DE3875174T2 - Verfahren zur herstellung einer verbindung zu einem kontaktstift auf einer integrierten schaltung und zugehoerige kontaktstruktur. - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer verbindung zu einem kontaktstift auf einer integrierten schaltung und zugehoerige kontaktstruktur.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden eines Kontaktes auf Kontaktflächen einer integrierten Schaltung. Sie wird vorzugsweise in dem Falle angewendet, wo dieser Kontakt mit Hilfe von Erhebungen hergestellt werden muß, die auf den Kontaktflächen ausgebildet sind.
  • Ganz allgemein werden im Bereich integrierter Schaltungen mit Halbleitern als Verbindungsschicht bzw. Verbindungsschichten solche aus Aluminium verwendet. Es handelt sich hierbei um ein Metall mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit, das leicht abzuscheiden ist, selbst auf Oberflächen mit unebenem Relief, das leicht zu ätzen und relativ kostengünstig ist. Derartige Verbindungsschichten aus Aluminium enden in Kontaktflächen, üblicherweise in Rechteckform, die am Rand des Chips der integrierten Schaltung angeordnet sind, um Verbindungsmöglichkeiten nach außen zu schaffen.
  • Es stellt sich jedoch hierbei eine Schwierigkeit ein, da das Aluminium sehr leicht oxidiert und oft metallenthaltende Komponenten bildet, die gegen andere elektrisch-leitende Materialien isolieren. Man hat daher verschiedene Techniken für die Ausbildung von Kontakten entwickelt, bei denen zunächst geeignete mehrschichtige leitende Strukturen auf den Aluminiumflächen abgeschieden werden.
  • Das Problem stellt sich besonders scharf dann, wenn man auf diesen Kontaktflächen aus Aluminium leitende Erhebungen ausbilden will, wie man sie z.B. bei der Herstellung durch das sogenannte TAB-Verfahren verwendet. Gemäß diesem Verfahren werden nach außen führende Kontaktmetallisierungen auf einem Film analog den Filmen in der Kinematographie ausgebildet, wonach Teile der Metallisierung oder Balken auf diesen Filmen anschließend gegen die Erhebungen der integrierten Schaltungen gedrückt werden, die in einem offenen Fenster in dem Film derart angeordnet ist, daß die Erhebungen sich direkt benachbart zu den äußeren Enden der Balken befinden.
  • Ein klassisches Verfahren im Stand der Technik zur Realisierung derartiger Erhebungen besteht darin, auf einer integrierten Schaltung, bei der die Öffnungen oberhalb der Aluminiumkontaktflächen angeordnet sind, gleichmäßig TiW und danach Gold aufzubringen. Schließlich wird eine Harzschicht gleichmäßig auf den Chip aufgebracht und anschließend werden Fenster an den Kontaktstellen geöffnet. Eine dicke Goldschicht (zwischen 0,02 und 0,03 mm) wird anschließend elektrolytisch abgeschieden. Schließlich wird das Harz chemisch entfernt und die Schicht von TiW + Au wird durch ionisches Ätzen an allen anderen Stellen entfernt, außer dort, wo die Erhebungen zu bilden sind.
  • Die Verfahrensschritte zum Abscheiden und zum Entfernen der Schicht aus TiW + Au sind speziell komplexe Schritte, die eine teuere Gerätschaft erfordern. Hersteller von integrierten Schaltungen mit Halbleitern, die nicht gezwungen sind, häufig Verbindungen mit Erhebungen zu verwenden, z.B. für das TAB-Verfahren, geben daher allgemein die Arbeiten zur Herstellung der Erhebungen in Unteraufträgen außer Haus, ehe sie erhebliche Investitionen in die notwendige Anschaffung tätigen. Dies bringt jedoch eine nicht unerhebliche Erhöhung der Kosten für die integrierte Schaltung mit sich.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Kontakttyp auf einer Aluminiumfläche anzugeben, der einfach hergestellt werden kann und bei dem keine komplexe Technologie im Vergleich zu üblicherweise im Bereich der Herstellung von integrierten Schaltungen mit Halbleitern verwendeten Technologien notwendig ist.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das speziell für die Herstellung von Kontakterhebungen geeignet ist.
  • Um diese Aufgaben zu lösen, besteht die Grundidee der vorliegenden Erfindung, die den Gewohnheiten im Stand der Technik entgegengesetzt ist, darin, daß in Kenntnis der Schwierigkeit, einen Kontakt mit einer Aluminiumschicht herzustellen, unter dieser Aluminiumschicht eine Schicht gebildet wird, mit der man einen guten Kontakt herstellen kann, wobei dann der Kontakt mit dieser unteren Schicht hergestellt wird, die die elektrische Verbindung mit der Aluminiumschicht sichert.
  • Demgemäß weist das Verfahren zum Bilden einer Verbindung zu einem Aluminiumkontakt einer integrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Schritte auf: Vorsehen einer elektrischen Unterschicht unter dem Aluminiumkontakt aus einem Material, das einen guten elektrischen Kontakt mit dem Aluminium sicherstellt; lokales Entfernen der Aluminiumschicht, um einen Teil der Oberfläche der Unterschicht erscheinen zu lassen; und Einrichten einer Verbindung mit der Unterschicht. Die Unterschicht kann fallgemäß eine untere Oberfläche haben, die auf der gleichen Höhe oder höher als diejenige des Kontaktes bzw. der Kontaktfläche liegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Unterschicht eine Schicht aus dotiertem polykristallinem Silicium.
  • Auf diese Weise enthält eine Kontaktfläche der integrierten Schaltung gemäß der Erfindung eine begrenzte Schicht aus polykristallinem Silicium, die zumindest teilweise mit einer Schicht aus Aluminium bedeckt ist, die Kontaktfinger als Verbindungen mit der integrierten Schaltung aufweist.
  • Weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
  • Fig. 1 eine Aufsicht auf herkömmliche Kontaktflächen einer integrierten Schaltung;
  • Fig. 2A und 2B zwei Querschnitte längs der Linie II-II in Fig. 1;
  • Fig. 3A und 3B einen Querschnitt bzw. eine Aufsicht einer Kontaktstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Fig. 3A einen Schnitt längs der Linie IIIA-IIIA in Fig. 3B ist; und
  • Fig. 4 einen Querschnitt einer Anordnung mit einem Kontaktbalken in Verbindung mit einem Kontakt gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In den einzelnen Figuren sind die Dimensionen und die Schichtdicken nicht im Maßstab gezeichnet, um die Lesbarkeit der Figuren zu vereinfachen, wie dieses üblich bei der Darstellung von Halbleiterschaltungen ist.
  • Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil einer Platte einer integrierten Schaltung mit Kontaktflächen 1 und 2 aus Aluminium. Diese Kontaktflächen aus Aluminium sind fest mit Verbindungsbändern 3 und 4 aus Aluminium verbunden, um Kontaktverbindungen an ausgewählten Plätzen der integrierten Schaltung auszubilden. Für gewisse Kontaktflächen brauchen jedoch solche Kontaktbänder nicht zu bestehen, wobei dann die Kontaktfläche dazu bestimmt ist, einen Kontakt mit dem darunterliegenden Substrat einzurichten.
  • Die Fig. 2A und 2B zeigen zwei Beispiele eines Querschnittes längs der Linie II-II in Fig. 1.
  • In Fig. 2A ist die Aluminiumschicht 1, 3 auf einem Halbleitersubstrat 10 unter Zwischenschalten einer Isolierschicht 11 aufgebracht, üblicherweise einer dicken Schicht aus Siliciumoxid (mit einer Dicke von mehr als einem Mikrometer), die in der Technik auch Feldoxidschicht genannt wird. Anschließend wird bei den meisten Ausführungen einer integrierten Schaltung eine dicke Schicht (mehrere Mikrometer) eines isolierenden Materials 12, z.B. Silicium mit Phosphor dotiert, auf der Anordnung der integrierten Schaltung abgeschieden, dann werden Fenster über der Kontaktfläche 1 geöffnet. Im Inneren dieser Fenster werden die Kontakte der integrierten Schaltung nach außen eingerichtet.
  • Die Fig. 2B zeigt ein anderes Beispiel der Struktur in Fig. 1 im Querschnitt. Der Unterschied zwischen den Fig. 2B und 2A ist, daß in Fig. 2B eine leitende Schicht aus polykristallinem Silicium unter den Aluminiumschichten vorhanden ist. Eine solche Konfiguration kommt häufig aus Gründen, die hier nicht näher erläutert werden, in verschiedenen Technologien bei der Herstellung von integrierten Schaltungen vor. Selbst wenn beim Stand der Technik eine solche Schicht aus polykristallinem Silicium unter den Zonen der Kontaktflächen aus Aluminium vorhanden ist, werden dennoch die Kontakte über eine Metallisierung der Kontaktfläche mit Aluminium hergestellt wie in dem Fall, wo eine solche darunterliegende Schicht nicht vorhanden ist.
  • Die Fig. 3A und 3B zeigen jeweils ein Beispiel einer Kontaktstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie die Fig. 3A zeigt, weist diese Kontaktstruktur üblicherweise eine leitende Schicht 20 aus polykristallinem Silicium, d.h. eine stark dotierte Schicht, unter einer Aluminiumschicht 21 auf. Diese Schicht 20 aus polykristallinem Silicium liegt auf einem Substrat 22, das selbst ein Siliciumsubstrat sein kann, wenn man eine Verbindung mit diesem einrichten will, oder eine Isolierschicht, z.B. eine dicke Isolierschicht aus SiO&sub2;, die auf einem Siliciumplättchen abgeschieden ist.
  • Schließlich kann der Kontakt gemäß der vorliegenden Erfindung durch jedes bekannte Mittel angeschlossen werden, um eine Verbindung mit dem polykristallinen Silicium einzurichten, wobei diese Verbindung wesentlich einfacher zu realisieren ist als eine mit dem Aluminium. In Fig. 3A ist ferner eine obere Passivierungsschicht 23 gezeigt, die an den Stellen geöffnet ist, wo man den Kontakt einzurichten wünscht.
  • Die Fig. 3B ist eine Aufsicht zur besseren Darstellung der Begrenzung der verschiedenen Schichten. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet die Grenze der oberen Passivierungsschicht, die gestrichelte Linie 24 zeigt die äußere Grenze der Aluminiumschicht 21, die in dem vorliegenden Beispiel sich ein wenig über die Passivierungsschicht 23 hinauserstreckt und durch ein Verbindungsband 25 verlängert ist. Darüber hinaus ist bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3B die Aluminiumschicht 21 nicht vollständig im Inneren der durch die Maske 23 definierten Kontur geätzt, sondern man beläßt eine zentrale Aluminiumzone 26, wobei nur eine schraffierte Partie 27 der polykristallinen Siliciumschicht 20 sichtbar verbleibt. Dieser interne Aluminiumbereich 26 ist dazu bestimmt, die Kontaktoberfläche zwischen dem polykristallinem Silicium und dem Aluminium zu vergrößern, um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß das dotierte polykristalline Silicium kein so guter Leiter wie Aluminium ist. Anschließend kann zur Herstellung eines Kontaktes auf dem dotierten polykristallinen Silicium jedes bekannte Verfahren verwendet werden.
  • Die Fig. 4 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel für den Fall, wenn man Erhebungen und ein Herstellungsverfahren nach TAB-Art realisieren will.
  • Fig. 4 zeigt eine besonders einfache Verbindung mit einer Kontaktfläche gemäß der vorliegenden Erfindung. Auf einer wie in Fig. 3A dargestellten und in Fig. 4 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten Struktur bringt man einen leitenden Klebertropfen 30 auf. Dies ermöglicht z.B. die Ausbildung einer Verbindung mit einem Balken 31 an der Grenze auf einem Filmträger 32 bei einem TAB-Verfahren. Darüber hinaus sichert der Kleber auch die Verbindung mit dem Balken. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Montageart ist, daß selbst dann wenn die Balken 31 nicht in der gleichen horizontalen Ebene liegen, eine leichtes Eindringen in den Kleber 30 möglich ist, wenn man bei einer Temperatur und einem Zustand arbeitet, bei denen der Kleber noch viskos ist. Als leitenden Kleber 30 kann man ein Produkt verwenden, in dem der Träger, z.B. Silikon, Epoxyharz, Polyimid oder Glas ist, und bei dem das leitende Element aus Silber, Gold, Palladium oder dgl. ist.
  • Man bemerkt, daß die speziell einfache Verwendung eines Klebertropfens nicht möglich wäre mit einer offenen Kontaktfläche aus Aluminium, da die Grenzschicht zwischen Leiter und Aluminium sehr hochohmig ist.
  • Eine Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung, z.B. gemäß Fig. 4, bewährt sich insbesondere bei integrierten Schaltungen, die nur eine geringe Anzahl von Anschlüssen aufweisen, z.B. bei integrierten Schaltungen, die in Speicherkarten, z.B. Bankkarten, Telefonkarten etc. verwendet werden, d.h. Karten, die üblicherweise in der Umfangssprache "Chipkarten" genannt werden.
  • Das spezielle Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist nur ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und es kann jedes bekannte Verbindungsverfahren auf dem polykristallinen Silicium verwendet werden, z.B. ein Legieren. Ganz allgemein erstreckt sich die Erfindung auf die Herstellung einer Kontaktfläche, die unter einer Aluminiumschicht eine leitende Unterschicht aufweist, mit der der eigentliche Kontakt hergestellt wird. Diese Unterschicht kann z.B. aus Nickel, Kupfer, Glasleiter etc. bestehen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zu einem Aluminiumkontakt einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:
- Vorsehen einer leitenden Unterschicht unter dem Aluminiumkontakt (21, 26) aus einem Material (20), das einen guten elektrischen Kontakt mit dem Aluminium sicherstellt,
- lokales Entfernen der Aluminiumschicht, um einen Teil (27) der Oberfläche der Unterschicht erscheinen zu lassen, und
- Einrichten einer Verbindung mit der Unterschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht eine Unterschicht aus polykristallinem dotierten Silizium ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit der offenen Oberfläche der Unterschicht aus polykristallinem Silizium mit Hilfe eines Tropfens eines leitenden Leimes (30) hergestellt wird.
4. Kontakt für eine integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß er eine begrenzte Schicht eines Materials aufweist, das einen guten elektrischen Kontakt mit Aluminium sicherstellt und das zumindest mit einer Aluminiumschicht (21, 26) bedeckt ist, wobei die Aluminiumschicht Verlängerungen (25) aufweist, die Verbindungen mit der integrierten Schaltung herstellen.
5. Kontakt für eine integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Aluminiumschicht, die auf dem Material gebildet ist, eine im wesentlichen zentrale erweiterte Zone (26) aufweist, die in Richtung einer Verbindung (25) verlängert ist.
6. Kontakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material polykristallines dotiertes Silizium ist.
7. Kontakt nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Tropfen eines leitenden Leimes (30) bedeckt ist.
8. Kontakt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leimtropfen (30) eine elektrische und mechanische Verbindung mit einem externen elektrischen Leiter (31) bildet.
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