JP2011119737A - 半導体構成素子を電気接触接続するための層構造 - Google Patents

半導体構成素子を電気接触接続するための層構造 Download PDF

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Abstract

【課題】とりわけ化学的に侵襲性の環境、および高温といったいわゆる「過酷な環境」で使用するのに適した、半導体構成素子を電気接触接続するための層構造を提供する。
【解決手段】半導体構成素子を、集積された回路素子および該回路素子のための集積端子線路と電気接触接続するための層構造であって、
ｉ． 少なくとも１つボンディングパッド（６１）が形成された少なくとも１つの貴金属層（６）を備え、該貴金属層（６）は、少なくとも１つの誘電層（３，４）によって半導体構成素子の基板（１）に対して電気絶縁されており、
ｉｉ． 前記貴金属層（６）と集積端子線路（２）との間に少なくとも１つのオーム接点（５）を備える層構造において、
前記貴金属層（６）が、前記オーム接点層（５）の上に直接施されている、ことを特徴とする層構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体構成素子を、集積回路素子および回路素子のための集積端子線路と電気接触接続するための層構造に関する。この層構造は、少なくとも１つの貴金属層と、貴金属層と集積端子線路との間の少なくとも１つのオーム接点とを有する。貴金属層には少なくとも１つのボンディングパッドが形成されている。さらに貴金属層は、少なくとも１つの誘電層によって半導体構成素子の基板に対して電気絶縁されている。
いわゆる「過酷な環境」で使用される半導体構成素子では、構成素子表面に形成されたボンディングパッドならびに電気接触接続のために使用されるボンディングワイヤが極端な環境条件、とりわけ高圧または低圧、高温または低温、および／または化学的侵襲に曝される。
その種の適用の例としてここでは、自動車のカーボン粒子フィルタの監視用圧力センサを挙げておく。そのために圧力センサは自動車の排気系統中に、カーボン粒子フィルタの前方および後方で配置される。差圧に基づいてカーボン粒子フィルタの堆積を決定することができ、フィルタのカーボン焼却を制御することができる。
ボンディングパッドおよびボンディングパッドの腐食は半導体構成素子の電気接触接続を損ない、ひいてはその機能性を損なう。これを防止するために、実際的には、侵襲性の測定媒体で使用するための半導体構成素子を接触接続するために通例、金製のボンディングパッドおよびボンディングワイヤが使用される。これに補完的に、接触領域はしばしばゲル化されており、このことはとりわけ半導体構成素子のための可能なパッキング形態を制限する。さらに使用されるゲルの材料特性が老化により変化することがあり、このことは通例、ゲルの保護作用を弱体させる。
特許文献１には、圧電抵抗型圧力センサ素子を電気接触接続するための層構造が記載されており、この層構造はシリコン基板から実現されている。圧電抵抗は端子線路とともに基板表面に集積されている。回路素子を保護するために、基板表面がパッシブ化されている。そのために二酸化シリコン層が第１のパッシブ層として基板表面に形成され、その上に第２のパッシブ層が窒化シリコンまたは炭化カルシウムの形で形成されている。ここでセンサ素子の電気接触接続は、両方のパッシブ層にある開口部を介して端子線路の領域で行われる。そのために白金ケイ化物またはタンタルケイ化物が、端子線路の表面ドーピング部に形成される。さらに貴金属層に対する導電性の付着層として機能する厚いタンタル層またはニオブ層が存在する。センサ素子を電気接触接続するためのボンディングパッドが、この貴金属層に形成されている。対応して付着層と貴金属層が、パッシブ層の開口領域の上に延在しており、この開口領域には、ボンディングパッドが配置されることになる、構成素子表面の領域上までオーム接触層が形成されている。
この層構造は、化学的に侵襲性の環境で半導体構成素子を使用する場合、多くの点で問題であることが判明している。例えば１５０℃を越える温度では、タンタル層またはニオブ層の損傷が発生し、これは構成素子の故障を引き起こし得る。さらに貴金属層は導電性タンタル付着層またはニオブ付着層とともに、タンタル付着層またはニオブ付着層が構成素子表面のいずれかの個所、例えば層構造の縁領域で、または層欠陥のために媒体と接触すると、化学的侵襲性の媒体内に電気セルを形成する。このときに発生する、化学エネルギーから電気エネルギーへの変換が、同様に構成素子の機能性を阻害する。
欧州特許公開第１７６０４４２号
本発明により、とりわけ化学的に侵襲性の環境、および高温といったいわゆる「過酷な環境」で使用するのに適した、半導体構成素子を電気接触接続するための層構造が提案され、これが簡単に実現される。
このことは本発明によれば、貴金属層が直接、すなわち付着層として機能する導電性の中間層なしでオーム接触層に設けられていることにより解決される。
層構造は本発明によれば、電気接触接続のためにもっぱら貴金属だけを含んでいるから、とりわけ高い媒体耐性が達成され、これにより付加的なゲル化を省略することができる。さらに本発明で提案された層構造では電気セルも形成されない。
導電性の、しかし貴金属製ではない付着層を、オーム接点と、ボンディングパッドが形成された貴金属層との間に配置しない場合には、半導体構成素子を電気接触接続するための、本発明の層構造を実現するのに基本的に種々多様の可能性が存在する。
回路素子と端子線路が１つのシリコン基板に集積されたシリコンベースの半導体構成素子では、オーム接点が白金ケイ化物領域の形で、端子線路の高ドープされた表面領域内に実現されていると有利であることが判明した。一方で、この変形実施形態での接触抵抗はとりわけ低い。他方で、この種のオーム接点は簡単に作製される。このためにまず白金層が、ドープされた基板表面に施される。引き続く温度処理工程で、高ドープされたシリコンと白金との境界面に白金ケイ化物が形成される。オーム接点を作製するためのこの連続工程では、既存の白金層が外部の電気接触接続のためにも利用され、そのためにボンディングパッドがこの白金層内に形成される。
媒体耐性のあるボンディング接続は、実際には金ワイヤ、いわゆる金ボンディングボールを用いて作製されるのがしばしばである。この種の金ボンディング接続は、ボンディングパッド上で金表面にとくに良好に付着する。したがって本発明の有利な実施形態では、白金層に金層が設けられており、この金層が白金層とともに、金表面を備えるボンディングパッドを形成するために構造化される。この場合、白金層は、金が基板表面に浸透することに対する拡散バリアとしても作用する。
金が基板に浸透してもクリティカルではない適用では、白金層全体を省略することもできる。この場合、金層からだけなるボンディングパッドの金属化が行われる。
すでに上に説明したように、本発明の技術思想を有利な構成し、改善するには種々の手段がある。これについて、一方では請求項１の従属請求項を、他方では図面に基づいた本発明の複数の実施形態の以下の説明を参照されたい。
半導体構成素子を電気接触接続するための第１の層構造を概略的に示す断面図である。 半導体構成素子を電気接触接続するための第２の層構造を概略的に示す断面図である。 半導体構成素子を電気接触接続するための第３の層構造を概略的に示す断面図である。
すべての図面において、半導体構成素子の接続領域だけが図示されている。これは例えばマイクロメカニカルセンサ素子、または他の機能性を備える電子構成素子とすることができる。これらの構成素子はそれぞれシリコン基板１により実現されており、例えば圧電抵抗のような集積回路素子と、同様に集積された端子線路を含む。図１から３には、このような接続線路の接点領域２がそれぞれ図示されている。接点領域２は、基板表面の高ドープされた領域として形成されている。接点領域２のドーピング濃度は１２０以上である。３つの実施形態すべてで、基板表面はまず第１の誘電層３によりパッシブ化された。これは典型的には酸化シリコン層である。この第１の誘電層の上に、窒化シリコンからなる第２の誘電層４が施された。ここで、この第２の誘電層４はパッシベーションだけでなく、誘電付着層としても機能する。接点領域２の上だけは、ここにオーム接点を形成するために第３と第４の層の誘電物質が除去された。このために白金層６が、層３と４の開口部の上に析出された。引き続く温度処理工程で、接点領域２の高ドープされたケイ素と白金層６との境界面に白金ケイ化物が形成され、これが基板１への低抵抗の接続を保証する。
図１に示された実施形態では、金ワイヤボンディング８に対するボンディングパッド６１を形成するために白金層６が構造化された。このボンディングパッド６１は構成素子表面上に、接点領域２の右横で配置されている。ここで金ワイヤは白金表面に直接ボンディングされる。機械的保護と湿気に対する保護のため、構成素子表面には封鎖されたパッシベーション７が、例えば窒化シリコン層の形で設けられる。
半導体構成素子の適用および使用個所に応じて、この種のパッシベーションを省略することができる。またはその代わりに、構成素子表面をゲル化することができる。
図２に示した実施形態では、白金層６の上に付加的な金層９が施された。次に白金層６と金層９は、金表面を備えるボンディングパッド９１を形成するためにエッチング工程で構造化された。これによりボンディングパッド９１と金ワイヤボンディング８との間のボンディング接続が、図１の場合よりも格段に安定する。
図３には、白金層が完全に省略された接点の変形実施例が示されている。ここでは過剰の白金が、高ドープされた接点領域２に白金ケイ化物接点５を形成した後に除去されている。その代わりに、金ワイヤボンディング８のための金製ボンディングパッド８１を実現するために、金層９が白金ケイ化物接点５の上に析出され、構造化された。

Claims (5)

  1. 半導体構成素子を、集積された回路素子および該回路素子のための集積端子線路と電気接触接続するための層構造であって、
    ｉ． 少なくとも１つボンディングパッド（６１）が形成された少なくとも１つの貴金属層（６）を備え、該貴金属層（６）は、少なくとも１つの誘電層（３，４）によって半導体構成素子の基板（１）に対して電気絶縁されており、
    ｉｉ． 前記貴金属層（６）と集積端子線路（２）との間に少なくとも１つのオーム接点（５）を備える層構造において、
    前記貴金属層（６）が、前記オーム接点層（５）の上に直接施されている、ことを特徴とする層構造。
  2. 回路素子と端子線路が１つのシリコン基板（１）に集積されており、
    前記オーム接点が、白金ケイ化物（５）の形で、端子線路の高ドープされた表面領域（２）内に実現されていることを特徴とする請求項１記載の電気接触接続のための層構造。
  3. 前記貴金属層が白金層（６）の形で実現されていることを特徴とする請求項２に記載の接触接続。
  4. 前記白金層（６）の上に金層（９）が施されていることを特徴とする請求項３に記載の接触接続。
  5. 前記貴金属層が金層（９）の形で実現されていることを特徴とする請求項２に記載の接触接続。
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