JP3249276B2 - Semiconductor device manufacturing method and thin film forming apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and thin film forming apparatus

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    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01005Boron [B]

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、配線などの導電膜の形
成、配線間や配線もしくは半導体基板に設けられている
素子領域とリードとの間を接続する方法などの半導体装
置の製造方法及び導電膜を形成する薄膜形成装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device such as a method of forming a conductive film such as a wiring, a method of connecting between wirings or a wiring or an element region provided on a semiconductor substrate and a lead, and the like. The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a conductive film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板上に配線を形成することや配
線間を接続すること或いは半導体基板の素子領域を他の
回路に接続することもしくは複数の半導体チップ等を搭
載する回路基板上の多層配線間の接続等は、半導体装置
を形成する上で重要な製造工程の一つである。特に、半
導体装置の高集積化、小型化が進むに連れて回路基板上
に多層配線を形成し、その多層配線間を効率的に接続す
ることは、精度の高い半導体装置を形成するためには必
要不可欠である。
2. Description of the Related Art Wiring is formed on a semiconductor substrate, connecting between wirings, connecting an element region of the semiconductor substrate to another circuit, or multilayer wiring on a circuit substrate on which a plurality of semiconductor chips are mounted. Connection between them is one of the important manufacturing steps in forming a semiconductor device. In particular, as semiconductor devices become more highly integrated and miniaturized, forming multi-layer wiring on a circuit board and efficiently connecting the multi-layer wiring is necessary to form a highly accurate semiconductor device. Indispensable.

【0003】図21を参照して複数の半導体チップを搭
載する回路基板上の従来の多層配線間の接続方法を説明
する。例えば、シリコン半導体基板1の上に、所望のパ
ターンを有する第1層配線2を形成する。この配線2
は、各層の厚さが約600オングストロームの2層のT
i層とこの2つのTi層に挟まれた厚さ約3μmのCu
層からなるTi/Cu/Tiの積層構造を有しており、
その製造方法は、真空蒸着法またはスパッタリング法な
どを利用している。続いて、例えば、ポリイミドの溶液
を半導体基板全面に塗布し乾燥させてポリイミド絶縁膜
3を形成する。そして、リソグラフィを用いて、ポリイ
ミド膜3にコンタクト孔31を形成した後に層間絶縁膜
となるポリイミド膜3を焼成する。次いで、この上にT
i/Cu/TiやAlなどの第2層配線4を第1層配線
と同様な工程で形成する。この時、第2層配線4は前記
コンタクト孔31内にも形成されるので、第1層及び第
2層配線は互いに電気的に接続される。この工程を繰り
返してさらに多層の配線が相互に接続される。
With reference to FIG. 21, a conventional connection method between multilayer wirings on a circuit board on which a plurality of semiconductor chips are mounted will be described. For example, a first layer wiring 2 having a desired pattern is formed on a silicon semiconductor substrate 1. This wiring 2
Is a two layer T with each layer being about 600 Å thick.
Cu having a thickness of about 3 μm sandwiched between the i layer and the two Ti layers
It has a laminated structure of Ti / Cu / Ti composed of layers,
The manufacturing method utilizes a vacuum evaporation method or a sputtering method. Subsequently, for example, a polyimide solution is applied to the entire surface of the semiconductor substrate and dried to form a polyimide insulating film 3. Then, after forming the contact holes 31 in the polyimide film 3 by using lithography, the polyimide film 3 serving as an interlayer insulating film is baked. Then on top of this
A second layer wiring 4 such as i / Cu / Ti or Al is formed in the same process as the first layer wiring. At this time, since the second layer wiring 4 is also formed in the contact hole 31, the first layer and the second layer wiring are electrically connected to each other. By repeating this process, further multilayer wirings are connected to each other.

【0004】また、半導体基板の素子領域に形成されて
いる集積回路を外部回路に接続するために、半導体基板
周辺の非素子領域に形成され、前記集積回路とは電気的
に接続されている接続用のパッド電極を形成する。そし
てこのパッド電極の上には、外部回路と接続するリード
をこのパッド電極に接合するためにバンプ(突起)電極
を形成する場合がある。従来、このバンプ電極は、金の
電解メッキによって行われてきた。図22及び図23
は、この従来のバンプ電極の製造工程断面図である。例
えば、シリコン半導体基板1周辺の非素子領域に複数の
Alパッド電極6をスパッタリング法などで形成する。
パッド電極6は、半導体基板1に形成されている集積回
路などの半導体素子に電気的に接続されている。次ぎ
に、SiO2などからなる絶縁保護膜7を半導体基板1
全面に形成し、この保護膜7は、パッド6が形成されて
いる領域には開口部を形成する(図22(a))。
In order to connect an integrated circuit formed in an element region of a semiconductor substrate to an external circuit, a connection formed in a non-element region around the semiconductor substrate and electrically connected to the integrated circuit. Pad electrodes are formed. A bump (protrusion) electrode may be formed on the pad electrode to join a lead connected to an external circuit to the pad electrode. Conventionally, the bump electrode has been formed by electrolytic plating of gold. FIG. 22 and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a manufacturing process of the conventional bump electrode. For example, a plurality of Al pad electrodes 6 are formed in a non-element region around the silicon semiconductor substrate 1 by a sputtering method or the like.
The pad electrode 6 is electrically connected to a semiconductor element such as an integrated circuit formed on the semiconductor substrate 1. Next, an insulating protective film 7 made of SiO 2 or the like is placed on the semiconductor substrate 1.
The protective film 7 is formed on the entire surface, and an opening is formed in a region where the pad 6 is formed (FIG. 22A).

【0005】次ぎに、露出したパッド6や保護膜7を被
覆するように、電解メッキに必要な導電膜8をスパッタ
リングなどで一層以上堆積する(図22(b))。次
に、厚み20μm程度のフォトレジストのような感光性
高分子膜9を半導体基板1上に塗布し、この高分子膜9
を露光及び現像して、バンプ電極を形成すべきパッド電
極6上のみ開口する(図22(c))。その後、通電ピ
ンなどで導電膜8に電気を通して電解メッキを行って金
バンプ電極10を形成する(図23(a))。この際、
半導体基板1の裏側などの金メッキをさせたくない領域
は予め絶縁物で被覆しておく必要がある。不要となった
感光性高分子膜9を除去し、金バンプ電極10をマスク
としてバンプ電極10下以外の導電膜8をエッチング除
去してバンプ電極間を絶縁する(図23(b))。
Next, one or more conductive films 8 required for electrolytic plating are deposited by sputtering or the like so as to cover the exposed pads 6 and the protective film 7 (FIG. 22B). Next, a photosensitive polymer film 9 such as a photoresist having a thickness of about 20 μm is applied on the semiconductor substrate 1, and the polymer film 9 is formed.
Is exposed and developed to open only on the pad electrode 6 where the bump electrode is to be formed (FIG. 22C). After that, electroplating is performed by passing electricity through the conductive film 8 with an energizing pin or the like to form the gold bump electrode 10 (FIG. 23A). On this occasion,
A region where gold plating is not desired, such as the back side of the semiconductor substrate 1, must be covered with an insulator in advance. The unnecessary photosensitive polymer film 9 is removed, and the conductive film 8 other than under the bump electrode 10 is removed by etching using the gold bump electrode 10 as a mask to insulate between the bump electrodes (FIG. 23B).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述の様に、配線加工
の際に、フォトリソグラフィー技術、RIEなどのエッ
チング技術、フォトレジスト剥離などの工程を必要とす
る。上下配線間を電気的に接続するために必要な層間絶
縁膜の開孔部を形成する場合にも同様に複雑な工程を必
要としている。また、バンプ電極を電解メッキにより形
成する場合にはスパッタリングによる成膜工程、フォト
レジストを用いたメッキマスクを形成するリソグラフィ
工程、バンプ電極を形成する電解メッキ工程等を必要と
しており、複雑な工程を経なければならず、ウェーハプ
ロセスの最終工程にこれらの工程が付加されるために、
歩留り、信頼性低下を招く危険性がある。本発明は、こ
の様な事情により成されたもので、製造が容易であり、
しかも、少ない工程数で配線もしくは配線と他の導電層
を接続する接続電極等をガスデポジション法で形成する
半導体装置の製造方法を提供することを目的にしてい
る。また、ガスデポジション法を用いて導電膜を形成す
るに際し、安定した導電膜を成膜することができる薄膜
形成装置を提供することを目的にしている。
As described above, wiring processing requires processes such as photolithography, etching such as RIE, and photoresist stripping. Similarly, a complicated process is required when forming an opening in the interlayer insulating film necessary for electrically connecting the upper and lower wirings. In addition, when the bump electrode is formed by electrolytic plating, a complicated process is required because a film forming process by sputtering, a lithography process of forming a plating mask using a photoresist, an electrolytic plating process of forming a bump electrode, and the like are required. In order to add these steps to the final step of the wafer process,
There is a risk of lowering the yield and reliability. The present invention has been made under such circumstances, and is easy to manufacture.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a wiring or a connection electrode for connecting a wiring and another conductive layer is formed by a gas deposition method with a small number of steps. Another object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus capable of forming a stable conductive film when forming a conductive film by using a gas deposition method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、微粒子状の導
電材料を、この導電材料の微粒子が形成された蒸発室よ
り気圧の低い成膜室に置かれた半導体基板、回路基板な
どの基板の上に、その蒸発室/成膜室間の差圧を利用し
て蒸発室に導入された不活性ガスにより導き、配線又は
配線と他の導電層とを接続する接続電極などに用いる導
電膜を形成することを特徴としている。また、前記蒸発
室に設置された不活性ガスを導入する手段の先端に不活
性ガスの流れを整流する不活性ガス整流手段を取付けた
ことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, such as a semiconductor substrate or a circuit substrate, in which a conductive material in the form of fine particles is placed in a film forming chamber having a lower pressure than an evaporation chamber in which the fine particles of the conductive material are formed. A conductive film which is guided by an inert gas introduced into the evaporation chamber using the pressure difference between the evaporation chamber and the film formation chamber, and is used as a wiring or a connection electrode for connecting the wiring to another conductive layer. Is formed. Further, an inert gas rectifying means for rectifying the flow of the inert gas is attached to a tip of the means for introducing the inert gas provided in the evaporation chamber.

【0008】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体基板又は回路基板上に第1の配線を形成する
工程と、金属ソースを加熱して蒸発させる工程と、前記
蒸発した金属ソースを不活性ガスに接触させて金属微粒
子化する工程と、前記金属微粒子を前記不活性ガスによ
って前記半導体基板又は回路基板上に搬送し、前記第1
の配線上に前記金属微粒子を吹き付けて金属柱を選択的
に形成する工程と、前記半導体基板又は回路基板上に層
間絶縁膜を前記金属柱が埋まるように形成する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして前記金属柱の先端部分
を露出させる工程と、前記層間絶縁膜上に第2の配線を
形成する工程とを備えていることを特徴としている。前
記蒸発した金属ソースを金属微粒子化する工程は、10
0Torr〜5atmの圧力で行うようにしても良い。
前記金属柱を選択的に形成する工程は、ノズルを介して
前記金属微粒子を前記第1の配線上に吹き付け、前記ノ
ズルの内径が50〜100μmであるようにしても良
い。前記金属柱を選択的に形成する工程は、ノズルを介
して前記金属微粒子を前記第1の配線上に吹き付け、前
記ノズルの長さが3〜5mmであるようにしても良い。
前記ノズルの先端と前記半導体基板又は回路基板との間
のギャップは、0.3〜1mmであるようにしても良
い。前記金属柱を選択的に形成する工程は、3Torr
以下の圧力で行われるようにしても良い。
That is, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a first wiring on a semiconductor substrate or a circuit board; a step of heating and evaporating a metal source; Contacting with an active gas to form fine metal particles; and transporting the fine metal particles onto the semiconductor substrate or circuit board by the inert gas,
A step of selectively forming metal columns by spraying the metal fine particles on the wiring, and a step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate or circuit board so that the metal columns are buried,
A step of exposing the tip of the metal pillar by etching the interlayer insulating film; and a step of forming a second wiring on the interlayer insulating film. The step of turning the evaporated metal source into fine metal particles comprises:
It may be performed at a pressure of 0 Torr to 5 atm.
In the step of selectively forming the metal pillar, the metal fine particles may be sprayed onto the first wiring via a nozzle, and the inner diameter of the nozzle may be 50 to 100 μm. In the step of selectively forming the metal pillar, the metal fine particles may be sprayed onto the first wiring via a nozzle, and the length of the nozzle may be 3 to 5 mm.
The gap between the tip of the nozzle and the semiconductor substrate or the circuit board may be 0.3 to 1 mm. The step of selectively forming the metal pillar is performed at 3 Torr.
It may be performed at the following pressure.

【0009】また、本発明の薄膜形成装置は、第1の真
空室と、前記第1の真空室内に配置された金属ソースを
加熱蒸発させるるつぼと、前記第1の真空室に不活性ガ
スを導入する手段と、第2の真空室と、前記第2の真空
室に配置され、その上に前記蒸発した金属ソースを堆積
させる基板と、前記第1の真空室から第2の真空室内に
不活性ガスを搬送する搬送手段と、前記第1の真空室内
に配置され、前記第1の真空室内に不活性ガスを導入す
る手段に接続された不活性ガスを整流する手段とを備
え、前記不活性ガスを整流する手段は、前記るつぼの直
下に配置され、前記不活性ガスを導入する手段から導出
した不活性ガスの流れの方向を、前記金属ソースが加熱
溶融されているるつぼの溶湯面の中心点の法線方向に一
致させ、かつ、この中心点の法線を前記不活性ガスの流
れの対称軸とするように整流することを特徴としてい
る。また、前記整流された不活性ガスの流れの速さは、
前記溶湯面から発生する前記金属ソースの蒸気が前記不
活性ガスにより冷却されて生成した微粒子の流れの速度
より遅くしても良い。前記不活性ガスを整流する手段と
して、前記不活性ガスを導入する手段として用いられる
不活性ガス導入管の出口に取付けられ、主面が繊維状物
質から成るフィルタを用いても良い。
Further, the thin film forming apparatus of the present invention comprises a first vacuum chamber, a crucible for heating and evaporating a metal source disposed in the first vacuum chamber, and an inert gas in the first vacuum chamber. Means for introducing, a second vacuum chamber, a substrate disposed in the second vacuum chamber, on which the evaporated metal source is deposited, and a substrate from the first vacuum chamber to the second vacuum chamber. Transport means for transporting the active gas; and means for rectifying the inert gas, which is disposed in the first vacuum chamber and connected to a means for introducing the inert gas into the first vacuum chamber. The means for rectifying the active gas is disposed immediately below the crucible, and changes the direction of the flow of the inert gas derived from the means for introducing the inert gas to the surface of the molten metal of the crucible where the metal source is heated and melted. Coincide with the normal direction of the center point, and It is characterized by rectifying the normal heart point to the axis of symmetry of the flow of the inert gas. Further, the speed of the flow of the rectified inert gas is:
The vapor of the metal source generated from the molten metal surface may be cooled by the inert gas so as to be slower than the flow rate of the fine particles generated. As a means for rectifying the inert gas, a filter attached to an outlet of an inert gas introduction pipe used as a means for introducing the inert gas and having a main surface made of a fibrous substance may be used.

【0010】[0010]

【作用】導電材料の微粒子を直接半導体基板や回路基板
などの基板に当てることにより配線や接続電極が容易に
形成されるので、これらを形成する工程数が従来より減
り、かつ、ステップカバレージが従来より向上し、さら
に、微粒子の基板にあてる角度を適宜変えることにより
所定の領域に正確に堆積させることができる。また、蒸
発室に導入された不活性ガスの流速は不活性ガス整流手
段に通すことにより蒸発室の熱対流によるガス流を乱さ
ないように小さくなり、その結果、搬送管へ吸い込まれ
ずに蒸発室内に滞留し粗大化する粒子の発生が抑制され
る。
The wiring and connection electrodes are easily formed by directly applying fine particles of a conductive material to a substrate such as a semiconductor substrate or a circuit substrate, so that the number of steps for forming these is reduced and the step coverage is reduced. By further changing the angle of the fine particles to the substrate as appropriate, the fine particles can be accurately deposited in a predetermined region. In addition, the flow rate of the inert gas introduced into the evaporating chamber is reduced so as not to disturb the gas flow due to the heat convection in the evaporating chamber by passing the gas through the inert gas rectifying means. As a result, the evaporating chamber is not sucked into the transport pipe. The generation of particles that stay and become coarser is suppressed.

【0011】[0011]

【実施例】まず、本実施例で用いるガスデポジション法
による導電膜を形成する半導体製造装置を図6を参照し
ながら説明する。図は、第1の真空室である金属微粒子
を形成する蒸発室(チャンバーA)、第2の真空室であ
る金属微粒子を半導体基板や回路基板などの基板に堆積
させる成膜室(チャンバーB)及び搬送管を備えた概略
図である。チャンバーAにはるつぼ23が設置されてい
て、その中にAuやSnなどの金属ソース24が入って
いる。石英などのるつぼ23は、加熱装置25、例え
ば、制御性のよい誘導加熱装置によって加熱され、金属
ソース24を気化させて粒径が数100〜数1000オ
ングストロームの金属微粒子を形成する。加熱装置25
によって金属ソース24がAuの場合、加熱装置25
は、このソースを約1400℃に加熱する。Snの場合
は、ソースを1200〜1300℃程度に加熱する。ソ
ースとしては、この他にAg、Cu、W、Al等が使用
される。このチャンバーAには、HeやArなどの不活
性ガスを挿入させる導入管26が取付けられており、チ
ャンバーA内に不活性ガスを導入している。チャンバー
A内の圧力は、約100torr〜5atm 好ましくは約1〜
2atm が適当である。
First, a semiconductor manufacturing apparatus for forming a conductive film by a gas deposition method used in this embodiment will be described with reference to FIG. The figure shows an evaporation chamber (chamber A) for forming metal fine particles as a first vacuum chamber, and a deposition chamber (chamber B) for depositing metal fine particles on a substrate such as a semiconductor substrate or a circuit substrate as a second vacuum chamber. FIG. 2 is a schematic view including a transfer pipe and a transfer pipe. A crucible 23 is provided in the chamber A, and a metal source 24 such as Au or Sn is contained therein. The crucible 23 made of quartz or the like is heated by a heating device 25, for example, an induction heating device with good controllability, and vaporizes the metal source 24 to form metal fine particles having a particle size of several hundred to several thousand angstroms. Heating device 25
When the metal source 24 is Au, the heating device 25
Heats the sauce to about 1400 ° C. In the case of Sn, the source is heated to about 1200 to 1300 ° C. In addition, Ag, Cu, W, Al, etc. are used as the source. An introduction pipe 26 for inserting an inert gas such as He or Ar is attached to the chamber A, and the inert gas is introduced into the chamber A. The pressure in chamber A is about 100 torr to 5 atm, preferably about 1 torr.
2 atm is appropriate.

【0012】チャンバーAの上部に前記金属微粒子をチ
ャンバー外に導く搬送管27を取付けている。この搬送
管27は、チャンバーB内に延びている。この搬送管2
7の先端には前述した細管ノズル12が取付けられてい
る。細管ノズル12の直径Dは50〜100μm程度で
あり、D/Lは10〜20以上あれば良い事から、その
長さLは大体1〜2mm以上である。チャンバーBに
は、金属微粒子が堆積する基板1が載置されており、こ
の基板1は、抵抗加熱のようなヒーター28によって加
熱されるようになっている。また、真空ポンプ29をチ
ャンバーBの下部に取付けてあり室内を数torrに減圧出
来るようになっている。細管ノズル12の尖端は、基板
1の表面に対向している。この製造装置の蒸発室/成膜
室間の差圧によって金属微粒子13は堆積する。堆積し
た金属微粒子13の基板1に接している領域の直径は、
細管ノズル12の内径に依存し、例えば、ノズル12の
内径が100μmの場合約80μmになり、50μmの
場合、約30μmになる。しかし、堆積した金属微粒子
13は、条件によっては裾が広がってしまい、半導体装
置の高集積化に適さなくなることがある。この裾広がり
は、ノズル12を飛出した金属微粒子の飛行速度とノズ
ル/基板間の距離に影響される。
A transfer pipe 27 for guiding the metal fine particles to the outside of the chamber is attached to the upper part of the chamber A. The transfer pipe 27 extends into the chamber B. This transfer pipe 2
At the tip of 7, the above-mentioned capillary nozzle 12 is attached. The diameter D of the thin tube nozzle 12 is about 50 to 100 μm, and the D / L may be 10 to 20 or more. Therefore, the length L is about 1 to 2 mm or more. A substrate 1 on which metal fine particles are deposited is placed in the chamber B, and the substrate 1 is heated by a heater 28 such as resistance heating. Further, a vacuum pump 29 is attached to the lower portion of the chamber B so that the pressure in the room can be reduced to several torr. The tip of the capillary nozzle 12 faces the surface of the substrate 1. The metal fine particles 13 accumulate due to the pressure difference between the evaporation chamber and the film forming chamber of this manufacturing apparatus. The diameter of the area of the deposited metal fine particles 13 in contact with the substrate 1 is
Depending on the inner diameter of the capillary nozzle 12, for example, when the inner diameter of the nozzle 12 is 100 μm, it becomes about 80 μm, and when it is 50 μm, it becomes about 30 μm. However, the deposited metal fine particles 13 may have a broad bottom depending on conditions, and may not be suitable for high integration of a semiconductor device. The spread of the skirt is affected by the flight speed of the metal fine particles that have flown out of the nozzle 12 and the distance between the nozzle and the substrate.

【0013】図7〜図10の特性図を参照して金属微粒
子によって形成された金属膜の裾広がりについて説明す
る。図7は、内径100μmφのノズルの場合の金属微
粒子の基板への堆積速度及び堆積した金属微粒子の基板
における裾広がりの成膜室圧力依存性を示す特性図であ
り、横軸に成膜室圧力(torr)、縦軸に金属微粒子の成
膜速度(μm/秒)及び堆積した金属微粒子の裾広がり
の直径(μm)(金属膜が基板に接触している部分の直
径)を示している。この時の蒸発室(チャンバーA)の
圧力は、2atm であり、そして、1torr・l/秒のHe
ガスを流している。堆積速度−圧力曲線Cに示すよう
に、堆積速度は、成膜室(チャンバーB)の圧力が変化
しても余り変化しない。一方、裾広がりは、裾広がり−
圧力曲線Dに示すように成膜室圧力の上昇にともなっ
て、大きくなっている。
The spread of the metal film formed by the fine metal particles will be described with reference to the characteristic diagrams shown in FIGS. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the deposition rate of metal fine particles on the substrate and the dependence of the spread of the deposited metal fine particles on the substrate in the case of a nozzle having an inner diameter of 100 μmφ. (Torr), the vertical axis shows the film forming speed (μm / sec) of the metal fine particles and the diameter (μm) of the foot spread of the deposited metal fine particles (the diameter of the portion where the metal film is in contact with the substrate). At this time, the pressure of the evaporation chamber (chamber A) was 2 atm, and 1 torr · l / sec He
Gas is flowing. As shown in the deposition rate-pressure curve C, the deposition rate does not change much even when the pressure in the film formation chamber (chamber B) changes. On the other hand, the skirt spread is
As shown by the pressure curve D, the pressure increases as the pressure in the film forming chamber increases.

【0014】これは、成膜室の圧力が高々1torr程度で
あるのに蒸発室の圧力は2atm もあるので、成膜室圧力
が変化しても差圧に依存する堆積速度には殆ど影響が無
いと思われるが、成膜室において、圧力が増えるにつれ
て、金属微粒子の平均自由工程が短くなり、そのため、
成膜室内の残留ガスとノズル先端から噴出される金属微
粒子との衝突回数が増大し散乱されるので裾広がりも大
きくなるのである。例えば、半導体装置の半導体基板上
に形成されている100μm平方の電極パッドの上に金
属微粒子によりバンプ電極を形成する場合を想定する
と、この裾広がりは、直径が100μm程度より小さい
ことが好ましいが、この条件によると成膜室の圧力は3
torr以下とすれば良い。
This is because the pressure in the evaporating chamber is as high as 2 atm even though the pressure in the film forming chamber is at most about 1 torr, so that even if the pressure in the film forming chamber changes, the deposition rate dependent on the differential pressure has almost no effect. Although it seems unlikely, in the deposition chamber, as the pressure increases, the mean free path of the metal fine particles becomes shorter,
The number of collisions between the residual gas in the film forming chamber and the fine metal particles ejected from the tip of the nozzle increases, and the metal particles are scattered. For example, assuming a case where a bump electrode is formed by metal fine particles on a 100 μm square electrode pad formed on a semiconductor substrate of a semiconductor device, this skirt spread is preferably smaller in diameter than about 100 μm. According to this condition, the pressure in the film forming chamber is 3
What is necessary is just torr or less.

【0015】図8は、金属微粒子の基板への堆積高さ及
び堆積した金属微粒子の基板における裾広がりのノズル
先端/基板間のギャップ依存性を示す特性図であり、横
軸に前記ギャップ(mm)、縦軸に金属微粒子の堆積高
さ(μm)及び堆積した金属微粒子の裾広がりの直径
(μm)を示している。この時の蒸発室/成膜室の差圧
は約2atm であり、そして、ノズルは複数本を集合させ
たマルチノズルタイプである。本実施例においては、こ
のギャップを1mm程度以下で実施される。しかし裾広
がり−ギャップ曲線Fが示すように前記ギャップが小さ
い程裾広がりが小さくなり、しかも堆積高さは、堆積高
さ−ギャップ曲線Eに示すように、ギャップが0.3m
m程度が最も高くなるので、基板とノズルとの間の距離
は、0.3mm程度が最も適当である。曲線Fを左に延
ばすと、もっと裾広がりが小さくなるように見えるが、
実際は、例えば、ギャップの値を0.1mm程度より小
さくすると、金属微粒子は、コンダクタンスの関係上少
しでも広がっている部分からジェット噴射のように飛び
散って裾広がりが大きくなる。したがって、0.3mm
程度より小さくするのは好ましくない。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the height of the metal particles deposited on the substrate and the dependence of the spread of the metal particles deposited on the substrate on the gap between the nozzle tip and the substrate. The horizontal axis indicates the gap (mm). ), The vertical axis indicates the deposition height (μm) of the metal fine particles and the diameter (μm) of the foot spread of the deposited metal fine particles. At this time, the differential pressure between the evaporation chamber and the film forming chamber is about 2 atm, and the nozzle is a multi-nozzle type in which a plurality of nozzles are assembled. In this embodiment, the gap is set to about 1 mm or less. However, the smaller the gap is, the smaller the gap is, as shown by the bottom spreading-gap curve F, and the deposition height is 0.3 m, as shown by the deposition height-gap curve E.
Since m is the highest, the distance between the substrate and the nozzle is most preferably about 0.3 mm. If the curve F is extended to the left, it seems that the skirt spread becomes smaller,
Actually, for example, when the value of the gap is smaller than about 0.1 mm, the metal fine particles scatter like a jet jet from a part that is slightly widened due to the conductance, and the skirt spread becomes large. Therefore, 0.3 mm
It is not preferable to make it smaller than the degree.

【0016】図9及び図10は、裾広がりの直径(μ
m)の細管ノズルの長さ依存性を示す特性図であり、横
軸に前記ノズルの長さ(図6のL)、縦軸に前記裾広が
りの直径(μm)を示している。金属微粒子が噴射した
領域以上に広がっては半導体装置の高集積化は望めず、
また、製造工程を正確に制御することができないので、
堆積した金属微粒子の裾広がりを直径100〜150μ
m程度に抑える必要がある。そのためには、これらの図
に示されるように、細管ノズルの長さLは、3〜5mm
程度にするのが好ましい。図9は、ノズル内径が0.1
mm、ノズル/基板間ギャップが0.3mmである。図
10は、ノズル内径が0.1mm、ノズル/基板間ギャ
ップが0.5mmである。以上の様に堆積膜の形状は、
用いるノズルの内径、ガスデポジションの諸条件により
制御可能であることが重要である。
FIGS. 9 and 10 show the flared diameter (μ).
FIG. 7M is a characteristic diagram showing the dependence of the capillary nozzle length on m), wherein the horizontal axis represents the length of the nozzle (L in FIG. 6) and the vertical axis represents the diameter of the flared portion (μm). Higher integration of the semiconductor device cannot be expected if it spreads beyond the area where the metal fine particles are sprayed.
Also, because the manufacturing process cannot be controlled accurately,
Spread the skirt of deposited metal fine particles with a diameter of 100-150μ
m. For this purpose, as shown in these figures, the length L of the capillary nozzle is 3 to 5 mm.
It is preferable to set the degree. FIG. 9 shows that the nozzle inner diameter is 0.1
mm, and the gap between the nozzle and the substrate is 0.3 mm. In FIG. 10, the nozzle inner diameter is 0.1 mm, and the nozzle / substrate gap is 0.5 mm. As described above, the shape of the deposited film is
It is important that the controllability can be controlled by the inner diameter of the nozzle used and various conditions of gas deposition.

【0017】次に、上記ガスデポジション技術を用いて
大幅に製造工程の簡略化を行うことができた実施例を説
明する。図1は、本発明の第1の実施例に係る基板の断
面図である。この実施例における半導体装置は、多層配
線構造を有する回路基板に複数の半導体チップを搭載し
たマルチチップ構造を備えている。図は、その回路基板
に用いるAlNなどからなる基板1である。また、例え
ば、基板1としてシリコンなどの半導体基板を用い、そ
の上の多層配線の形成にも本発明を適用することもでき
る。この実施例におけるAlN回路基板1上には、所定
のパターンを有する第1の配線2が形成されており、こ
の第1の配線2を被覆するように層間絶縁膜3が形成さ
れている。そして、この層間絶縁膜3の上に第2の配線
4が施されている。図示しないが、この配線4上に次ぎ
の層間絶縁膜を介して第3、第4或いはそれ以上の配線
を形成するか、すぐ保護絶縁膜を形成することもでき
る。この図に示すように第1及び第2の配線を接続する
には、接続電極であるAu金属柱11を用いる。この接
続電極11は、層間絶縁膜3に埋め込まれて上下にある
2つの配線を電気的に接続している。
Next, an embodiment in which the manufacturing process can be greatly simplified by using the gas deposition technique will be described. FIG. 1 is a sectional view of a substrate according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor device in this embodiment has a multi-chip structure in which a plurality of semiconductor chips are mounted on a circuit board having a multilayer wiring structure. The figure shows a substrate 1 made of AlN or the like used for the circuit substrate. Further, for example, a semiconductor substrate such as silicon may be used as the substrate 1 and the present invention may be applied to the formation of a multilayer wiring thereon. On the AlN circuit board 1 in this embodiment, a first wiring 2 having a predetermined pattern is formed, and an interlayer insulating film 3 is formed so as to cover the first wiring 2. Then, a second wiring 4 is provided on the interlayer insulating film 3. Although not shown, a third, fourth, or higher wiring may be formed on the wiring 4 via the next interlayer insulating film, or a protective insulating film may be formed immediately. As shown in this figure, an Au metal pillar 11 serving as a connection electrode is used to connect the first and second wirings. This connection electrode 11 is embedded in the interlayer insulating film 3 and electrically connects two upper and lower wirings.

【0018】次に、図1及び図2を参照してこの半導体
装置の製造方法を説明する。まず、AlN基板1上に真
空蒸着法やスパッタリング法などによりTiもしくはT
iを含んだバリアメタルを約1000オングストロー
ム、Cuを3μm及びNiを約3000オングストロー
ム程度連続的に堆積させる。この積層したNi/Cu/
Ti層をリソグラフィを用いて、例えば、Niは、HC
l、HNO3 、CH3 COOHの混合液、Ti、Cuは
2 2 とC6 8 7 の混合液を用いてエッチング
し、配線幅20〜30μmの第1の金属配線2を形成す
る。ついで、第1の配線2上の30〜50μm平方程度
の所定の領域に高さ約20μm程度のAu金属柱11を
堆積させる(図2(a))。堆積したAu金属柱11
は、不活性ガス中で蒸発させて微粒子化した平均粒径約
500オングストロームのAu微粒子13をHeガスと
共に細管ノズル12の先端からこの所定の領域に吹付け
て局所的にAu微粒子を堆積させてなるものである。こ
の方法は、ガスデポジション法といい、金属微粒子を形
成する蒸発室と、金属柱などの金属膜が形成される基板
をその堆積中に載置しておく成膜室とは別にしておき、
基板が載置されている成膜室の気圧を金属微粒子を形成
する蒸発室の気圧より低くしてその差圧により金属微粒
子を基板に吹付けて金属柱等を形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS. First, Ti or T is deposited on the AlN substrate 1 by a vacuum deposition method or a sputtering method.
A barrier metal containing i is continuously deposited at about 1000 Å, Cu is deposited at about 3 μm, and Ni is deposited at about 3000 Å. This laminated Ni / Cu /
Using lithography on the Ti layer, for example, Ni
1, a mixed solution of HNO 3 and CH 3 COOH, and Ti and Cu are etched using a mixed solution of H 2 O 2 and C 6 H 8 O 7 to form a first metal wiring 2 having a wiring width of 20 to 30 μm. I do. Next, an Au metal pillar 11 having a height of about 20 μm is deposited in a predetermined area of about 30 to 50 μm square on the first wiring 2 (FIG. 2A). Au metal pillar 11 deposited
In this method, Au fine particles 13 having an average particle diameter of about 500 angstroms vaporized in an inert gas into fine particles are sprayed together with He gas from the tip of the capillary nozzle 12 onto this predetermined area to locally deposit Au fine particles. It becomes. This method is called a gas deposition method, and is separated from an evaporation chamber for forming metal fine particles and a film formation chamber for placing a substrate on which a metal film such as a metal column is formed during deposition. ,
The pressure in the film forming chamber where the substrate is placed is lower than the pressure in the evaporation chamber where the metal fine particles are formed, and the metal fine particles are sprayed on the substrate by the pressure difference to form metal columns and the like.

【0019】この時基板の温度を、例えば、200℃程
度以上にしておくと金属微粒子の配線表面に対する密着
性が向上し、接触抵抗の小さいものが得られる。金属柱
11の基板に接している領域の直径は、細管ノズル12
の内径に依存し、例えば、ノズル12の内径が100μ
mの場合約80μmになり、50μmの場合約30μm
になる。ノズル12の先端からAlN基板1の表面まで
の距離Hは、大体1mm程度以下である。ついで、粘度
が約20000cpのポリイミド溶液をこの回路基板1
上に滴下し、500rpm、10秒及び1500rp
m、15秒のスピン回転を順次行った後、N2 雰囲気中
で150℃、60分の乾燥固化を行い、ポリイミド膜3
を得る(図2(b))。ついで、コリン溶液で全面をエ
ッチバックして前記Au金属柱11の先端を露出させ、
320℃、30分の最終固化を行って約30μm厚のポ
リイミドの層間絶縁膜3を形成する(図2(c))。こ
の層間絶縁膜3の上にNi/Cu/Ti積層体の第2の
配線4を形成する。
At this time, if the temperature of the substrate is set to, for example, about 200 ° C. or more, the adhesion of the fine metal particles to the wiring surface is improved, and a material having a low contact resistance can be obtained. The diameter of the area of the metal column 11 in contact with the substrate is
For example, the inner diameter of the nozzle 12 is 100 μm.
m is about 80 μm, 50 μm is about 30 μm
become. The distance H from the tip of the nozzle 12 to the surface of the AlN substrate 1 is about 1 mm or less. Then, a polyimide solution having a viscosity of about 20,000 cp was
Drop on top, 500 rpm, 10 seconds and 1500 rpm
After spin rotation for 15 seconds at m, the solidified film was dried and solidified at 150 ° C. for 60 minutes in an N 2 atmosphere to obtain a polyimide film 3.
(FIG. 2 (b)). Then, the entire surface is etched back with a choline solution to expose the tip of the Au metal pillar 11,
The final solidification is performed at 320 ° C. for 30 minutes to form a polyimide interlayer insulating film 3 having a thickness of about 30 μm (FIG. 2C). A second wiring 4 of a Ni / Cu / Ti laminate is formed on the interlayer insulating film 3.

【0020】この上に絶縁保護膜5或いは、さらに層間
絶縁膜を介してその上に他の配線を形成する(図1)。
Au微粒子からなる金属柱11は、結晶粒が小さく、比
抵抗は、約5μΩcmと高い。層間絶縁膜の耐熱限界に
より、多層配線を形成した後に高温アニールで再結晶及
び結晶粒粗大化が不可能な場合でも、金属柱を高さ20
μm、基板と接触する部分の直径を30μmと近似した
ときの抵抗値は1.4mΩであり、半導体装置としての
特性に支障を来さない。また、表面酸化が無いので、A
u金属柱と第2の配線との接触抵抗も小さい。また、ポ
リイミドをエッチバックすることにより、金属柱の先端
を露出させるとともに平坦化も行われるため層間絶縁膜
の開口を設ける工程を一切省略できる。さらに、この上
の配線形成にはスクリーン印刷を用いることもできる。
この方法を併用するとさらに工程が簡略化する。しか
し、印刷に用いられる金属ペーストの焼成温度の上限が
層間絶縁膜の耐熱温度以下に制限されるので、ペースト
材料が制約される。
On top of this, another wiring is formed thereon via an insulating protective film 5 or an interlayer insulating film (FIG. 1).
The metal column 11 made of Au fine particles has small crystal grains and a high specific resistance of about 5 μΩcm. Due to the heat resistance limit of the interlayer insulating film, even if recrystallization and crystal grain coarsening cannot be performed by high-temperature annealing after forming a multilayer wiring, the metal pillars have a height of 20 mm.
The resistance value is 1.4 mΩ when the diameter of the portion contacting with the substrate is approximately 30 μm, which does not affect the characteristics of the semiconductor device. Also, since there is no surface oxidation, A
The contact resistance between the u metal pillar and the second wiring is also small. Further, by etching back the polyimide, the tip of the metal pillar is exposed and planarized, so that the step of providing an opening in the interlayer insulating film can be omitted altogether. Furthermore, screen printing can also be used for forming the wiring thereon.
The combined use of this method further simplifies the process. However, since the upper limit of the firing temperature of the metal paste used for printing is limited to the upper temperature limit of the interlayer insulating film or less, the paste material is restricted.

【0021】次ぎに、図3乃至図5を参照して第2の実
施例を説明する。これは、素子領域を有する半導体基板
表面に形成されている電極パッドの上に形成されたバン
プ電極を前述したガスデポジション法により形成した点
に特徴がある。半導体基板1上には、電極パッド6が形
成され、さらに、絶縁保護膜7で被覆されている。電極
パッド6は、この絶縁保護膜7から露出している。半導
体基板上に厚さ20μm程度の感光性高分子膜(フォト
レジスト)9を塗布する(図3(a))。そして、この
高分子膜を露光、現像し、バンプ電極を形成すべき電極
パッド6の部分のみ開口14を形成する(図3
(b))。蒸発室A内でAuを2atm 程度のHeガスの
圧力で加熱し、Auの微粒子を発生させる。ついで、半
導体基板1が載置されている成膜室Bの圧力を前記蒸発
室Aより小さする。そして、両室の差圧を利用しHeガ
スと共にこの微粒子13を搬送し、数torr以下に減圧さ
れた雰囲気中の半導体基板1へ細管ノズル12で吹き付
ける(図6参照)。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. This is characterized in that the bump electrode formed on the electrode pad formed on the surface of the semiconductor substrate having the element region is formed by the gas deposition method described above. An electrode pad 6 is formed on the semiconductor substrate 1 and further covered with an insulating protective film 7. The electrode pad 6 is exposed from the insulating protective film 7. A photosensitive polymer film (photoresist) 9 having a thickness of about 20 μm is applied on the semiconductor substrate (FIG. 3A). Then, the polymer film is exposed and developed to form an opening 14 only in a portion of the electrode pad 6 where a bump electrode is to be formed.
(B)). Au is heated at a pressure of He gas of about 2 atm in the evaporation chamber A to generate Au fine particles. Next, the pressure of the film forming chamber B in which the semiconductor substrate 1 is placed is set lower than that of the evaporation chamber A. The fine particles 13 are conveyed together with He gas using the pressure difference between the two chambers, and are sprayed by the thin-tube nozzle 12 onto the semiconductor substrate 1 in an atmosphere reduced to several torr or less (see FIG. 6).

【0022】半導体基板1にAu微粒子を吹付ける際に
細管ノズルを図3の開口部14に合わせ、半導体基板1
と細管ノズル先端とのギャップが1mm程度のところか
ら微粒子を吹付けることにより、この開口部14内の電
極パッド6上にAuバンプ電極15を形成することがで
きる(図4(a))。そして、マスクとして利用した高
分子膜9を取り除けばその上に堆積した余分なAu微粒
子の塊16は一緒に除去されて、個々に独立したバンプ
電極15が形成される(図4(b))。図5は、この実
施例の他の方法を説明する断面図である。この例は、遮
蔽板17を利用したものである。半導体基板1に金属微
粒子を吹付ける際に、半導体基板1とノズルとの間に開
口部18を有する遮蔽板17を設置する。そして、この
開口部18は、半導体基板1上の電極パッド6に対向さ
せる(図5(a))。この状態で金属微粒子を半導体基
板1上に吹付けると、電極パッド6上にバンプ電極15
が形成される。余分な遮蔽板17に付着した微粒子の塊
16は、遮蔽板17とともに半導体基板1から除去され
る。
When the Au fine particles are sprayed on the semiconductor substrate 1, the capillary nozzle is aligned with the opening 14 shown in FIG.
The Au bump electrode 15 can be formed on the electrode pad 6 in the opening 14 by spraying fine particles from a place where the gap between the nozzle and the tip of the capillary nozzle is about 1 mm (FIG. 4A). Then, if the polymer film 9 used as a mask is removed, the surplus Au fine particles 16 deposited on the polymer film 9 are removed together, and individual bump electrodes 15 are formed (FIG. 4B). . FIG. 5 is a sectional view for explaining another method of this embodiment. In this example, a shielding plate 17 is used. When spraying metal fine particles on the semiconductor substrate 1, a shielding plate 17 having an opening 18 is provided between the semiconductor substrate 1 and the nozzle. The opening 18 is opposed to the electrode pad 6 on the semiconductor substrate 1 (FIG. 5A). When metal fine particles are sprayed on the semiconductor substrate 1 in this state, the bump electrodes 15 are formed on the electrode pads 6.
Is formed. The extra fine particles 16 attached to the shielding plate 17 are removed from the semiconductor substrate 1 together with the shielding plate 17.

【0023】遮蔽板17と半導体基板1表面との間の距
離hは、図2に示すノズル12と半導体基板1表面との
間の距離Hの1/10程度以下でよい。ノズル12から
出る金属微粒子13は、方向性が大きいから遮蔽板17
の下の空間が多少あっても付着領域が余り広がることは
ないが、前記距離hが大きすぎると遮蔽板17がマスク
の役を果たさなくなる。遮蔽板をノズル/基板間に固定
する方法としては、遮蔽板に支持を取付けこれを基板に
固定する手段がある。この方法では、遮蔽板と電極パッ
ドとの位置合わせ及びノズルと電極パッドとの位置合わ
せを行わなければならず困難な作業が多い。これに反し
てノズルに遮蔽板を固定する方法があるが、これでは1
度の位置合わせで済ませることができる。図16は、遮
蔽板を用いないで金属微粒子を基板に吹付ける方法であ
る。シリコン半導体などの半導体基板1表面に形成され
た絶縁保護膜7から露出している電極パッド6の上にノ
ズル12を向けて不活性ガスの分子35とともに金属微
粒子13を吹付ける(図16(a))。金属微粒子13
は電極パッド6上に堆積してバンプ電極15となり、不
活性ガス分子35は、ノズル12を出てから直ぐ散って
しまう(図16(b))。この様に図5に示すようにマ
スクがないとバンプ電極15は、隣接する電極パッド6
上のバンプ電極接触するので、その後処理が繁雑にな
る。
The distance h between the shielding plate 17 and the surface of the semiconductor substrate 1 may be about 1/10 or less of the distance H between the nozzle 12 and the surface of the semiconductor substrate 1 shown in FIG. Since the metal fine particles 13 coming out of the nozzle 12 have a large directionality, the shielding plate 17
Even if there is some space below the area, the adhesion area does not spread much, but if the distance h is too large, the shielding plate 17 will not serve as a mask. As a method of fixing the shielding plate between the nozzle and the substrate, there is a method of attaching a support to the shielding plate and fixing the support to the substrate. In this method, the positioning between the shielding plate and the electrode pad and the positioning between the nozzle and the electrode pad must be performed, and there are many difficult operations. On the contrary, there is a method of fixing the shielding plate to the nozzle.
The degree of alignment can be completed. FIG. 16 shows a method of spraying metal fine particles onto a substrate without using a shielding plate. The metal particles 13 are sprayed together with the inert gas molecules 35 toward the nozzle 12 onto the electrode pads 6 exposed from the insulating protective film 7 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 such as a silicon semiconductor (see FIG. )). Metal fine particles 13
Is deposited on the electrode pad 6 to become the bump electrode 15, and the inert gas molecules 35 are scattered immediately after leaving the nozzle 12 (FIG. 16B). As shown in FIG. 5, if there is no mask as shown in FIG.
Since the upper bump electrode contacts, the processing becomes complicated thereafter.

【0024】次に、図6及び図11乃至図15を参照し
て第3の実施例である半導体基板上の金属微粒子の堆積
による微細接続孔及び微細溝への埋込み方法を説明す
る。導入管26によりチャンバーA内にHeガスを導入
して、チャンバーA内を2atm程度の不活性ガス雰囲気
にする。ついで、例えば、誘導加熱装置25によりるつ
ぼ23を1400℃程度に加熱して金属ソース24であ
るAuを気化させる。気化したAuは金属の集合体であ
る金属微粒子13となる。一方、半導体基板1が設置さ
れているチャンバーB内は、真空ポンプ29により0.
1torr程度の減圧状態になっている。前記Au金属微粒
子は、チャンバーA内とチャンバーB内との差圧によっ
てHeガスとともに搬送管27を介してチャンバーB内
へ搬送される。半導体基板1上の絶縁膜3には、微細な
コンタクト孔31が形成されている(図11(a))。
金属微粒子13は、細管ノズル12から半導体基板1上
の絶縁膜3に形成されたコンタクト孔31へ直接噴射さ
れ、その中に堆積される(図11(b))。細管ノズル
内でHeガスとともに流れが整流されHeガスより質量
の大きな微粒子は直進性に優れ微細接続孔であるコンタ
クト孔31の底部から堆積が始まり、金属柱11が成長
する(図11(c))。
Next, with reference to FIG. 6 and FIGS. 11 to 15, a method of embedding metal fine particles on a semiconductor substrate into fine connection holes and fine grooves according to a third embodiment will be described. He gas is introduced into the chamber A through the introduction pipe 26 to make the inside of the chamber A an inert gas atmosphere of about 2 atm. Next, for example, the crucible 23 is heated to about 1400 ° C. by the induction heating device 25 to vaporize Au as the metal source 24. The vaporized Au becomes metal fine particles 13 which are aggregates of metal. On the other hand, the inside of the chamber B in which the semiconductor substrate 1 is installed is set to 0.1 mm by the vacuum pump 29.
The pressure is reduced to about 1 torr. The Au metal fine particles are transported into the chamber B via the transport pipe 27 together with the He gas by a pressure difference between the chamber A and the chamber B. Fine contact holes 31 are formed in the insulating film 3 on the semiconductor substrate 1 (FIG. 11A).
The metal fine particles 13 are directly sprayed from the thin tube nozzle 12 to the contact holes 31 formed in the insulating film 3 on the semiconductor substrate 1 and are deposited therein (FIG. 11B). The flow is rectified together with the He gas in the thin tube nozzle, and the fine particles having a larger mass than the He gas start to deposit from the bottom of the contact hole 31 which is excellent in straightness and is a fine connection hole, and the metal column 11 grows (FIG. 11C). ).

【0025】この金属柱の成長時に半導体基板に対する
噴射角を変えて金属微粒子を噴射する。図12は、基板
1を載置した台30の表面をチャンバーB内において水
平方向に対して傾け、ノズル12とその垂直延長上の線
を軸に、前記台ごと回転させながら金属微粒子を噴射さ
せる。図13は、ノズル12を水平方向に載置した基板
1の法線方向に対して角度θだけ傾ける。さらに、ノズ
ル12から噴射された基板1上の金属微粒子の噴射点か
ら垂直上方に延ばした法線Oを軸にノズル12と前記軸
との間の角度θを保ったままノズルごと回転させながら
金属粒子を噴射する。この様に直進性の高い微粒子の噴
射角度を制御することにより、噴射された金属微粒子
は、コンタクト孔31の側壁にも堆積させることができ
る。なお、図14に示すようにノズル12又は搬送管2
7には、電気抵抗などの加熱装置32を取付けることが
できる。この様にノズル又は搬送管を加熱することによ
り、金属微粒子が加熱されて基板1に対する付着性が良
くなる。
During the growth of the metal columns, metal fine particles are sprayed by changing the spray angle with respect to the semiconductor substrate. FIG. 12 shows that the surface of the table 30 on which the substrate 1 is mounted is inclined with respect to the horizontal direction in the chamber B, and the metal fine particles are sprayed while rotating the table 12 around the nozzle 12 and a line extending vertically therefrom. . In FIG. 13, the nozzle 12 is inclined by an angle θ with respect to the normal direction of the substrate 1 on which the nozzle 12 is placed in the horizontal direction. Further, while rotating the nozzle together with the nozzle 12 while maintaining the angle θ between the nozzle 12 and the axis about the normal O extending vertically upward from the injection point of the metal fine particles on the substrate 1 injected from the nozzle 12, Inject particles. By controlling the injection angle of the fine particles having high linearity in this way, the injected fine metal particles can be deposited on the side wall of the contact hole 31. Note that, as shown in FIG.
7, a heating device 32 such as an electric resistance can be attached. By heating the nozzle or the transfer pipe in this way, the metal fine particles are heated and the adhesion to the substrate 1 is improved.

【0026】図12乃至図14に示すノズル12の先端
の断面形状はほぼ円形であるが、図15では先端の断面
形状がスリット状のノズル12を使用している。ノズル
12を矢印の方向に走査しながら金属微粒子を基板1に
形成した溝の中も含めて全面に噴射した後噴射した堆積
膜をポリシングすることにより溝部以外に堆積された膜
を除去し、溝、コンタクト孔の内部にのみ配線パタ−ン
33が容易に形成される。このとき、基板1に加熱装置
34を取付けてこれを加熱しておけば、金属微粒子の付
着性はさらに向上する。この様に、金属微粒子を半導体
装置の金属膜形成に用いると、配線パタ−ンの形成や配
線間の接続に用いる金属柱の形成もしくは半導体素子の
信号入出力電極となるバンプ電極等の形成に容易に適用
することができる。
Although the cross-sectional shape of the tip of the nozzle 12 shown in FIGS. 12 to 14 is substantially circular, FIG. 15 uses the nozzle 12 having a slit-shaped cross-section at the tip. While scanning the nozzle 12 in the direction of the arrow, metal fine particles are sprayed over the entire surface including the groove formed on the substrate 1 and then the deposited film is polished to remove the film deposited other than the groove portion. The wiring pattern 33 is easily formed only inside the contact hole. At this time, if the heating device 34 is attached to the substrate 1 and heated, the adhesion of the metal fine particles is further improved. As described above, when the metal fine particles are used for forming a metal film of a semiconductor device, they are used for forming wiring patterns, forming metal columns used for connection between wirings, or forming bump electrodes and the like serving as signal input / output electrodes of semiconductor elements. Can be easily applied.

【0027】以上の本発明の実施例では、金属微粒子を
堆積させて形成した金属膜を主として集積回路などの半
導体素子が形成されている半導体基板(半導体チップ)
上や複数の半導体チップなどを搭載した回路基板を備え
たマルチチップ型半導体装置の前記回路基板上などに適
用される。また、本発明のガスデポジション法を利用し
て導電性の金属以外に酸化性ガス雰囲気により絶縁性物
質を微粒子にして噴射し、絶縁物を埋め込むことが可能
である。絶縁性物質を蒸発室のるつぼに入れてその微粒
子を形成し、これを成膜室の基板に堆積させることもで
きる。金属微粒子の搬送中に搬送管の途中に接続したガ
スラインから酸素、オゾンなどの酸化性ガスを導入する
ことにより酸化物粒子を形成して基板に吹き付けること
も可能である。ガスの流れを適切に設計すれば、蒸発室
に直接酸化性ガスを導入することも出来る。このよう
に、本発明の方法によれば、半導体装置に限らず、その
他の電子部品にも適用が可能である。以上のように、ガ
スデポジション法によれば、金属ソースを入れたるつぼ
が配置された蒸発室に不活性ガスを導入し、ついでるつ
ぼ内の金属ソースを加熱し、蒸発して形成された1次凝
集体である微粒子を減圧した成膜室へ室間の差圧によっ
て不活性ガスと共に搬送し、成膜室の基板上に吹付ける
ことにより金属ソースの微粒子膜を堆積させることがで
きる。金属ソースを蒸発させて微粒子化するためには、
るつぼを配置した蒸発室内に不活性ガスを導入し、蒸発
した金属ソースをこの不活性ガスで冷却しなければなら
ない。この時、導入する不活性ガスの流速が大きいと、
微粒子の煙(流れ)にふらつきが生じる。
In the above embodiment of the present invention, a metal film formed by depositing fine metal particles is mainly used as a semiconductor substrate (semiconductor chip) on which semiconductor elements such as integrated circuits are formed.
The present invention is applied to, for example, the circuit board of a multi-chip type semiconductor device having a circuit board on which a plurality of semiconductor chips are mounted. In addition, by using the gas deposition method of the present invention, it is possible to embed the insulating material by spraying the insulating material into fine particles in an oxidizing gas atmosphere in addition to the conductive metal. An insulating substance may be put in a crucible in an evaporation chamber to form fine particles thereof, and the fine particles may be deposited on a substrate in a film formation chamber. It is also possible to form oxide particles by introducing an oxidizing gas such as oxygen and ozone from a gas line connected in the middle of the transfer pipe during the transfer of the metal fine particles, and to spray the oxide particles on the substrate. If the gas flow is properly designed, the oxidizing gas can be introduced directly into the evaporation chamber. As described above, according to the method of the present invention, the present invention is applicable not only to semiconductor devices but also to other electronic components. As described above, according to the gas deposition method, an inert gas is introduced into an evaporation chamber in which a crucible containing a metal source is arranged, and then the metal source in the crucible is heated and evaporated. The fine particles, which are the secondary agglomerates, are transported together with the inert gas by a pressure difference between the chambers to the reduced film formation chamber, and sprayed onto the substrate in the film formation chamber, whereby the metal source fine particle film can be deposited. In order to evaporate the metal source into fine particles,
An inert gas must be introduced into the evaporation chamber in which the crucible is located, and the evaporated metal source must be cooled by the inert gas. At this time, if the flow rate of the inert gas to be introduced is large,
The smoke (flow) of the fine particles fluctuates.

【0028】図17は、図6の蒸発室Aを示し、蒸発し
た金属ソースの動きを説明する拡大断面図である。不活
性ガスは、不活性ガス導入管26によって蒸発室Aに供
給される。もし供給される不活性ガスの流速が速いと、
金属微粒子の流れ36に点線で示すようなふらつき37
が生じる。微粒子の流れ36にこのふらつき37が生じ
るのは、供給される不活性ガスの流速が熱対流による不
活性ガスの上向きの流れに乗って移動する微粒子の流れ
36より速いことに起因している。このふらつき37
は、るつぼ23の温度に関係なく発生する。そのため、
ふらつきによって搬送管27に吸込まれなかった微粒子
は、矢印361に示す様に搬送管27をそれてしまい、
蒸発室Aの熱対流によって矢印362に示すように循環
し、これが新しく生成した微粒子と接触して粗大化す
る。この粗大化した微粒子が、搬送管27に吸込まれて
成膜室Bに供給され、基板上に堆積する場合がある。
FIG. 17 is an enlarged sectional view showing the evaporating chamber A of FIG. 6 and illustrating the movement of the evaporated metal source. The inert gas is supplied to the evaporation chamber A by the inert gas introduction pipe 26. If the flow rate of the supplied inert gas is high,
A wobble 37 shown by a dotted line in the flow 36 of the metal fine particles.
Occurs. The wobble 37 occurs in the flow 36 of fine particles because the flow rate of the supplied inert gas is faster than the flow 36 of fine particles moving on the upward flow of the inert gas due to thermal convection. This wobble 37
Occurs regardless of the temperature of the crucible 23. for that reason,
The fine particles that have not been sucked into the transport tube 27 due to the wander are deviated from the transport tube 27 as shown by an arrow 361,
Due to the heat convection in the evaporation chamber A, circulation is performed as shown by an arrow 362, which comes into contact with newly generated fine particles and coarsens. The coarse particles may be sucked into the transfer pipe 27 and supplied to the film forming chamber B, and may be deposited on the substrate.

【0029】次に、第4の実施例としてこの様な微粒子
の流れのふらつきを抑制することができる薄膜形成装置
を図18乃至図20を説明する。図18は、蒸発室内部
を示す斜視図、図19は、微粒子から成膜した微粒子膜
の斜視図、図20は、基板に成膜した微粒子膜の剪断強
度の示す特性図である。このデポジッション法による薄
膜形成装置は、第1の実施例と同様に蒸発室A、微粒子
膜が成膜される基板を配置する成膜室B、蒸発室Aに不
活性ガスを導入する導入管26及び蒸発室Aより成膜室
Bへ微粒子を送る搬送管27を備えている(図6参
照)。そして、蒸発室の内部が図18に示されている。
蒸発室内には、内径10mmのるつぼ23が配置されて
おり、その中に金属ソースであるAuを入れる。るつぼ
23は、抵抗加熱や誘導加熱方式により加熱され、Au
が蒸発する。溶融したAuの表面温度が1400℃にな
るまで加熱したところで、不活性ガス導入管26からH
eガスを蒸発室内に導入すると、蒸発したAuはHeガ
スにより冷却され、凝縮して粒径数100から数100
0オングストロームの微粒子13を形成する。
Next, as a fourth embodiment, a thin film forming apparatus capable of suppressing such fluctuation of the flow of fine particles will be described with reference to FIGS. 18 is a perspective view showing the inside of the evaporation chamber, FIG. 19 is a perspective view of a fine particle film formed from fine particles, and FIG. 20 is a characteristic diagram showing the shear strength of the fine particle film formed on the substrate. As in the first embodiment, the thin film forming apparatus using the deposition method includes an evaporation chamber A, a film formation chamber B in which a substrate on which a fine particle film is formed is disposed, and an introduction pipe for introducing an inert gas into the evaporation chamber A. 26 and a transport pipe 27 for sending fine particles from the evaporation chamber A to the film formation chamber B (see FIG. 6). FIG. 18 shows the inside of the evaporation chamber.
A crucible 23 having an inner diameter of 10 mm is arranged in the evaporation chamber, into which Au as a metal source is put. The crucible 23 is heated by resistance heating or induction heating, and
Evaporates. When the molten Au was heated to a surface temperature of 1400 ° C., H was introduced through the inert gas introduction pipe 26.
When e gas is introduced into the evaporating chamber, the evaporated Au is cooled by He gas, condensed, and has a particle size of several hundreds to several hundreds.
Fine particles 13 of 0 Å are formed.

【0030】蒸発室と成膜室Bとの間は、搬送管27で
連結しており、蒸発室にHeガスを導入し、蒸発室内圧
力を1atm にする。そして、成膜室Bに真空ポンプを接
続して0.3Torr程度まで真空に引くことにより蒸発室
と成膜室の差圧を利用した蒸発室から成膜室に向かうH
eガスの流れができる。蒸発室内で形成された微粒子1
3がHeガスの流れに乗って搬送管27の先端に取り付
けられたノズルより成膜室B内の基板上に噴射すること
により本発明の目的とする導電膜であるAu微粒子膜を
形成することができる。この実施例は、Heガスを蒸発
室に供給する不活性ガス導入管26の先端に不活性ガス
整流手段を取付けたことに特徴がある。この不活性ガス
整流手段は、フィルタ39からなっている。フィルタ3
9は、外径が120mm、内径が60mmの中心部が空
洞になっている断面ドーナツ状の円筒容器と、その上部
がステンレス繊維で織った織布40から構成されてい
る。織物は、ステンレスに限らずガラス繊維やその他の
材料を用いても良い。ステンレス繊維に径は、100μ
mであり、開口率は約50%である。フィルタ39の円
筒容器は、不活性ガス導入管26の先端に取り付けられ
ており、ステンレス繊維の織布40が上を向くようにる
つぼ23の直下に配置されている。
The evaporating chamber and the film forming chamber B are connected by a transfer pipe 27, He gas is introduced into the evaporating chamber, and the pressure in the evaporating chamber is set to 1 atm. Then, a vacuum pump is connected to the film forming chamber B, and a vacuum is drawn to about 0.3 Torr, whereby H from the evaporation chamber using the pressure difference between the evaporation chamber and the film forming chamber to the film forming chamber is used.
e gas flow is possible. Fine particles 1 formed in the evaporation chamber
3 is formed on the substrate in the film forming chamber B from the nozzle attached to the tip of the transfer tube 27 while riding on the flow of the He gas to form an Au fine particle film, which is a conductive film intended by the present invention. Can be. This embodiment is characterized in that an inert gas straightening means is attached to the tip of an inert gas introduction pipe 26 for supplying He gas to the evaporation chamber. This inert gas rectification means comprises a filter 39. Filter 3
Reference numeral 9 denotes a cylindrical container having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 60 mm and having a hollow central portion and having a hollow section, and a woven fabric 40 whose upper part is woven with stainless steel fibers. The woven fabric is not limited to stainless steel, but may be glass fiber or other materials. Diameter is 100μ for stainless fiber
m, and the aperture ratio is about 50%. The cylindrical container of the filter 39 is attached to the tip of the inert gas introduction tube 26, and is disposed immediately below the crucible 23 so that the woven fabric 40 of stainless steel fiber faces upward.

【0031】るつぼ23は、フィルタ39の上方に配置
されており、フィルタ39の中心線とるつぼ23の中心
線とは一致している方が有利である。るつぼ23の上方
には搬送管27が配置しており、その先端の吸い口38
がるつぼ23と向かい合っている。るつぼ23の中心線
と搬送管27の中心線とは一致している方が有利であ
る。不活性ガス導入管26から蒸発室に供給されたHe
ガスは、フィルタ39に導入され織布40を通って上方
のるつぼ23の方へ流れていく。るつぼ23のAuは、
加熱されて蒸発し、Heガスに冷却されて微粒子13を
生成し、吸い込み口38から搬送管27へ送られ、搬送
管27を通って成膜室Bへ供給される。この導入管26
を通るHeガスは、約5m/secでフィルタ39に入
るが、フィルタ39を出るときには、0.2m/sec
程度まで減速される。搬送管27の吸い込み口38がる
つぼ23の真上50mm程度の位置に配置される場合、
溶融したAu表面の温度が1400℃になるまで加熱す
る上記微粒子生成条件では、るつぼ23から搬送管27
の吸い込み口38へ向かうHeガスの熱対流による微粒
子の流れの速度は、約1m/sec程度である。したが
って、フィルタ39を通って蒸発室内に供給されるHe
ガスの流速がこれよりも小さいためにHeガスの流れは
乱れない。また、搬送管27の吸い込み口38へ向かう
微粒子の流れもるつぼ23の中心に対して高い対称性を
維持することができる。
The crucible 23 is arranged above the filter 39, and it is advantageous that the center line of the filter 39 coincides with the center line of the crucible 23. A transport pipe 27 is disposed above the crucible 23, and a suction port 38 at the tip thereof is provided.
It faces the crucible 23. It is advantageous that the center line of the crucible 23 coincides with the center line of the transport tube 27. He supplied to the evaporation chamber from the inert gas introduction pipe 26
The gas is introduced into the filter 39 and flows through the woven fabric 40 toward the upper crucible 23. Au of the crucible 23 is
The particles are heated and evaporated, and are cooled to He gas to generate the fine particles 13, sent from the suction port 38 to the transfer pipe 27, and supplied to the film formation chamber B through the transfer pipe 27. This introduction pipe 26
He passes through the filter 39 at about 5 m / sec, but exits the filter 39 at 0.2 m / sec.
Slow down to a degree. When the suction port 38 of the transport pipe 27 is arranged at a position about 50 mm directly above the crucible 23,
Under the above-described fine particle generation conditions in which the temperature of the molten Au surface is increased to 1400 ° C.,
The velocity of the flow of the fine particles due to the thermal convection of the He gas toward the suction port 38 is about 1 m / sec. Therefore, He supplied to the evaporation chamber through the filter 39
Since the flow velocity of the gas is lower than this, the flow of the He gas is not disturbed. In addition, the flow of the fine particles toward the suction port 38 of the transport pipe 27 can maintain high symmetry with respect to the center of the crucible 23.

【0032】前記ノズルとして内径100μm、長さが
30mmのものを用いた場合について前記フィルタを設
置しない薄膜形成装置を用いたときの基板上の微粒子膜
(導電膜)の形状を図19(a)に示し、フィルタを設
置したこの実施例の薄膜形成装置を用いたときの基板上
の微粒子膜(導電膜)の形状を図19(b)に示す。図
示のようにフィルタを備えた薄膜形成装置を用いて形成
した基板1上の微粒子膜11は、粗大粒子の付着しない
均一に形成される。この装置によって形成された微粒子
膜は、蒸発室の微粒子の煙のふらつきがなくなり、He
ガスが整流化されるので、粗大粒子が殆ど存在しない。
一方、フィルタのない薄膜形成装置を用いて形成した基
板1上の微粒子膜11には粗大粒子41が不必要に付着
したり、含んでいる。この装置の蒸発室内の微粒子の煙
がふらついて(例えば、1回/sec、ふらつき幅0.
2mm)、直接搬送管27に吸い込まれなかった微粒子
が蒸発室内を対流することにより微粒子の粗大化が起こ
り、この粗大粒子が搬送管27に吸い込まれ、堆積した
微粒子膜中に混在する。粗大粒子が混在した微粒子膜
は、基板面との接着面積が極端に少なくなるために微粒
子膜と基板との接合強度が落ちる。
FIG. 19 (a) shows the shape of the fine particle film (conductive film) on the substrate when using a thin film forming apparatus without the filter when the nozzle has an inner diameter of 100 μm and a length of 30 mm. FIG. 19B shows the shape of the fine particle film (conductive film) on the substrate when the thin film forming apparatus of this embodiment in which a filter is installed is used. As shown in the figure, the fine particle film 11 on the substrate 1 formed using the thin film forming apparatus provided with a filter is formed uniformly without coarse particles adhering thereto. The fine particle film formed by this apparatus eliminates the fluctuation of the smoke of the fine particles in the evaporation chamber, and
Since the gas is rectified, there are almost no coarse particles.
On the other hand, the coarse particles 41 are unnecessarily attached to or contained in the fine particle film 11 on the substrate 1 formed using the thin film forming apparatus without a filter. The smoke of the fine particles in the evaporation chamber of this apparatus fluctuates (for example, once / sec, and the fluctuation width is 0.1 mm / sec.).
2 mm), the fine particles which have not been directly sucked into the transport pipe 27 are convected in the evaporating chamber to be coarsened. The coarse particles are sucked into the transport pipe 27 and are mixed in the deposited fine particle film. In the case of a fine particle film in which coarse particles are mixed, the bonding strength between the fine particle film and the substrate is reduced because the bonding area with the substrate surface is extremely reduced.

【0033】図20は、基板に形成された微粒子膜(導
電膜)の剪断強度を示す。縦軸は、その剪断強度(kg
f/mm2 )であり、横軸は、左がフィルタを使用しな
い薄膜形成装置により形成した微粒子膜を示し、右がフ
ィルタを用いたこの実施例の薄膜形成装置により形成し
た微粒子膜を示す。Auの溶融表面(溶湯面)温度が1
400℃、1450℃、1500℃の場合に得られるそ
れぞれ3つの微粒子膜について測定した。蒸発室の圧力
は、2atm にし、不活性ガス導入管からは、1分間に1
000ccのHeガスを流した。フィルタを用いない薄
膜形成装置により形成した微粒子膜の剪断強度は、平均
1kgf/mm2 (0.05〜10.2kgf/m
2 )であったが、フィルタを用いたこの実施例の薄膜
形成装置により形成した微粒子膜の剪断強度は、平均1
0kgf/mm2 以上にまで大幅に改善されている。A
uメッキによって基板上に得られた導電膜の剪断強度も
図の点線で示されている。この様に、薄膜形成装置に不
活性ガス整流手段としてフィルタを使用すると、金属微
粒子から形成される導電膜の剪断強度は、Auメッキで
形成される導電膜と同等の剪断強度が得られる。
FIG. 20 shows the shear strength of the fine particle film (conductive film) formed on the substrate. The vertical axis indicates the shear strength (kg
f / mm 2 ), and the horizontal axis represents the fine particle film formed by the thin film forming apparatus without using the filter, and the right axis represents the fine particle film formed by the thin film forming apparatus of this embodiment using the filter. Au melting surface (molten surface) temperature is 1
The measurement was performed on three fine particle films obtained at 400 ° C., 1450 ° C., and 1500 ° C., respectively. The pressure in the evaporation chamber was set to 2 atm.
000 cc of He gas was passed. The average shear strength of the fine particle film formed by the thin film forming apparatus without using a filter is 1 kgf / mm 2 (0.05 to 10.2 kgf / m 2 ).
m 2 ), but the shear strength of the fine particle film formed by the thin film forming apparatus of this example using a filter was 1 on average.
It is greatly improved to 0 kgf / mm 2 or more. A
The shear strength of the conductive film obtained on the substrate by u plating is also shown by the dotted line in the figure. As described above, when a filter is used as an inert gas rectifying unit in a thin film forming apparatus, the shear strength of a conductive film formed from metal fine particles can be equal to that of a conductive film formed by Au plating.

【0034】前記実施例では、前記不活性ガス整流手段
としてフィルタを用いたが、複数のパイプを吹き出し口
を揃えて束ね、不活性ガス導入管に接続する。吹き出し
口は上にあるるつぼの方向に向けている。この方法でも
不活性ガスの流れは整流化される。また、図18に示す
実施例のフィルタの形状は、ドーナツ状であるが、本発
明においては、円板状であっても良い。
In the above embodiment, a filter is used as the inert gas rectifying means. However, a plurality of pipes are bundled with their outlets aligned, and connected to an inert gas inlet pipe. The outlet points in the direction of the crucible above. Also in this method, the flow of the inert gas is rectified. Further, the shape of the filter of the embodiment shown in FIG. 18 is a donut shape, but may be a disk shape in the present invention.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように、本発明は、配線、配線間
を接続する接続体もしくはバンプ電極などの金属膜の形
成に不活性ガスに搬送された金属微粒子を基板に吹付け
ることにより形成しているが、複雑な工程を必要とせ
ず、簡単な工程で安定した特性の半導体装置を提供する
ことができる。また、マスクや遮蔽板を用いなくとも前
記金属微粒子の噴射角度を制御することにより、基板上
に前記金属膜を選択的に形成することができる。また、
蒸発室内へ導入する不活性ガスの整流化を行うことによ
り粗大粒子の混在しない微粒子膜を形成することがで
き、基板との密着性が大幅に改善する。
As described above, the present invention provides a method for forming a metal film such as a wiring, a connector for connecting the wiring or a bump electrode by spraying a metal fine particle carried by an inert gas onto a substrate. However, a semiconductor device having stable characteristics can be provided by a simple process without requiring a complicated process. Further, the metal film can be selectively formed on the substrate by controlling the injection angle of the metal fine particles without using a mask or a shielding plate. Also,
By rectifying the inert gas introduced into the evaporation chamber, a fine particle film free of coarse particles can be formed, and the adhesion to the substrate is greatly improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る半導体装置に用い
る回路基板の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a circuit board used in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図3】第2の実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図4】第2の実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図5】第2の実施例の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment;

【図6】本発明の半導体製造装置の概略断面図。FIG. 6 is a schematic sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係る半導体装置に用いる金属微粒子の
堆積速度及び裾広がりの成膜室圧力依存性を示す特性
図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the deposition rate of metal fine particles used in the semiconductor device according to the present invention and the pressure dependence of the expansion of the tail in the film forming chamber.

【図8】本発明に係る半導体装置に用いる金属微粒子の
堆積高さ及び裾広がりのノズル先端/基板間ギャップ依
存性を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the dependence of the deposition height and foot spread of metal fine particles used in the semiconductor device according to the present invention on the gap between the nozzle tip and the substrate.

【図9】本発明に係る半導体装置に用いる金属微粒子の
裾広がりのノズル長さ依存性を示す特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the nozzle length dependence of the foot spread of metal fine particles used in the semiconductor device according to the present invention.

【図10】本発明に係る半導体装置に用いる金属微粒子
の裾広がりのノズル長さ依存性を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the nozzle length dependence of the foot spread of metal fine particles used in the semiconductor device according to the present invention.

【図11】第3の実施例の半導体装置の製造工程断面
図。
FIG. 11 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment.

【図12】第3の実施例の半導体装置に用いる基板の断
面図。
FIG. 12 is a sectional view of a substrate used in a semiconductor device according to a third embodiment.

【図13】第3の実施例の半導体装置に用いる基板の断
面図。
FIG. 13 is a sectional view of a substrate used for a semiconductor device according to a third embodiment.

【図14】第3の実施例の半導体装置に用いる基板の断
面図。
FIG. 14 is a sectional view of a substrate used in a semiconductor device according to a third embodiment;

【図15】第3の実施例の半導体装置に用いる基板の断
面図。
FIG. 15 is a sectional view of a substrate used in a semiconductor device according to a third embodiment.

【図16】本発明の半導体装置に用いる基板とノズルの
断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a substrate and a nozzle used in the semiconductor device of the present invention.

【図17】本発明の薄膜形成装置の蒸発室の断面図。FIG. 17 is a sectional view of an evaporation chamber of the thin film forming apparatus of the present invention.

【図18】第4の実施例の薄膜形成装置の蒸発室の斜視
図。
FIG. 18 is a perspective view of an evaporation chamber of a thin film forming apparatus according to a fourth embodiment.

【図19】本発明の薄膜形成装置により形成した微粒子
膜の斜視図。
FIG. 19 is a perspective view of a fine particle film formed by the thin film forming apparatus of the present invention.

【図20】本発明の薄膜形成装置により形成した微粒子
膜の剪断強度を示す特性図。
FIG. 20 is a characteristic diagram showing a shear strength of a fine particle film formed by the thin film forming apparatus of the present invention.

【図21】従来の半導体装置に用いる基板の断面図。FIG. 21 is a cross-sectional view of a substrate used for a conventional semiconductor device.

【図22】従来の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 22 is a sectional view of a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【図23】従来の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 23 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板(回路基板及び半導体基板) 2 第1の配線 3 層間絶縁膜 4 第2の配線 5、7 絶縁保護膜 6 電極パッド 8 電解メッキ用導電膜 9 感光性高分子膜 10 金電極 11 金属柱 12 細管ノズル 13 金属微粒子 14 感光性高分子膜のコンタクト孔 15 バンプ電極 16 余分な金属微粒子 17 遮蔽板 18 遮蔽板の開口部 19 Au薄膜 20 ボンディングワイヤ 21 接合剤 23 るつぼ 24 金属ソース 25、28、32、34 加熱装置 26 不活性ガス導入管 27 搬送管 29 真空ポンプ 30 基板を支持する台 31 絶縁膜のコンタクト孔 33 配線パターン 35 不活性ガスの分子 36、361、362 Heガスの流れ 37 Heガスの流れのふらつき 38 搬送管の吸い込み口 39 フィルタ 40 フィルタのステンレス織布 41 粗大粒子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate (circuit board and semiconductor substrate) 2 1st wiring 3 Interlayer insulating film 4 2nd wiring 5, 7 Insulating protective film 6 Electrode pad 8 Electroplating conductive film 9 Photosensitive polymer film 10 Gold electrode 11 Metal pillar DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Capillary nozzle 13 Metal fine particle 14 Contact hole of photosensitive polymer film 15 Bump electrode 16 Extra metal fine particle 17 Shielding plate 18 Opening of shielding plate 19 Au thin film 20 Bonding wire 21 Bonding agent 23 Crucible 24 Metal source 25, 28, 32, 34 Heating device 26 Inert gas introduction pipe 27 Transfer pipe 29 Vacuum pump 30 Substrate supporting substrate 31 Contact hole of insulating film 33 Wiring pattern 35 Inert gas molecule 36, 361, 362 He gas flow 37 He gas Of the flow of water 38 Suction port of the conveying pipe 39 Filter 40 Stainless steel woven fabric of the filter 41 Coarse particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江川 秀光 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝 堀川町工場内 (72)発明者 竹田 真二 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝 堀川町工場内 (56)参考文献 特開 平4−83882(JP,A) 特開 平2−22102(JP,A) 特開 平4−251945(JP,A) 特開 平4−171923(JP,A) 特開 昭61−100950(JP,A) 特開 昭62−85445(JP,A) 特開 昭62−102543(JP,A) 特開 平6−216258(JP,A) 特開 平6−169161(JP,A) 特開 平6−93418(JP,A) 特開 平6−101026(JP,A) 特開 平6−65757(JP,A) 特開 平5−315287(JP,A) 特開 平5−132756(JP,A) 特開 平5−47771(JP,A) 特開 平4−352387(JP,A) 特開 平4−130632(JP,A) 特開 平4−26769(JP,A) 特開 平2−290095(JP,A) 特開 平2−113553(JP,A) 特開 昭62−291138(JP,A) 特開 昭61−53717(JP,A) 特開 昭61−3431(JP,A) 特開 昭60−235440(JP,A) 特開 昭50−64767(JP,A) 特開 昭61−69961(JP,A) 特開 平1−153553(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/285 H01L 21/60 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hidemitsu Egawa 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Pref. (56) References JP-A-4-83882 (JP, A) JP-A-2-22102 (JP, A) JP-A-4-251945 (JP, A) JP-A-4-171923 JP-A-61-100950 (JP, A) JP-A-62-85445 (JP, A) JP-A-62-102543 (JP, A) JP-A-6-216258 (JP, A) JP-A-6-169161 (JP, A) JP-A-6-93418 (JP, A) JP-A-6-101026 (JP, A) JP-A-6-65757 (JP, A) JP-A-5-315287 ( JP, A) JP-A-5-132756 (JP, A) JP-A-5-47777 (JP JP-A-4-352387 (JP, A) JP-A-4-130632 (JP, A) JP-A-4-26769 (JP, A) JP-A-2-290095 (JP, A) 2-113553 (JP, A) JP-A-62-291138 (JP, A) JP-A-61-53717 (JP, A) JP-A-61-3431 (JP, A) JP-A-60-235440 (JP, A) A) JP-A-50-64767 (JP, A) JP-A-61-69961 (JP, A) JP-A-1-153553 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) ) H01L 21/3205 H01L 21/285 H01L 21/60 H01L 21/768

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板又は回路基板上に第1の配線
を形成する工程と、 金属ソースを加熱して蒸発させる工程と、 前記蒸発した金属ソースを不活性ガスに接触させて金属
微粒子化する工程と、 前記金属微粒子を前記不活性ガスによって前記半導体基
板又は回路基板上に搬送し、前記第1の配線上に前記金
属微粒子を吹き付けて金属柱を選択的に形成する工程
と、 前記半導体基板又は回路基板上に層間絶縁膜を前記金属
柱が埋まるように形成する工程と、 前記層間絶縁膜をエッチングして前記金属柱の先端部分
を露出させる工程と、前記層間絶縁膜上に第2の配線を
形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
A step of forming a first wiring on a semiconductor substrate or a circuit board; a step of heating and evaporating a metal source; and bringing the evaporated metal source into contact with an inert gas to form metal fine particles. Transferring the metal fine particles onto the semiconductor substrate or circuit substrate by the inert gas, and spraying the metal fine particles on the first wiring to selectively form metal columns; and A step of forming an interlayer insulating film on the circuit board so that the metal pillars are buried; a step of etching the interlayer insulating film to expose a tip portion of the metal pillar; Forming a wiring.
【請求項2】 前記蒸発した金属ソースを金属微粒子化
する工程は、100Torr〜5atmの圧力で行うこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of forming the evaporated metal source into fine metal particles is performed at a pressure of 100 Torr to 5 atm.
【請求項3】 前記金属柱を選択的に形成する工程は、
ノズルを介して前記金属微粒子を前記第1の配線上に吹
き付け、前記ノズルの内径が50〜100μmであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。
3. The step of selectively forming the metal pillar,
2. The method according to claim 1, wherein the fine metal particles are sprayed onto the first wiring via a nozzle, and the inside diameter of the nozzle is 50 to 100 μm. 3.
【請求項4】 前記金属柱を選択的に形成する工程は、
ノズルを介して前記金属微粒子を前記第1の配線上に吹
き付け、前記ノズルの長さが3〜5mmであることを特
徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製
造方法。
4. The step of selectively forming the metal pillar,
3. The method according to claim 1, wherein the metal fine particles are sprayed onto the first wiring via a nozzle, and the length of the nozzle is 3 to 5 mm. 4.
【請求項5】 前記ノズルの先端と前記半導体基板又は
回路基板との間のギャップは、0.3〜1mmであるこ
とを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein a gap between a tip of the nozzle and the semiconductor substrate or the circuit substrate is 0.3 to 1 mm. Manufacturing method.
【請求項6】 前記金属柱を選択的に形成する工程は、
3Torr以下の圧力で行われることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置の製造方法。
6. The step of selectively forming the metal pillar,
The method according to claim 1, wherein the method is performed at a pressure of 3 Torr or less.
【請求項7】 第1の真空室と、 前記第1の真空室内に配置された金属ソースを加熱蒸発
させるるつぼと、 前記第1の真空室に不活性ガスを導入する手段と、 第2の真空室と、 前記第2の真空室に配置され、その上に前記蒸発した金
属ソースを堆積させる基板と、 前記第1の真空室から第2の真空室内に不活性ガスを搬
送する搬送手段と、 前記第1の真空室内に配置され、前記第1の真空室内に
不活性ガスを導入する手段に接続された不活性ガスを整
流する手段とを備え、 前記不活性ガスを整流する手段は、前記るつぼの直下に
配置され、前記不活性ガスを導入する手段から導出した
不活性ガスの流れの方向を、前記金属ソースが加熱溶融
されているるつぼの溶湯面の中心点の法線方向に一致さ
せ、かつ、この中心点の法線を前記不活性ガスの流れの
対称軸とするように整流することを特徴とする薄膜形成
装置。
7. A first vacuum chamber; a crucible for heating and evaporating a metal source disposed in the first vacuum chamber; a means for introducing an inert gas into the first vacuum chamber; A vacuum chamber, a substrate disposed in the second vacuum chamber, on which the evaporated metal source is deposited, and a transport unit for transporting an inert gas from the first vacuum chamber to the second vacuum chamber. Means for rectifying the inert gas which is disposed in the first vacuum chamber and which is connected to means for introducing the inert gas into the first vacuum chamber; means for rectifying the inert gas, The direction of the flow of the inert gas, which is disposed directly below the crucible and is derived from the means for introducing the inert gas, coincides with the normal direction of the center point of the molten metal surface of the crucible where the metal source is heated and melted. And the normal of this center point is Thin film forming apparatus characterized by rectifying to the symmetry axis of the scan of the flow.
【請求項8】 前記整流された不活性ガスの流れの速さ
は、前記溶湯面から発生する前記金属ソースの蒸気が前
記不活性ガスにより冷却されて生成した微粒子の流れの
速度より遅いことを特徴とする請求項7に記載の薄膜形
成装置。
8. The flow rate of the rectified inert gas is lower than the flow rate of fine particles generated by cooling the vapor of the metal source generated from the molten metal surface by the inert gas. The thin film forming apparatus according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記不活性ガスを整流する手段は、前記
不活性ガスが前記第1の真空室に供給されたときに用い
られるガス供給パイプのガス流方向に対して障害物のあ
る空間を介して前記第1の真空室に供給することを特徴
とする請求項7に記載の薄膜形成装置。
9. A means for rectifying the inert gas, wherein a space having an obstacle in a gas flow direction of a gas supply pipe used when the inert gas is supplied to the first vacuum chamber. The thin film forming apparatus according to claim 7, wherein the thin film is supplied to the first vacuum chamber through the first vacuum chamber.
【請求項10】 金属繊維が前記障害物として前記ガス
供給パイプに満たされている状態で、前記不活性ガスが
この金属繊維の隙間から前記第1の真空室に供給される
ことを特徴とする請求項9に記載の薄膜形成装置。
10. The method according to claim 10, wherein the inert gas is supplied to the first vacuum chamber from a gap between the metal fibers while the metal fibers are filled in the gas supply pipe as the obstacle. The thin film forming apparatus according to claim 9.
【請求項11】 前記ガス供給パイプの一端は、環状円
筒形であることを特徴とする請求項9に記載の薄膜形成
装置。
11. The thin film forming apparatus according to claim 9, wherein one end of the gas supply pipe has an annular cylindrical shape.
【請求項12】 前記障害物は、表面がステンレススチ
ール繊維から構成されているフィルタであることを特徴
とする請求項9に記載の薄膜形成装置。
12. The thin film forming apparatus according to claim 9, wherein the obstacle is a filter whose surface is made of stainless steel fiber.
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