CN106898582A - 一种半导体器件金属薄膜结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体器件金属薄膜结构及其制作方法，包括：形成于芯片的衬底上的导电缓冲层，用于芯片的导电和封装引线键合的缓冲；形成于导电缓冲层上的支撑缓冲层，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；形成于支撑缓冲层上的防腐蚀抗老化层，对金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；形成于防腐蚀抗老化层上的增强层，用于增加防腐蚀抗老化层的硬度和强度，同时改善金属薄膜结构的接触特性。其中，导电缓冲层和支撑缓冲层的位置可以互换。本发明能够解决现有半导体器件表面金属层结构使用寿命低、可靠性差的技术问题，同时本发明金属薄膜结构简单且应力较小，与铝工艺具有较强的兼容性，制造工艺简单，可使用铜引线进行封装，成本较低。

Description

一种半导体器件金属薄膜结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其是涉及一种应用于半导体器件表面的金属薄膜结构及其制作方法。

背景技术

在当前的现有技术中，半导体器件的表面金属层结构仍以铝工艺为主。而相较于铝，铜具有更低的电阻率、更高的热导率、更低的热膨胀系数，以及更高的载流能力等特点。对于一些对器件可靠性，以及使用寿命有较高要求的领域，如汽车、航天航空等领域，采用铝工艺的半导体器件已经不能满足其需求。将表面金属层结构由铝工艺改为铜工艺，可以使器件封装具有更低的接触电阻，并能大大延长器件的使用寿命。但是在现有条件下，将铝工艺改为铜工艺的缺陷也是十分明显的，如：铜工艺极易在器件封装过程中出现键合失效、芯片结构被破坏等情况。目前，在现有技术中，铜、镍、钯、金、银、锡等金属作为单层或多层金属结构的技术方案已经被广泛应用于半导体封装领域。半导体器件的表面金属层结构主要用于引线框架，以及引线的表面涂层，以达到改善半导体器件接触电阻和提高器件可靠性的目的。

因此，研制一种新型的金属层结构，既能延长半导体器件的使用寿命，同时又能提高封装的可靠性成为当前亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体器件金属薄膜结构及其制作方法，解决现有半导体器件表面金属层结构寿命低、可靠性差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种半导体器件金属薄膜结构的技术实现方案，一种半导体器件金属薄膜结构，包括：

形成于芯片的衬底上的导电缓冲层，所述导电缓冲层用于所述芯片的导电和封装引线键合的缓冲；

形成于所述导电缓冲层上的支撑缓冲层，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；

形成于所述支撑缓冲层上的防腐蚀抗老化层，对所述金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；

形成于所述防腐蚀抗老化层上的增强层，用于增加所述防腐蚀抗老化层的硬度和强度，同时改善所述金属薄膜结构的接触特性。

优选的，在所述导电缓冲层与衬底之间还形成有籽晶层，所述籽晶层用于所述芯片电镀工艺的导电。

优选的，所述籽晶层进一步包括形成于所述衬底上的扩散阻挡层，以及形成于所述导电缓冲层与所述扩散阻挡层之间的粘附层，所述扩散阻挡层用于阻挡所述粘附层向所述衬底的扩散。

本发明还具体提供了另一种半导体器件金属薄膜结构的技术实现方案，一种半导体器件金属薄膜结构，包括：

形成于芯片的衬底上的支撑缓冲层，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；

形成于所述支撑缓冲层上的导电缓冲层，所述导电缓冲层用于所述芯片的导电和封装引线键合的缓冲；

形成于所述导电缓冲层上的防腐蚀抗老化层，对所述金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；

形成于所述防腐蚀抗老化层上的增强层，用于增加所述防腐蚀抗老化层的硬度和强度，同时改善所述金属薄膜结构的接触特性。

优选的，在所述支撑缓冲层与衬底之间还形成有籽晶层，所述籽晶层用于所述芯片电镀工艺的导电。

优选的，所述籽晶层进一步包括形成于所述衬底上的扩散阻挡层，以及形成于所述支撑缓冲层与所述扩散阻挡层之间的粘附层，所述扩散阻挡层用于阻挡所述粘附层向所述衬底的扩散。

优选的，在所述扩散阻挡层与所述衬底之间还形成有铝层，所述铝层用于增强所述扩散阻挡层与所述衬底之间的粘附性，减小所述金属薄膜结构与所述衬底之间的接触电阻及高温环境下所述金属薄膜结构与所述衬底之间的应力，所述铝层的厚度为0.001～10μm。

优选的，所述扩散阻挡层采用钛，所述扩散阻挡层的厚度为0.0001～1μm。

优选的，所述粘附层采用铜，所述粘附层的厚度为0.001～2μm。

优选的，所述导电缓冲层采用铜，所述导电缓冲层的厚度为10～60μm。

优选的，所述支撑缓冲层采用镍，所述支撑缓冲层的厚度为1～12μm。

优选的，所述防腐蚀抗老化层采用钯，所述防腐蚀抗老化层的厚度为0.01～5μm。

优选的，所述增强层采用金，所述增强层的厚度为0.001～1μm。

本发明还另外具体提供了一种上述半导体器件金属薄膜结构制作方法的技术实现方案，一种半导体器件金属薄膜结构制作方法，包括以下步骤：

采用电镀工艺进行半导体器件金属薄膜结构制作，将芯片与电镀腔中的阴极相连，镀层金属设置在阳极，并以镀层金属的正离子形成电镀液。所述芯片浸泡在所述电镀液中，所述芯片与所述电镀液接触的一面为电镀表面，在所述阴极和阳极之间通以直流电后，在所述芯片的电镀表面生长出相应的金属层。生长完一种金属层后用去离子水清洗干净，再进入另一个电镀腔生长另一种金属层，以在所述芯片的衬底上依次形成导电缓冲层、支撑缓冲层、防腐蚀抗老化层和增强层。所有的金属层生长完成后，再对所述芯片进行清洗并甩干。

优选的，在进行电镀工艺之前，在所述芯片的电镀表面通过物理气相沉积或蒸发法形成一层用于导电的籽晶层，所述籽晶层进一步包括形成于所述衬底上的扩散阻挡层，以及形成于所述增强层与所述扩散阻挡层之间的粘附层。

优选的，在所述扩散阻挡层与所述衬底之间还形成有铝层，所述铝层用于增强所述扩散阻挡层与所述衬底之间的粘附性，减小所述金属薄膜结构与所述衬底之间的接触电阻及高温环境下所述金属薄膜结构与所述衬底之间的应力，所述铝层的厚度为0.001～10μm。

优选的，在所述芯片的衬底上电镀一层铜形成导电缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为10～60μm。

优选的，在所述导电缓冲层上电镀一层镍形成支撑缓冲层，所述支撑缓冲层的厚度为1～12μm。

优选的，在所述支撑缓冲层上电镀一层钯形成防腐蚀抗老化层，所述防腐蚀抗老化层的厚度为0.01～5μm。

优选的，在所述防腐蚀抗老化层上电镀一层金形成增强层，所述增强层的厚度为0.001～1μm。

本发明还具体提供了另一种上述半导体器件金属薄膜结构制作方法的技术实现方案，一种半导体器件金属薄膜结构制作方法，包括以下步骤：

采用电镀工艺进行半导体器件金属薄膜结构制作，将芯片与电镀腔中的阴极相连，镀层金属设置在阳极，并以镀层金属的正离子形成电镀液。所述芯片浸泡在所述电镀液中，所述芯片与所述电镀液接触的一面为电镀表面，在所述阴极和阳极之间通以直流电后，在所述芯片的电镀表面生长出相应的金属层。生长完一种金属层后用去离子水清洗干净，再进入另一个电镀腔生长另一种金属层，以在所述芯片的衬底上依次形成支撑缓冲层、导电缓冲层、防腐蚀抗老化层和增强层。所有的金属层生长完成后，再对所述芯片进行清洗并甩干。

优选的，在电镀工艺之前，在所述芯片的表面通过物理气相沉积或蒸发法形成一层用于导电的籽晶层，所述籽晶层进一步包括形成于所述衬底上的扩散阻挡层，以及形成于所述增强层与所述扩散阻挡层之间的粘附层。

优选的，在所述扩散阻挡层与所述衬底之间还形成有铝层，所述铝层用于增强所述扩散阻挡层与所述衬底之间的粘附性，减小所述金属薄膜结构与所述衬底之间的接触电阻及高温环境下所述金属薄膜结构与所述衬底之间的应力，所述铝层的厚度为0.001～10μm。

优选的，在所述芯片的衬底上电镀一层镍形成支撑缓冲层，所述支撑缓冲层的厚度为1～12μm。

优选的，在所述支撑缓冲层上电镀一层铜形成导电缓冲层，所述导电缓冲层的厚度为10～60μm。

优选的，在所述导电缓冲层上电镀一层钯形成防腐蚀抗老化层，所述防腐蚀抗老化层的厚度为0.01～5μm。

优选的，在所述防腐蚀抗老化层上电镀一层金形成增强层，所述增强层的厚度为0.001～1μm。

优选的，所述扩散阻挡层采用钛，所述扩散阻挡层的厚度为0.0001～1μm。

优选的，所述粘附层采用铜，所述粘附层的厚度为0.001～2μm。

优选的，所述芯片浸泡在所述电镀液中，通过旋转轴带动所述芯片旋转，以所述芯片所在的平面为旋转平面，并以所述旋转轴为轴心沿两个相反的方向交替或沿同一方向旋转，同时所述电镀液通过不同的循环管路到达所述芯片的电镀表面。

通过实施上述本发明提供的半导体器件金属薄膜结构及其制作方法的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明可以显著地提升半导体器件的可靠性和使用寿命；

(2)本发明金属层结构简单且应力较小，与铝工艺具有较强的兼容性；

(3)本发明制造工艺简单，可使用铜引线进行封装，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明半导体器件金属薄膜结构一种具体实施方式的结构组成示意图；

图2是本发明半导体器件金属薄膜结构另一种具体实施方式的结构组成示意图；

图3是本发明半导体器件金属薄膜结构第三种具体实施方式的结构组成示意图；

图4是本发明半导体器件金属薄膜结构制作方法一种具体实施方式的工艺流程示意图；

图中：1-导电缓冲层，2-支撑缓冲层，3-防腐蚀抗老化层，4-增强层，5-籽晶层，6-粘附层，7-扩散阻挡层，8-衬底，9-芯片，10-电镀腔，11-阴极，12-阳极，13-循环管路，14-电镀液，15-旋转轴。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

电镀：利用电解原理在某些金属表面形成一层其他金属或合金的过程；

物理气相沉积：在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，然后利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件表面的工艺。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图4所示，给出了本发明半导体器件金属薄膜结构及其制作方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如附图1所示，一种半导体器件金属薄膜结构的具体实施例，包括：

形成于芯片9的衬底8上的导电缓冲层1，导电缓冲层1用于芯片9的导电和封装引线键合的缓冲；

形成于导电缓冲层1上的支撑缓冲层2，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；

形成于支撑缓冲层2上的防腐蚀抗老化层3，对金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；

形成于防腐蚀抗老化层3上的增强层4，用于增加防腐蚀抗老化层3的硬度和强度，同时改善金属薄膜结构的接触特性。

导电缓冲层1的材质优选采用铜，铜(Cu)金属层为主要导电层，又是封装引线键合的缓冲层。导电缓冲层1的厚度较厚，为30μm。导电缓冲层1的厚度一般可以为10～60μm。导电缓冲层1还可采用银、金等金属层。

支撑缓冲层2的材质优选采用镍，镍(Ni)金属层对整个金属薄膜结构的金属层起支撑和缓冲、保护作用，增加了金属层的强度，可以有效保护下层芯片的结构，由于镍在空气中容易被氧化，因此不能生长在金属层的表面。支撑缓冲层2的厚度为5μm。支撑缓冲层2的厚度一般可以为1～12μm。支撑缓冲层2还可以采用铜、铬、铝等金属层。

防腐蚀抗老化层3的材质优选采用钯，钯(Pd)金属层位于金属层的表面，增强了金属层的防腐蚀及抗老化能力，可进一步提高半导体器件的使用寿命。防腐蚀抗老化层3的厚度较薄，为1μm。防腐蚀抗老化层3的厚度一般可以为0.01～5μm。防腐蚀抗老化层3还可以采用铑、银、锇、铱等金属层。

增强层4的材质优选采用金，钯表面增加一层很薄的金(Au)，增加了钯的硬度与强度，改善了金属层的接触特性，可进一步提高半导体器件的电学性能。增强层4的厚度极薄，为0.5μm。增强层4的厚度一般可以为0.001～1μm。增强层4还可以采用铂、钛等金属层。

如附图2所示，在导电缓冲层1与衬底8之间还形成有籽晶层5，籽晶层5用于芯片9电镀工艺的导电。如附图3所示，籽晶层5进一步包括形成于衬底8上的扩散阻挡层7，以及形成于导电缓冲层1与扩散阻挡层7之间的粘附层6，扩散阻挡层7用于阻挡粘附层6向衬底8的扩散。

扩散阻挡层7的材质优选采用钛，扩散阻挡层7的厚度为0.1μm。扩散阻挡层7的厚度一般可以为0.0001～1μm。扩散阻挡层7还可以采用钽、钨等金属层。粘附层6的材质优选采用铜，粘附层6的厚度为0.5μm。粘附层6的厚度一般可以为0.001～2μm。粘附层6的功能主要用于电镀工艺的导电，因为铜的电阻值较小，在相同电压下可以通过较大的电流。在扩散阻挡层7与衬底8之间还形成有铝层，铝层用于增强扩散阻挡层7与衬底8之间的粘附性，铝层的厚度为5μm。铝层的厚度一般可以为0.001～10μm。铝层还可以采用金属铬替代。铝层的主要作用一方面可以改善金属层与下层衬底材料的接触特性，减小接触电阻，另一方面可以减小半导体器件(芯片)在后续高温工艺过程中或者器件在高温环境下上层金属与下层衬底之间的应力，防止金属层翘起或脱落，通过加入铝层极大地改善了半导体器件各方面的性能。为了增加籽晶层5与电镀金属层的粘附性，籽晶层5的材质优选采用铜金属，但由于铜相比于铝更容易在芯片9的衬底8中扩散，因此籽晶层5中需加入钛(Ti)作为扩散阻挡层7。Ti层(扩散阻挡层7)位于Cu层(粘附层6)的下方，Ti层与芯片9的衬底8接触。此外，在Ti层的下方还可以增加一层Al，可以加强Ti与芯片9的衬底8之间的粘附性，减小Ti层与芯片9的衬底8之间的应力。

实施例2：

一种半导体器件金属薄膜结构的具体实施例，包括：

形成于芯片9的衬底8上的支撑缓冲层2，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；

形成于支撑缓冲层2上的导电缓冲层1，导电缓冲层1用于芯片9的导电和封装引线键合的缓冲；

形成于导电缓冲层1上的防腐蚀抗老化层3，对金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；

形成于防腐蚀抗老化层3上的增强层4，用于增加防腐蚀抗老化层3的硬度和强度，同时改善金属薄膜结构的接触特性。

导电缓冲层1采用铜，导电缓冲层1的厚度为30μm。导电缓冲层1的厚度一般可以为10～60μm。

支撑缓冲层2采用镍，支撑缓冲层2的厚度为5μm。支撑缓冲层2的厚度一般可以为1～12μm。

防腐蚀抗老化层3采用钯，防腐蚀抗老化层3的厚度为1μm。防腐蚀抗老化层3的厚度一般可以为0.01～5μm。

增强层4采用金，增强层4的厚度为0.5μm。增强层4的厚度一般可以为0.001～1μm。

在支撑缓冲层2与衬底8之间还形成有籽晶层5，籽晶层5用于芯片9电镀工艺的导电。

籽晶层5进一步包括形成于衬底8上的扩散阻挡层7，以及位于支撑缓冲层2与扩散阻挡层7之间的粘附层6，扩散阻挡层7用于阻挡粘附层6向衬底8的扩散。

扩散阻挡层7采用钛，扩散阻挡层7的厚度为0.1μm。扩散阻挡层7的厚度一般可以为0.0001～1μm。

粘附层6采用铜，粘附层6的厚度为0.5μm。粘附层6的厚度一般可以为0.001～2μm。

在扩散阻挡层7与衬底8之间还形成有铝层，铝层用于增强扩散阻挡层7与衬底8之间的粘附性，减小金属薄膜结构与衬底8之间的接触电阻及高温环境下金属薄膜结构与衬底8之间的应力，铝层的厚度为5μm。铝层的厚度一般可以为0.001～10μm。

实施例3：

上述金属薄膜结构的金属层种类多且厚度较厚，因此需要采用电镀工艺来进行金属层的生长。电镀工艺的原理为电化学反应，基本过程为：镀层金属设置在阳极，芯片9设置在阴极，芯片9的电镀表面通过物理气相沉积(也可以采用蒸发的方法)形成一层籽晶层5用于导电，阳极以镀上去的金属的正离子组成电解质溶液。在阴极和阳极之间通以直流电源后，阳极的金属会氧化(失去电子)，溶液中的正离子则在阴极还原(得到电子)成原子并积聚在芯片9的电镀表面。

如附图4所示，一种半导体器件金属薄膜结构制作方法的具体实施例，包括以下步骤：

采用电镀工艺进行半导体器件金属薄膜结构制作，将芯片9与电镀腔10中的阴极11相连，镀层金属设置在阳极12，并以镀层金属的正离子形成电镀液14。芯片9与电镀液14接触的一面为电镀表面，芯片9需要电镀的一面朝下。芯片9浸泡在电镀液14中，同时电镀液14到达芯片9的下表面(电镀表面)，在阴极11和阳极12之间通以直流电后，在芯片9的电镀表面生长出相应的金属层。生长完一种金属层后用去离子水清洗干净，再进入另一个电镀腔10生长另一种金属层，以在芯片9的衬底8上依次形成导电缓冲层1、支撑缓冲层2、防腐蚀抗老化层3和增强层4。所有的金属层生长完成后，再对芯片9进行清洗并甩干。作为本发明一种较佳的具体实施例，芯片9浸泡在电镀液14中，通过旋转轴15带动芯片9旋转，以芯片9所在的平面为旋转平面，并以旋转轴15为轴心沿两个相反的方向交替或沿同一方向旋转，同时电镀液14通过不同的循环管路13到达芯片9的电镀表面。

在芯片9的衬底8上电镀一层铜形成导电缓冲层1，导电缓冲层1的厚度为30μm。导电缓冲层1的厚度一般可以为10～60μm。

在导电缓冲层1上电镀一层镍形成支撑缓冲层2，支撑缓冲层2的厚度为5μm。支撑缓冲层2的厚度一般可以为1～12μm。

在支撑缓冲层2上电镀一层钯形成防腐蚀抗老化层3，防腐蚀抗老化层3的厚度为1μm。防腐蚀抗老化层3的厚度一般可以为0.01～5μm。

在防腐蚀抗老化层3上电镀一层金形成增强层4，增强层4的厚度为0.5μm。增强层4的厚度一般可以为0.001～1μm。

在电镀工艺之前，在芯片9的表面通过物理气相沉积或蒸发法形成一层用于导电的籽晶层5，籽晶层5进一步包括形成于衬底8上的扩散阻挡层7，以及形成于导电缓冲层1与扩散阻挡层7之间的粘附层6。

扩散阻挡层7采用钛，扩散阻挡层7的厚度为0.1μm。扩散阻挡层7的厚度一般可以为0.0001～1μm。

粘附层6采用铜，粘附层6的厚度为0.5μm。粘附层6的厚度一般可以为0.001～2μm。

在扩散阻挡层7与衬底8之间还形成有铝层，铝层用于增强扩散阻挡层7与衬底8之间的粘附性，减小金属薄膜结构与衬底8之间的接触电阻及高温环境下金属薄膜结构与衬底8之间的应力，铝层的厚度为5μm。铝层的厚度一般可以为0.001～10μm。

实施例4：

一种半导体器件金属薄膜结构制作方法的具体实施例，包括以下步骤：

采用电镀工艺进行半导体器件金属薄膜结构制作，将芯片9与电镀腔10中的阴极11相连，镀层金属设置在阳极12，并以镀层金属的正离子形成电镀液14。芯片9与电镀液14接触的一面为电镀表面，芯片9需要电镀的一面朝下。芯片9浸泡在电镀液14中，同时电镀液14到达芯片9的下表面(电镀表面)，在阴极11和阳极12之间通以直流电后，在芯片9的电镀表面生长出相应的金属层。生长完一种金属层后用去离子水清洗干净，再进入另一个电镀腔10生长另一种金属层，以在芯片9的衬底8上依次形成支撑缓冲层2、导电缓冲层1、防腐蚀抗老化层3和增强层4。所有的金属层生长完成后，再对芯片9进行清洗并甩干。作为本发明一种较佳的具体实施例，芯片9浸泡在电镀液14中，通过旋转轴15带动芯片9旋转，以芯片9所在的平面为旋转平面，并以旋转轴15为轴心沿两个相反的方向交替或沿同一方向旋转，同时电镀液14通过不同的循环管路13到达芯片9的电镀表面，这样能够使得芯片9表面生成的金属层结构更加均匀。

在芯片9的衬底8上电镀一层镍形成支撑缓冲层2，支撑缓冲层2的厚度为5μm。支撑缓冲层2的厚度一般可以为1～12μm。

在支撑缓冲层2上电镀一层铜形成导电缓冲层1，导电缓冲层1的厚度为30μm。导电缓冲层1的厚度一般可以为10～60μm。

在导电缓冲层1上电镀一层钯形成防腐蚀抗老化层3，防腐蚀抗老化层3的厚度为1μm。防腐蚀抗老化层3的厚度一般可以为0.01～5μm。

在防腐蚀抗老化层3上电镀一层金形成增强层4，增强层4的厚度为0.5μm。增强层4的厚度一般可以为0.001～1μm。

在电镀工艺之前，在芯片表面通过物理气相沉积或蒸发法形成一层用于导电的籽晶层5，籽晶层5进一步包括形成于衬底8上的扩散阻挡层7，以及形成于支撑缓冲层2与扩散阻挡层7之间的粘附层6。

扩散阻挡层7采用钛，扩散阻挡层7的厚度为0.1μm。扩散阻挡层7的厚度一般可以为0.0001～1μm。

粘附层6采用铜，粘附层6的厚度为0.5μm。粘附层6的厚度一般可以为0.001～2μm。

在扩散阻挡层7与衬底8之间还形成有铝层，铝层用于增强扩散阻挡层7与衬底8之间的粘附性，减小金属薄膜结构与衬底8之间的接触电阻及高温环境下金属薄膜结构与衬底8之间的应力，铝层的厚度为5μm。铝层的厚度一般可以为0.001～10μm。

通过实施本发明具体实施例描述的半导体器件金属薄膜结构及其制作方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的半导体器件金属薄膜结构及其制作方法可以有效延长器件的使用寿命，显著地提升半导体器件的可靠性和功率循环寿命，使器件在高温、高压、高震动等恶劣环境中得以正常运行；

(2)本发明具体实施例描述的半导体器件金属薄膜结构简单且应力较小，与铝工艺具有较强的兼容性；

(3)本发明具体实施例描述的半导体器件金属薄膜结构制作方法工艺简单，可使用铜引线进行封装，并可以有效地降低器件的生产成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (30)

1.一种半导体器件金属薄膜结构，其特征在于，包括：

形成于芯片(9)的衬底(8)上的导电缓冲层(1)，所述导电缓冲层(1)用于所述芯片(9)的导电和封装引线键合的缓冲；

形成于所述导电缓冲层(1)上的支撑缓冲层(2)，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；

形成于所述支撑缓冲层(2)上的防腐蚀抗老化层(3)，对所述金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；

形成于所述防腐蚀抗老化层(3)上的增强层(4)，用于增加所述防腐蚀抗老化层(3)的硬度和强度，同时改善所述金属薄膜结构的接触特性。

2.根据权利要求1所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：在所述导电缓冲层(1)与衬底(8)之间还形成有籽晶层(5)，所述籽晶层(5)用于所述芯片(9)电镀工艺的导电。

3.根据权利要求2所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述籽晶层(5)进一步包括形成于所述衬底(8)上的扩散阻挡层(7)，以及形成于所述导电缓冲层(1)与所述扩散阻挡层(7)之间的粘附层(6)，所述扩散阻挡层(7)用于阻挡所述粘附层(6)向所述衬底(8)的扩散。

4.一种半导体器件金属薄膜结构，其特征在于，包括：

形成于芯片(9)的衬底(8)上的支撑缓冲层(2)，对整个金属薄膜结构进行支撑和缓冲、保护；

形成于所述支撑缓冲层(2)上的导电缓冲层(1)，所述导电缓冲层(1)用于所述芯片(9)的导电和封装引线键合的缓冲；

形成于所述导电缓冲层(1)上的防腐蚀抗老化层(3)，对所述金属薄膜结构进行防腐蚀和抗老化保护；

形成于所述防腐蚀抗老化层(3)上的增强层(4)，用于增加所述防腐蚀抗老化层(3)的硬度和强度，同时改善所述金属薄膜结构的接触特性。

5.根据权利要求4所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：在所述支撑缓冲层(2)与衬底(8)之间还形成有籽晶层(5)，所述籽晶层(5)用于所述芯片(9)电镀工艺的导电。

6.根据权利要求5所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述籽晶层(5)进一步包括形成于所述衬底(8)上的扩散阻挡层(7)，以及形成于所述支撑缓冲层(2)与所述扩散阻挡层(7)之间的粘附层(6)，所述扩散阻挡层(7)用于阻挡所述粘附层(6)向所述衬底(8)的扩散。

7.根据权利要求3或6所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：在所述扩散阻挡层(7)与所述衬底(8)之间还形成有铝层，所述铝层用于增强所述扩散阻挡层(7)与所述衬底(8)之间的粘附性，减小所述金属薄膜结构与所述衬底(8)之间的接触电阻及高温环境下所述金属薄膜结构与所述衬底(8)之间的应力，所述铝层的厚度为0.001～10μm。

8.根据权利要求7所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述扩散阻挡层(7)采用钛，所述扩散阻挡层(7)的厚度为0.0001～1μm。

9.根据权利要求8所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述粘附层(6)采用铜，所述粘附层(6)的厚度为0.001～2μm。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、8或9中任一项所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述导电缓冲层(1)采用铜，所述导电缓冲层(1)的厚度为10～60μm。

11.根据权利要求10所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述支撑缓冲层(2)采用镍，所述支撑缓冲层(2)的厚度为1～12μm。

12.根据权利要求11所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述防腐蚀抗老化层(3)采用钯，所述防腐蚀抗老化层(3)的厚度为0.01～5μm。

13.根据权利要求12所述的半导体器件金属薄膜结构，其特征在于：所述增强层(4)采用金，所述增强层(4)的厚度为0.001～1μm。

14.一种半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用电镀工艺进行半导体器件金属薄膜结构制作，将芯片(9)与电镀腔(10)中的阴极(11)相连，镀层金属设置在阳极(12)，并以镀层金属的正离子形成电镀液(14)；所述芯片(9)浸泡在所述电镀液(14)中，所述芯片(9)与所述电镀液(14)接触的一面为电镀表面，在所述阴极(11)和阳极(12)之间通以直流电后，在所述芯片(9)的电镀表面生长出相应的金属层；生长完一种金属层后用去离子水清洗干净，再进入另一个电镀腔(10)生长另一种金属层，以在所述芯片(9)的衬底(8)上依次形成导电缓冲层(1)、支撑缓冲层(2)、防腐蚀抗老化层(3)和增强层(4)；所有的金属层生长完成后，再对所述芯片(9)进行清洗并甩干。

15.根据权利要求14所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在进行电镀工艺之前，在所述芯片(9)的电镀表面通过物理气相沉积或蒸发法形成一层用于导电的籽晶层(5)，所述籽晶层(5)进一步包括形成于所述衬底(8)上的扩散阻挡层(7)，以及形成于所述导电缓冲层(1)与所述扩散阻挡层(7)之间的粘附层(6)。

16.根据权利要求15所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述扩散阻挡层(7)与所述衬底(8)之间还形成有铝层，所述铝层用于增强所述扩散阻挡层(7)与所述衬底(8)之间的粘附性，减小所述金属薄膜结构与所述衬底(8)之间的接触电阻及高温环境下所述金属薄膜结构与所述衬底(8)之间的应力，所述铝层的厚度为0.001～10μm。

17.根据权利要求16所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述芯片(9)的衬底(8)上电镀一层铜形成导电缓冲层(1)，所述导电缓冲层(1)的厚度为10～60μm。

18.根据权利要求17所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述导电缓冲层(1)上电镀一层镍形成支撑缓冲层(2)，所述支撑缓冲层(2)的厚度为1～12μm。

19.根据权利要求18所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述支撑缓冲层(2)上电镀一层钯形成防腐蚀抗老化层(3)，所述防腐蚀抗老化层(3)的厚度为0.01～5μm。

20.根据权利要求19所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述防腐蚀抗老化层(3)上电镀一层金形成增强层(4)，所述增强层(4)的厚度为0.001～1μm。

21.一种半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用电镀工艺进行半导体器件金属薄膜结构制作，将芯片(9)与电镀腔(10)中的阴极(11)相连，镀层金属设置在阳极(12)，并以镀层金属的正离子形成电镀液(14)；所述芯片(9)浸泡在所述电镀液(14)中，所述芯片(9)与所述电镀液(14)接触的一面为电镀表面，在所述阴极(11)和阳极(12)之间通以直流电后，在所述芯片(9)的电镀表面生长出相应的金属层；生长完一种金属层后用去离子水清洗干净，再进入另一个电镀腔(10)生长另一种金属层，以在所述芯片(9)的衬底(8)上依次形成支撑缓冲层(2)、导电缓冲层(1)、防腐蚀抗老化层(3)和增强层(4)；所有的金属层生长完成后，再对所述芯片(9)进行清洗并甩干。

22.根据权利要求21所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在进行电镀工艺之前，在所述芯片(9)的电镀表面通过物理气相沉积或蒸发法形成一层用于导电的籽晶层(5)，所述籽晶层(5)进一步包括形成于所述衬底(8)上的扩散阻挡层(7)，以及形成于所述支撑缓冲层(2)与所述扩散阻挡层(7)之间的粘附层(6)。

23.根据权利要求22所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述扩散阻挡层(7)与所述衬底(8)之间还形成有铝层，所述铝层用于增强所述扩散阻挡层(7)与所述衬底(8)之间的粘附性，减小所述金属薄膜结构与所述衬底(8)之间的接触电阻及高温环境下所述金属薄膜结构与所述衬底(8)之间的应力，所述铝层的厚度为0.001～10μm。

24.根据权利要求23所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述芯片(9)的衬底(8)上电镀一层镍形成支撑缓冲层(2)，所述支撑缓冲层(2)的厚度为1～12μm。

25.根据权利要求24所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述支撑缓冲层(2)上电镀一层铜形成导电缓冲层(1)，所述导电缓冲层(1)的厚度为10～60μm。

26.根据权利要求25所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述导电缓冲层(1)上电镀一层钯形成防腐蚀抗老化层(3)，所述防腐蚀抗老化层(3)的厚度为0.01～5μm。

27.根据权利要求26所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：在所述防腐蚀抗老化层(3)上电镀一层金形成增强层(4)，所述增强层(4)的厚度为0.001～1μm。

28.根据权利要求15-20，22-27中任一项所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：所述扩散阻挡层(7)采用钛，所述扩散阻挡层(7)的厚度为0.0001～1μm。

29.根据权利要求28所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：所述粘附层(6)采用铜，所述粘附层(6)的厚度为0.001～2μm。

30.根据权利要求15-20，22-27、29中任一项所述的半导体器件金属薄膜结构制作方法，其特征在于：所述芯片(9)浸泡在所述电镀液(14)中，通过旋转轴(15)带动所述芯片(9)旋转，以所述芯片(9)所在的平面为旋转平面，并以所述旋转轴(15)为轴心沿两个相反的方向交替或沿同一方向旋转，同时所述电镀液(14)通过不同的循环管路(13)到达所述芯片(9)的电镀表面。