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Dokumentenidentifikation DE102004002908A1 01.09.2005
Titel Halbleiterbauelement sowie mikromechanische Struktur
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Schmidt, Gerhard, Dr., Wernberg-Wudmath, AT;
Zelsacher, Rudolf, Klagenfurt, AT;
Bär, Michael, Mallnitz, AT;
Werner, Wolfgang, Dr., 81545 München, DE;
Winkler, Bernhard, 80937 München, DE
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 20.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004002908
Offenlegungstag 01.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.09.2005
IPC-Hauptklasse H01L 23/29
IPC-Nebenklasse H01L 29/84   B81C 1/00   B81B 3/00   G01C 19/56   
Zusammenfassung Ein Halbleiterbauelement (1) weist ein Substrat, ein aktives Gebiet (2), das in/auf dem Substrat ausgebildet ist, und eine Passivierungsschicht (5), die zumindest oberhalb eines Teils des aktiven Gebiets (2) vorgesehen ist, auf. Die Passivierungsschicht (5) besteht wenigstens teilweise aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Kohlenstoff. Das Vorsehen einer derartigen Passivierungsschicht ermöglicht einen wirkungsvollen Schutz des Halbleiterbauelements (1) gegenüber Umwelteinflüssen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement sowie eine mikromechanische Struktur.

Halbleiterbauelemente weisen oberhalb der elektrisch aktiven Bereiche in der Regel eine Passivierungsschicht auf, die aus mehreren Unterschichten bestehen kann. Die Passivierungsschicht dient in erster Linie dazu, die Langzeitzuverlässigkeit der Halbleiterbauelemente sicherzustellen. So schützt die Passivierungsschicht das Halbleiterbauelement vor Eindringen von Feuchtigkeit oder ionischen Verunreinigungen. Ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Randbereich des Chips würde beispielsweise zu einem Nachlassen der Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelements führen. Alkalische Kontaminationen hingegen (beispielsweise Na+ und K+) können in MOS-Bauelementen durch ihre hohe Mobilität im Gateoxid zur Drift der Einsatzspannung führen.

Die Passivierungsschicht sollte so ausgelegt sein, dass sie den Spitzenfeldstärken an der Oberfläche des Halbleiterbauelements standhalten kann. Derartige Spitzenfeldstärken können je nach Ausführung des Halbleiterbauelements die Volumendurchbruchsfeldstärke (bei Silizium ca. 200 kV/cm) weit übersteigen.

Die Passivierungsschicht besteht üblicherweise aus Si3N4. Dieses Material zeichnet sich dadurch aus, dass es das Eindringen von Feuchtigkeit sowie alkalische Kontaminationen wirkungsvoll verhindert. Um eine gute Haftung der Si3N4-Passivierungsschicht auf dem Halbleiterbauelement zu gewährleisten, wird in der Regel zunächst eine Zwischenschicht (beispielsweise SiO2) auf das Halbleiterbauelement aufgebracht, und anschließend die Passivierungsschicht auf der Zwischenschicht abgeschieden.

1 zeigt den typischen Schichtaufbau eines Halbleiterbauelements mit Passivierungsschicht: Eine Zelle eines MOS-Leistungstransistors 1 weist ein aktives Gebiet 2, eine oberhalb des aktiven Gebiets 2 vorgesehene Metallisierungsschicht 3 (vorzugsweise aus Aluminium), eine auf der Metallisierungsschicht 3 aufgebrachte Zwischenschicht 4 (vorzugsweise aus phosphordotiertem Oxid), und eine Passivierungsschicht 5 aus Si3N4 auf. In dem in 1 gezeigten Ausschnitt des aktiven Gebiets 2 ist eine Halbleiterschicht 6 zu sehen, die p- bzw. n-dotierte Gebiete aufweist (in 1 nicht explizit gezeigt). Zwischen dem aktiven Gebiet 2 und der Metallisierungsschicht 3 sind ein erstes und ein zweites Gate 71, 72 vorgesehen, die durch eine erste und zweite Gateoxidschicht 81, 82 gegenüber dem aktiven Gebiet 2 elektrisch isoliert sind. Der obere Bereich des ersten und zweiten Gates 71, 72 ist von einer ersten und zweiten Isolierschicht 101, 102 bedeckt, beispielsweise BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas). Die Metallisierungsschicht 3 dient zur Kontaktierung der Halbleiterschicht 6, wobei die Kontaktierung über ein Kontaktloch 9 erfolgt.

Die Zwischenschicht 4 sowie die Passivierungsschicht 5 werden gewöhnlicherweise mittels eines PECVD-Verfahrens (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) durch Hochfrequenzanregung eines Precursors abgeschieden. Die Prozesstemperatur wird hierbei so gewählt, dass entsprechende Einflüsse auf die Metallisierungsschicht 3 so gering wie möglich sind.

Da die Oberflächenstruktur des aktiven Gebiets 2 nicht planar verläuft, sondern insbesondere im Bereich des Kontaktlochs 9 Stufen bzw. Kanten aufweist, weist die Passivierungsschicht 5 oberhalb des Kontaktlochs 9 ebenfalls gewisse „Stufen" auf. Diese „Stufen" können jedoch leicht zu Rissbildungen innerhalb der Passivierungschicht 5 führen, die in 1 mit den Bezugsziffern R1, R2 gekennzeichnet sind.

Die Risse rühren unter anderem von einem relativ hohen mechanischen Stress her, den Passivierungsschichten, die mittels eines PECVD-Verfahrens abgeschieden werden, aufweisen. Der mechanische Stress weist typischerweise Werte von bis zu 200 MPa Druckspannung („Kompressiver Stress") bzw. 500 MPa Zugspannung („Tensiler Stress") auf. Insbesondere tensiler Stress ist kritisch, da dieser sehr leicht zu einem Abplatzen der Passivierungsschicht führen kann. Um langzeitstabile Passivierungsschichten herstellen zu können, ist es daher wünschenswert, Stresswerte zu begrenzen bzw. zu verringern. Ein Verringern von mechanischem Stress kann über geeignetes Einstellen der Prozessparameter des PECVD-Verfahrens zur Abscheidung der Passivierungsschicht erzielt werden.

Jedoch kann selbst eine Prozessparameter-Optimierung Risse in Passivierungsschichten nicht vermeiden, und es kommt zu einem Eintritt von Feuchtigkeit bzw. alkalischen Kontaminationen in das Halbleiterbauelement. Damit kann trotz Aufbringen einer Passivierungsschicht die Langzeit-Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils nicht ausreichend sichergestellt werden. Ferner tritt das Problem auf, dass der hohe Passivierungsstress zur Ausbildung von „Voids" (Hohlräumen) in der Metallisierungsschicht 3 führt, was durch die Zwischenschicht 4 nur teilweise kompensiert werden kann.

Passivierungsschichten spielen auch auf dem Gebiet der Mikromechanik eine große Rolle. Zum Schutz der mikromechanischen Struktur gegenüber Umwelteinflüssen wird deren Oberfläche in der Regel wenigstens teilweise mit einer Passivierungsschicht überzogen. Die Passivierungsschicht bietet beispielsweise Schutz gegen mechanische Belastungen, chemische Korrosion und gegen Feuchtigkeit.

Da der Einfluss der Passivierungsschicht auf die mechanischen Eigenschaften der mikromechanischen Struktur möglichst gering sein soll, ist es vorteilhaft, entsprechende Passivierungsschichten so dünn wie möglich zu halten (typischerweise kleiner als 100 nm).

Wie bereits erwähnt wurde, ist es aus der Halbleitertechnik bekannt, Passivierungsschichten aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von mehreren 100 nm zu verwenden. Derartige Passivierungsschichten sind im Zusammenhang mit mikromechanischen Strukturen nur sehr eingeschränkt einsetzbar: So sind beispielsweise die mechanischen Eigenschaften, die vom Herstellungsprozess der Passivierungsschichten abhängen, bei hohen Temperaturbelastungen nicht ausreichend langzeitstabil. Weiterhin ist infolge der hohen Schichtdicke der Passivierungsschicht der mechanische Einfluss derselben auf die mikromechanische Struktur groß. Werden die Schichtdicken verringert (Schichtdicke kleiner als 100 nm), um den mechanischen Einfluss zu reduzieren, besteht wiederum die Gefahr, dass Löcher in der Passivierungsschicht vorhanden sind, und damit die Abdichtfunktion derselben gegen Feuchtigkeit/Kontamination verloren geht.

Alternativ zu Siliziumnitrid ist es auch bekannt, Titannitrid zur Passivierung mikromechanischer Strukturen einzusetzen. Dieses Material weist jedoch den Nachteil auf, dass aufgrund der (teilweise) metallischen Eigenschaften eine nur unzureichende elektrische Isolierung erzielt werden kann. Ferner werden bei zu großer mechanischer Belastung plastische Verformungen in der Passivierungsschicht erzeugt, die wiederum zu einer Drift der mikromechanischen Struktur führen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, ein Halbleiterbauelement bzw. eine mikromechanische Struktur anzugeben, bei denen die oben genannten Probleme vermieden werden.

Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung ein Halbleiterbauelement gemäß Patentanspruch 1 bereit. Ferner stellt die Erfindung eine mikromechanische Struktur gemäß Patentanspruch 9 bereit. Vorteilhafte Ausführungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in jeweiligen Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist ein Substrat, ein aktives Gebiet, das in/auf dem Substrat ausgebildet ist, und eine Passivierungsschicht, die zumindest oberhalb eines Teils des aktiven Gebiets vorgesehen ist, auf. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass die Passivierungsschicht wenigstens teilweise aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Kohlenstoff besteht.

Die Passivierungsschicht deckt vorzugsweise das gesamte aktive Gebiet ab. Üblicherweise ist die Passivierungsschicht auch oberhalb des Randgebiets des Halbleiterbauelements vorgesehen, deckt als die gesamte Oberfläche des Halbleiterbauelements ab.

Unter dem Begriff „aktives Gebiet" wird hierbei derjenige Teil des Substrats bzw. der darin/darauf ausgebildeten Halbleitergebiete verstanden, in dem (während des Betriebs des Halbleiterbauelements) Ladungsträger bewegt werden können. So umfasst der Begriff "aktives Gebiet" insbesondere Source-, Körper- Drift- oder Drain-Gebiete; in einem erweiterten Sinne sind auch auf den Halbleiterschichten aufgebrachte Isolationsschichten bzw. als Gate dienende Leiterschichten als Teile des aktiven Gebiets interpretierbar.

Die Verwendung von amorphem, wasserstoffhaltigem Kohlenstoff als Passivierungsmaterial weist die Vorteile einer guten Resistenz gegenüber Eindringen von Feuchtigkeit und Fremdionen sowie einer hohen elektrischen Robustheit auf. Ferner zeigt ein derartiges Passivierungsmaterial einen relativ zu Si3N4-Schichten geringen mechanischen Stress, womit insbesondere an Stufen/Kanten innerhalb der Passivierungsschicht das Risiko der Rissbildung verringert werden kann. Unter geeigneten Abscheidebedingungen besitzen derartige Kohlenstoffschichten diamantartige Eigenschaften, was ihnen die synonyme Bezeichnung „DLC" (Diamond-Like Carbon) eingebracht hat.

Gemäß der Literatur (2) weisen amorphe, wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten kompressive Stresswerte auf, die in der gleichen Größenordnung wie die für Si3N4-Schichten liegen, wobei Stresswerte innerhalb eines Bereichs von 500 MPa bis 7 GPa zu erwarten sind. Eine im Zusammenhang mit der Erfindung gewonnene Erkenntnis ist, dass die tatsächlichen kompressiven Stresswerte für amorphe, wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten weitaus geringer sind als in der Literatur angegeben. Diese Erkenntnis beruht auf Messergebnissen, die anhand eines Vergleichs eines Waferbows vor und nach der Abscheidung gewonnen wurden. Dazu wurde ein berührungsloses Wafergeometrie-Messgerät MX203 der Firma Eichhorn und Hausmann, Karlsruhe, verwendet. Die Messungen ergaben für eine 120 nm dicke Si3N4-Schicht und eine Waferdicke von 630 &mgr;m einen kompressiven Stresswert in der Größenordnung von etwa 5000 MPa, während bei einer 400 nm dicken erfindungsgemäßen Kohlenstoffschicht ein kompressiver Stress von etwa 800 MPa ermittelt wurde.

Die Dicke der Passivierungsschicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements sollte in einem Bereich liegen, der sich von 20 nm bis 1 &mgr;m erstreckt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Passivierungsschicht in etwa 300 nm. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt.

Die Passivierungsschicht kann einerseits direkt auf einer Metallisierungsschicht aufgebracht sein, die zur Kontaktierung des aktiven Gebiets aufgebracht ist. Vorzugsweise ist jedoch zwischen der Passivierungsschicht und der Metallisierungsschicht eine Zwischenschicht vorgesehen, die beispielsweise aus phosphordotiertem Oxid besteht. Diese Zwischenschicht kann entfallen, wenn durch geeignete PECVD-Prozessparameter-Einstellung eine gute Adhäsion der Passivierungsschicht auf der Metallisierungsschicht (vorzugsweise Aluminium) sowie ein hinreichend niedriger Stresswert der Passivierungsschicht gewährleistet ist.

Die Passivierungsschicht kann bei einer Temperatur oberhalb von 400 °C ausgetempert werden, was eine Verringerung des kompressiven Stresses bewirkt. Vorzugsweise wird über einen Zeitraum von 30 Minuten getempert. Weiterhin sollten die Temperaturen beim Austempern nicht oberhalb von 500 °C liegen, da ansonsten Wasserstoff aus den Kohlenstoffschichten effundiert, was eine Änderung der strukturellen Eigenschaften des Halbleiterbauelements nach sich zieht.

Wenn ein Abscheideverfahren zur Erzeugung der Passivierungsschicht eingesetzt wird, kann eine gute Haftung der Passivierungsschichten auf Silizium bzw. SiO2 über die Bildung von SiC-Bindungen an entsprechenden Grenzflächen gewährleistet werden. Da die erfindungsgemäß verwendeten Passivierungsschichten weiterhin chemisch inert und impermeabel gegenüber Flüssigkeiten sind, eignen sie sich sehr gut als Diffusionsbarriere (Literatur (2)). Das PECVD-Verfahren ermöglicht also die Herstellung von pinholefreien röntgenamorphen Schichten mit hoher Dichte. Weiterhin wird eine gute Kantenbedeckung einer Halbleitertopologie ermöglicht.

Zur Durchführung des PECVD-Verfahrens wird üblicherweise ein Parallelplattenreaktor eingesetzt, bei dem Hochfrequenzleistung kapazitiv in ein Plasma eingekoppelt wird. Als Prozessgas werden hierbei gasförmige Kohlenwasserstoffe verwendet. Übliche Frequenzen liegen bei 13,56MHz, jedoch sind auch andere Frequenzen, beispielsweise im 100kHz-Bereich ebenfalls möglich.

Alternativ zum PECVD-Verfahren können auch Verfahren eingesetzt werden, die auf einer induktiven Einkopplung der Hochfrequenzleistung, auf eine Gleichstrom-Glimmentladung bei einer ausreichend hohen Gleichspannung (300 – 2000V), einer Gleichstrom-Glimmentladung unter Verwendung eines heißen Filaments und geringer Spannung (50V), oder auf einer gepulsten Entladung und magnetischen Beschleunigung von Ionen beruhen. Wiederum andere Verfahren benutzen eine feste Kohlenstoffquelle (Grafit), bei der während der Abscheidung eine (optionale) Wasserstoffzugabe erfolgt. Beispiele hierfür sind Argon-Sputtern, Laserverdampfen und Abscheiden mittels eines Lichtbogens.

Um elektrische Neutralität zu gewährleisten und parasitäre Leckströme zu vermeiden, sollte der spezifische Widerstand der DLC-Schicht &rgr; ≥ 108 &OHgr;cm sein.

Erfindungsgemäß wird also eine Barriere in Form einer DLC-Schicht auf einer Kontaktloch- bzw. Via-Metallisierung mit der dazu korrespondierenden Topologie verwendet, da bei Einsatz von Si3N4 kein ausreichender Flankenschutz gewährleistet werden kann. Weiterhin ist es möglich, die DLC-Schichten als Barriere auf elektroaktive Passivierungsschichten (wie amorphes Silizium oder Polysilizium) abzuscheiden.

Die Erfindung lässt sich auf beliebige Halbleiterbauelemente anwenden, insbesondere auf Transistoren, Dioden, IGBTs, MOS-Strukturen, Cool-MOS-Strukuren, etc. sowie auf Halbleiterbauelemente, die eine Kombination aus diesen Bauteilen bilden.

Die Erfindung stellt weiterhin eine mikromechanische Struktur bereit, deren Oberfläche bzw. Oberflächenstruktur wenigstens teilweise mit einer Passivierungsschicht zum Schutz der mikromechanischen Struktur gegenüber Umwelteinflüssen bedeckt ist. Die Passivierungsschicht besteht wenigstens teilweise aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Kohlenstoff.

Die Dicke der Passivierungsschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 und 100 nm, um den mechanischen Einfluss der Passivierungsschicht auf die mikromechanische Struktur so gering wie möglich zu halten. Trotz dieser geringen Schichtdicke können alle anderen gewünschten Schichteigenschaften, wie Schichtstress, Härte, Dichtheit, chemische Resistenz, Langzeitstabilität gegenüber Feuchtigkeit und elektrischer Isolation auf Werte getrimmt werden, die für mikromechanische Strukturen benötigt werden bzw. wünschenswert sind.

Bezüglich des Herstellungsverfahrens der Passivierungsschicht gelten die Ausführungen, die im Zusammenhang mit Halbleiterbauelementen gemacht wurden, analog. Beispielsweise ist es möglich, nach Abscheiden der DLC-Schicht den mechanischen Stress zu verringern, indem ein Austemperprozess oberhalb von 400 °C durchgeführt wird.

Somit lässt sich aC:h (amorpher hydrogenisierter Kohlenstoff) als Passivierungsmaterial zum Schutz gegenüber Umwelteinflüssen in der Mikroelektronik bzw. Mikromechanik einsetzen. Die Schichteigenschaften wie Härte, Schichtstress, Schichtdicke, elektrische Leitfähigkeit können beim Herstellungsprozess in einem weiten Bereich eingestellt und an die jeweilige Anwendung angepasst werden. In Langzeit-Belastungsversuchen konnte gezeigt werden, dass aC:h-Schichten von 50 bis 100 nm Dicke hergestellt werden können, die in Feuchtebelastung vergleichbare bzw. sogar höhere Stabilität aufweisen als Siliziumnitrid oder Titannitrid. Eine aC:h-Passivierungsschicht ist damit als Feuchtebarriere für mikromechanische Strukturen gut geeignet. Aufgrund der hohen Dichtheit ist aC:h ebenfalls eine effektive Barriere gegenüber Ionen und bietet Schutz vor Beschädigung elektrischer Bauelemente durch Ionendiffusion. Die erreichbare hohe Härte von aC:h-Schichten bis hin zu diamantähnlichen Eigenschaften bietet guten Schutz vor mechanischer Zerstörung wie z. B. Kratzern auf der Chipoberfläche.

Der Schichtstress der Passivierungsschicht auf mechanisch beweglichen Strukturen hat erheblichen Einfluss auf die Rissanfälligkeit bzw. Rissentstehung in der Struktur. In Versuchen mit unterschiedlichen Passivierungsschichten wurde festgestellt, dass z. B. bei Drucksensormembranen die Rissanfälligkeit entscheidend von den mechanischen Eigenschaften der Passivierungsschicht auf der Membran bestimmt wird. Bei Schichten mit geringem Schichtstress ist die Rissanfälligkeit deutlich reduziert im Vergleich zu Schichten mit hohem Schichtstress, bzw. Risse können auch bei starker mechanischer Beanspruchung (z. B. Sägeprozess) vermieden werden. Der Vorteil von aC:h als Passivierungsmaterial im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Materialien ist, dass verschiedene positive Schichteigenschaften wie Schichtstress, Härte, Dichtheit, chemische Resistenz, Langzeitstabilität gegenüber Feuchtebelastung und elektrische Isolation durch geeignete Wahl des Herstellungsprozesses kombiniert werden können. Für andere Anwendungen wie z. B. Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren mit zum Teil sehr komplexen mechanisch beweglichen Strukturen sind die angeführten Eigenschaften bzw. Vorteile von aC:h als Passivierungsmaterial ebenso entscheidend.

Die Erfindung lässt sich auf beliebige mikromechanische Strukturen anwenden, beispielsweise auf Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Drehratensensoren, Piezo-Elemente oder Ähnliches.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines planaren MOS-Leistungstransistors mit Passivierungsschicht gemäß dem Stand der Technik;

2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen kompressivem Stress einer erfindungsgemäßen Passivierungsschicht und einer Temperaturbehandlung (Austemperprozess) der Passivierungsschicht verdeutlicht;

3 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Struktur.

In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.

Auf den in 1 gezeigten MOS-Transistor wurde bereits in der Beschreibungseinleitung eingegangen; dieser wird deshalb hier nicht nochmals erklärt. Ein erfindungsgemäßer MOS-Transistor unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Transistor lediglich dadurch, dass das Material der Passivierungsschicht 5 anstelle von Siliziumnitrid aus amorphem, mit Kohlenstoff dotiertem Wasserstoff besteht. Ferner kann die Zwischenschicht 4 weggelassen werden.

In 2 ist der kompressive Stressverlauf innerhalb einer amorphen, mit Wasserstoff dotierten Kohlenstoffschicht gezeigt, die zur Passivierung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements eingesetzt wird. Hierbei ist deutlich zu sehen, dass der Stress durch einen Temperprozess reduziert werden kann. Je höher die Tempertemperatur, umso größer die Reduzierung des Stresses. Die Stresswerte wurden hierbei durch Messung des "Waferbows" nach verschiedenen Temperschritten ermittelt. Unter "Waferbow" versteht man die konvexe oder konkave Verwölbung eines Wafers, die beispielsweise durch die mechanische Verspannung (Stress) aus dem aufgebrachten Schichtsystem oder durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten verursacht wird. Die Temperzeit betrug 30 Minuten.

Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf 3 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Struktur näher erläutert werden.

Ein integrierter, mikromechanisch hergestellter kapazitiver Drucksensor 20 weist ein Substrat 21, eine darauf aufgebrachte, ca. 0,5 &mgr;m dicke Opferschicht 22, beispielsweise aus Siliziumoxid bestehend, eine darauf aufgebrachte Intermetalloxidschicht 23, sowie eine darauf aufgebrachte erste Passivierungsschicht 24 auf. Der Drucksensor 20 weist ferner eine Membranschicht 25 auf, die auf der Opferschicht 22 aufgebracht ist und einen in der Opferschicht 22 ausgebildeten Hohlraum 26 abdeckt. Die Membranschicht 25 besteht beispielsweise aus 0,5 bis 1 &mgr;m dickem polykristallinem Silizium. Die Intermetalloxidschicht 23 sowie die erste Passivierungsschicht 24 bedecken lediglich einen Randbereich der Membranschicht 25, so dass eine ausreichende Beweglichkeit der Membranschicht 25 gewährleistet ist. Weiterhin ist innerhalb des Drucksensors 20 ein Anschluss (Pad) 27 zur elektrischen Kontaktierung des Drucksensors 20 vorgesehen. Der Anschluss 27 ist innerhalb der Intermetalloxidschicht 23 ausgebildet, wobei die erste Passivierungsschicht 24 oberhalb des Anschlusses 27 weggeätzt ist. Das Sensorprinzip besteht darin, eine Kapazität zwischen dem Substrat 21 und der Membranschicht 25 zu messen, die in Abhängigkeit des Außendrucks und einer dadurch erfolgten Durchbiegung der Membranschicht 25 verändert wird.

Erfindungsgemäß wird nun über die Oberfläche des gesamten Drucksensors 20 eine zweite Passivierungsschicht aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Kohlenstoff 28 aufgebracht, die lediglich oberhalb des Anschlusses 27 eine Öffnung aufweist, um entsprechende Bondkontakte freizulegen. Um den mechanischen Einfluss der zweiten Passivierungsschicht 28 möglichst gering zu halten, sollte die Dicke der zweiten Passivierungsschicht 28 nicht größer als ungefähr 100 nm sein. Die zweite Passivierungsschicht 28 ermöglicht (als Nitridersatz) den gewünschten Schutz des Drucksensors 20 gegenüber Umwelteinflüssen in wirkungsvoller Weise, ohne dass der mechanische Einfluss dieser Schicht auf die Funktionsweise des Drucksensors 20 zu groß wäre.

Literatur:
  • /1/ G. Schumicki, P. Seegebrecht, "Prozesstechnologie", Springer (1991)
  • /2/ A. Grill, Plasma-deposited diamondlike carbon and related materials, IBM Journal of Research and Development, Vol. 43, 1/2, 1999
1MOS-Leistungstransistor 2aktives Gebiet 3Metallisierungsschicht 4Zwischenschicht 5Passivierungsschicht 6Halbleiterschicht 71, 72erstes und zweites Gate 81, 82erste und zweite Gateoxidschicht 9Kontaktloch 101, 102erste und zweite Isolierschicht R1, R2erster und zweiter Riss 20Drucksensor 21Substrat 22Opferschicht 23Intermetalloxidschicht 24erste Passivierungsschicht 25Membranschicht 26Hohlraum 27Anschluss 28zweite Passivierungsschicht

Anspruch[de]
  1. Halbleiterbauelement (1), mit:

    – einem Substrat,

    – einem aktiven Gebiet (2), das in/auf dem Substrat ausgebildet ist, und

    – einer Passivierungsschicht (5), die zumindest oberhalb eines Teils des aktiven Gebiets (2) vorgesehen ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Passivierungsschicht (5) wenigstens teilweise aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Kohlenstoff besteht.
  2. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Passivierungsschicht (5) in einem Bereich zwischen 20nm und 1 &mgr;m liegt.
  3. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Passivierungsschicht (5) ungefähr 300nm beträgt.
  4. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (5) auf einer Metallisierungsschicht (3) zur Kontaktierung des aktiven Gebiets (2) aufgebracht ist.
  5. Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Passivierungsschicht (5) und einer Metallisierungsschicht (3) zur Kontaktierung des aktiven Gebiets (2) eine Schicht (4) aus phosphordotiertem Oxid vorgesehen ist.
  6. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsschicht (3) aus Aluminium besteht.
  7. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (5) bei einer Temperatur oberhalb von 400 °C ausgetempert wird.
  8. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (1) ein Transistor, eine Diode, ein IGBT, eine MOS-Struktur oder eine Kombination derartiger Elemente ist.
  9. Mikromechanische Struktur (20), auf deren Oberfläche eine Passivierungsschicht (28) zum Schutz der mikromechanischen Struktur (20) gegenüber Umwelteinflüssen aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (28) wenigstens teilweise aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem. Kohlenstoff besteht.
  10. Mikromechanische Struktur (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Passivierungsschicht (28) in einem Bereich zwischen 50nm und 100nm liegt.
  11. Mikromechanische Struktur (20) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (28) bei einer Temperatur oberhalb von 400 °C ausgetempert wird.
  12. Mikromechanische Struktur (20) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mikromechanische Struktur (20) ein Beschleunigungssensor, ein Drucksensor, ein Drehratensensor, ein Piezo-Element, oder ähnliches ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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