專利名稱：帶有焊接區(qū)的半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體裝置，具體涉及帶有焊接區(qū)的半導體裝置。
隨著新一代產(chǎn)品的開發(fā)，集成電路的元件密度不斷提高。通常借助于減小集成電路中元件的尺寸來獲得更高的元件密度。裝置的接觸窗口和其它部位一般都要加以縮小，致使某些金屬互連難以制作。此時，互連層一般需要有一個通常包括難熔金屬、難熔金屬硅化物或難熔金屬氮化物的勢壘。比之鋁，這些難熔金屬材料一般都更堅硬，這意味著它們不是彈性的而且不容易彎曲。


圖1示出了焊接區(qū)結構的平面圖。此結構包括一個刻劃線10、一個含有互連122和焊接區(qū)124的導電件12。鈍化層16位于互連122和部分焊接區(qū)124之上。鈍化層被圖形化，使其終止于刻劃線處。鈍化層還含有一個幾乎暴露整個焊接區(qū)124的窗口14。引線18在焊接區(qū)窗口14處被焊接到焊接區(qū)124。當執(zhí)行焊接時，在引線18中形成尾端182。
圖2示出了此結構的剖面圖以顯示引線焊接操作過程中可能發(fā)生的各種問題。鈍化層16包括162部分和164部分。162部分位于襯底20的表面，而164部分位于焊接區(qū)124及其側面上。襯底20通常包含一個同勢壘層126相接觸的隔離層。這一具體實施例中的焊接區(qū)124包括一個勢壘層126、一個金屬層127和一個抗反射涂層128。勢壘層126還可含有一個直接鄰接于襯底20表面的附著層。
在一種類型的引線焊接操作過程中，如圖2中箭頭所示地橫向移動引線，以便在引線焊接之前清除127層上的天然氧化物。引線焊接步驟中的這種擦傷使162部分和164部分之間的鈍化層中出現(xiàn)裂縫。在鈍化層16中162部分和164部分會合處形成裂縫21。在某些情況下，164部分從焊接區(qū)完全割裂。
在形成焊接之后，焊接區(qū)124可由于形成了裂縫21而剝離。當引線18焊接到焊接區(qū)124之后和焊接到引線框部位(圖1和2中未示出)之前被放出引線18時，或者在焊接拉力試驗過程中，一般會出現(xiàn)剝離力。此剝離力可使裂縫21沿界面22或在勢壘層1 26內(nèi)傳播。如果出現(xiàn)這種情況，則焊接區(qū)124至少會部分地從襯底20剝離。倘若在襯底20和勢壘層126之間有一個附著層，則分離出現(xiàn)在兩側或穿過附著層。由于勢壘層126比金屬層127更硬而發(fā)生剝離現(xiàn)象。如果焊接區(qū)從該裝置中部分地或完全地剝離，則集成電路的功能喪失殆盡。
在形成了裂縫21之后，包括水、氫、游離離子之類的沾污物會在鈍化層162和焊接區(qū)124之間遷移并進入襯底20。焊接區(qū)剝離和沾污會引起可靠性問題，半導體裝置不能容許這種剝離和沾污。
以下示例性地描述本發(fā)明，圖中相似的參考號表示相似的元件。
圖1示出了焊接區(qū)結構的平面圖；圖2示出了引線焊接操作過程中圖1焊接區(qū)結構的局部剖面圖；圖3示出了一個半導體裝置，它包括刻劃線、焊接區(qū)和焊接區(qū)窗口；圖4示出了含有一個晶體管和一個導電件的半導體襯底的局部剖面圖；圖5示出了圖4結構的平面圖，顯示了一個焊接區(qū)和一個互連；圖6示出了形成鈍化層之后，圖5襯底的剖面圖；圖7示出形成焊接區(qū)窗口之后，圖6襯底的剖面圖；圖8示出了圖7襯底的平面圖，顯示了焊接區(qū)窗口的位置；圖9示出了形成焊接區(qū)引線之后，圖8襯底的平面圖；圖10示出了焊接區(qū)窗口中引線的剖面圖；以及圖11示出了靠近二個刻劃線交點處的焊接區(qū)結構的平面圖。
在半導體裝置中，制作了焊接區(qū)窗口，該窗口不對稱于焊接區(qū)的導電區(qū)。與焊接區(qū)和焊接區(qū)窗口之間彼此對稱的常規(guī)的半導體裝置不一樣，這種不對稱性補償了引線焊接過程中或引線焊接之后半導體裝置和半導體封裝件線框之間的剝離力。如果較大的剝離力靠近半導體裝置的刻劃線，則用鈍化層覆蓋較多的靠近刻劃線的焊接區(qū)。如果較大的剝離力靠近焊接區(qū)的另一側，則用鈍化層覆蓋較多的靠近另一側的焊接區(qū)。用下述的實施例可更好地理解本發(fā)明。
圖3示出了一個半導體裝置300，它帶有一個包含晶體管、電阻器、電容器等的元件部分304?？虅澗€40位于半導體裝置300的邊緣，而焊接區(qū)106位于刻劃線40附近?；ミB104將焊接區(qū)106電連接到元件部分304中的各個元件上。在此具體的實施例中，較大的剝離力出現(xiàn)在焊接區(qū)106的刻劃線側附近。為此，焊接區(qū)窗口62制作在離刻劃線40更遠處。下文更詳細地描述具有不對稱焊接區(qū)窗口的半導體裝置的制作方法。
元件區(qū)的各元件在工藝的早期步驟中制作。參照圖4，在半導體襯底30上制作一個場隔離區(qū)32和一個晶體管34。晶體管34是該裝置的元件區(qū)中的一個元件。元件區(qū)還包括其它的晶體管、電阻器、電容器等，但在圖4中未示出。晶體管34包括一個源區(qū)344、一個漏區(qū)342、一個柵介電層346和一個柵電極348。在場隔離區(qū)32和晶體管34上制作一個隔離層36，它包含不摻雜的氧化物、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等。
穿過隔離層36制作一個接觸窗口，并在接觸窗口中形成一個接觸插塞38。接觸插塞38盡管圖中未示出，一般都包括一個附著層、一個勢壘層和一個插塞填充層。很多不同的材料都可以用于這三個層。在一個具體的實施例中，附著層包含鈦，勢壘層包含氮化鈦，而插塞填充層包含鎢。
在接觸插塞38上制作一個導電層并對其圖形化。導電件39包括一個下層391、一個金屬層392和一個抗反射涂層393。一般用化學氣相淀積或濺射淀積來制作層391-393。下層391包含一個附著層和一個勢壘層。就材料而論，下層391有難熔金層、難熔金屬硅化物或難熔金屬氮化物。由于難熔金屬堅硬而不易彎曲且更易破裂，故一般認為難熔金屬材料在下層391中的存在是焊接區(qū)剝離的主要原因。
金屬層392包括鋁、銅等，而抗反射涂層393包括氮化鈦、氮化硅等。在本具體實施例中，下層391包括一個鈦附著層和一個氮化鈦勢壘層。金屬層392包括鋁，而抗反射涂層393包括氮化鈦。
圖5示出了該裝置在工藝進行到此時的局部平面圖。為簡化起見，在這類平面圖中都未示出隔離層36。源區(qū)344、漏區(qū)342和柵電極348都靠近圖5的右側。導電件39包括一個互連395和一個焊接區(qū)394。接觸插塞38示作正方形中“X”。
刻劃線40示于圖5靠左側處。焊接區(qū)394有一個包含二極管的輸入保護區(qū)396，和一個不屬于輸入保護區(qū)396的那部分焊接區(qū)394的導電區(qū)398。如果沒有輸入保護區(qū)396，則焊接區(qū)和導電區(qū)是相同的。在圖3中，由于沒有輸入保護區(qū)，故焊接區(qū)106也是導電區(qū)。
如圖6所示，在隔離層36和抗反射涂層393上制作一個鈍化層52。鈍化層至少包括一種諸如氮化物、氧化物、氮氧化物之類的材料。通常用化學氣相沉積方法在270-420℃的溫度范圍(一般不高于450℃)內(nèi)制作鈍化層。在一個特定的實施例中，鈍化層52包括一層PSG和一層等離子增強的氮化物。
焊接區(qū)窗口62用腐蝕部分鈍化層52的方法來制作，如圖7所示。這一腐蝕也清除了一部分抗反射涂層393以暴露一部分位于焊接區(qū)窗口62下面的金屬層392。如圖7所見，焊接區(qū)窗口62不在層391-393的中央。焊接區(qū)窗口62偏向于晶體管34。
圖8示出了該裝置在工藝進行到此時的平面圖。鈍化層52覆蓋著刻劃線40右邊除窗口62之外的該裝置的所有區(qū)域。在圖8中未標示鈍化層52，故可更容易地看到該裝置的各元件之間的位置關系。
圖8中用箭頭標出的64、66、68和69各部分是被鈍化層52覆蓋的焊接區(qū)394的導電區(qū)398的各個部分。刻劃線部分64最靠近刻劃線40，而元件部分66離刻劃線40最遠。橫向部分68和69鄰接于64和66部分以及焊接區(qū)窗口62的相對二側。
在一個具體的實施例中，焊接區(qū)窗口62為約90μm×90μm(3.5密爾×3.5密爾)?？虅澗€部分64的寬度約為30μm(1.2密爾)，元件部分66的寬度約為3μm(0.1密爾)，而橫向部分68和69的寬度約為10μm(0.4密爾)。刻劃線部分64是最寬的部分，而元件部分66是最窄的部分。通常，刻劃線部分64是元件部分66寬的2-20倍。橫向部分68和69是元件部分66寬的1.5-10.0倍。雖然68部分和69部分被示為寬度相同，但68和69部分的寬度也可彼此不同。但68部分和69部分的寬度處于64部分和66部分寬度之間。
制作焊接區(qū)窗口62之后，如圖9所示將引線82焊接到焊接區(qū)394的導電區(qū)398。焊接于器件的那部分焊接區(qū)形成一個尾端822。圖10示出了該裝置在工藝進行到此時的剖面圖。引線82被直接焊接到金屬層392。
在本實施例中，采用了一種稱之為“鋁楔”的摩擦型焊接。在焊接步驟中，清除了一小片鈍化層52且形成了一些裂縫92，如圖10所示。這種損傷通常發(fā)生在引線焊接步驟中當引線或連接物同鈍化層52相接觸的時候。注意此裂縫92是形成在焊接區(qū)394之上而不是沿其側邊。因此，裂縫92更不易沿層36和391之間的界面?zhèn)鞑?因為焊接區(qū)394的側面附近未形成裂縫)。這就減少了焊接過程中或焊接之后焊接區(qū)剝離的機會。
圖4-10示出了各焊接區(qū)中一個焊接區(qū)的制作，該裝置中其它焊接區(qū)也是相似的。參照圖3，分布在該裝置對側的焊接區(qū)互成鏡像。由鈍化層覆蓋的焊接區(qū)106的刻劃線部分比焊接區(qū)106的元件部分更寬。
在一個替代的實施例中，如圖11所示，一個焊接區(qū)制作在一個以上的刻劃線40附近。在此具體的實施例中，有一個導電件102，它包括焊接區(qū)106和互連104。此焊接區(qū)106不包括輸入保護區(qū)，因此，焊接區(qū)106和導電區(qū)是相同的。
如圖11所示，在導電件102上制作一個鈍化層，再進行圖形化以形成焊接區(qū)窗口108。與圖8相似，鈍化層覆蓋除刻劃線40和焊接區(qū)窗口108之外，該裝置的所有區(qū)域。焊接區(qū)106有四個被鈍化層覆蓋的部分。刻劃線部分114鄰接于刻劃線40，而每個橫向部分118鄰接于刻劃線部分114中的一個。在此具體的實施例中，每個刻劃線部分114的寬度約為30μm(1.25密爾)，而每個橫向部分118的寬度約為10μm(0.4密爾)。每個(114)部分的寬度通常是各(118)部分寬度的1.5-20.0倍。焊接引線82及其尾端822制作成方位基本上對角地跨于焊接區(qū)106。
在另一個未示出的實施例中，焊接區(qū)通常是橢圓形的，焊接區(qū)窗口通常是圓形的。圓形焊接區(qū)窗口也可以相似于前述實施例而偏移。方形、矩形、橢圓形和圓形焊接區(qū)和焊接區(qū)窗口的其它組合也是可能的。也可以采用其它的幾何形狀。
在又一個實施例中，采用了其它的焊接方法。例如，采用了金球焊接但它更容易從焊接區(qū)394的元件側而不是刻劃線側剝離。在此實施例中，其刻劃線部分64和元件部分的寬度與前述的實施例相比正好相反。用來形成半導體裝置引線的引線和引線焊接方法可以是那些包括采用使引線自己擦碰焊接區(qū)的摩擦型方法中的一種方法。
在另一個實施例中，焊接區(qū)置于該裝置的中心帶上。這種裝置仍對導致從封裝件引線框分離的剝離問題很敏感。不對稱焊接區(qū)窗口可用于此類封裝件。
本發(fā)明的實施例可使焊接區(qū)及其引線在焊接區(qū)剝離和沾污危險較小的情況下得以制作。焊接區(qū)制作成使鈍化層更多地覆蓋靠近最易剝離的焊接區(qū)那一側。更具體地說，鈍化層要足夠大，使鈍化層中的裂縫或其它損傷不致于引起裂縫沿含有難熔金屬的層和隔離層之間的界面而傳播。在焊接區(qū)側的鈍化層也更不易清除。如果更靠近刻劃線的焊接區(qū)側更易于剝離，則鈍化層覆蓋更多的靠近刻劃線的焊接區(qū)。如果更靠近元件的焊接區(qū)更易于剝離，則鈍化層覆蓋更多的靠近元件的焊接區(qū)。
由于鈍化層沿焊接區(qū)側面不破裂或不被清除，故減輕了沾污問題。同水、氫和游離子沾污有關的可靠性問題也應得到減輕。
本發(fā)明的實現(xiàn)是相當簡單的。用來制作焊接區(qū)、焊接區(qū)窗口或二者的掩模可調(diào)整后用來制作帶有偏移焊接區(qū)窗口的焊接區(qū)。在一個實施例中，焊接區(qū)被做得較大而焊接區(qū)窗口保持同樣尺寸。不需要掩模步驟等額外的工藝步驟。而且，諸如“超級膠”附著層之類的有毒材料或邊緣(marginal)工藝步驟都無需采用。本發(fā)明很容易結合到現(xiàn)有工藝流程中。
參照具體的實施例已對本發(fā)明進行了描述。但顯然可對其作各種修改和改變而不超越所附權利要求書規(guī)定的本發(fā)明的范圍。因而上述說明和圖示只是為了解說而不是為了限制。
權利要求
1.一種半導體裝置(300)，其特征在于一個襯底(30)；一個互連(395)；一個帶有導電區(qū)(398)和焊接區(qū)(394)，其中的焊接區(qū)(394)覆蓋襯底(30)；以及一個包括焊接區(qū)窗口(62)的鈍化層(52)，其中焊接區(qū)窗口(62)覆蓋焊接區(qū)(394)；鈍化層(52)覆蓋導電區(qū)(398)的第一部分(64)和第二部分(66)；導電區(qū)(398)的第二部分(66)鄰接于互連(395)；導電區(qū)(398)的第一部分(64)位于比第二部分(66)離互連(395)更遠處；以及第一部分(64)比第二部分(66)更寬。
2.一種半導體裝置(300)，其特征在于一個襯底(30)；一個第一互連(104)和一個第二互連(104)；一個帶有第一導電區(qū)(398)的第一焊接區(qū)(106)和一個帶有第二導電區(qū)(398)的第二焊接區(qū)(106)，其中第一和第二焊接區(qū)(106)覆蓋襯底(30)；第一焊接區(qū)(106)鄰接于第一互連(104)；以及第二焊接區(qū)(106)鄰接于第二互連(104)；以及一個包括第一焊接區(qū)窗口(62)和第二焊接區(qū)窗口(62)的鈍化層(52)，其中第一焊接區(qū)窗口(62)覆蓋第一焊接區(qū)(106)；第二焊接區(qū)窗口(62)覆蓋第二焊接區(qū)(106)；鈍化層(52)覆蓋第一和第二導電區(qū)(398)的第一和第二部分(64和66)；第一導電區(qū)(398)的第二部分(66)鄰接于第一互連(104)；第一導電區(qū)(398)的第一部分(64)位于比第一導電區(qū)(398)的第二部分(66)離第一互連(104)更遠處；第二導電區(qū)(398)的第二部分(66)鄰接于第二互連(104)；第二導電區(qū)(398)的第一部分(64)位于比第二導電區(qū)(398)的第二部分離第二互連(104)更遠處；第一焊接區(qū)(62)位于比第二焊接區(qū)(62)更靠近半導體器件(300)第一側處；第二焊接區(qū)(62)位于比第一焊接區(qū)(62)更靠近半導體器件(300)的同第一側相對的第二側處；以及各個第一部分(64)都寬于各個第二部分(66)。
3.一種半導體裝置(300)，其特征在于位于半導體器件(300)相對側上的一個第一刻劃線(40)和一個第二刻劃線(40)；一個襯底(30)；一個帶有第一導電區(qū)(398)的第一焊接區(qū)(106)和一個帶有第二導電區(qū)(398)的第二焊接區(qū)(106)，其中第一和第二焊接區(qū)(106)覆蓋襯底(30)；第一焊接區(qū)(106)位于比第二焊接區(qū)(106)更靠近第一刻劃線(40)處；而第二焊接區(qū)(106)位于比第一焊接區(qū)(106)更靠近第二刻劃線(40)處；以及一個包括第一焊接區(qū)窗口(62)和第二焊接區(qū)窗口(62)的鈍化層(52)，其中第一焊接區(qū)窗口(62)覆蓋有第一焊接區(qū)(106)；第二焊接區(qū)窗口(62)覆蓋第二焊接區(qū)(106)；鈍化層(52)覆蓋第一和第二導電區(qū)(398)的第一部分(64)、第二部分(66)、第三部分(68)和第四部分(69)；對于第一導電區(qū)(398)第一和第二部分(64和66)鄰接于第一焊接區(qū)窗口(62)的相對二側；而第三和第四部分(68和69)鄰接于第一焊接區(qū)窗口(62)的相對二側且鄰接于第一和第二部分(64和66)；對于第二導電區(qū)(398)第一和第二部分(64和66)鄰接于第一焊接區(qū)窗口(62)的相對二側；而第三和第四部分(68和69)鄰接于第二焊接區(qū)窗口(62)的相對二側且鄰接于第一和第二部分(64和66)；以及第一部分(64)最寬，第二部分最窄(66)，而第三和第四部分(68和69)的寬度在第一和第二部分(64和66)的寬度之間。
4.根據(jù)權利要求1、2或3的半導體裝置，其特征在于任一個或所有的焊接區(qū)(106、394)都有一個含難熔金屬、難熔金屬硅化物或難熔金屬氮化物的層(391)。
5.根據(jù)權利要求1、2或3的半導體裝置，其特征在于第一部分(64)的寬度是第二部分(66)寬度的2-20倍。
6.一種制作半導體裝置(300)的方法，其特征在于，包括以下步驟在半導體襯底(30)上制作一個焊接區(qū)(394)和一個互連(395)，其中的焊接區(qū)(394)帶有一個導電區(qū)(398)；在焊接區(qū)(394)和互連(395)上制作一個鈍化層(52)；以及穿過鈍化層(52)制作一個焊接區(qū)窗口(62)，其中焊接區(qū)窗口(62)覆蓋焊接區(qū)(394)；鈍化層(52)覆蓋導電區(qū)(398)的第一部分(64)和第二部分(66)；導電區(qū)(398)的第二部分(66)鄰接于互連(395)；導電區(qū)(398)的第一部分(64)位于比第二部分(66)離互連(395)更遠處；而且第一部分(64)寬于第二部分(66)。
7.一種制作半導體裝置(300)的方法，其特征在于，包括以下步驟在襯底(30)上制作一個第一焊接區(qū)(106)、一個第一互連(104)、一個第二焊接區(qū)(106)和一個第二互連(104)，其中第一焊接區(qū)(106)包括一個鄰接于第一互連(104)的第一導電區(qū)(398)；而第二焊接區(qū)(106)包括一個鄰接于第二互連(104)的第二導電區(qū)(398)；在第一和第二焊接區(qū)(106)上制作一個鈍化層(52)；以及穿過鈍化層(52)制作一個第一焊接區(qū)窗口(62)和一個第二焊接區(qū)窗口(62)，其中第一焊接區(qū)窗口(62)覆蓋第一焊接區(qū)(106)；第二焊接區(qū)窗口(62)覆蓋第二焊接區(qū)(106)；鈍化層(52)覆蓋第一和第二導電區(qū)(398)的第一和第二部分(64和66)；第一導電區(qū)(398)的第二部分(66)鄰接于第一互連(104)；第一導電區(qū)(398)的第一部分(64)位于比第一導電區(qū)(398)的第二部分(66)離第一互連(104)更遠處；第二導電區(qū)(398)的第二部分(66)鄰接于第二互連(104)；第二導電區(qū)(398)的第一部分(64)位于比第二導電區(qū)(398)的第二部分(66)離第二互連(104)更遠處；第一焊接區(qū)(106)比第二焊接區(qū)(106)更靠近半導體器件(300)的第一側；第二焊接區(qū)(106)比第一焊接區(qū)(106)更靠近半導體器件(300)的第二側(它是第一側的對側)；以及各個第一部分(64)都寬于各個第二部分(66)。
8.一種制作半導體裝置(300)的方法，其特征在于，包括以下步驟在襯底(30)上制作一個第一焊接區(qū)(106)和一個第二焊接區(qū)(1 06)，其中第一焊接區(qū)(106)包括一個第一導電區(qū)(398)且比第二焊接區(qū)(106)更靠近第一刻劃線(40)；而第二焊接區(qū)(106)包括一個第二導電區(qū)(398)且更靠近第二刻劃線(40)；在第一和第二焊接區(qū)(106)上制作一個鈍化層(52)；以及穿過鈍化層(52)制作一個第一焊接區(qū)窗口(62)和一個第二焊接區(qū)窗口(62)，其中第一焊接區(qū)窗口(62)覆蓋第一焊接區(qū)(106)；第二時接區(qū)窗口(62)覆蓋第二焊接區(qū)(106)；鈍化層(52)覆蓋第一和第二導電區(qū)(398)的第一部分(64)、第二部分(66)、第三部分(68)和第四部分(69)；對于第一導電區(qū)(398)第一和第二部分(64和66)鄰接于第一焊接區(qū)窗口(62)的相對二側；而第三和第四部分(68和69)鄰接于第二焊接區(qū)窗口(62)的相對二側且鄰接于第一和第二部分(64和66)；對于第二導電區(qū)(398)第一和第二部分(64和66)鄰接于第一焊接區(qū)窗口(62)的相對二側；而第三和第四部分(68和69)鄰接于第二焊接區(qū)窗口(62)的相對二側且鄰接于第一和第二部分部分(64和66)；以及第一部分(64)最寬，第二部分(66)最窄，而第三和第四部分(68和69)的寬度在第一和第二部分(68和69)寬度之間。
9.根據(jù)權利要求6、7或8的方法，其特征在于任何一個焊接區(qū)(106)都有一個含難熔金屬、難熔金屬硅化物或難熔金屬氮化物的層(391)。
10.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于第一部分(64)的寬度是第二部分(66)寬度的2-20倍。
全文摘要
焊接區(qū)(394、106)和焊接區(qū)窗口(62、108)制作成使焊接區(qū)窗口(62、108)不對稱于焊接區(qū)(394、106)的導電區(qū)(398、106)。如果焊接區(qū)更可能從焊接區(qū)(394、106)的刻劃線一側剝離，則焊接區(qū)窗口(62、108)制作成使鈍化層(52)覆蓋更多的靠近刻劃線(40)的導電區(qū)(398、106)。如果焊接區(qū)(394、106)更可能從另一側剝離，則鈍化層(52)覆蓋更多的導電區(qū)的另一側(398、106)。除了降低剝離危險外，沾污問題也應得到減輕。
文檔編號H01L23/485GK1144400SQ9610069
公開日1997年3月5日 申請日期1996年1月19日 優(yōu)先權日1995年1月20日
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