ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КОМПОНЕНТ С ПАССИВИРУЮЩИМ СЛОЕМ Российский патент 2002 года по МПК H01L21/312 H01L29/94 

Изобретение относится к полупроводниковому компоненту, который на верхней стороне снабжен стойким плоским пассивирующим слоем и в особенности пригоден для использования в качестве покрывающего слоя неизменной толщины с выровненной опорной плоскостью для емкостных измерительных датчиков отпечатков пальцев.

Если поверхность полупроводникового компонента подвергается воздействию окружающей среды и, как это имеет место в случае датчиков отпечатков пальцев, подвергается механическому истиранию, требуется пассивировать эту поверхность таким образом, чтобы функциональные возможности данного полупроводникового компонента сохранялись неизменными.

Особенно критичной такая пассивация является в случае емкостных измерительных микромеханических компонентов, в которых подвергающаяся износу внешняя верхняя сторона должна сохранять постоянное расстояние до проводящих поверхностей, встроенных в компонент. В частности, в случае датчиков отпечатков пальцев, в которых эта внешняя верхняя сторона образует опорную плоскость для кончика пальца, требуется, чтобы эта опорная плоскость была абсолютно ровной и даже при продолжительном нагружении гарантировала сохранение неизменного расстояния от приложенного кончика пальца до предусмотренных для измерений проводящих поверхностей.

При изготовлении микроэлектронных компонентов, например, в системе на основе кремния обычно используется пассивация с помощью слоев двуокиси кремния и слоев нитрида кремния. Верхняя сторона полупроводникового компонента обычно снабжается контактными выводами и проводящими дорожками для монтажа электрических проводников. Могут иметься различные слои металлизации, которые состоят из структурированных металлических слоев, разделенных один от другого диэлектрическим материалом (промежуточными оксидами). На верхней стороне самой верхней плоскости металлизации обычно наносится слой оксида, который формируется, например, путем химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ) с использованием атмосферы SiH₄/N₂O при температуре примерно 400^oС в типовом случае в виде слоя толщиной примерно 300 нм. После этого может наноситься дополнительный пассивирующий слой из нитрида кремния (Si₃N₄) из плазмы путем ХОПФ с использованием атмосферы SiH₄/NH₃/N₂O при температуре примерно 400^oС в типовом случае в виде слоя толщиной примерно 550 нм. Так как плоскость металлизации структурирована, верхняя сторона осажденного на всей поверхности пассивирующего слоя на краях металлизации оказывается неплоской.

Было обнаружено, что, особенно в датчиках отпечатков пальцев, может проявляться диффузия натрия, вызванная касанием к датчику. Это может объясняться тем, что пассивирующий слой имеет дефекты, приводящие к ухудшению качества датчика, что обусловлено появлением так называемых микроотверстий. Кроме того, даже конформно нанесенные слои в углах между взаимно перпендикулярными кромками и параллельными к плоскости слоя верхними плоскостями имеют стыки, которые возникают вследствие повышенных скоростей травления и на которых барьерное действие пассивирования может заметно ослабляться. Барьерное действие не может быть в достаточной степени улучшено нанесением более толстых слоев, так как чувствительность емкостных измерительных компонентов сильно снижается из-за увеличенной толщины пассивирующего слоя.

Задача настоящего изобретения заключается в создании полупроводникового компонента, который пассивирован таким образом, что его верхняя сторона является плоской и сохраняет постоянное расстояние до внутреннего слоя металлизации полупроводникового компонента.

Эта задача решается с помощью полупроводникового компонента, характеризуемого признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения. Варианты осуществления охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствующем изобретению полупроводниковом компоненте предусмотрено многослойное пассивирование, реализованное по меньшей мере двумя пассивирующими двойными слоями, причем верхний пассивирующий двойной слой нанесен на выровненную верхнюю плоскость находящегося под ним пассивирующего двойного слоя. Пассивирующие слои могут быть образованы соответственно пассивирующим слоем из оксида, предпочтительно из оксида кремния, и пассивирующим слоем из нитрида, предпочтительно из нитрида кремния. Уже с использованием двух таких пассивирующих двойных слоев достигается неожиданно значительное улучшение качества пассивирования. Но могут использоваться и более двух пассивирующих двойных слоев. Пассивирующие двойные слои составляются из двух слоев различных диэлектрических материалов, причем различные пассивирующие двойные слои могут состоять из различных пар материалов. Соответствующие значения толщины отдельных пассивирующих слоев могут быть согласованы с размерами полупроводникового компонента, в частности с размерами структурирования слоя, на который наносится пассивирующий слой.

Ниже представлено детальное описание соответствующего изобретению компонента со ссылками на фиг.1 и 2, которые иллюстрируют поперечное сечение промежуточных продуктов, получаемых при изготовлении типового подобного компонента.

На фиг. 1 в поперечном сечении представлено полупроводниковое основание 1, которое, например, может представлять собой подложку с выращенными на ней полупроводниковыми слоями; диэлектрический слой 2 в качестве промежуточного оксида металла или в качестве самого нижнего пассивирующего слоя полупроводникового материала, например, из бор-фосфор-силикатного стекла; нижнюю плоскость металлизации 4, для примера показанную как структурированная; еще один диэлектрический слой 3, который электрически изолирует плоскость металлизации 4 от следующей плоскости металлизации 5, причем плоскости металлизации в определенных местах могут быть соединены между собой с помощью вертикальных контактных элементов; следующую плоскость металлизации 5, которая образует в данном случае верхнюю плоскость металлизации; и пассивирующий слой, ниже описанный более детально.

На фиг. 1 показаны три слоя, образующих этот пассивирующий слой. Первый пассивирующий двойной слой состоит из слоев 6 и 7, из которых нижний пассивирующий слой 6, например обычный оксид, может быть нанесен так, как описано в вышеупомянутом известном из уровня техники источнике. Второй пассивирующий слой 7 этого первого пассивирующего двойного слоя представляет собой другой диэлектрический материал. Так, в случае, если первый пассивирующий слой 6 является оксидом, то второй пассивирующий слой 7 предпочтительно представляет собой нитрид, который также может быть нанесен, как описано выше. На этот первый пассивирующий двойной слой при изготовлении наносится первый пассивирующий слой второго пассивирующего двойного слоя, например снова оксид, с несколько большей толщиной. Некоторая часть материала последнего упомянутого слоя 8 удаляется, что может быть реализовано, например, химико-механическим полированием. В качестве варианта или в дополнение к этому может применяться процесс травления. Таким путем формируется выровненная верхняя плоскость этого слоя 8.

На фиг.2, помимо изображенного на фиг.1 строения слоев, представлен сошлифованный первый пассивирующий слой 8 второго пассивирующего двойного слоя с плоской верхней стороной. На слой 8 по всей его поверхности равномерно нанесен второй пассивирующий слой 9 второго пассивирующего двойного слоя. Слой 9 предпочтительно вновь представляет собой нитрид. Таким образом, в данном предпочтительном варианте осуществления пассивирующего слоя формируется последовательность слоев оксид-нитрид-оксид-нитрид.

Вместо только двух пассивирующих двойных слоев могут также использоваться несколько пассивирующих двойных слоев. То, на каком месте верхней стороны такой пассивирующий двойной слой должен быть выровнен, зависит от конкретного случая применения и особенно от толщин слоев и размеров структуры в верхней плоскости металлизации 5. В необходимом случае на верхнюю сторону может быть нанесен еще один слой в качестве специального покрытия. Это представляет особый интерес в том случае, когда верхний пассивирующий слой не обладает достаточной твердостью, чтобы повысить его устойчивость по отношению к механическому истиранию.

Тем самым, в результате того, что в полупроводниковом компоненте имеются по меньшей мере два нанесенных друг на друга пассивирующих двойных слоя и по меньшей мере верхний действующий в качестве аморфного диффузного барьера пассивирующий двойной слой нанесен на существенно выровненную верхнюю плоскость, так что верхний пассивирующий двойной слой не имеет обусловленных кромками каналов диффузии, в полупроводниковом компоненте, соответствующем изобретению, реализуется особенно эффективное пассивирование. Комбинация нескольких слоев препятствует возникновению каналов диффузии, которые могли бы возникать вследствие неустраняемых полностью микроотверстий.

В процессе изготовления предусмотренный для выравнивания верхней стороны пассивирующий слой может также изготавливаться на двух отдельных этапах способа. Обратное травление или обратная шлифовка этого слоя при этом осуществляется до такой степени, чтобы получить весьма плоскую верхнюю сторону независимо от того, сохраняется ли толщина, предусмотренная для этого пассивирующего слоя. В случае, если слой сошлифован слишком глубоко, в частности, до находящегося на верхней стороне под ним пассивирующего слоя, то вновь наносится слой из материала этого сошлифованного слоя, причем этот вновь нанесенный слой теперь формируется с выровненной верхней плоскостью.

Способ изготовления может, например, включать этапы осаждения первого пассивирующего двойного слоя в типовом случае из оксида толщиной 300 нм и нитрида толщиной 550 нм и осаждения слоя оксида толщиной 500 нм, селективный этап химико-механического шлифования с остановкой на осажденном перед этим слое нитрида и этап полного осаждения второго пассивирующего двойного слоя в типовом случае из оксида толщиной 300 нм и нитрида толщиной 550 нм.

Могут также использоваться дополнительные этапы способа для структурирования пассивирующего слоя в боковых областях и для изготовления требуемых электрических выводов.

Использование: в емкостных измерительных датчиках отпечатков пальцев. Компонент с пассивирующим слоем состоит по меньшей мере из двух пассивирующих двойных слоев, из которых самый верхний слой равномерной толщины нанесен на выровненную верхнюю плоскость расположенного под ним слоя. Пассивирующие двойные слои состоят из двух слоев различных диэлектрических материалов, например оксида кремния и нитрида кремния. Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежного пассивирования, что в свою очередь позволяет сохранить функциональные возможности полупроводникового компонента неизменными. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Полупроводниковый компонент с полупроводниковым основанием 1, на котором размещен структурированный с промежутками слой 5 и в котором имеется пассивирующий слой, состоящий по меньшей мере из двух нанесенных один на другой пассивирующих двойных слоев 6, 7; 8, 9, покрывающий структурированный слой 5 со стороны, внешней по отношению к полупроводниковому основанию 1, и заполняющий промежутки в структурированном слое, каждый пассивирующий двойной слой сформирован из двух пассивирующих слоев, состоящих из различных диэлектрических материалов, и по меньшей мере пассивирующий двойной слой 8, 9, наиболее удаленный от полупроводникового основания, нанесен с равномерной толщиной на выровненную верхнюю сторону предыдущего пассивирующего двойного слоя. 2. Компонент по п. 1, отличающийся тем, что пассивирующий двойной слой 6, 7 содержит пассивирующий слой из оксида 6 и пассивирующий слой из нитрида 7. 3. Компонент по п. 2 или 3, отличающийся тем, что структурированный слой 5 представляет собой слой металлизации, нанесенный по меньшей мере на один слой из диэлектрика на верхней стороне полупроводникового основания 1. 4. Компонент по п. 3, отличающийся тем, что слой металлизации образует проводящие плоскости емкостного измерительного датчика отпечатков пальцев, причем наиболее удаленный от слоя металлизации пассивирующий двойной слой 8, 9 имеет верхнюю плоскость, которая образует опорную плоскость для кончика пальца.