Способ изготовления межэлементных соединений микросхемы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МИКРОСХЕМЫ(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Кузик Сергей Владимирович Лабан Эдуард Казимирович Довнар Николай Александрович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) Способ изготовления межэлементных соединений микросхемы, включающий формирование на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками для присоединения внешних выводов, нанесение пассивирующих слоев фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния, вскрытие в пассивирующих слоях окон к контактным площадкам для присоединения выводов, отличающийся тем, что пассивирующие слои фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния наносят последовательно, окна к контактным площадкам вскрывают вначале в слое нитрида кремния, затем в слое фосфоросиликатного стекла, а после вскрытия окон наносят дополнительный токопроводящий слой толщиной 2,0-3,0 мкм, затем в нанесенном слое над контактными площадками методом литографии формируют нашлепки, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. 14850 1 2011.10.30 Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно - к технологии изготовления микросхем, и может быть использовано в производстве микросхем, в том числе бескорпусных или в негерметичном (пластмассовом) корпусе. Известен способ изготовления межэлементных соединений микросхемы 1, включающий формирование на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками для присоединения внешних выводов, нанесение пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла, вскрытие в пассивирующем слое окон к контактным площадкам для присоединения выводов. Известный способ не позволяет сформировать коррозийно стойкие межэлементные соединения, обеспечить их качество и надежность. Кроме того,микросхемы, изготовленные с использованием известного способа, имеют низкий процент выхода и невысокую конкурентоспособность. Известен способ изготовления межэлементных соединений микросхемы 2, включающий формирование на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками для присоединения внешних выводов, нанесение пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла, вскрытие в пассивирующем слое фосфоросиликатного стекла окон к контактным площадкам, нанесение пассивирующего слоя нитрида кремния, вскрытие в пассивирующем слое окон к контактным площадкам для присоединения выводов. Межэлементные соединения, изготовленные по известному способу, являются коррозийно уязвимыми, что обусловлено недостаточностью защиты пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла от проникновения влаги. Кроме того, в качестве материала внешних выводов требуется использование золотой проволоки, что удорожает производство и снижает конкурентоспособность интегральных схем. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления межэлементных соединений микросхемы 3, включающий формирование на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками для присоединения внешних выводов, нанесение пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла, вскрытие в пассивирующем слое фосфоросиликатного стекла окон к контактным площадкам для присоединения выводов, нанесение пассивирующего слоя нитрида кремния, вскрытие в пассивирующем слое нитрида кремния окон к контактным площадкам для присоединения выводов,причем размеры окон выбирают такими, чтобы слой нитрида кремния по периметру окна перекрывал слой фосфоросиликатного стекла на величину 0,2-5 мкм. Известный способ обладает следующими недостатками. 1. Контактные площадки для присоединения выводов имеют недостаточную толщину,поэтому в качестве материала для внешних выводов используется золотая проволока, что удорожает производство, снижает конкурентоспособность микросхем по цене. Кроме того, при использовании золотой проволоки в месте контактирования могут формироваться интерметаллические соединения, ослабляющие структуру контакта. Использование другого материала, например медной проволоки, невозможно, так как не обеспечивается надежный контакт внешнего вывода с контактной площадкой. 2. 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. Снижение выхода годных обусловлено выходом зондов за пределы контактных площадок и продавливанием токопроводящего слоя до изолирующего слоя окисла кремния. 3. После нанесения пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла вскрываются окна к контактным площадкам для присоединения внешних выводов. Фосфоросиликатное стекло обладает высокой влагопоглощающей способностью, что ухудшает адгезию фоторезиста при вскрытии окон к контактным площадкам, увеличивает процент реставраций и расход материалов на этой операции. 2 14850 1 2011.10.30 Заявляемое изобретение решает задачу повышения выхода годных и конкурентоспособности микросхем, снижения расхода золота. Поставленная цель решается тем, что в способе изготовления межэлементных соединений микросхемы, включающем формирование на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками для присоединения внешних выводов, нанесение пассивирующих слоев фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния, вскрытие в пассивирующих слоях окон к контактным площадкам для присоединения выводов пассивирующие слои фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния наносят последовательно, окна к контактным площадкам вскрывают вначале в слое нитрида кремния, затем в слое фосфоросиликатного стекла, а после вскрытия окон наносят дополнительный токопроводящий слой толщиной 2,0-3,0 мкм, затем в нанесенном слое над контактными площадками методом литографии формируют нашлепки, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что пассивирующие слои фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния наносят последовательно, окна к контактным площадкам вскрывают вначале в слое нитрида кремния, затем в слое фосфоросиликатного стекла, а после вскрытия окон наносят дополнительный токопроводящий слой толщиной 2,0-3,0 мкм, затем в нанесенном слое над контактными площадками методом литографии формируют нашлепки, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Использование идентичной или сходной последовательности действий для решаемой задачи на обнаружено. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. В заявляемом техническом решении вскрытие окон к контактным площадкам для присоединения выводов проводят после нанесения пассивирующих слоев фосфоросиликатного стекла и нитрида кремния. Таким образом исключается критичная технологическая операция по вскрытию в нанесенном пассивирующем слое фосфоросиликатного стекла окон к контактным площадкам для присоединения выводов. Пассивирующий слой нитрида кремния является более устойчивым к воздействию травителей и невлагопоглощающим. По этой причине операция по вскрытию окон к контактным площадкам является операцией воспроизводимой. При этом снижается процент реставраций и расход материалов. В заявляемом техническом решении после вскрытия окон наносят дополнительный токопроводящий слой толщиной 2,0-3,0 мкм, затем в нанесенном слое над контактными площадками методом литографии формируют нашлепки, перекрывающие по периметру вскрытые окна на 5-15 мкм. Таким образом увеличиваются эффективные размеры и толщина контактной площадки, тем самым увеличивается процент выхода годных микросхем за счет исключения продавливания токопроводящего слоя и выхода зондов за пределы контактных площадок на операциях Контроль функционирования и Контроль внешнего вида. А исключение использования золотой проволоки в качестве внешних выводов микросхем обеспечивает экономию золота и повышает конкурентоспособность микросхем. Нанесение дополнительного токопроводящего слоя толщиной менее 2,0 мкм не исключает продавливания токопроводящего слоя и не обеспечивает качественного контакта внешнего вывода с контактной площадкой, а следовательно, повышения процента выхода. Нанесение дополнительного слоя токопроводящего материала толщиной более 3,0 мкм нецелесообразно по причине увеличения расхода материала без дальнейшего увеличения качества присоединения выводов. Перекрытие нашлепками вскрытых окон на величину менее 5 мкм не исключает полностью выход зондов за пределы контактной площадки на операции Контроль функционирования, не обеспечивает повышение процента выхода годных и не обеспечивает технологических запасов по защите в окнах влагопоглощающего слоя фосфоросиликатного стекла. Увеличение перекрытия контактного окна нашлепками на величину более 15 мкм нецелесообразно, так как приводит к увеличению площади межэлементных соединений без увеличения выхода годных. 3 14850 1 2011.10.30 Сущность изобретения поясняется фиг. 1-6, где на фиг. 1 показан фрагмент контактной площадки межэлементных соединений микросхемы, изготовленных по способупрототипу, включающий формирование на поверхности полупроводниковой пластины с выполненными в ней активными и пассивными элементами рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками (1) для присоединения внешних выводов, после нанесения пассивирующего слоя фосфоросиликатного стекла (2), вскрытия в пассивирующем слое фосфоросиликатного стекла окон (3) к контактным площадкам для присоединения внешних выводов, нанесения пассивирующего слоя нитрида кремния (4), вскрытия в пассивирующем слое нитрида кремния окон (3) к контактным площадкам для присоединения внешних выводов, размеры которых выбирают такими, чтобы слой нитрида кремния по периметру окна перекрывал слой фосфоросиликатного стекла на 0,2-5 мкм. На фиг. 2-6 показаны этапы изготовления межэлементных соединений микросхемы согласно заявляемому способу. На фиг. 2 показана полупроводниковая пластина с выполненными в ней активными и пассивными элементами, после формирования рисунка в токопроводящем слое с контактными площадками (1) для присоединения внешних выводов,на фиг. 3 после последовательного нанесения пассивирующих слоев фосфоросиликатного стекла (2) и нитрида кремния (4), на фиг. 4 после вскрытия окон (4) к контактным площадкам для присоединения внешних выводов вначале в слое нитрида кремния, затем в слое фосфоросиликатного стекла, на фиг. 5 после нанесения дополнительного токопроводящего слоя (5), на фиг. 6 после формирования методом литографии в нанесенном слое над контактными площадками нашлепок (6), перекрывающих на 5-15 мкм по периметру вскрытые окна. Пример изготовления (на примере микросхемы 431). Исходную полупроводни 14,5 КЭФ 4,5/6 КЭС 20/1,95 КДБ 210 ковую пластину 100 выполненными в ней активными 460 КДБ 10(111) и пассивными элементами интегральной микросхемы и рисунка в токопроводящем слое,состоящем из , ,итолщиной 0,65 мкм с контактными площадками (1) для присоединения внешних выводов, при атмосферном давлении нанесли пассивирующий слой низкотемпературного фосфоросиликатного стекла толщиной 0,9 мкм (2) с содержанием фосфора 3-5 вес. , затем на установке Лада-32 из парогазовой смеси, состоящей из 43-2 при давлении 110-130 Па нанесли слой нитрида кремния (4) толщиной 0,2 мкм. Стандартным методом литографии в пассивирующих слоях вскрыли окна (3) вначале в слое нитрида кремния, затем в слое низкотемпературного фосфоросиликатного стекла. После этого методом магнетронного распыления на установке Оратория-29 нанесли дополнительный токопроводящий слой (5), состоящий из (1 ), и над контактными площадками (1) стандартным методом литографии сформировали нашлепки (6), перекрывающие по периметру вскрытые окна. Полупроводниковую пластину передали на операцию Контроль функционирования,затем на операцию Контроль внешнего вида. После этого пластину с изготовленными микросхемами 431 разделили на кристаллы и провели присоединение внешних выводов из медной проволоки диаметром 50,0 мкм. Данные сведены в таблицу. Как видно из таблицы, если толщина дополнительного токопроводящего слоя менее 2,0 мкм, перекрытие нашлепками контактного окна на величину менее 5,0 мкм, то наблюдается снижение выхода годных. Из таблицы видно, что изготовление межэлементных соединений по заявляемому способу позволяет в 1,32-1,35 раз увеличить выход годных,заменить золотую проволоку на медную и за счет этого в 104,7 раза снизить стоимость материала, используемого для создания внешних выводов, и в конечном итоге повысить конкурентоспособность микросхем. 14850 1 2011.10.30 Сравнительные данные по выходу годных ИМС на операции присоединения внешних выводов из золотой и медной проволоки к контактным площадкам межэлементных соединений микросхем, изготовленных по прототипу и заявляемому способу Толщина дополнительноВеличина перекрытияп/п го токопроводящего слоя нашлепками вскрытого параметр ВГ/ВГп (отн. ед.) определяется как отношение выхода годных микросхем с межэлементными соединениями, изготовленными в соответствии с описываемым примером, к выходу годных микросхем с межэлементными соединениями, изготовленными согласно способу - прототипу. параметр / (отн. ед.) определяется как отношение стоимости золотак стоимости меди . Таким образом, заявляемое техническое решение решает задачу повышения выхода годных и конкурентоспособности микросхем, снижения расхода золота. Нарушение заявляемой последовательности операций не позволяет реализовать поставленную задачу. Так например, если поменять очередность нанесения пассивирующих слоев, сначала нанести слой нитрида кремния, а затем фосфоросиликатного стекла, то при вскрытии окон к контактным площадкам по слою фосфоросиликатного стекла снижается процент выхода годных микросхем, увеличивается количество реставраций, расход применяемых материалов, что обусловлено высокой скоростью травления и влагопоглощающей способностью фосфоросиликатного стекла и по этой причине нестабильностью операции фотолитографии по слою фосфоросиликатного стекла. Таким образом, предлагаемый способ изготовления межэлементных соединений микросхемы по сравнению с прототипом позволяет решить задачу повышения выхода годных и конкурентоспособности интегральных микросхем, снижения расхода золота. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6