锚固的互连件制造技术

实施例包括一种半导体结构，包括：后端部分，该后端部分包括位于底部金属层与顶部金属层之间的多个金属层；顶部金属层包括具有第一侧壁表面和第二侧壁表面以及使侧壁表面彼此耦合的顶部表面的顶部金属层部分，其中，第一侧壁表面与第二侧壁表面相对；绝缘体层，该绝缘体层直接接触顶部表面；以及过孔，该过孔将接触凸块耦合至顶部金属层部分；其中，与耦合至后端部分的衬底正交的第一垂直轴与接触凸块、氮化物层、过孔、和顶部金属层部分相交。本文中描述了其它实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例属于半导体器件的领域，并且具体而言，属于互连件的领域。
技术介绍
传统上，半导体芯片已经经由引线互连件电耦合至衬底上的电迹线，该引线互连件在一端被焊接至芯片的顶部有源区并且在另一端被焊接至衬底上的围绕芯片的迹线焊盘。这些类型的互连件并非特别有效，对于芯片的表面区域和用于迹线焊盘的周边区域两者都需要空间，导致较大的芯片封装体。为了更有效地利用衬底表面并有助于较小的芯片封装体，开发了倒装芯片互联工艺。实质上，半导体芯片的有源表面被倒装过来以面对衬底，并且芯片被直接焊接至位于有源表面邻近处的迹线焊盘。结果是更紧凑的和空间有效的封装体。电连接倒装芯片的最成功和有效的方法中的一种方法利用可控塌陷芯片连接技术(C4)。首先，焊料凸块被施加到芯片、衬底或两者的有源侧上的焊盘。接下来，焊料凸块被融化并被允许流动，确保凸块对于芯片或衬底上的对应焊盘是完全湿的。粘性焊剂通常被施加到待连接的表面中的一个表面或两者。芯片和衬底的焊剂承载表面随后被放置为在总体对齐的情况下彼此接触。通过将芯片和衬底封装体加热至或高于焊料的熔点来执行回流。芯片和衬底上的焊料进行组合并且融化的焊料的表面张力使得对应的焊盘彼此自对准。经连接的封装体随后被冷却以使焊料固化。基于融化的焊料柱的表面张力与芯片的重量之间的平衡来确定焊料互连件的得到的高度。在去焊剂操作中从芯片和衬底组合中去除任何焊剂和焊剂残余物。最后，在芯片的底部表面与衬底的顶部表面之间、围绕并支撑焊料柱来施加环氧树脂底部填充剂。芯片衬底焊料连接的可靠性和抗疲劳性显著增加。底部填充剂用于承载由芯片与衬底之间的热膨胀系数(CTE)差异所引起
的大部分热负载，而不是使所有的热负载通过焊料柱被转移。附图说明根据所附权利要求、一个或多个示例性实施例的以下具体实施方式、和对应的附图，本专利技术的实施例的特征和优点将变得显而易见，在附图中：图1a描绘了传统的顶部金属层的分层(delamination)，并且图1b描绘了在本专利技术的实施例中的顶部金属层的分层的显著降低。图2a包括本专利技术的实施例中的锚固的(anchored)互连件。图2b包括图2a中的实施例的放大视图。图3a-图3e包括形成本专利技术的实施例中的锚固的实施例的方法。图4包括形成本专利技术的实施例中的锚固的实施例的方法。具体实施方式现在将参照附图，其中，类似的结构可以被提供有类似的附图标记。为了更清楚地示出各实施例的结构，本文中包括的附图是对半导体/电路结构的图形表示。因此，例如在显微照片中所制造的集成电路结构的实际外观可能有所不同，而依然包含所例示的实施例的请求保护的结构。此外，附图可能仅示出了对于理解所例示的实施例有用的结构。可能并未包括本领域公知的另外的结构，以保持附图的清楚性。例如，并非必须示出半导体器件的每一层。“实施例”、“各实施例”等等指示如此描述的一个或多个实施例可以包括特定的特征、结构、或特性，但并非每个实施例都必须包括该特定的特征、结构、或特性。某些实施例可具有针对其它实施例所描述的某些特征、全部特征、或不具有这些特征。“第一”、“第二”、“第三”等等描述共同的对象，并且指示正指代类似对象的不同实例。这些形容词并非暗示如此描述的对象必须以给定的顺序，不管是时间上的顺序、空间上的顺序、排序上的顺序、还是以任何其它方式的顺序。“连接”可以指示元件彼此直接物理接触或电接触，并且“耦合”可以指示元件彼此协作或交互，但是它们可以直接物理接触或电接触，或者可以不直接物理接触或电接触。在以上“
技术介绍
”部分中，总体上讨论了将焊料凸块添加至焊盘。
现在更详细地讨论将焊料凸块添加至焊盘，并努力设置围绕这些部件的耦合的背景。具体而言，将焊料凸块添加至焊盘发生在“后段工艺”接近结束时。更具体而言，一旦已经构建了半导体器件(例如，包括晶体管或其它开关器件的器件的部分)，则其必须进行互连以形成期望的电路。该“后段工艺”涉及以期望的模式来沉积各金属层和绝缘材料。通常，金属层由铝、铜、等等组成。绝缘材料可以包括SiO2、低K材料、等等。各金属层通过互连件进行互连，互连件可以包括线部分和过孔部分。过孔可以通过在绝缘材料中形成蚀刻孔并在孔中沉积金属(例如，钨)来形成。线部分可以通过在绝缘材料中蚀刻沟槽并在沟槽中沉积金属来形成。该工艺的最后部分可以包括前面提及的将焊料凸块耦合至焊盘。焊盘可以包括在金属层中的一个金属层中或者耦合至金属层中的一个金属层。一旦已经完成后段工艺，则半导体器件经受各种后段工艺(End-of-Line)电测试以判断其是否正常运行。随着工艺和对应的测试技术发展，后段工艺可靠性要求(例如，热应力b-HAST测试)变得越来越严格。首字母缩略词“HAST”表示“Highly accelerated temperature/Humidity Stress Test(高加速温度/湿度应力测试)”。该测试发展成为对温度湿度偏置(THB)测试的较短时的替代。如果THB测试花费1000小时来完成，则HAST结果在96-100小时内可用。因此，HAST的普及程度在近些年来已经持续增加。申请人已经认识到关于在后段工艺测试期间发现的分层的担心。例如，发生厚过孔9的分层，这导致b-HAST测试失败。“过孔9”指代在第九个金属层(例如，金属9层)中形成的过孔。本专利技术的实施例解决了在半导体器件的最上部的金属层中(或在多个最上部的金属层之中)发生的这种分层。实施例包括金属锚固件，其位于最高的金属层中的过孔下方，以便在过量应力被置于过孔(或构件，例如连接至过孔的焊球)上、污染物削弱过孔、等等的情况下保持过孔稳定。实施例包括金属9锚固件(位于金属9(M9)层中的锚固件)，其位于过孔9(耦合至M9层的过孔，举例来说，例如，位于M9层的顶部上)下方，以便在过量应力被置于过孔(或构件，例如连接至过孔的焊球)上、污染
削弱过孔、等等的情况下支撑过孔9。实施例可以包括用于将逻辑单元互连至存储器(LMI)管芯的金属再分布层中的穿硅过孔(TSV)(例如，蚀刻穿过晶圆以允许与3D晶圆级封装兼容的晶圆至晶圆互连方案的过孔)的锚固件。现在讨论一系列附图以例示先前提及的概念和实施例中的某些概念和实施例。图1a描绘了传统的顶部金属层的分层。存在比它们的周围更为明亮(lighter)的许多位置。这些更为明亮的区域存在于由于应力被置于分层的区域附近的一个或多个接触凸块上而已经发生顶部金属层的分层的地方。图1b描绘了在本专利技术的实施例中的顶部金属层的分层的显著下降。接下来阐述与引起下降的顶部层的分层的实施例有关的细节。图2a包括本专利技术的实施例中的经锚固的互连件。图2b包括图2a中的实施例的放大视图。半导体结构200可以包括出于清楚的目的而未示出的若干元件。例如，结构200可以包括具有位于衬底上的器件层的前端部分。器件层可以包括晶体管、开关器件、等等。结构200还可以包括具有底部金属层和位于底部金属层的顶部上的多个金属层的后端部分。如本领域技术人员将意识到的，后端部分在底部金属层与前端部分的顶部之间不包括金属层。此外，后端部分在顶部金属层与后端部分的顶部之间不包括金属层。图2a和图2b示出了顶部金属层(其位于上面提及的多个金属层上)，其包括具有第一和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：前端部分，所述前端部分包括位于衬底上的器件层；后端部分，所述后端部分包括底部金属层、顶部金属层、以及位于所述底部金属层与所述顶部金属层之间的多个金属层；所述顶部金属层包括具有第一侧壁表面和第二侧壁表面以及使所述侧壁表面彼此耦合的顶部表面的顶部金属层部分，其中，所述第一侧壁表面与所述第二侧壁表面相对；氮化物层，所述氮化物层在第一位置处直接接触与所述第一侧壁表面直接相邻的所述顶部表面，并在第二位置处直接接触与所述第二侧壁表面直接相邻的所述顶部表面；以及接触凸块和将所述接触凸块耦合至所述顶部金属层部分的过孔；其中，(a)所述后端部分在所述底部金属层与所述前端部分的顶部之间不包括金属层；(b)所述后端部分在所述顶部金属层与所述后端部分的顶部之间不包括金属层；并且(c)所述过孔在所述第一位置和所述第二位置两者处直接接触位于所述氮化物层正下方的所述顶部金属层部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体结构，包括：前端部分，所述前端部分包括位于衬底上的器件层；后端部分，所述后端部分包括底部金属层、顶部金属层、以及位于所述底部金属层与所述顶部金属层之间的多个金属层；所述顶部金属层包括具有第一侧壁表面和第二侧壁表面以及使所述侧壁表面彼此耦合的顶部表面的顶部金属层部分，其中，所述第一侧壁表面与所述第二侧壁表面相对；氮化物层，所述氮化物层在第一位置处直接接触与所述第一侧壁表面直接相邻的所述顶部表面，并在第二位置处直接接触与所述第二侧壁表面直接相邻的所述顶部表面；以及接触凸块和将所述接触凸块耦合至所述顶部金属层部分的过孔；其中，(a)所述后端部分在所述底部金属层与所述前端部分的顶部之间不包括金属层；(b)所述后端部分在所述顶部金属层与所述后端部分的顶部之间不包括金属层；并且(c)所述过孔在所述第一位置和所述第二位置两者处直接接触位于所述氮化物层正下方的所述顶部金属层部分。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述过孔沿着从所述第一位置延伸到所述第二位置的曲线与所述顶部表面直接接合。3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述顶部金属层部分包括互连线。4.根据权利要求2所述的结构，其中，所述曲线大体上呈抛物线状，所述曲线具有位于所述过孔和所述接触凸块正下方并位于所述第一位置和所述第二位置与所述衬底之间的抛物线顶点。5.根据权利要求1所述的结构，其中，与所述衬底正交的第一垂直轴与所述接触凸块、所述氮化物层、所述过孔、和所述顶部金属层部分相交。6.根据权利要求5所述的结构，其中，与所述衬底正交的第二垂直轴与所述接触凸块、所述氮化物层、电介质、和所述顶部表面相交。7.根据权利要求6所述的结构，其中，与所述第一垂直轴正交的水平轴与所述氮化物层、所述第一侧壁表面和所述第二侧壁表面、以及所述过孔相交。8.一种半导体结构，包括：后端部分，所述后端部分包括位于底部金属层与顶部金属层之间的多个金属层；所述顶部金属层包括具有第一侧壁表面和第二侧壁表面以及使所述侧壁表面彼此耦合的顶部表面的顶部金属层部分，其中，所述第一侧壁表面与所述第二侧壁表面相对；绝缘体层，所述绝缘体层直接接触所述顶部表面；以及过孔，所述过孔将接触凸块耦合至所述顶部金属层部分；其中，与耦合至所述后端部分的衬底正交的第一垂直轴与所述接触凸块、所述氮化物层、所述过孔、以及所述顶部金属层部分相交。9.根据权利要求8所述的结构，其中，所述过孔在第一位置和第二位置处直接接触位于所述氮化物层正下方的所述顶部金属层部分。10.根据权利要求9所述的结构，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·康，H·科塔里，C·C·蒙塔鲁，A·W·杨，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US