Металлизация интегральной схемы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Шильцев Владимир Владимирович Соловьев Ярослав Александрович Довнар Николай Александрович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Металлизация интегральной схемы, содержащая сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунок из токопроводящего материала с контактными площадками для присоединения внешних выводов, пассивирующее покрытие со вскрытыми окнами к контактным площадкам, отличающаяся тем, что поверх контактных площадок выполнены нашлепки из токопроводящего материала толщиной 2,0-3,0 мкм, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. 14851 1 2011.10.30 Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно - к технологии изготовления микросхем, и может быть использовано в производстве широкой гаммы интегральных микросхем. Известна металлизация интегральной схемы 1, содержащая сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунок из токопроводящего материала с контактными площадками для присоединения внешних выводов, пассивирующее покрытие из фосфоросиликатного стекла со вскрытыми окнами к контактным площадкам. Известная структура металлизации интегральной схемы является коррозийно уязвимой, что обусловлено высокой влагопоглощающей способностью пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла. Кроме того, в качестве материала внешних выводов, присоединяемых к контактным площадкам, необходимо использование золотой проволоки, что удорожает производство интегральных схем и снижает их конкурентоспособность. Известна металлизация интегральной схемы 2, содержащая сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементы рисунок из токопроводящего материала с контактными площадками для присоединения внешних выводов, пассивирующее покрытие со вскрытыми окнами к контактным площадкам. Известная структура металлизации интегральной схемы обладает следующими недостатками. 1. Недостаточная толщина токопроводящего слоя приводит к снижению выхода годных при контактировании с зондами на операциях Контроль функционирования и Контроль по внешнему виду. Снижение выхода годных обусловлено выходом зондов за пределы контактных площадок и продавливанием токопроводящего слоя до изолирующего слоя окисла кремния. 2. Недостаточная толщина контактных площадок для присоединения внешних выводов вызывает необходимость в качестве материала для выводов использовать золотую проволоку, что удорожает производство и снижает конкурентоспособность микросхем по цене. Наиболее близким техническим решением является металлизация интегральной схемы 3, содержащая сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементы рисунок из токопроводящего материала с контактными площадками для присоединения внешних выводов, пассивирующее покрытие из фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния со вскрытыми окнами к контактным площадкам, причем во вскрытых окнах покрытие из нитрида кремния на 0,2-5 мкм перекрывает покрытие из фосфоросиликатного стекла. Известная металлизация интегральной схемы обладает следующими недостатками. 1. В связи с возрастанием числа входов-выходов интегральных схем и уменьшением размеров активных элементов металлизация занимает большую часть площади кристалла,что приводит к увеличению размеров кристалла и ухудшению характеристик интегральной схемы. Чтобы избежать этого, размеры контактных площадок и расстояние между ними уменьшают. Недостаточные размеры контактных площадок как по площади, так и по толщине токопроводящего слоя, приводят к снижению выхода годных при контактировании с зондами на операциях Контроль функционирования и Контроль по внешнему виду, что обусловлено выходом зондов за пределы контактных площадок и продавливанием токопроводящего слоя до изолирующего слоя окисла кремния. 2. Обеспечение минимизации площади, занимаемой металлизацией интегральной схемы, приводит к необходимости использования для создания рисунка минимальной толщины токопроводящего материала, что вызывает необходимость использовать золотую проволоку в качестве внешних выводов, увеличивает расход золота и удорожает производство интегральных схем. Кроме того, при использовании золотой проволоки в месте 2 14851 1 2011.10.30 контактирования могут формироваться интерметаллические соединения, ослабляющие структуру контакта. Использование другого материала, например медной проволоки, невозможно, так как не обеспечивается надежный контакт внешних выводов. Заявляемое изобретение решает задачу увеличения толщины и линейных размеров контактных площадок без увеличения площади кристалла, повышения выхода годных и снижения расхода золота. Поставленная цель решается тем, что металлизация интегральной схемы, содержащая сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунок из токопроводящего материала с контактными площадками для присоединения внешних выводов, пассивирующее покрытие со вскрытыми окнами к контактным площадкам поверх контактных площадок выполнены нашлепки из токопроводящего материала толщиной 2,0-3,0 мкм, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемая металлизация интегральной схемы отличается от известной тем, что поверх контактных площадок выполнены нашлепки из токопроводящего материала толщиной 2,0-3,0 мкм, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Использование идентичной или сходной конструкции металлизации интегральной схемы для решаемой задачи не обнаружено. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. В заявляемом техническом решении поверх контактных площадок выполнены нашлепки из токопроводящего материала толщиной 2,0-3,0 мкм, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Таким образом сформирован второй уровень контактных площадок, за счет которого увеличена ее толщина и линейные размеры в плане. Формирование нашлепок свободно от ограничений, присущих металлизации внутри самой интегральной схемы, и не увеличивает площадь металлизации и кристалла. Двухуровневая структура контактных площадок позволяет реализовать сложные функциональные возможности, заложенные внутри самой интегральной схемы. Толщина и линейные размеры нашлепок определяются лишь требованиями обеспечения процента выхода на операциях Контроль функционирования и Контроль внешнего вида. Увеличение толщины контактных площадок позволяет для присоединения внешних выводов вместо золотой проволоки использовать медную. Таким образом в технологическом процессе изготовления интегральных схем с металлизацией заявляемой конструкции дорогостоящий дефицитный материал (золото) заменяется на широко распространенный и более дешевый материал(медь). Нашлепки толщиной менее 2,0 мкм не позволяют полностью исключить проколы токопроводящего материала на операции Контроль функционирования, а также получить достаточно воспроизводимый процесс присоединения внешних выводов из медной проволоки к контактным площадкам. Нашлепки толщиной более 3,0 мкм увеличивают расход токопроводящего материала и нецелесообразны из экономических соображений. Нашлепки, перекрывающие на 5-15 мкм по периметру вскрытые окна, увеличивают эффективную площадь для присоединения выводов без увеличения площади межэлементных соединений. Перекрытие менее 5 мкм не обеспечивает достаточного технологического запаса по исключению выхода зондов за пределы контактных площадок на операции Контроль функционирования и, соответственно, повышения процента выхода. Перекрытие более 15 мкм нецелесообразно из-за увеличения площади металлизации, без увеличения процента выхода. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-2, где на фиг. 1 показан фрагмент контактной площадки известной конструкции металлизации интегральной схемы по прототипу,содержащий сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами (1) рисунок из токопроводящего мате 3 14851 1 2011.10.30 риала с контактными площадками (2) для присоединения внешних выводов, пассивирующее покрытие (3) со вскрытыми окнами (4) к контактным площадкам. На фиг. 2 показан фрагмент контактной площадки металлизации интегральной схемы по заявляемому техническому решению, содержащий сформированный на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами (1) рисунок из токопроводящего материала с контактными площадками для присоединения выводов (2),пассивирующее покрытие (3) со вскрытыми окнами (4) для присоединения выводов, поверх контактных площадок выполненные нашлепки (5) из токопроводящего материала толщиной 2,0-3,0 мкм, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Работа интегральной схемы с металлизацией по заявляемому техническому решению ничем не отличается от работы интегральной микросхемы с металлизацией по прототипу,что подтверждается примером изготовления интегральной микросхемы 431, размеры кристалла которой составляют 0,760,6 мм. Пример изготовления (на примере микросхемы 431). Исходную полупроводни 14,5 КЭФ 4,5/6 КЭС 20/1,95 КДБ 210 с выполненными в ней активными ковую пластину 100 460 КДБ 10(111) и пассивными элементами интегральной микросхемы (1) и рисунка металлизации с контактными площадками (2), выполненным в токопроводящем слое, состоящим из , ,итолщиной 0,65 мкм, нанесли пассивирующее покрытие (3) состоящее из фосфоросиликатного стекла толщиной 0,9 мкм с содержанием фосфора 3-5 вес.и слоя нитрида кремния толщиной 0,2 мкм. Стандартным методом литографии в пассивирующем покрытии вскрыли окна (4) к контактным площадкам (2). После этого методом магнетронного распыления на установке Оратория-29 нанесли слой токопроводящего материала(1 ) и над контактными площадками (2) стандартным методом литографии сформировали нашлепки (5), перекрывающие по периметру вскрытые окна. Дополнительно были изготовлены микросхемы 431 с различными вариантами пассивирующего покрытия низкотемпературный окисел (НТО), фосфоросиликатное стекло (ФСС), нитрид кремния(34). При этом последовательность, режимы технологических операций, материал и конструктивные размеры металлизации и нашлепки не изменялись. Полупроводниковую пластину передали на операцию Контроль функционирования,затем на операцию Контроль внешнего вида. После этого пластину с изготовленными микросхемами 431 разделили на кристаллы, провели присоединение внешних выводов из медной проволоки диаметром 50,0 мкм и корпусирование. Данные сведены в таблицу. Как видно из таблицы, если толщина дополнительного слоя токопроводящего материала менее 2,0 мкм, перекрытие нашлепками контактного окна на величину менее 5,0 мкм,наблюдается снижение выхода годных. Нашлепки толщиной 2,0-3,0 мкм, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм, по сравнению с прототипом увеличивают толщину контактной площадки в 4,0-5,6 раза, а ее площадь в 1,12-1,38 раз, что позволяет в 1,32-1,35 раз увеличить выход годных. Из таблицы также видно, что использование металлизации, структура которой выполнена по заявляемому техническому решению, позволяет заменить золотую проволоку на медную, в 104,7 раза снизить стоимость материала,используемого для создания внешних выводов. Кроме того, положительный эффект заявляемого технического решения (повышение процента выхода годных) не зависит от типа используемого пассивирующего покрытия интегральных схем. Таким образом, предлагаемая металлизация интегральной схемы по сравнению с прототипом позволяет решить задачу увеличения толщины и линейных размеров контактных площадок без увеличения площади кристалла интегральной схемы, повышения выхода годных и снижения расхода золота. 14851 1 2011.10.30 Сравнительные данные по выходу годных ИМС на операции присоединения внешних выводов из золотой и медной проволоки к контактным площадкам металлизации интегральной схемы, структура которой выполнена в соответствии с заявляемым техническим решением и прототипом.п/п (п. 3.1-3.4 Величина перекрыТолщина Н/Нп тип пассивирутия нашлепкой(нашлепка 6. Прототип 1,0 1,0 1,0 1,0 отсутствует) отсутствует) параметр ВГ/ВГп (отн. ед.) определяется как отношение выхода годных микросхем с металлизацией, структура которой выполнена в соответствии с заявляемым техническим решением, к выходу годных микросхем с металлизацией, выполненной согласно прототипу. параметры Н/Нп (отн. ед.) и /п (отн. ед.) определяются соответственно как отношение толщины и площади контактной площадки металлизации, выполненной по заявляемому техническому решению и прототипу. параметр / (отн. ед.) определяется как отношение стоимости золотак стоимости меди . Источники информации 1.,Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5