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.

Figure 00000001
Figure 00000001

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 US 5,539,257 A ein Halbleiterbauteil bekannt, das Inhomogenitäten bezüglich der Dicke einer Passivierungsschicht aufweist. Die Schichtdicke der Passivierungs schicht ist dabei in der Nähe der Kanten einer Metallschicht, die direkt unterhalb der Passivierungsschicht gelegen ist, besonders gering.In detail is from the US 5,539,257 A a semiconductor device is known which has inhomogeneities in the thickness of a passivation layer. The layer thickness of the passivation layer is particularly low in the vicinity of the edges of a metal layer, which is located directly below the passivation layer.

Weiterhin ist es aus der EP 0 867 934 A1 bekannt, geometrische Diskontinuitäten, wie beispielsweise Dickenvariationen, in einer rissanfälligen Schicht vorzusehen. Schließlich beschreibt noch die US 5,358,733 A eine Verminderung von mechanischen Spannungen in großintegrierten Schaltungen durch eine „wellenförmige" Gestaltung von Metallisierungen.Furthermore, it is from the EP 0 867 934 A1 It is known to provide geometric discontinuities, such as thickness variations, in a crack susceptible layer. Finally, the still describes US 5,358,733 A a reduction of mechanical stresses in large integrated circuits by a "wave-shaped" design of metallizations.

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:

1 einen Bereich eines ersten herkömmlichen Halbleiterbauteils in perspektivischer Darstellung, in dem aufgrund von mechanischem Stress ein Riss in der Passivierungsschicht des Halbleiterbauteils entstanden ist, 1 a region of a first conventional semiconductor device in a perspective view, in which due to mechanical stress, a crack has formed in the passivation layer of the semiconductor device,

2 eine Detailaufnahme eines Ausschnitts des in 1 gezeigten Halbleiterbauteils, 2 a detail of a section of the in 1 shown semiconductor device,

3 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs eines zweiten herkömmlichen Halbleiterbauteils mit Riss in der Passivierungsschicht, 3 a perspective view of a portion of a second conventional semiconductor device with crack in the passivation layer,

4 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs eines dritten herkömmlichen Halbleiterbauteils mit Riss in der Passivierungsschicht, 4 a perspective view of a portion of a third conventional semiconductor device with crack in the passivation layer,

5 eine Draufsicht auf ein herkömmliches Halbleiterbauteil, das Risse in der Passivierungsschicht aufweist, 5 a plan view of a conventional semiconductor device having cracks in the passivation layer,

6 eine Simulation des mechanischen Stresses in einer Passivierungsschicht in der Nähe einer unterhalb der Passivierungsschicht liegenden Metallkante, 6 a simulation of the mechanical stress in a passivation layer in the vicinity of a metal edge lying below the passivation layer,

7 einen ersten Prozessschritt zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, 7 a first process step for producing a preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention,

8 einen zweiten Prozessschritt zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, 8th a second process step for producing a preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention,

9 einen dritten Prozessschritt zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, 9 a third process step for producing a preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention,

10 einen vierten Prozessschritt zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, 10 a fourth process step for producing a preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention,

11 einen fünften Prozessschritt zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, 11 a fifth process step for producing a preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention,

12 einen sechsten Prozessschritt zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, und 12 a sixth process step for producing a preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention, and

13 eine mikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts des in 10 bis 12 gezeigten Halbleiterbauteils. 13 a micrograph of a section of the in 10 to 12 shown semiconductor device.

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 1 ist eine mikroskopische Aufnahme eines herkömmlichen Halbleiterbauteils mit Passivierungsschicht gezeigt. Auf einem Halbleiterkörper 1 sind eine erste, zweite und dritte Metallschicht 2, 3, 4 angeordnet, die zumindest teilweise durch isolierende Schichten 5 gegeneinander bzw. gegenüber dem Halbleiterkörper 1 elektrisch isoliert sind. Das Halblei terbauteil wird nach oben hin durch eine Passivierungsschicht 6 abgeschlossen.In 1 a micrograph of a conventional semiconductor device with passivation layer is shown. On a semiconductor body 1 are a first, second and third metal layer 2 . 3 . 4 arranged, at least partially, by insulating layers 5 against each other or with respect to the semiconductor body 1 are electrically isolated. The semicon terbauteil is upward through a passivation layer 6 completed.

In der Passivierungsschicht 6 sind Risse 7 ausgebildet, die aufgrund von mechanischen Spannungen innerhalb der Passivierungsschicht 6 entstehen. Wie 2 zu entnehmen ist, können durch die mechanischen Spannungen innerhalb der Passivierungsschicht 6 sowohl Risse in der Passivierungsschicht 6 selbst als auch Risse innerhalb der isolierenden Schichten 5 (Intermetall-Dielektrikum) entstehen, was das Eindringen von Feuchtigkeit von außen in das Halbleiterbauteil sowie Kurzschlüsse zwischen den Metallschichten 2, 3 und 4 zur Folge haben kann. Die mechanischen Spannungen innerhalb der Passivierungsschicht 6 können somit zu starken Beeinträchtigungen der Funktionsweise des Halbleiterbauteils führen.In the passivation layer 6 are cracks 7 formed due to mechanical stresses within the passivation layer 6 arise. As 2 can be seen, by the mechanical stresses within the passivation layer 6 both cracks in the passivation layer 6 itself as well as cracks within the insulating layers 5 (Intermetal dielectric) arise, which is the penetration of moisture from the outside into the semiconductor device and short circuits between the metal layers 2 . 3 and 4 can result. The mechanical stresses within the passivation layer 6 can thus lead to severe impairment of the operation of the semiconductor device.

In 3 ist gezeigt, dass sich Risse innerhalb der Passivierungsschicht 6 vornehmlich an Kanten 8 der unterhalb der Passivierungsschicht 6 befindlichen Metallschicht 4 ausbilden. Risse können sich jedoch auch oberhalb ebener Metallflächen in der Passivierungsschicht 6 ausbilden, wie in 4 gezeigt ist.In 3 is shown to be cracks within the passivation layer 6 mainly on edges 8th the below the passivation layer 6 located metal layer 4 form. However, cracks can also occur above even metal surfaces in the passivation layer 6 train as in 4 is shown.

Risse stellen kein ernstzunehmendes Problem dar, wenn sie oberhalb der Metallschicht 4 verlaufen, wie in 3 und 4 gezeigt ist. Kritisch ist die Situation jedoch, wenn, wie in 5 gezeigt ist, die Rissbildung auch Gebiete 9 erfasst, in denen unterhalb der Passivierungsschicht 6 keine Metallschicht (Metallschicht 4) ausgebildet ist ("powermetallisierungsfreie" Gebiete). In diesen Gebieten wird die Funktionsweise des Halbleiterbauteils durch Rissbildung besonders empfindlich beeinträchtigt.Cracks are not a serious problem if they are above the metal layer 4 run, as in 3 and 4 is shown. However, the situation is critical if, as in 5 shown, the cracking also areas 9 in which are below the passivation layer 6 no metal layer (metal layer 4 ) is formed ("power metallization free" areas). In these areas, the operation of the semiconductor device is particularly sensitive affected by cracking.

In 6 ist gezeigt, dass der mechanische Stress innerhalb der Passivierungsschicht 6 in der Nähe von Kanten 8 einer unterhalb der Passivierungsschicht 6 angeordneten Metallschicht 4 besonders groß ist.In 6 It is shown that the mechanical stress within the passivation layer 6 near edges 8th one below the passivation layer 6 arranged metal layer 4 is especially big.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils, dessen Herstellung in 7 bis 12 beschrieben ist, nutzt diese Erkenntnis aus. In der folgenden Beschreibung soll der Herstellungsprozess dieser Ausführungsform näher erläutert werden.A preferred embodiment of the semiconductor device according to the invention, its production in 7 to 12 described, exploits this knowledge. In the following description, the manufacturing process of this embodiment will be explained in more detail.

Auf einem Halbleiterkörper 1 wird eine Metallschicht (Powermetallisierung) abgeschieden, wobei im oberen Bereich der Metallschicht 4 Kanten 8 ausgebildet sind (7).On a semiconductor body 1 a metal layer (power metallization) is deposited, wherein in the upper region of the metal layer 4 edge 8th are trained ( 7 ).

Anschließend wird (8) auf der Metallschicht 4 eine Siliziumnitridschicht 10 abgeschieden, und auf die Siliziumnitridschicht 10 wird eine Siliziumoxidschicht 11 aufgebracht.Subsequently, 8th ) on the metal layer 4 a silicon nitride layer 10 deposited, and on the silicon nitride layer 10 becomes a silicon oxide layer 11 applied.

Sodann werden die Siliziumnitridschicht 10 sowie die Siliziumoxidschicht 11 durch anisotropes Ätzen (Spacerätzung) bis auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 bzw. die Oberfläche der Metallschicht 4 rückgeätzt, so dass lateral an die Metallschicht 4 angrenzend Isolations-/Spacerstrukturen 12 entstehen (9).Then the silicon nitride layer 10 and the silicon oxide layer 11 by anisotropic etching (spacer etching) down to the surface of the semiconductor body 1 or the surface of the metal layer 4 etched back so that lateral to the metal layer 4 adjacent isolation / spacer structures 12 arise ( 9 ).

Im nächsten Prozessschritt (10) werden obere sowie untere Bereiche der Siliziumnitridschicht 10 entfernt, was beispielsweise durch einen selektiven, isotropen Ätzprozess erfolgt. Auf diese Art und Weise entstehen zwischen den Kanten 8 und Teilen der Siliziumoxidschicht 11 Hohlräume 13; dasselbe gilt analog für untere Bereiche der Metallschicht 4.In the next process step ( 10 ) become upper and lower portions of the silicon nitride layer 10 removed, which is done for example by a selective, isotropic etching process. In this way arise between the edges 8th and dividing the silicon oxide layer 11 cavities 13 ; the same applies analogously to lower regions of the metal layer 4 ,

In einem weiteren Prozessschritt (11) wird auf die in 10 erhaltene Struktur eine Passivierungsschicht 6 abgeschieden, die sich aus einer ersten Schicht 61 (Oxid) und einer zweiten Schicht 62 (Siliziumnitrid) zusammensetzt.In a further process step ( 11 ) is placed on the in 10 structure obtained a passivation layer 6 deposited, resulting from a first layer 6 1 (Oxide) and a second layer 6 2 (Silicon nitride).

In einem letzten Prozessschritt (12) wird ein oberhalb der Metallschicht 4 angeordneter Bereich der Passivierungsschicht 6 entfernt, so dass die Metallschicht 4 kontaktiert werden kann. Wie 12 zu entnehmen ist, sind vier "Soll ruchstellen" 14 der Passivierungsschicht 6 vorhanden, die das Bilden von Rissen entlang dieser Sollbruchstellen 14 begünstigen. Risse entlang dieser Sollbruchstellen führen zu keiner nennenswerten Beeinträchtigung der Funktionsweise des Halbleiterbauteils. Durch die Sollbruchstellen 14 werden demnach Risse direkt oberhalb des Halbleiterkörpers 1, das heißt links und rechts der Metallschicht 4, weitgehend vermieden, da sich mechanische Spannungen innerhalb der Passivierungsschicht 6 vollständig durch Rissbildungen entlang der Sollbruchstellen 14 abbauen können.In a final process step ( 12 ) becomes one above the metal layer 4 arranged region of the passivation layer 6 removed, leaving the metal layer 4 can be contacted. As 12 it can be seen that there are four "intended" 14 the passivation layer 6 present, which is the formation of cracks along these predetermined breaking points 14 favor. Cracks along these predetermined breaking points lead to no significant impairment of the operation of the semiconductor device. Through the predetermined breaking points 14 Therefore cracks are directly above the semiconductor body 1 that is, left and right of the metal layer 4 , largely avoided because of mechanical stresses within the passivation layer 6 completely by cracks along the predetermined breaking points 14 can break down.

In 13 ist eine Mikroskopaufnahme der in 9 bis 12 gezeigten Isolations-/Spacerstruktur 12 gezeigt. Hier wurde die Metallschicht 4 durch einen nasschemischen Prozess strukturiert. "Funktionstüchtige" Sollbruchstellen 14 lassen sich jedoch auch durch Strukturieren der Metallschicht 4 mit einem Trockenätzverfahren herstellen, insbesondere wenn die Flanken der Metallschicht 4 steil ausfallen. Die Dicke der Metallschicht 4 ist nicht auf die in 9 bis 12 gezeigte Dicke beschränkt.In 13 is a micrograph of the in 9 to 12 shown isolation / spacer structure 12 shown. Here was the metal layer 4 structured by a wet-chemical process. "Functional" predetermined breaking points 14 However, they can also be achieved by structuring the metal layer 4 produce with a dry etching, especially if the flanks of the metal layer 4 precipitous. The thickness of the metal layer 4 is not on the in 9 to 12 shown thickness limited.

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 (6). Risse können entweder direkt zu elektrischen Ausfällen führen (Kurzschlüsse, Leckströme durch in die Risse gepresstes Aluminium) oder aber später aufgrund von Eindringen von Feuchtigkeit und anschließender, anodischer Oxidation von TiN-Schichten und Korrosion ein Zuverlässigkeitsrisiko darstellen.When using a standard passivation (300 nm oxide and 800 nm SiN) over a power metallization (structured aluminum) occurs after typical temperature tests (step a): 192 hours "Soak" (soaking) at about 80 ° C and 30% -80% Humidity, step b): 3 × 240 ° C (simulation of a brazing temperature) and step c): thermal cycling ("TC"): eg 1000 × from -55 ° C to 150 ° C) to form passivation cracks. Simulations show that the greatest stress is built on the aluminum edge of the power metallization ( 6 ). Cracks can either lead directly to electrical failures (short circuits, leakage through aluminum pressed into the cracks), or later pose a reliability risk due to moisture ingress and subsequent anodic oxidation of TiN layers and corrosion.

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. 1 und 2. Dies führt bei weiterer thermomechanischer Beanspruchung zu den oben beschriebenen Ausfallmechanismen.It turns out that all Smart Power Technology (SPT) products experience passivation cracks, but only very specific products and designs show electrical failures, including, but not limited to, the size of the chip. It can also be seen that not all cracks in the passivation layer are ultimately responsible for an electrical failure: cracks that run along or above the power metallization or end at an edge of the power metallization are harmless. However, cracks that run in an aluminum-free area can rupture the underlying intermetallic dielectric or cause (pre-) damage / weakening thereof - see eg 1 and 2 , This results in further thermomechanical stress to the above-described failure mechanisms.

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 9 und 10). Durch die "Unterätzung" des Nitrids entsteht am Spacer an der oberen und unteren Kante des Aluminiums eine Sollbruchstelle.The predetermined breaking point is formed for example by a spacer of nitride and oxide along an aluminum edge with subsequent isotropic nitride undercutting (see 9 and 10 ). The "undercut" of the nitride creates a predetermined breaking point on the spacer at the upper and lower edge of the aluminum.

Nach der Strukturierung des Metalls 4 auf Zwischenoxid folgt die Abscheidung der Spacer-Schichten 10, 11. Beispielsweise können z.B. Siliziumnitrid 3 und Siliziumoxid 4 eingesetzt werden. Es können aber auch andere Kombinationen von zueinander selektiv ätzbaren, leitenden oder nicht leitenden Materialien herangezogen werden, z.B. Oxid und Poly. Im unten angeführten Beispiel sind 40 nm SiN (PECVD) und 1400 nm SiOx (PECVD) verwendet worden. Wie in 9 dargestellt, wird anschließend ein anisotroper Ätzprozess zur Herstellung der Spacerstruktur eingesetzt. Die Spacerstruktur kann beispielsweise hergestellt werden unter Verwendung einer "Lam Rainbow"-Anlage, wobei Ar, CF4, CHF3 und N2 für 170s bei einer Leistung von 1300 W und 300 mTorr Druck zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung der Sollbruchstelle an den Kanten des Spacers und des Aluminiums erfolgt beispielsweise eine isotrope Ätzung des Siliziumnitrids (10). Die isotrope Unterätzung kann hergestellt werden mit einer "CDE80"-Anlage unter Verwendung von CF4, 02 und N2 für 180s bei einer Leistung von 700 W und 70 Pa Druck. Anschließend erfolgt die Abscheidung der Standard-Passivierungsschichten (11). Beispielsweise kann eine 300 nm PECVD-Oxidschicht 61 und eine 800 nm PECVD-SiN-Schicht 62 verwendet werden. Mit der Öffnung der Pads (12) ist der Prozessblock abgeschlossen.After the structuring of the metal 4 intermediate oxide is followed by the deposition of the spacer layers 10 . 11 , For example, silicon nitride 3 and silica 4 be used. However, other combinations of mutually selectively etchable, conductive or non-conductive materials can be used, for example, oxide and poly. In the example given below, 40 nm SiN (PECVD) and 1400 nm SiOx (PECVD) have been used. As in 9 shown, then an anisotropic etching process for the production of the spacer structure is used. The spacer structure can be made, for example, using a "Lam Rainbow" system, using Ar, CF4, CHF3 and N2 for 170s at a power of 1300 W and 300 mTorr pressure. For generating the predetermined breaking point at the edges of the spacer and the aluminum, for example, an isotropic etching of the silicon nitride ( 10 ). The isotropic undercut can be made with a "CDE80" system using CF4, O2 and N2 for 180s at a power of 700 W and 70 Pa pressure. Subsequently, the deposition of the standard passivation layers ( 11 ). For example, a 300 nm PECVD oxide layer 6 1 and a 800 nm PECVD SiN layer 6 2 be used. With the opening of the pads ( 12 ) the process block is completed.

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)

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 component, having a semiconductor body ( 1 ), above which a passivation layer ( 6 ), wherein between the passivation layer ( 6 ) and the semiconductor body ( 1 ) a metal layer ( 4 ) having an edge, characterized by a crack formation structure, ( 8th . 10 . 11 . 13 ) which has a cavity ( 13 ), which is between the edge ( 8th ) of the metal layer ( 4 ) and one to the metal layer ( 4 ) adjacent isolation / spacer structure ( 12 ) is trained. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (13) durch eine Aussparung in der Isolations-/Spacerstruktur (12) gebildet wird.Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the cavity ( 13 ) through a recess in the insulation / spacer structure ( 12 ) is formed. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolations-/Spacerstruktur (12) eine an die Metallschicht angrenzende Siliziumnitridschicht (10) und eine darauf aufgebrachte Siliziumoxidschicht (11) umfasst, wobei der Hohlraum (13) durch eine Aussparung in der Siliziumnitridschicht (10) gebildet wird.Semiconductor component according to Claim 2, characterized in that the insulation / spacer structure ( 12 ) a silicon nitride layer adjacent to the metal layer ( 10 ) and a silicon oxide layer ( 11 ), wherein the cavity ( 13 ) through a recess in the silicon nitride layer ( 10 ) is formed. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (4) die oberste Metallschicht des Halbleiterbauteils ist.Semiconductor component according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the metal layer ( 4 ) is the uppermost metal layer of the semiconductor device.
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