DE2104672B2 - Mehrschichtige verbindungsleiterstreifen in integrierten halbleiterschaltungen - Google Patents

Mehrschichtige verbindungsleiterstreifen in integrierten halbleiterschaltungen

Info

Publication number
DE2104672B2
DE2104672B2 DE19712104672 DE2104672A DE2104672B2 DE 2104672 B2 DE2104672 B2 DE 2104672B2 DE 19712104672 DE19712104672 DE 19712104672 DE 2104672 A DE2104672 A DE 2104672A DE 2104672 B2 DE2104672 B2 DE 2104672B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
gold
strip
tantalum
connecting conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19712104672
Other languages
English (en)
Other versions
DE2104672A1 (de
DE2104672C3 (de
Inventor
Jacob; Totta Paul Anthony; Poughkeepsie N.Y. Riseman (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE2104672A1 publication Critical patent/DE2104672A1/de
Publication of DE2104672B2 publication Critical patent/DE2104672B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2104672C3 publication Critical patent/DE2104672C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53242—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a noble metal, e.g. gold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53242—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a noble metal, e.g. gold
    • H01L23/53252—Additional layers associated with noble-metal layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/023—Redistribution layers [RDL] for bonding areas
    • H01L2224/0233—Structure of the redistribution layers
    • H01L2224/02331—Multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/0401—Bonding areas specifically adapted for bump connectors, e.g. under bump metallisation [UBM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H01L2224/0502—Disposition
    • H01L2224/05024—Disposition the internal layer being disposed on a redistribution layer on the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01007—Nitrogen [N]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01019—Potassium [K]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01022—Titanium [Ti]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01024—Chromium [Cr]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01028—Nickel [Ni]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01032—Germanium [Ge]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01039—Yttrium [Y]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01046—Palladium [Pd]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01073—Tantalum [Ta]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/049—Nitrides composed of metals from groups of the periodic table
    • H01L2924/0504—14th Group
    • H01L2924/05042—Si3N4
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19043—Component type being a resistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen in integrierten Halbleiterschaltungen, die Leiterbahnstreifen aus Gold enthalten und die in mehreren durch Isolierschichten voneinander getrennten, übereinanderliegenden Ebenr.n der integrierten Halbleiterschaltung angeordnet sind.
Im Gegensatz zu konventionellen Schaltungen aus einzelnen Bauelementen sind bekanntlich die Bauelemente integrierter Schaltungen nicht mehr einzeln vorhanden und hädfig sogar ohne benachbarte Elemente nicht funktionsfähig. Integrierte Schaltungen erfüllen einerseits die Forderung nach miniaturisierten Funktionselementcn geringer Verlustleistung und hoher Zuverlässigkeit und bringen andererseits für den Hersteller von Bauelementen technische und wirtschaftliche Vorteile mit sich.
Die derzeitige Entwicklungstendenz läuft auf eine Steigerung der Miniaturisierung der Bauteile hinaus. Als monolithisch bezeichnet man integrierte HaIblciterschlangen, die auf einem einzigen Kristallplättchen untergebracht sind. Diese Kiistallplättchen besteht im allgemeinen aus Silicium.
Alle zur Schaltung gehörenden, aktiven und passiven Schaltungselemente befinden sich in oder auf dem gemeinsamer. Kristall. Sie sind durch isoliert aufgebrachte, metallische Leitbahnen untereinander verbunden und nicht einzeln abtrennbar (vgl. z. B. J. Wüstehube »Integrierte Halbleiterschaltungen« Hamburg 1966).
In bekannten monolithischen Halbleiterschallungen bestehen die Leitbahnen für die elektrische Verbindung der monolithischen Schaltungselemente und für die Anschlußflecken zur Kontaktierung der Zuleitungen aus einem dünnem Metallfilm, in der Regel aus Aluminium. Es ist auch bekannt, mehrere Leitbahnebenen, jeweils gelrennt durch eine Siliciumoxydschicht, übereinander anzuordnen, wobei auch Dünnfilmwiderstände und -kondensatoren mit eingebaut werden (vgl. J. Wüstehube, S. 16). Bei komplizierten Schaltungen sieht man, wie ebenfalls bekanntgeworden isU mitunter zusätzliche Leitbahnbrücken in Form gut leitender Widerstandsbahnen vor(vgl. J. Wüstehube, S. 42).
W'ährend die Herstellung von Leiterstreifen bei integrierten Schaltungen verhältnismäßig einfach ist, bereitet die richtige Auswahl des jeweils passenden Materials für die jeweilige Verfahrensstufe im Fabrikationsprozeß praktische Schwierigkeiten.
So muß das im. System enthaltene Metall am SiIiciumoxyd und auch am Glas der Einkapselung lest haften können. Außerdem muß das im innigen Kontakt mit dem Halbleiter stehende Metall des metallurgischen Nelzwerksystems der integrierten Schaltung mit dem Siliciumkristall legierfähig sein und einen guten onmscnen Koniaki biiacn körnen. Es darf niehl die Zuverlässigkeit der integrierten, monolithischen Schaltung durch hindringen von Oxyd beeinirächticcn und muß in seiner Funktion als Verhindunes- ScC zwischen den aktiven Bereichen der Halbleitervorrichtung und den äußeren Klcmmenanschlüs:,en ein Widerstandsminimum haben.
Es gibt nur eine sehr begrenzte Anzahl von Metallen, die eine ausreichend hohe Leitfähigkeit dafür besitzen. Zu diesen Metallen gehören Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Wolfram und Molybdän.
Von der genannten Gruppe lassen sich Aluminium, Wolfram und Molybdän für ein Einzelmetallsystem benutzen, da sich alle diese Metalle mit dem Siliciumoxvd und dem Glas verbinden lasen. Bei hohen Strumen hat jedoch das Aluminium keinen ausreichenden Widerstand gegen die Elektromigration. Der Einsatz von Wolfram und Molybdän bringt nur bei relativ dicken Streifen eine genügend hohe elektrische Leitfähigkeit. Derartige Streifen bringen aber gerade wegen ihrer zu großen Dicke Schwierigkeiten bei Mehrniveausystemen. Was die die übrigen Metalle, nämlich Silber, Kupfer und Gold betrifft, so ergeben sich auch hier Schwierigkeiten, weil man eine zusätzliche Schicht braucht, um das Leitermaterial mit den isolierenden Schichten zu verbinden.
Es sind bereits mehrere Arten zusammengesetzter metallischer Laminarstrukturen bekantgeworden. So ist zum Beispiel in der US-PS 32 90 565 ein System mit abwechselnden Schichten aus Chrom-Silbcr-Chrom und in der US-PS 32 90 570 ein System mit Molybdän und Gold beschrieben. Die Erstellung eines zusammengesetzten metallischen Streifens stellt im vorliegenden Anwendungsfallc mehr dar als ein bloßes Auswählen einer leitenden Schichteinlage aus hochleilfähigem Metall mit geeigneter Haftschicht für die Bindung der Leiterschicht mit dem Glas.
Um den verlangten technischen Erfordernissen bei der Herstellung moderner integrierte Schaltkreise zu entsprechen, muß das zusammengesetzte Leitermaterial einen hohen Widerstand gegen die Elektromir.ration haben, es darf beim Legieren keine Legierung mit höherem elektrischem Widerstand bilden und es darf keine elektrische Kopplung bilden mit der der zusammengesetzt.; Streifen einer Korrosion ausgesetzt wäre.
Die vorstehend erörterten Schwierigkeiten zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
Für einen mehrschichtigen Verbindungsleiterstrei-
fen in integrierten Halblciterschaltungen, die Leiterbahnstreifen aus Gold enthalten und die in mehreren durch Isolierschichten voneinander getrennten, übereinanderliegenden Ebenen der integrierten Halbleiterschaltung angeordnet sind, besieht danach die Erfindung darin, daß die Leiterbahnstreifen aus Gold beidseitig je e;ne Schicht aus Tartal tragen.
Aus der amerikanischen Patentschrift 32 56 588 ibt ledislich eine Ta-Au-Ta2O5 Schichtenfolge bekanntgeworden. Diese Schichtenfolge stellt aber .iur eine Zwischenstufe im Verfahren zur Herstellung eines Plinnschicht-RC-Gliedes für Mikroschaltungen dar. Es handelt sich im Falle dieser amerikanischen Palentschrift nicht um eine integrierte Halbleiterschaltung, bei der metallische Leitbahnen zur elektrischen Verbindung monolithischer Halbleiterschaltungselemente in verschiedenen Schichtniveaus des Halbleiterkörpeis vorkommen.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der sche- matischcn Zeichnungen einer bevorzugten Ausführuncsform näher erläutert.
Fig. 1 enthält eine Querschnittsdarstellung einer vorteilhaften Ausführungsform eines mehrschichtigen Verbindungs-Lcitersireifens für eine hermetisch abgeschlossene Halbleiteranordnung vom Planartyp;
Fig. 2 und 2a sind Teildarstcllungen im Querschnitt eines mehrschichtigen Verbindungsleiterstreifens;
Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung den Vergleich zwischen der Widerstandsänderung während der Wärmebehandlung bei 500 C für einen Verbindungsleiterstreifen nach der Erfindung und für andere Leiterstreifen;
Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung den Elektromigrationswiderstand von verschiedenen Gt)Id-Streifenstrukturen.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausfühningsform des mehrschichtigen Verbindungsleiterstreifens nach der Erfindung für eine Halbleiter-Unordnung dargestellt. Die Anordnung 10 enthält einen Körper 12 aus monokristalünem Halbleitermaterial, zum Beispiel Silicium, Germanium od. dgl. Der Halbleiterkörper 12 ist gewöhnlich mit einem Dotierungsmittel entweder vorn N-Typ oder vom P-Typ dotiert. Der Halbleiterkörper 12 enthält eine Zone 14 vom entgegengesetzten Störstellcntyp. Die Zone kann durch Diffusion, durch Ionenimplantation oder durch At-7^n gebildet werden. Diese Methoden sind sämtlich an sich bekannt.
In der Fig. 1 ist nur eine einzelne Zone 14 im Halbleiterkörper 12 gezeigt, obgleich es natürlich in der Praxis viele entgegengesetzt dotierte Bereiche im Halbleiterkörper 12 geben wird, welche als Widerstände, Dioden, Transistoren, usw. dienen. Außerdem kann der obere TeM des Halbleitcrkörpers 12 durch epitaktisches Niederschlagen an sich bekannter Art hergestellt sein.
Mit dem Halbleiterkörper 12 ist eine Isolierschicht 18 verbunden. Die Schicht 18 ist eine konventionelle Schicht aus thermisch gebildetem Oxyd, wenn der Halbleiterkörper 12 aus Silicium besteht. Eine Alternativschicht 18 könnte eine zusammengesetzte Schicht aus SiO1, und Si1N4 sein.
Die öffnung 20 in Jer Schicht 18 wird in der üblichen Weise im Bereich 14 nach dem photolitho- S5 graphischen Verfahren hergestellt. Ferner ist in direktem Kontakt mit der oberen Oberfläche der Zone 14 eins Ohm^cbc Kontaktschicht 24 hergestellt, die in typischer Weise aus Paladiumsilicid oder P.'atinsilicid besteht.
Der Streifen 26 kontaktiert die Zone 14 durch die Schicht 24 und dehnt sich nach außen aus und bildet ein?n Teil des leitfähigen Netzwerks der Halbleiteranordnung. Der Lciicjbücifcu 26 umfaßt cmc ümci'C-Schicht 28 aus Tantal, eine leitende Verbindungsschicht 30 aus Gold und eine untere Schicht 32 aus Tantal.
Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, kann die Halbleiteranordnung eine Vielzahl leitender Streifen 26 enthalten, die miteinander verbunden sind, um ein komplexes Stromkreisnetzweik zu bilden.
Eine geeignete Schicht 34 aus Glas, Siliciumoxid oder eine zusammengesetzte Schicht, zum Beispiel aus Siliciumdioxyd und Siliciumnitrid, liegt oberhalb der unteren Schicht des !eilenden Netzwerks aus den Streifen 26. In ähnlicher Weise liegen über der zweiten und dritten elektrisch angeschlossenen Streifenleiteischicin die isolierenden Schichten 36 und 38. Durch die obere Schicht 38 des isolierenden Materials ist eine Öffnung 40 hergestellt und un passender kicmmenkontakt zur Halbleiteranordnung gebildet. Im praktischen Gebrauch wird die Halbleiteranordnung viele derartiger Klemmen enthalten.
Nadi Fig. 1 besteht die Klemme aus einem Polster, welches von einem Lötmittel benetzbar ist und welches eine untere Schicht 42. eine Zwischenschicht 44 aus Kupfer oder Nickel und vorzugsweise eine obere Schicht 46 aus Gold enthält. Auf dem Polster ist ein Lötmittelhaufen 50 gebildet. In der Praxis ist die Vorrichtung in einer bestimmten Position plaziert, um beim Erhitzen das Lötmittclpolster zu schmelzen oder um das darunterliegende Gebiet zu chitzen, damit eine elektrische Verbindung zwischen der Verbindung und einem ueeiizneten tragenden Substrat entsteht.
Beim Herstellen der in Fig. 1 dargestellten Halbleiteranordnung muß man acht geben auf die Schaffung einer passenden dicken unteren Schicht 28 aus Tantal und insbesondere auf das untere Höhenniveau der Anordnung, so daß die Goldschicht 30 wirksam davor geschützt ist, in Kontakt mit dem Halbleitermaterial zu kommen. Gold legiert mit Silicium bei einer Temperatur von 37OC unter Bildung eines Euteklikums, welches zerstörend auf die Anordnung wirken kann.
Die Dicke der unteren Tantalschicht kann variieren. Diese Änderung hängt von der besonderen Anwendung und von den Details des Behandlungsverfahrens ab. Die untere Grenze liegt in der Größenordnung von 200 Angstrom.
Der mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen 26 kann in p.ecigneier Weise durch Niederschlagen auf die Halbleiteranordnung hergestellt sein. Eine brauchbare Niederschlagmethode ist das Sputlern, vorzugsweise mit alternativem Niederschlagen der entsprechenden Schichten aus Tantal. Gold und Tantal aus Ta- und Aii-Targets in einer Kammer der Vorrichtung.
Substrate oder Targels in der Kammer zu bewegen. Die zusammengesetzte Schicht kann alternativ auch durch Verdampfungsniethoden oder Platticrungsverfahren aufgetragen werden.
Nachdem die aus Tantal, Gold und Tantal bestehende Gesamtschicht aufgetragen ist, muß sie noch bearbeitet werden, damit die gewünschte Stromkreiskonfieuraiion entsteht. Dies läßt <;ch am besten durch
Sputtcrätzen durchführen, wobei die Schicht markiert und die Halbleiteranordnung zum Target im Sputterapparat gemacht wird. Die exponierten Bereiche werden durch Bombardierung und Auswaschen in der an sich bekannten Weise entfern!
Wegen der Schwierigkeit. Ätzmittel zu erhallen. die ausreichend selektiv in bezug auf Tantal. Gold und Glas sind, wird d;s Sputterätzcn bevorzugt.
Dann wird darüberliegend eine Schicht au·; isolierendem Material entweder durch pyroKthi'-chc Zersetzung oder durch Sputtern oder mit anderen geeigneten Methoden aufgetragen.
Wenn ein Multi-Nivcau-Leiiersystern verwendet wird, dann können Cbergangslöcher durch chemisches Atzen gebildet werden. Mit an sich bekannten Methoden wird die Ohm^chc Kontaktschicht 24 aus Platinsilicid oder aus Palladium^licid aufgetragen.
In praxi hat der Gesamtstreifen eine Dicke im Bereich von 0.5 bis 3 um. Der entstehende Streifen kann dann zuverlässig Leiterstromdichten in der Größenordnung von 5 · ΙΟ5 Α cm2 aufnehmen.
In Fig. 2 ist eine andere vorteilhafte, besondere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Die Halbleiteranordnung 60 enthält einen Körper 12 aus halbleitendem Material, in welchem eine Zone 14 hergestellt ist, deren Dotierung sich von der Dotierung im Halbleiterkörper 12 unterscheidet. Eine isolierende Schicht 18 aus amorphen, anorganischem Material, die mit einer Öffnung 20 hergestellt ist. ist mit der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers 12 verbunden. In engem Kontakt mit der oberen Oberfläche der Ζοηε"ΐ4 steht eine Ohmsche Kontaktschicht 24. die der in der Ausführung'-form nach F i g. 1 ähnlich ist
An der Schicht 18 hafte*, ein Lcitersystcm. das ein Netzwerk aus Streifen 26 enthält. Jeder Streifen 26 besitzt erfindungsgemäß eine untere Tantalschicht 28, eine Zwischenschicht 30 aus Gold und eine obere Tantalschicht 32. Eine Zuleitune 61 führt zum Streifen 26.
Die Zuleitung 61 besteht aus einer unteren Tantalschicht 63 und einer relativ dicken Goldschicht 65. die mit einem geeigneten Träger oder mit einem Substrat unter Einsatz konventioneller Verbindungsmethoden verbunden sein kann.
Die grundlegenden Unterschiede zwischen der Ausführungsform 60 nach F i g. 2 und der Ausführungsform 10 nach F i g. 1 bestehen darin, daß die Ausführungsform 60 keine Schicht aus Glas über dem Streifen 26 enthalt und auf ein einzelnes Niveau beschränkt ist.
Die Zuleitung 61 kann über dem Streifen 26 mit Glas versehen sein.
Die in F ι g. 3 der Zeichnungen niedergelegten Daten sind experimentell erhalten, um die gegenseitige Einwirkung zwischen dem Gold und den verschiedenen Typen von anhaftenden Schichten in einem Verbindungsleiierstreifen zu veranschaulichen, die Hitzebehandlungen ausgesetzt sind. Diese Kurven repräsentieren Zustände hoher Beanspruchungen.
Jede Kurve in Fig. 3 veranschaulicht die Widerstandsänderung der verschiedenen Verbindungsleiterstreifenproben nach dem Exponieren bei einer Temperatur von 500" C in einem Formiergas, das aus 900Zc Stickstoff und 10°>, Wasserstoff besteht. Die Kurve 67 bezieht sich auf eine Leiterstruktur, welche aus einer leitenden Goldschicht besteht, die sandwichartig zwischen zwei haftfähigen Titanschichten liegt und einen Zuwachs von 406 0Zo des Widerstandes in der ersten halben Stunde der Yersuchsdauer erfahren hat.
Die Kurve 62 bezieht sich auf einen Streifen, der aus Gold besteht. Die leitende Schicht ist sandwichartig zwischen Molybdänschiehten eingelegt. Sie hat keinen bedeutsamen Widerstandszuwachs sogar nach verlängerter Exposition bei hohen Temperaturen erfahren. Man würde diese Ausführungsform eis eine ίο gute Verbindungsleiterstreifenstruktur ansehen. Molybdän und Gold bilden jedoch ein galvanisches Element, wodurch die Leiterstruktur in hohem Maße der Korrosion, insbesondere in feuchter Umgebung, ausgesetzt ist.
Die Kurve 64 bezieht sich auf eine kitende Goldschicht, die mit einer untergelegten Titanschiebt und einer Platingrenzschicht kombiniert ist. Sie zeigt eine mit der Zeit bedeutsame Widerstandszunahme. Die Zunahme ist nicht so stark wie im Falle der Kurve so 67. jedoch ist sie so hoch, daß ein solcher Streifen für praktische Anwendungen bei hohen Stromstärken nicht in Frage kommt.
Die Kurve 66 bezieht sich auf einen Verbindungsleiterstreifen aus einer leitenden Goldschicht. die j5 sandwichartig zwischen zwei anhaftenden Tantalschichten liegt. Diese Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Form. Wie die Kurve 66 anzeigt, gibt es eine Widerstandszunahme mit der Exposition in der vorerwähnten geheizten Umgebung. Die Wider-3c Standszunahme gibt weder eine Einschränkung im Behandlungsverfahren der Halbleiteranordnung noch in ihrer Verwendung. Außerdem ist der Tantal-Go!d-Tantalstreifcn im Vergleich zum Molybdän-Gold-Molybdänstreifcn oder Molybdän-Gold-Streifen in hohem Maße widerstandsfähig gegen Korrosion und gegen Electromigration.
Die F i g. 4 der Zeichnungen veranschaulicht die mittlere Zeitdauer bis 7um Ausfall verschiedener mehrschichtiger VcTbindungslcitcrstrcifen durch Elek-4c trcmigration. Dargestellt sind die Daten für mehrere leitende Strcifenstnakturen unter Verwendung leitender Goldschichten. Fig. 4 »lic mittlere Ausfallzeit infolge Electromigration, wenn die Anordnung einen Strom von 4-1011AcTi5 bei einer Umgebungstemperatur von 300" C ausgesetzt is«.
Die F i g. 4 bring« die Ergebnisse einer hochbeschleunigten Zviverlässigkeilsprüfung an Streifen von 0.0076 mm Rrcitc wu! 0.254 mm länge bei eine:; Dicke von 2 um auf SiO„ in Si. Die Linien 70 und 11 jr für eine Molybdän-Gold-Strcifenslniktur bzw. Tantal-Gold-Streifcnstruktur rcigen einen relativ frühzeitigen Elcktromigrations-AusfaU für diese Leitcrstruk türen an, wobei der Tantal-Gold Streifen einen größeren Grad an Elcktromigrations-Widcrstand auf weist. Keine der Strukturen cmh.Vtcn eine oben Oberflächenschicht aus Molybdän oder Tantal uni beide waren unglasicrt.
Die Linie 74 in F ι g. 4 bezieh« sich auf eine Tn-v.al Gold-Tantal-Streifcnkonfiguration ohne eine darüber 6c liegende Schicht aus Glas. Diese Struktur ist der i Fig. 2 der Zeichnungen gezeigten ähnlich. Es sei be Tierkt. daß die obere Tantalschicht eine sehr bedeui same Zunahme des Widerstands gegen Elektromigrü tion hat. da die Zeit bis zum Ausfall im Vergleich zi: 6s Kurve 72 für Tantal und Gold materiell rugcnomme hat.
Die Kurve 76 zeigt circ <ehr ausgeprägte 7r.nahn· des Widerstands gegen Flektromigration. Sie wird e
reicht, wenn man den Streifen erfindungsgemäß mil Tantal-Gold-Tantal bedeckt und eine darüberliegende Glasschicht vorsieht.
Der Vergleich der Linien 76 und 74 zeigt, daß die Ausfallzeit im Falle der Erfindung fünfmal so groß ist unter beschleunigten Bedingungen. Eine HaIb-
leiteranordnung, die unter Bedingungen betrieben wird, bei denen die Funktionstemperatur bei 100° C liegt, wobei die Stromdichte im Streifen 5 105 A/cm2 ist, würde einer tausendfachen Verbesserung der Elektromigration oder einer Verbesserung der Zuverlässigkeit um drei Größenordnungen entsprechen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 509/214

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen in integrierten Halbleiterschaltungen, die Leiterbahnstreifen aus Gold enthalten und die in mehreren durch Isolierschichten voneinander getrennten, übereinanderliegenden Ebenen der integrierten Halbleiterschaltung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnstreifen aus Gold (30) beidseitig je eine Schicht aus Tantal (28, 32) tragen.
2. Mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine ohmsche Kontaktschicht (24) aus Palladiumsilicid oder Platinsiücid vorgesehen ist, die zwischen Verbindungsleiterstreifen und Halbleiterkörper angeordnet ist.
3. Mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich über der Schicht der Verbindungsleiterstreifen (26) eine isolierende Schicht (18) aus amorphem, anorganischem Material befindet.
4. Mehrschichtige Verbindungsieiterstreifcn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Verbindungsleiterslreifen 0,5 bis 3 um betragt.
DE19712104672 1970-02-02 1971-02-02 Mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen in integrierten Halbleiterschaltungen Expired DE2104672C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US761870A 1970-02-02 1970-02-02
US761870 1970-02-02

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2104672A1 DE2104672A1 (de) 1971-08-19
DE2104672B2 true DE2104672B2 (de) 1976-02-26
DE2104672C3 DE2104672C3 (de) 1976-10-14

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
GB1316697A (en) 1973-05-09
DE2104672A1 (de) 1971-08-19
US3617816A (en) 1971-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1514818C3 (de)
DE2101609C3 (de) Kontaktanordnung für ein Halbleiterbauelement
EP1118127B1 (de) Verfahren zum herstellen eines thermoelektrischen wandlers
DE102005054872B4 (de) Vertikales Leistungshalbleiterbauelement, Halbleiterbauteil und Verfahren zu deren Herstellung
DE1764951B1 (de) Mehrschichtige metallisierung fuer halbleiteranschluesse
EP0024572B1 (de) Elektrisch leitender Kontakt- oder Metallisierungsaufbau für Halbleitersubstrate
EP0002703B1 (de) Verfahren zum Herstellen von dünnen metallisch leitenden Streifen auf Halbleitersubstraten und damit hergestellte metallisch leitende Streifen
DE3122437A1 (de) Verfahren zum herstellen eines mos-bauelements
EP0199078A1 (de) Integrierte Halbleiterschaltung mit einer aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Kontaktleiterbahnebene und einer als Diffusionsbarriere wirkenden Tantalsilizidzwischenschicht
DE102005052563A1 (de) Halbleiterchip, Halbleiterbauteil und Verfahren zu deren Herstellung
DE10039710B4 (de) Verfahren zur Herstellung passiver Bauelemente auf einem Halbleitersubstrat
DE3637513C2 (de)
DE2457488B2 (de) Elektrische Verbindung zwischen Bauelementen aus verschiedenen Materialien, sowie Verfahren zur Herstellung
DE102005044510B4 (de) Halbleiterbauteil mit Vorderseitenmetallisierung sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Leistungsdiode
DE2117365A1 (de) Integrierte Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2040929A1 (de) Ohmsche Kontaktanordnung fuer Halbleitervorrichtungen
DE69735919T2 (de) Ein verfahren zur herstellung einer monolithischen mikrowellenschaltung mit dicken leitern
DE102006060899A1 (de) Anschlussdraht, Verfahren zur Herstellung eines solchen und Baugruppe
DE10023834B4 (de) Verfahren zur Schichtbildung und -strukturierung
DE19515591C2 (de) Anordnung zur Formierung von vertikalen Kontakten zwischen zwei Leitbahnen in mikroelektronischen Schaltungen mit mehr als zwei Metallisierungslagen
DE2104672B2 (de) Mehrschichtige verbindungsleiterstreifen in integrierten halbleiterschaltungen
DE2104672C3 (de) Mehrschichtige Verbindungsleiterstreifen in integrierten Halbleiterschaltungen
DE102004036142B4 (de) Halbleiterbauelement mit einer Metallisierung mit mehreren durch zumindest eine Barriereschicht getrennten Metallisierungsschichten sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE1965565A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE10232380B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Sensors

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee