205564735SQ201620348433
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】朱勇
【申請(qǐng)人】上海紀(jì)元微科電子有限公司