DE10242325A1 - Semiconductor used as a MOS switch has an insulating layer partially made from an elastic or plastically deformable insulating material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter mit zumindest einer Isolierschicht mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patenanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a Semiconductors with at least one insulating layer with the generic term Features of patent claim 1 and a method for its production.
Für Schaltungszwecke sind allgemein Leistungshalbleiter mit sogenannten MOS-Strukturen zur Steuerung eines Stromflusses bekannt. Auf der Oberseite derartiger Strukturen werden üblicherweise Bonddrähte aus Aluminium mit einer Dicke von zum Beispiel 50-600 μm kontaktiert. Um eine gute Stromverteilung auf dem Halbleiter bzw. dem daraus erzeugten Chip zu erzielen und außerdem die verfügbare Siliziumfläche gut auszunutzen, werden diese Bondkontaktierungen auf aktiven Bereichen, d. h. auf MOS-Zellen platziert. Der aktive Bereich zeichnet sich dabei dadurch aus, dass sich dort übereinander angeordnet mehrere Schichten aus Siliziumoxid, Gate-Elektroden, Isolierglas und einer Aluminium-Metallisierung befinden. Als Isolierglas werden oftmals CVD-Oxide (CVD: Chemical Vapour Deposition) verwendet.For Circuit purposes are generally so-called power semiconductors MOS structures for controlling a current flow are known. On the top such structures are common Bond wires made of aluminum with a thickness of 50-600 μm, for example. In order to have a good current distribution on the semiconductor or the one generated from it To achieve chip and also the available silicon area to make good use of these bonding contacts on active areas, d. H. placed on MOS cells. The active area stands out thereby characterized in that there are several arranged one above the other Layers of silicon oxide, gate electrodes, insulating glass and one Aluminum metallization. Are often used as insulating glass CVD oxides (CVD: Chemical Vapor Deposition) are used.
Die Kontaktierung der Bonddrähte erfolgt mit Ultraschall, was in diesen Schichten eine mechanische Belastung erzeugt. Besonders gefährdet sind dabei Isolierglasschichten, welche sich direkt unter der Aluminium-Metallisierung befinden. Bedingt durch die Geometrie und die Materialeigenschaften der Isolierglasschichten können bei ungünstigen Bondbedingungen Risse entstehen.The bonding wires are contacted with ultrasound, which is a mechanical load in these layers generated. Particularly at risk are insulating glass layers, which are directly under the aluminum metallization are located. Due to the geometry and material properties of the Insulating glass layers can with unfavorable bond conditions Cracks appear.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Halbleiter mit zumindest einer Isolierschicht bereitzustellen, bei dem die Gefahr der Rissbildung in der Isolierschicht bei insbesondere dem Ultraschallbonden verringert wird. Ferner soll ein Ver fahren bereitgestellt werden, um einen solchen Halbleiter herzustellen.The object of the invention is in providing a semiconductor with at least one insulating layer, in which the risk of cracking in the insulating layer in particular the ultrasonic bonding is reduced. Furthermore, a Ver is to go are provided to manufacture such a semiconductor.
Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiter mit zumindest einer Isolierschicht gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.This task is performed by a semiconductor at least one insulating layer according to the features of the claim 1 or a method for producing such a semiconductor solved the features of claim 9.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Advantageous configurations are Subject of dependent Claims.
Die Verwendung eines im Vergleich zu Glas elastischeren oder plastischen Isoliermaterials verringert die Gefahr der Rissbildung bei Bondprozessen, da ein elastisches Material weniger empfindlich auf mechanische Belastungen, insbesondere Ultraschall reagiert. Ein elastisches oder plastisches Isoliermaterial hat robustere Eigenschaften mit Blick auf Ultraschall, als ein vergleichsweise dazu sprödes Material.The use of one in comparison reduced to glass more elastic or plastic insulating material the risk of cracking in bonding processes because of an elastic Material less sensitive to mechanical stress, in particular Ultrasound reacts. An elastic or plastic insulating material has more robust properties with regard to ultrasound than a comparative one plus brittle material.
Mit Blick auf die nach der Herstellung einer Isolierschicht folgenden Fertigungsschritte bei der Herstellung eines Halbleiters sollte das verwendete elastische Isoliermaterial ausreichend temperaturbeständig sein, so dass es bei nachfolgenden Schritten nicht in unbeabsichtigter Art und Weise verändert wird. Dies gilt insbesondere für die Aufbringung der direkt umgebenden Schichten. Außerdem sollte ein Isoliermaterial gewählt werden, welches nachfolgende Strukturierungsprozesse bei der Fertigung eines bestimmten Halbleiters ermöglicht.Looking at the after manufacture an insulating layer following manufacturing steps in the manufacture of a semiconductor, the elastic insulating material used sufficiently temperature resistant be so that it is not inadvertently in subsequent steps Way is changed. This applies in particular to the application of the directly surrounding layers. Besides, should an insulating material chosen what subsequent structuring processes in manufacturing of a certain semiconductor.
Als Werkstoff für derartige elastische Isoliermaterialien eignet sich insbesondere Kunststoff. Ein besonders bevorzugter Werkstoff ist Fotoimid.As a material for such elastic insulating materials plastic is particularly suitable. A particularly preferred material is photoimide.
Die Isolierschicht kann nur aus dem elastischen Isoliermaterial, also Isoliermaterial anstelle von dem ansonsten üblichen Glas aufgebaut sein. Vorteilhaft ist aber auch eine mehrschichtige Isolierschicht, welche beispielsweise aus einer unteren Oxidschicht mit Glas oder Siliziumoxid als beispielhaften Bestandteilen und einer darüber liegenden Schicht aus einem elastischen oder plastischen Isoliermaterial ausgebildet ist. Dies bietet einerseits die Vorteile bisher üblicher Isoliermaterialien aus einem spröden Material und andererseits die Vorteile eines elastischen Isoliermaterials, welches einerseits isolierende Eigenschaften hat und andererseits die von oben her einwirkenden mechanischen Belastungen abdämpft.The insulating layer can only be made from the elastic insulating material, i.e. insulating material instead of that otherwise usual Glass. However, a multilayer is also advantageous Insulating layer, which for example consists of a lower oxide layer with glass or silicon oxide as exemplary components and one above lying layer of an elastic or plastic insulating material is trained. On the one hand, this offers the advantages more common up to now Insulating materials from a brittle Material and on the other hand the advantages of an elastic insulating material, which on the one hand has insulating properties and on the other hand dampens the mechanical loads acting from above.
Mit Blick auf die Stärke der metallischen Schicht über der Isolierschicht hat sich bei ersten Versuchen eine Schichtdicke von 3 μm oder mehr als vorteilhaft erwiesen.Looking at the strength of the metallic layer over The insulating layer has a layer thickness during the first attempts of 3 μm or proven more advantageous.
Derartige Halbleiter eignen sich insbesondere für die Fertigung von Schaltern, insbesondere MOS-Schaltern (MOS: Metal Oxid Semiconductor/Metalloxid-Halbleiter), IGBT (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor/bipolarer Isolierschicht-Transistor), MCT (MCT: MOS Controlled Thyristor/MOS-gesteuerter Thyristor) usw..Such semiconductors are suitable especially for the manufacture of switches, in particular MOS switches (MOS: Metal Oxide Semiconductor / Metal Oxide Semiconductor), IGBT (IGBT: Insulated Gate Bipolar transistor / bipolar insulating layer transistor), MCT (MCT: MOS Controlled Thyristor / MOS-controlled Thyristor) etc.
Durch den Einsatz von robusteren und elastischeren oder plastischeren Isoliermaterialien in der Schichtenstruktur eines Halbleiters können die Schädigungen beim Bonden vermieden werden, so dass im Idealfall zerstörungsfreie MOS-Schalter und dergleichen hergestellt werden können.By using more robust and more elastic or plastic insulating materials in the layer structure of a semiconductor can the injuries avoided during bonding, so that ideally non-destructive MOS switches and the like can be manufactured.
Ein Ausführungsbeispiel und eine Variante dazu werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment and a variant thereof are explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Wie aus
Im Bereich einer beispielhaften MOS-Zelle sind aktive Bereiche ausgebildet, in denen verschiedene Schichten GO, GE, IS, Al übereinander auf der untersten Schicht Si aufgebracht sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine Gateoxid-Schicht GO, die auf der untersten Schicht Si aufgebracht ist. Über der Gateoxid-Schicht GO ist eine Gateelektroden-Schicht GE aufgebracht.In the area of an exemplary MOS cell active areas in which different layers of GO, GE, IS, Al on top of each other are applied to the bottom layer Si. In the illustrated embodiment it is a gate oxide layer GO, which is on the bottom layer Si is applied. about a gate electrode layer GE is applied to the gate oxide layer GO.
Die Gateoxid-Schicht GO und die Gatelektroden-Schicht GE sind nach oben und zu den Seiten hin von einer Isolierschicht IS umgeben. Die Isolierschicht IS besteht dabei aus einem Isoliermaterial, welches gegenüber den ansonsten üblichen Glasmaterialien elastischer und insbesondere mit Blick auf Ultraschallwellen robuster ist.The gate oxide layer GO and the gate electrode layer GE are insulated from the top and sides IS surrounded. The insulating layer IS consists of an insulating material which across from the otherwise usual Glass materials more elastic and especially with a view to ultrasonic waves is more robust.
Geeignete Isoliermaterialien sind mit Blick auf die erforderlichen Temperaturwechsel in nachfolgenden Herstellungsschritten ausreichend temperaturbeständig und ermöglichen zweckmäßigerweise nachfolgende Strukturierungsprozesse bei der weiteren Herstellung und Verarbeitung des Halbleiters. Besonders eignen sich somit z.B. Kunststoffe und insbesondere Fotoimid.Suitable insulation materials are with a view to the required temperature changes in subsequent Manufacturing steps sufficiently temperature-resistant and enable expediently the following Structuring processes in further manufacturing and processing of the semiconductor. Thus, e.g. Plastics and in particular Photoimide.
Die Isolierschicht IS ist nach oben und zu den Seiten hin von einer metallischen Schicht Al aus insbesondere Aluminium (Al) umgeben. Eine solche oberste metallische Schicht Al oberhalb der Isolierschicht IS erscheint mit einer Schichtdicke von 3 μm oder mehr beim Bonden von üblichen Bonddrähten aus Aluminium mit Stärken von 50–600 μm als besonders vorteilhaft. Dünnerer Schichten sind jedoch ebenfalls verwendbar.The insulating layer IS is on top and to the sides from a metallic layer Al in particular Surround aluminum (Al). Such a top metallic layer Al appears above the insulating layer IS with a layer thickness of 3 μm or more when bonding conventional ones Bond wires Aluminum with strengths of 50–600 μm as special advantageous. thinner However, layers can also be used.
Wie dies aus
Die dargestellte mehrschichtige Isolierschicht IS, OS besteht von unten her, d. h. von der Gateoxid-Schicht GO und der Gateelektroden-Schicht GE aus, aus einer ersten dünnen Oxidschicht OS. Diese Oxidschicht OS kann beispielsweise aus Glas oder Siliziumoxid ausgebildet sein und zum Beispiel eine Dicke von 100 nm aufweisen. Die Verwendung für sich bekannter Materialien ermöglicht für deren Auftragung die Verwendung für sich bekannter Herstellungsverfahren und ermöglicht die Ausnutzung von für sich bekannten Effekten und Wirkungen, die auf diesen Materialien beruhen.The multilayer insulation layer shown IS, OS exists from below, i. H. from the gate oxide layer GO and the gate electrode layer GE from a first thin oxide layer OS. This oxide layer OS can be made of glass or silicon oxide, for example be formed and for example have a thickness of 100 nm. The use for known materials for their Application the use for known manufacturing processes and allows the exploitation of known Effects and effects based on these materials.
Oberhalb der dünnen Oxidschicht OS besteht
die mehrschichtige Isolierschicht IS, OS aus einer weiteren Isolierschicht
IS, welche wie bei der ersten Ausführungsform der
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiters werden somit anstelle oder zusätzlich zu den spröden Glasmaterialien als Isoliermaterialien elastische oder plastische Materialien zum Ausbilden von Isolierschichten verwendet.In a manufacturing process of such a semiconductor are thus instead of or in addition to the brittle Glass materials as insulating materials elastic or plastic Materials used to form insulating layers.
Soweit vorstehend Richtungsangaben verwendet wurden, wurde jeweils davon ausgegangen, dass der Schichtaufbau von unten nach oben aus Sicht einer Basisschicht hin zu den oberen Schichten vorgenommen wurde und dabei die Basisschicht als von der Lage her unterste Schicht anzusehen ist. Bei der eigentlichen Herstellung des Halbleiters ist es jedoch durchaus möglich und üblich, die Schichten in anderer Lage auszurichten.So far directional information were used, it was assumed that the layer structure from bottom to top from the perspective of a base layer towards the top Layers was made and the base layer as of the The lowest layer is to be seen. During the actual production of the semiconductor, however, it is entirely possible and customary to use the layers in another Align situation.
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DE2002142325 DE10242325A1 (en) | 2002-09-12 | 2002-09-12 | Semiconductor used as a MOS switch has an insulating layer partially made from an elastic or plastically deformable insulating material |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE2002142325 DE10242325A1 (en) | 2002-09-12 | 2002-09-12 | Semiconductor used as a MOS switch has an insulating layer partially made from an elastic or plastically deformable insulating material |
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Family Applications (1)
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2002
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