JPH03297141A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔概　要〕 配線やパッドをアルミニウムによって形成する工程を含
む半導体装置の製造方法に関し、アルミニウムを含む配
線電極やバッドの腐食を防止するとともに、ボンディン
グの際の衝撃を緩和することを目的とし、 アルミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム膜
を加熱して前記アルミニウム膜の結晶粒界を詭（する工
程と、前記アルミニウム膜の上から粒界腐食液を供給し
て跪くなった前記結晶粒界をエツチングすることにより
、前記結晶粒界の一部に隙間を形成する工程と、前記ア
ルミニウム膜の上に樹脂材を堆積した後、該樹脂材を加
熱して前記結晶粒界の隙間に含侵させる工程と、前記樹
脂材を含侵した前記アルミニウム膜をパターニングする
工程と、パターニングされた前記アルミニウム膜の上に
絶縁膜を形成する工程とを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは
、配線やパッドをアルミニウムによって形成する工程を
含む半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置における配線電極やパッドの材料として、−
ａにアルミニウムが用いられているが、アルミニウムか
らなる配線電極の上にＰＳＧ、５ｉｓＮａ等のカバー膜
を堆積する場合に、カバー膜は冷却によって縮むために
、その下の配線電極に応力が加わってストレスマイグレ
ーシぢンが発注することが知られている。

このため、アルミニウム膜に銅やチタンを数パーセント
混入した合金が使用されており、この合金は硬いために
ストレスマイグレーシジンの発注が阻止される。

ところで、このようなアルミニウム合金膜をパターニン
グする場合には、第３図（ａ）に示すように、Ｃ１□、
ＣＣ１，等の塩素系ガスをエンチングガスとして使用し
、レジストマスク３１から露出したアルミニウム合金膜
３２を反応性スパッタリング法によってエツチングして
同図（ｂ）に示すような配線電極３２ａやバンド３２ｂ
を形成し、この上からＰＳＧ等よりなる保護膜３３を形
成するようにしている（第３図（Ｃ））。

なお、図中符号３４は、アルミニウム合金Ｍ３２の下に
形成されｔａ間絶絶縁膜３５は半導体基板、３６は、半
導体基板３４に形成されたＭＯＳトランジスタを示して
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、塩素系ガスを使用すれば、第３図（ｂ）に示す
ように、レジストマスク３１に覆われない配線電極３２
ａやパッド３２ｂの側部から内部に塩素（ＣＩ）が入り
込み、この塩素が触媒として作用して、アルミニウム合
金膜３２内に僅かに含まれている水分、或いは外部から
侵入する水分とアルミニウムとの反応を促進するために
、その側部に水酸化アルミニウムの腐食物３７が生成さ
れるといった不都合がある。

しかも、チタンや銅を含有するアルミニウムは硬質なた
めに、第３図（ｃ）に示すように、チタンアルミニウム
合金、アルミニウム銅合金によって形成されたバンド３
２ｂに金線３８を熱圧着する際に、ボンダー３９の衝撃
力がパッド３２ｂを介してそのまま下方の基板３４に伝
わるため、その下方のＭＯＳトランジスタ３６に損傷を
与えるといった問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、配線電極やパッドの側部の腐食を防止するとともに、
ボンディング時の衝撃を緩和することができる配線電極
、パッドの形成工程を含む半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段〕 上記した課題は、第１図に例示するように、アルミニウ
ム膜３を形成する工程と、前記アルミニウム膜３を加熱
して前記アルミニウム膜３の結晶粒界を脆くする工程と
、前記アルミニウム膜３の上から粒界腐食液を供給して
脆くなった前記結晶粒界をエンチングすることにより、
前記結晶粒界の一部に隙間を形成する工程と、前記アル
ミニウム膜３の上に樹脂材４ａを堆積した後、該樹脂材
４ａを加熱して前記結晶粒界の隙間に含侵させる工程と
、前記樹脂材４ａを含侵した前記アルミニウム膜３をパ
ターニングする工程と、パターニングされた前記アルミ
ニウム膜３の上に絶縁［８を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法によって達成され
る。

〔作　用〕

本発明によれば、アルミニウム膜３を加熱して結晶粒界
を脆くし、これを粒界腐食液でエツチングして、その後
に結晶粒界の一部に生した隙間に樹脂材４ａを含侵する
ようにしている。

このため、アルミニウム膜３中では樹脂材４ａが結晶粒
界の隙間を埋めることになり、アルミニラム膜３のエツ
チングガスに塩素系ガスを使用しても、これがアルミニ
ウム膜３中に浸透しなくなる。

このため、触媒となる塩素がアルミニウム膜３内に存在
しなくなるため、アルミニウム膜３内に含まれる水分、
或いは外部から侵入する水分とアルミニウムとが反応し
難くなり、アルミニウム膜３の側部には腐食物（水酸化
アルミニウム）が生じな（なる。

また、樹脂材４ａを含侵したアルミニウム膜３によって
パッドや電極配線を形成すると、樹脂材がアルミニウム
結晶粒を結びつけるために、その上に積層する絶縁膜８
が冷却される際に応力が生じてもヒロックやボイドは発
生しない。

しかも、樹脂材４ａは軟質であるため、ポンディングす
る際のボンダによる衝撃は、樹脂材４ａを含侵したアル
ミニウム膜３によって緩和されるために、これによって
形成されたパッドの下方に存在する素子の特性を劣化さ
せることはない。

〔実施例〕

そこで、以下に本発明の詳細を図面に基づいて説明する
。

第１．２図は、本発明の一実施例の工程を示す断面図で
あって、図中符号１は、シリコン等よりなる半導体基板
で、この半導体基板１の上にはＰＳ　Ｇ、　５ｉｓＮａ
等よりなる層間絶縁膜２が積層されている。

そこで以下に、層間絶縁膜２の上に配線電極とパッドと
を形成する工程について説明する。

まず、眉間絶縁膜２の上にアルミニウム膜３をスパッタ
法等によって１μｍ程度積層した後（第１図（ａ））、
図示しない加熱炉に半導体基板１を入れてアルミニウム
膜３を約４００°Ｃの温度で加熱すると、第２図（ａ）
　、　（ｂ）に示すように、アルミニウム膜３中のグレ
インｇの結晶粒界の一部、即ちグレインｇ周囲の一部が
熱によって脆くなり、容易にエツチングされる状態とな
る。

そして、アルミニウム膜３を冷却してから、その上にモ
ーリス氏液を供給すると、グレインｇ周囲の脆くなった
層が除去され、グレイン層間の一部に数十人の隙間がで
きる（第２図（Ｃ））。

モーリス氏液は、三酸化塩素（Ｃｊ！　２０３）を１５
０ｇ、氷酢酸を８００ｃｃ、水５０ｃｃ混合した液であ
る。

この後に、アルミニウム膜３の上に導電性のシリコン樹
脂、イミド樹脂等からなる樹脂膜４を膜厚５００〜５０
００人程度付着する（第１図（ｂ）。

第２図（ｃ））。

この後に、半導体基板１を３〜５気圧の炉に入れて樹脂
膜４を１５０〜３００°Ｃの温度で加熱すると、アルミ
ニウム結晶粒の樹脂層４が溶けてグレインｇの隙間に樹
脂４ａが含侵することになる（第２図（ｄ））。

次に、アルミニウム膜３の上にフォトレジスト５を塗布
し、これを露光、現像してパッド形成開城Ａと配線電極
形成領域Ｂにフォトレジスト５を残存させる（第１図（
Ｃ））。この後に、フォトレジスト５を工・７チング防
ｍＷにしてアルミニウム膜３を反応性プラズマエツチン
グ（ＲｒＥ）法によリエノチングし、フォトレジスト５
から露出したアルミニウム膜３を除去する（第１図（ｄ
））。

この場合、塩素、四塩化炭素等の塩素系ガスをエツチン
グガスとして使用する。

この工程において、アルミニウム膜３中では樹脂材４ａ
がグレインｇの間隔を埋めており、触媒となる塩素が外
部から浸透しなくなる。

このため、アルミニウム膜３内に含まれる水分、或いは
外部から侵入する水分とアルミニウムとが反応し難くな
り、フォトレジスト５下のアルミニウム膜３の側部には
腐食物（水酸化アルミニウム）が生じなくなる。

このようにエツチングされたアルミニウム膜３はパッド
形成領域Ａ及び配線電極形成領域Ｂに残存し、それぞれ
パッド６、配線電極７として使用されることになる（第
１図（ｄ））。

そして、有機物であるフォトレジスト５及び樹脂材４を
灰化した後に（第１図（ｅ））、カバー膜となるＳｉ、
Ｎ、　＃８を数μｍ積層し、これをフォトリソグラフィ
ー法によってパターニングしてバノド６上の５ｉｓＮｎ
膜８を除去し、パッド６の上面を露出させ、さらに、半
導体基板１の裏面にハックゲート電極９を形成する（第
１図（ｆ））。

このようにして形成されたバンド６や電極配線７におい
ては、アルミニウム膜３内に含浸した樹脂材４ａがグレ
インｇを結びつけるために、５ｉｘＮ４１１Ｂが冷却さ
れる際に応力が住じてもヒロックやボイドは発生しない
。

しかも、樹脂材４ａは軟質であるため、第１図（ｆ）に
示すように、パッド６に金線ｌＯをボンディングする際
のボンダ１１による衝撃は、パッド６によって緩和され
るために、パッド６の下方に形成されたＭＯＳトランジ
スタ１２の特性を劣化させないことになる。

ここで、バンド６を構成するアルミニウム膜３にシリコ
ン樹脂を含浸させた場合と、アルミニウム１ｌＩ３に銅
を混入した場合と、アルミニウム膜３に不純物を入れな
い場合とを比較して、ボンダ１１の衝撃がパッド６の下
方に形成されたＭＯＳ）ランジスタ１２に及ぼす影響を
調べると、第１表に示す結果が得られた。

この試験は、ＴＥＣ毎に配線電極及びパッドの素材を異
ならせ、これを５０個づつ用意して、ボンディング後の
ＭＯＳ）ランジスタ１２におけるソースＳとバックゲー
ト電極９との間のリーク電流の発生個数を調べたもので
ある。

第１表 これによれば、アルミニウム銅合金膜を使用した場合に
は５０個のうち３個にリーク電流が住し、また、純粋な
アルミニウム膜を使用した場合には５０個のうち４個に
不良が生じたのに対し、本実施例装置ではリーク電流の
発生は見られなかった。

これは、パッド６に含浸した樹脂材４ａが軟質であるた
めに衝撃を吸収し、ボンダ１１の押圧力がそのまま半導
体基板１に加わらないためである。

第２表 また、幅１０μｍ、間隔１．５μｍで配ａｔ極を複数形
成したＴＥＣについて、配線電極の素材を変え、素材毎
に５０個加熱試験を行い、そのストレスマイグレーシラ
ンの発生を調べたところ、第２表に示す結果が得られた
。この場合の試験温度は１５０°Ｃであり、経時的に不
良となった個数を示している。ただし、ｈは時間を示し
、Ｓｉはシリコン、ＡＩはアルミニウムを示している。

この試験によれば、樹脂材含浸アルミニウムにより形成
した配線電極は経時的な変化が見られず、ストレスマイ
グレーションが発生し難いことが明らかになった。さら
に、銅混入アルミニウムによって配線電極を形成した場
合も同様な結果が得られた。

これに対して純粋アルミニウムよりなる配線電極では、
時間の経過にしたがって断線の発生するチップが増えて
いくことが明らかになった。

なお、上記し実施例では、結晶流会を腐食させる溶液と
してモーリス氏液を用いたが、７７Ｍ（ＨＦ）、硝酸（
ＨＮＯ３）、塩＃　（Ｈｌ）、水（ＬＯ）を、それぞれ
、Ｉ：４：４：２０の割合で混合させた液を使用しても
同様な結果が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、アルミニウム膜を加
熱して結晶粒界を脆くし、これを粒界腐食液でエツチン
グして、その後に結晶粒界の一部に生じた隙間に樹脂材
を含侵するようにしたので、アルミニウム膜中では樹脂
材が結晶粒界の隙間を埋めることになり、アルミニウム
が腐食する際の触媒となる塩素をアルミニウム膜に侵入
しにくくなり、腐食物（水酸化アルミニウム）の発生を
防止することができる。

また、樹脂材を含侵したアルミニウム膜によりパッドや
電極配線を形成すると、樹脂材がアルミニウム結晶粒を
結びつけるために、応力によるヒロック、ボイドの発生
を阻止できる。

しかも、樹脂材は軟質であるため、これを含侵したアル
ミニウム膜によりバンドを形成すれば、ボンダによる衝
馨はバンド自体によって吸収され、その下方に存在する
素子の特性を良好に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の工程を示す断面図、 第２図は、本発明の一実施例の工程におけるアルミニウ
ムの部分拡大断面図、 第３図は、従来方法の工程を示す断面図である。 （符号の説明） １・・・半導体基板、 ２・・・層間絶縁膜、 ３・・・アルミニウム膜、 ４・・・樹脂膜、 ５・・・フォトレジスト、 ６・・・パッド、 ７・・・配線電極、 ８・・・Ｓｉ：＋Ｌ　ＩＩ（絶縁膜）、９・・・バック
ゲート電極、 ＩＯ・・・金線、 １１・・・ボンダ、 １２・・・ＭＯＳトランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　アルミニウム膜を形成する工程と、 前記アルミニウム膜を加熱して前記アルミニウム膜の結
   晶粒界を脆くする工程と、 前記アルミニウム膜の上から粒界腐食液を供給して脆く
   なった前記結晶粒界をエッチングすることにより、前記
   結晶粒界の一部に隙間を形成する工程と、 前記アルミニウム膜の上に樹脂材を堆積した後、該樹脂
   材を加熱して前記結晶粒界の隙間に含侵させる工程と、 前記樹脂材を含侵した前記アルミニウム膜をパターニン
   グする工程と、 パターニングされた前記アルミニウム膜の上に絶縁膜を
   形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の
   製造方法。