专利名称：带有焊接区的半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置，具体涉及带有焊接区的半导体装置。
随着新一代产品的开发，集成电路的元件密度不断提高。通常借助于减小集成电路中元件的尺寸来获得更高的元件密度。装置的接触窗口和其它部位一般都要加以缩小，致使某些金属互连难以制作。此时，互连层一般需要有一个通常包括难熔金属、难熔金属硅化物或难熔金属氮化物的势垒。比之铝，这些难熔金属材料一般都更坚硬，这意味着它们不是弹性的而且不容易弯曲。
图1示出了焊接区结构的平面图。此结构包括一个刻划线10、一个含有互连122和焊接区124的导电件12。钝化层16位于互连122和部分焊接区124之上。钝化层被图形化，使其终止于刻划线处。钝化层还含有一个几乎暴露整个焊接区124的窗口14。引线18在焊接区窗口14处被焊接到焊接区124。当执行焊接时，在引线18中形成尾端182。
图2示出了此结构的剖面图以显示引线焊接操作过程中可能发生的各种问题。钝化层16包括162部分和164部分。162部分位于衬底20的表面，而164部分位于焊接区124及其侧面上。衬底20通常包含一个同势垒层126相接触的隔离层。这一具体实施例中的焊接区124包括一个势垒层126、一个金属层127和一个抗反射涂层128。势垒层126还可含有一个直接邻接于衬底20表面的附着层。
在一种类型的引线焊接操作过程中，如图2中箭头所示地横向移动引线，以便在引线焊接之前清除127层上的天然氧化物。引线焊接步骤中的这种擦伤使162部分和164部分之间的钝化层中出现裂缝。在钝化层16中162部分和164部分会合处形成裂缝21。在某些情况下，164部分从焊接区完全割裂。
在形成焊接之后，焊接区124可由于形成了裂缝21而剥离。当引线18焊接到焊接区124之后和焊接到引线框部位(图1和2中未示出)之前被放出引线18时，或者在焊接拉力试验过程中，一般会出现剥离力。此剥离力可使裂缝21沿界面22或在势垒层1 26内传播。如果出现这种情况，则焊接区124至少会部分地从衬底20剥离。倘若在衬底20和势垒层126之间有一个附着层，则分离出现在两侧或穿过附着层。由于势垒层126比金属层127更硬而发生剥离现象。如果焊接区从该装置中部分地或完全地剥离，则集成电路的功能丧失殆尽。
在形成了裂缝21之后，包括水、氢、游离离子之类的沾污物会在钝化层162和焊接区124之间迁移并进入衬底20。焊接区剥离和沾污会引起可靠性问题，半导体装置不能容许这种剥离和沾污。
以下示例性地描述本发明，图中相似的参考号表示相似的元件。
图1示出了焊接区结构的平面图；图2示出了引线焊接操作过程中图1焊接区结构的局部剖面图；图3示出了一个半导体装置，它包括刻划线、焊接区和焊接区窗口；图4示出了含有一个晶体管和一个导电件的半导体衬底的局部剖面图；图5示出了图4结构的平面图，显示了一个焊接区和一个互连；图6示出了形成钝化层之后，图5衬底的剖面图；图7示出形成焊接区窗口之后，图6衬底的剖面图；图8示出了图7衬底的平面图，显示了焊接区窗口的位置；图9示出了形成焊接区引线之后，图8衬底的平面图；图10示出了焊接区窗口中引线的剖面图；以及图11示出了靠近二个刻划线交点处的焊接区结构的平面图。
在半导体装置中，制作了焊接区窗口，该窗口不对称于焊接区的导电区。与焊接区和焊接区窗口之间彼此对称的常规的半导体装置不一样，这种不对称性补偿了引线焊接过程中或引线焊接之后半导体装置和半导体封装件线框之间的剥离力。如果较大的剥离力靠近半导体装置的刻划线，则用钝化层覆盖较多的靠近刻划线的焊接区。如果较大的剥离力靠近焊接区的另一侧，则用钝化层覆盖较多的靠近另一侧的焊接区。用下述的实施例可更好地理解本发明。
图3示出了一个半导体装置300，它带有一个包含晶体管、电阻器、电容器等的元件部分304。刻划线40位于半导体装置300的边缘，而焊接区106位于刻划线40附近。互连104将焊接区106电连接到元件部分304中的各个元件上。在此具体的实施例中，较大的剥离力出现在焊接区106的刻划线侧附近。为此，焊接区窗口62制作在离刻划线40更远处。下文更详细地描述具有不对称焊接区窗口的半导体装置的制作方法。
元件区的各元件在工艺的早期步骤中制作。参照图4，在半导体衬底30上制作一个场隔离区32和一个晶体管34。晶体管34是该装置的元件区中的一个元件。元件区还包括其它的晶体管、电阻器、电容器等，但在图4中未示出。晶体管34包括一个源区344、一个漏区342、一个栅介电层346和一个栅电极348。在场隔离区32和晶体管34上制作一个隔离层36，它包含不掺杂的氧化物、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等。
穿过隔离层36制作一个接触窗口，并在接触窗口中形成一个接触插塞38。接触插塞38尽管图中未示出，一般都包括一个附着层、一个势垒层和一个插塞填充层。很多不同的材料都可以用于这三个层。在一个具体的实施例中，附着层包含钛，势垒层包含氮化钛，而插塞填充层包含钨。
在接触插塞38上制作一个导电层并对其图形化。导电件39包括一个下层391、一个金属层392和一个抗反射涂层393。一般用化学气相淀积或溅射淀积来制作层391-393。下层391包含一个附着层和一个势垒层。就材料而论，下层391有难熔金层、难熔金属硅化物或难熔金属氮化物。由于难熔金属坚硬而不易弯曲且更易破裂，故一般认为难熔金属材料在下层391中的存在是焊接区剥离的主要原因。
金属层392包括铝、铜等，而抗反射涂层393包括氮化钛、氮化硅等。在本具体实施例中，下层391包括一个钛附着层和一个氮化钛势垒层。金属层392包括铝，而抗反射涂层393包括氮化钛。
图5示出了该装置在工艺进行到此时的局部平面图。为简化起见，在这类平面图中都未示出隔离层36。源区344、漏区342和栅电极348都靠近图5的右侧。导电件39包括一个互连395和一个焊接区394。接触插塞38示作正方形中“X”。
刻划线40示于图5靠左侧处。焊接区394有一个包含二极管的输入保护区396，和一个不属于输入保护区396的那部分焊接区394的导电区398。如果没有输入保护区396，则焊接区和导电区是相同的。在图3中，由于没有输入保护区，故焊接区106也是导电区。
如图6所示，在隔离层36和抗反射涂层393上制作一个钝化层52。钝化层至少包括一种诸如氮化物、氧化物、氮氧化物之类的材料。通常用化学气相沉积方法在270-420℃的温度范围(一般不高于450℃)内制作钝化层。在一个特定的实施例中，钝化层52包括一层PSG和一层等离子增强的氮化物。
焊接区窗口62用腐蚀部分钝化层52的方法来制作，如图7所示。这一腐蚀也清除了一部分抗反射涂层393以暴露一部分位于焊接区窗口62下面的金属层392。如图7所见，焊接区窗口62不在层391-393的中央。焊接区窗口62偏向于晶体管34。
图8示出了该装置在工艺进行到此时的平面图。钝化层52覆盖着刻划线40右边除窗口62之外的该装置的所有区域。在图8中未标示钝化层52，故可更容易地看到该装置的各元件之间的位置关系。
图8中用箭头标出的64、66、68和69各部分是被钝化层52覆盖的焊接区394的导电区398的各个部分。刻划线部分64最靠近刻划线40，而元件部分66离刻划线40最远。横向部分68和69邻接于64和66部分以及焊接区窗口62的相对二侧。
在一个具体的实施例中，焊接区窗口62为约90μm×90μm(3.5密尔×3.5密尔)。刻划线部分64的宽度约为30μm(1.2密尔)，元件部分66的宽度约为3μm(0.1密尔)，而横向部分68和69的宽度约为10μm(0.4密尔)。刻划线部分64是最宽的部分，而元件部分66是最窄的部分。通常，刻划线部分64是元件部分66宽的2-20倍。横向部分68和69是元件部分66宽的1.5-10.0倍。虽然68部分和69部分被示为宽度相同，但68和69部分的宽度也可彼此不同。但68部分和69部分的宽度处于64部分和66部分宽度之间。
制作焊接区窗口62之后，如图9所示将引线82焊接到焊接区394的导电区398。焊接于器件的那部分焊接区形成一个尾端822。图10示出了该装置在工艺进行到此时的剖面图。引线82被直接焊接到金属层392。
在本实施例中，采用了一种称之为“铝楔”的摩擦型焊接。在焊接步骤中，清除了一小片钝化层52且形成了一些裂缝92，如图10所示。这种损伤通常发生在引线焊接步骤中当引线或连接物同钝化层52相接触的时候。注意此裂缝92是形成在焊接区394之上而不是沿其侧边。因此，裂缝92更不易沿层36和391之间的界面传播(因为焊接区394的侧面附近未形成裂缝)。这就减少了焊接过程中或焊接之后焊接区剥离的机会。
图4-10示出了各焊接区中一个焊接区的制作，该装置中其它焊接区也是相似的。参照图3，分布在该装置对侧的焊接区互成镜像。由钝化层覆盖的焊接区106的刻划线部分比焊接区106的元件部分更宽。
在一个替代的实施例中，如图11所示，一个焊接区制作在一个以上的刻划线40附近。在此具体的实施例中，有一个导电件102，它包括焊接区106和互连104。此焊接区106不包括输入保护区，因此，焊接区106和导电区是相同的。
如图11所示，在导电件102上制作一个钝化层，再进行图形化以形成焊接区窗口108。与图8相似，钝化层覆盖除刻划线40和焊接区窗口108之外，该装置的所有区域。焊接区106有四个被钝化层覆盖的部分。刻划线部分114邻接于刻划线40，而每个横向部分118邻接于刻划线部分114中的一个。在此具体的实施例中，每个刻划线部分114的宽度约为30μm(1.25密尔)，而每个横向部分118的宽度约为10μm(0.4密尔)。每个(114)部分的宽度通常是各(118)部分宽度的1.5-20.0倍。焊接引线82及其尾端822制作成方位基本上对角地跨于焊接区106。
在另一个未示出的实施例中，焊接区通常是椭圆形的，焊接区窗口通常是圆形的。圆形焊接区窗口也可以相似于前述实施例而偏移。方形、矩形、椭圆形和圆形焊接区和焊接区窗口的其它组合也是可能的。也可以采用其它的几何形状。
在又一个实施例中，采用了其它的焊接方法。例如，采用了金球焊接但它更容易从焊接区394的元件侧而不是刻划线侧剥离。在此实施例中，其刻划线部分64和元件部分的宽度与前述的实施例相比正好相反。用来形成半导体装置引线的引线和引线焊接方法可以是那些包括采用使引线自己擦碰焊接区的摩擦型方法中的一种方法。
在另一个实施例中，焊接区置于该装置的中心带上。这种装置仍对导致从封装件引线框分离的剥离问题很敏感。不对称焊接区窗口可用于此类封装件。
本发明的实施例可使焊接区及其引线在焊接区剥离和沾污危险较小的情况下得以制作。焊接区制作成使钝化层更多地覆盖靠近最易剥离的焊接区那一侧。更具体地说，钝化层要足够大，使钝化层中的裂缝或其它损伤不致于引起裂缝沿含有难熔金属的层和隔离层之间的界面而传播。在焊接区侧的钝化层也更不易清除。如果更靠近刻划线的焊接区侧更易于剥离，则钝化层覆盖更多的靠近刻划线的焊接区。如果更靠近元件的焊接区更易于剥离，则钝化层覆盖更多的靠近元件的焊接区。
由于钝化层沿焊接区侧面不破裂或不被清除，故减轻了沾污问题。同水、氢和游离子沾污有关的可靠性问题也应得到减轻。
本发明的实现是相当简单的。用来制作焊接区、焊接区窗口或二者的掩模可调整后用来制作带有偏移焊接区窗口的焊接区。在一个实施例中，焊接区被做得较大而焊接区窗口保持同样尺寸。不需要掩模步骤等额外的工艺步骤。而且，诸如“超级胶”附着层之类的有毒材料或边缘(marginal)工艺步骤都无需采用。本发明很容易结合到现有工艺流程中。
参照具体的实施例已对本发明进行了描述。但显然可对其作各种修改和改变而不超越所附权利要求书规定的本发明的范围。因而上述说明和图示只是为了解说而不是为了限制。
权利要求
1.一种半导体装置(300)，其特征在于一个衬底(30)；一个互连(395)；一个带有导电区(398)和焊接区(394)，其中的焊接区(394)覆盖衬底(30)；以及一个包括焊接区窗口(62)的钝化层(52)，其中焊接区窗口(62)覆盖焊接区(394)；钝化层(52)覆盖导电区(398)的第一部分(64)和第二部分(66)；导电区(398)的第二部分(66)邻接于互连(395)；导电区(398)的第一部分(64)位于比第二部分(66)离互连(395)更远处；以及第一部分(64)比第二部分(66)更宽。
2.一种半导体装置(300)，其特征在于一个衬底(30)；一个第一互连(104)和一个第二互连(104)；一个带有第一导电区(398)的第一焊接区(106)和一个带有第二导电区(398)的第二焊接区(106)，其中第一和第二焊接区(106)覆盖衬底(30)；第一焊接区(106)邻接于第一互连(104)；以及第二焊接区(106)邻接于第二互连(104)；以及一个包括第一焊接区窗口(62)和第二焊接区窗口(62)的钝化层(52)，其中第一焊接区窗口(62)覆盖第一焊接区(106)；第二焊接区窗口(62)覆盖第二焊接区(106)；钝化层(52)覆盖第一和第二导电区(398)的第一和第二部分(64和66)；第一导电区(398)的第二部分(66)邻接于第一互连(104)；第一导电区(398)的第一部分(64)位于比第一导电区(398)的第二部分(66)离第一互连(104)更远处；第二导电区(398)的第二部分(66)邻接于第二互连(104)；第二导电区(398)的第一部分(64)位于比第二导电区(398)的第二部分离第二互连(104)更远处；第一焊接区(62)位于比第二焊接区(62)更靠近半导体器件(300)第一侧处；第二焊接区(62)位于比第一焊接区(62)更靠近半导体器件(300)的同第一侧相对的第二侧处；以及各个第一部分(64)都宽于各个第二部分(66)。
3.一种半导体装置(300)，其特征在于位于半导体器件(300)相对侧上的一个第一刻划线(40)和一个第二刻划线(40)；一个衬底(30)；一个带有第一导电区(398)的第一焊接区(106)和一个带有第二导电区(398)的第二焊接区(106)，其中第一和第二焊接区(106)覆盖衬底(30)；第一焊接区(106)位于比第二焊接区(106)更靠近第一刻划线(40)处；而第二焊接区(106)位于比第一焊接区(106)更靠近第二刻划线(40)处；以及一个包括第一焊接区窗口(62)和第二焊接区窗口(62)的钝化层(52)，其中第一焊接区窗口(62)覆盖有第一焊接区(106)；第二焊接区窗口(62)覆盖第二焊接区(106)；钝化层(52)覆盖第一和第二导电区(398)的第一部分(64)、第二部分(66)、第三部分(68)和第四部分(69)；对于第一导电区(398)第一和第二部分(64和66)邻接于第一焊接区窗口(62)的相对二侧；而第三和第四部分(68和69)邻接于第一焊接区窗口(62)的相对二侧且邻接于第一和第二部分(64和66)；对于第二导电区(398)第一和第二部分(64和66)邻接于第一焊接区窗口(62)的相对二侧；而第三和第四部分(68和69)邻接于第二焊接区窗口(62)的相对二侧且邻接于第一和第二部分(64和66)；以及第一部分(64)最宽，第二部分最窄(66)，而第三和第四部分(68和69)的宽度在第一和第二部分(64和66)的宽度之间。
4.根据权利要求1、2或3的半导体装置，其特征在于任一个或所有的焊接区(106、394)都有一个含难熔金属、难熔金属硅化物或难熔金属氮化物的层(391)。
5.根据权利要求1、2或3的半导体装置，其特征在于第一部分(64)的宽度是第二部分(66)宽度的2-20倍。
6.一种制作半导体装置(300)的方法，其特征在于，包括以下步骤在半导体衬底(30)上制作一个焊接区(394)和一个互连(395)，其中的焊接区(394)带有一个导电区(398)；在焊接区(394)和互连(395)上制作一个钝化层(52)；以及穿过钝化层(52)制作一个焊接区窗口(62)，其中焊接区窗口(62)覆盖焊接区(394)；钝化层(52)覆盖导电区(398)的第一部分(64)和第二部分(66)；导电区(398)的第二部分(66)邻接于互连(395)；导电区(398)的第一部分(64)位于比第二部分(66)离互连(395)更远处；而且第一部分(64)宽于第二部分(66)。
7.一种制作半导体装置(300)的方法，其特征在于，包括以下步骤在衬底(30)上制作一个第一焊接区(106)、一个第一互连(104)、一个第二焊接区(106)和一个第二互连(104)，其中第一焊接区(106)包括一个邻接于第一互连(104)的第一导电区(398)；而第二焊接区(106)包括一个邻接于第二互连(104)的第二导电区(398)；在第一和第二焊接区(106)上制作一个钝化层(52)；以及穿过钝化层(52)制作一个第一焊接区窗口(62)和一个第二焊接区窗口(62)，其中第一焊接区窗口(62)覆盖第一焊接区(106)；第二焊接区窗口(62)覆盖第二焊接区(106)；钝化层(52)覆盖第一和第二导电区(398)的第一和第二部分(64和66)；第一导电区(398)的第二部分(66)邻接于第一互连(104)；第一导电区(398)的第一部分(64)位于比第一导电区(398)的第二部分(66)离第一互连(104)更远处；第二导电区(398)的第二部分(66)邻接于第二互连(104)；第二导电区(398)的第一部分(64)位于比第二导电区(398)的第二部分(66)离第二互连(104)更远处；第一焊接区(106)比第二焊接区(106)更靠近半导体器件(300)的第一侧；第二焊接区(106)比第一焊接区(106)更靠近半导体器件(300)的第二侧(它是第一侧的对侧)；以及各个第一部分(64)都宽于各个第二部分(66)。
8.一种制作半导体装置(300)的方法，其特征在于，包括以下步骤在衬底(30)上制作一个第一焊接区(106)和一个第二焊接区(1 06)，其中第一焊接区(106)包括一个第一导电区(398)且比第二焊接区(106)更靠近第一刻划线(40)；而第二焊接区(106)包括一个第二导电区(398)且更靠近第二刻划线(40)；在第一和第二焊接区(106)上制作一个钝化层(52)；以及穿过钝化层(52)制作一个第一焊接区窗口(62)和一个第二焊接区窗口(62)，其中第一焊接区窗口(62)覆盖第一焊接区(106)；第二时接区窗口(62)覆盖第二焊接区(106)；钝化层(52)覆盖第一和第二导电区(398)的第一部分(64)、第二部分(66)、第三部分(68)和第四部分(69)；对于第一导电区(398)第一和第二部分(64和66)邻接于第一焊接区窗口(62)的相对二侧；而第三和第四部分(68和69)邻接于第二焊接区窗口(62)的相对二侧且邻接于第一和第二部分(64和66)；对于第二导电区(398)第一和第二部分(64和66)邻接于第一焊接区窗口(62)的相对二侧；而第三和第四部分(68和69)邻接于第二焊接区窗口(62)的相对二侧且邻接于第一和第二部分部分(64和66)；以及第一部分(64)最宽，第二部分(66)最窄，而第三和第四部分(68和69)的宽度在第一和第二部分(68和69)宽度之间。
9.根据权利要求6、7或8的方法，其特征在于任何一个焊接区(106)都有一个含难熔金属、难熔金属硅化物或难熔金属氮化物的层(391)。
10.根据权利要求10的方法，其特征在于第一部分(64)的宽度是第二部分(66)宽度的2-20倍。
全文摘要
焊接区(394、106)和焊接区窗口(62、108)制作成使焊接区窗口(62、108)不对称于焊接区(394、106)的导电区(398、106)。如果焊接区更可能从焊接区(394、106)的刻划线一侧剥离，则焊接区窗口(62、108)制作成使钝化层(52)覆盖更多的靠近刻划线(40)的导电区(398、106)。如果焊接区(394、106)更可能从另一侧剥离，则钝化层(52)覆盖更多的导电区的另一侧(398、106)。除了降低剥离危险外，沾污问题也应得到减轻。
文档编号H01L23/485GK1144400SQ9610069
公开日1997年3月5日 申请日期1996年1月19日 优先权日1995年1月20日
发明者苏廷晨 申请人:摩托罗拉公司