DE102004057238B4 - Semiconductor device with passivation layer - Google Patents
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Abstract
Halbleiterbauteil, mit einem Halbleiterkörper (1), oberhalb dessen eine Passivierungsschicht (6) vorgesehen ist, wobei zwischen der Passivierungsschicht (6) und dem Halbleiterkörper (1) eine Metallschicht (4), die eine Kante aufweist, vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Rissbildungsstruktur, (8, 10, 11, 13) die einen Hohlraum (13) umfasst, der zwischen der Kante (8) der Metallschicht (4) und einer an die Metallschicht (4) angrenzenden Isolations-/Spacerstruktur (12) ausgebildet ist.Semiconductor device with a semiconductor body (1), above which a passivation layer (6) is provided, wherein between the passivation layer (6) and the semiconductor body (1) a metal layer (4) having an edge is provided, characterized by a crack formation structure, (8, 10, 11, 13) which comprises a cavity (13) located between the edge (8) of the metal layer (4) and an insulation / spacer structure adjacent to the metal layer (4) (12) is formed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterkörper, oberhalb dessen eine Passivierungsschicht vorgesehen ist, wobei zwischen der Passivierungsschicht und dem Halbleiterkörper eine Metallschicht, die eine Kante aufweist, vorgesehen ist.The The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor body, above of which a passivation layer is provided, wherein between the passivation layer and the semiconductor body, a metal layer, the having an edge is provided.
In der Regel werden Halbleiterbauteile mit einer Passivierungsschicht versehen, um die Einflüsse der Umwelt, beispielsweise Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeit, auf die Halbleiterbauteile möglichst gering zu halten. Die Passivierungsschicht kann weiterhin zur mechanischen Stabilisierung der Halbleiterbauteile dienen.In usually become semiconductor devices with a passivation layer provided to the influences of Environment, such as temperature fluctuations or humidity, on the semiconductor components as possible to keep low. The passivation layer can also be used for mechanical Stabilization of the semiconductor devices serve.
Wird ein Halbleiterbauteil mit Passivierungsschicht starken Temperaturschwankungen ausgesetzt, so können aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten von Passivierungsschicht und von an die Passivierungsschicht angrenzenden Bereichen des Halbleiterbauteils Risse in der Passivierungsschicht entstehen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Halbleiterbauteil durch eine Pressmasse, die an die Passivierungsschicht angrenzt, nach außen hin abgeschlossen wird, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Passivierungsschicht und Pressmasse stark voneinander abweichen können. Entsteht ein Riss innerhalb eines kritischen Bereichs des Halbleiterbauteils, beispielsweise in einem Bereich, der zwei leitende Gebiete voneinander isoliert, so kann der Riss zur Beeinträchtigung der Funktionsweise des Halbleiterbauteils führen. Im schlimmsten Fall führt die Rissbildung zu einem Totalausfall des Halbleiterbauteils.Becomes a semiconductor device with passivation layer strong temperature fluctuations exposed, so can due to different thermal expansion coefficients of passivation layer and adjacent to the passivation layer Regions of the semiconductor device cracks in the passivation layer arise. This is the case in particular when the semiconductor component by a molding compound adjacent to the passivation layer, outward is completed because the thermal expansion coefficient of passivation layer and molding compound differ greatly can. If a crack develops within a critical region of the semiconductor device, For example, in one area, the two conductive areas from each other isolated, so the crack can affect the functioning lead the semiconductor device. In the worst case leads the cracking to a total failure of the semiconductor device.
Im
Einzelnen ist aus der
Weiterhin
ist es aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauteil anzugeben, dessen Funktionsweise bei Rissbildung in der Passivierungsschicht nicht bzw. nur in geringem Ausmaß beeinträchtigt wird.Of the The present invention is based on the object, a semiconductor device its operation in case of cracking in the passivation layer not or only to a limited extent.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Halbleiterbauteil der eingangs genannten Art vor, das gekennzeichnet ist durch eine Rissbildungsstruktur, die einen Hohlraum umfasst, der zwischen der Kante der Metallschicht und einer an die Metallschicht angrenzenden Isolations-/Spacerstruktur ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.to solution In accordance with this object, the present invention provides a semiconductor device of the type mentioned above, which is characterized by a crack formation structure, which includes a cavity located between the edge of the metal layer and an insulation / spacer structure adjacent to the metal layer is. Advantageous embodiments or developments of the invention are in the subclaims specified.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil weist also zunächst einen Halbleiterkörper auf, oberhalb dessen eine Passivierungsschicht vorgesehen ist. Zwischen der Passivierungsschicht und dem Halbleiterkörper ist eine an die Passivierungsschicht angrenzende und einen Hohlraum aufweisende Rissbildungsstruktur vorgesehen, die bei Auftreten von mechanischem Stress innerhalb der Passivierungsschicht das Entstehen von Rissen an definierten Stellen in der Passivierungsschicht begünstigt.The inventive semiconductor device has So first a semiconductor body on, above which a passivation layer is provided. Between the passivation layer and the semiconductor body is adjacent to the passivation layer and a cavity having cracking structure provided when mechanical stress occurs within the passivation layer the formation of cracks at defined locations in the passivation layer favored.
Durch die Rissbildungsstruktur kann das Entstehen von Rissen auf unkritische Bereiche des Halbleiterbauteils beschränkt werden. Es wird also nicht das Entstehen von Rissen selbst vermieden, sondern statt dessen Einflussnahme auf den Ort der Rissbildung genommen.By The cracking structure can be the formation of cracks to uncritical Be limited areas of the semiconductor device. So it will not the occurrence of cracks itself avoided, but instead Influence on the location of cracking taken.
Die Rissbildungsstruktur wird auch teilweise durch die Oberflächenstruktur der unterhalb der Passivierungsschicht angeordneten Metallschicht, nämlich durch eine Kante der Metallschicht, mitgestaltet.The Crack formation structure is also partly due to the surface structure the metal layer arranged below the passivation layer, namely by an edge of the metal layer, mitgestaltet.
Wenn unterhalb der Passivierungsschicht eine derartige Metallschicht angeordnet ist (beispielsweise eine Metallschicht zur Kontaktierung von Source- und Draingebieten eines Transistors), die an die Passivierungsschicht angrenzt, so sollte die Rissbildungsstruktur so ausgelegt werden, dass das Entstehen eines Risses oberhalb der Metallschicht begünstigt wird, da Risse in diesem Bereich eine lediglich vernachlässigbar kleine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Halbleiterbauteils bewirken.If below the passivation layer such a metal layer is arranged (for example, a metal layer for contacting of source and drain regions of a transistor) connected to the passivation layer adjacent, so the cracking structure should be designed that the formation of a crack above the metal layer is favored, because cracks in this area only negligible small impairment effect the operation of the semiconductor device.
Eine derartige Metallschicht bildet vorteilhafterweise die oberste Metallschicht ("Power-Metallisierung") des Halbleiterbauteils. Jedoch ist es genauso möglich, die Oberflächenstrukturen, insbesondere Spitzen und Kanten tiefer liegender Metallschichten oder anderer Schichten zur Entstehung räumlich begrenzter Risse auszunutzen, solange sich die mechanischen Effekte der Oberflächenstrukturen dieser Schichten auf die Passivierungsschicht auswirken.A Such metal layer advantageously forms the uppermost metal layer ("Power metallization") of the semiconductor device. However, it is just as possible the surface structures, especially peaks and edges of deeper lying metal layers or exploiting other layers to form spatially limited cracks, as long as the mechanical effects of the surface structures of these layers affect the passivation layer.
Die Rissbildungsstruktur umfasst einen Hohlraum, der zwischen der Kante einer unterhalb der Passivierungsschicht angeordneten Metallschicht und einer an die Metallschicht angrenzenden Isolations-/Spacerstruktur ausgebildet ist. Der Hohlraum kann beispielsweise durch eine Aussparung in der Isolations-/Spacerstruktur gebildet werden. Vorzugsweise umfasst die Isolations-/Spacerstruktur eine an die Metallschicht angrenzende Siliziumnitridschicht (andere denkbare Materialien wären z.B. Polysilizium, SiOxN (Siliziumoxidnitrid)) und eine darauf aufgebrachte Siliziumoxidschicht, wobei der Hohlraum durch eine Aussparung in der Siliziumnitridschicht gebildet wird.The crack formation structure comprises a cavity which is formed between the edge of a metal layer arranged below the passivation layer and an insulation / spacer structure adjoining the metal layer. The cavity may be defined, for example, by a recess in the insulation / spacer structure are formed. Preferably, the insulation / spacer structure comprises a silicon nitride layer adjacent to the metal layer (other conceivable materials would be polysilicon, SiO x N (silicon oxide nitride)) and a silicon oxide layer deposited thereon, the cavity being formed by a recess in the silicon nitride layer.
Die Erfindung ist nicht auf die oben angeführten Rissbildungsstruktur-Beispiele beschränkt, vielmehr sind beliebige Rissbildungsstrukturen denkbar.The The invention is not limited to the above-mentioned cracking structure examples limited, Rather, any cracking structures are conceivable.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures exemplary embodiment explained in more detail. It demonstrate:
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.In the figures are identical or corresponding areas marked with the same reference numerals.
In
In
der Passivierungsschicht
In
Risse
stellen kein ernstzunehmendes Problem dar, wenn sie oberhalb der
Metallschicht
In
Eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils,
dessen Herstellung in
Auf
einem Halbleiterkörper
Anschließend wird
(
Sodann
werden die Siliziumnitridschicht
Im
nächsten
Prozessschritt (
In
einem weiteren Prozessschritt (
In
einem letzten Prozessschritt (
In
In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte der Erfindung erörtert werden.In The following description is intended to cover further aspects of the invention discussed become.
Bei
Einsatz einer Standardpassivierung (300 nm Oxid und 800 nm SiN) über einer
Powermetallisierung (strukturiertes Aluminium) kommt es nach typischen
Temperaturtests (Schritt a): 192 Stunden "Soak" (Einweichen)
bei ca. 80°C
sowie 30%–80% Feuchtigkeit,
Schritt b): 3 × 240°C (Simulation
einer Löttemperatur)
und Schritt c): thermisches Zyklen ("TC"):
z.B. 1000 × von –55°C bis 150°C) zur Ausbildung
von Passivierungsrissen. Durch Simulationen zeigt sich, dass der
größte Stress
an der Aluminium-Kante der Powermetallisierung aufgebaut wird (
Es
zeigt sich, dass bei allen Smart-Power-Technologie(SPT)-Produkten Passivierungsrisse
auftreten, aber nur ganz bestimmte Produkte und Designs, unter anderem
abhängig
von der Chipgröße, elektrische
Ausfälle
zeigen. Weiter zeigt sich, dass nicht alle Risse in der Passivierungsschicht letztendlich
für einen
elektrischen Ausfall verantwortlich sind: Risse, die entlang oder
oberhalb der Powermetallisierung verlaufen oder an einer Kante der
Powermetallisierung enden, sind unbedenklich. Risse, die jedoch
auf aluminiumfreiem Gebiet verlaufen, können darunter liegendes Intermetall-Dielektrikum aufreißen, bzw.
eine (Vor-)Schädigung/Schwächung desselben
verursachen – siehe
z.B.
Bisher ist kein Verfahren bekannt, das eine Rissbildung nach dem thermischen Zyklen verhindern würde.So far There is no known process which causes thermal cracking Would prevent cycles.
Erfindungsgemäß werden daher in einer bevorzugten Ausführungsform gezielt Sollbruchstellen an der Kante der Powermetallisierung eingebaut. Die beim thermischen Zyklisieren auftretende Scherspannung, verursacht durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium-Chip (Halbleiterkörper) und Pressmasse, welche an der Passivierungsschicht angreift, kann entlang der Sollbruchstelle durch gezieltes Brechen der Passivierungsschichten abgebaut werden. Damit kann ein unkontrolliertes "Ausbrechen" der Passivierungsrisse auf powermetallisierungsfreies Gebiet verhindert werden.In accordance with the invention, in a preferred embodiment, predetermined breaking points are deliberately installed at the edge of the power metallization. The occurring during thermal cycling shear stress caused by the different expansion coefficients of silicon chip (semiconductor body) and molding compound, which acts on the passivation layer, can be degraded along the predetermined breaking point by deliberate breaking of the passivation layers. This prevents an uncontrolled "breaking out" of the passivation cracks in the area free of metallization.
Die
Sollbruchstelle wird beispielsweise durch einen Spacer aus Nitrid
und Oxid entlang einer Aluminium-Kante mit anschließender isotroper
Nitrid-Unterätzung
gebildet (siehe
Nach
der Strukturierung des Metalls
In Abwandlung des geschilderten Ausführungsbeispiels kann die Unterätzung und damit die Doppelschicht weggelassen werden. In diesem Fall würde der Aluminium-Spacer aus nur einer Schicht bestehen und dafür sorgen, dass der Stress ohne Sollbruchstelle nur über den Aluminium-Spacer abgebaut wird.In Modification of the described embodiment, the undercut and so that the double layer can be omitted. In this case, the Aluminum spacers consist of only one layer and ensure that the stress is reduced without breaking point only over the aluminum spacer becomes.
- 11
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 22
- erste Metallschichtfirst metal layer
- 33
- zweite Metallschichtsecond metal layer
- 44
- dritte Metallschichtthird metal layer
- 55
- isolierende Schichtinsulating layer
- 66
- Passivierungsschichtpassivation layer
- 77
- RissCrack
- 88th
- Kanteedge
- 99
- Gebietarea
- 1010
- Siliziumnitridschichtsilicon nitride
- 1111
- Siliziumoxidschichtsilicon oxide
- 1212
- Isolations-/SpacerstrukturInsulating / spacer structure
- 1313
- Hohlraumcavity
- 1414
- SollbruchstelleBreaking point
Claims (4)
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---|---|---|---|
DE200410057238 DE102004057238B4 (en) | 2004-11-26 | 2004-11-26 | Semiconductor device with passivation layer |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102004057238A1 DE102004057238A1 (en) | 2006-06-08 |
DE102004057238B4 true DE102004057238B4 (en) | 2007-10-04 |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5358733A (en) * | 1993-01-08 | 1994-10-25 | United Microelectronics Corporation | Stress release metallization for VLSI circuits |
US5539257A (en) * | 1980-09-01 | 1996-07-23 | Hitachi, Ltd. | Resin molded type semiconductor device having a conductor film |
EP0867934A1 (en) * | 1997-03-24 | 1998-09-30 | Siemens Aktiengesellschaft | A method of fabricating an integrated circuit using crack stops |
-
2004
- 2004-11-26 DE DE200410057238 patent/DE102004057238B4/en not_active Expired - Fee Related
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