Полупроводниковая структура

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СТРУКТУРА, содержащая подложку с элементами структуры и с маскируюи1им их диэлeкt римеским покрытием, токопроводящую рааводку с металлизированными контактами , расположенными на токопроводящей разводке, пассивирующее пиэлектрическое покрытие, в котором над металлизированными контактами выполнены окна и приваренные к металлизированным KOHtaKTaM проводники, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности полупрйводниковой структуры и качества сварных соединений, металлизированные контакты расположены на пассивирующем покрытии и соединены с токопроводящей разводкой через окно, площадь поперечного сечения которого равна сечению привариваемого проводника

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИЧ ЕС КИХ

РЕСПУБЛИК. (я) H 01 L 29/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВ Е Н НО Е ПАТЕ НТНО Е

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) (21) 3647001/27 (22) 27.09„83 (46) 15.07.93. Бюл. > 26 (72) B.È.Ãëóùåíêî и А.И.Колычев (56) Патент Японии М 51-4391, кл. Н 01 т, 29/46, 10,02.76.

Л.Холлэнд "Пленочная микроэлектроника". — К.: Иир, 1968, с, 142. (54)(57) ПОЛУПРОВОЛНИКОВАЯ СТРУКТУРА, содержащая подложку с элементами структуры и с маскирующим их диэлектрическим покрытием, токопроводящую разводку с металлизированными контактами, расположенными на токопроИзобретение относится к области микроэлектроники и касается промышленного изготовления полупроводнико-: . вых структур, Одной из проблем сборки полупроводниковых приборов является исклю" чение механических нарушений полупро" водниковой подложки, связанных с напряжениями, возникающими при присоединении проводников к контактным площадкам кристалла методом сварки, особенно ультразвуковой.

Целью изобретения является повышение надежности полупроводниковой структуры и качества сварных соеди-. нений, которая достигается тем, что металлизированные контакты расположены на пассивирующем покрытии и сое" динены с токопроводящей разводкой через окно, площадь поперечного сечения которого равна сечению привариваемого проводника.

„„ IJ „„1187656 А1 водящей разводке, пассивирующее диэлектрическое покрытие, в котором над металлизированными контактами выполнены окна и приваренные к металлизированным контактам проводники, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности полупроводниковой структуры и качества сварных соединений, металлизированные контакты расположены на пассивирующем покрытии и соединены с токопро" водящей разводко" через окно, площадь поперечного сечения которого . равна сечению привариваемого проводника.

Окно выполняют круглым или в виде правильного многогранника. Размеры окна исключают точки приложения силы при пластическом течении привариваемого проводника, сохраняя при этом сечение металла достаточное для токо" и теплопередачи при работе структуры, На фиг.1 изображена полупроводниковая структура с элементами биполярного транзистора; на фиг.2 " по-: перечное сечение. А-А на фиг„ 1.

Полупроводниковая структура с элементами биполярного транзистора содержит полупроводниковую подложкуколлектор 1, базовую область 2, эмиттерную область 3, маскирующие диэлектрическое покрытие 4, токопроводящую разводку 5 с контактами 6, пассивирующее диэлектрическое покрытие 7, окно 8, опорную стойку 9, металлизированный контакт 10, присоелиненный

1187656

50 проводник 11 и сварное соединение 12 проводника с контактом металлизирова нньпл.

Стрелками показаны механические напряжения, возникающие в процессе присоединения проводника „

В кремниевой монокристаллической полупроводниковой подложке 1 (п-типа прововимости), служащей коллектором, сформирована планарная базовая область 2, легированная примесью противоположного подлон ке р-типа. В базовой области 2 сформирована планарная эмиттерная область 3„ Области 2 и 3 покрыты маскирующим диэлектрическим покрытием 4 двуокиси кремния

S1c1g, полученным в процессе Формирования самих областей. Толщина маскирующего покрытия 4 различна над 20 каждой из бластей, например, 0,75 мкм над коллекторной областью, 0,6 мкм. надб,азовой областью и 0,35 мкмнад эмиттерной областью.

В маскирующем покрытии к каждой 25 из обпастей вскрыты окна контактирования и осуществлена токопроводящая металлизированная разводка 5, материалом которой являетчя алюминий„

Причем, при малых размерах окон к ЗО областям полупроводниковых структур, например, для интегральных схем большой интеграции и СВЧ-транзисторных структур, толщину металла делают минимальной - 0,6-0, 5 мкм, с тем, чтобы 35 воспроизвести лалую ширину дорожек токопроводящей разводки.

В конкретном примере толщина металлизированной разводки составляет

0,65 мкм, Токопроводящая разводка имеет контакты 6, вынесенные на периферийную часть подложки. Слой токопроводящей разводки покрыт пассиви" рующим диэлектрическим покрытием окиси алюминия 7 толщиной 0,1 м ол и сло" 45 ем Фосфорно-силикатного стекла толщиной 0,9 мкм, в котором вскрыты окна

9. (онтакты 6 металлизированной разводки 5 соединены через окно 8 опорной стойкой 9,. Металлизированный контакт 1О выполнен как и токопрово-. дящая разводка из алюминия, но большей толщины 1,4-2,5 мкм, например

1,7+0,3 мкм. Проводник ll присоединен к контакту 10 посредством сварного соединения 12, полученного методом ультразвуковой сварки, Площадь окна

8 должна быть в пределах 101 площади поперечного сечения привариваемого проводника (10", составляет допуск по сечению привэриваемого проводника и погрешности при фотогравировке).

Более значительное уменьшение площади окна может привести к нелопустимому повышению удельной энергии проходящей через окно, а увеличение площади к появлению точек приложения силы при пластической деформации в процессе приварки проводника.

В конкретном примере окно Я выполняют в форме круга диаметром

30 мкм, плоцадь которого равна (S =

= IIR = 0,7065 10 мм2} площади поперечного сечения проводника 12 того же диаметра.

В процессе присоединения проводник 11 деформируется под действием давления и ультразвуковых колебаний передаваемых микросварочным капилляром, создавая знакопеременные механические напряжения в металле контакта

10. Максимальные напряжения возникают в областях под рабочими площадками инструмента, которые разделены продольным пазом по ширине равным диаметру привариваемого вывода„ Эти напряжения "гасятся" в основном в утолUIBHHoM слое контакта 10 и окончательно в слое пассивирующих диэлектрических покрытий 7. В центре контакта возникают меньшие напряжения, которые "гасятся" в толщине контакта 10 и опорной стойки 9, которая, расширяясь, перехолит в контакт 6 токопроводящей разводки 5, Интенсивное пластическое течение материала IlpoBopíèKB происходит также под рабочими плоцадками сварочного инструмента (на расстоянии, равном радиусу проводника от центра кбнтактной площадки), т„е„ за пределами окна 8, чем и исключают точки приложения силы при деформации проводника.

B результате механические напрян<ения не доходят до монокристаллической полупроводниковой подложки и, сле,повательно, не могут ее нарушить, Это обстоятельство позволяет в процессе присоединения проводника применять необходимые l10 мощности режимы сварки и более жесткий материал привариваемого проводника, что повышает качество и прочность сварных соединений.

В конкретном примере давление инструмента при сварке для алюминиевой

5 11 проволоки марки АК09ПИ30 выбирают равным 0,3 Н, а амплитуду ультразвуковых колебаний инструмента — 0,7 мкм

Утолщение металлизированных кон тактов позволяет также исключить примеси полупроводника, растворяющиеся в металле при вжигании, в поверхностном слое, что значительно улучшает качество сварных соединений.

Тройная система контакта, состоящая из металла токопроводящей разводки, диэлектрического покрытия и металла контакта, толщина которого превышает толщину нижележащих слоев, 87656 позволяет гарантировать отсутствие разрушающих напряжений в активных элементах полупроводниковой подлож" ки при сварке, т,е. повысить не тольКо качество контактного соединения и его надежность, но и надежность всей структуры.

При такой конструкции контакта металлизированная разволка защищена от агре сивного воздействия внешней среды, т.е. сварное соединение полностью перекрывает окно к металлизированной

15 разводке.