(57)【要約】【課題】系全体における機械的な応力を低下させる。【解決手段】シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はヒ化ガリウムを有する支持体基板（２１）上にボンディングパッド（１０）を形成する方法であって、  支持体基板（２１）上に被着された第１の層（２４）、特にポリマ層を構造化するステップ（３００）と、  第２の層（２６）を構造化するステップ（３１０）であって、これにより前記第２の層（２６）の少なくとも一部を、前記支持体基板（２１）上に直接に配置させ、その際に、前記第２の層（２６）の高さは、前記第１の層（２４）の高さよりも高くなっているステップと、  金属層（１１，２５）、特に銅を被着するステップ（３２０）であって、該金属層（１１，２５）により、構造化された前記第１の層（２４）を完全に封入するステップと、  前記第２の層（２６）を除去するステップ（３３０）と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はヒ化ガリウムを有する支持体基板（２１）上にボンディングパッド（１０）を形成する方法であって、
前記支持体基板（２１）上に被着された第１の層（２４）、特にポリマ層を構造化するステップ（３００）と、
第２の層（２６）を構造化するステップ（３１０）であって、これにより前記第２の層（２６）の少なくとも一部を、前記支持体基板（２１）上に直接に配置させ、その際に、前記第２の層（２６）の高さは、前記第１の層（２４）の高さよりも高くなっているステップと、
金属層（１１，２５）、特に銅を被着するステップ（３２０）であって、該金属層（１１，２５）により、構造化された前記第１の層（２４）を完全に封入するステップと、
前記第２の層（２６）を除去するステップ（３３０）と、
を有することを特徴とする、支持体基板上にボンディングパッドを形成する方法。
【請求項２】
前記金属層（２５）を、スパッタリング又は電着によって被着する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記支持体基板（２１）に前記第１の層（２４）を被着する前に、金属の結晶化核層（２３）を、前記支持体基板（２１）上に被着する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２の層（２６）を除去した後に、該第２の層（２６）の下側に位置する前記金属の結晶化核層（２３）の部分をエッチングする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記支持体基板（２１）上に前記金属の結晶化核層（２３）を被着する前に、拡散バリア層及び／又は付着仲介層（２２）を、前記支持体基板（２１）上に被着する、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ボンディングパッド（１０）を、特に前記付着仲介層（２２）を剥離することによって、前記支持体基板（２１）から外す、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法で形成されたボンディングパッド（１０）であって、少なくとも１つのポリマ封入体（１２）を有する金属層（１１，２５）を備えることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法で形成されたボンディングパッド。
【請求項８】
前記金属層（１１，２５）は、銅を含有している、請求項７記載のボンディングパッド。
【請求項９】
前記少なくとも１つのポリマ封入体（１２）は、光構造化可能な材料を有している、請求項７又は８記載のボンディングパッド。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれか１項記載のボンディングパッド（１０）を用いたボンディング方法であって、前記ボンディングパッド（１０）のポリマ封入体（１２）は、銅線材又は銅リボンとの接触接続に際して、機械的な圧縮応力を面状に分散又は緩和させることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項記載のボンディングパッド（１０）を用いたボンディング方法。
【請求項１１】
鉛直方向の機械的な圧縮応力を、特に前記ボンディングパッド（１０）内の前記ポリマ封入体（１２）の水平方向の広がりに基づいて、前記ボンディングパッド（１０）内で水平方向に分散させる、請求項１０記載のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持体基板上にボンディングパッドを形成する方法、該方法により形成されたボンディングパッド、及びボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクスでは、出力構成素子の電気的な接触接続のために、とりわけアルミニウムリボン及びアルミニウム太線ボンディングが用いられる。しかしまた、金ボンディングや銅ボンディングも使用可能である。この場合、電気的な接触接続は、出力構成素子の上面で行われる。このようにして、ＭＯＳＦＥＴでは例えばソースコンタクトが、ＩＧＢＴではエミッタが、残りの回路に接続される。
【０００３】
銅リボン又は銅太線ボンディングの使用により、アルミニウムボンディングに比べて接触接続部若しくはコンタクトの耐用年数を１０倍増加させることが可能になる。これは、アルミニウムよりも高い、銅の導電性及び熱伝導性、降伏点、並びにアルミニウムよりも大幅に高い、銅のエレクトロマイグレーション耐性に起因する。
【０００４】
アルミニウムに比べると、より大きな銅の硬度は不都合である。それというのも、ボンディングパッドは過剰な機械的応力に晒されているので、これにより変形される恐れがあるからである。よって、銅を使用した場合は、標準規格の５μｍの厚さのアルミニウム層に比べて、大幅に硬いメタライゼーションが必要である。５μｍより大きな高さ及び／又は１ｍｍ２よりも大きな大面積を有する厚い銅メタライゼーションは、系全体に極めて大きな機械的な圧縮応力を発生させて、境界面を下側の層に対して負荷をかける。よって、形成直後又は温度変化に際して頻繁に、厚く且つ／又は大面積の銅層の剥離が観察される。例えばボンディングパッド等の、大きな銅面を形成するためには、付加的な構造化として、銅を構造化するためのパターンプレーティング技術が考慮される。このパターンプレーティング技術は、全面的な結晶化核層を必要とする。この方法では、成膜されるべき銅層の厚さを少なくとも有するフォトレジスト層が被着される。銅は、フォトレジスト層に設けられた開口内に析出される。次いでフォトレジスト層が除去され、結晶化核層がエッチバックされるので、厚い銅面だけが残されることになる。
【０００５】
この場合の欠点は、機械的な圧縮応力により、大面積の場合、及び厚い銅層の場合には分離が生じるか、又は後の熱による結晶硬化に際して欠陥が生じ、これにより、形成された銅層が基板から剥離してしまう、という点である。更に、基板の強い湾曲、いわゆるウェハ湾曲の発生する恐れがある。これにより、前記層は使用不能になるか、又は引き続く処理が不可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、系全体における機械的な応力を低下させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はヒ化ガリウムを有する支持体基板上にボンディングパッドを形成する、本発明による方法は、前記支持体基板上に被着された第１の層、特にポリマ層の構造化を含んでいる。更に、第２の層を構造化し、これにより前記第２の層の少なくとも一部が、前記支持体基板上に直接に配置されるようにする。この場合、前記第２の層の高さは、前記第１の層の高さよりも高い。更に、金属層、特に銅を被着する。この場合、前記金属層は、構造化された前記第１の層を完全に封入している。次いで前記第２の層を除去する。
【発明の効果】
【０００８】
この場合の利点は、柔らかい有機層との統合により、銅がより自由に広がることができ、延いてはより弾性的になる、という点にある。これにより、ボンディング過程における、又は熱的な負荷に基づく機械的な応力が低下される。
【０００９】
１つの改良では、金属層は、スパッタリング又は電着によって被着される。
【００１０】
この場合、金属層を被着する簡単な方法を用いることができると有利である。
【００１１】
１つの別の構成では、支持体基板に第１の層を被着する前に、金属の結晶化核層が、支持体基板に被着される。
【００１２】
この場合の利点は、結晶化核層により、金属の成長が容易になる、という点にある。
【００１３】
更に別の改良では、第２の層を除去した後に、この第２の層の下側に位置する金属の結晶化核層の部分がエッチングされる。
【００１４】
この場合、選択された箇所だけがエッチングされると有利である。
【００１５】
更に別の構成では、支持体基板上に金属の結晶化核層を被着する前に、拡散バリア層及び／又は付着仲介層が、支持体基板上に被着される。
【００１６】
更に別の改良では、ボンディングパッドは、特に付着仲介層を剥離することによって、支持体基板から外される。
【００１７】
この場合、ボンディングパッドは、支持体基板とは関係なく、別の／その他の材料と結合され得ると有利である。
【００１８】
本発明によるボンディングパッドは、少なくとも１つのポリマ封入体を有する金属層を含んでいる。
【００１９】
この場合の利点は、柔らかい有機層との統合により、ボンディングパッド内の応力が低下され得る、という点にある。
【００２０】
更に別の構成では、金属層は銅を含有している。
【００２１】
更に別の改良では、少なくとも１つのポリマ封入体は、光構造化される材料を有している。
【００２２】
この場合、ポリマ封入体は、確立された簡単な方法で形成することができると有利である。
【００２３】
本発明によるボンディングパッドを用いた、本発明によるボンディング方法は、ポリマ封入体を有しており、これらのポリマ封入体は、銅線材又は銅リボンとの接触接続に際して、機械的な圧縮応力を、ボンディングパッド内で面状に分散又は緩和させる。１つの改良では、鉛直方向の機械的な圧縮応力は、特にボンディングパッド内のポリマ封入体の水平方向の広がりに基づいて、ボンディングパッド内で水平方向に分散される。
【００２４】
この場合の利点は、ボンディング過程に際して、ボンディングパッドの下側の境界面が、弾性的な封入体に基づき、あまり負荷がかけられない、という点にある。
【００２５】
別の利点は、以下の実施形態の説明若しくは従属請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるボンディングパッドを示す図である。
【図２】本発明によるボンディングパッドの形成中を示す図である。
【図３】支持体基板上にボンディングパッドを形成する方法を示す図である。
【図４】本発明による方法の１つの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。
【００２８】
図１には、金属層１１と、複数のポリマ封入体１２とを備えるボンディングパッド１０が示されている。
【００２９】
図２には、図３に示す、金属層を被着するステップ３２０の後のボンディングパッドが示されている。この場合、図２には、付着仲介層２２が被着された支持体基板２１が示されている。付着仲介層２２には、金属の結晶化核層２３が被着されている。当該ボンディングパッドは、金属層２５によって包囲された第１の層２４を有している。この場合、金属層２５は、第２の層２６により画定される。第１の層２４と、第２の層２６と、金属層２５とは、金属の結晶化核層２３上に被着されている。
【００３０】
図３には、支持体基板２１上にボンディングパッドを形成する方法が示されている。この方法は、支持体基板２１に被着された第１の層２４を構造化する、ステップ３００で始まる。第１の層２４は、例えば特に光構造化可能なポリマ層である。次のステップ３１０では、第２の層２６を構造化する。この構造化は、第２の層２６の少なくとも一部が、支持体基板２１上に直接に配置されているように行われる。この場合、第２の層２６の高さは、第１の層２４の高さよりも高くなっている。次のステップ３２０では、金属層１１；２５を被着する。金属層１１；２５は、特に銅である。この場合、金属層１１；２５は、構造化された第１の層２４を完全に封入している。次のステップ３３０では、第２の層２６を除去する。
【００３１】
図４には、支持体基板２１上にボンディングパッドを形成する、本発明による方法に関する１つの実施形態が示されている。この方法は、コンタクト材料を支持体基板２１、例えばシリコンに被着する、ステップ４００で始まる。この場合、コンタクト材料としては、好適にはチタン、クロム、又はニッケルが用いられる。コンタクト材料には次のステップ４１０で、拡散バリアが被着される。拡散バリアは、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、ＴｉＳｉＮ、又はＴａＳｉＮを含んでいる。拡散バリア層には、次の任意のステップ４２０で、付着仲介層、例えばチタン、タンタル、又はルテニウムが被着される。付着仲介層には、次の任意のステップ４３０で、銅から成る結晶化核層２３が被着される。この被着は、例えばＰＶＤ法で行われる。次のステップ４４０で、第１の層２４が構造化される。この場合は光構造化可能なラッカである。このラッカは、部分的に構成素子上に残留するので、引き続く熱処理段階、例えば焼なまし又はダイアタッチに耐えることが望ましい。更に、ラッカは系全体の作動中に、例えば２５０℃を上回る比較的高い温度に耐えることが望ましい。第１の層２４は、例えばＳＵ−８ラッカ又は光構造化可能なイミドを有している。第１の層２４は、第１のマスクを用いて露光され、完全に現像され、且つ硬化される。つまり、ステップ４４０には、第１の層２４を被着し、露光し、完全に現像し、且つ硬化させる、第１の層２４の構造化が含まれる。硬化後に第１の層２４は最早、ガスを放出してはならない。次のステップ４５０で、第２の層２６が構造化される。つまり、ステップ４５０には、第２の層２６を被着し、ボンディングパッドを画定する別のマスクを用いて露光し、完全に現像し、且つ硬化させる、第２の層２６の構造化が含まれる。この第２の層２６は、第２の層２６の一部が支持体基板２１上に直接に配置されているように、配置されている。この場合、第２の層２６は、第１の層２４よりも大きな厚さを有している。ボンディングパッドは、例えばＭＯＳＦＥＴにおけるソースコンタクト又はゲートコンタクトであるか、ＩＧＢＴにおけるエミッタコンタクト又はゲートコンタクトであるか、或いはダイオードにおける上面コンタクトである。次のステップ４６０では、金属層１１；２５が被着される。これは、例えば銅又はニッケルの電着によって行われる。この場合、成膜は、第１の層２４又は第２の層２６によって被覆されていない箇所で行われる。このようにして、第１の層２４は金属層１１；２５により完全に被覆される。この被覆により、第１の層２４は残りのプロセスの間保護されて、銅内に残留することになる。次のステップ４７０では、第２の層２６が除去される。次のステップ４８０では、電着された銅に第３の層が被着されるので、電着された銅は、完全に被覆された状態になる。次のステップ４９０では、除去された第２の層２６の下側に位置する銅結晶化核層が、例えば湿式化学エッチングにより除去される。次のステップ５００では、除去された第２の層２６の下側に位置する拡散バリアが、例えば反応性イオンエッチングにより除去される。シリコンに面して付着仲介層及び／又はコンタクト層が存在する場合は、ステップ５００においてやはり、例えば反応性イオンエッチングにより除去される。次のステップ５１０では、第３のラッカが除去される。
【００３２】
別の実施形態では、光構造化可能でないポリマが用いられる。この、光構造化可能でないポリマは、このポリマ上に被着されるフォトレジストを用いて構造化され、次いで硬化され得る。
【００３３】
別の構成では、拡散バリアは、ポストリフトオフ(Postlift-off)法を介して構造化される。
【００３４】
拡散バリアの後で任意に、上面コンタクトに設けられたコンタクトトレンチ又はコンタクトビアを充填するためにタングステンが被着され、結晶化核層の除去後に、やはり被覆されていない範囲から除去される。
【００３５】
銅を保護するためには、銅に酸化層が任意に被着される。
【００３６】
別の構成では、ボンディングパッドの縁部と周囲とに、イミドが被着され且つ構造化されてよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ボンディングパッド、  １１  金属層、  １２  ポリマ封入体、  ２１  支持体基板、  ２２  付着仲介層、  ２３  結晶化核層、  ２４  第１の層、  ２５  金属層、  ２６  第２の層
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016058736.tif 000005
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月9日(2015.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はヒ化ガリウムを有する支持体基板（２１）上にボンディングパッド（１０）を形成する方法であって、
前記支持体基板（２１）上に被着された第１の層（２４）を構造化するステップ（３００）と、
第２の層（２６）を構造化するステップ（３１０）であって、これにより前記第２の層（２６）の少なくとも一部を、前記支持体基板（２１）上に直接に配置させ、その際に、前記第２の層（２６）の高さは、前記第１の層（２４）の高さよりも高くなっているステップと、
金属層（１１，２５）を被着するステップ（３２０）であって、該金属層（１１，２５）により、構造化された前記第１の層（２４）を完全に封入するステップと、
前記第２の層（２６）を除去するステップ（３３０）と、
を有することを特徴とする、支持体基板上にボンディングパッドを形成する方法。
【請求項２】
前記金属層（２５）を、スパッタリング又は電着によって被着する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記支持体基板（２１）に前記第１の層（２４）を被着する前に、金属の結晶化核層（２３）を、前記支持体基板（２１）上に被着する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２の層（２６）を除去した後に、該第２の層（２６）の下側に位置する前記金属の結晶化核層（２３）の部分をエッチングする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記支持体基板（２１）上に前記金属の結晶化核層（２３）を被着する前に、拡散バリア層及び／又は付着仲介層（２２）を、前記支持体基板（２１）上に被着する、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ボンディングパッド（１０）を、前記付着仲介層（２２）を剥離することによって、前記支持体基板（２１）から外す、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記第１の層（２４）は、ポリマ層である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記金属層（１１，２５）は、少なくとも１つのポリマ封入体（１２）を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記金属層（１１，２５）は、銅を含有している、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのポリマ封入体（１２）は、光構造化可能な材料を有している、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法で形成されたボンディングパッド（１０）を用いたボンディング方法であって、前記ボンディングパッド（１０）のポリマ封入体（１２）は、銅線材又は銅リボンとの接触接続に際して、機械的な圧縮応力を面状に分散又は緩和させることを特徴とする方法。
【請求項１２】
鉛直方向の機械的な圧縮応力を、前記ボンディングパッド（１０）内の前記ポリマ封入体（１２）の水平方向の広がりに基づいて、前記ボンディングパッド（１０）内で水平方向に分散させる、請求項１１記載のボンディング方法。