(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強固で信頼性のあるＭＯＳＦＥＴゲート外部接続を有する半導体装置であって、
第１面及び第２面を有する半導体本体と、
前記半導体本体の前記第２面上のドレイン接続部と、
前記半導体本体の前記第１面上に設けられたソース金属被覆と、
前記半導体本体の前記第１面上に設けられたゲート金属被覆と、
前記ソース金属被覆を覆っていて、前記ソース金属被覆の表面の一部をそれぞれが露出する１つ以上のソース開口部を有するソース保護層と、
前記ゲート金属被覆を覆っていて、前記ゲート金属被覆の表面の一部を露出するゲート開口部を有するゲート保護層と、
前記ゲート保護層及び前記ソース保護層を覆っていて、前記ソース開口部及び前記ゲート開口部を露出する絶縁層開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層に部分的に重なり、前記絶縁層開口部を介して前記ゲート金属被覆に接続される第１の導電金属層と、
前記第１の導電金属層を覆って接触している金属メッキ層と、
を含み、
前記第１の導電金属層及び前記金属メッキ層は、複数のバンプ下地金属（ＵＢＭ）を形成し、
前記装置は更に、
前記複数のＵＢＭのうちの１つ上に重ねられたゲートはんだバンプと、
前記複数のＵＢＭのうちの残りのものの各々に重ねられた１つ以上のゲート支持はんだバンプと、
を含み、
前記１つ以上のゲート支持はんだバンプは、前記ゲート金属被覆と前記ソース金属被覆の両方から電気的に絶縁されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記半導体本体がウエハーシリコンを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ソース金属被覆がアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ゲート金属被覆がアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記ソース保護層が二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記ソース保護層が窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記ゲート保護層が二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記ゲート保護層が窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記絶縁層がベンゾシクロブテン(ＢＣＢ)を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の導電金属層がチタン及び銅を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記金属メッキ層が銅を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１２】
半導体装置上の強固で信頼性のあるＭＯＳＦＥＴゲート外部接続を形成する方法であって、
ゲート金属被覆及び１つ以上のソース金属被覆並びに前記ウエハーの第１面上に既に配置されているゲート開口部及びソース開口部を備えた二酸化ケイ素または窒化ケイ素保護膜を有する半導体ウエハーを用いて、前記ウエハーを清浄するステップと、
絶縁層で前記ウエハーの第１面を被覆するステップと、
前記ウエハー上の前記絶縁層を焼成するステップと、
前記絶縁層を露光しかつ現像して、前記ゲート開口部及び前記１つ以上のソース開口部上に絶縁層開口部を形成するステップと、
前記絶縁層、前記露出されたゲート金属被覆、及び前記１つ以上のソース金属被覆上へ第１導電金属をスパッターするステップと、
前記第１導電金属をフォトレジスト被覆で被覆するステップと、
前記フォトレジスト被覆を露光しかつ現像して、前記第１導電金属の露出領域を画定するステップと、
前記第１導電金属の前記露出された領域上へ第２導電金属をメッキするステップと、
前記第２の導電金属上へはんだバンプをメッキして、ゲートはんだバンプ、ゲート支持はんだバンプ、及びソースはんだバンプを形成するステップと、
を含み、
前記ゲートはんだバンプは前記ゲート開口部上方に位置しており、前記ソースはんだバンプは前記ソース開口部上方に位置しており、前記ゲート支持はんだバンプは前記ゲート開口部上方かつ前記ソース開口部上方以外に位置しており、
前記方法は更に、
前記フォトレジスト被覆をはがして前記第１導電金属を露出するステップと、
前記スパッターされた第１導電金属をエッチングするステップと、
を含み、
前記ゲートはんだバンプは、前記ゲート金属被覆と電気的接続を形成し、
前記ソースはんだバンプは、前記ソース金属被覆のうちの１つと電気的接続を形成し、前記ゲート支持はんだバンプは、前記ゲート金属被覆及び前記ソース金属被覆と電気的に接続しておらず、
前記方法は更に、
前記メッキされたバンプをリフローして最終的なはんだバンプを形成するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記ウエハーの前記第１面に前記絶縁層を被覆するステップが、前記ウエハーの前記第１面にベンゾシクロブテンを被覆するステップを含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記絶縁層、前記露出されたゲート金属被覆、及び１つ以上のソース金属被覆上へ第１導電金属をスパッターするステップが、前記絶縁層、前記露出されたゲート金属被覆、及び前記１つ以上のソース金属被覆上へチタン及び銅をスパッターするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記第１導電金属の前記露出された領域上へ第２導電金属をメッキするステップが、前記第１導電金属の前記露出された領域上へ銅をメッキするステップを更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造工程に関係する。さらに具体的にはパワーＭＯＳＦＥＴのコンタクト製造工程に関する。
【定義】
【０００２】
ＵＢＭ：バンプ下地金属。ソースコンタクトまたはゲートコンタクトを表面はんだバンプを介して外部回路へ接続するために用いられる導電性金属。
【背景技術】
【０００３】
導電性バンプによって、アクティブの半導体デバイスと次にアプリケーションに置かれるパッケージとの間に相互接続が設けられる。個別の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は通常少なくとも３つの接続部を有する。（１）制御ゲート、（２）ドレイン、（３）ソースである。ドレインは通常ダイの裏面にあり、ダイの裏面全体が機械的及び電気的にパッケージに接続される。ソースは通常ダイの前側にあり、いくつかのバンプを有している。バンプによってパッケージへのメカニカルで電気的なコンタクトが設けられる。従来、制御ゲートにはダイの前側のパッケージのコンタクトに接続される単一のバンプのみがある。ゲート接続に対して単一のバンプを使用することは、機械的応力によるゲート接続エラーをかなりの確率で引き起こす。このことはソース接続に対してかかるエラーの確率がより低いこととよい対照を成している。ソース接続には複数のバンプがあって、バンプのうちの１つが失敗しても動作を続ける。ゲートパッド上により多くのバンプを配置することは、ゲート接続エラーの可能性を減じるが、より大きなゲートパッドひいてはダイ全体に対するより大きな領域が必要となり、デバイス製造の経費を増加させる。
【０００４】
図１を参照すると、先行技術によるデバイスのゲート領域の断面が示されている。ゲートバンプ１０は、ゲート金属被覆５０、ゲートコンタクト５１、及びバンプ下地金属５２、５３の上方に直接形成され、ウエハー７のゲート金属被覆５０とパッケージ制御ゲート接続５との間で接続点５４を介して外部コンタクトを生じる。ソースバンプ１１、１２が、ソース金属被覆６０、ソースコンタクト６１、及びバンプ下地金属６２、６３の上方に直接組み立られ、ウエハー７のソース金属被覆６０とパッケージソース接続６との間で接続点６４を介して外部コンタクトを生じる。絶縁層４０によってゲートとソース回路との間に電気絶縁性が設けられる。第２絶縁層９０によって付加的な絶縁及び外部保護が設けられる。
【０００５】
図２は先行技術による取り組み方を平面図で示す。本発明の本質的な要素を省くことなく図２を簡単にするために、ゲート金属被覆及びソース金属被覆を覆うＳｉＯまたはＳｉＮ保護層は図には示されていない。単一のパッケージ制御ゲート接続５は、バンプ１０の上のコンタクト５４において、何らのゲート接続用の付加的なメカニカルなサポートと接続していない。
【０００６】
単一のゲートバンプ１０はデバイス全体に対する単一障害点である。ゲートバンプ１０は、接続点５４において、パッケージ制御ゲート接続５に対する唯一のコンタクトである。機械的応力がバンプ下地金属５２または５３の層間剥離を引き起こすと、ゲート接続はエラーとなるだろう。ゲートバンプ接続上の機械的応力を減じるいくつかの手段が必要とされている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、より大きなゲートパッド領域を付加することなくゲート接続に１つ以上のバンプを付加することによって、半導体デバイスとデバイスパッケージとの間でより強固なメカニカルな接続を設ける。本発明は、ゲートパッドの周囲の領域を覆いソース領域の上に広がる非導電層を最初に設ける。本発明は、非導電層上に１つ以上のバンプを付加し、機械的強度及びゲートパッド接続への支持を設ける。付加されたバンプはゲートまたはソースのいずれにも電気的に接続されていない。パッケージ接続を、制御ゲート上の付加されたバンプに適合し、かつソース上のより少ないバンプと接続するよう変更しなければならない。
【発明の実施の形態】
【０００８】
便宜上、図の使用符号の説明は図１とともに図面シート上に示されている。図２、４及び５を簡単にするために、ゲート及びソース金属被覆を覆うＳｉＯまたはＳｉＮ保護層はこれらの図には示されていない。
【０００９】
本発明は、デバイスへより大きなゲートパッド領域を付加せずにゲート接続へコンタクトバンプを付加することによって、半導体デバイスとデバイスパッケージとの間のメカニカルな接続の強度と耐久力を改善する。このことは、ゲートパッドの周囲の領域を覆う非導電層を設けてソース領域の上に非導電層を拡張することによって実現される。本発明はこの非導電層上に１つ以上のバンプを付加してゲートパッド接続に機械的強度を設ける。付加されたバンプはゲートまたはソースに電気的に接続されていない。
【００１０】
図３を参照すると、ゲート接続領域の断面図が示されている。ゲートバンプ１０は、ゲート金属被覆５０、ゲートコンタクト５１、及びバンプ下地金属５２、５３の上方に直接形成され、ウエハー７のゲート金属被覆５０とパッケージ制御ゲート接続５との間でゲート接続点５４を介して外部コンタクトを生じる。しかしながら、先行技術と対照的に、本発明は、絶縁層４０、ソース保護層６５及びソース金属被覆６０の上にバンプ下地金属７２、７３と共に１つ以上の接続していない補助バンプ１３、１４を形成する。バンプ下地金属７２は絶縁層６５にしっかり固定されている。絶縁層４０及びソース保護層６５は、支持バンプ１３、１４及びバンプ下地金属７２、７３をソース金属被覆６０及びソース回路から絶縁する。支持バンプ１３、１４は、ゲート金属被覆５０またはソース金属被覆６０のいずれとも何らの電気的接続を有していない。支持バンプ１３、１４は、コンタクト７４においてパッケージ制御接続５に対するメカニカルな支持を設け、パッケージの組み立て及びその後の使用の間、ゲート接続点５４から過剰な圧力を部分的に取り除く。絶縁層４０はゲートとソース回路との間に電気絶縁性を設ける。
【００１１】
図３ｂに示した第２の実施例では、絶縁層４０が開口部を備えたそのマスク配置を介して形成される。開口部を通してバンプ下地金属７２がソース保護層６５に部分的にまたは完全に固定される。バンプはＢＣＢなどの絶縁層、または酸化ニトライドなどの保護層のいずれにもよく付着するので、支持バンプの実施例の選択はバンプ剪断試験の結果に基づいてもよい。
【００１２】
図４は本発明の取り組み方を平面図で示す。本発明の要点を省略することなく図４を簡単にするために、ゲート金属被覆及びソース金属被覆の上のＳｉＯまたはＳｉＮ保護層が示されていない。パッケージ制御ゲート接続５はコンタクト５４においてバンプ１０に接続するが、ここで支持バンプ１３、１４がコンタクト７４において制御ゲート接続にメカニカルな支持を提供する。支持バンプ１３、１４はゲートまたはソース回路のいずれとも電気コンタクトを生じない。図５に示した替わりの実施例では、本発明の取り組み方は、ゲートバンプ１０を密接して取り囲む一組の支持バンプ１３、１４、１５を用いて、コン
タクト７４においてパッケージ制御ゲート接続にメカニカルな支持を設けている。支持バンプ１３、１４、１５はゲートまたはソース回路のいずれとも電気コンタクトを生じない。
【００１３】
図６は、ゲートバンプ１０の下にある層とパッケージ制御ゲート接続５に対するメカニカルな支持に用いられる隣接する支持バンプ１３の下にある層との間の相違を断面図で詳しく説明している。バンプ１０の電気コンタクトは金属被覆層５０、ゲートコンタクト５１、バンプ下地金属５２、５３及びパッケージ制御ゲート接続点５４を通して生成される。支持バンプ１３には電気コンタクトがない。絶縁層４０は支持バンプ１３及びバンプ下地金属７２、７３をソース金属被覆６０から絶縁する。コンタクト７４を介して、支持バンプ１３はパッケージ制御ゲート接続５に対するメカニカルな支持を設ける。
【００１４】
本発明の製造プロセスは以下通りである。図７を参照せよ。ゲートコンタクトＡｌ金属被覆５０及びソースコンタクトＡｌ金属被覆６０は半導体ウエハー上に積層される。図７は、ゲート金属の上に積層されて物理的に保護を設ける酸化ケイ素または窒化ケイ素保護層５５を示す。開口部５６が保護層５５に形成されてゲートコンタクト５１を露出する。酸化ケイ素または窒化ケイ素保護層６５がソース金属被覆６０の上に積層されて金属層に対する保護が設けられる。ソースコンタクト６１はソース保護層６５の開口部６６によって露出される。
【００１５】
ＢＣＢ層４０が図８に示したようにウエハー上に被覆され焼成される。ＢＣＢ層４０は露光されかつ現像されて、図９ａ及び９ｂで示したように露出されたゲートコンタクト５１及び露出されたソースコンタクト６１を画定する。図９ａを参照せよ。第１の実施例では、領域７９において、ＢＣＢ層４０がソース保護層６５と共にそこなわれないままであって、結果として生ずるゲート支持バンプに対する支持及び絶縁として働く。図９ｂでは、第２の実施例を示し、ＢＣＢ層４０が除去されて、ゲートコンタクト５１及びソースコンタクト６１を露出し、領域７９ではソース保護層６５だけを露出する。第２の実施例では、ソース保護層６５が、直接、結果として生ずるゲート支持バンプに対する定着装置及び絶縁の働きをする。
【００１６】
製造プロセスを示す残りの図において、図９ａ、１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａは第１実施例に対するプロセスを示す。図９ｂ、１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂは第２実施例に対するプロセスを示す。
【００１７】
図１０ａを参照せよ。次に、例えばＣｕを添加されたＴｉなどのバンプ下地金属５２が、ＢＣＢ層４０、ゲートコンタクト５１及びソースコンタクト６１上へスパッターされる。図１０ｂに示したように、領域７９内のＢＣＢ層４０の第２実施例の開口部は、バンプ下地金属５２をソース保護層６５と接触させる。厚いフォトレジスト被覆１００が付加され、ＵＶ露光され、現像されて、Ｃｕ５３が露出されたＵＢＭ５２上へメッキされるべきＵＢＭ領域５９、６９、７９（図１１ａ及び１１ｂ）を露出する。図１２ａに示したように、Ｃｕ５３、６３、７３がバンプ下地金属５２上へメッキされ、はんだ付けプロセス後に大部分の銅の相互接続の保持を保証する。なんとなれば、銅の一部は隣接する金属層との合金形成で消費されるからである。
【００１８】
ゲートはんだバンプ１０１、ゲート支持はんだバンプ１１１、及びソースはんだバンプ１２１がそれぞれ、Ｃｕ５３、７３及び６３の周囲のバンプの端を支持するフォトレジスト１００を用いて、Ｃｕ５３、７３及び６３上にメッキされる（図１３ａ及び１３ｂ）。フォトレジスト１００がはがされて（図１４ａ及び１４ｂ）ＵＢＭ５２が露出される。ＵＢＭ５２がエッチングされて最終的なＵＢＭ５２、７２、６２（図１５ａ及び１５ｂ）を画定し、メッキされたはんだバンプ１０１、１１１、１２１がリフローされて（図１６ａ及び１６ｂ）最終的なはんだバンプを形成する。
【００１９】
すべての実施例について、制御ゲート上の追加のバンプ及びソースに用いられるより少ない数のバンプを収容するようデバイスパッケージ接続を変更しなければならない。
【本発明の結論、問題及び目的】
【００２０】
上記の説明、図及び叙述から、機構的に信頼性があり強固で経済的なＭＯＳＦＥＴゲートコンタクトを設けることにおける本発明の利点が明らかになったはずである。
【００２１】
上記の説明、動作及び説明資料は多くの仕様を含むが、これらの仕様が本発明の目的を制限するものと解釈されるべきでなく、本発明のいくつかの好適実施例の説明及び例を単に設けるものとして解釈されるべきである。
【００２２】
よって、本発明の目的は、上記にあげられた例によってよりはむしろ、添付請求項及び請求項に法的に同等な物によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術によって製造されたデバイスの断面図を示す。
【図２】ゲートバンプ接続の設計に対する先行技術による取り組み方の断面図を示す。
【図３ａ】本発明の第１実施例によって製造されたデバイスの断面図を示す。
【図３ｂ】本発明の第２実施例によって製造されたデバイスの断面図を示す。
【図４】補助ゲートバンプ接続の設計に対する本発明の取り組み方の平面図を示す。
【図５】補助ゲートバンプ接続の設計に対する本発明の取り組み方の替わりの実施例の平面図を示す。
【図６】補助ゲートバンプ接続の設計に対する本発明の取り組み方の断面図を示す。
【図７】本発明の初期製造ステップを示す。
【図８】本発明の初期製造ステップを示す。
【図９ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図９ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１０ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１０ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１１ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１１ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１２ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１２ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１３ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１３ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１４ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１４ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１５ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１５ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１６ａ】本発明の第１実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１６ｂ】本発明の第２実施例に対するさらなる製造ステップを示す。
【図１】
0004374427.tif 000002
【図２】
0004374427.tif 000003
【図３ａ】
0004374427.tif 000004
【図３ｂ】
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【図４】
0004374427.tif 000006
【図５】
0004374427.tif 000007
【図６】
0004374427.tif 000008
【図７】
0004374427.tif 000009
【図８】
0004374427.tif 000010
【図９ａ】
0004374427.tif 000011
【図９ｂ】
0004374427.tif 000012
【図１０ａ】
0004374427.tif 000013
【図１０ｂ】
0004374427.tif 000014
【図１１ａ】
0004374427.tif 000015
【図１１ｂ】
0004374427.tif 000016
【図１２ａ】
0004374427.tif 000017
【図１２ｂ】
0004374427.tif 000018
【図１３ａ】
0004374427.tif 000019
【図１３ｂ】
0004374427.tif 000020
【図１４ａ】
0004374427.tif 000021
【図１４ｂ】
0004374427.tif 000022
【図１５ａ】
0004374427.tif 000023
【図１５ｂ】
0004374427.tif 000024
【図１６ａ】
0004374427.tif 000025
【図１６ｂ】
0004374427.tif 000026