用于半导体器件电极的保护阻挡层的制作方法

专利名称：用于半导体器件电极的保护阻挡层的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及半导体器件，更具体地涉及用于器件电极的阻挡层，该阻挡层保护电极免受无铅焊料中活性成分的影响。
背景技术：
例如DirectFET⑧型器件(参见第6,624,522号美国专利)和倒装晶片型器件的器件，具有一个或多个由铝制成的金属化电极，例如形成在半导体模具的第一表面上。例如，对该电极进行配置，以直接焊
接至支承衬底(如印刷电路板)上的传导衬垫。此外，其它器件可以具有一个或多个金属化电极，该金属化电极被配置，以使得当器件被封装时，电极直接或间接地焊接至封装引线。
例如，参见图1和图2，示出了示例性DirectFET⑧型器件封装100(在上述专利中公开的类型)的仰视图以及如图1中的圆圈101a所示的该器件封装的一部分的剖视侧视图。器件封装100包括杯状或罐状的传导夹112，其具有开放的底部(如图l所示)；顶部网113;以及电连接至网113的两个凸缘114和115。功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)半导体模具102容纳在夹112中。模具102包括在其底面上的漏极103以及在其顶面上的源极104和栅极105(在图1中，源极和栅极由虚线表示)。漏极103与网113电接触，并且从而与凸缘114和115电接触。源极104和栅极105通过传导夹112的 开放的底部所暴露，并且旨在被直接焊接到例如衬底的垫上。
为了便于将源极和栅极焊接至衬底垫，在源极104之上形成可焊 接触点109和110,且在栅极105之上形成可焊接触点108。图2A是 如圆圈101b所示的一部分可焊接触点110的放大的剖视侧视图，如图 2A所示，可焊接触点108、 109和IIO通常由含有可焊接金属的银制 成，如钛131、镍132和银133的三金属堆叠结构。例如由环氧树脂 形成的、并例如作为焊料抗蚀剂的钝化层120沿源极104和栅极105 的顶面设置在模具102的顶面上。开口 120a、 120b和120c形成在源 极和栅极之上的钝化层120中，从而使电极上的每个可焊接触点暴露。
在过去，钝化层120和可焊接触点108-110已被形成，以使得可 焊接触点与钝化层相邻/搭接。然而，该相邻/搭接配置产生了器件可靠 性问题。具体地，据发现在长期暴露于电场和水分的情况下，来自可 焊接触点的银离子可能迁移并形成枝状晶体。特别地，当为了将模具 的电极附接至衬底的垫而将焊料涂到触点的表面上时，焊料通常将使 沿触点表面暴露的银溶解，从而形成了将银捕获并防止形成枝状晶体 的焊料合金。然而，当钝化层和可焊接触点以相邻/搭接关系形成时， 钝化层遮蔽可焊接触点的部分外表面，从而在如上所述的焊接过程中 防止沿该表面的银受到影响。因此，沿该表面的银未一皮焊料溶解，并 可以是迁移离子的源，该迁移离子可以在钝化层上迁移并形成枝状晶 体，降低了器件的可靠性。
为了克服上述问题，如图1和图2所示，可以将钝化层中的开口 120a-120c配置为比可焊接触点108-110更宽。因此，可焊接触点 108-110通过周围的间隙(例如间隙121)而与钝化层120分开，如图 2所示，该间隙使在其下面的金属化电极暴露。通过这种配置，可焊 接触点108-110的整个顶面和侧面都被暴露，从而允许焊料覆盖上述 表面并将暴露的银溶解，限制了枝状晶体的形成。
特别地，然而，钝化层和可焊接触点的这种间隙配置引起了其它 问题。具体地，过去一般用来将可坪接触点108-110连接至衬底垫的 焊料是含铅焊料。然而，现在无铅焊料正在使用并开发，以避免铅的环境危害。主要的无铅焊料是称为"SAC"的锡/银/铜合金。至今为止， SAC合金比在传统的板组件中使用的基于铅共晶体的焊料在更高的温 度融化。特别地，SAC合金含有将可焊接触点表面活化的焊剂。具体 地，该焊剂可以包含多种酸，如在羧酸基内的酸。在焊料的活化阶段， 呈现在可焊接触点表面上的氧化物由该酸蚀刻，以产生清洁的表面， 焊料可以在该清洁表面上形成合金。
特别地，在该焊料的活化阶段，在焊料内的焊剂可以延伸进间隙 中，如间隙121,该焊剂在可焊接触点和钝化层120之间延伸，并可 以接触在间隙下面暴露的铝电极。据发现，在焊剂内的酸与铝电极发 生逆反应，产生了穿过电极而形成的洞。因此，酸性焊剂能够腐蚀在 电极下面的作用半导体节和栅，从而影响器件的可靠性。
参见图3，示出了图1中器件封装的、被环绕的部分101a的可选 剖视侧视图。其中，例如由氮化物或丙烯酸酯制成的保护钝化层135 已经沿源极和栅极的顶面沉积，从而保护在其下面的电极以及作用节 和栅免受酸性焊剂的影响。具体地，钝化层135已经沿可焊接触点和 钝化层120之间的间隙在钝化层120之下沉积。然而，据发现，保护 层135的形成较为昂贵并且也影响所产生器件的质量。

发明内容
因此，需要提供一种用于半导体器件电极的保护阻挡层，所述阻
存在的酸性焊剂的影响，并克服现有技术的上述以及其它缺点。根据 本发明的优选实施方案， 一种半导体器件(如封装为DirectFET⑧型器 件封装的竖直传导功率MOSFET)包括模具，沿所述模具的顶面设置 有源极和栅极。所述器件还包括在所述源极上的至少一个可焊接触点 以及在所述栅极上的至少一个可焊接触点。所述器件进一步包括设置 在所述模具的所述顶面上、且在所述源极和栅极之上的钝化层。所述 钝化层具有在其中形成的开口 ，所述开口使在所述源极和栅极上的每 个可焊接触点暴露。在本发明的优选实施方案中，在所述钝化层中的 每个开口均比其对应的可焊接触点更宽。因此，在每个可焊接触点和周围的钝化层的相对边缘/侧之间形成间隙，所述间隙围绕所述可焊接 触点，并沿所述可焊接触点的整个高度延伸。
根据本发明，所述器件还包括覆盖所述源极和4册^l的至少一部分 顶面的阻挡层。具体地，根据本发明的实施方案，所述阻挡层在所述 可焊接触点的下侧与所述源极和斥册极的所述顶面之间延伸，并且也沿 所述可焊接触点与所述钝化层之间的间隙延伸，具体地，所述阻挡层 可以至少延伸至所述钝化层的所述相对边缘。在本发明的优选实施方 案中，所述阻挡层也可以延伸过围绕所述可焊接触点的间隙，并且在 所述钝化层之下延伸。具体地，根据本发明的实施方案，所述阻挡层 可以跨越所述源极和栅才及的所述顶面延伸、在所述辆J匕层之下延伸、 并且朝向所述电极的外围边缘延伸。根据本发明的实施方案，所述阻 挡层可以从所述电极的所述外围边缘凹回，使得沿所述电极的所述顶 面的外围部分暴露。根据本发明的另一实施方案，所述阻挡层可以跨 越所述源才及和栅极的整个所述顶面延伸至所述电极的所述外围边缘， 从而覆盖所述电极的整个所述顶面。根据本发明的另一实施方案，所 述阻挡层也可以延伸过所述源极和栅极的所述外围边缘，从而于所述 电极上突出。根据本发明的另一实施方案，所述阻挡层可以跨越所述 源极和4册极的整个所述顶面延伸，并且也可以沿围绕所述电极的所述 外围边纟彖的所述竖直侧壁延伸。
根据本发明，所述阻挡层是传导材料，并且具体地是能够抵抗无 铅焊料中存在的焊剂的酸性本质的材料。根据本发明的实施方案，所 述阻挡层由钬层制成。如所示出的那样，形成在所述源极和栅极上的 可焊接触点在所述阻挡层上形成。当所述阻挡层由钛层制成时，虽然 可以使用本领域公知的其它传统的堆叠结构，但是每个所述可焊接触 点均可以为含银的可焊接金属堆叠结构，如镍层和银层。根据本发明 的另 一 实施方案，所述阻挡层包括设置在所述源极和斥册极上面的钛层， 并且还包括例如设在所述钛层上面的镍层。在此，在所述源极和栅极 上形成的所述可焊接触点形成在所述镍层上，并且可以只包括银层。
根据本发明，通过沿所述源极和栅极的、至少沿围绕所述可焊接 触点的所述间隙的所述顶面形成阻挡层，使得所述阻挡层保护电极免
8受所述无铅焊料的所述酸性焊剂的影响，例如当所述器件焊接至衬底 垫时，所述焊料可以延伸进所述间隙中。具体地，所述阻挡层防止所 述酸性焊剂接触沿所述间隙的电极，从而防止所述焊剂形成穿过所述
此外，也通过使所述阻挡层延伸过所述间隙、在所述《屯化层下延伸以 及可能沿所述电极的整个顶面和侧壁延伸，使得所述阻挡层进一步4呆 护所述电极和在所述电极下面的所述作用半导体节和栅免受可能渗透响。
除了 DirectFET⑧型器件封装之外，本领域技术人员将会认可本发 明的阻挡层也能够应用于其它具有电极的半导体器件，所述电极旨在 焊接至支承衬底上的传导垫或焊接至外部导体。例如，本发明也能够 应用于倒装晶片器件、凸起/晶片水平封装以及被封装的器件，以使得 器件电极直接地或通过例如夹子/带子焊接至封装引线。此外，本领域 技术人员也将会认可本发明能够应用于除功率MOSFET之外的器件， 如二极管。
根据本发明的实施方案，为了制备具有沿所述源极和栅极的所述 顶面形成的阻挡层的器件，如DirectFET⑧型器件封装，首先在半导体
层。此后，在所述触点金属层的表面之上沉积钛层，并且然后例如在 所述钛层的顶面之上沉积镍层和银层。
此后，在所述银层之上形成第一掩模。如果所述阻挡层将只包括 钛层，则对部分所述银层和镍层进行蚀刻，以暴露所述钛层，从而形 成用于所述源极和栅极的、银和镍的至少一个可焊接触点。此后，在 所述钛层的所述暴露表面之上形成第二掩模，并且然后对部分所述钛 层进行蚀刻，以暴露在下面的触点金属层，从而形成用于所述源极和 栅极的钛阻挡层。可选地，如果所述阻挡层将包括镍层和钛层，则所 述第一掩模只用来对部分所述银层进行蚀刻，从而暴露所述镍层，并 且形成用于所述源极和栅极的银的可焊接触点。此后，在所述镍层之 上形成所述第二掩模，并且然后对所述镍层和钛层进行蚀刻，以使在下面的触点金属层暴露，从而形成用于所述源极和栅极的镍-钛阻挡 层。
此后，所述暴露的触点金属层被向下蚀刻至所述终止区的表面。 从而，形成了源极和栅极，所述源极和栅极中的每个均沿其顶面具有 钛(或镍-钛)阻挡层，并且所述源极和栅极中的每个均沿各自阻挡层 的顶面进一步具有至少一个银和镍(或只有银)的可焊接触点。
根据本发明的实施方案，作为对所述触点金属层进行蚀刻以形成 所述源极和栅极的结果，所述触点金属层可以从所述阻挡层的所述外 围边缘的下侧进行蚀刻，以使得所述阻挡层突出于所述电极的所述外 围边缘。根据本发明的实施方案，所述突出物可以留在适当的位置。 可选地，根据本发明的另一实施方案，例如可以对所述阻挡层进行进 一步蚀刻，以除去所述突出物。
为了完成所述器件，然后在所述模具的所述顶面之上形成钝化层， 以覆盖所述可焊接触点和所述阻挡层。此外，利用任何适当的工艺， 在所述钝化层中形成开口，以使每个可焊接触点暴露。
根据本发明的另一实施方案，对上文所述的工艺进行修改，以保 护在上述工艺期间会损坏的所述终止区。根据本发明的该实施方案， 在所述模具的所述顶面之上沉积所述触点金属层之前，首先沿所述终 止区沉积例如由钛制成的阻挡层。所述工艺然后如上所述地进行，在 所述模具上沉积所述触点金属层，在所述触电金属层上沉积所述钛层 等等，并且最后对所述钛层(或者所述钛层和镍层)进行蚀刻，以形 成阻挡层。此后，沿所述终止区将所述触点金属层向下蚀刻至所述阻 挡层的所述顶面，乂人而形成所述源极和4册才及。 一旦形成所述电极，沿 所述终止区的所述阻挡层就被除去，并且具体地，对所述阻挡层进行 蚀刻，以使所述终止区的所述顶面的一部分暴露。此后，所述制备工 艺再次如上文所述地进行。
根据本发明的另 一 实施方案，为了制备具有沿所述源极和栅极的 顶面和侧面形成的阻挡层的器件，首先在半导体模具的顶面之上沿作 用区和终止区沉积触点金属层。此后，在所述触点金属层之上形成掩 模，并且将部分该层向下蚀刻至所述终止区的所述顶面，从而形成源
10极和栅极。然后在所述源极和栅极的整个顶面和侧面之上沿所述终止 区的暴露顶面沉积钛层。然后在所述钛层的顶面之上沉积例如镍层和 银层。
此后，在所述银层之上形成掩模。假定所述阻挡层将只包括钛层， 则对部分所述银层和所述镍层进行蚀刻，以暴露所述钛层，从而形成
用于所述源极和栅极的、银和镍的至少一个可焊接触点。然后，在所 述钛层的所述暴露表面之上形成掩模，然后只沿所述终止区对部分所 述4太层进4亍蚀刻。,人而，在所述源极和4册才及的整个顶面和侧面之上形 成钛阻挡层。此外，上述工艺可以改变，以使得在所述源极和栅极上 面的所述阻挡层为镍-钛阻挡层，并使得所述可焊接触点只包括银层。
然后，在所述模具的所述顶面之上形成钝化层，以覆盖所述可焊 接触点和所述阻挡层。此后，在所述钝化层中形成开口，以将每个可 焊接触点暴露。
通过本发明以下结合附图的描述，本发明的其他特征和优点将会 显而易见。


图1是在第6,624，522号美国专利中示出类型的示例性 DirectFET 器件封装的仰视图2示出了图1中圓圈部分的示例性剖视侧视图，具体地，其示 出了根据现有技术的电极、相应的可焊接触点、以及钝化层的示例性 配置；
图2A示出了图2中圆圈部分的示例性剖视侧视图，具体地，其 示出了根据现有技术的示例性可焊接触点；
图3示出了图1中圆圈部分的另一示例性剖视侧^L图，具体地， 其示出了根据现有技术沿电极的一部分顶面形成的保护钝化层；
图4示出了根据本发明的实施方案的示例性半导体器件的剖视侧 视图，该器件包括跨越该器件电极的一部分顶面而形成的阻挡层，该 阻挡层保护器件电极免受无铅焊料中存在的酸性焊剂的影响；
图5示出了根据本发明的另一实施方案的示例性半导体器件的一部分的剖视侧视图，该器件包括跨越该器件电极的整个顶面而形成的
保护阻挡层；
图6示出了根据本发明的另一实施方案的示例性半导体器件的一 部分的剖视侧视图，该器件包括跨越该器件电极的整个顶面而形成的 可选的保护阻挡层；
图7示出了根据本发明的另 一实施方案的示例性半导体器件的一 部分的剖视侧视图，该器件包括跨越该器件电极的整个顶面和侧面而 形成的保护阻挡层；
图8-17示出了根据本发明的实施方案用于制备图4和图5中的半 导体器件的示例性工艺；
图18-23示出了根据本发明的实施方案用于制备与图4中器件类 似的器件的可选的示例性工艺；
图24-27示出了根据本发明的实施方案用于制备图6中的半导体 器件的示例性工艺的一部分；以及
图28-34示出了根据本发明的实施方案用于制备图7中的半导体 器件的示例性工艺。
具体实施例方式
参见图4,示出了根据本发明的优选实施方案的示例性的半导体 器件200的一部分的剖视侧一见图(注意，图4并非按比例画出)。例如， 器件200为封装为如类似于在第6,624,522号美国专利中描述的 DirectFET⑧型器件封装的纵向传导功率MOSFET。器件200包括由硅、 碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等制成的半导体模具102。模具102 具有在其中形成的、配置为纵向传导功率MOSFET的节(未在图4中 示出)。终止区252围绕模具102的作用区251的外围。该终止区可以 包括场氧化物环253、例如由多晶硅形成的场板254、以及设置在场板 254之上的层间电介质(ILD )层255，场板254从场氧化物环253之 上的作用区251延伸。
器件200还包括在模具102的底面上的漏极103，漏极103与 DirectFET⑧封装的传导夹的网113电接触。尽管可以使用某些其它的金属，但漏极103可以由铝形成。器件200进一步包括在模具102的 顶面上的源极104和栅极105，尽管也可以使用某些其它的金属，但 每个电极均由铝形成。源极沿作用区251的厚度205可以约为4um。 在源极104上形成至少一个可焊接触点(如触点210),并且在栅极105 上形成至少一个可焊接触点(图中未示出)(注意，栅极上的可焊接触 点与可焊接触点210类似)。每个可焊接触点均可以是含银的可焊接金 属。
器件200还包括例如厚度约为18um的钝化层220,钝化层220 设置在模具102的顶面上、且在源极104和栅极105之上。钝化层220 可以是任何适当的环氧钝化物，其也能够作为焊料抗蚀剂。钝化层220 具有在其中形成的开口 ，该开口使在源极104和栅极105上的每个可 焊接触点暴露。在本发明的优选实施方案中，钝化层中的每个开口均 比对应的可焊接触点更宽。从而，在每个可焊接触点和周围的钝化层 的相对的边缘/侧之间形成间隙，该间隙围绕可焊接触点，并沿可焊接 触点的整个高度延伸。如上所述，以这种方式分开可焊接触点和钝化 层220防止了钝化层遮盖可焊接触点的任何表面。因此，当将焊料涂 到触点上并使其流回时，该焊料能够覆盖可焊接触点的整个外表面， 并将沿该表面暴露的银溶解，从而限制了枝状晶体的形成。在本发明 的优选实施方案中，钝化层220也比可焊接触点更厚。因此，可焊接 触点没有延伸过钝化层220的顶面。
例如，参见源极104上的可焊接触点210,钝化层220具有在其 中形成的开口 222，该开口使可焊接触点暴露。如上所述，可焊接触 点210设置在开口 221的底部，并且没有在钝化层220的顶面之上延 伸。此外，开口 221比可焊接触点210更宽。因此，间隙221在可焊 接触点210和钝化层220的相对的边缘/侧之间形成，该间隙围绕可焊 接触点210，并沿触点的整个高度223延伸。间隙221的宽度可以为 约15um。此外，器件200的每个可焊接触点优选地具有与可焊接触点 210类似的形状。
根据本发明，器件200还包括分别覆盖源极104和栅极105的顶 面的至少一部分的阻挡层202和203。具体地，根据本发明的实施方案，阻挡层202和203在可焊接触点的下侧与多个电极的顶面之间延 伸，并且沿多个可焊接触点和钝化层220之间的间隙延伸，具体地， 至少延伸到钝化层220的相对边缘。例如，参见可焊接触点210，阻 挡层202沿该触点的下侧延伸，并沿间隙221到达钝化层220的开口 222的相对边缘。在本发明的优选实施方案中，如图4所示，阻挡层 202和203也可以延伸过围绕可焊接触点、且在钝化层220下面的间 隙。具体地，4艮据本发明的实施方案，阻挡层202和203可以^争越源 极和栅极的顶面、在钝化层220下面、并且朝向电极的外围边缘104a 和105a延伸。根据本发明的实施方案，如图4所示，阻挡层可以从电 极的外围边缘104a和105a凹回，/人而4吏沿这些电极的顶面的外围部 分231和232暴露。根据本发明的另一实施方案，阻挡层202和203 可以跨越源极和栅极的整个顶面延伸至电极的外围边缘104a和105a， 从而覆盖这些电极的整个顶面。根据本发明的另一实施方案，如图5 中的器件200a所示(注意，图5并非按比例画出)，阻挡层202和203 也可以延伸过源极和斥册极的外围边缘104a和105a,从而形成突出物 202a和203a。
根据本发明，阻挡层202和203为传导材料，并且具体地为能够 抵挡无铅焊料(如SAC)中存在的焊剂的酸性本质的材料。根据本发 明的实施方案，阻挡层202和203由例如厚度约为1800A的钛层204 制成。如上所述，形成在源极和栅极上的可焊接触点(例如可焊接触 点210)形成在阻挡层202和203之上。当阻挡层由《太层204制成时， 虽然可以使用本领域公知的其它传统的堆叠结构，但是每个可焊接触 点均可以为含^^艮的可焊接金属堆叠结构，如镍层211和银层212。镍 层211的厚度可以约为2000A，而^l艮层212的厚度可以约为6000A。
明显地，通过至少沿围绕可焊接触点的间隙形成沿源极和栅极顶 面的阻挡层202和203,例如当器件200焊接至衬底的垫时，阻挡层 保护电极免受可能延伸进间隙中的无铅焊料的酸性焊剂的影响。具体 地，阻挡层防止酸性焊剂接触沿上述间隙的电极，从而防止焊剂形成 穿过电极的洞，并防止焊剂腐蚀电极下面的作用半导体节和栅。此外， 也通过将阻挡层202和203延伸过间隙且在飩化层220下面延伸，使得阻挡层进一步保护电极以及电极下面的作用半导体节和栅，使其免 受可能渗透到钝化层下面的任何焊剂或焊剂内呈现的活性组分的影 响。
现在参见图6，其中相同的标号表示相同的元件，图6示出了根
据本发明的另一实施方案的示例性的半导体器件300的一部分的剖视 侧视图(注意，图6并非按比例画出)。器件300与器件200类似，并 且包括形成在源才及104上的至少一个可焊4妻触点(例如触点310)以 及形成在栅极105上的至少一个可焊接触点(图中未示出)。类似于如 上文所述的那样，每个可焊接触点均优选地通过周围的间隙(如围绕 可焊接触点310的间隙221)而与钝化层220分开。器件300还包括 阻挡层302和303,阻挡层302和303类似于阻挡层202和203，并分 别覆盖源极104和栅极105的顶面的至少一部分。然而，根据本发明 的该实施方案，现在阻挡层302和303包括设置在源极和栅极上面的 钛层204，并且还包括例如设置在该钛层上面的镍层211。钛层204的 厚度可以约为1800A，而镍层211的厚度可以约为2000A。与上文类 似，形成在源极和栅极上的可焊接触点(如可焊接触点310)形成在 阻挡层的上面，并且现在具体地设置在镍层211的上面。当阻挡层302 和303包括钛层和镍层时，每个可焊接触点均可以只包括例如厚度约 为6000A的银层212。
与阻挡层202和203类似，阻挡层302和303在其各自的电极的 顶面上延伸，具体地可至少沿可焊接触点的下侧以及沿可焊接触点与 周围的钝化层220之间的间隙延伸。优选地，阻挡层302和303也在 钝化层220下面延伸。具体地，根据本发明的实施方案，阻挡层302 和303可跨越源极和4册极的顶面、在钝化层220之下、并朝向电极的 外围边缘104a和105a延伸。类似于如上文所述的那样，阻挡层可以 /人源极和栅极的外围边缘104a和105a凹回(与图4类似)，或者可延 伸至电极的外围边缘104a和105a，或者可以延伸过电极的外围边缘 104a和105a,从而形成突出物302a和303a,如图6所示。
现在参见图7,其中相同的标号表示相同的元件，图7示出了根 据本发明的另一实施方案的示例性的半导体器件400的一部分的剖视侧视图(注意，图7并非按比例画出)。器件400与器件200类似，并 包括分别与阻挡层202和203类似的阻挡层402和403。然而，根据 本发明的该实施方案，现在阻挡层402和403覆盖电才及的整个顶面和 侧面。具体地，阻挡层402和403跨越源极和栅极的整个顶面延伸， 并且还包括沿围绕电^l的外围边缘104a和105a的竖直侧壁104b和 105b延伸的延伸部分402a和403a。如图7所示，延伸部分402a和403a 也可以沿ILD层255延伸。通过进一步沿源极和栅极的侧壁延伸阻挡 层402和403，在阻挡层402和403下面的电极以及作用半导体节和 栅被进一步保护，以免受可能渗透到钝化层220下面的任何焊剂或焊 剂内呈现的活性组分的影响。此外，这种配置可以使器件具有工业资 格水平。
根据本发明的该实施方案，如图7所示，阻挡层402和403可以 包括例如厚度约为1800A的钬层204。在此，虽然可以使用本领域公 知的其它传统的堆叠结构，但是例如触点210的可焊接触点均可以为 含银的可焊接金属堆叠结构，如镍层211和银层212。镍层211的厚 度可以约为2000A,而银层212的厚度可以约为6000A。根据本发明 的另一实施方案，与器件300类似，阻挡层402和403可以包括在源 极和栅极上面的钛层以及例如在该钛层上面的镍层。此外，钛层的厚 度可以约为1800A，而镍层的厚度可以约为2000A。在此，可焊接触 点可以只包括厚度例如约为6000A的4艮层。
本领域技术人员将会认可尽管如图4-7所示的本发明应用于 DirectFET 型器件封装，但是本发明的阻挡层能够应用于具有电极的 任何半导体器件，该电极旨在焊接至支承衬底上的传导垫或焊接至外 部导体。例如，本发明也能够应用于倒装晶片器件、凸起/晶片水平封 装以及封装的器件，以使得器件电极直接地或例如通过夹子/带子焊接 至封装引线。此外，本领域技术人员也将会认可本发明能够应用于除 功率MOSFET之外的器件，如二极管。
参见图8-17，示出了根据本发明的实施方案的示例性工艺，该工 艺用于制造例如图4和图5所示的半导体器件200和200a。本领域技 术人员将会认可多个器件200/200a可以同时由单个晶片形成，最后将这些器件单一化，以形成独立的器件200/200a。为了描述的目的，将 描述单个器件200/200a的制备。从图8开始，首先在硅晶片中以任意 公知的方式形成竖直传导型功率MOSFET,从而产生模具102。在模 具102的作用区251外围的周围也可以任意公知的方式形成终止区 252。如图所示，终止区252可以包括场氧化物环253、场板254和ILD 层255。
参见图9，例如铝的触点金属层404随后沉积在沿作用区251和 终止区252的模具102的顶面之上，并且此后进行烧结。触点金属层 404可以沿作用区沉积为具有约4um的厚度205。 一旦沉积了触点金 属层404,随后便将阻挡层沉积在例如接触金属层的整个顶面之上。 根据本发明的该实施方案，阻挡层可以是厚度沉积为例如约1800A的 钬层204。此后，将可焊接顶部金属406沉积在钬层204的顶面上。 此外，该可焊接顶部金属可以是含4艮的金属堆叠结构，如镍层211和 银层212，其厚度分别沉积为约2000A和6000A。
参见图10，适当的光刻胶层408随后形成在可焊接顶部金属406 上面。如下文进一步所述的那样，这种光刻胶层被用作掩模，以形成 在源极104上的至少一个可焊接触点(如触点210)以及在栅极105 上的至少一个可焊接触点。因此，随后基于可焊接触点的期望数量和 构图，通过适当的光刻掩模步骤对光刻胶层408进行构图。此后，如 图IO所示，多个开口 (如开口 410)随后通过光刻胶层形成，从而使 可焊接顶部金属406的顶面的一部分暴露。
参见图11,光刻胶层408然后被用作为掩模，以从钛层204的顶 面蚀刻4艮层212和4臬层211，从而形成用于源极和栅极的可焊接触点， 如触点210。例如，银层212可以通过以下方式进行蚀刻，首先在室 温下将图10中的器件浸入含有氢氧化铵(NH4OH)和过氧化氢混合 物的罐中约一分钟，然后对该器件进行清洗。类似地，随后，镍层211 可以通过以下方式蚀刻，将器件浸入硝酸(HN03)的罐中约九分钟并 且随后对该器件进行清洗。
参见图12，光刻胶层408然后可以从所产生的可焊接触点表面除 去，并且然后在可焊接触点上、且在钛层204的暴露面上形成第二个
17适当的光刻胶层412。可选地，光刻胶层408可以留在适当的位置， 而例如沿钛层204的暴露面形成光刻胶层412。如下文进一步所述的 那样，光刻胶层412被用作为掩模，以形成源极104和栅极105，并 且也用来在源极104和4册极105上面形成阻挡层202和203。因此， 然后基于电极/阻挡层所期望的图案，通过适当的光刻掩模步璩对光刻 胶层412进行构图。此后，如图12所示，然后沿终止区通过光刻胶层 412形成多个开口 (如开口414)，从而使钬层204的顶面的一部分暴 露。
参见图13，然后光刻胶层412被用作为掩模，以从触点金属层404 的表面蚀刻钛层204，从而形成阻挡层202和203。例如，钛层204 可以通过以下方式蚀刻，将图12中的器件浸入浓度为100:1的氢氟酸 (HF)的罐中约50秒，并且此后清洗该器件。
参见图14，此后光刻胶层412被用作为掩模，以从ILD层255的 表面蚀刻触点金属层404，从而形成源极104和栅极105。例如，触点 金属层404可以通过以下方式蚀刻，将图13中的器件浸入PAN (磷 酸、乙酸和硝酸的混合物)的罐中，并且此后清洗该器件。
如图14所示，作为对触点金属层404进行蚀刻以形成源极和片册极 的结果，接触金属层可以从阻挡层202和203的外围边缘的下侧蚀刻， 从而形成突出物202a和203a。根据本发明的实施方案，该突出物可 以留在适当的位置， 〃(人而随后形成例如图5所示的器件200a。可选地， 根据本发明的另一实施方案，可以对该突出物进行进一步蚀刻并可以 将其除去。例如，可以对该突出物进行蚀刻，以使得阻挡层202和203 的外围边缘一直延伸至源极和4册极的外围边缘104a和105a。可选地， 可以除去该突出物，以使得阻挡层的外围边缘从电极的外围边缘凹回， 随后形成例如图4所示的器件200。
假定不执行进一步的蚀刻，然后除去光刻胶层412，从而产生例 如图15所示的器件，阻挡层202和203具有延伸过源极和栅极的外围 边缘104a和105a的突出物202a和203a。可选地，假定将执行对钬层 204的进一步蚀刻，图14中的器件可以再次浸入氢氟酸的罐中，然后 清洗。假定阻挡层202和203的外围边缘将从电极的外围边缘104a和105a凹回，则图14中的器件可以浸入氢氟酸中约50秒。如图16 所示，作为该额外蚀刻的结果，沿源极和栅极的顶面的外围部分231 和232可以暴露。此后，可以除去光刻胶层412，产生例如如图17所 示的器件。
一旦除去光刻胶层412，例如由铝制成的后金属触点则沉积在例 如图15或图17中示出的器件底面之上，从而形成漏极103。
此后，例如厚度约为18um的钝化层220形成在图15或图17中 示出的器件的顶面之上，以覆盖可焊接触点和阻挡层202和203,并 且填充源极和栅极之间的区域。此外，钝化层220可以是也能够作为 焊料抗蚀剂的任何适当的环氧钝化物。此后，利用任何适当的工艺， 在钝化层220中形成开口 ，以从每个可焊接触点的顶部除去钝化层， 例如图4和图5中的器件200和200a所示的那样。如上所述，这些开 口优选地比可焊接触点更宽，并且优选地延伸至可焊接触点下面的阻 挡层202和203，从而在每个可焊接触点和周围的钝化层之间形成间 隙。
最后，如图4和图5中的器件200和200a所部分示出的那样，该 器件可以封装为DirectFET⑧型器件封装，其将漏极103电连接至封装 夹的网部分113。
现在参见图18-23，示出了根据本发明的实施方案可选的示例性工 艺，该工艺用于制造例如与图4所示的器件200相同的半导体器件。 具体地，应注意到，上述制备工艺会损坏沿终止区252的ILD层255。 在图18-23中示出的工艺在ILD层之上增加阻挡层，以保护该ILD层。 具体地，由图18开始，首先形成如上所述的包括场氧化物环253、场 板254和沿终止区252的ILD层255的模具102。此后，例如由钛制 成的阻挡层256沉积在ILD层255的整个顶面和侧面之上。
该工艺然后通过形成源才及和4册极而类似于如上文所述地进行。具 体地，参见图19，然后在模具102的顶面之上以及在阻挡层256的外 表面上沉积触点金属层404。此后，在触点金属层404的顶面之上沉 积钬阻挡层204，并且在该钛层的顶面之上沉积包括例如镍层211和 4艮层212的可焊接顶部金属406。参见图20,然后对可焊接顶部金属406进行掩模，并且随后对镍 层211和银层212进行蚀刻，从而类似于如上文所述的那样，在钛层 204上面形成可焊接触点，如可焊接触点210。此后，其内具有开口的 光刻胶层412形成在所形成的器件的表面上，从而在钛阻挡层204之 上形成掩模。然后光刻胶层412用来如上所述地沿终止区对钛层204 进行蚀刻，以形成阻挡层202和203，从而形成图20中的器件。
参见图21,然后光刻胶层412被用作为掩模，以向下蚀刻触点金 属层404至阻挡层256的表面，从而形成源极104和栅极105。此外， 触点金属层404可以通过将图20中的器件浸入PAN的罐中来蚀刻。 如图21所示，类似于如上所述的那样，作为对触点金属层404进行蚀 刻以形成源极和栅极的结果，接触金属层可以从阻挡层202和203的 外围边缘的下侧进行蚀刻，,人而形成突出物202a和203a，突出物202a 和203a延伸过源极和栅极的外围边缘104a和105a。
如图所示，根据本发明的该实施方案，ILD层255上面的阻挡层 256在源极和栅极的形成期间保护该ILD层。因此， 一旦形成电极， 在此后必须对阻挡层256进行蚀刻，以使各电极电隔离。同样，参见 图22，图21中的器件然后浸入例如氢氟酸(HF)的罐中，从而对阻 挡层256进行蚀刻，并<吏ILD层255的顶面的一部分暴露。应注意到， 对阻挡层256进行蚀刻的结果是，阻挡层202和203被进一步蚀刻， 并可被蚀刻，例如以使得阻挡层的外围边缘从电极的外围边缘104a 和105a凹回。因此，沿源才及和4册才及的顶面的外围部分231和232可以 暴露，从而随后形成例如与图4中的器件200类似的器件。
此后，器件的制备可以类似于如上文对于器件200所述的那样进 行，从而产生例如类似在图23中示出的器件。具体地，然后可以除去 光刻胶层412,然后形成漏极103,此后沉积钝化层220,并且然后在 可焊接触点上面的钝化层内形成开口。应注意到，除了增加了剩余的 阻挡层256之外，图23中的器件与例如器件200类似。
现在参见图24-27，示出了根据本发明的实施方案的部分示例性工 艺，该工艺用于制造例如图6所示的半导体器件300，该器件具有包 括如上所述的钛层和镍层的阻挡层。器件300的制备类似于例如图8至图10中示出的那样进行。此后，如图24所示，光刻胶层408被用 作为掩模，以从镍层211的顶面对银层212进行蚀刻，从而形成用于 源极和栅极的可焊接触点，如触点310。此外，银层212可以通过将 图10中的器件浸入含有氢氧化铵和过氧化氢混合物的罐中进行蚀刻。
参见图25，然后可以从所产生的可焊接触点的表面上除去光刻胶 层408，并且然后在可焊接触点之上、且在镍层211的暴露面上形成 第二个适当的光刻胶层416。可选地，光刻胶层408可以留在适当的 位置，而光刻胶层416沿例如镍层211的暴露面形成。类似于如上所 述的那样，光刻胶层416被用作为掩模，以形成源极104和栅极105, 并且也用来在该电才及上面形成阻挡层302和303。因此，如图25所示， 一旦构图的光刻胶层416和例如开口 418的多个开口随后沿终止区形 成在光刻胶层内，则使镍层211的顶面的一部分暴露。
参见图26，光刻胶层416然后被用作为掩模，以从触点金属层404 的表面对镍层211和钛层204进行蚀刻，从而形成阻挡层302和阻挡 层303。此外，镍层211可以通过将器件浸入硝酸的罐中进行蚀刻， 而钛层204可以通过将器件浸入一罐氢氟酸中进行蚀刻。
参见图27,光刻胶层416然后被用作为掩模，以从ILD层255的 表面对触点金属层404进行蚀刻，从而形成源极104和栅极105。如 图27所示，作为对触点金属层404进行蚀刻以形成源极和栅极的结果， 该金属层可以从阻挡层302和303的外围边缘的下侧进行蚀刻，从而 形成突出物302a和303a。类似于如对于器件200和200a所述的那样， 这些突出物可以留在适当的位置，从而随后形成例如图6所示的器件 300。可选地，类似于如上所述的那样，这些突出物可以进4亍进一步蚀 刻，并且能够通过对钛层204和镍层211进行进一步蚀刻而被除去。
无论是否对突出物302a和303a进行进一步蚀刻，此后器件300 的制备都将类似于如上所述用于器件200/200a的那样进行。具体地， 然后可以除去光刻胶层416，然后形成漏极103,此后沉积钝化层220， 并且然后在可焊接触点上面的钝化层内形成开口，从而形成例如图6 中的器件300。
根据本发明的另一实施方案，在图24-27中示出的示例性工艺可以修改为包括在ILD层255上的阻挡层256,类似于如上所述的那样， 以一床护该ILD层。
现在参见图28-34，示出了根据本发明的实施方案的示例性工艺， 该工艺用于制造例如图7所示的半导体器件400。从图28开始，首先 如上所述地形成模具102，其包括场氧化物环253、场板254以及沿终 止区252的ILD层255。此后，在模具102的顶面上沿作用区251和 终止区252沉积触点金属层404。
参见图29,在触点金属层404上面然后形成适当的光刻胶层420, 该光刻胶层被用作为掩模，以形成源极104和栅极105。因此，然后 基于所期望的电极图案，通过适当的光刻掩模步骤对光刻胶层420进 行构图，并且然后例如开口 422的多个开口沿终止区在光刻胶层420 中形成，从而使触点金属层404的顶面的一部分暴露。如图29所示， 光刻胶层420然后被用作为掩模，以向下蚀刻触点金属层404至ILD 层255的顶面，乂人而形成源极104和4册才及105。此外，触点金属层404 可以通过将器件浸入一罐过氧亚硝酸盐中进行蚀刻。此后，除去光刻 胶层420。
参见图30，然后在源极104和栅极105的整个顶面和侧面上、沿 ILD层255暴露的顶面沉积阻挡层。根据本发明的该实施方案，阻挡 层可以是厚度沉积为例如1800A的钛层204。此后，在钬层204的顶 面上沉积可焊接顶部金属406。此外，该可焊接顶部金属可以是含银 的金属堆叠结构，如镍层211和银层212,其厚度分别沉积为2000A 和6000A。此后，在可焊接顶部金属406上形成适当的光刻胶层424， 该光刻胶层被用作为掩模，以在源极104和栅极105之上形成可焊接 触点。因此，然后基于可焊接触点所期望的数量和图案，通过适当的 光刻掩模步骤，对光刻胶层424进行构图，并且例如开口 426的多个 开口随后在光刻胶层424中形成，从而使可焊接顶部金属406的顶面 的一部分暴露，如图30所示。
参见图31,光刻胶层424然后被用作为掩模，以从钛层204的顶 面对4艮层212和镍层211进行蚀刻，从而形成用于源极和栅极的可焊 接触点，例如触点210。此外，4艮层212和4臬层211可以通过以下方式进行蚀刻，首先将图30中的器件浸入含有氢氧化铵和过氧化氢混合 物的罐中，此后将该器件浸入一罐硝酸中。
参见图32，光刻胶层424留在适当的位置，并且在钛层204的暴 露面上形成第二个适当的光刻胶层428。可选地，可以除去光刻胶层 424,并且光刻胶层428在两个可焊接触点上以及在钛层的暴露面的上 面形成。根据本发明的该实施方案，光刻胶层424/428被用作为掩模， 以形成阻挡层402和403。如上所述，这些阻挡层在源极104和纟册才及 105的整个顶面延伸，并且也沿围绕这些电极的外围边缘的竖直侧壁 104b和105b延伸。因此，然后通过适当的光刻掩模步骤对光刻胶层 424/428进行构图，并且例如开口 430的多个开口在光刻胶层424/428 中形成，以使得该开口只沿ILD层255使钛层204的顶面的 一部分暴 露，如图32所示。
参见图33,光刻胶层424/428然后被用作为掩模，以从ILD层255 的表面对钛层204进行蚀刻，从而形成阻挡层402和403。此外，钛 层204可以通过将图32中的器件浸入一罐氢氟酸中进行蚀刻。此后， 除去光刻胶层424/428, ^v而产生例如图34所示的器件。如图33和 34所示，阻挡层402和403 ^夸越源极和4册才及的整个顶面延伸，并且还 包括延伸物402a和403a，延伸物402a和403a沿这些电极的竖直侧壁 104b和105b延伸。此外，如图所示，延伸物402a和403a也可以沿 ILD层255延伸。
此后，器件400的制造类似于如上所述例如用于器件200/200a的 那样进行。具体地，漏极103然后沿模具102的底面形成，此后钝化 层220在该模具的顶面上沉积，并且然后开口在可焊接触点上的钝化 层内形成，从而形成例如图7中的器件400。
本领域技术人员将会认可在图28-34中示出的示例性工艺也可以 类似于在图24-27中示出的示例性工艺进行修改，以使得阻挡层402 和403包括钛层和镍层。类似地，本领域技术人员也将会认可在图 28-34中示出的示例性工艺也可以修改为包括在ILD层255上的阻挡 层256，类似于如上所述的那样，从而保护该ILD层。
虽然已参照本发明的具体实施方案对本发明进行了描述，但是对
23于本领域技术人员来说多种其它的变体和修改以及其它的应用都是显 而易见的。因此，本发明不由本文的具体公开限定，而仅由权利要求 限定。
权利要求
1. 一种半导体器件，包括半导体模具，其具有第一主表面；电极，其在所述模具的所述第一主表面上；可焊接触点，其设置在所述电极的顶面之上；钝化层，其形成在所述电极之上，并且包括开口，以使所述可焊接触点暴露，所述开口比所述可焊接触点更宽，从而由围绕所述可焊接触点的间隙使所述可焊接触点与所述钝化层间隔开；以及阻挡层，其在所述电极的所述顶面上，所述阻挡层设置在所述可焊接触点和所述电极之间，并且所述阻挡层跨越所述间隙延伸。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层也在所述钝 化层之下延伸。
3. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层也在所述钝 化层之下延伸，并突出于所述电极的外围边缘。
4. 如权利要求l所述的半导体器件，其中所述阻挡层也在所述钝 化层之下延伸，并乂人所述电极的外围边缘凹回。
5. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层覆盖所述电 极的所述顶面。
6. 如权利要求5所述的半导体器件，其中所述电极沿其外围边缘 包括竖直侧壁，并且其中所述阻挡层覆盖所述竖直侧壁。
7. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层包括保护所 述电极和所述半导体模具免受酸性焊剂腐蚀的材料。
8. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层包括传导材料。
9. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层包括钛。
10. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述阻挡层包括在所 述电极的所述顶面上的钛层以及设置在所述钛层之上的镍层。
11. 如权利要求IO所述的半导体器件，其中所述可焊接触点包括银。
12. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述模具是功率开关 器件。
13. —种用于制备半导体器件的方法，包括以下步骤 在半导体模具的第一主表面之上沉积触点金属层；在所述触点金属层上沉积阻挡层； 在所述阻挡层上形成可焊接触点； 对所述阻挡层进4亍蚀刻；以及对所述触点金属层进行蚀刻，以形成电极，从而^f吏所述阻挡层跨 越所述电极的整个顶面延伸，并且进一步在所述可焊4妻触点和所述电 极之间延伸。
14. 如权利要求13所述的方法，在所述触点金属层的蚀刻步骤之 后进一步包括以下步骤，进一步对所述阻挡层进行蚀刻，直到所述阻 挡层;^所述电极的外围边缘凹回。
15. 如权利要求13所述的方法，在所述触点金属层的蚀刻步骤之 后进一步包括以下步骤在所述半导体模具的所述第一主表面之上沉积钝化层；以及在所述钝化层中形成开口，以使所述可焊接触点暴露。
16. 如权利要求13所述的方法，其中所述阻挡层包括钛层。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述阻挡层进一步包括在所 述钛层上面的镍层。
18. 如权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤在所述触点金属层的沉积步骤之前，在围绕所述半导体模具的外 围的终止区上沉积阻挡层；以及在所述触点金属层的蚀刻步骤之后，对在所述终止区上的所述阻 挡层进行蚀刻。
19. 如权利要求18所述的方法，其中对在所述终止区上的所述阻 挡层进行蚀刻的步骤也对在所述电极上的所述阻挡层进行蚀刻。
20. —种用于制备半导体器件的方法，包括以下步骤 在半导体模具的第一主表面之上沉积触点金属层；对所述触点金属层进行蚀刻，以形成电极，所述电极包括顶面以 及围绕所述电极的外围边缘的侧面； 在所述电极之上沉积阻挡层；形成用于所述阻挡层上的所述电极的可焊接触点；以及对所述阻挡层进行蚀刻，从而使所述阻挡层沿所述功率电极的所述顶面和所述侧面延伸，并且进一 步在所述可焊接触点和所述电极之间延伸。
21. 如权利要求20所述的方法，其中所述阻挡层包括钛层。
全文摘要
一种半导体器件，包括模具，在其表面上具有至少一个电极；形成在电极上的至少一个可焊接触点；以及钝化层，其形成在电极之上，并包括使可焊接触点暴露的开口。钝化层开口可比可焊接触点更宽，从而使间隙在触点和钝化层之间延伸。器件还包括阻挡层，其在电极的顶面上设置、沿可焊接触点的下侧设置、且跨越间隙设置。阻挡层也可在钝化层之下延伸，并且可覆盖电极的整个顶面。阻挡层也可沿电极的侧壁延伸。阻挡层可包括钛层或者钛层和镍层。阻挡层保护电极以及下面的模具免受无铅焊料中存在的酸性焊剂的影响。
文档编号H01L21/44GK101523584SQ200680040886
公开日2009年9月2日 申请日期2006年9月5日 优先权日2005年9月2日
发明者大卫·P·琼斯, 安德鲁·N·萨乐, 马丁·卡罗尔, 马丁·斯坦丁 申请人:国际整流器公司