用于为互连焊盘提供结构支撑同时允许信号传导的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供用于为互连焊盘提供结构支撑同时允许信号传导的方法和装置。一种方法（１０），在下面的功能金属层与低模量电介质绝缘时提供具有增强的结构支撑的互连（６０、１６０、２６０）结构。具有多个开口的第一金属层（８０）位于基板上面。第一电绝缘层（８２）位于第一金属层上面。第二金属层（８４）位于第一电绝缘层上面，该第二金属层具有多个开口。定义了互连焊盘区域的互连焊盘（６１、１４０）位于第二金属层上面。使两个金属层中的至少特定数量的开口（９８、９９）对准，以提高互连结构的结构强度。对准的数量可以依赖于应用和所使用的材料而有所不同。线接合连接或者传导凸点可以同该互连结构一起使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及封装半导体，更具体地，涉及集成电路的互连焊盘， 用于实现同下面的传导层的电气连接。
技术介绍
线接合是一种广泛使用的方法，用于将具有电路的半导体管芯连 接到元件封装上的引脚。由于半导体制造技术的进步，半导体的几何 尺寸不断縮小，因此线接合焊盘的尺寸变得较小。在实现同集成电路 的物理线接合连接时，较小的接合焊盘区域导致了针对接合焊盘结构 的增加的应力。接合焊盘结构，其包括金属接合焊盘自身和下面的金 属互连层和介电层的叠层，在线接合过程中机械支撑焊盘。尽管先进 的低介电常数(低k)的介电材料的发展对集成电路的电气性能有积极 的作用，但是这些低k材料典型地呈现出低模量，其降低了接合焊盘 结构的强度。特别地，利用铜互连金属化和低模量(低k)电介质制造 的接合焊盘结构在线接合过程中易于机械损坏。由于现今使用的先进 的低k层间电介质的模量低于上一代产品中使用的电介质，因此线接 合更易于使下面的金属层和介电层的叠层发生机械断裂。除了可能引起机械和结构故障的压力之外，在机械接合之后的线 接合毛细管的移动过程中，与接合线的张紧相关联的升力也可能引起 对线接合的结构损坏。升力趋向于使一个或多个下面的层分层。该结 构损坏在视觉上是不可检测的，并且在后继的测试和操作之前并不显著。一种用于解决在线接合下面出现的机械应力的已知方法是，使用 专用的支撑结构。 一种常见的结构是在接合焊盘下面使用至少两个金 属层，其通过分布在大部分线接合焊盘区域上的大的过孔阵列连接在 一起并且连接到接合焊盘。该过孔配置需要将下面的金属层的大部分 同接合焊盘全部电气连接在一起，并且因此它们在功能上不是相互独 立的。因此，在线接合焊盘下面，此下面的两个金属层的大部分不能 用于与焊盘无关的配线或互连。需要一种接合焊盘结构，其并入低模 量介电材料，但是仍提供用于线接合的坚固支撑，并且允许接合焊盘 下面的两个金属层的大部分用于与焊盘无关的配线。
技术实现思路
本专利技术提供一种在互连焊盘区域中形成的互连焊盘结构，包括 基板，具有在其中形成的半导体器件；和多个传导层，每个传导层在 互连焊盘区域中位于基板上面，并且同一个或多个低模量介电材料接 触，多个传导层是通过互连焊盘区域的预定部分上的垂直对准槽形成 的，足以提供关于互连焊盘结构的机械支撑。所述的互连焊盘结构进一步包括介电层，其位于多个传导层中 的最上面的传导层上面，所述介电层包括在所述介电层区域中不具有 金属密度的区域，由此没有金属穿过所述介电层的任何开口，所述区 域占互连焊盘区域的至少50%;和传导互连焊盘层，其位于所述介电 层上面。附图说明本专利技术借助于示例进行说明，并且不限于附图，在附图中相似的 参考数字表示相似的元素，并且其中图l和2是根据本专利技术的用于实现互连焊盘的版图方法的流程图； 图3是与图1和2的用于实现具有充分结构支撑的互连焊盘的版图方法相关联的确定区域的顶视平面图4是根据本专利技术的一个形式的部分半导体的互连焊盘区域的截面；图5是图4的互连焊盘区域的两个传导层的顶视平面图； 图6是根据本专利技术的另一形式的部分半导体的互连焊盘区域的截 面；并且图7是根据本专利技术的另一形式的部分半导体的互连焊盘区域的截面。技术人员应认识到，图中的元素是出于简化和清楚的目的说明的， 因此没有必要依比例绘制。例如，图中的某些元素的尺寸可以相对于 其他元素放大，有助于改善对本专利技术的实施例的理解。具体实施例方式一般地，此处提供了一种方法和装置，通过在焊盘下面的金属和 电介质叠层中使用新颖的版图技术，提供用于集成电路(ic)中的互 连焊盘位置的结构支撑。如此处使用的互连焊盘，由金属形成，被安 置在集成电路的表面处，其中实现了从焊盘到一个或多个下面的金属层的电气连接。在典型的IC设计中，由层间电介质分隔的多个金属层被形成为叠层，以提供半导体基板中的器件之间的所需互连。互连焊 盘的示例包括，但不限于，线接合焊盘、探针焊盘、倒装焊凸点焊盘、 测试点或者需要下面的结构支撑的其他的封装或测试焊盘结构。物理 上位于互连焊盘下面的互连焊盘区域定义了其中可以应用此处提供的版图技术的区域。通过这些版图技术，在IC技术中利用铜互连金属化和低模量电介质制造的接合焊盘结构，在线接合过程中较不易于机械损坏。此处使用的低模量材料是具有典型地小于80 GPa (千兆帕斯卡) 的值的材料。此外，此处使用的低k材料是介电常数典型地小于4的 材料。应当注意，所使用的许多低k材料具有低模量。此处使用的高 模量材料是具有典型地等于或大于80GPa (千兆帕斯卡)的值的材料。互连焊盘通常安置在IC物理版图中的输入/输出(I/O)单元中。 这些I/0单元典型地包含，用于I/O的有源和无源器件；用于这些I/0 器件的局部互连金属化，其典型地在下层金属化层中走线；以及电源/ 地轨或总线，其典型地在上层金属化层中走线。电源/地(电力)轨典 型地是非常宽的，并且常常安置在多个金属化层中，以便于按照最优化的IC操作的要求，使这些轨的电阻最小。为了使i/o单元的版图面积最小，高度理想的是，将电路安置在垂直对准的叠层中。例如，基 板中的有源和无源器件、局部互连金属化、电力总线和IC表面处的互 连焊盘，被安置在垂直叠层中。在大部分面积高效的配置中，有源和 无源器件，以及利用所有金属化层的局部互连和电力轨金属化，尽可 能密集地被安置为跨越I/0单元的物理跨度。然而，应当特别注意，在 将金属化安置在互连焊盘下面时，特别是在铜互连/低介电模量技术中， 应确保用于焊盘的坚固的结构支撑。现有的解决方案通过将至少两个 金属层安置在整个接合区域下面并且利用大的过孔阵列使这些层相互 连接并连接到接合焊盘，由此结构支撑互连焊盘，该解决方案不能高 效地使用版图面积。这些解决方案阻碍了将焊盘下面的至少两个金属 层用作独立互连(即，电力总线或信号)线。此处公开了一种高效的 解决方案，由此互连焊盘下面的所有金属层可以完整地或部分地用于 与互连焊盘无关的配线，同时还提供了坚固的结构支撑。换言之，不 需要现有解决方案中的主要用于向焊盘提供机械支撑的"伪"金属化 或过孔。在IC版图设计中，每个金属化层中的开口或槽是非常普遍的。开 口可以安置在版图中，以便于物理分隔两个独立的金属线或形状。而 且开口或槽通常被安置在宽的金属电力总线或线中，以便于减小该金 属层中的局部金属密度。典型地，先进的IC工艺技术中的关于铜互连 的版图设计规则要求开口或槽以略微均匀的方式分布，以在给定的区 域中实现目标金属密度范围(即，20% 80%)。例如，在具有80%金 属密度的版图区域中，80%的面积将包含金属化，而20%的面积将包含 电介质填充开口 (即，无金属化)。这些版图设计规则典型地是所需要的，用于在利用被称为化学机械研磨(CMP)的半导体处理时，确 保铜金属层的平整性。如果IC的一个局部区域中的金属密度比相邻区域中的金属密度大很多，则在CMP过程中金属将不均匀地研磨，导致 了不需要的金属层厚度变化。因此，在每个金属层中需要开口阵列， 用于定义分隔的金属线或形状，并且用于将金属密度限制在CMP工艺 控制所允许的范围内。然而，如下文所将描述的，开口的存在对在互 连焊盘下面提供的结构支撑数量有关键性的影响。特别重要的是，这 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在互连焊盘区域中形成的互连焊盘结构，包括：　基板，具有在其中形成的半导体器件；和　多个传导层，每个传导层在互连焊盘区域中位于基板上面，并且同一个或多个低模量介电材料接触，多个传导层是通过互连焊盘区域的预定部分上的垂直对准槽形 成的，足以提供关于互连焊盘结构的机械支撑。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：凯文J埃斯，苏珊H唐尼，詹姆斯W米勒，杨俊才，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]