JP2002025934A - Electrode pattern forming method and semiconductor device - Google Patents

Electrode pattern forming method and semiconductor device

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JP2002025934A
JP2002025934A JP2000205270A JP2000205270A JP2002025934A JP 2002025934 A JP2002025934 A JP 2002025934A JP 2000205270 A JP2000205270 A JP 2000205270A JP 2000205270 A JP2000205270 A JP 2000205270A JP 2002025934 A JP2002025934 A JP 2002025934A
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film
metal film
electrode pattern
forming
semiconductor device
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Chikage Noritake
千景 則武
Ichiji Kondo
市治 近藤
Takeshi Miyajima
健 宮嶋
Mikimasa Suzuki
幹昌 鈴木
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode pattern forming method for avoiding the occurrence of peeling even if a laminated metal film has an inverted taper form, and to provide a semiconductor device. SOLUTION: The surface of a polyimide film 4 is irradiated with argon gas ions for preventing the occurrence of excessive projecting/recessed parts in a state where an aluminum film 2 and the polyamide film 4 are exposed on a silicon substrate 1. A titanium film 5, a nickel film 6 having tensile stress whose whole stress is not less than 150 N/m and a gold film 7 are sequentially formed on the silicon substrate 1. Excessive photo-etching is performed on the metal film of the three layer structure of the titanium film 5, the nickel film 6 and the gold metal 7, and the metallic films 5, 6 and 7 in the laminated structure of a prescribed area are left.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置に係
り、詳しくは、基板上での所望の領域に金属多層膜を剥
離することなく安定に形成する技術に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a technique for stably forming a metal multilayer film on a desired region on a substrate without peeling off the metal multilayer film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの金属電極形成方法とし
て、ホトリソグラフィーを用いたパターン形成方法がよ
く知られており、これにより、所望の領域に電極を形成
することができる。特に、多層膜のエッチングにおいて
は、剥離などの問題回避のためエッチング液・条件の制
御により逆テーパ(サイドエッチング)発生防止を行っ
ている(畑田賢造、TAB技術入門、工業調査会P.1
01)。
2. Description of the Related Art As a method of forming a metal electrode of a semiconductor device, a pattern forming method using photolithography is well known, and an electrode can be formed in a desired region. In particular, in the etching of a multilayer film, the occurrence of reverse taper (side etching) is prevented by controlling the etching solution and conditions in order to avoid problems such as peeling (Kenzo Hatada, Introduction to TAB Technology, Industrial Research Council P.1).
01).

【0003】ところが、前述のエッチング液・条件制御
では、エッチング残りが発生する等の問題がある。
[0005] However, the above-described control of the etching solution and conditions has a problem that etching residue is generated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、その目的は、積層金属膜
が逆テーパであっても剥離の発生を回避することが可能
となる電極パターン形成方法および半導体装置を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to prevent the occurrence of peeling even if the laminated metal film has a reverse taper. An object of the present invention is to provide an electrode pattern forming method and a semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、電極パタ
ーンである積層金属膜が逆テーパ構造で、はんだ付け用
金属膜の全応力が150N/m以上の引張応力を持つ場
合においても剥離を回避可能であることを見出した。こ
れを基にして、請求項1に記載の電極パターン形成方法
によれば、基板の上において下地用金属膜とポリイミド
膜が露出した状態から、ポリイミド膜に不活性ガスイオ
ンを照射して表面に凹凸を生じさせた後、当該基板の上
に、コンタクト金属膜、全応力が150N/m以上の引
張応力を持つはんだ付け用金属膜が順に成膜される。そ
の後、コンタクト金属膜とはんだ付け用金属膜の積層構
造の金属膜に対しオーバーエッチングとなるフォトエッ
チングが行われ、所定領域の積層構造の金属膜が残され
る。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that even when the laminated metal film as the electrode pattern has a reverse tapered structure and the total stress of the soldering metal film has a tensile stress of 150 N / m or more, the peeling is performed. It was found that it was possible to avoid. Based on this, according to the method for forming an electrode pattern according to claim 1, the polyimide film is irradiated with inert gas ions from the state where the underlying metal film and the polyimide film are exposed on the substrate, and the surface is exposed to the inert gas ions. After the unevenness is formed, a contact metal film and a soldering metal film having a total stress of 150 N / m or more in tensile stress are sequentially formed on the substrate. Thereafter, overetching is performed on the metal film having a laminated structure of the contact metal film and the metal film for soldering so that the metal film having the laminated structure in a predetermined region is left.

【0006】その結果、請求項6に記載のように、積層
構造の金属膜における端面部での断面構造が逆テーパ状
をなすとともに、はんだ付け用金属膜の全応力が150
N/m以上の引張応力を持つ半導体装置が得られる。
As a result, the cross-sectional structure at the end face of the metal film having a laminated structure has a reverse tapered shape, and the total stress of the metal film for soldering is 150.
A semiconductor device having a tensile stress of N / m or more can be obtained.

【0007】ここで、前述のオーバーエッチングにより
エッチング残りが発生するのが防止される。このように
して、積層金属膜が逆テーパであっても剥離の発生を回
避することが可能となる。
[0007] Here, the occurrence of unetched residue due to the above-mentioned over-etching is prevented. Thus, even if the laminated metal film has a reverse taper, it is possible to avoid the occurrence of peeling.

【0008】ここで、請求項2に記載のように、過大な
凹凸を生じさせないようにすると、適度な凹凸が付けら
れ、その上に成膜するときにボイドの発生を回避でき
る。より詳しくは、請求項3に記載のように、イオン照
射後のポリイミド膜の表面の中心線平均あらさ(Ra)
が1nm以下にするとよい。つまり、請求項6に記載の
ごとく、ポリイミド膜の表面が、中心線平均あらさ(R
a)が1nm以下の粗面となっている半導体装置とする
とよい。
Here, as described in the second aspect, if excessive unevenness is prevented from being generated, appropriate unevenness is formed, and generation of voids when forming a film thereon can be avoided. More specifically, as described in claim 3, the center line average roughness (Ra) of the surface of the polyimide film after ion irradiation.
Is preferably 1 nm or less. That is, as described in claim 6, the surface of the polyimide film has a center line average roughness (R
It is preferable that the semiconductor device has a rough surface of 1 nm or less.

【0009】このポリイミド膜の表面に対し適度な凹凸
を付ける処理を行う場合において、請求項4,7に記載
のように、はんだ付け用金属膜は全応力が800N/m
以下の引張応力を持つようにすると、実用上好ましいも
のとなる。
In the case where the surface of the polyimide film is subjected to a process for forming appropriate irregularities, the soldering metal film has a total stress of 800 N / m.
It is practically preferable to have the following tensile stress.

【0010】また、請求項5,8に示すように、コンタ
クト金属膜は、チタン、クロム、バナジウムのいずれか
の膜であり、はんだ付け用金属膜は、ニッケル膜または
銅膜であると、実用上好ましいものになる。
According to a fifth aspect of the present invention, when the contact metal film is any one of titanium, chromium, and vanadium, and the metal film for soldering is a nickel film or a copper film, It becomes more preferable.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。本実施形態において
は、図1に示すIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ)に具体化している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is embodied as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) shown in FIG.

【0012】図1において、p+ シリコン基板1aの上
にn- エピタキシャル層1bが形成され、基板1aとエ
ピタキシャル層1bにてシリコン基板1が構成されてい
る。n- エピタキシャル層1bの表層部に深さの異なる
p型層20,21が形成されるとともに同p型層20,
21の表層部にn+ 領域22が形成されている。シリコ
ン基板1の上にはゲート酸化膜23を介してゲート電極
24が配置されている。このようなセルがシリコン基板
1に多数形成され、多数のセルにてIGBTが構成され
ている。本例の半導体装置は、1つの基板(チップ)1
に複数のIGBT(セル群)が形成されている。
In FIG. 1, an n - epitaxial layer 1b is formed on a p + silicon substrate 1a, and a silicon substrate 1 is constituted by the substrate 1a and the epitaxial layer 1b. At the surface portion of n - epitaxial layer 1b, p-type layers 20, 21 having different depths are formed, and p-type layers 20, 21 having the same depth are formed.
An n + region 22 is formed in the surface layer portion 21. On the silicon substrate 1, a gate electrode 24 is arranged via a gate oxide film 23. A large number of such cells are formed on the silicon substrate 1, and an IGBT is constituted by the large number of cells. The semiconductor device of this example has one substrate (chip) 1
Are formed with a plurality of IGBTs (cell groups).

【0013】また、シリコン基板1の上面にはエミッタ
電極としてアルミ膜2、チタン膜5、ニッケル膜6、金
膜7が順に成膜されている。一方、シリコン基板1の裏
面(下面)には凹凸1cが形成され、当該凹凸1cに対
しコレクタ電極としてチタン膜10、ニッケル膜11、
金膜12が順に成膜されている。ここで、チタン薄膜
5,10がコンタクト金属膜であり、ニッケル膜6,1
1がはんだ付け用金属膜であり、金膜7,12が酸化防
止膜である。
On the upper surface of the silicon substrate 1, an aluminum film 2, a titanium film 5, a nickel film 6, and a gold film 7 are sequentially formed as emitter electrodes. On the other hand, unevenness 1c is formed on the back surface (lower surface) of the silicon substrate 1, and a titanium film 10, a nickel film 11,
The gold film 12 is formed in order. Here, the titanium thin films 5, 10 are contact metal films, and the nickel films 6, 1
1 is a metal film for soldering, and gold films 7 and 12 are oxidation prevention films.

【0014】さらに、シリコン基板1の上面(金膜7
側)にはヒートシンク兼エミッタリード25がはんだ2
6により接合される。一方、シリコン基板1の裏面(金
膜12側)にはヒートシンク兼コレクタリード27がは
んだ28により接合される。
Further, the upper surface of the silicon substrate 1 (the gold film 7)
Side), the heat sink / emitter lead 25 is solder 2
6 are joined. On the other hand, a heat sink / collector lead 27 is joined to the back surface (the gold film 12 side) of the silicon substrate 1 by solder 28.

【0015】次に、このIGBTの製造工程、特に、電
極パターンであるチタン膜5、ニッケル膜6、金膜7の
形成方法を主に説明する。工程説明のための断面図を、
図2〜図14に示す。
Next, the manufacturing process of the IGBT, particularly, the method of forming the titanium film 5, the nickel film 6, and the gold film 7, which are the electrode patterns, will be mainly described. A cross-sectional view for explaining the process,
2 to 14.

【0016】まず、図2に示すように、シリコン基板1
を用意する。そして、ウェハ状態のシリコン基板1に対
し一般的な半導体デバイス製造技術(イオン注入など)
を用いてIGBT素子を形成する。さらに、シリコン基
板1の上面における、隣接するIGBT(セル群)との
境界部2aに絶縁膜3を形成する。この絶縁膜3はBP
SG膜やPSG膜などから成る。その後、絶縁膜3を含
むシリコン基板1の上にアルミ膜2を蒸着する。このア
ルミ膜2は、IGBTのエミッタ電極部の下地となる。
そして、フォトリソグラフィー手法により、アルミ膜2
における、隣接するIGBT(セル群)との境界部2a
を除去する。
First, as shown in FIG.
Prepare Then, a general semiconductor device manufacturing technique (such as ion implantation) is applied to the silicon substrate 1 in a wafer state.
Is used to form an IGBT element. Further, an insulating film 3 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 at a boundary portion 2a between adjacent IGBTs (cell groups). This insulating film 3 is made of BP
It is made of an SG film, a PSG film, or the like. Thereafter, an aluminum film 2 is deposited on the silicon substrate 1 including the insulating film 3. This aluminum film 2 serves as a base for the emitter electrode portion of the IGBT.
Then, the aluminum film 2 is formed by photolithography.
2a between adjacent IGBTs (cell groups)
Is removed.

【0017】そして、図3に示すように、アルミ膜2お
よび絶縁膜3の上の所定領域に保護膜としてのポリイミ
ド膜4を形成する。これにより、シリコン基板1の上に
おいて下地用金属膜であるアルミ膜2とポリイミド膜4
が露出した状態となる。このポリイミド膜4のパターニ
ング工程に関して、詳しくは、レジストを塗布し、露光
を行い、現像液に浸けてレジストの現像を行うとともに
ポリイミド膜のエッチングを行う。さらに、アセトンな
どを用いてレジストを剥離し、アニールを行う。
Then, as shown in FIG. 3, a polyimide film 4 as a protective film is formed in a predetermined region on the aluminum film 2 and the insulating film 3. As a result, the aluminum film 2 and the polyimide film 4 which are the underlying metal films are formed on the silicon substrate 1.
Is exposed. More specifically, with respect to the patterning step of the polyimide film 4, a resist is applied, exposed, and immersed in a developer to develop the resist and etch the polyimide film. Further, the resist is stripped using acetone or the like, and annealing is performed.

【0018】引き続き、図4に示すように、チタン膜5
(図5参照)の成膜を行う前に(電極成膜前の処理とし
て)、ポリイミド膜4に対し不活性ガスイオンであるア
ルゴンガスイオンを照射する。このアルゴンガスイオン
の照射を行う装置の概略的な構成を図15に示す。
Subsequently, as shown in FIG.
Before forming the film (see FIG. 5) (as a process before forming the electrode), the polyimide film 4 is irradiated with argon gas ions, which are inert gas ions. FIG. 15 shows a schematic configuration of an apparatus for irradiating this argon gas ion.

【0019】図15において、チャンバー30は、ガス
が導入される導入口30aが設けられると共に、排気減
圧用のターボポンプ31を介して排出口30bが設けら
れている。チャンバー30の内部の上下の各面には高周
波電圧を印加するための電極板32a,32bが配置さ
れている。これらの電極板32a,32b間には高周波
電源33から高周波出力が印加されるようになってい
る。シリコンウェハ34は下側の電極32b上に載置さ
れるようになっている。また、チャンバー30の外周部
にはマグネット35が配置され、チャンバー30内に磁
界を作用させて不活性ガスイオンを発生させるようにな
っている。
In FIG. 15, the chamber 30 is provided with an inlet 30a for introducing a gas and an outlet 30b via a turbo pump 31 for exhaust pressure reduction. Electrode plates 32a and 32b for applying a high-frequency voltage are arranged on the upper and lower surfaces inside the chamber 30. A high frequency output from a high frequency power supply 33 is applied between these electrode plates 32a and 32b. The silicon wafer 34 is mounted on the lower electrode 32b. A magnet 35 is arranged on the outer periphery of the chamber 30 so that a magnetic field acts on the inside of the chamber 30 to generate inert gas ions.

【0020】この装置において、シリコンウェハ34が
チャンバー30内の電極32b上に載置された状態で起
動させると、チャンバー30内はターボポンプ31によ
り排気され、真空に引かれた状態(具体的には、3P
a)でアルゴンガスが導入口30aから導入される。そ
して、高周波電源33により高周波出力を電極32a,
32b間に印加させるとともにマグネット35により磁
界を発生させる。この状態で、チャンバー30内にアル
ゴンガスイオンが発生してシリコンウェハ34の表面に
照射される。
In this apparatus, when the silicon wafer 34 is started in a state where it is mounted on the electrode 32b in the chamber 30, the chamber 30 is evacuated by the turbo pump 31 and is evacuated (specifically, Is 3P
In a), an argon gas is introduced from the inlet 30a. The high frequency power is supplied from the high frequency power supply 33 to the electrodes 32a, 32a.
The magnetic field is generated by the magnet 35 while being applied between 32b. In this state, argon gas ions are generated in the chamber 30 and irradiated on the surface of the silicon wafer 34.

【0021】このとき、パワーを100Wとし、イオン
照射を60秒間行う。これは、イオン照射としては低出
力なものである。つまり、一般的な処理は400W、1
20秒程度であるが、本実施の形態においては100
W、60秒にしている。これにより、ポリイミド膜4の
表面に対し過大な凹凸を生じさせないような不活性ガス
イオンの照射が行われ、適度な凹凸が付けられるととも
に最表面が清浄化される。具体的には、イオン照射後の
ポリイミド膜4の表面の中心線平均あらさ(Ra)が1
nm以下である。アルゴンガスイオン照射に伴う凹凸形
成により表面積が増加しその上に成膜する膜の密着性が
向上して剥離の発生を改善できる。特に、適度な凹凸
(Raが1nm以下)により、その上に成膜するときに
ボイドの発生が回避でき、信頼性向上が図られる。ま
た、上述したように低出力・短時間のイオン照射であ
り、パーティクルが発生することもなく、装置が汚染さ
れない。
At this time, the power is set to 100 W and the ion irradiation is performed for 60 seconds. This is a low output for ion irradiation. That is, general processing is 400 W, 1
It is about 20 seconds, but in this embodiment, 100 seconds
W, 60 seconds. Thereby, the surface of the polyimide film 4 is irradiated with inert gas ions so as not to generate excessive unevenness, whereby appropriate unevenness is formed and the outermost surface is cleaned. Specifically, the center line average roughness (Ra) of the surface of the polyimide film 4 after ion irradiation is 1
nm or less. The surface area is increased due to the formation of the concavities and convexities due to the irradiation of the argon gas ions, the adhesion of the film formed thereon is improved, and the occurrence of separation can be improved. In particular, due to appropriate unevenness (Ra is 1 nm or less), generation of voids can be avoided when a film is formed thereon, thereby improving reliability. In addition, as described above, the ion irradiation is performed at a low output and for a short time, so that no particles are generated and the apparatus is not contaminated.

【0022】図16(a),(b)にはアルゴンガスイ
オンの照射前後における、ポリイミド膜4の表面の測定
結果を示す。測定にはAFMを用いた。図16(a)は
処理前であり、ポリイミド膜のRa値は0.404nm
であり、表面積は250560nm2 (250000n
2 あたり)であった。図16(b)は処理後であり、
ポリイミド膜のRa値は0.495nmであり、表面積
は252224nm2 (250000nm2 あたり)で
あった。このように、処理後のRa値が1nm以下であ
り、処理により表面積が増加していることが確認でき
た。
FIGS. 16A and 16B show the measurement results of the surface of the polyimide film 4 before and after irradiation with argon gas ions. AFM was used for the measurement. FIG. 16A shows the state before the treatment, and the Ra value of the polyimide film is 0.404 nm.
And the surface area is 250560 nm 2 (250,000 n
was m per 2). FIG. 16B shows the state after the processing.
The Ra value of the polyimide film was 0.495 nm, and the surface area was 252224 nm 2 (per 250,000 nm 2 ). Thus, the Ra value after the treatment was 1 nm or less, and it was confirmed that the surface area was increased by the treatment.

【0023】引き続き、図4でのシリコン基板1の上に
アルミ膜2とポリイミド膜4が露出した状態から、図5
に示すように、電極成膜として、シリコン基板1の上
に、チタン膜5、ニッケル膜6、金膜7を順に成膜す
る。このとき、ニッケル膜6は、全応力が150N/m
以上の引張応力を持つ(図中のFの大きさ)。また、前
述の不活性ガスイオンの照射工程を含む半導体製造方法
を採用する場合には、ニッケル膜6は、全応力が800
N/m以下の引張応力を持つものにする。なお、膜の全
応力(total stress) は、膜厚と内部応力との乗算値
(全応力=膜厚×内部応力)である。
Subsequently, from the state where the aluminum film 2 and the polyimide film 4 are exposed on the silicon substrate 1 in FIG.
As shown in FIG. 1, a titanium film 5, a nickel film 6, and a gold film 7 are sequentially formed on the silicon substrate 1 as electrode films. At this time, the nickel film 6 has a total stress of 150 N / m.
It has the above tensile stress (the size of F in the figure). When a semiconductor manufacturing method including the above-described step of irradiating inert gas ions is employed, the nickel film 6 has a total stress of 800.
It should have a tensile stress of N / m or less. The total stress of the film is a product of the film thickness and the internal stress (total stress = film thickness × internal stress).

【0024】さらに、図6に示すように、3層構造の金
属膜5,6,7の上の所定領域にレジスト8を塗布す
る。引き続き、図7,8,9に示すように、3層構造の
金属膜5,6,7に対しオーバーエッチングとなるウェ
ットエッチングを行い、レジスト8の無い領域における
金膜7、ニッケル膜6、チタン膜5を順に除去する。詳
しくは、図7のごとく、金膜7をエッチングする際に
は、Auエッチング液(Auエッチャント)として、ヨ
ウ素+ヨウ化カリウム+水の混合液を用いる。また、図
8のごとく、ニッケル膜6をエッチングする際には、N
iエッチング液として、リン酸+硝酸+酢酸+水の混合
液を用いる。さらに、図9のごとく、チタン膜5をエッ
チングする際には、Tiエッチング液として、EDTA
+アンモニア+過酸化水素水+水の混合液を用いる。
Further, as shown in FIG. 6, a resist 8 is applied to a predetermined region on the metal films 5, 6, 7 having a three-layer structure. Subsequently, as shown in FIGS. 7, 8, and 9, the metal films 5, 6, and 7 having a three-layer structure are wet-etched so as to be over-etched, and the gold film 7, the nickel film 6, the titanium film The film 5 is sequentially removed. Specifically, as shown in FIG. 7, when etching the gold film 7, a mixed solution of iodine + potassium iodide + water is used as an Au etchant (Au etchant). Further, as shown in FIG. 8, when etching the nickel film 6, N
A mixed solution of phosphoric acid + nitric acid + acetic acid + water is used as the i etching solution. Further, as shown in FIG. 9, when etching the titanium film 5, EDTA is used as a Ti etching solution.
A mixed solution of + ammonia + hydrogen peroxide + water is used.

【0025】このように3層構造の金属膜5,6,7に
対しフォトエッチングを行うことにより、図9に示すよ
うに、所定領域の3層構造の金属膜5,6,7が残され
る。つまり、隣接するIGBT(セル群)における電極
の分離が行われる。また、3層構造の金属膜5,6,7
における端面部がサイドエッチング(アンダーカット)
により、その断面構造が逆テーパ状になる。
By performing photo-etching on the metal films 5, 6, and 7 having the three-layer structure, the metal films 5, 6, and 7 having the three-layer structure in a predetermined region are left as shown in FIG. . That is, the electrodes of adjacent IGBTs (cell groups) are separated. Further, metal films 5, 6, 7 having a three-layer structure
Side etching (undercut)
Thereby, the cross-sectional structure becomes an inversely tapered shape.

【0026】引き続き、図10に示すように、レジスト
8を除去した後、図11に示すように、シリコン基板1
の表面(上面)に保護テープ9を貼り付ける。このテー
プ9は基板1の裏面研削を行うためのものである。
Subsequently, as shown in FIG. 10, after the resist 8 is removed, as shown in FIG.
A protective tape 9 is attached to the surface (upper surface). This tape 9 is for grinding the back surface of the substrate 1.

【0027】そして、図12に示すように、シリコン基
板1の裏面を研削して凹凸1cを形成する。さらに、図
13に示すように、保護テープ9を剥がした後、図14
に示すように、シリコン基板1の裏面にチタン膜10と
ニッケル膜11と金膜12を順に成膜する。これにより
得られる半導体装置の構造は、シリコン基板1の上にア
ルミ膜2とポリイミド膜4が配置されるとともに、その
上に、チタン膜5とニッケル膜6と金膜7を順に積層し
た3層構造の金属膜がパターニングされ、さらに、3層
構造の金属膜5,6,7における端面部での断面構造が
逆テーパ状をなすとともに、ニッケル膜6の全応力が1
50N/m以上の引張応力を持つ(図中のFの大き
さ)。また、ポリイミド膜4の表面は中心線平均あらさ
Raが1nm以下の粗面となる。また、ニッケル膜6
は、全応力が800N/m以下の引張応力を持つとよ
い。
Then, as shown in FIG. 12, the back surface of the silicon substrate 1 is ground to form irregularities 1c. Further, as shown in FIG. 13, after peeling off the protective tape 9, FIG.
1, a titanium film 10, a nickel film 11, and a gold film 12 are sequentially formed on the back surface of the silicon substrate 1. The resulting semiconductor device has a three-layer structure in which an aluminum film 2 and a polyimide film 4 are disposed on a silicon substrate 1 and a titanium film 5, a nickel film 6, and a gold film 7 are sequentially stacked thereon. The metal film having a three-layer structure is patterned. Further, the cross-sectional structure of the three-layer metal films 5, 6, and 7 at the end faces has an inversely tapered shape.
It has a tensile stress of 50 N / m or more (the size of F in the figure). The surface of the polyimide film 4 is a rough surface having a center line average roughness Ra of 1 nm or less. The nickel film 6
Preferably has a total stress of 800 N / m or less.

【0028】ニッケル膜6の全応力が150N/m以上
の引張応力を持ち、かつ、3層構造の金属膜5,6,7
の成膜を行う前に、ポリイミド膜4の表面に対し過大な
凹凸を生じさせないようなアルゴンガスイオン(不活性
ガスイオン)の照射を行うことにより、ポリイミド膜4
の表面積が適度に増加して密着力が向上し、これによ
り、剥離防止の改善が図られる。つまり、ニッケル膜6
の全応力として非常に大きな引張応力を持つ場合には、
図12の保護テープ9を剥がす時、図17に示すよう
に、保護テープ9でポリイミド膜4の上、及びアルミ膜
2上の電極5,6,7が剥がれてしまうが、本実施形態
ではこれを回避することができる。
The total stress of the nickel film 6 has a tensile stress of 150 N / m or more, and the metal films 5, 6, 7 have a three-layer structure.
Before the film formation of the polyimide film 4, the surface of the polyimide film 4 is irradiated with argon gas ions (inert gas ions) so as not to cause excessive unevenness.
Has a moderate increase in surface area, thereby improving the adhesion, thereby improving the prevention of peeling. That is, the nickel film 6
If you have a very large tensile stress as the total stress of
When the protective tape 9 of FIG. 12 is peeled off, the electrodes 5, 6, and 7 on the polyimide film 4 and the aluminum film 2 are peeled off by the protective tape 9 as shown in FIG. Can be avoided.

【0029】本発明者らは、アルゴンガスイオンの照射
に代わる処理での剥離性を確認すべく、次の(i) 〜(iv)
の実験を行った。 (i) IPA(イソプロピルアルコール)による洗浄を行
った後に、テープによる剥離試験 (ii)リン酸による洗浄を行った後に、テープによる剥離
試験 (iii) CVDエッチング液による洗浄を行った後に、テ
ープによる剥離試験 (iv)CF4 による表面処理を行った後に、テープによる
剥離試験 しかしながら、いずれも剥離は発生した。これにより、
アルゴンガスイオンの照射の有用性が確認できた。
The present inventors have examined the following (i) to (iv) in order to confirm the releasability in a process instead of the irradiation with argon gas ions.
Was conducted. (i) Peeling test with tape after cleaning with IPA (isopropyl alcohol) (ii) Peeling test with tape after cleaning with phosphoric acid (iii) Tape cleaning after cleaning with CVD etchant Peeling test (iv) Peeling test with tape after performing surface treatment with CF 4 However, peeling occurred in all cases. This allows
The usefulness of argon gas ion irradiation was confirmed.

【0030】なお、剥離発生防止のためにイオンビーム
照射による密着性改善が報告されている(Proc.BEA
MS1999,袴田ら)が、この場合には表面の中心線
平均あらさRaが1nmより大きく、成膜後のボイド発
生など信頼性に課題が残るが、Ra値を1nm以下にす
ることにより上述したように成膜後にボイドの発生等の
不具合が発生することはない。
It has been reported that the adhesion is improved by ion beam irradiation in order to prevent the occurrence of peeling (Proc. BEA).
MS 1999, Hakamada et al.) In this case, the center line average roughness Ra of the surface is larger than 1 nm, and there remains a problem in reliability such as generation of voids after film formation. However, as described above, by setting the Ra value to 1 nm or less. No problem such as generation of voids occurs after film formation.

【0031】一方、積層構造の金属膜5,6,7に対し
オーバーエッチングとなるフォトエッチングを行わず
(逆テーパとせずに)、図18に示すように、順テーパ
にすると、エッチング残りが発生し、本来、電気的に分
離すべきIGBTが電気的につながってしまう。これに
対し、オーバーエッチングとなるフォトエッチングを行
い、逆テーパ構造にすることによりエッチング残りは発
生しない。
On the other hand, if the metal films 5, 6, and 7 having a laminated structure are not subjected to photo-etching which causes over-etching (without being made to have a reverse taper) and have a forward taper as shown in FIG. However, IGBTs that should be electrically separated are electrically connected. On the other hand, by performing photo-etching that becomes over-etching to form a reverse tapered structure, no etching residue is generated.

【0032】なお、製造工程において、できあがったウ
ェハ(各半導体装置)は電気特性検査を行った後に各チ
ップにダイシングされ、組付けられる。以上、電極パタ
ーンである3層金属膜5,6,7が逆テーパ構造で、ニ
ッケル膜6の全応力が150N/m以上の引張応力を持
つ場合にも剥離を回避可能であり、ポリイミド膜4の表
面への不活性ガスイオンの照射を行うことにより剥離防
止に効果があり、このとき、イオン照射は過大な凹凸を
生じさせないようにし(具体的にはRa値が1nm以
下)、かつ、ニッケル膜6の全応力が800N/m以下
の引張応力を持つようにするとよい。
In the manufacturing process, the completed wafer (each semiconductor device) is diced and assembled into each chip after an electrical characteristic test. As described above, even when the three-layer metal films 5, 6, and 7 serving as the electrode patterns have a reverse tapered structure and the total stress of the nickel film 6 has a tensile stress of 150 N / m or more, peeling can be avoided. Irradiation of inert gas ions on the surface is effective in preventing delamination. At this time, ion irradiation is performed so as not to generate excessive unevenness (specifically, the Ra value is 1 nm or less), and nickel is applied. It is preferable that the total stress of the film 6 has a tensile stress of 800 N / m or less.

【0033】これまで説明してきたものの他にも下記の
ように実施してもよい。コンタクト金属膜がチタン膜5
であったが、チタン膜の他にもクロム、バナジウムのい
ずれかの膜でもよい。また、はんだ付け用金属膜はニッ
ケル膜6であったが、他の金属膜、例えば銅膜であって
もよい。さらに、酸化防止膜として金膜7を用いたが、
銀膜を用いてもよい。さらに、酸化防止膜である金膜7
は、必ずしも必要としない。
In addition to those described above, the present invention may be implemented as follows. Contact metal film is titanium film 5
However, in addition to the titanium film, any one of chromium and vanadium may be used. Further, the metal film for soldering is the nickel film 6, but may be another metal film, for example, a copper film. Further, although the gold film 7 was used as the antioxidant film,
A silver film may be used. Further, a gold film 7 serving as an antioxidant film
Is not necessarily required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施形態の半導体装置の一部断面図。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment.

【図2】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an electrode pattern.

【図3】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【図4】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【図5】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an electrode pattern.

【図6】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining an electrode pattern forming method.

【図7】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an electrode pattern forming method.

【図8】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an electrode pattern.

【図9】 電極パターン形成方法を説明するための断面
図。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an electrode pattern.

【図10】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an electrode pattern.

【図11】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【図12】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【図13】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【図14】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a method of forming an electrode pattern.

【図15】 不活性ガスイオンの照射装置の概略構成
図。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of an inert gas ion irradiation device.

【図16】 ポリイミド膜の表面の測定結果を示す図。FIG. 16 is a view showing measurement results of a surface of a polyimide film.

【図17】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【図18】 電極パターン形成方法を説明するための断
面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a method of forming an electrode pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…アルミ膜、4…ポリイミド膜、
5…チタン膜、6…ニッケル膜、7…金膜。
1: silicon substrate, 2: aluminum film, 4: polyimide film,
5: titanium film, 6: nickel film, 7: gold film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 652 H01L 21/88 T 21/336 29/78 658F (72)発明者 宮嶋 健 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 鈴木 幹昌 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 4M104 BB02 CC01 DD20 DD24 DD64 EE18 FF06 FF17 GG20 HH09 5F004 AA14 AA16 BA04 BA08 BB07 BB13 DA23 DB25 5F033 HH07 HH08 HH13 HH18 MM08 MM17 PP14 QQ08 QQ09 QQ10 QQ19 QQ33 QQ91 RR14 RR15 RR22 TT04 VV07 WW00 XX00 5F043 AA27 BB17 BB18 FF04 GG02──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 652 H01L 21/88 T 21/336 29/78 658F (72) Inventor Takeshi Miyajima Kariya, Aichi 1-1-1 Showa-cho, DENSO Corporation (72) Inventor Mikimasa Suzuki 1-1-1, Showa-machi, Kariya-shi, Aichi F-term in Denso Corporation 4M104 BB02 CC01 DD20 DD24 DD64 EE18 FF06 FF17 GG20 HH09 5F004 AA14 AA16 BA04 BA08 BB07 BB13 DA23 DB25 5F033 HH07 HH08 HH13 HH18 MM08 MM17 PP14 QQ08 QQ09 QQ10 QQ19 QQ33 QQ91 RR14 RR15 RR22 TT04 VV07 WW00 XX00 5F043 BB02 BB02

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板(1)の上において下地用金属膜
(2)とポリイミド膜(4)が露出した状態から、ポリ
イミド膜(4)に不活性ガスイオンを照射して表面に凹
凸を生じさせた後、当該基板(1)の上に、コンタクト
金属膜(5)、全応力が150N/m以上の引張応力を
持つはんだ付け用金属膜(6)を順に成膜する工程と、 前記コンタクト金属膜(5)とはんだ付け用金属膜
(6)の積層構造の金属膜に対しオーバーエッチングと
なるフォトエッチングを行い、所定領域の積層構造の金
属膜(5,6)を残す工程と、を備えたことを特徴とす
る電極パターン形成方法。
The polyimide film (4) is irradiated with inert gas ions from the state in which the underlying metal film (2) and the polyimide film (4) are exposed on the substrate (1) to form irregularities on the surface. Forming a contact metal film (5) and a soldering metal film (6) having a total stress of 150 N / m or more on the substrate (1) in this order; Performing photo-etching, which is an over-etching process, on the metal film having a stacked structure of the metal film (5) and the metal film for soldering (6) to leave a metal film (5, 6) having a stacked structure in a predetermined region. An electrode pattern forming method, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の電極パターン形成方法
において、 前記不活性ガスイオンの照射の際、過大な凹凸を生じさ
せないようにしたことを特徴とする電極パターン形成方
法。
2. The method of forming an electrode pattern according to claim 1, wherein the irradiation with the inert gas ions does not cause excessive unevenness.
【請求項3】 請求項2に記載の電極パターン形成方法
において、 前記イオン照射後のポリイミド膜(4)の表面の中心線
平均あらさが1nm以下であることを特徴とする電極パ
ターン形成方法。
3. The electrode pattern forming method according to claim 2, wherein a center line average roughness of a surface of the polyimide film (4) after the ion irradiation is 1 nm or less.
【請求項4】 請求項2に記載の電極パターン形成方法
において、 前記はんだ付け用金属膜(6)は、全応力が800N/
m以下の引張応力を持つものであることを特徴とする電
極パターン形成方法。
4. The method for forming an electrode pattern according to claim 2, wherein the metal film for soldering has a total stress of 800 N /.
A method for forming an electrode pattern, wherein the electrode pattern has a tensile stress of not more than m.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電
極パターン形成方法において、 前記コンタクト金属膜(5)は、チタン、クロム、バナ
ジウムのいずれかの膜であり、前記はんだ付け用金属膜
(6)は、ニッケル膜または銅膜であることを特徴とす
る電極パターン形成方法。
5. The method for forming an electrode pattern according to claim 1, wherein the contact metal film (5) is any one of titanium, chromium, and vanadium, and is used for the soldering. The method for forming an electrode pattern, wherein the metal film (6) is a nickel film or a copper film.
【請求項6】 基板(1)の上に下地用金属膜(2)と
ポリイミド膜(4)が配置されるとともに、その上に、
コンタクト金属膜(5)とはんだ付け用金属膜(6)を
順に積層した積層構造の金属膜がパターニングされた半
導体装置であって、 前記積層構造の金属膜(5,6)における端面部での断
面構造が逆テーパ状をなすとともに、前記はんだ付け用
金属膜(6)の全応力が150N/m以上の引張応力を
持ち、前記ポリイミド膜(4)の表面は、中心線平均あ
らさが1nm以下の粗面となっていることを特徴とする
半導体装置。
6. A base metal film (2) and a polyimide film (4) are arranged on a substrate (1), and
A semiconductor device in which a metal film having a laminated structure in which a contact metal film (5) and a metal film for soldering (6) are sequentially laminated is patterned, wherein the metal film (5, 6) having the laminated structure has The cross-sectional structure is reverse-tapered, the total stress of the metal film for soldering (6) has a tensile stress of 150 N / m or more, and the surface of the polyimide film (4) has a center line average roughness of 1 nm or less. A semiconductor device characterized by having a rough surface.
【請求項7】 請求項6に記載の半導体装置において、 前記はんだ付け用金属膜(6)は、全応力が800N/
m以下の引張応力を持つものであることを特徴とする半
導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the metal film for soldering has a total stress of 800 N /.
A semiconductor device having a tensile stress of not more than m.
【請求項8】 請求項6または7に記載の半導体装置に
おいて、 前記コンタクト金属膜(5)は、チタン、クロム、バナ
ジウムのいずれかの膜であり、前記はんだ付け用金属膜
(6)は、ニッケル膜または銅膜であることを特徴とす
る半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 6, wherein the contact metal film (5) is any one of titanium, chromium, and vanadium, and the soldering metal film (6) is A semiconductor device comprising a nickel film or a copper film.
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