[實用新型]緩解互連結(jié)構(gòu)應力的半導體結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820479826.4
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN208028047U
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 馬力;李琳瑜
• 申請（專利權）人: 華天科技（昆山）電子有限公司
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31
• 代理公司: 昆山中際國創(chuàng)知識產(chǎn)權代理有限公司 32311
• 代理人: 段新穎

本實用新型公開了一種緩解互連結(jié)構(gòu)應力的半導體結(jié)構(gòu)，通過在介質(zhì)層與金屬線路之間增設一層應力緩解層，該應力緩解層一方面作為阻擋層，防止金屬線路的材料(銅或鋁)擴散到介質(zhì)層中，該應力緩解層另一方面作為延展層，其面積大于金屬線路在其上的正投影面積，可避免金屬線路及帶有金屬包覆層的金屬線路與介質(zhì)層直接接觸，以降低金屬線路及帶有金屬包覆層的金屬線路與介質(zhì)層界面之間的應力，解決金屬線路(厚銅或厚鋁)及帶有金屬包覆層的金屬線路與介質(zhì)層之間容易分層的問題，從而提高半導體結(jié)構(gòu)的封裝可靠性和封裝良率，使具有金屬線路(厚銅或厚鋁)及帶有金屬包覆層的厚銅或厚鋁線路的器件或封裝結(jié)構(gòu)能夠順利通過可靠性驗證。

技術領域

本實用新型涉及半導體封裝技術領域，尤其涉及一種緩解互連結(jié)構(gòu)應力的半導體結(jié)構(gòu)。

背景技術

在三維IC工藝集成的過程中，硅通孔的制作以及后續(xù)的鍵合、減薄等工藝過程會產(chǎn)生較大的熱應力，可能引起界面剝離、襯底碎裂、銅凸出等可靠性問題。熱機械可靠性問題通常發(fā)生在不同材料之間的交界面處，而介質(zhì)層(如氧化硅絕緣層)是可靠性最薄弱的區(qū)域。

氧化硅絕緣層由于生長溫度低、工藝重復性好、淀積薄膜均勻、膜的臺階覆蓋性好、缺陷密度較低等優(yōu)點已廣泛用于半導體材料、集成電路和MEMS器件制造工藝中，并常被作為銅材料與硅襯底之間的應力緩沖層。比如，在晶圓級封裝(wafer level packaging,WLP)，硅通孔(Through Silicon Via,TSV)，集成無源器件(Integrated Passive Device,IPD)等領域中制作厚銅或厚鋁的RDL，氧化硅絕緣層作為介質(zhì)層位于銅或鋁材料與硅襯底之間，由于銅或鋁容易發(fā)生氧化，在眾多的封裝工藝中，一般采用銅或鋁表面化鍍Ni/Au作為保護層，防止氧化。但是，由于銅或鋁材料或銅或鋁材料及保護層與介質(zhì)層的熱膨脹系數(shù)差異巨大，特別是在熱循環(huán)、冷熱沖擊載荷或其它更惡劣的工作環(huán)境中，金屬線路或帶有保護層的金屬線路與介質(zhì)層兩側(cè)接觸的角點處會產(chǎn)生很大的應力集中，特別是金屬線路為厚銅或厚鋁層時，很容易導致厚銅或厚鋁層由于膨脹系數(shù)不匹配導致的應力而擠出或界面剝離，從而導致介質(zhì)層出現(xiàn)細裂紋等缺陷且裂紋擴展，最終造成整個器件或封裝結(jié)構(gòu)失效。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上不足，本實用新型提出一種緩解互連結(jié)構(gòu)應力的半導體結(jié)構(gòu)，降低了金屬線路及帶有金屬包覆層的金屬線路與介質(zhì)層界面之間的應力，解決了金屬線路(厚銅或厚鋁)及帶有金屬包覆層的金屬線路與介質(zhì)層之間容易分層的問題，使具有金屬線路(厚銅或厚鋁)及帶有金屬包覆層的厚銅或厚鋁金屬線路的器件或封裝結(jié)構(gòu)順利通過可靠性驗證。

本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種緩解互連結(jié)構(gòu)應力的半導體結(jié)構(gòu)，包括半導體襯底，所述半導體襯底上具有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層上形成有厚度大于10um的材質(zhì)為銅或鋁的金屬線路，所述金屬線路上表面覆蓋有金屬包覆層,所述金屬線路與所述介質(zhì)層之間設有應力緩解層，所述應力緩解層的邊緣超出所述金屬線路在其上的正投影0.5μm至6μm。

進一步的，所述金屬線路外露的表面上均設有金屬包覆層。

進一步的，所述應力緩解層由至少一層鈦金屬層或鈦鎢合金層或氮化鈦層組成。

進一步的，所述應力緩解層的邊緣超出所述金屬線路在其上的正投影1μm至2μm。

進一步的，所述的金屬包覆層材質(zhì)為鎳金或鎳鈀金，所述金屬包覆層的包覆厚度范圍為0.2μm至3μm。

進一步的，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。

進一步的，所述應力緩解層上還設有種子層,所述種子層材料與所述金屬線路相同，所述種子層投影面積與所述應力緩解層或所述金屬線路投影面積相同。