本发明涉及一种制造半导体器件的方法，该方法是： 把电绝缘层14置于电互连系统12上，此电互连系统与半导体10相接触，窗口24穿过此绝缘层并向下延伸到互连系统12的压焊盘16，每个压焊盘都和由32、34组成的一组导体之一的压焊部分36相接触，此导体从窗口24引出并离开互连结构，电绝缘覆盖层48包封着半导体10、互连系统12、绝缘层14和压焊部分36并使各导体组32、34中的导体32的局部从绝缘覆盖层48中伸出，其中消除应力层46位于互连系统的上方但避开压焊盘16的压焊部分36，消除应力层46形成在绝缘层14和绝缘覆盖层48之间。消除应力层被用做降低机械封装应力的手段。由于有这样一个消除应力层，使半导体器件能经受较大的温度变化。
日本专利申请№.61-102758披露了上述方法，它用在压焊盘周围的绝缘层上形成一隔离围墙的方法做成消除应力层。而且使树脂流到半导体的表面上，在绝缘层和绝缘复盖层之间形成消除应力层。由于有隔离围墙阻挡树脂流入绝缘层的窗口中，树脂为隔离墙阻断，所以并不复盖导体的压焊部分。
实际上，使用公知的方法制造半导体器件是非常困难的。而且要用额外地工艺步骤来制造隔离墙用以阻断树脂流入绝缘层窗口中。
按照本发明的方法可以解决这些问题。本发明的方法的特征在于消除应力层的形成方法是：在绝缘层14上形成一仿刻图层42、50、58，而后除去仿刻图层的一部分直到压焊盘16，仿刻图层中保留的部分形成了消除应力层46，它实质上是由具有低于150℃的玻璃跃变温度TG的有橡胶特性的电绝缘材料组成。
本发明提供一种在封装的半导体器件里所选择的区域上获得消除应力层的方法，此消除应力层有低于150℃的玻璃跃变温度。通常将此消除应力层做在半导体器件的互连系统上方，但避开与互连系统进行压焊连接的压焊盘区域。由于这种安排，此消除应力层显著地缓解了半导体器件中的电子另件上因热会产生的机械应力，同时使最大应力出现在导体的能承受应力的压焊区域，而该导体又是从器件中伸出。这样就能大大地提高了集成电路的寿命。
特别是本发明使半导体器件的绝缘层置于与半导体接触的互连系统上，窗口穿通该绝缘层并向下直到互连系统的压焊盘。每一压焊盘都同压焊部分相接触，典型的压焊部分是一变了形的球状体，一组导体之一的导电体穿过窗口而引离互连系统。由绝缘覆盖层包封着半导体、互连系统和压焊部分、而每个导体仅局部从覆盖层中伸出。
在封装覆盖层下的绝缘层上还置有另外的绝缘层，但并不铺伸到压焊部分上。此另外的绝缘层由绝缘材料组成，最好是透明的;其玻璃跃变温度TG低于150℃的聚合物。最好TG是25℃或更低。因此此另外的层应从开始时低于150℃升高到150℃以上，直至分解发生前的温度范围内，都具有橡胶的特性。
我们认为当温度在150℃和一较低的温度（例如在工业标准寿命试验中为-65℃）之间作温度的循环变化时，显著的体膨胀或收缩，在器件上产生的应力，通常出现在150℃附近。因此，此另外的层缓解了在温度循环变化范围内加在某一部分上的应力。而这种应力正是最需要缓解的。如果象我们认为的那样，当温度偏向低温时，应力会明显增加，那么，降低TG就更能缓解应力。
在本器件的制造方法中，仿刻图层最好是由光化学材料制成。
仿刻图层中所选定的直至压焊盘以上的部分都被清除，如果仿刻图层是光化学材料的，清除步骤通常包括对仿刻图层作辐照暴光，暴光引起暴过光部分的化学结构的改变，然后，显影仿刻图层以清除选定的部分。总之，仿刻图层中保留下来的部分即为消除应力层。另外，这种结构中具有从压焊盘引出穿过窗口离开互连系统的导体。最后用封装覆盖层包封半导体、互连系统以及各绝缘层做成本器件。
另一方面，在蚀刻成窗口之前，就在绝缘层上形成刻图层。在这种情况下，在绝缘层底下的部分被清除后，再清除压焊盘上仿刻图层的选定部分以露出压焊盘。此器件用上述方法制成，如果消除应力层的材料不适于用做蚀刻掩膜，尽管有别的工艺方法可制做掩膜，但实际上，实现器件加工会是比较困难的。
下面参照附图通过实施例对本发明进行更详细的描述。
图1a、1b、1c、1d、1e、1f表示在公知的集成电路制造工艺中表示各工序的剖面结构图。图1a-1c表示整个圆片的一部分，而图1d-1f列举一种芯片。
图2a、2b、2c、2d、2e和2f表示按照本发明，从图1c的结构出发，制造集成电路的各工序的剖面结构图。图2a-2c表示整个圆片的一部分，图2d-2f列举本发明的一种芯片。
图3a、3b和3c表示按照本发明，从图1c的结构到图2c的结构所导出的另外的工序剖面结构图。
图4a、4b和4c表示按照本发明从图1a的结构图2c的结构导出的其他工序剖面结构图。
在附图中和优选实施例的讨论中，用同样的标号代表同样的或非常近似的另件。
在图中用下述的习惯表示光化学材料。在用适当的光化辐射暴光期间或暴光之后，用十字阴影表示在显影后保留下来的光化学材料。在暴光时，用圆点阴影表示在显影时被清除的光化学材料。因为这些图表示负性“色调”的光化学材料，用圆点阴影表示暴光前的光化学材料，而十字阴影把不再是光化学的材料用作消除应力的材料。
附图中所示的辐射掩膜的透光部分是光化辐射能够通过的区域。辐射掩膜的不透光部分是遮断光辐射的区域。
在半导体器件，例如集成电路（IC）或分离元件中，微电子元件极易受外力而损坏。通常用某种封装材料包封这些电子元件以使它们不受外界环境的影响。由于封装材料必须坐落在器件之上，所以材料本身也不应引起元件损坏。
涂布封装材料时出现的一些问题，可参照图1a-1f来理解，图中说明了制造过程中的最后一些工序，包括一些常规的集成电路的封装。制造集成电路是由对包括许多芯片的半导体圆片进行加工开始的。
在图1a指出的阶段，圆片由单晶硅半导体衬底10、一组电互连系统12（每一个芯片）和由钝化材料，例如磷硅玻璃或氮化硅等材料制成的电绝缘层14等构成。在衬底10中有许多的N型区和P型区（图中未绘出）。各互连系统12都由衬底10上形成的一组导线和绝缘体组成。这些导线有选择地与N型区和P型区连接。在互连系统12中的标号16是金属压焊盘，一般是由铝合金组成，芯片通过它们与外界连通。绝缘层14覆盖在互连系统12上，并在各集成电路所占用的衬底10部分，边界上的打算用作定位线18处，向下延伸到衬底10。特别是定位线18，从横向限定每一互连系统12，以后在该处，把圆片切割成单个芯片。
在进行进一步说明之前，首先要对有关光刻的术语进行解释。当材料为光化学材料时，则通过用辐射对光化学材料层的各露出部分，有选择地进行暴光，形成光刻图案。暴过光的部分材料的化学结构发生改变，随后对该层进行显影，以便清除暴光了的部分或未暴过光的部分两者之一。当暴过光的部分（其化学结构改变了）在显影后保留下来时，该光化学材料，例如光刻胶，则是负性“色调”的。若未暴光部分的材料在显影后留下，则该光化学材料是正性的。
再来看图1a-1f，用光刻胶在绝缘层14上涂敷形成一掩蔽层20，如图16所示。通过辐射掩膜22，用紫外线有选择地对光刻胶层20进行暴光。如果光刻胶的色调是负性的，掩膜22不透光区域阻止了紫外线照射到压焊盘16和定位线18上的光刻胶层20上。对光刻胶层20进行显影除去未暴光的光刻胶后，再通过光刻胶层20上所制成的窗口，蚀刻其下的绝缘层14以形成各自向下延伸到压焊盘16和定位线18的压焊盘窗口24与划线窗口26。清除残留的光刻胶便展现出如图1c所描述的结构。
接着，将衬底10沿着定位线18划片，再将圆片掰成单个芯片每一芯片都做成一块集成电路。图1d表示所得到的一块芯片。衬底10在制成的芯片图1d上，表示为半导体28。
下面将着重对特定的芯片进行说明。半导体28装配在金属引线框架的中心部分30上，框架上有一组与中心部分30隔开的引线32。由图1e可见，这些引线32分别用金丝连接到压焊盘16上。引线32和金丝34构成一组导体，此组导体使互连系统12与外界连通。在压焊盘窗口24处，金丝被压焊在压焊盘16上，金丝34延展成了变形的“球”36。
现时，芯片可有多种方法加以封装。现有技术中的一种封装工艺是把小量液体，例如硅酮涂覆在芯片表面上而后进行适当处理，以形成电绝缘的具有橡胶特性（或类似橡胶）的层38。由图1f可以看到，有橡胶特性的层38通常稍微高过球36而成“灯芯吸油状”。所得到的结构又用由硬质电绝缘材料组成的封装覆盖层40密封。仅每根引线32的一部分从封装覆盖层40伸出。
典型的封装覆盖层40是用环氧树脂或其他热固性树脂包着芯片和引线框架，在高温下模压而成。在紧接着被冷却到室温期间，封装覆盖层40的收缩要比芯片和引线框架的收缩大得多。电绝缘的有橡胶特性的层38具有消除由于冷却收缩会在半导体28和互连系统12上产生的巨大机械应力的作用。
这时，集成电路须经加速寿命试验去评价产品质量。典型的加速寿命试验需在空气和液体两种环境中，迅速地将集成电路放入工业标准所规定的温度-65℃与150℃之间进行循环。
就图1f这种集成电路来说，主要问题发生在金丝34的位于球36正上方，消除应力层38的邻接封装覆盖层40的顶部那部分。在寿命试验期间，金丝34的这个部分在数次温度循环后就断裂了，从而导致集成电路失效。断裂的机理看来是由于集成电路各部分热膨胀或收缩差别很大，引起金丝34在覆盖层40中的部分，相对于金丝34在有橡胶特性的层38中的部分反复位移，使金丝34的该部分疲劳造成断裂。
如果没有消除应力层38，高应力区就会下移到球36处。因为每个球36同其压焊盘16的接触面积至少要比金丝34的其余部分的截面积大4倍，所以，如果没有消除应力层38，球16就不易断裂了。在最不利的情况下，球36的位移也很小。由于球36通常总是保持同压焊盘16接触，所以不会有太大的变动。然而在温度循环期间，互连系统28和衬底12上的电子元件要承受很高应力并很快损坏。我们希望有这样一种装置，该装置既能使互连系统28和衬底12上不出现明显的应力，也不引起金丝34断开。
本发明的重点是特殊应用一种具有橡胶特性的消除应力材料。把材料由挠性的有橡胶特性的状态变性到易碎的玻璃质状态的温度定义为玻璃跃变温度。低于玻璃跃变温度时，材料是玻璃质的，在玻璃跃变温度以上和材料分解温度以下，材料具有橡胶特性状态。虽然从有橡胶特性相跃变到玻璃相存在一个温度范围，但用适当的外推法通常能确定相当精确的材料玻璃跃变温度值。想更详细地了解，可参阅Rosen著的“聚合材料的基本原理”（Jahm Wiley & Sons：1982）第八章88页和下文。
参照附图，图2a～2f表示按照本发明包封一组带消除应力的集成电路的优选方法的工序。图2a～2f所示的加工过程是在图1c的基础上开始的。由图1c可见，圆片上的绝缘层14已经通过有选择的蚀刻形成压焊盘窗口24和划线窗口26。绝缘层14如果是由氮化硅组成，其厚度最好是0.7微米，如果是由磷硅玻璃组成，最好是1微米厚。窗口24通常为方形，其边长约为125微米，窗口26是槽形，其宽度约100微米。
由电绝缘光化学材料组成的仿刻图垫层42，如图2所示，形成在绝缘层14上，并经窗口24和26直至压焊盘16和衬底10上。此光化学材料是由这样一种树脂组成，该树脂经进一步加工后，层42的保留部分有下文所述的消除应力特性。而且层42最好是透明的，并经后序加工后仍保持其透明特性。这就便于随后对圆片和由其形成的芯片进行检查。
象图2b所示的那样，通过辐射掩膜版44，用适量的光化辐射有选择地对层42暴光。此辐射可根据光化学材料的特性，选用紫外光、X射线和电子束。如果层42的材料是负性色调的，则这时掩膜版44有遮断区域以防止射线照射到位于压焊盘16和衬底10的予定边界定位线18上的层42的部分上。
应用适宜的显影剂，把层42加以显影，清除压焊盘16和衬底10处定位线18上的未暴光部分。图2c中标号为46是暴光和显影后，层42保留下来的电绝缘部分。通常46这部分覆盖在绝缘层14上，基本上不延伸到窗口24和26中去。
下一步用来包封各芯片的热固性树脂，其热膨胀系统αRES通常在达到低于150℃的温度Tc之前，αRES随温度的升高而缓慢地增大，达到Tc温度后，此αRES开始急剧增大。典型的Tc大约是130℃。对另一些相应的集成电路元件来说，热膨胀系数总是随温度的升高而缓慢地增大，直到150℃，总起来说，此时的热膨胀系数叫做αOTH。低于Tc时，αRES明显地比αOTH大。不管怎么说，当温度升高到Tc以上时，αRES迅速地变得比αOTH大很多。在-65℃和150℃之间集成电路进行标准温度循环寿命试验期间产生的机械应力的大部分都是因体积的膨胀和收缩不同引起的，此膨胀或收缩的差异在Tc和150℃之间的跃变期间发生。因此，46部分材料的玻璃跃变温度应低于150℃，以便减少集成电路的应力。
应力减少的数值似乎是随TG的减少而增加。如果TG小于TC，由于46部分在TC到150℃的标准循环范围（以及TG到TC部分）内呈橡胶特性状态，应力的实际数值是减少的。对室温下应用的集成电路来说，确实可以把TG安排在25℃或更低来达到。TG为25℃或更低的温度，保证了46部分在集成电路工作期间所经历的整个温度范围内都处于类似橡胶特性状态。
如果TG是-65℃或更低，在标准加热寿命试验期间，可得到最大的应力缓减数值。对在非常冷的环境中使用的集成电路来说，这样的TG值是所希望的。芯片在下文所述的后步工序期间所经受的温度最大值通常是275℃～300℃。在集成电路以额定条件下工作期间，此温度不会高于上述温度。因此，46部分在300℃或更低时不大会出现大量分解。
在优选实施例中，图2b中的仿刻图垫层42的材料是象美国专利4，279，717所披露的那种类型的光敏的、负性色调的、透明的、粘性的室温液体。此液体系通用电气公司提供的实验材料GE479-1866和GE479-1530C的组合物，组合比按重量计，最好是GE479-1866占90%，GE479-1350C占10%。用紫外线暴光后，液体转变为硅酮聚合物。
用一定量的液体浇注在图1所示结构的上表面上，然后使之旋转以产生一相当平整的上表面层的方法，形成平均厚度为3～5微米的层42。层42不需要烘干。对层42的有选择的暴光，用紫外光以0.2～2焦耳/平方厘米的剂量来达到。层42的显影是在n-己烷中浸泡20～60秒。
图2c中46部分的合成材料的TG大约是-100℃。温度到达350～400℃之前不会开始分解。
在本例中，层42和在加工窗口24及26时（如图1b所示）所用的光刻胶层20，这种情况下，都是负性色调的。由于46部分通常是与绝缘体14的保留部分在垂直方向上是对齐的，掩膜版44上让光化辐射通过的区域位于和掩膜版22让紫外光通过的区域位置相同。如果掩膜版44中遮断辐射所用的材料和掩膜版22中遮断紫外光的图案所用的材料相同，那么，掩膜版44和22可以是相同的或实质上是同样的辐射掩膜版。如果层42和20都是正性色调的，情况正如上述，差别仅仅是掩膜版中遮光和透光区域的位置正好与图1b及2c所指出的相反。
由于掩膜版44和22与圆片对准总是有一定的误差，层46的部分常常会小量地侵占窗口24和26的边缘部位（这在图中未绘出）。假定不允许层46部分的材料有的部分填占窗口24和26，当层42的材料是负性色调时，掩膜版44中的遮光区面积就应比掩膜版22的稍大。如果层42的材料是正性色调的，则与此相反。
层42和20可以是具有相反色调材料制成，而这时，掩膜版44和22就必须是不同的。
现在回到一般的工艺程序，将圆片用上述方法切割成单个的芯片，如图1d所示。图2d所表示的为切割出的一片芯片。芯片上的46部分是一连续层，但上面被刻出了许多窗口24，窗口24处的层46的材料则被溶解除去。用以制成芯片的衬底10部分，在图2a中仍然用半导体28表示。
同样，用图1e所示的方法给芯片装上金属引线框架和中间的金丝34。将芯片装到引线框架上的工艺操作可在温度高达280℃下进行。金丝的直径最好是25～35微米。象图2e所示的那样，球36的顶部通常高过层46的顶面。
这时，按常规封装集成电路。芯片、引线框架以及组合导体32和34都被封装在硬质电绝缘覆盖层48中，仅引线32的一部分从覆盖层48中伸出，如图2f所示。覆盖层48是由热固性树脂组成，例如可用苯酚甲醛树脂使之硬化的环氧甲氧基树脂。这种树脂的TC大约是130℃。
由于在封装过程中的冷却收缩和随后的温度循环产生上述的机械应力，这些应力本应作用在半导体28和互连系统12上使集成电路中的电子元件损坏。层46缓解了这应力，从而能防止集成电路中电子元件的损坏。由于整根金丝34直到其下部球36都被覆盖层48牢牢地固定住，因而使热疲劳从金丝34改由球36承受，其数值大大减小，从而减少了金丝断裂的可能性。因热而产生的最大应力发生在球36的底部，由于上述原因，此应力通常是能够承受得住的。
本封装工艺的一个重要优点是能同时把消除应力材料涂覆到圆片上的许多芯片上。这就比传统工艺中把消除应力层38单独形成在每个芯片上要经济实用得多。
如果层42中所用的光化学材料在特殊的集成电路制造工艺中不适用。本发明的消除应力层46可用适用的非光化学材料通过其他的加工方法来完成，该方法的关键特征示于图3a～3c中。仍然是在图1c的基础上进行加工，这时在绝缘层14上已蚀刻出窗口24和26。在这种情况下，如图3a所示，在绝缘层14上和窗口24及26中形成仿刻图层50。层50是由具有适宜的TG的透明的电绝缘聚合物组成，如上述的46部分。
在层50上敷上一层由光刻胶组成的表面掩蔽层52，如图3b所示。必须保证层50和52不发生明显的相互掺合。把层52通过辐射掩膜版54，有选择地在紫外光中暴光。上文中关于掩膜版44的特征和层42的色调的说明，完全适用于掩膜版54和层52。
使光刻胶层52显影，以形成通常与窗口24和26对准的窗口，如图3c所示。层52的保留部分做为图形层，用56表示。然后，通过层56中的窗口蚀刻层50，一直蚀刻到压焊盘16和定位线18。最后，清除掉层56以完成图2c所示的结构。此处46部分是层50的保留部分。由此开始进行图2a～2f所示的工序以制成集成电路。
再看图4a～4c，这些图描述了用另外的方法加工消除应力层46的关键特性。在这另外的方法中，46部分被用做蚀刻绝缘层14的掩膜。图4a～4c所示工序的起点是图1a，在图1a中圆片被加工成在互连系统12上敷有绝缘体14的结构。在绝缘层14上涂覆上一层由电绝缘光化学材料组成的仿刻图垫层58，如图4a所示。层58的材料具有上述的层42的材料的所有特性。
将层58通过辐射掩膜版60，用光化辐射有选择地暴光，如图4b所示。如果光化学材料是负性色调的，掩膜版60有一遮断区域，该区域阻断辐射，不让它照射到层58的压焊盘16的上方和衬底10处定位线18的上方区域。如果光化学材料是正性色调的，则与之相反。
对两种不同色调的材料，各使用相应的显影剂去清除压焊盘16上和衬底10处定位线18上的那部分层58，如图4c所示。46部分是层58在暴光和显影后的保留部分。然后，通过在46部分的和各46部分之间的窗口蚀刻绝缘层14，从而又完成图2c所示的结构。随后进行图2d～2f所示的工序。以完成集成电路的制造。
如果由于某些原因不能用光化学材料而只能用非光化学材料，象图2a和2b所示的工序那样，图4a和4b所示的工序能够按图3a～3c所示的作业线进行改进。由图1a所示的结构开始，在绝缘层14上加工出与层50相类似的仿刻图层（见图3a）。在仿刻图层上形成一层光刻胶掩蔽层，然后用与加工层52（见图3b）同样的方法进行加工以形成一有了图形的光刻胶层。该光刻胶层用以通过在绝缘体14上的仿刻图层蚀刻窗口。于是，可以除去剩余的光刻胶得到图4c所示的结构。也可以通过在层46部分和各46部分之间的窗口蚀刻层14，然后除去剩余的光刻胶加工成图2c所示的结构。
这最后两种更改与对应的工艺相比都省去了一步掩蔽工序，此对应工艺是在通过它蚀刻出窗口24和26之后再把形成46部分的材料涂覆在层14上。在最后这两种更改中，当蚀刻窗口24和26时可能会出现46部分的一些钻蚀现象。必须保证用46部分做蚀刻掩蔽时，不至引起窗口24和26的不对准或错位。
虽然本发明是用特有的实施例来说明的，但这完全是为了举例说明，不应视为本发明的限定范围，本发明是由下面的权利要求所限定。例如本发明的消除应力层就能用在分离半导体器件中。封装覆盖层不必完全包封着半导体、互连系统、其上的绝缘层和消除应力层，只要封装覆盖层将它们的顶面覆盖住就可以了。因此，此消除应力层也可用在混合电路中。所以，本发明的这些技术可以做各种调整、改变和应用，而这一切也都在由所附的权利要求所限定的本发明的实际目的和精神范围内。