專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括表面電極的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)技術(shù)中，當(dāng)半導(dǎo)體器件的表面電極用焊料連接到外部接線端時(shí)，需要通過(guò)光刻技術(shù)在鋁電極上形成由兩層或三層組成的阻擋金屬，目的是獲得與焊料的粘附性和獲得可靠性，因此引發(fā)了與生產(chǎn)成本相關(guān)的問(wèn)題。
因而，通過(guò)化學(xué)鍍工藝來(lái)形成與鋁電極有比較好粘附性的金屬，如鋅，鈦，鉻，鈀等，然后，在其上形成鎳(Ni)或銅(Cu)作為焊料的阻擋物，此外，通過(guò)化學(xué)鍍工藝，形成用于防止Ni和Cu的氧化的金屬，如Au等，然后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝形成焊料凸點(diǎn)，由此完成了具有焊料凸點(diǎn)的半導(dǎo)體器件的制造(日本專(zhuān)利特開(kāi)No.H06-140,409(1994))。
如日本專(zhuān)利特開(kāi)No.H06-140,409中所述的半導(dǎo)體器件中，由于用于傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的互連的鋁互連具有可焊性的問(wèn)題，所以為了確?？珊感院吞峁┹^小的可靠性降低，在鋁互連上提供附加的金屬層，其中這種可靠性降低是由半導(dǎo)體器件的鋁電極或焊料的逆擴(kuò)散引起的。
在另一方面中，在傳統(tǒng)的技術(shù)中，通常經(jīng)由金屬層(阻擋層)在上述的鋁電極上形成焊料凸點(diǎn)。相反，在現(xiàn)代半導(dǎo)體器件中，正在向使用銅互連轉(zhuǎn)變，相應(yīng)地，如在日本專(zhuān)利特開(kāi)No.H11-340,265(1999)和日本專(zhuān)利特開(kāi)No.2002-110,799描述的半導(dǎo)體器件中，提出了一種適用于銅互連的結(jié)構(gòu)，如在銅互連上形成粘附層(鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(ta)、鎢(W)、金(Au)等)，并且進(jìn)一步在其上形成用于凸點(diǎn)的基底金屬的凸點(diǎn)限制金屬(BLM)膜。

發(fā)明內(nèi)容
然而，傳統(tǒng)技術(shù)包括以下問(wèn)題。參考圖3進(jìn)行如下描述。
半導(dǎo)體器件10包括在其上部具有器件區(qū)的硅襯底9；柵電極1，其經(jīng)由它和硅襯底9之間的絕緣膜13而位于硅襯底9上；柵互連5，其每一個(gè)都位于硅襯底9上從而嵌入在絕緣膜8內(nèi)；源電極4，其經(jīng)由它和柵互連5之間的阻擋金屬12而位于柵互連5上；以及位于硅襯底9的下表面上的漏電極6。源電極4由鋁互連構(gòu)成。另外，半導(dǎo)體器件10還包括分別設(shè)置在柵電極1上和源電極4上的金屬層7；位于金屬層7上的抗表面氧化金屬3；以及表面保護(hù)膜2。金屬層7由可焊接的金屬如銅(Cu)、鎳(Ni)等構(gòu)成，并且通過(guò)鍍的工藝等形成。
在半導(dǎo)體器件10中，源電極4由比較不適于焊接的鋁互連構(gòu)成。這樣，在該傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中為了確保其可焊性，必需單獨(dú)地在源電極4的上部上形成附加的金屬層7，以提供與焊料的接觸，該層由可焊接的金屬構(gòu)成并且提供了與鋁和焊料的確保的接合可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括包括器件區(qū)的半導(dǎo)體襯底；具有預(yù)定圖形且位于半導(dǎo)體襯底的表面上的互連；為覆蓋互連而提供的絕緣薄膜；位于半導(dǎo)體襯底上以填充各互連之間的空隙的第一電極；以及電氣地連接互連的第二電極，第一電極被電氣地連接到器件區(qū)，并且第一電極由可焊接的金屬構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提供由可焊接的金屬構(gòu)成的第一電極可以獲得復(fù)合功能，而不需要單獨(dú)地在第一電極上提供可焊接的金屬，其中該復(fù)合功能是作為形成焊接點(diǎn)的接觸和作為電極的功能。因此，能夠獲得具有第一電極的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)允許其以簡(jiǎn)單的工藝制造，同時(shí)當(dāng)用焊料把半導(dǎo)體器件貼裝在襯底時(shí)，確保焊料與第一電極之間的接合的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得如下半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)允許以簡(jiǎn)單的制造工藝來(lái)制造可焊接的且高可靠接合的第一電極。


本發(fā)明的上述和其他目的，優(yōu)點(diǎn)和特征通過(guò)結(jié)合附圖的如下描述將變得更清楚，其中圖1是剖面圖，示意性地示出根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件；圖2是剖面圖，示意性地示出根據(jù)實(shí)施例的、將半導(dǎo)體器件貼裝在印刷電路板上的典型實(shí)施方式；以及圖3是剖面圖，示意性地示出傳統(tǒng)技術(shù)的半導(dǎo)體器件。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考示意性的實(shí)施例來(lái)在此描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，使用本發(fā)明的講解，能夠完成多種可選擇的實(shí)施例，并且本發(fā)明并不局限于以說(shuō)明為目的而示出的實(shí)施例。
以下參考附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。在所有的圖中，相同的標(biāo)號(hào)被賦予圖中共同地出現(xiàn)的元件，并且將不提供其詳細(xì)的描述。
圖1示出的半導(dǎo)體器件100包括包括器件區(qū)(源區(qū)107)的半導(dǎo)體襯底(硅襯底110)；形成位于半導(dǎo)體襯底的表面上的預(yù)定圖形的互連(柵互連105)；為覆蓋互連而提供的絕緣膜(絕緣膜108)；第一電極(源電極104)，其作為位于半導(dǎo)體襯底上以填充互連之間的空隙的表面電極；以及電氣地連接到互連的第二電極(柵電極101)，并且第一電極被電氣地連接到器件區(qū)。第一電極由可焊接的金屬構(gòu)成，例如，諸如含Cu的金屬。
參考圖1描述根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100。
半導(dǎo)體器件100是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其包括在其上表面上具有器件區(qū)的硅襯底110，其用n型雜質(zhì)摻雜，并具有漏區(qū)的功能；為與硅襯底110的下表面接觸而提供的漏電極106；經(jīng)由其間的柵絕緣膜109位于硅襯底110的一部分上表面上的柵電極101；以及位于硅襯底110上的源電極104。這里，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100是分立器件。
源電極104連接到用n型雜質(zhì)摻雜的源區(qū)107，漏電極106連接到具有漏區(qū)功能的硅襯底110。用p型雜質(zhì)摻雜的溝道擴(kuò)散區(qū)111形成在硅襯底110的上表面上。
在硅襯底110和源電極104之間，半導(dǎo)體器件100還包括絕緣膜108；每個(gè)都嵌入在絕緣膜108內(nèi)的柵互連105；以及位于絕緣膜108上的阻擋金屬112。半導(dǎo)體器件100還包括形成在柵電極101上和源電極104上的金屬層103；以及位于硅襯底110上的表面保護(hù)膜102。
柵電極101和源電極104由可焊接的金屬構(gòu)成。這里，“可焊接的金屬”是指如下金屬，例如其與焊料如無(wú)鉛焊料具有比較好的連接性，且對(duì)焊料具有比較好的抗腐蝕性，并且不包括鋁。在本實(shí)施例中，采用銅(Cu)作為可焊接的金屬。柵電極101和源電極104的厚度優(yōu)選地可以等于或大于1.5μm，更優(yōu)選地等于或大于2.5μm。這里，在本實(shí)施例中，柵電極101和源電極104的厚度大約是5μm。
在柵互連105形成之后，采用濺射工藝或填充工藝同時(shí)地形成柵電極101和源電極104。
由于柵電極101和源電極104由具有較高電導(dǎo)率水平的Cu構(gòu)成，所以能夠降低柵電極101和源電極104的電阻。此外，由于采用Cu，能夠抑制應(yīng)力遷移等的產(chǎn)生，因此提供了半導(dǎo)體器件100的提高的可靠性。
由于柵電極101通過(guò)柵絕緣膜109位于硅襯底110上，所以柵電極101沒(méi)有電氣地連接到位于硅襯底110的上表面中的器件區(qū)。柵電極101通過(guò)適合的接觸(未示出)電氣地連接到柵互連105。
柵互連105是位于半導(dǎo)體器件100的表面上的頂層互連，并且形成預(yù)定圖形。在本實(shí)施例中，柵互連105由多晶硅構(gòu)成，并且柵互連105的厚度比柵電極101的厚度小。
如圖1所示，源電極104包括通過(guò)阻擋金屬112位于絕緣膜108上的各部分和通過(guò)阻擋金屬112位于硅襯底110上的各部分，其中分別提供絕緣膜108以圍繞柵互連105。由于源電極104包括通過(guò)阻擋金屬112位于硅襯底110上的各部分，所以源電極104電氣地連接到源區(qū)107，其中源區(qū)107是位于硅襯底110之上的器件區(qū)。提供源電極104，使其填充多個(gè)柵互連105之間產(chǎn)生的空隙。
絕緣膜108由例如SiO2，SiOC等構(gòu)成，起到提供柵互連105和位于絕緣膜108的外圍的阻擋金屬112之間的絕緣的作用。
柵絕緣膜109由例如SiO2，SiOC等構(gòu)成，起到提供柵電極101和硅襯底110之間的絕緣的作用。
在半導(dǎo)體器件100中，擴(kuò)散阻擋膜(阻擋金屬112)位于絕緣膜108的上表面和源電極104之間，以及硅襯底110的上表面的各部分和源電極104之間。
提供源電極104，使得阻擋金屬112嵌入其中。
阻擋金屬112位于絕緣膜108的上表面和源電極104之間，以及硅襯底110的上表面的各部分和源電極104之間。阻擋金屬112由Ti/TiN等構(gòu)成，起到抑制構(gòu)成源電極104的Cu的離子擴(kuò)散的作用。
漏電極106經(jīng)由貼裝材料122(圖2)被電氣地連接到位于印刷電路板120(圖2)中的互連圖形(未示出)，從而與其下表面接觸。
表面保護(hù)膜102由聚酰亞胺膜等構(gòu)成，并且起到保護(hù)位于硅襯底110中的器件區(qū)的作用。
在半導(dǎo)體器件100中，形成用于抑制源電極104的表面氧化的層(金屬層103)，使其與源電極104的上表面接觸。金屬層103起到抑制柵電極101的表面和源電極104的表面氧化的作用，并且在本實(shí)施例中，通過(guò)借助于化學(xué)鍍工藝提供Au來(lái)形成金屬層103。
參考圖2將描述把半導(dǎo)體器件100貼裝到電路板120的結(jié)構(gòu)。
印刷電路板120包括互連圖形132和經(jīng)由引線128引線鍵合到柵電極101上的焊盤(pán)130。
互連圖形132經(jīng)過(guò)銅片126和經(jīng)由焊料層124電氣地連接到源電極104，提供焊料層124是為了與源電極104的上表面接觸。
漏電極106被電氣地連接到互連圖形(未示出)，其中互連圖形經(jīng)過(guò)導(dǎo)電的貼裝材料122位于印刷電路板120的上表面中。
以下描述采用半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)獲得的有利效果。
在半導(dǎo)體器件100中，銅(Cu)被用于柵電極101和源電極104，其是能與焊料形成接合的金屬。因此，與參考圖3描述的傳統(tǒng)技術(shù)不同，沒(méi)有必要為了提供接觸，在柵電極1和源電極4的上部上單獨(dú)地形成附加的可焊接金屬層。作為表面電極的源電極104顯示出作為MOSFET的源電極和作為用于焊接接合的接觸的復(fù)合功能。因此，與參考圖3描述的傳統(tǒng)技術(shù)相比，可以獲得用簡(jiǎn)單工藝制造的半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)。此外，與參考圖3描述的傳統(tǒng)技術(shù)中的結(jié)構(gòu)相比，由于半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)能被簡(jiǎn)化，所以能簡(jiǎn)單地形成焊接接合。另外，柵電極101和源電極104的上表面能被平坦化。因此，與參考圖3描述的技術(shù)相比，可以得到更大的可焊接面積。因此，可以得到提供柵電極101或源電極104與焊料的接合的更寬的工藝允許度。
在該情況中，Cu被用作柵電極101和源電極104。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)中經(jīng)常采用鋁作為柵電極1和源電極4的情況相比，能夠降低柵電極101上和源電極104上的電阻。因此，能夠降低整個(gè)半導(dǎo)體器件100的電阻。另外，能夠降低半導(dǎo)體器件100的功耗。
由于如日本專(zhuān)利特開(kāi)No.H11-340,265和日本專(zhuān)利特開(kāi)2002-110,799所述的技術(shù)中使用如下傳統(tǒng)技術(shù)，即傳統(tǒng)地采用BLM膜，用于減少焊料凸點(diǎn)的制造波動(dòng)和保持其可靠性，所以引發(fā)了增加工藝時(shí)間的問(wèn)題。相反，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100能夠通過(guò)選擇柵電極101和源電極104的足夠厚度，來(lái)阻止電極材料和焊料的合金到達(dá)位于硅襯底110上的器件區(qū)，其中合金是在源電極104和焊料層124之間形成焊接接合時(shí)產(chǎn)生的，而柵電極101和源電極104的厚度都等于或大于1.5μm。因此，半導(dǎo)體器件100的可靠性能夠進(jìn)一步提高。此外，根據(jù)本實(shí)施例半導(dǎo)體器件100還能夠通過(guò)選擇柵電極和源電極104的更足夠的厚度，來(lái)阻止電極材料和焊料的合金到達(dá)位于硅襯底110上的器件區(qū)，其中柵電極和源電極104的厚度都等于或大于2.5μm。因此，半導(dǎo)體器件100的可靠性能夠進(jìn)一步提高。
此外，由于沒(méi)有必要提供用于阻止電極材料和焊料的合金到達(dá)位于硅襯底110上的器件區(qū)的阻擋層，所以能夠減少用于制造半導(dǎo)體器件100的必需的工藝操作，從而減少了用于制造半導(dǎo)體器件100的成本。
另外，由于沒(méi)有必要在柵電極101和源電極104的上部上單獨(dú)地形成附加的可焊接金屬層，所示能夠減少用于制造半導(dǎo)體器件100的必需的工藝操作，同時(shí)能保持半導(dǎo)體器件100的可靠性，從而減少了用于制造半導(dǎo)體器件100的成本。
盡管已經(jīng)參照附圖在上面描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，提出上述公開(kāi)是為了示意性地說(shuō)明本發(fā)明的目的，并且還能采用除了上述結(jié)構(gòu)之外的多種結(jié)構(gòu)。
例如，上述實(shí)施例中描述了采用分立器件的結(jié)構(gòu)用于半導(dǎo)體器件100，但是其它器件，如具有控制電路的功率器件等也可被采用。
另外，盡管上述實(shí)施例中描述了具有約5μm的厚度的柵電極101和源電極104的結(jié)構(gòu)，但是也可以選擇其它厚度，只要所選擇的厚度提供等效于上述實(shí)施例的有利效果的有利效果。
另外，盡管上述實(shí)施例中描述了包含由Cu構(gòu)成的柵電極101和源電極104的結(jié)構(gòu)，但是其它種類(lèi)的可焊接金屬，如Cu合金，Ni等也可以被采用。
另外，盡管上述實(shí)施例中描述了包含由Au構(gòu)成的金屬層103的結(jié)構(gòu)，但是其它種類(lèi)的金屬也可以被采用，只要該金屬能夠阻止柵電極101和源電極104的表面的氧化。
顯然，本發(fā)明不局限于以上實(shí)施例，可以在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下進(jìn)行修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括包括器件區(qū)的半導(dǎo)體襯底；互連，其具有預(yù)定圖形且位于所述半導(dǎo)體襯底的表面上；絕緣膜，用于覆蓋所述互連；第一電極，其位于所述半導(dǎo)體襯底上以填充所述互連之間的空隙；以及第二電極，其電氣地連接到所述互連，所述第一電極電氣地連接到所述器件區(qū)，并且所述第一電極由可焊接的金屬構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中源區(qū)和漏區(qū)位于所述器件區(qū)中，所述第一電極是源電極，所述第二電極是柵電極，并且漏電極位于所述半導(dǎo)體襯底的背表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中擴(kuò)散阻擋膜位于所述絕緣膜的上表面與所述第一電極之間以及所述半導(dǎo)體襯底的上表面的一部分與所述第一電極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一電極由含Cu的金屬構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中形成與所述第一電極的上表面接觸的層，所述層能夠抑制所述第一電極的表面的氧化。
6.據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中提供所述擴(kuò)散阻擋膜使其遵循所述絕緣膜的上表面的幾何形狀，提供所述第一電極使得所述擴(kuò)散阻擋膜嵌入在所述第一電極內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源電極的厚度等于或大于1.5μm。
全文摘要
能夠簡(jiǎn)化具有表面電極的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體器件(100)中，可焊接的金屬Cu被用于柵電極(101)和源電極(104)。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)不同，沒(méi)有必要在柵電極的上部上和源電極的上部上單獨(dú)地形成附加的可焊接的金屬層。
文檔編號(hào)H01L23/482GK1822367SQ200610007069
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月14日
發(fā)明者高津紀(jì)男 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司