半导体元件背面铜金属的改良结构制造技术

一种半导体元件背面铜金属的改良结构，其中前述改良结构由上而下依序包括有一主动层、一基板、一背面金属种子层、一耐持久高温缓冲层、一背面金属层以及至少一抗氧化金属层，其中该背面金属种子层的材料包含钯以及磷，该耐持久高温缓冲层的材料为镍、银或镍合金，且背面金属层的材料为铜。运用本发明专利技术所提供的结构可使半导体晶片具有耐持久高温操作的特性；其背面的各金属层结构在通过持久性高温测试后，仍维持其结构的完整性，且不易产生空隙、剥离或裂痕，不易产生接地不良的现象，并有效增强晶片的耐持久高温操作特性以及晶片的可靠度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件背面铜金属的改良结构，尤指一种以铜做为背面金属层，背面金属种子层包含钯(Pd)以及磷(P)，且于前述两层之间插入一耐持久高温缓冲层，使半导体元件具有耐持久高温操作特性的改良结构。
技术介绍
半导体元件的制程当中通常会包含背面金属化的制程，该背面金属化的制程关系到半导体元件的抗折强度、散热以及接地等特性。第1图为一现有的半导体元件背面铜金属结构示意图，其中结构依次包含有一基板101、一扩散阻挡层105、一应力消除金属层107、一背面金属层109以及一抗氧化层111；其中该扩散阻挡层105形成于该基板101之下，该扩散阻挡层105的材料为氮化钽(TaN)，主要功能在于阻挡其他金属材料扩散进入该基板101，进而对元件产生不利影响；该应力消除金属层107形成于该扩散阻挡层105之下，该应力消除金属层107的材料为金(Au)，主要功能在于减缓或消除其下结构因不均匀的膨胀或收缩所导致的结构剥离；该背面金属层109的材料为铜(Cu)，其厚度需足够支持该基板101在封装时所受的应力，同时亦可帮助该基板101上的元件散热；该抗氧化层111的材料为金(Au)，可防止该背面金属层109氧化。然而以氮化钽(TaN)做为扩散阻挡层、以金(Au)做为应力消除金属层、再以铜(Cu)做为背面金属层，此三层结构材料的选用对于半导体元件耐高温操作的表现并不尽理想；现今半导体元件的散热及耐高温特性是很重要的课题，若该元件的耐高温特性不理想，可能导致半导体元件因过热而受损，尤其当半导体元件有背面导孔时，通常背面导孔的深宽比都很大，在高温操作下，此三层结构较容易产生空隙、出现裂痕、剥离等现象，造成接地不良的状况，而使该半导体元件受损。有鉴于此，本专利技术为了改善上述的缺点，本专利技术提出一种耐持久高温操作的半导体元件背面铜金属的改良结构，不但可以有效提升半导体元件的耐高温操作特性，降低元件因过热而受损的机率，同时又可改善晶片的导热效果，并且降低材料成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种半导体元件背面铜金属的改良结构，有助于提升元件的耐持久高温操作特性。为了达到上述之目的，本专利技术提供一种半导体元件背面铜金属改良结构，包括：一主动层、一基板、一背面金属种子层、一耐持久高温缓冲层以及一背面金属层。该主动层形成于该基板的一正面，且该主动层包含至少一积体电路。该背面金属种子层形成于该基板的一背面，且构成该背面金属种子层的材料包含钯以及磷。该耐持久高温缓冲层形成于该背面金属种子层的下方。该背面金属层形成于该耐持久高温缓冲层的下方，且构成该背面金属层的材料为铜。于一实施例中，包含于该背面金属种子层的钯的分布与包含于该背面金属种子层的磷的分布至少部分相重迭。于一实施例中，包含于该背面金属种子层的钯是均匀地分布于该背面金属种子层，且包含于该背面金属种子层的磷是均匀地分布于该背面金属种子层。于一实施例中，包含于该背面金属种子层的钯是分布于较接近该基板的该背面，而包含于该背面金属种子层的磷是分布于较接近该耐持久高温缓冲层。于一实施例中，该背面金属种子层包含一第一次层以及一第二次层，构成该第一次层的材料为钯，且构成该第二次层的材料为磷。于一实施例中，该第一次层形成于该基板的该背面，该第二次层形成于该第一次层的下方，且该耐持久高温缓冲层形成于该第二次层的下方。于一实施例中，构成该耐持久高温缓冲层的材料为镍合金。于一实施例中，构成该耐持久高温缓冲层的材料为镍。于一实施例中，构成该耐持久高温缓冲层的材料为银。于一实施例中，该耐持久高温缓冲层的一厚度大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于或大于且小于于一实施例中，更包括至少一抗氧化金属层，其中该至少一抗氧化金属层形成于该背面金属层的下方。于一实施例中，构成该至少一抗氧化金属层的材料包括选自以下群组之一：镍、金、钯、钒、镍金合金、镍钯合金、钯金合金、镍合金以及镍钒合金。于一实施例中，更包括至少一导孔，其中该至少一导孔形成于该基板的该背面，该至少一导孔的一内表面被该背面金属种子层所覆盖。于一实施例中，该背面金属种子层的一厚度大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于大于且小于或大于且小于为进一步了解本专利技术，以下举较佳的实施例，配合图式、图号，将本专利技术的具体构成内容及其所达成的功效详细说明如下。附图说明图1为现有技术的背面铜金属化的剖面结构示意图。图2A为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的一具体实施例于背面铜金属化前的剖面结构示意图。图2B为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的一具体实施例的剖面结构示意图。图2C为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的一具体实施例于背面金属层形成街道状凹槽的剖面结构示意图。图2D为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的一具体实施例形成至少一抗氧化金属层后的剖面结构示意图。图2E为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的另一具体实施例的剖面结构示意图。图2F为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的另一具体实施例于背面金属层形成街道状凹槽的剖面结构示意图。图2G为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的另一具体实施例形成至少一抗氧化金属层后的剖面结构示意图。图2H为图2B的局部放大图。图3A为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构经持久性高温测试后，再以能量色散X-射线光谱仪(EDS，Energy-DispersiveX-RaySpectroscope)分析图2H中的c—c’剖面线的结构的分析结果。图3B局部显示图3A的测试结果。附图标记说明：101-基板；105-扩散阻挡层；107-应力消除金属层；109-背面金属层；111-抗氧化层；201-基板、203-主动层；205-背面金属种子层；207-耐持久高温缓冲层；209-背面金属层；211-抗氧化金属层；213-导孔；215-凹槽；11-第一次层；12-第二次层。具体实施方式第2A图为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的一具体实施例于背面铜金属化前的剖面结构示意图。其中包括一基板201、一主动层203以及至少一导孔213。基板201通常是使用砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)等半导体材料所构成。于基板201的正面设置有一主动层203，而主动层203则是包括了至少一积体电路。由于在主动层203中的积体电路需要接地点，因此会在基板201的背面以蚀刻技术制作出所需数量的背面导孔213，通过背面导孔213可以让主动层203中的积体电路的接地被连接到远端配置的接地区。第2B图为本专利技术的半导体元件背面铜金属改良结构的一具体实施例的剖面结构示意图。其主要结构与第2A图所示的实施例大致相同，惟，其中一背面金属种子层205形成于基板201的一背面、一耐持久高温缓冲层207形成于背面金属种子层205的下方以及一背面金属层209形成于耐持久高温缓冲层207的下方。背面金属种子层205覆盖住基板201的背面以及导孔213的内表面。构成背面金属种子层205的材料包含钯以及磷。构成耐持久高温缓冲层207较佳的材料为镍、镍合金或银。构成背面金属层209的材料为铜。在一实施例中，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件背面铜金属的改良结构，包括：一基板；一主动层，形成于该基板的一正面，其中该主动层包含至少一积体电路；一背面金属种子层，形成于该基板的一背面，其中构成该背面金属种子层的材料包含钯以及磷；一耐持久高温缓冲层，形成于该背面金属种子层的下方；以及一背面金属层，形成于该耐持久高温缓冲层的下方，其中构成该背面金属层的材料为铜。

【技术特征摘要】
2015.09.29 US 14/868,7981.一种半导体元件背面铜金属的改良结构，包括：一基板；一主动层，形成于该基板的一正面，其中该主动层包含至少一积体电路；一背面金属种子层，形成于该基板的一背面，其中构成该背面金属种子层的材料包含钯以及磷；一耐持久高温缓冲层，形成于该背面金属种子层的下方；以及一背面金属层，形成于该耐持久高温缓冲层的下方，其中构成该背面金属层的材料为铜。2.如权利要求1所述的半导体元件背面铜金属的改良结构，其特征在于，包含于该背面金属种子层的钯的分布与包含于该背面金属种子层的磷的分布至少部分相重迭。3.如权利要求1所述的半导体元件背面铜金属的改良结构，其特征在于，包含于该背面金属种子层的钯是均匀地分布于该背面金属种子层，且包含于该背面金属种子层的磷是均匀地分布于该背面金属种子层。4.如权利要求1所述的半导体元件背面铜金属的改良结构，其特征在于，包含于该背面金属种子层的钯是分布于较接近该基板的该背面，而包含于该背面金属种子层的磷是分布于较接近该耐持久高温缓冲层。5.如权利要求1所述的半导体元件背面铜金属的改良结构，其特征在于，该背面金属种子层包含一第一次层以及一第二次层，构成该第一次层的材料为钯，且构成该第二次层的材料为磷。6.如权利要求5所述的半导体元件背面铜金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文慧，花长煌，陈建成，
申请(专利权)人：稳懋半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71