[发明专利]碳纳米管键合焊盘结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路(IC)封装。更具体地，本发明涉及半导体衬底到封装的线键合以及增强线键合和衬底键合焊盘界面的机械强度。

背景技术

电子工业继续依赖于半导体技术的进展以便在更紧凑的区域中实现更高功能的器件。对于许多应用，实现更高功能的器件要求将大量的电子器件集成到单个硅晶片中。由于每给定面积的硅晶片的电子器件的数量增加，制造工艺变得更为困难。

已经制造了各种半导体器件，在许多学科有着各种应用。这些基于硅的半导体器件常常包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，如p沟道MOS(PMOS)、n沟道MOS(NMOS)和互补MOS(CMOS)晶体管，双极晶体管，BiCMOS晶体管。这种MOSFET器件包括导电栅极和硅之类的衬底之间的绝缘材料；因此，这些器件通常称作IGFET(绝缘栅FET)。

这些半导体器件中的每一个通常包括在其上形成多个有源器件的半导体衬底。在器件类型之间，给定有源器件的特定结构可以改变。例如，在MOS晶体管中，有源器件通常包括源区和漏区，以及调节源区和漏区之间的电流的栅电极。

并且，这种器件可以是按照多个晶片制造步骤生产的数字或模拟器件，例如CMOS、BiCOMS、双极等。衬底可以是硅、砷化镓(GaAs)或其它适合于在其上构造微电子电路的衬底。

在经过制造步骤之后，硅晶片具有预定数量的器件。测试这些器件。收集并封装好的器件。将器件键合成用户规定的封装。采用键合线实现至半导体管芯上的键合焊盘的连接，键合线又将管芯连接至外部封装管脚。

线键合是固相焊接工艺，其中使两部分金属材料(线和焊盘表面)紧密接触。一旦表面紧密接触，就发生电子共享或原子的互扩散，导致形成线键合。在线键合步骤中，结合力可导致材料变形，驱除沾污层并平滑表面的粗糙，这可以通过施加超声能量而增强。热可促进互扩散，从而促进键合形成。所形成的键合必须足够牢固，以抵抗在电路使用期间可能遇到的力。采用“键合拉力”测试仪，可以测量键合强度。这些表现出不足强度的键合可以采用此类设备筛选出来。表1描述了取决于键合线直径的特定拉力。

  键合线直径    拉力强度  20μm    (线长度＝3mm)2.0g；    (线长度＜3mm)2.5g  23/25μm    3.0g  30/32μm    4.0g  33/38μm    5.0g  50μm    7.5g                         表1  键合线拉力要求

参照图1A-1C。已经将键合线5从键合焊盘10上卸下。并且，包围材料15已经变形。

在线键合步骤期间，用于执行焊接所需的力可能超过键合焊盘和下面的结构的抗压强度。一种方法是在键合焊盘限定的金属区内形成电介质焊盘的阵列。在多层面金属器件中，这些是通路阵列，其中沉积层间金属以连接多层金属化物(metallization)。通路阵列是使得可以通过在接触孔中填充合适的导电材料而将一个或更多个导电层连接到另一个的、位于电介质层内的接触孔配置，通常是金属化物。