EP1103031A1 - Halbleiterbauelement mit passivierung - Google Patents
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Definitions
- Passivation double layer e.g. B. again an oxide, deposited somewhat thicker.
- the latter layer 8 is removed somewhat, e.g. can be done by means of CMP (chemical mechanical polishing). Alternatively or in addition, an etching process can be used. This results in a very flat surface of this layer 8.
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Abstract
Bauelement mit einer Passivierung aus mindestens zwei Passivierungsdoppelschichten, von denen die oberste auf einer ebenen Oberfläche der darunter befindlichen Schicht aufgebracht ist. Die Passivierungsdoppelschichten bestehen aus zwei Schichten unterschiedlicher dielektrischer Materialien, z.B. Siliziumoxid und Siliziumnitrid. Die jeweiligen Dicken der einzelnen Passivierungsschichten können den Abmessungen der Strukturierung der Schicht, auf die die Passivierung aufgebracht ist, angepasst sein. Man erhält so eine zuverlässige Passivierung, die besonders für kapazitiv messende Fingerabdrucksensoren geeignet ist.
Description
Beschreibung
Halbleiterbauelement mit Passivierung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das auf einer Oberseite mit einer widerstandsfähigen ebenen Passivierung versehen ist, wie sie insbesondere als Deckschicht gleichbleibender Dicke mit ebener Auflagefläche für kapazitiv messende Fingerabdrucksensoren geeignet ist.
Wenn eine Oberfläche eines Halbleiterbauelementes der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt und wie im Fall eines Fingerabdrucksensors einem mechanischen Abrieb ausgesetzt ist, ist es erforderlich, diese Oberfläche so zu passivieren, daß die Funktionsfähigkeit des Bauelementes erhalten bleibt. Kritisch ist eine solche Passivierung insbesondere bei kapazitiv messenden mikromechanischen Bauelementen, bei denen eine dem Verschleiß ausgesetzte äußere Oberseite einen konstanten /Abstand zu in dem Bauelement integrierten Leiterflächen bewah- ren muß. Besonders bei Fingerabdrucksensoren, bei denen diese äußere Oberseite die Auflagefläche für eine Fingerspitze bildet, kommt es darauf an, daß diese Auflagefläche völlig eben ist und auch bei längerer Beanspruchung einen festen ZAbstand der aufgelegten Fingerspitze zu den für die Messung vorgese- henen Leiterflächen garantiert. Bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente, z. B. im Materialsystem von Silizium, sind Siliziumoxidschichten und Siliziumnitridschichten übliche Passivierungen. Die Oberseite der Halbleiterbauelemente ist üblicherweise mit 7Anschlußkontakten und Leiterbah- nen für die elektrische Verdrahtung versehen. Es können verschiedene Metallisierungsebenen vorhanden sein, die jeweils aus strukturierten Metallschichten bestehen und voneinander durch dielektrisches Material (Zwischenoxide) getrennt sind. Auf die Oberseite der obersten Metallisierungsebene wird üb- licherweise eine Oxidschicht aufgebracht, die z. B. aus einem Plasma mittels CVD (chemical vapor deposition) aus einer SiH4/N20-Atmosphäre bei ca. 400 °C typischerweise etwa 300 nm
dick abgeschieden wird. Es kann darauf eine weitere Passivie- rungsschicht aus Siliziumnitrid (Si3N4) aus einem Plasma mittels CVD unter einer SiH4/NH3/N2-Atmosphäre ebenfalls bei etwa 400 °C in einer typischen Dicke von 550 nm abgeschieden wer- den. Da die Metallisierungsebene strukturiert ist, erhält die ganzflächig abgeschiedene Passivierung keine ebene Oberseite, sondern ist an den Flanken der Metallisierung uneben.
Speziell bei Fingerabdrucksensoren hat sich gezeigt, daß eine Eindiffusion von Natrium, hervorgerufen durch die Berührung der Sensoren, auftreten kann. Das kann daran liegen, daß die Passivierung Defekte aufweist, die über das Auftreten von sogenannten Pinholes zur Degradation führen. Zum anderen weisen selbst weitgehend konform abgeschiedene Schichten in den Ek- ken zwischen senkrechten Flanken und den zur Schichtebene parallelen Oberflächen Wachstumsfugen auf, die durch erhöhte Ätzraten in Erscheinung treten und an denen die Barrierewirkung der Passivierung deutlich geschwächt sein kann. Die Barrierewirkung kann nicht durch Aufbringen dickerer Schichten ausreichend verbessert werden, da die Empfindlichkeit kapazitiv messender Bauelemente durch die erhöhte Dicke der Passi- vierungsschicht zu stark abnimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbau- element anzugeben, das so passiviert ist, daß die Oberseite eben ist und einen konstanten /Abstand zu einer integrierten Metallisierungsschicht beibehält .
Diese Aufgabe wird mit dem Bauelement mit den Merkmalen des /Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement ist eine mehrlagige Passivierung vorhanden, die aus mindestens zwei Passi- vierungsdoppelschichten besteht und deren oberste Passivie- rungsdoppelschicht auf einer ebenen Oberfläche der darunter befindlichen Passivierungsdoppelschicht aufgebracht ist. Die
Passivierungsdoppelschichten können jeweils durch eine Passi- vierungsschicht aus einem Oxid, vorzugsweise Siliziumoxid, und eine Passivierungsschicht aus einem Nitrid, vorzugsweise Siliziumnitrid, gebildet sein. Bereits mit zwei solchen Pas- sivierungsdoppelschichten erreicht man eine unerwartet erhebliche Verbesserung der Passivierungseigenschaften der Passivierung. Es können aber auch mehr als zwei Passivierungsdoppelschichten vorhanden sein. Die Passivierungsdoppelschichten sind aus zwei Schichten unterschiedlicher dielektrischer Ma- terialien zusammengesetzt, wobei verschiedene Passivierungsdoppelschichten aus unterschiedlichen Paaren von Materialien bestehen können. Die jeweiligen Dicken der einzelnen Passivierungsschichten können den jeweiligen Abmessungen des Bauelementes, insbesondere den Abmessungen der Strukturierung der Schicht, auf die die Passivierung aufgebracht ist, angepaßt sein.
Es folgt eine;* genauere Beschreibung des erfindungsgemäßen Bauelementes anhand der Figuren 1 und 2, die im Querschnitt Zwischenprodukte der Herstellung eines typischen derartigen Bauelementes zeigen. In Figur 1 sind im Querschnitt dargestellt ein Halbleiterkörper 1, der z. B. ein Substrat mit darauf aufgewachsenen Halbleiterschichten sein kann; eine Dielektrikumschicht 2 als Zwischenmetalloxid oder als unter- ste Passivierung des Halbleitermateriales z. B. aus BPSG
(Borphosphorsilikatglas) ; eine als Beispiel eingezeichnete strukturierte untere Metallisierungsebene 4; eine weitere Dielektrikumschicht 3, die die Metallisierungsebene 4 von der nächsten Metallisierungsebene 5 elektrisch isoliert, wobei die Metallisierungen an bestimmten Stellen durch vertikale
Kontaktierungen miteinander verbunden sein können; die weitere Metallisierungsebene 5, die hier die oberste Metallisierungsebene bildet; und die im folgenden näher zu beschreibende Passivierung.
In der Figur 1 sind zunächst drei Schichten dieser Passivierung eingezeichnet. Eine erste Passivierungsdoppelschicht be-
steht aus den Schichten 6 und 7, von denen die untere Passi- vierungsschicht 6 z. B. ein herkömmliches Oxid, das wie in der eingangs beschriebenen Art abgeschieden werden kann, sein kann. Die zweite Passivierungsschicht 7 dieser ersten Passi- vierungsdoppelschicht ist ein anderes dielektrisches Material; falls die erste Passivierungsschicht 6 ein Oxid ist, ist die zweite Passivierungsschicht 7 vorzugsweise ein Nitrid, das ebenfalls wie eingangs beschrieben, abgeschieden werden kann. Auf diese erste Passivierungsdoppelschicht wird bei der Herstellung eine erste Passivierungsschicht einer weiteren
Passivierungsdoppelschicht, z. B. wieder ein Oxid, etwas dik- ker abgeschieden. Die letztgenannte Schicht 8 wird etwas abgetragen, was z.B. mittels CMP (chemical mechanical poli- shing) geschehen kann. Alternativ oder ergänzend dazu kann ein Ätzprozeß verwendet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr ebene Oberfläche dieser Schicht 8.
In Figur 2 ist außer dem in Figur 1 dargestellten Schichtaufbau die rückgeschliffene erste Passivierungsschicht 8 der zweiten Passivierungsdoppelschicht mit ebener Oberseite dargestellt. Auf der Schicht 8 ist die zweite Passivierungsschicht 9 der zweiten Passivierungsdoppelschicht ganzflächig sehr eben abgeschieden. Die Schicht 9 ist vorzugsweise wieder ein Nitrid. Es ergibt sich so die Schichtfolge Oxid-Nitrid- Oxid-Nitrid bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Passivierung.
Statt nur zweier Passivierungsdoppelschichten können auch mehrere Passivierungsdoppelschichten vorhanden sein. An wel- eher Stelle die Oberseite einer solchen Passivierungsdoppelschicht eingeebnet ist, hängt vom jeweiligen /Anwendungsfall ab und insbesondere von den Schichtdicken und den Abmessungen der Struktur in der oberen Metallisierungsebene 5. Gegebenenfalls kann auf der Oberseite eine weitere Schicht als spezi- eile Abdeckung aufgebracht sein. Das ist insbesondere dann von Interesse, wenn die obere Passivierungsschicht keine aus-
reichende Härte besitzt, um gegen einen mechanischen Abrieb ausreichend widerstandsfähig zu sein.
Dadurch, daß bei dem Bauelement mindestens zwei übereinander aufgebrachte Passivierungsdoppelschichten vorhanden sind und zumindest die oberste, als amorphe Diffusionsbarriere wirkende Passivierungsdoppelschicht auf einer weitestgehend ebenen Oberfläche abgeschieden wird, so daß die oberste Passivierungsdoppelschicht keine kantenbedingten Diffusionspfade auf- weist, wird bei dem erfindungsgemäßen Bauelement eine besonders gute Passivierung erreicht. Die Kombination mehrerer Schichten unterbindet das Entstehen von Diffusionspfaden, die durch nicht vollständig vermeidbare Pinholes entstehen könnten.
Bei der Herstellung kann die für die Einebnung der Oberseite vorgesehene Passivierungsschicht auch in zwei voneinander getrennten Verfahrensschritten hergestellt werden. Das Rückätzen oder Rückschleifen dieser Schicht wird dann so weit vor- genommen, bis eine sehr ebene Oberfläche erzielt ist, unabhängig davon, ob eine für diese Passivierungsschicht vorgesehene Dicke dieser Schicht verbleibt oder nicht. Falls die Schicht zu weit zurückgeschliffen worden ist, insbesondere bis auf die Oberseite der darunter befindlichen Passivie- rungsschicht, wird erneut eine Schicht aus dem Material dieser zurückgeschliffenen Schicht aufgebracht, wobei diese erneut aufgebrachte Schicht jetzt eine sehr ebene Oberfläche erhält. Ein Herstellungsverfahren kann z. B. in dem Abscheiden der ersten Passivierungsdoppelschicht aus typisch 300 nm Oxid und 550 nm Nitrid, einer /Abscheidung einer etwa 500 nm dicken Oxidschicht, einem selektiven CMP-Schritt mit Stop auf der zuvor abgeschiedenen Nitridschicht und der vollständigen Äbscheidung der zweiten Passivierungsdoppelschicht aus typisch 300 nm Oxid und 550 nm Nitrid bestehen. Es können sich weitere Verfahrensschritte zur Strukturierung der Passivierung in Seitenbereichen und zum Herstellen noch erforderlicher elektrischer Anschlüsse anschließen.
Claims
1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (1), der eine mit Zwischenräumen strukturierte Schicht (5) trägt, - bei dem eine Passivierung aus mindestens zwei übereinander aufgebrachten Passivierungsdoppelschichten (6, 7; 8, 9) vorhanden ist, die die strukturierte Schicht (5) auf der von dem Halbleiterkörper (1) abgewandten Seite bedeckt und die Zwischenräume in der strukturierten Schicht (5) füllt, - bei dem jede Passivierungsdoppelschicht aus zwei Passivierungsschichten unterschiedlicher dielektrischer Materialien gebildet ist und - bei dem zumindest die Passivierungsdoppelschicht (8, 9), die von dem Halbleiterkörper am weitesten entfernt ist, auf einer eingeebneten Oberseite der vorhergehenden Passivierungsdoppelschicht (6, 7) in gleichmäßiger Dicke aufgebracht ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem eine Passivierungsdoppelschicht (6, 7) eine Passivierungsschicht aus Oxid (6) und eine Passivierungsschicht aus Nitrid (7) enthält.
3. Bauelement nach /Anspruch 1 oder 2, bei dem die strukturierte Schicht (5) eine Metallisierungsschicht ist und auf mindestens einer Schicht aus einem Dielektrikum auf einer Oberseite des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht ist.
4. Bauelement nach Anspruch 3, bei dem die Metallisierungsschicht Leiterflächen eines kapazitiv messenden Fingerabdrucksensors bildet und bei dem die von der Metallisierungsschicht am weitesten entfernte Passivierungsdoppelschicht (8, 9) eine Oberfläche auf- weist, die eine Auflagefläche für eine Fingerspitze bildet.
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