JPH01155641A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に関するものであり、特
に、外部電極としてのバンプ電極を有した半導体集積回
路装置に関するものである。

〔従来技術〕

近年、半導体集積回路装置の実装密度を高めるため、外
部電極としてバンプ電極が用いられるようになってきて
いる。このバンプ電極は、最終保護膜に開口を形成して
下のアルミニウム配線を露出させ、このアルミニウム配
線の露出した部分に接続される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は、前記バンプ電極を検討した結果、次の問題
点を見出した。

半導体集積回路装置の集積密度がそれほど高くない間は
、バンプ電極をアルミニウム配線に接続させるための開
口の径を５０〜６０μｍ程度に大きく取ることができた
。この時のバンプ電極と下のアルミニウム配線の接続抵
抗値は、バンプ電極１個当り、１００ｍΩ以下と非常に
小さかった。

ところが、半導体集積回路装置の高集積化に伴って、バ
ンプ電極の配置密度も高くなるため、前記バンプ電極を
アルミニウム配線に接続するための開口の径が１０μｍ
以下に縮小される。これによって、バンプ電極と下のア
ルミニウム配線との接続抵抗値が、バンプ電極１個当り
１Ω以上に増大するという問題があった。

これは、以下の理由による。アルミニウム配線には、基
板中へ拡散するのを防止するためのシリコンが含有され
ており、またエレクトロマイグレーションを防止するた
めの銅が含有されている。

これら不純物を含有したアルミニウム膜は非常に酸化さ
れ易いため、最終保護膜に開口を形成すると、露出した
アルミニウム配線の表面に酸化膜が形成される。この酸
化膜が、バンプ電極とアルミニウム配線の間に介在する
ため、それらの接続抵抗を著しく増大させる。この酸化
膜は、最終保護膜に開口を形成した後、バンプ電極を形
成する以前に、スパッタエツチングによって除去される
のであるが、そのスパッタエツチング中にアルミニウム
配線中に不純物が混入されたり、またスパッタ装置内に
水分や酸素が残存しているため、再度酸化膜が形成され
てしまう。すなわち、アルミニウム膜の表面の酸化膜を
完全に除去することは不可能である。

本発明の目的は、バンプ電極と、下の金属配線との接続
抵抗値を低減することができる技術を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、金属配線の前記バンプ電極が接続する表面部
に、前記金属配線と同種で且つ不純物を含有させていな
い金属膜か、又は金（Ａｕ）等の酸化されない金属膜か
らなる接続金属層を設けたものである。

〔作用〕

上述した手段によれば、金属配線のバンプ電極が接続さ
れる部分に設けられる接続金属膜は、前記金属配線より
酸化されにくく、その表面に酸化膜が形成されにくい、
このため、バンプ電極と接続金属膜との間に酸化膜が介
在することがないため、バンプ電極と金属配線の接続抵
抗値を低減することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、半導体集積回路装置をバンプ電極のところで
切断して示した断面図であり、第２図は。

バンプ電極と下の金属配線との接続部分を拡大して示し
た断面図である。

第１図において、１はＰ−型単結晶シリコンからなる基
板であり、２はＰ型チャネルストッパ、３はフィールド
絶縁膜である。基板１の表面には。

Ｎ４型埋込み層４と、Ｎ−型コレクタ５と、Ｐ型ベース
６と、Ｎ０型エミツタ７と、Ｎ４型コレクタ引き出し領
域８とからなるバイポーラトランジスタが形成しである
。９は例えばＣＶＤによる酸化シリコン膜からなる第１
層目の層間絶縁膜であり、この上に例えばスパッタによ
るアルミニウム膜からなる第１層目の金属配線１０が延
在している。金属配線１０は、接続孔１９を通して基板
１の表面に接続している。なお、金属配線１０を成して
いるアルミニウム膜中には、基板中への拡散を防ぐため
１％程度のシリコンを含有させてあり、またエレクトロ
マイグレーションを防ぐため鋼を含有させである。

金属配線１０の上は１例えば基板バイアススパッタによ
る酸化シリコン膜からなる第２層目の眉間絶縁膜１１が
覆っている。絶縁膜１１の上には、第２層目すなわち、
本実施例においては最上層である金属配線１３が延在し
ている。金属配線１３は、第２図に示したように、前記
最上層の金属配線１３は、下から、シリコンあるいはシ
リコンと銅を含有させたアルミニウム（ＡＱ）膜１３Ｃ
，タングステン（Ｗ）膜又はモリブデン（ＭＯ）膜から
なる拡散防止膜１３Ｂ、シリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）
等の不純物を含んでいないアルミニウムあるいは金（Ａ
ｕ）からなる接続金属層１３Ａを積層して構成したもの
である。拡散防止膜１３Ｂは、上の接続金属層１３Ａが
アルミニウム膜１３Ｃ中へ拡散するのを防止するための
ものである。アルミニウム膜１３Ｃの膜厚は、例えば１
μｍ程度、拡散防止膜１３Ｂの膜厚は、例えば５００〜
７００人程度、接続金属層１３Ａの膜厚は、例えば２０
００人程度１している。１２は金属配線１３を金属配線
１０に接続するための接続孔である。そして、金属配線
１３を例えばプラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜１４
で覆い、さらにその上に、例えば基板バイアススパッタ
による酸化シリコン膜からなる最終保護膜１５が覆って
いる。最終保護膜１５の所定の金属配線１３の上には開
口１６が形成してあり、この間口１６を通して下地金属
膜１７を接続させ、下地金属膜１７の上に半田バンプ電
極１８が形成されている。下地金属膜１７は。

下からクロム（Ｃｒ）膜１７Ｄ又はチタン（Ｔｉ）膜１
７Ｄ、クロムと銅（Ｃｕ）の混合膜１７Ｇあるいは銅と
チタンの混合膜１７Ｃ２銅膜１７Ｂ、金（Ａｕ）膜１７
Ａを積層して構成したものである。クロム（Ｃａｒ）膜
１７Ｄ又はチタン（Ｔｉ）膜１７Ｄ（７）膜厚は１２０
０人程度１クロムと銅（Ｃｕ）の混合膜１７Ｇあるいは
銅とチタンの混合膜１７Ｇの膜厚は７００〜２１００人
程度、銅膜１７Ｂ（７）膜厚は８０００人程度１金膜１
７Ａの膜厚は１０００人程度人程る。

前記金属配線１３の最上層の接続金属層１３Ａは、シリ
コンや銅等の酸化し易い不純物を含ませてないアルミニ
ウム膜、又はＡｕで形成したものであるため酸化されに
くい。したがって、製造工程中に、接続金属層１３Ａの
表面に酸化膜が形成されて、接続金属層１３Ａと下地金
属膜１７の実効的な接続面積を減少させることがない。

このため、開口１６の開口径りを１０μｍ程度に縮小し
ても、下地金属膜１７と接続金属層１３Ａの接続抵抗値
は１００ｍΩ以下の十分に小さな値にできる。

バンプ電極１８は１例えば鉛（ｐｂ）が９７ｗｔ％、鈴
（Ｓ　ｎ）が３ｗｔ％の半田からなっている。

以上、説明したように、金属配線１３の最上層に酸化さ
れにくい金属からなる接続金属層１３Ａを形成し、ここ
に下地金属膜１７を接続させ、この上にバンプ電極１８
を設けていることにより、金属配線１３と下地金属１７
を接続するための開口１６の径りを１０μｍ程度に縮小
しても十分に小さな接続抵抗値にすることができる。

次に、本実施例の半導体集積回路装置の製造方法を第３
図乃至第７図を用いて説明する。

第３図乃至第７図は、半導体集積回路装置の製造工程に
おける断面図である。

本実施例の半導体集積回路装置の製造方法は、まず第３
図に示すように、基板１にＰ型チャネルストッパ２、フ
ィールド絶縁膜３、バイポーラトランジスタの埋込み層
４、コレクタ領域５．ベース領域６．エミッタ領域７、
コレクタ引き出し領域８をそれぞれ形成する。次に、例
えばＣＶＤによって基板１上に酸化シリコン膜からなる
第１層目の層間絶縁膜９を形成する。そして、この層間
絶縁膜９をレジスト膜からなるマスクを用いたエツチン
グによって選択的に除去して接続孔１９を形成する。レ
ジスト膜からなるマスクは、接続孔１９を形成した後に
除去する。次に、例えばスパッタによって基板１上の全
面に、シリコン又はシリコンと銅を含有したアルミニム
ラ膜を形成し、これをレジスト膜からなるマスクを用い
たエツチングによりパターニングして金属配線１０を形
成する。

レジスト膜からなるマスクは、金属配線１０を形成した
後に除去する。次に、基板１上の全面に、例えば基板バ
イアススパッタによって、酸化シリコン膜の堆積と、Ａ
ｒイオンによるエツチングを同時に行って、上面が平担
な第２層目の層間絶縁膜１１を形成する。次に、絶縁膜
１１上に、例えばネガレジスト膜２０を塗布し、ホトリ
ソ技術により所定部に開口部２７を形成する。そして１
層間絶縁膜１１の開口２７から露出した部分を１例えば
弗酸とフッ化アンモニウムの１＝６（容積比）の混合し
たエツチング液でエツチングし、この後さらにＣＦ４＋
ｏ２混合ガスを使用したプラズマエツチング法を併用し
て接続孔１２を形成する。接続孔１２はテーパ状に形成
される。この後レジスト膜２０を除去する。

次に、第４図に示すように、金属配線１０の接続孔１２
から露出した部分を、例えばスパッタエツチングにより
エツチングしてその表面の酸化物を除去した後、前記ス
パッタエツチングを行った装置と同一装置内（真空槽）
で、シリコン又は銅を含有したアルミニウム膜１３Ｇと
、タングステン膜又はモリブデン膜からなる拡散防止膜
１３Ｂと、シリコンや銅を含んでいないアルミニウム膜
又は金（Ａｕ）膜からなる接続金属層１３Ａを順次堆積
させる。次に、接続金属層１３Ａ上にポジ型レジスト膜
２１を塗布し、これをホトリソ技術により所定のパター
ンに形成する。そして、接続金属層１３Ａ。

拡散防止膜１３Ｂ、アルミニウム膜１３Ｃのレジスト膜
２１から露出した部分をエツチングして、第２層目の金
属配線１３を形成する。接続金属層１３Ａがシリコンや
銅を含ませていないアルミニウム膜からなる場合には、
ＣＦ、＋０２ガスでエツチングする。

接続金属膜１３ＡがＡｕからなる場合には、ヨウ素とヨ
ウ化アンモニウムの混合液でエツチングする。

拡散防止膜（Ｗ又はＭＯ）１３Ｂとアルミニウム膜１３
Ｇは、ＣＦ、＋Ｏ，ガスでエツチングする。金属配線１
３を形成した後に、レジスト膜２１を除去する。

次に、第５図に示すように、例えばプラズマＣＶＤによ
り基板１上の全面に窒化シリコン膜１４を形成する。次
に、基板バイアススパッタにより、酸化シリコン膜の堆
積と、Ａｒによるエツチングを同時に行わせることによ
り、上面が平担な層間絶縁膜１５を形成する０次に、絶
縁膜１５の上にネガレジスト膜２２を塗布し、これにホ
トリソ技術により所定部に開口２８を形成する。そして
、層間絶縁１１１１５の開口２８から露出している部分
を、まず例えば弗酸とフッ化アンモニウムの１：６（容
積比）の混合したエツチング液でエツチングし、この後
さらにＣＦ４十〇、混合ガスを使用したプラズマエツチ
ング法を併用して開口１６を形成する。開口１６はテー
バ状に形成される。開口１６を形成した後に。

レジスト膜２２を除去する。

次に、第６図に示すように、下地金属膜１７を形成す゛
るのであるが、接続金属層１３Ａが酸化されにくい金属
からなっていることにより、接続金属層１３Ａの開口１
６から露出した表面に酸化膜が形成されないので、下地
金属膜１７を形成する直前に、接続金属層１３Ａの表面
をスパッタエツチングによってエツチングする工程は、
不要である。したがって、第６図の工程では、ただちに
、例えば蒸着技術によりＣｒ膜１７Ｄ又はＴｉ膜１７Ｄ
、ＣｒとＣｕの混合膜１？Ｃ又はＣｕとＴｉの混合膜１
７ｃ、ｃｕ膜１７Ｂ、Ａｕ膜１７Ａを順次蒸着させる。

この蒸着時の温度により、Ｃｒ膜１７Ｄ又はＴｉ膜１７
０が接続金属層１３Ａに拡散するので、下地金属１１１
１７と接続金属層１３Ａの接続抵抗が非常に小さくなる
。次に、ポジ型レジスト膜２３を塗布し、これをホトリ
ソ技術により所定のパターンに形成する。そして、Ｃｒ
膜１７０又はＴｉ膜１７Ｄ、ＣｒとＣｕの混合膜１７Ｇ
又はＣｕとＴｉの混合膜１７Ｃ，Ｃｕ膜１７Ｂ、Ａｕ膜
１７ＡのそれぞれのレジストＷＡ２３から露出した部分
をエツチングして、下地金属膜１７を形成する。Ａｕ膜
１７Ａ、Ｃｕ膜１７Ｂはヨウ素とヨウ化アンモニウムの
水溶液でエツチングする。Ｃｒ膜１７Ｄ又はＴｉ膜１７
Ｄ、ＣｒとＣｕの混合膜１７Ｇ又はＣｕとＴｉの混合膜
１７Ｇは、ｃＦ４＋Ｏ，混合ガスを使用したプラズマエ
ツチングでエツチングする。

下地金属膜１７を形成した後、レジスト膜２３を除去す
る。

次に、第７図に示すように、液状レジスト膜２４を塗布
し、これをベークした後で、レジスト膜２４の上に膜厚
が３０〜５０μｍｍのフィルムレジスト膜２５を貼付け
る。そして、これらレジスト２４゜２５をホトリソ技術
により開口２６を形成する。前記ホトリソ技術により開
口２６を形成する際に、フィルムレジスト膜２５では光
りが拡散するので、開口２６は逆テーパ状に形成される
。次に、リフトオフ蒸着法によりｐｂとＳｎ　（Ｐｂ；
９７ｗｔ％、Ｓｎ　；　３　ｗ　ｔ％）を重ねて蒸着し
て、半田層１８Ａ。

１８Ｂを形成する。この後、レジスト膜２４．２５及び
この上の不要な半田１８Ｂを例えば超音波印加して剥離
液で除去する。下地金属膜１７の上にのみ半田ドツト１
８Ａが残る。

この後１例えば、高温のＮ２雰囲気中で半田ドツト１８
Ａを溶解させて、下地金属膜１７と半田ドツト１８Ａを
反応させるとともに、その半田ドツト１８Ａを表面張力
によって半球状にする。これにより、第１図に示したバ
ンブ電極１８が形成できる。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

金属配線のバンブ電極が接続される部分に設けられる接
続金属膜は、前記金属配線より酸化されにくく、その表
面に酸化膜が形成されにくい。このため、バンブ電極と
接続金属膜との間に酸化膜が介在することが少ないため
、バンブ電極と金属配線の接続抵抗値を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の半導体集積回路装置のバ
ンブ電極の断面図、 第２図は、前記半導体集積回路装置のバンブ電極の下地
金属膜と、その下の金属配線との接続部分を拡大した断
面図、 第３図乃至第７図は、前記半導体集積回路装置のバンブ
電極の製造方法を説明するための製造工程における断面
図である。 図中、９　、１１．１４．１５・・・層間絶縁膜、１０
．１３・・・金属配線、１３Ａ・・・接続金属層、１３
Ｂ・・・拡散防止膜、１３Ｇ・・・アルミニウム膜、１
７・・・下地金属膜、　１２．１６．１９・・・接続孔
、２０．２１．２２．２３．２４．２５・・・レジスト
膜、　１８．１８Ａ、　１８Ｂ・・・半田である。 第１図 ］ｄ−・−千田バンフ１ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に、不純物を含有させた金属配線を延在させ
   、該金属配線の所定部に外部電極であるバンプ電極を設
   けた半導体集積回路装置であって、前記金属配線の前記
   バンプ電極が接続する表面部に、前記金属配線と同種で
   且つ不純物を含有させていない金属膜か、又は金（Ａｕ
   ）等の酸化されない金属膜からなる接続金属層を設けた
   ことを特徴とする半導体集積回路装置。 ２、前記金属配線は、アルミニウム膜からなり、シリコ
   ン又は銅を含有させてあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体集積回路装置。 ３、前記バンプ電極は、下地金属膜を介して前記接続金
   属層に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の半導体集積回路装置。 ４、前記接続金属層は、タングステン膜又はチタン膜を
   介して前記金属配線層に接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体集積回路装置。