DE4303401C2

DE4303401C2 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE4303401C2
Application number: DE4303401A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Harada; Kimio Hagi; Kiyoaki Tsumura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: US5565378A; DE4303401A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Bondpad.

Eine Halbleitervorrichtung umfaßt eine Anzahl von auf einem Halb leitersubstrat gebildeten Halbleiterelementen. Jedes der Halblei terelemente ist elektrisch über eine Verbindungsschicht mit einer Kontaktinsel (bonding pad, Anschlußfläche) verbunden. Das Draht bonden ist eines der Verfahren zum elektrischen Verbinden der Kontaktinsel mit einer externen Verdrahtung.

Die Fig. 23 zeigt einen typischen Querschnitt einer Halbleiter vorrichtung, bei welcher das Drahtbonden durchgeführt wird. Kon taktinseln 11 sind auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsub strats 1 gebildet. Jede der Kontaktinseln 11 ist elektrisch über einen Bonddraht 7 mit einer externen Verbindung 5 (Anschlußbein) verbunden. Das Siliziumsubstrat 1 ist auf einer Unterlage (die pad) 3 befestigt. Das Siliziumsubstrat 1 ist mit einem Harz 9 versiegelt.

Die Fig. 24 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils A in Fig. 23. Ein DRAM-Element 13 (DRAM = dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) ist auf der Hauptoberfläche des Silizium substrats 1 gebildet. Ein erster Isolationsfilm 15 ist das DRAM- Element 13 bedeckend gebildet. Erste Verbindungsfilme 17 und eine Kontaktinsel 11 sind auf dem ersten Isolationsfilm 15 gebildet. Die ersten Verbindungsfilme 17 und die Kontaktinsel 11 werden zur selben Zeit durch Bemustern eines auf dem ersten Isolationsfilm 15 gebildeten leitenden Films gebildet. Einer der ersten Verbindungs filme 17 ist mit dem DRAM-Element 13 über eine in dem ersten Iso lationsfilm 15 gebildete Kontaktöffnung 29 elektrisch verbunden.

Jeder der ersten Verbindungsfilme 17 besteht aus einer geschich teten Struktur mit einem Aluminiumlegierungsfilm 23 und einem Sperrmetallfilm 25. Der Aluminiumlegierungsfilm 23 ist aus Aluminium gebildet, wobei Silizium, Kupfer oder dergleichen hinzugefügt sind. Der Sperrmetallfilm 25 ist aus Titannitrid (TiN), Titanwolfram (TiW) oder dergleichen gebildet. Der Sperr metallfilm 25 liegt unter dem Aluminiumlegierungsfilm 23 und verhindert, daß Aluminium in das Siliziumsubstrat 1 durch Sintern eintritt, so daß ein Legierungsspitzen(stachel)phänomen verhindert wird.

Ein Oberflächenschutzfilm 19 ist auf den ersten Verbindungsfilmen 17 und der Kontaktinsel 11 gebildet. Ein Pufferschichtfilm 21 ist auf dem Oberflächenschutzfilm 19 gebildet. Der Pufferschichtfilm 21 ist zum Schützen des Halbleiterelements vor Belastung durch das Harz 9 gebildet. Eine Öffnung 27 ist auf einer Hauptoberfläche 12 der Kontaktinsel 11 gebildet, und ein Bonddraht 7 ist auf der Hauptoberfläche 12 durch Bonden verbunden.

Ein Verfahren zum Herstellen der in Fig. 24 gezeigten Halbleiter vorrichtung wird nachfolgend beschrieben. Wie in Fig. 25 gezeigt, wird ein trennender Elementisolationsfilm 43 auf einem Halblei tersubstrat 1 gebildet. Dann wird ein DRAM-Element 13 auf einem freigelegten Teil des Siliziumsubstrats 1 gebildet. Das DRAM- Element 13 umfaßt eine Transfergateelektrode 31, eine Fremdatom- Diffusionsschicht 33, eine Wortleitung 35, einen Speicherknoten 37, einen Kondensatorisolationsfilm 39 sowie eine Zellplatte 41.

Wie in Fig. 26 dargestellt, ist ein erster Isolationsfilm 15 auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 gebildet. Dann wird eine Kontaktöffnung 29 auf einer Störstellendiffusionsschicht 33 unter Benutzung einer Fotolithografie- und Ätztechnik gebildet.

Wie in Fig. 27 gezeigt, werden ein Sperrmetallfilm 25 sowie ein Aluminium-Legierungsfilm 23 nacheinander auf dem ersten Isola tionsfilm 15 durch Sputtern gebildet. Dann werden der Sperr metallfilm 25 und der Aluminiumlegierungsfilm 23 durch eine Fotolithografie- und eine Ätztechnik bemustert, zum Bilden einer Kontaktinsel 11 und eines ersten Verbindungsfilms 17. Dann wird ein Oberflächenschutzfilm 19 zum Bedecken der Kontaktinsel 11 und des ersten Verbindungsfilms 17 gebildet. Dann wird der Oberflä chenschutzfilm 19 auf einer Hauptoberfläche 12 der Kontaktinsel 11 entfernt, unter Benutzung einer Fotolithografie- und Ätztechnik, zum Bilden einer Öffnung 45.

Wie in Fig. 28 gezeigt, wird ein Pufferschichtfilm 21 auf dem Oberflächenschutzfilm 19 gebildet. Der Pufferschutzfilm 21 auf der Kontaktinsel 11 wird durch eine Fotolithografie- und Ätztechnik entfernt, zum Bilden einer Öffnung 27. Dann wird das Siliziumsub strat 1 von einer rückwärtigen Oberfläche geschliffen, bis das Siliziumsubstrat 1 eine Dicke im Bereich von etwa 200 µm bis etwa 400 µm aufweist. Das Siliziumsubstrat 1 wird mit reinem Wasser oder dergleichen während des Schrittes des Schleifens des Sili ziumsubstrats 1 und nach Beendigung dieses Schritts gereinigt.

Wie in Fig. 29 gezeigt, wird die Hauptoberfläche 12 der Kontakt insel 11 über einen Bonddraht 7 mit einer externen Leitung (siehe Fig. 23) über eine Drahtbondingmethode verbunden. Schließlich wird, wie in Fig. 30 gezeigt, das Siliziumsubstrat 1 mit einem Harz 9 versiegelt.

Eine wie oben beschrieben hergestellte Halbleitervorrichtung wird tatsächlich benutzt, allerdings ist das Harz 9 nicht in der Lage, vollständig das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, und es passiert, daß Feuchtigkeit aus einer externen Atmosphäre in das Harz 9 eintritt. Wie in Fig. 31 gezeigt, steht das Harz 9 in direktem Kontakt mit der Kontaktinsel 11 in einem Teil(bereich) 49. In das Harz 9 eintretende Flüssigkeit korrodiert die Kontakt insel 11 des Teils 49 und erzeugt ein Korrosionsloch 47, das sich in der Kontaktinsel 11 bildet. Wenn das Korrosionsloch 47 wächst, führt dies zu dem Nachteil des Abbrechens der Verbindung zwischen der Kontaktinsel 11 und dem Bonddraht 7.

Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-269541 (1988) beschreibt eine Halbleitervorrichtung, bei welcher ein Passivfilm auf einer Kontaktinsel gebildet ist, der nachfolgend beschrieben wird. Die Fig. 32 ist eine teilweise perspektivische Ansicht einer in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-269541 (1988) beschriebenen Halbleitervorrichtung. Ein isolierender Schutzfilm 59 und eine Kontaktinsel 55 aus Aluminium sind auf einem Halbleitersubstrat 53 gebildet. Das Halbleitersubstrat 53 wird in diesem Zustand in warmes Wasser eingetaucht, zum Bilden eines Passivfilms (Al₂O₃) 57 auf der Kontaktinsel 55. Dann wird ein Bonddraht 51 durch den Passivfilm 57 an die Kontaktinsel 55 gebondet. Da der Passivfilm 57 die Eigenschaft aufweist, keine Feuchtigkeit durchzulassen, geschieht es nicht, daß externe in das Harz eintretende Feuchtigkeit die Kontaktinsel 55 korrodiert.

Wenn eine große Belastung durch Strom auf ein Metall ausgeübt wird, bewegen sich die Metallatome. Dieses Phänomen wird als Elektromigration bezeichnet. Wenn Elektromigration erzeugt wird, werden lokale Hohlräume in einer Verbindungsschicht erzeugt, so daß der Widerstand der Verbindung sich erhöht bzw. eine Unter brechung auftritt. Um die Elektromigration zu verhindern, wird eine Aluminiumlegierung, die durch Hinzufügen eines Metalls wie Kupfer oder dergleichen zum Aluminium erhalten wird, zum Bilden einer Verbindungsschicht benutzt. Die Verbindungsschicht und die Kontaktinsel werden durch Bemustern eines leitenden Films, der auf einem Isolationsfilm gebildet ist, erzeugt, so daß ein Metall wie Kupfer oder dergleichen auch der Kontaktinsel hinzugefügt wird.

Wenn ein Passivfilm 67 auf einer Kontaktinsel gebildet wird, die aus einer Aluminiumlegierung mit Kupfer entsprechend des Verfah rens der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-269541 gebildet ist, werden eine Anzahl von feinen Löchern (Nadelstich poren) 69 in dem Passivfilm 67 erzeugt, wie in Fig. 33 darge stellt. Der Grund, warum die feinen Löcher 69 erzeugt werden, wird im folgenden beschrieben. In Fig. 33 beschreibt das Bezugszeichen 61 eine Kontaktinsel, das Bezugszeichen 63 Aluminium und das Be zugszeichen 65 Kupfer.

Die Fig. 34 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils aus Fig. 33. Kupfer wird dem Aluminium hinzugefügt, und ein Teil des hinzugefügten Kupfers wird auf der Oberfläche des Aluminiums freigelegt. Wenn die Kontaktinsel 61 in diesem Zustand in warmes Wasser zum Bilden eines Passivfilms (Al₂O₃) 67 eingetaucht wird, entsteht die sogenannte lokale Batteriewirkung (battery action). Genauer gesagt, das Kupfer bildet einen Pluspol, das Aluminium bildet einen Minuspol, und Strom fließt zwischen dem Kupfer und dem Aluminium, und ein Teil des Aluminiums um das Kupfer herum schmilzt. Da der Teil des Aluminiums um das Kupfer herum schmilzt, wird ein Passivfilm 67 nicht auf dem Teil des Aluminiums um das Kupfer herum gebildet, und ein feines Loch 69 wird erzeugt. Wenn eine Anzahl von feinen Löchern im Passivfilm 67 gebildet wird, gerät in das Harz eindringende Flüssigkeit in Kontakt mit dem Aluminium in den feinen Löchern und korrodiert das Aluminium. Zusätzlich, wenn der Passivfilm vorzugsweise eine Dicke von 5-20 nm aufweist, sorgt die lokale Batteriewirkung dafür, daß der Passivfilm keine Dicke von 5-20 nm auf der Kontaktinsel mit dem hinzugefügten Kupfer aufweist.

Die oben beschriebene Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-269541 (1988) offenbart ein weiteres Verfahren zum Bilden eines Passiv films, bei welchem eine Kontaktinsel in flüssiges Wasserstoff peroxid getaucht wird. Bei diesem Verfahren wird ein Passivfilm (Al₂O₃) auf einer Kontaktinsel durch die folgende Reaktion erzeugt:

2Al + 3H₂O₂ → Al₂O₃ + 3H₂O

Bei dem Fall, daß flüssiges Wasserstoffperoxid benutzt wird, ist die Geschwindigkeit zum Bilden eines Passivfilms höher als die Geschwindigkeit des Schmelzens von Aluminium durch den lokalen Batterieeffekt, so daß es möglich ist, einen Passivfilm ohne feine Löcher zu erzeugen. Das Eintauchen in Wasserstoffperoxid ist aus der JP 3-295 247 A bekannt.

Wenn flüssiges Wasserstoffperoxid benutzt wird und die Reaktion fortschreitet, wird allerdings die Konzentration des Wasserstoff peroxids geringer, und die Oxidationskraft läßt nach. Daher wird bei einem Teilstück, wo der Passivfilm nicht sofort gebildet wird, die Schmelzgeschwindigkeit des Aluminiums höher als die Geschwin digkeit zum Bilden des Passivfilms, so daß feine Löcher erzeugt werden.

Aus der EP 0 326 018 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung bekannt. Dabei wird darauf hingewiesen, daß bei Aluminium die Gefahr der Elektromigration besteht und daß diese Gefahr durch die Zugabe von Kupfer verringert werden kann. Es wird jedoch auch darauf hingewiesen, daß die Zugabe von Kupfer die Korrosionsfestigkeit verschlechtert. Daher wird Palladium, Platin oder Palladium und Silizium zur Verbesserung der Korro sionsfestigkeit empfohlen. Auch Lithium, Beryllium, Magnesium, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Lanthan, Chrom, Hafnium, Zirkonium, Cadmium, Titan, Wolfram, Vanadium, Tantal, Niobium und Cer werden als vorteilhaft zur Bekämpfung der Streßmigration bezeichnet.

Aus der US 4 414 040 ist es bekannt, daß auf Halbleiteroberflächen natürliche Oxidschichten entstehen können. Des weiteren wird darauf hingewiesen, daß mit trockenem Ozon eine Oxidationsschicht mit einer Dicke von 1,5 bis 2,0 nm erzeugt werden kann. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß der Gehalt an Wasserdampf abso lut minimiert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Bondpad vorzusehen, wobei zuver lässig eine Passivierungsschicht ohne Löcher erzeugt werden soll und die Elektromigration unterdrückt und die Korrosionsfestigkeit verbessert werden sollen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines ersten Schritts eines Verfahrens zum Herstellen eines Kontakt inselteils entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines zweiten Schritts im Verfahren zum Herstellen der Kontaktinsel entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines dritten Schritts des Verfahrens zum Herstellen des Kontakt inselteils gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines vierten Schritts des Verfahrens zum Herstellen des Kontakt inselteils entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Schemaansicht einer Vorrich tung zum Bilden eines Passivfilms;

Fig. 7 eine Schemaansicht eines weiteren Beispiels einer Vor richtung zum Bilden eines Passivfilms;

Fig. 8 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines fünften Schritts im Verfahren zum Herstellen eines Kontakt inselteils entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 9 eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen der Verarbei tungszeit in Wasser, dem Ozon hinzugefügt wurde, und der Dicke eines auf der Kontaktinsel gebildeten Al₂O₃-Films;

Fig. 10 eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen der Konzentra tion von gelöstem Ozon in Ozon-Wasser und der Dicke eines Al₂O₃-Films, der auf einer Kontaktinsel gebildet ist;

Fig. 11 eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen Wassertempera tur und der Konzentration von gelöstem Ozon;

Fig. 12 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines sechsten Schritts des Verfahrens zum Herstellen des Kontaktinsel teils entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 13 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines siebten Schritts des Verfahrens zum Herstellen des Kontaktinsel teils entsprechend der ersten Ausführungsform;

Fig. 14 eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen der Testzeit und der kumulierten Fehlerrate;

Fig. 15 eine Schnittansicht mit einem ersten Schritt des Her stellungsverfahrens gemäß eines weiteren Beispiels der ersten Ausführungsform;

Fig. 16 eine Schnittansicht mit einem zweiten Schritt des Her stellungsverfahrens gemäß eines weiteren Beispiels der ersten Ausführungsform;

Fig. 17 (a) eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervor richtung gemäß einer zweiten Ausführungsform und (b) eine Draufsicht auf die Kontaktinsel 89;

Fig. 18 eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 19 eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;

Fig. 20 eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;

Fig. 21 eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;

Fig. 22 eine typische Ansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;

Fig. 23 eine typische Ansicht einer Halbleitervorrichtung, bei welcher Drahtbonden durchgeführt wird;

Fig. 24 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils A der Halb leitervorrichtung aus Fig. 23;

Fig. 25 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines ersten Schritts eines Verfahrens zum Herstellen eines herkömm lichen Kontaktinselteils;

Fig. 26 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines zweiten Schritts im Verfahren zum Herstellen des herkömmlichen Kontaktinselteils;

Fig. 27 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines dritten Schritts im Verfahren zum Herstellen des herkömmlichen Kontaktinselteils;

Fig. 28 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines vierten Schritts des Verfahrens zum Herstellen des herkömmlichen Kontaktinselteils;

Fig. 29 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines fünften Schritts im Verfahren zum Herstellen des herkömmlichen Kontaktinselteils;

Fig. 30 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines sechsten Schritts im Verfahren zum Herstellen des herkömmlichen Kontaktinselteils;

Fig. 31 eine Schnittansicht zum Verdeutlichen eines Problems beim Verfahren zum Herstellen des herkömmlichen Kontaktinsel teils;

Fig. 32 eine Perspektivansicht eines Kontaktinselteils, wie sie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-269541 (1988) offenbart ist;

Fig. 33 eine typische Ansicht zum Verdeutlichen einer Kontakt insel, in welcher eine Anzahl von feinen Löchern in einem Passivfilm erzeugt werden; und

Fig. 34 eine typische Ansicht zum Erklären einer lokalen Bat teriewirkung.

Die Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleiter vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Erste Verbin dungsfilme 77 und eine Kontaktinsel 89 sind auf einem ersten Isolationsfilm 75 gebildet. Ein Bonddraht 83 ist mit der Kontakt insel 89 durch Bonden verbunden. Ein Passivfilm 87 ist in einer Lücke zwischen einem Oberflächenschutzfilm 79 und dem Bonddraht 83 gebildet. Ein Siliziumsubstrat 71 ist mit Harz 85 bedeckt. Das Bezugszeichen 73 bezeichnet ein auf dem Siliziumsubstrat 71 ge bildetes DRAM-Element. Das Bezugszeichen 81 bezeichnet einen Pufferschichtfilm.

Ein Verfahren zum Herstellen des Kontaktinselteils der Halblei tervorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird zuerst ein elementetrennender Isolationsfilm 91 selektiv auf einem Halblei tersubstrat 71 gebildet. Ein DRAM-Element 73 wird auf dem frei gelegten Teil des Siliziumsubstrats 71 mit einer normalen Methode gebildet. Das DRAM-Element 73 umfaßt eine Transfergateelektrode 93, eine Dotierungsatom-Diffusionsschicht (Fremdatomdiffusions schicht) 95, eine Wortleitung 97, einen Speicherknoten 99, einen Kondensatorisolationsfilm 101 sowie eine Zellplatte 103.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist ein erster Isolationsfilm 75 aus einem Siliziumoxidfilm oder dergleichen auf der Gesamtoberfläche des Siliziumsubstrats 71 mit einer CVD-(Chemical Vapor Deposition)-Methode gebildet. Dann wird ein durchgehendes Loch 109 im ersten Isolationsfilm 75 auf der Fremdatomdotierungsschicht 95 gebildet, mit einer Fotolithografie- und Ätztechnik. Ein Sperr metallfilm 105 und ein Aluminiumlegierungsfilm 107 sind nachein ander auf dem ersten Isolationsfilm 75 mit einer Sputtermethode gebildet. Das Material des Sperrmetallfilms 105 ist Titannitrid (TiN) oder Titan-Wolfram (TiW), zum Beispiel. Der Aluminium legierungsfilm 107 umfaßt Aluminium und Kupfer, dem mindestens ein Material aus der Gruppe mit Titan (Ti), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Zirkon (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Palladium (Pd) hinzu gefügt werden kann. Kupfer wird dem Aluminium zum Verbessern der Widerstandsfähigkeit gegen Elektromigration hinzugefügt. Der geschichtete leitende Film umfaßt den Sperrmetallfilm 105 und den Aluminiumlegierungsfilm 107 und ist zum Bilden der ersten Verbin dungsfilme 77 und einer Kontaktinsel 89 bemustert.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird ein Siliziumoxidfilm als Oberflächen schutzfilm 79 auf der Gesamtoberfläche des Siliziumsubstrats 71 durch die CVD-Methode gebildet, wobei beispielsweise Plasma bei einer Temperatur im Bereich von 300°C bis 400°C mit Silangas (SiH₄) und Distickstoffoxid-(N₂O)-Gas als Beispiele benutzt wird. Ein Siliziumnitridfilm oder ein Siliziumoxid-Nitridfilm kann anstelle des Siliziumoxidfilms benutzt werden. Es ist auch mög lich, eine Kombination von zwei oder mehr eines Siliziumoxidfilms, eines Siliziumnitridfilms und eines Siliziumoxid-Nitridfilms zu benutzen. Ein Siliziumnitridfilm kann durch die CVD-Methode unter Benutzung von Plasma mit Silangas (SiH₄) und Ammoniakgas (NH₃) als Beispiele gebildet werden. Ein Siliziumoxid-Nitridfilm kann durch die CVD-Methode mit Plasma von Silangas (SiH₄); Ammoniakgas (NH₃) und Distickstoffoxidgas (N₂O) als Beispiele gebildet werden.

Der Oberflächenschutzfilm 79 auf einer Hauptoberfläche 111 der Kontaktinsel 89 wird durch Benutzung einer Fotolithografie- und Ätztechnik entfernt, zum Bilden einer Öffnung 113.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein Pufferschichtfilm 81, der ein Polyimidharz, ein Siliziumharz oder dergleichen enthält, auf der Gesamtoberfläche des Siliziumsubstrats 71 gebildet. Der Puffer schichtfilm 81 ist zum Schützen eines Halbleiterelements von einer Belastung durch das Harz, das als Vergußstoff benutzt wird, vor gesehen. Der Pufferschichtfilm 81 wird wie folgt gebildet: Harz wird auf die Gesamtoberfläche des Siliziumsubstrats 71 durch eine Spinbeschichtungsmethode als Beispiel aufgebracht, und das Harz wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100°C bis etwa 150°C vorgehärtet. Dann wird das Harz auf der Hauptoberfläche 111 der Kontaktinsel 89 durch Benutzung einer Fotolithografie- und Ätz technik entfernt, zum Bilden einer Öffnung 115. Danach wird das Harz bei einer Temperatur im Bereich von etwa 300°C bis etwa 350°C gehärtet, um den Pufferschichtfilm 81 fertigzustellen.

Das Siliziumsubstrat 71 wird von seiner hinteren Oberfläche ge schliffen, bis es eine Dicke im Bereich von etwa 200 µm bis etwa 400 µm als Beispiel aufweist, so daß es in einer Packung vom durch geschmolzenes Harz versiegelten Typ aufgenommen werden kann. Das Siliziumsubstrat 71 wird mit Ozonwasser anstelle von reinem Wasser während des Schleifschrittes und nach Beendigung dieses Schrittes gereinigt.

Der Passivfilm 87 wird auf der Kontaktinsel 89 mit Ozonwasser ge bildet. Die Fig. 6 ist eine schematische Ansicht mit einem Bei spiel einer Vorrichtung zum Bilden eines Passivfilms. Ein Wasser tank 117 weist einen Halter 119 mit dem dort hinein eingesetzten Siliziumsubstrat 71 auf. In den Wassertank 117 wird reines Wasser aus einem Wasserversorgungsrohr 120 eingeleitet.

Sauerstoffgas wird in Ozongas durch einen Ozongasgenerator 118 umgewandelt und zu einer Blasenmaschine 122 im Wassertank 117 geleitet. Ozongas wird in der Blasenmaschine 122 in Bläschen um gewandelt und in reinem Wasser aufgelöst, was zu Ozonwasser 130 führt.

Siliziumsubstrat 71 wird in das Ozonwasser 130 für 5-60 Minuten eingetaucht. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, wird ein Passivfilm 87, der aus Al₂O₃ gebildet ist, damit auf der Kontaktinsel 89 ge bildet.

Mit einem in das Ozonwasser eingetauchten Sensor 124 überwacht ein Monitor 126 die gelöste Ozonkonzentration im Ozonwasser und testet, ob die Konzentration im Bereich von vorbestimmten Werten ist. Der Monitor 126 und der Ozongaserzeuger 118 können wie bei 128 gezeigt verbunden sein, zum Zurückführen der Steuerung der gelösten Ozonkonzentration.

Ein weiteres Beispiel der Passivfilmerzeugungsvorrichtung ist in Fig. 7 gezeigt. Bei dem Beispiel wird vorher erzeugtes Ozonwasser in den Wassertank 117 eingeleitet.

Sauerstoffgas wird in Ozongas durch den Ozongasgenerator 118 um gewandelt und zu einer Blasenmaschine 134 im Ozonwasser-Erzeu gungstank 132 geleitet. In den Ozonwasser-Erzeugungstank 132 wird reines Wasser aus einem Wasserversorgungsrohr 142 eingeleitet. Das Ozongas wird über von der Blasenmaschine 134 erzeugte Blasen in reinem Wasser aufgelöst, was zu Ozonwasser 130 führt. Eine Ozon blase ist durch das Bezugszeichen 136 markiert.

Mit einem in das Ozonwasser getauchten Sensor 138 kann die gelöste Ozonkonzentration von Ozonwasser 130 im Ozonwassererzeugungstank 132 durch eine Monitor 140 überwacht werden, um festzustellen, ob sie im Bereich der vorbestimmten Werte liegt. Ein Auslaßrohr ist durch das Bezugszeichen 144 gezeigt.

Ozonwasser 130 wird in den Wassertank 117 eingeleitet. Der Was sertank 117 weist einen Halter 119 mit dem darin eingesetzten Siliziumsubstrat 71 auf. Das Siliziumsubstrat 71 wird in Ozon wasser 130 eingetaucht. Mit in das Ozonwasser 130 eingetauchten Sensoren 124 kann der Monitor 126 die gelöste Ozonkonzentration im Ozonwasser 130 überwachen und feststellen, ob sie im Bereich der vorbestimmten Werte liegt. Der Monitor 126 und der Ozongasgenera tor 118 können, wie durch 146 gezeigt, verbunden sein, und der Monitor 140 und der Ozongasgenerator 118 können, wie durch 148 gezeigt, verbunden sein, zum Zurückführen der Steuerung der ge lösten Ozonkonzentration.

Eine chemische Reaktion zum Bilden eines Passivfilms wird nach folgend beschrieben.

2Al + O₃ → Al₂O₃ (1)

Nicht nur durch die direkte Reaktion zwischen Ozon und Aluminium, wie durch den obigen Ausdruck gezeigt, sondern auch durch die folgende Reaktion wird das meiste des passiven Films erzeugt.

2Al + 3 (HO) → Al₂O₃ + (3/2)H₂ (2)

HO ist ein Hydroxyradikal mit stärkerer Oxidationskraft als Ozon. HO wird durch die folgende Reaktion erzeugt.

O₃ = H₂O → HO₃ ⁺+OH^- (3)

HO₃ + OH^- → 2HO₂ (4)

O₃ + HO₂ → HO + 2O₂ (5)

Wie in (3) gezeigt, wird Ozon zuerst hydrolysiert. Wie in (4) ge zeigt, wird ein Hydroperoxyradikal (HO₂) durch Hydrolysierung von Ozon erzeugt. Obwohl ein Hydroperoxyradikal eine geringere Oxida tionskraft als die von Ozon aufweist, wird ein Hydroxyradikal (HO) erzeugt, wie in (5) gezeigt.

Die Fig. 9 ist eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen der Verarbeitungszeit in Wasser, dem Ozon zugeführt wurde, und der Dicke eines Al₂O₃-Films, der auf der Kontaktinsel gebildet wird. Die gelöste Ozonkonzentration ist 2,5 mg/l. Wie aus Fig. 9 zu sehen, wird mit zunehmender Verarbeitungszeit im Ozonwasser die Dicke des Al₂O₃-Films größer. Die Dicke des Al₂O₃-Films liegt vorzugsweise im Bereich von 5,0 nm bis 20,0 nm, da, wenn sie weniger als 5,0 nm beträgt, die Wirkung des Verhinderns des Eintretens von Feuchtigkeit aus dem Harz zum Korrodieren der Kontaktinsel ver mindert wird, und wenn sie mehr als 20,0 nm beträgt, wird es für einen Bonddraht schwierig, durch den Al₂O₃-Film beim Bonden hin durchzutreten.

Die Fig. 10 ist eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen der Konzentration von gelöstem Ozon in Wasser, dem Ozon hinzugefügt wurde, und der Dicke von auf der Kontaktinsel gebildetem Al₂O₃- Film. Die Kontaktinsel wurde in das Ozonwasser für 15 Minuten eingetaucht. Die Konzentration von gelöstem Ozon im Wasser liegt vorzugsweise im Bereich von 1 mg/l bis 10 mg/l, da, wenn sie weniger als 1 mg/l beträgt, die Steigung der Linie im Graphen so groß ist, daß sie es nicht erlaubt, einen Al₂O₃-Film mit einer gewünschten Dicke stabil herzustellen, und 10 mg/l ist der obere Bereich der Menge von gelöstem Ozon in reinem Wasser.

Die Fig. 11 ist eine Grafik mit dem Zusammenhang zwischen Was sertemperatur und gelöster Ozonkonzentration. Eine durchgezogene Linie zeigt den Zusammenhang, unmittelbar nachdem das Ozon im Wasser gelöst wurde, während eine gepunktete Linie den Zusammen hang zeigt, 20 Minuten nachdem das Ozon gelöst wurde. Wie aus der Grafik zu sehen ist, wenn die Wassertemperatur abfällt, steigt die gelöste Ozonkonzentration an, und umgekehrt.

Das in Wasser gelöste Ozon tritt nach einer gewissen Zeit wieder aus, oder, wie durch die gepunktete Linie für 20 Minuten nach der Lösung gezeigt, mit dem Steigen der Wassertemperatur steigt die Zersetzungsgeschwindigkeit von in Wasser gelöstem Ozon an. Ins besondere geht der Effekt des Ozonwassers mit dem Anstieg der Wassertemperatur schnell verloren. Beim Bilden eines Passivfilms in Wasser, dem Ozon hinzugefügt wurde, gibt es daher einen bevor zugten Bereich der Wassertemperatur.

Die obere Grenze beträgt 30°C, da eine Temperatur oberhalb 30°C zu einer zu schnellen Zersetzungsgeschwindigkeit des gelösten Ozons führt, und die Bildung eines Passivfilms würde eine zu lange Zeit dauern. Die untere Grenze beträgt 10°C, da bei Temperaturen unterhalb von 10°C eine leichte Änderung der Temperatur eine be trächtliche Änderung in der gelösten Ozonkonzentration bewirkt, d. h., die Abhängigkeit der gelösten Ozonkonzentration von der Temperatur ist zu hoch.

Das Siliziumsubstrat 71, auf welchem der Passivfilm 87 gebildet ist, wird durch Zerteilen geschnitten. Dann wird das geschnittene Siliziumsubstrat auf eine Unterlage (Fläche) gebondet, unter Be nutzung von Lot, leitendem Harz oder dergleichen.

Dann wird, wie in Fig. 12 gezeigt, ein Bonddraht 87 mit der Hauptoberfläche 111 der Kontaktinsel 87 verbunden, unter Benutzung von thermischem Druck zusammen mit Ultraschallwellen. Der Passiv film 87 zwischen dem Bonddraht 83 und der Hauptoberfläche 111 wird während des Bondens zerbrochen, und der zerbrochene passive Film ist in den Legierungsschichten des Bonddrahts 83 und der Kontakt insel 89 enthalten.

Wie in Fig. 13 gezeigt, wird das Siliziumsubstrat 71 mit Harz 85 versiegelt. Wie oben beschrieben, ist damit der Herstellungsprozeß entsprechend der ersten Ausführungsform vollständig beendet.

Die Fig. 14 ist ein Graph mit dem Zusammenhang zwischen der Testzeit und der kumulierten Ausfallrate (Fehlerrate). Die Test zeit bedeutet die Zeit eines Feuchtigkeits-Widerstandstests einer Halbleitervorrichtung. Die kumulierte Ausfallrate bedeutet eine Ausfallrate, die beispielsweise wie folgt berechnet wird: In einem Fall, daß einhundert Proben vorliegen, und ein Ausfall in den ersten 50 Stunden sowie drei Ausfälle in den nächsten 50 Stunden erfolgen, wird berechnet, daß vier Ausfälle innerhalb 100 Stunden auftreten.

Ein Muster der konventionellen Art ist eines, bei dem ein Passiv film ohne Absicht auf einer aus Aluminium mit hinzugefügtem Kupfer gebildeten Kontaktinsel erzeugt wird. Insbeson dere wird ein Passivfilm unbeabsichtigt während eines Wasser- Reinigungsschrittes erzeugt, der einer der Schritte eines Her stellungsprozesses einer Halbleitervorrichtung ist. Da dieser Passivfilm unabsichtlich gebildet wird, weist er eine geringe Dicke auf. Wenn ein Passivfilm absichtlich mit warmem Wasser ge bildet wird, wird er zu einem Film mit einer Anzahl von kleinen Löchern, durch die lokale Batteriewirkung. Daher ist eine Kon taktinsel, auf welcher ein Passivfilm unabsichtlich gebildet worden ist, widerstandsfähiger gegen Korrosion als eine Kontakt insel, auf der ein Passivfilm unter Benutzung von warmem Wasser gebildet worden ist. Folglich wurde eine Halbleitervorrichtung mit einer Kontaktinsel, auf welcher ein Passivfilm unabsichtlich ge bildet wurde, als Beispiel für den Stand der Technik gewählt. Wie aus Fig. 14 deutlich wird, ist die benötigte Zeit, bis eine Aus fallrate für ein Muster entsprechend der ersten Ausführungsform entsteht, drei- bis viermal länger als die Zeit, die benötigt wird, um dieselbe Ausfallrate bei einem Muster herkömmlicher Art zu bewirken. Folglich wird deutlich, daß bei der ersten Ausfüh rungsform die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit drei- bis viermal höher als beim Stand der Technik ist.

Obwohl bei der in Fig. 8 gezeigten ersten Ausführungsform der Bonddraht 83 an der Kontaktinsel 89 durch Bonden angebracht wird, nachdem der Passivfilm 87 gebildet wurde, kann der Passivfilm 87 auf der Kontaktinsel 89 gebildet werden, nachdem der Bonddraht 83 mit der Kontaktinsel 89 verbunden wurde, wie in den Fig. 15 und 16 gezeigt.

Wenn der Passivfilm 87 gebildet wird, nachdem der Bonddraht 83 mit der Kontaktinsel 89 verbunden ist, beträgt die untere Grenze der Dicke des Passivfilms 87 etwa 5,0 nm da, wenn sie weniger als 5,0 nm beträgt, die Verhinderungswirkung gegen Feuchtigkeit im Harz zum Erreichen der Kontaktinsel nachläßt. Generell ist eine höhere obere Dickengrenze des Passivfilms 87 vorzuziehen. Wenn allerdings der Passivfilm 87 in Wasser gebildet wird, dem Ozon hinzugefügt wurde, ist es schwierig, die Dicke des Passivfilms dicker als 50,0 nm zu bilden, da der Passivfilm selbst als Barriere gegen eine Oxidation wirkt und das Wachstum über eine gewisse Dicke be schränkt.

Wenn der Passivfilm 87 gebildet wird, nachdem der Bonddraht 83 an die Kontaktinsel 89 gebondet wurde, kann ein freigelegter Bereich der Kontaktinsel 89 komplett mit dem Passivfilm 87 bedeckt werden, so daß ein Rand gegen eine Korrosion der Kontaktinsel 89 deutlich verbessert wird.

Wenn der Bonddraht 83 an die Kontaktinsel 89 nach der Bildung des Passivfilms 87 auf der Kontaktinsel 89 gebondet wird, kann der Passivfilm 87 im Zustand eines Halbleiterwafers gebildet werden, was die Produktivität erhöht. Insbesondere, wenn der Passivfilm 87 gebildet wird, nachdem der Bonddraht 83 an die Kontaktinsel 89 gebondet wurde, muß der Passivfilm 87 in dem Zustand eines Halb leiterchips gebildet werden, bei dem der Wafer zerteilt ist, was die Produktivität nachteilig beeinflußt.

Die Fig. 17 (a) zeigt eine teilweise Schnittansicht einer Halb leitervorrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform, und (b) ist eine Draufsicht auf die Kontaktinsel 89. Bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die elektrische Verbindung zwi schen der Kontaktinsel 89 und einem ersten Verdrahtungsfilm 77 nicht gezeigt, während die Verbindung bei der zweiten Ausfüh rungsform aus Fig. 17 gezeigt ist. Die Erklärung wird nicht wie derholt, da die zweite Ausführungsform der ersten aus Fig. 1 entspricht, mit der Ausnahme, daß die elektrische Verbindung zwi schen der Kontaktinsel 89 und dem ersten Verdrahtungsfilm 77 in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist.

Die Fig. 18 ist eine teilweise Schnittansicht einer Halbleiter vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. Wenn es sich um eine Vorrichtung handelt, die nicht für Einflüsse durch Versiegeln mit Harz empfindlich ist, ist es unnötig, den Pufferschichtfilm 81 (siehe Fig. 1) zu bilden. Die den Komponenten in Fig. 1 entspre chenden werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Die Fig. 19 ist eine teilweise Schnittansicht einer Halbleiter vorrichtung entsprechend einer vierten Ausführungsform. Obwohl der Oberflächenschutzfilm 79 bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungs form eine Einschichtstruktur aufweist, kann der Oberflächen schutzfilm 79 auch eine Mehrschichtstruktur aufweisen, mit einem Siliziumoxidfilm 127 und einem Siliziumnitridfilm 125, wie in Fig. 19 dargestellt.

Die Fig. 20 zeigt eine teilweise Schnittansicht einer Halblei tervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform werden die Verbindungen in einer Drei-Schicht- Struktur realisiert, einschließlich eines ersten Verbindungsfilms 77, eines zweiten Verbindungsfilms 129 und eines dritten Verbin dungsfilms 131. Der erste Verbindungsfilm 77 und der zweite Ver bindungsfilm 129 sind aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Der dritte Verbindungsfilm 131 ist aus einem hochschmelzenden (wärme beständigen) Metall (W, Mo, Ti, usw.), einem feuerfesten Metall silizid (WSi₂, MoSi₂, TiSi₂, usw.) oder polykristallinem Silizium gebildet. Diejenigen Bestandteile, die denen in Fig. 1 entspre chen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Die Fig. 21 ist eine teilweise Schnittansicht einer Halbleiter vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform. Obwohl das DRAM- Element 73 auf einem Siliziumsubstrat 71 entsprechend der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform gebildet ist, ist hier ein SRAM-Element 133 (SRAM = statischer Speicher mit wahlfreiem Zu griff) auf einem Siliziumsubstrat 71, entsprechend der sechsten Ausführungsform, gebildet.

Das SRAM-Element 133 wird nachfolgend im Detail beschrieben. Das SRAM-Element 133 besteht aus einer doppelten Wannenstruktur mit einer P-Typ-Wanne 135 sowie einer N-Typ-Wanne 137. Eine N-Typ- Fremdatomdiffusionsschicht 143 ist in der P-Typ-Wanne 135 gebildet. Eine P-Typ-Fremdatomdiffusionsschicht 145 ist in der N-Typ-Wanne 137 gebildet. Das Bezugszeichen 141 bezeichnet eine Gateelektrode, das Bezugszeichen 139 einen Elementisolationsfilm sowie das Bezugszeichen 147 einen Verbindungsfilm aus polykri stallinem Silizium. Die den Elementen aus Fig. 1 entsprechenden sind mit den betreffenden Bezugszeichen bezeichnet.

Es ist ebenfalls möglich, ein EPROM-Element (löschbarer, program mierbarer Nur-Lese-Speicher), ein EEPROM-Element (elektrisch löschbarer, programmierbarer ROM), ein Mikrocomputer-Schaltungs element, ein CMOS-Logikschaltungselement oder ein bipolares Transistorelement anstelle eines DRAM-Elements oder eines SRAM- Elements zu benutzen.

Die Fig. 22 ist eine typische Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform. Entsprechend der siebten Ausführungsform wird eine Verbindung zwischen einer Kontaktinsel 155 und einer auf einem Substrat 159 gebildeten Verdrahtung 161 durch Benutzung einer säulenförmigen Elektrode 163 realisiert, die auf der Kontaktinsel 155 gebildet ist. Die säulenförmige Elektrode 163 besteht aus Aluminium oder dergleichen und ist auf der Kon taktinsel 155 durch ein Sputterverfahren oder dergleichen gebil det. Das Bezugszeichen 151 bezeichnet ein Siliziumsubstrat, das Bezugszeichen 153 einen Oberflächenschutzfilm und das Bezugszei chen 157 einen Passivfilm.

Bei dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Geschwindigkeit zum Bilden eines Passivfilms höher als die Geschwindigkeit des Schmelzens von Aluminium zu gestalten, so daß das Schaffen einer Halbleitervorrichtung mit einer Kontaktinsel möglich ist, die einen Passivfilm ohne kleine Löcher aufweist.

Außerdem wird durch das beschriebene Herstellungsverfahren mög lich, daß die Dicke eines Passivfilms im Bereich von 5,0 nm bis 20,0 nm liegt, selbst auf einer Kontaktinsel, die Kupfer, ein zum Zwecke des Erhöhens der Widerstandsfähigkeit gegen Elektromigration hinzuge fügtes Metall, aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Bondpad (89), der eine mit einer externen Verdrahtung (83) elek trisch verbundene Oberfläche (111) aufweist, mit den Schritten:
Bilden des Bondpads (89) aus Aluminium als Basismaterial, das Kupfer zum Verbessern der Widerstandsfähigkeit gegen Elektromi gration enthält, auf einem Halbleitersubstrat (71),
Bilden eines Oberflächenschutzfilms (79) auf dem Halbleitersub strat (71), mit einer Öffnung (113) zum Freilegen der Oberfläche (111), und
Eintauchen des Halbleitersubstrats (71) in reines Wasser (130), in das kontinuierlich O₃ eingeleitet wird, zum Bilden eines Passivfilms (87) auf der Oberfläche (111).

2. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Material, das aus der Gruppe von Titan, Chrom, Magnesium und Palladium ausgewählt ist, dem Basismaterial hinzugegeben wird.

3. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gesamtkonzentration des O₃ in dem Wasser (130) im Bereich von 1 mg/l bis 10 mg/l gehalten wird.

4. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Bonden eines Drahts (83) an die Oberfläche (111) nach dem Bilden des Passivfilms (87).

5. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Bonden eines Drahts (83) an die Oberfläche (111) nach dem Schritt des Bildens des Oberflächenschutzfilms (79) und vor dem Schritt des Bildens des Passivfilms (87).

6. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Bilden einer Elektrode (163) zum drahtlosen Bonden auf dem Bond pad (155) nach dem Schritt des Bildens des Oberflächenschutzfilms (153) und vor dem Schritt des Bildens des Passivfilms (157).

7. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Dicke des Passivfilms (87) im Bereich von 5,0 nm bis 20,0 nm liegt.

8. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Zufluß des O₃ geregelt wird.

9. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die Konzentration des in dem Wasser (130) gelösten O₃ durch einen Sensor (124) gemessen wird, und auf der Basis der resultierenden Daten die Konzentration des in dem Wasser (130) gelösten O₃ in den konstanten Bereich gesetzt wird.