DE3542654C2 - Halbleiterchip und Verfahren zum Herstellen einer Kantensiegelung in einem Halbleiterchip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterchip mit in ei­ nem eine ebene Oberfläche aufweisenden Halbleiterkörper gebildeter integrierter Schaltung und mit einer ersten, geschlossenen, die integrierte Schaltung enthaltene IC-Zone der ebenen Oberfläche umschließenden Metallschicht auf der Oberfläche, einer auf der ersten Metallschicht liegenden zweiten Metallschicht, wobei sich die erste und zweite Metallschicht im wesentlichen decken sowie sich auf im wesentlichen ihrer gesamten Länge elek­ trisch kontaktieren. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Kantensiegelung zum Einfangen be­ weglicher Ionen in einem einen eine integrierte Schal­ tung enthaltenden Halbleiterkörper aufweisenden Halb­ leiterchip, wobei der Halbleiterkörper eine eine ge­ schlossene IC-Zone enthaltende Oberfläche besitzt.

Der Begriff "Halbleiterchip" umfaßt im vorliegenden Zu­ sammenhang Formen von einem Plättchen bis zu einem Wür­ fel. Die den die integrierte Schaltung enthaltenden Be­ reich einschließende Metallschicht wird als "Kanten­ siegelung" bezeichnet und dient insbesondere dazu, das Eindringen von Ionen in den die integrierte Schaltung enthaltenden Bereich des Substrats bzw. Halbleiter­ körpers zu verhindern.

Moderne Integrierte Schaltungen enthaltende Halbleiter­ chips sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen durch Ionen, welche durch den Rand des Substrats eindringen und in das Innere des Chips wandern. Diese Ionen wirken mit den integrierten Schaltungen zusammen und können einen nachteiligen Einfluß auf Funktion und Leistung der Schaltungen ausüben. Das Eindringen und Wandern von Ionen tritt bei Betrieb des Bauelements wegen der von dessen aktiven integrierten Komponenten ausgehenden elektrischen Felder verstärkt auf. Ein übliches Mittel zum Vermindern der Ionenbeweglichkeit im Substrat bzw. in das Substrat hinein ist die vorgenannte Kantensiege­ lung.

Eine Kantensiegelung enthält typisch eine im Substrat gebildete hochdotierte Zone, die sich vollständig um die Peripherie des Halbleiterchips herumerstreckt und dabei dessen die integrierten Schaltungen enthaltenden Bereich einschließt. Auf der hochdotierten Zone - und in Kontakt mit dieser - wird dann eine Metallschicht gebildet. Diese zweiteilige Kantensiegelung fängt bei angelegtem positiven Potential bewegliche Ionen wirksam ein und verhindert dadurch das Wandern der Ionen in die aktiven Bereiche der integrierten Schaltung.

In der neueren Praxis wird der Metallbereich der zwei­ teiligen Kantensiegelung als elektrischer Leiter zum Verteilen von Leistung in verschiedene Bereiche der in­ tegrierten Schaltungen verwendet. Dies ist besonders attraktiv, wenn die auf diese Weise anzuschließenden Schaltungselemente in einem Bereich relativ nahe am Um­ fang des Halbleiterchips angeordnet sind. In großinte­ grierten Schaltungen (LSI) werden die Ein­ gangs/Ausgangs-Vorrichtungen im allgemeinen sehr bequem in diesem Umfangsbereich vorgesehen. Die Ausgangsan­ schlüsse müssen im allgemeinen beträchtliche Leistungen zum Betrieb äußerer Schaltkreise aushalten bzw. tragen können. Mit zunehmender Ausgangsleistung entwickelt sich also die Leitungskapazität des Metallteils der zweiteiligen Kantensiegelung immer mehr zu einem Be­ grenzungsfaktor.

Da der Metallbereich der zweiteiligen Kantensiegelung zugleich mit den anderen metallisierten Leitern des Bauelements hergestellt wird, ist seine Dicke notwendig auf die Dicke dieser anderen Leiter beschränkt. Um die Strom-Tragfähigkeit der Kantensiegelung zu erhöhen, wird die Breite von deren Metallteil im allgemeinen vergrößert. Das setzt jedoch entweder eine Vergrößerung des Chips voraus, oder der für die integrierten Schalt­ kreise verbleibende Raum wird verkleinert. Beide Ergeb­ nisse sind unerwünscht.

Zum Schutz der inneren Verdrahtung bzw. der Verbin­ dungsleitungen eines integrierten Halbleiterchips gegen das Eindringen von Feuchtigkeit wird gemäß der GB 2 128 025 A vorgesehen, den die integrierte Schal­ tung enthaltenden Bereich der Oberfläche eines Halblei­ terchips mit einer Umrandung von zwei übereinander­ liegenden und sich im wesentlichen deckenden sowie elektrisch kontaktierenden Metallschichten ganz zu um­ geben. Der als Feuchtigkeitsschutz dienende, doppella­ gige Metallrahmen kann zum Teil in die Oberfläche des Halbleiterchips hineinragen. Dazu muß jedoch vor dem Aufbringen der Metallisierung eine Nut gegraben werden.

Nach der Offenbarung von US-PS 42 19 827 wird eine in­ tegrierte Schaltung mit einem Metallrahmen vorgesehen, mit dessen Hilfe parasitäre Effekte vermindert oder verhindert werden können, wobei der Metallrahmen selbst einen elektrischen Anschluß darstellt und leitende Ver­ bindungen zu Anschlußfeldern im Bereich der von ihm umgebenen integrierten Schaltung besitzt. Diese eigent­ lich für die Kantensiegelung vorgesehenen Metallrahmen dienen also zugleich als elektrische Leiter zum Vertei­ len von Leistung. In dieser bei der ursprünglichen Kon­ zeption einer Kantensiegelung nicht vorgesehenen Funk­ tion kann der Leiterquerschnitt zu klein sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine in­ tegrierte Schaltung auf einem Halbleiterchip rahmenför­ mig umgebende Kantensiegelung zu schaffen, die in die Oberfläche des Halbleiterchips zum Teil hineinragt und deren Metallbereich eine relativ größere Strombelast­ barkeit als bekannte Kantensiegelungen besitzt. Bei ge­ genüber dem Stand der Technik vereinfachter Herstellung soll ohne störende Vergrößerung des Flächenbedarfs des leitenden Teils der Kantensiegelung und demgemäß ohne relative Veränderung der Fläche des Gesamtchips bzw. des für die integrierte Schaltung zur Verfügung stehen­ den Raums die Strombelastbarkeit der Kantensiegelung so weit vergrößert werden, daß die Bauelementleistung durch diesen Parameter nicht beschränkt wird.

Diese Aufgabe wird für den Halbleiterchip eingangs ge­ nannter Art dadurch gelöst, daß die erste Metallschicht mit wenigstens einem Bereich der integrierten Schaltung elektrisch verbunden ist, daß ausgehend von der ebenen Oberfläche eine hochdotierte Zone sich in den Halblei­ terkörper hinein erstreckt und daß die hochdotierte Zo­ ne die geschlossene IC-Zone der ebenen Oberfläche vollständig umgibt und ohmsch mit der ersten Metall­ schicht kontaktiert ist. Für das Verfahren wird die Lö­ sung im Anspruch 5 angegeben. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Un­ teransprüchen angegeben.

Wenn die beiden Metallschichten im wesentlichen deckungsgleich sind und etwa die gleiche Schichtdicke besitzen, wird erfindungsgemäß die Strombelastbarkeit der Kantensiegelung gegenüber dem Stand der Technik verdoppelt. Letztlich entsteht also erfindungsgemäß aus der bekannten zweiteiligen Kantensiegelung eine dreiteilige Kantensiegelung, deren zweite Metallschicht im allgemeinen ohne zusätzliche Herstellungsschritte, sondern im Zuge des Bildens von Anschlußleitungen eines zweiten Niveaus im Bereich der integrierten Schaltung aufzubauen ist.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines Halbleiterchips; und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 1 und 2 wird ein Halbleiterchip 10 mit einem Halbleiterkörper 12 dargestellt. Der Chip besitzt eine Außenkante 14, die der im allgemeinen im Zuge der Herstellung vorgesehenen Ritzlinie entspricht. Beim Herstellen des Chips 10 wird die jeweilige Halbleiterscheibe mit einem Diamanten oder Laserstrahl geritzt und begrenzt. Anschließend wird das Scheibchen gebogen und gebrochen und dadurch längs der Ritzlinien in die einzelnen Chips 10 mit Kanten 14 geteilt. Dieses Ritzen und Brechen ist dem Fachmann bekannt, so daß eine besondere Erläuterung entfallen kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Außenränder 14 des Halbleiterkörpers 12 typisch aus rohem Silizium bestehen und keine Schutzansicht aufweisen.

Der Halbleiterchip 10 besitzt eine im Halbleiterkörper 12 gebildete und durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 und 2 angedeutete IC-Zone 16, die sich ausgehend von einer ebenen Oberfläche 18 nach unten erstreckt. Diese Zone 16 enthält im allgemeinen eine Vielzahl von Bauelementen, die die integrierte Schaltung bilden, Anschlußfelder zum Befestigen von Gehäuseleitern und metallisierte Leiter zum elektrischen Verbinden bestimmter Punkte der integrierten Schaltung mit den Anschlußfeldern. Diese nicht dargestellten Bauelemente, Anschlußfelder und Leiter liegen vollständig innerhalb der Zone 16. Auf die ebene Oberfläche 18 wird eine Gateoxidschicht 20 aufgebracht, die das Dielektrikum unter den Gates der in der IC-Zone 16 befindlichen MOS-Transistoren bildet. Die Gateoxidschicht 20 erstreckt sich in allen Richtungen nach außen über die äußere Peripherie 22 der Zone 16 hinweg. Auf die Gateoxidschicht 20 wird eine Feldoxidschicht 24 aufgebracht, die in bekannter Weise eine elektrische Isolierschicht über den in der Zone 16 enthaltenen Bauelementen bildet. Auch die Feldoxidschicht 24 erstreckt sich über die äußere Peripherie 22 der IC-Zone 16 in alle Richtungen hinweg, sie endet jedoch kurz vor der Kante 26 der Gateoxidschicht 20, etwa in der in Fig. 2 dargestellten Weise.

In dem Halbleiterkörper 12 wird eine hochdotierte Zone 30, vorzugsweise mit N-Leitung gebildet, die sich von der ebenen Oberfläche 18 aus in den Halbleiterkörper 12 hineinerstreckt. Die hochdotierte Zone 30 schließt die die integrierte Schaltung enthaltende IC-Zone 16, wie das am besten aus Fig. 1 hervorgeht, vollständig ein, wird aber, vgl. Fig. 2, umlaufend auf Abstand von der Zone 16 bzw. deren Peripherie 22 gehalten. Auf der hochdotierten Zone 30 wird eine erste Metallschicht 32, unmittelbar in Kontakt mit der Zone 30 gebildet. Die erste Metallschicht 32 umgibt die IC-Zone 16 vollständig und befindet sich auf ihrer ganzen Länge in ohmschem Kontakt mit der hochdotierten Zone 30. Ein äußerer Randstreifen 34 der hochdotierten Zone 30, der nicht von der ersten Metallschicht 32 bedeckt wird, tritt nach Fig. 2 umlaufend freigelegt zu Tage. Die erste Metallschicht 32 wird zugleich mit den nicht dargestellten metallischen Leitern des ersten Niveaus, welche Teile der integrierten Schaltung sowie Anschlußfelder innerhalb der Zone 16 miteinander verbinden, hergestellt. Diese Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden. Nach Fig. 2 erstreckt sich die erste Metallschicht 32 über den Rand 40 der Gateoxidschicht 20 in bekannter Weise in Richtung auf die Peripherie 22 der IC-Zone 16 hinweg.

Beim üblichen Herstellen des Halbleiterchips 10 wird auf der ganzen Zone 16 ein Oxidniveau als Isolierschicht 48 zwischen Leiterniveau aus Metall gebildet. Dieses Zwischenmetall- Oxidniveau erstreckt sich nach außen über den Rand der IC-Zone 16 hinweg. Jedoch endet die Isolierschicht 48 kurz vor der Kante 50 der ersten Metallschicht 32, sie wird also anders als bei bekannten Halbleiterchips der gattungsgemäßen Art nicht über die erste Metallschicht 32 hinweg verlängert.

Auf und in elektrischem Kontakt mit der ersten Metallschicht 32 wird eine zweite Metallschicht 42 gebildet. Die zweite Metallschicht 42 erstreckt sich über die erste Metallschicht 32 mit einem schmalen Randstreifen 44 nach innen, d. h. in Richtung auf den Außenrand der Feldoxidschicht 24 und stößt an die Isolierschicht 48 an. Im übrigen ist die zweite Metallschicht 42 aber im wesentlichen deckungsgleich mit der ersten Metallschicht 32, d. h. daß die Außenkanten 46 der beiden Metallschichten 32, 42 im wesentlichen vertikal übereinander liegen. Die zweite Metallschicht 42 wird zugleich mit den nicht dargestellten metallischen Leitern des zweiten Niveaus hergestellt, welche Teile der integrierten Schaltung und die Anschlußfelder innerhalb der IC-Zone 16 miteinander verbinden. Ebenso wie die metallischen Leiter des ersten Niveaus werden die metallischen Leiter des zweiten Niveaus in einer dem Fachmann bekannten Weise hergestellt.

Nach Fig. 1 wird ein Anschlußfeld 52 auf der Oberfläche 18 innerhalb der Zone 16 vorgesehen und durch einen metallischen Leiter 54 elektrisch mit der ersten und zweiten Metallschicht 32 bzw. 42 verbunden. Zusätzlich werden die ersten und zweiten Metallschichten 32 bzw. 42 elektrisch über einen anderen metallischen Leiter 58 mit einem Leiter 56 des ersten Niveaus verbunden. Das Anschlußfeld 52 und die metallischen Leiter 54 und 58 werden zugleich mit den ersten und zweiten Metallschichten 32 und 42 in einer dem Fachmann bekannten Art hergestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kontaktiert der Leiter 58 zwar einen Leiter 56 des ersten Niveaus, ebenso könnte aber auch ein Leiter des zweiten Niveaus (nicht dargestellt) kontaktiert werden. Der Zweck des Leiters 58 besteht darin, die ersten und zweiten Metallschichten 32 bzw. 42 mit verschiedenen Teilen der integrierten Schaltung zu verbinden, die an Spannung angeschlossen werden müssen bzw. einen Leistungsanschluß benötigen.

Bei Betrieb des Halbleiterchips wird in üblicher Weise eine äußere Spannungsquelle auf das Anschlußfeld 52 geschaltet. Die entsprechende Leistung wird über den Leiter 54 sowie über die gesamte Länge der ersten und zweiten Metallschicht 32, 42, die wiederum mehrere Bereiche der integrierten Schaltung über Leiter 58 mit Spannung versorgen, geleitet.

Die hochdotierte Zone 30, die erste Metallschicht 32 und die zweite Metallschicht 42 bilden eine dreiteilige Randsiegelung des Halbleiterchips 10. Ersichtlich fängt diese dreiteilige Randsiegelung negative Ionen 60 ein, die durch die Außenkante 14 in den Halbleiterkörper 12 eindringen. Die Wirkungsweise der dreiteiligen Randsiegelung ist ähnlich wie diejenige der bekannten zweiteiligen Randsiegelung.

Ein sehr wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen dreiteiligen Randsiegelung besteht darin, daß die beiden Metallschichten 32 und 42 eine annähernd doppelt so große Strombelastbarkeit wie die zweiteilige Randsiegelung besitzen, so daß bei Anwendung der Erfindung zusätzliche Forderungen bezüglich Stromversorgung bzw. Leistungsaufnahme oder -abgabe an Eingängen oder Ausgängen der IC-Zone 16 erfüllt werden können. Weiterhin kann die dreiteilige Randsiegelung im wesentlichen mit demselben Platzbedarf auf dem Halbleiterchip wie eine zweiteilige Randsiegelung hergestellt werden, so daß die ursprünglichen räumlichen Dimensionen des Chips unverändert bleiben können. Schließlich sind zum Herstellen der dreiteiligen Randsiegelung keine Änderungen gegenüber der Standardfabrikation bei doppelt metallisierten Bauelementen erforderlich.

Die vorstehende Erläuterung dient nicht dazu, alle Verfahrensschritte zum Herstellen von integrierten Halbleiterchips insbesondere solchen großen Ausmaßes zu beschreiben. Diese Verfahrensschritte sind bekannt, stehen aber in keiner relevanten Beziehung zu einer dreiteiligen Randsiegelung. In den Zeichnungen und ihrer Erläuterung werden nur die Merkmale beschrieben, die direkt mit der Erfindung zusammenhängen.

Claims (8)

1. Halbleiterchip (10) mit in einem eine ebene Oberflä­ che (18) aufweisenden Halbleiterkörper (12) gebilde­ ter integrierter Schaltung und mit einer ersten, ge­ schlossenen, die integrierte Schaltung enthaltende IC-Zone (16) der ebenen Oberfläche (18) umschließen­ den Metallschicht (32) auf der Oberfläche, einer auf der ersten Metallschicht (32) liegenden zweiten Me­ tallschicht (42), wobei sich die erste und zweite Metallschicht im wesentlichen decken sowie sich auf im wesentlichen ihrer gesamten Länge elektrisch kon­ taktieren, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Me­ tallschicht (32) mit wenigstens einem Bereich der integrierten Schaltung elektrisch verbunden ist, daß ausgehend von der ebenen Oberfläche (18) eine hochdo­ tierte Zone (30) sich in den Halbleiterkörper (12) hinein erstreckt und daß die hochdotierte Zone (30) die geschlossene IC-Zone (16) der ebenen Oberfläche (18) vollständig umgibt und ohmsch mit der ersten Me­ tallschicht (32) kontaktiert ist.

2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Metallschicht (32) einen Teil der hochdotierten Zone (30) im wesentlichen auf deren ge­ samter Länge bedeckt.

3. Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens ein mit der ersten oder zweiten Me­ tallschicht (32, 42) elektrisch verbundenes Anschluß­ feld (52).

4. Halbleiterchip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Anschlußfeld (52) auf der ebenen Ober­ fläche (18) des Halbleiterkörpers (12) liegt und Teil der ersten oder zweiten Metallschicht (32, 42) ist.

5. Verfahren zum Herstellen einer Kantensiegelung zum Einfangen beweglicher Ionen in einem einen eine in­ tegrierte Schaltung enthaltenden Halbleiterkörper (12) aufweisenden Halbleiterchip (10), wobei der Halbleiterkörper (12) eine eine geschlossene IC-Zone (16) enthaltende Oberfläche (18) besitzt, gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:

• - Bilden einer sich von der Oberfläche (18) aus in den Halbleiterkörper (12) hinein erstreckenden und die IC-Zone (16) mit Abstand vollständig um­ gebenden, hochdotierten Zone (30) in dem Halb­ leiterkörper (12);
• - Herstellen einer sich nach außen über die äußere Peripherie (22) der IC-Zone (16) hinweg er­ streckenden elektrischen Isolierschicht (20) auf der Oberfläche (18) des Halbleiterkörpers (12);
• - Bilden einer die IC-Zone (16) vollständig umge­ benden ersten Metallschicht (32) auf der Ober­ fläche (18) in ohmschen Kontakt mit einem Teil der hochdotierten Zone (30) und Kontaktieren der ersten Metallschicht (32) mit der integrierten Schaltung;
• - Bilden einer zweiten Metallschicht (42) im we­ sentlichen nur auf und in Berührung sowie in elektrischem Kontakt mit der ersten Metall­ schicht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen der ersten Metallschicht (32) zu gleich mit dem Bilden der Teile der integrierten Schaltung miteinander verbindenden metallischen Lei­ ter eines ersten Niveaus erfolgt und daß die zweite Metallschicht (42) zugleich mit dem Herstellen von andere Teile der integrierten Schaltung verbindenden metallischen Leitern eines zweiten Niveaus gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Metallschicht (32) sich von der hochdotierten Zone (30) über den Rand (40) der Isolierschicht (20) erstreckend mit ohmschen Kontakt im wesentlichen auf ganzer Länge zur hochdotierten Zone (30) gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein innerhalb der IC-Zone (16) vorgesehenes Anschlußfeld (52) elektrisch mit einer der Metallschichten (32, 42) verbunden wird.