CN103258809A - 三五族化合物半导体组件的铜金属连接线 - Google Patents

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Abstract

一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，包含一金属接触层以及一含铜金属层；其中该金属接触层位于该含铜金属层下方，由选自下列材料组成的群组所构成：钛/钯/铜(Ti/Pd/Cu)、钛/镍钒/铜(Ti/NiV/Cu)、钛钨/氮化钛钨/钛钨/铜(TiW/TiWN/TiW/Cu)、钛钨/氮化钛钨/钛钨/金(TiW/TiWN/TiW/Au)、钛钨/铜(TiW/Cu)以及钛钨/金(TiW/Au)；该含铜金属层还包含一金属保护层，覆盖于该含铜金属层的上方，用以防止含铜金属层的氧化；该金属保护层的材料为镍/金(Ni/Au)、镍/钯/金(Ni/Pd/Au)或焊接剂(solder)。

Description

三五族化合物半导体组件的铜金属连接线
技术领域
本发明涉及一种半导体组件的铜金属连接线，尤指一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线。
背景技术
传统上，因为金的高度稳定性，在化合物半导体集成电路的前端制程中，金属连接线多是由包含金的金属层所构成。然而金的昂贵价格已成为化合物半导体产业控制生产成本的瓶颈之一；在应用上，对集成电路的需求趋向更高积集度与更高效率，因此需要更低电阻值与更佳散热效率的导线材料。如表1所示，与金相比，铜作为导线材料具有更低的电阻值、更佳的散热率、更高的热稳定性，最重要的是其价格远低于金，因此，若能以铜取代半化合物导体集成电路制程中的金，对降低生产成本将甚有帮助。
表1铜与金的性能比较
Figure BDA0000135850750000011
然而，铜制程在半导体集成电路的应用主要受限于铜的扩散问题。在半导体集成电路中，铜原子容易扩散至其它材料中，若是铜原子扩散至下层电子组件的半导体材料中，将改变材料特性，进而影响组件的功能，因此在设计以铜取代金的半导体集成电路制程时，首先要考虑的就是找出一能有效隔绝铜原子扩散的阻障层。在以硅组件为主的半导体集成电路中，铜金属化制程已有许多技术发明；然而这些技术并无法直接应用在化合物半导体的制程中。本发明即为提供一种化合物半导体的铜金属连接线结构，使其前端制程中的金属连接线能以铜取代金作为主要材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其前端制程中的金属连接线以铜取代金作为主要材料，因此能降低集成电路中的电阻值以及改善散热效率，并能大幅降低生产成本。
为达上述目的，本发明提供一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，包含一金属接触层以及一含铜金属层；其中该金属接触层位于该含铜金属层下方，由选自下列材料组成的群组所构成：钛/钯/铜(Ti/Pd/Cu)、钛/镍钒/铜(Ti/NiV/Cu)、钛钨/氮化钛钨/钛钨/铜(TiW/TiWN/TiW/Cu)、钛钨/氮化钛钨/钛钨/金(TiW/TiWN/TiW/Au)、钛钨/铜(TiW/Cu)以及钛钨/金(TiW/Au)；该含铜金属层进一步包含一金属保护层，覆盖于该铜金属层的上方，用以防止铜金属层的氧化；该金属保护层的材料为镍/金(Ni/Au)、镍/钯/金(Ni/Pd/Au)或焊接剂(solder)。
实施时，该金属层及其上方的金属保护层由电镀方式形成。
实施时，该金属接触层由蒸镀或溅镀方式形成。
实施时，当该金属接触层的材料为钛/钯/铜(Ti/Pd/Cu)或钛/镍钒/铜(Ti/NiV/Cu)时，该金属接触层、该金属层及其上方的金属保护层亦可完全由蒸镀方式形成，以简化制作程序。
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
本发明提供了一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，使其前端制程中的金属连接线能以铜取代金作为主要材料，不仅降低了集成电路中的电阻值以及改善散热效率，并能大幅降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线的剖面结构示意图；
图2为本发明的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线应用于半导体组件中的剖面结构示意图。
附图标记说明：
100-三五族化合物半导体组件；110-含铜金属连接线；111-金属接触层；112-含铜金属层；113-金属保护层；120-隔绝层；130-介电层。
具体实施方式
图1为本发明的一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线的剖面结构示意图，包含三五族化合物半导体组件100，其中三五族化合物半导体组件由砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或氮化镓(GaN)等三五族化合物半导体材料所构成；该三五族化合物半导体组件可为一异质接面双极性晶体管(HBT)、一异质接面场效晶体管(HFET)、一二极管或其它三五族化合物半导体组件；以及铜金属连接线110；该铜金属连接线110包含一金属接触层111以及一含铜金属层112；该金属接触层111位于该含铜金属层112下方，包含一附着层，用以附着于下方的半导体材料上；一阻障层，用以隔绝铜原子的扩散；一金属晶种层，用以增强其上层含铜金属层的附着；该金属接触层111由选自下列材料组成的群组所构成：钛/钯/铜(Ti/Pd/Cu)、钛/镍钒/铜(Ti/NiV/Cu)、钛钨/氮化钛钨/钛钨/铜(TiW/TiWN/TiW/Cu)、钛钨/氮化钛钨/钛钨/金(TiW/TiWN/TiW/Au)、钛钨/铜(TiW/Cu)以及钛钨/金(TiW/Au)；其中钛金属层用于附着于化合物半导体材料之上；钯、镍钒以及氮化钛钨金属层用于隔绝铜原子的扩散；钛钨金属层可做为半导体材料的附着层，亦具有隔绝铜原子扩散的功能；金及铜金属薄层则作为增进铜金属连接线附着力的金属晶种层；该含铜金属层112进一步包含一金属保护层113，覆盖于该含铜金属层的上方，用以防止铜的氧化；该金属保护层113的材料以镍/金(Ni/Au)、镍/钯/金(Ni/Pd/Au)或焊接剂(solder)为较佳。
该铜金属连接线110通过以下制程形成于化合物半导体组件中：首先以蒸镀或溅镀方式于已覆盖一隔绝层的组件表面形成金属接触层111，其中该金属接触层111中的钛(Ti)层的厚度以介于0.003到0.1微米之间为较佳；该钯(Pd)层的厚度以介于0.03到1.0微米之间为较佳；该镍钒(NiV)层的厚度以介于0.03到1微米之间为较佳；该钛钨(TiW)层的厚度以介于0.01到0.2微米之间为较佳；该氮化钛钨(TiWN)层的厚度以介于0.01到0.2微米之间为较佳；该金属接触层111中金属晶种层的铜(Cu)层的厚度以介于0.05到1.0微米之间为较佳(说明书应充分公开，建议补充金属晶种层的金层的厚度)；于该金属接触层111之上形成含铜金属层112的光罩，再以电镀方式依序镀上含铜金属层及金属保护层的镍/金(Ni/Au)、镍/钯/金(Ni/Pd/Au)或焊接剂(solder)；其中该含铜金属层的厚度以介于0.1到10微米之间为较佳；该金属保护层中的镍(Ni)层的厚度以介于0.1到3.0微米之间为较佳；该金属保护层中的钯(Pd)层的厚度以介于0.03到1.0微米之间为较佳；该金属保护层中的金(Au)层的厚度以介于0.08到1微米之间为较佳；该金属保护层中的焊接剂(solder)层的厚度以介于0.1到3.0微米之间为较佳；移除光罩层及多余的金属，接着再覆盖一隔绝层于铜金属连接线上，以保护隔绝铜金属连接线，至此步骤完成铜金属连接线的制作。此外，当金属接触层的材料为钛/钯/铜(Ti/Pd/Cu)或钛/镍钒/铜(Ti/NiV/Cu)时，该金属接触层、该含铜金属层及其上方的金属保护层亦可完全以蒸镀方式形成，因此得以简化制作程序，之后再以金属剥离技术(metal lift off)移除多余的金属。图2为本发明的铜金属连接线应用于三五族化合物半导体组件中的剖面结构示意图，包含至少一三五族化合物半导体组件100、铜金属连接线110以及隔绝层120；在镀上铜金属连接线之前先于半导体组件上覆盖一层隔绝层120以保护化合物半导体组件，该隔绝层120的材料以氮化硅(SiNx)为较佳；铜金属连接线110可作为半导体组件电极的对外连接线，亦可用于连接不同的三五族半导体组件；半导体组件中可依照需求制作复数层铜金属连接线，用以连接不同的组件以及对外连接，每一层铜金属连接线之上并覆盖一层隔绝层120以保护铜金属连接线，该隔绝层120的材料以氮化硅(SiNx)为较佳；于铜金属连接线之上覆盖另一层铜金属连接线之前，可先覆盖一介电层130以降低金属连接线间的感应电容，介电层130可选择如聚酰亚胺(polyimide)等绝缘性佳的介电物质；最后于制作完成复数层铜金属连接线的组件表面覆盖一隔绝层120以保护整个化合物半导体组件。
以上这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
综上所述，本发明提供的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线确实可达到预期目的，该三五族化合物半导体组件前端制程中的金确实能以铜取代，因此能降低集成电路中的电阻值以及改善散热效率，并能大幅降低生产成本。

Claims (26)

1.一种三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，供使用于三五族化合物半导体组件，所述铜金属连接线包含一金属接触层以及一位于所述金属接触层上方的含铜金属层，其中所述金属接触层由选自下列材料组成的群组所构成：钛/钯/铜、钛/镍钒/铜、钛钨/氮化钛钨/钛钨/铜、钛钨/氮化钛钨/钛钨/金、钛钨/铜以及钛钨/金。
2.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层由蒸镀或溅镀方式形成。
3.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述含铜金属层由电镀方式形成。
4.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述含铜金属层还包含一金属保护层，覆盖于所述含铜金属层的上方。
5.如权利要求4所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层的材料为镍/金、镍/钯/金或焊接剂。
6.如权利要求5所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层由电镀方式形成。
7.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层为钛/钯/铜或钛/镍钒/铜时，所述金属接触层及所述含铜金属层由蒸镀方式形成。
8.如权利要求7所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述含铜金属层还包含一金属保护层，覆盖于所述含铜金属层的上方。
9.如权利要求8所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层的材料为镍/金、镍/钯/金或焊接剂。
10.如权利要求8所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层由蒸镀方式形成。
11.如权利要求5或9所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层中的所述镍金属层的厚度为介于0.1到3.0微米之间。
12.如权利要求5或9所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层中的所述钯金属层的厚度为介于0.03到1.0微米之间。
13.如权利要求5或9所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层中的所述金金属层的厚度为介于0.08到1.0微米之间。
14.如权利要求5或9所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属保护层中的所述焊接剂层的厚度为介于0.1到3.0微米之间。
15.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述含铜金属层中的铜金属层的厚度为介于0.1到10微米之间。
16.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层中的所述钛金属层的厚度为介于0.003到0.1微米之间。
17.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层中的所述钯金属层的厚度为介于0.03到1.0微米之间。
18.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层中的所述镍钒金属层的厚度为介于0.03到1.0微米之间。
19.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，所述金属接触层中的所述铜金属层的厚度为介于0.05到1.0微米之间。
20.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层中的所述钛钨金属层的厚度为介于0.01到0.2微米之间。
21.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述金属接触层中的所述氮化钛钨层的厚度为介于0.01到0.2微米之间。
22.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述三五族化合物半导体组件为异质接面双极性电晶体、异质接面场效电晶体或二极体。
23.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，构成所述三五族化合物半导体组件的材料为砷化镓、磷化铟或氮化镓。
24.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，介于所述三五族化合物半导体组件与铜金属连接线之间还包含一隔绝层。
25.如权利要求1所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述铜金属连接线的上方还覆盖一隔绝层。
26.如权利要求24或25所述的三五族化合物半导体组件的铜金属连接线，其特征在于，所述隔绝层的材料为氮化硅。
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