JP2008218693A - エッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜およびそのＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲット - Google Patents

エッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜およびそのＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲット Download PDF

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Abstract

【課題】半導体チップを基板に実装するためのＡｕバンプとＡｌ電極の間に形成してＡｕとＡｌの拡散を防止するためのエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜、並びにこのエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットを提供する。
【解決手段】Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：２５〜１００ｐｐｍを含有し、残部がＷおよび不可避不純物からなる組成を有するエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜、並びに同じ成分組成を有するスパッタリング用Ｔｉ−Ｗターゲット。
【選択図】なし

Description

この発明は、半導体チップを基板に実装するためのバンプと下地電極の間に形成して金属間化合物の生成を防止するためのエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜、並びにこのエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用Ｗ−Ｔｉターゲットに関するものである。
近年、実装基板と半導体装置の結合にはフリップチップ実装が用いられている。フリップチップ実装ではＡｌ電極またはＣｕ層電極の上にメッキ法によりそれぞれＡｕバンプまたは半田バンプを形成している。しかし、ＡｕバンプとＡｌ電極とを直接接触させると、ＡｕとＡｌとが相互に拡散してＡｕとＡｌの金属間化合物が生成し、このＡｕとＡｌの金属間化合物が生成するとその部分の電気抵抗が上昇したり密着性が低下したりするので好ましくない。同様に、半田バンプとＣｕ層電極とを直接接触させると、半田バンプのＳｎとＣｕが反応してＳｎとＣｕの金属間化合物を生成し、その部分の電気抵抗が上昇したり密着性が低下したりするので好ましくない。このＡｕとＡｌの金属間化合物の生成を阻止するためにＡｕバンプとＡｌ電極との間にＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成し、またＳｎとＣｕの金属間化合物の生成を阻止するために半田バンプとＣｕ層電極の間にＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成している。
ここで、この従来のＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成してＡｕバンプを作製する方法を図面に基づいて一層具体的に説明する。まず、図１に示されるように、シリコン基板１の上のＡｌ電極２の上面のみが露出するようにパッシベーション膜（絶縁膜）３が形成されている半導体装置を用意し、この半導体装置のＡｌ電極２およびパッシベーション３の上に、図２に示されるように、全面にわたってＷ−Ｔｉ拡散防止膜４を形成する。このＷ−Ｔｉ拡散防止膜４の上に図３に示されるようにフォトレジスト膜５を形成し、次いで図４に示されるようにこのフォトレジスト膜５を露光して選択的に除去して窓６を形成する。この窓６にＡｕメッキを行って図５に示されるように窓６をＡｕメッキ層で充填したのち、図６に示されるようにフォトレジスト膜を除去し、さらにＷ−Ｔｉ拡散防止膜４をエッチングにより除去して図７に示されるようにＡｕバンプ７を形成する。
このＷ−Ｔｉ拡散防止膜４は一般にＷ−Ｔｉターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成され、このＷ−Ｔｉターゲットは熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）または真空ホットプレスなどの方法により製造されることが知られている。そして、前記Ｗ−Ｔｉターゲットには不可避不純物としてＮａ，Ｋ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ、Ｏなどが含まれていることが知られており、例えば、特許文献１にはＮａ：１ｐｐｍ，Ｋ：１ｐｐｍ，Ｍｇ：６ｐｐｍ，Ａｌ：１５ｐｐｍ，Ｆｅ：２０ｐｐｍ，Ｎｉ：１０ｐｐｍ，Ｃｕ：１ｐｐｍ、Ｏ：１０００ｐｐｍが含まれているＷ−Ｔｉ膜を形成するためのＷ−Ｔｉターゲットが例示されている。
特開平５−５１７３２号公報
前述のように、Ａｌ電極２およびパッシベーション３の全面に被覆したＷ−Ｔｉ拡散防止膜４はＡｕバンプ７を形成したのち、図７に示されるように、最終的にＡｕバンプ７に接するＷ−Ｔｉ拡散防止膜４を除くすべてのＷ−Ｔｉ拡散防止膜４はエッチングにより除去しなければならない。しかし、このＷ−Ｔｉ拡散防止膜４はエッチングレートが遅いことで知られており、そのために生産効率が悪いという問題点があった。
そこで、本発明者らは、エッチングレートの早いＷ−Ｔｉ拡散防止膜を開発し、Ａｕバンプまたは半田バンプの作製時間を短縮して生産効率を上げるべく研究を行なった。その結果、Ｆｅを２５〜１００ｐｐｍ含むＷ−Ｔｉ拡散防止膜は従来のＷ−Ｔｉ拡散防止膜に比べてエッチングレートが早くなり、このＦｅを２５〜１００ｐｐｍ含むＷ−Ｔｉ拡散防止膜はＦｅを２５〜１００ｐｐｍ含むＷ−Ｔｉターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成することができる、という知見を得たのである。
この発明は、かかる知見に基づいて成されたものであって、
（１）Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：２５〜１００ｐｐｍを含有し、残部がＷおよび不可避不純物からなる組成を有するエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜、
（２）Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：２５〜１００ｐｐｍを含有し、残部がＷおよび不可避不純物からなる組成を有するエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用ターゲット、に特徴を有するものである。
この発明のエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜において、Ｔｉ：５〜２０質量％に限定した理由は、Ｔｉが５質量％未満ではＡｌ配線や周囲の保護膜との密着性が十分でなく好ましくないからであり、一方、Ｔｉが２０質量％を越えて含有すると、電気抵抗が高くなりすぎる上にさらにバリア性も低下するようになるので好ましくないことによるものである。Ｗ−Ｔｉ拡散防止膜に含まれるＴｉ：５〜２０質量％はすでに知られている範囲であるが、この発明のＷ−Ｔｉ拡散防止膜においてＴｉ含有量の一層好ましい範囲は８〜１５質量％である。
この発明のエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜に含まれるＦｅを２５〜１００ｐｐｍに限定した理由は、Ｆｅが２５ｐｐｍ未満ではエッチングレートを十分に高めることができないので好ましくなく、一方、Ｆｅを１００ｐｐｍを越えて含むと、ＡｌとＡｕの間の十分な拡散バリア性を有するＷ−Ｔｉ拡散防止膜が得られないので好ましくないことによるものである。
この発明のエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜はＷ−Ｔｉターゲットを用い、スパッタすることにより形成することができ、このＷ−Ｔｉ拡散防止膜形成用Ｗ−Ｔｉターゲットを製造するには、原料粉末として、平均粒径：１〜４０μｍのＴｉ粉末、平均粒径：０．５〜２０μｍのＷ粉末、平均粒径：５０〜１５０μｍのＦｅ粉末を用意し、これら原料粉末を質量％で、Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：２５〜１００ｐｐｍを含有し、残部がＷおよび不可避不純物からなる組成を有するように秤量し、混合して混合粉末を作製し、得られた混合粉末をグラファイト製モールドに充填し、圧力：１０〜４０ＭＰａ、温度：１０００〜１５００℃の条件で真空ホットプレスすることにより焼結体を作製し、得られた焼結体を所定の形状に機械加工することにより製造する。
この発明のＷ−Ｔｉ拡散防止膜は従来のＷ−Ｔｉ拡散防止膜に比べてエッチングレートの高いことからＷ−Ｔｉ拡散防止膜のエッチングによる除去速度を速めることができ、したがってＡｕバンプまたは半田バンプの形成を早めて生産効率をあげることができるので半導体産業の発展に大いに貢献し得るものである。
原料粉末として、純度：９９．９９９％を有し平均粒径：１５μｍを有するＴｉ粉末、純度：９９．９９９％を有し平均粒径：１μｍを有するＷ粉末、純度：９９．９９９％を有し平均粒径：１００μｍを有するＦｅ粉末を用意した。これら原料粉末を表１に示される割合で配合し、ボールミルに充填して混合し、得られた混合粉末をグラファイト製モールドに充填し、圧力：１５ＭＰａ、温度：１２００℃、３時間保持の条件で真空ホットプレスすることによりホットプレス焼結体を作製し、得られたホットプレス焼結体を機械加工して直径：１５２．４ｍｍ、厚さ：６ｍｍを有し、表１に示される成分組成を有するＷ−ＴｉターゲットＡ〜Ｇを作製した。
Figure 2008218693
次に、これらＷ−ＴｉターゲットＡ〜Ｇを厚さ：１０ｍｍの無酸素銅製冷却板にＩｎはんだを用いてはんだ付けしたのち、通常の高周波マグネトロンスパッタ装置に取り付け、下記の条件、
基板：縦：１８ｍｍ、横：１８ｍｍを有するガラス板、
基板とターゲットとの距離：６０ｍｍ、
電力：直流４００Ｗ、
雰囲気：Ａｒ雰囲気（０．６４Ｐａ）、
基板温度：室温、
にてスパッタリングすることにより前記基板であるガラス板上に表２に示される厚さの本発明Ｗ−Ｔｉ薄膜１〜５、比較Ｗ−Ｔｉ薄膜１および従来Ｗ−Ｔｉ薄膜１を形成し、これらＷ−Ｔｉ薄膜を過酸化水素水に１２０秒浸漬したのち取り出してＷ−Ｔｉ薄膜の膜厚を測定し、得られた測定値からエッチングレートを計算して求め、その結果を表２に示した。
Figure 2008218693
表２に示される結果から、本発明Ｗ−Ｔｉ薄膜１〜５は、従来Ｗ−Ｔｉ薄膜１に比べてエッチングレートが格段に優れていることが分かる。
Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。 Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。 Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。 Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。 Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。 Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。 Ａｕバンプを作製するまでの工程を説明するための説明図である。
符号の説明
１：シリコン基板、２：Ａｌ電極、３：パッシベーション、４：Ｗ−Ｔｉ拡散防止膜、５：フォトレジスト膜、６：窓、７：Ａｕバンプ

Claims (2)

  1. Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：２５〜１００ｐｐｍを含有し、残部がＷおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜。
  2. Ｔｉ：５〜２０質量％、Ｆｅ：２５〜１００ｐｐｍを含有し、残部がＷおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするエッチングレートの高いＷ−Ｔｉ拡散防止膜を形成するためのスパッタリング用ターゲット。
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