JPH0357222A - 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技術に関し、例えば実装
方式としてフリップチップ方式を用いる半導体集積回路
装置に適用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

フリップチップ方式は、半導体チップに形成されたバン
ブ電極を介して半導体チップを所定の配線基板上にフエ
イスダウンボンディングする実装方式である。

フリップチップ方式を用いる半導体集積回路装置につい
ては、例えば株式会社オーム社、昭和５９年１１月３０
日発行、ｒＬＳＩハンドブック」Ｐ４０９．４１０に記
載がある。

上記バンプ電極は、半田（Ｐｂ／Ｓｎ）等からなる半球
状の突起電極であり、その下層に形成された下地金属部
を介してアルミニウム（Ａｊ！）等からなる電極と電気
的に接続されている。上記下地金属部は、上層から順に
金（Ａｕ）等からなる酸化防止金属層と、ｆ！　（Ｃｕ
）　、モリブデン（ＭＯ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）またはプラチナ（Ｐｔ）等からなるバリア
金属層と、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔ１）等から
なる接着層とでＩ威されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の技術においては、下地金属部の最
下層の接着層と半導体チップ表面の保護膜との接着力が
弱く、下地金属部が保護膜から剥離してしまう問題や保
護膜や下地金属部を形成する際のプロセスパラメータの
微妙な変化によって下地金属部と保護膜との間の接着性
が変動してしまう問題があることを本発明者は見出した
。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その
目的は、下地金属部と保護膜との接着力を向上させるこ
との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、明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔課題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、以下のとおりである。

すなわち、半導体基板の表面を被覆する保護膜の開孔部
に形成された電極上に、複数の金属層からなる下地金属
部を介してバンブ電極が形成された半導体集積回路装置
であって、前記下地金属部の最下層に形成された接着層
が、単体金属と、前記単体金属よりも保護膜を構成する
元素に対する親和性の高い添加元素とからなる半導体集
積回路装置構造とするものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、接着層の添加元素と、保護膜の
構成元素とが主として共有結合によって結合され、接着
層と保護膜との接着性が高められる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
バンブ電極および下地金属部を示す要部拡大断面図、第
２図はこの半導体集積回路装置の部分断面図である。

本実施例１の半導体集積回＃ｒ装置は、実装方式として
、例えばフリップチップ方式を用いる。

第２図に示すように、シリコン（Ｓｉ）単結晶からなる
半導体基板（以下、基板という）１上には、二酸化ケイ
素（Ｓｉｎ２）等からなる酸化膜２が形成されている。

そして、基板ｌの図示しない素子形成領域には、例えば
バイポーラトランジスタ等の素子が形成されている。

酸化膜２の上面には、ＡＲ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等からなる
電極配線３がパターン形成されており、さらにこの電極
配線３を被覆するようにＳｉ０２等からなる保護膜４が
被着されている。

保謹膜４の一部には、電極配線３に達する開孔部５が形
成されており、電極配線３の露出部分が電極３ａを構成
している。そして、電極３ａ上には、電極３ａよりも大
径の下地金属部６を介してＰ　ｂ　／　Ｓ　ｎ合金等か
らなる半球状のバンブ電極７が形成されている。

下地金属部６は、第１図に示すように、下層から順に、
接着層６ａと、第二の接着層６ｂと、バリア金属層６ｃ
と、酸化防止金属層６ｄとから構戊されている。

接着層６ａは、保謹膜４とバンプ電極７との接着性を高
める層であり、本実施例においては、例えばＴｉ等の単
体金属と、この単体金属よりも保護膜４をＩ戊する酸素
に対する親和性の高い、例えばＡｌ等の添加元素とから
構戊されている。

接着層６ａの層厚は、例えば１０００〜２０００人程度
である。添加元素の添加量は、熱膨張差等を考慮すると
、例えば５０重量％以下が良いと考えられる。

添加元素と酸素との親和性の度合を示す尺度として、例
えば酸化物生成時における標準生或自由エネルギー変化
（ΔＧ”　）を表１に示す。

表−１において、ΔＧ”＜Ｑの場合、ΔＧ゜の絶対値が
その反応の駆動力（Ｄｒｉｖｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ）を表
し、その値が大きい程、酸素との親和性が高いことを示
す。

表 １ ΔＧ゜　・酸化物生戊時の標準生或自由エネルギーの変
化（単位：　Ｋｃａ　Ｒ　／０２ｍｏ　Ｒ　）表−１に
示すように、添加元素であるＡ１のΔＧ゜の絶対値は、
単体金属であるＴｉのΔＧ゜の絶対値よりも大きい。す
なわち、添加元素であるＡ，ｉ！は、単体金属であるＴ
Ｉよりも保護膜４を構成する酸素との親和性が高い。し
たがって、本実施例においては、接着層６ａに添加され
たＡＩが、保護膜４を構戊する酸素と主として共有結合
によって結合し、接着層６ａと保護膜４との接着性を高
めるようになっている。

第二の接着層６ｂは、上述した接着層６ａを構成する単
体金属と同一の金属からなり、例えばＴｌ等からなる。

第二の接着層６ｂは、上述した接着層６ａとバリア金属
層６Ｃとの接着性を良好する上、主として接着層６ａに
添加されたＡ２がバリア金属層６Ｃの界面に析出するこ
とを防止する層である。第二の接着層６ｂの層厚は、例
えば１０００〜２０００人程度である。

バリア金属層６Ｃは、例えばｐｔからなり、バンプ電極
７を構成する金属が電極３ａの界面に析出したり、ある
いは反対に電極３ａを構戊する金属が酸化防止金属層６
ｄの界面に析出したりする現象を抑制する層である。そ
の層厚は、例えば３０００〜６０００人程度である。な
お、バリア金属層６Ｃは、Ｐｔに限定されるものではな
く、種々変更可能であり、例えばＣｕ，Ｎｉ、Ｍｏ，Ｐ
ｄでも良い。

酸化防止金属層６ｄは、例えばＡｕからなり、その下層
のバリア金属層６Ｃの上面の酸化を防止するための層で
ある。その層厚は、例えば１０００人程度である。なお
、酸化防止金属層６ｄはＡＵに限定されるものではなく
種々変更可能であり、例えば銀（Ａｇ　）　、Ｎ　ｌｓ
　スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）でも良い。

このように本実施例ｌによれば、接着層６ａを例えばＴ
ｉ等の単体金属と、この単体金属よりも保護膜４を構成
する酸素に対する親和性の高い、例えばＡＲ等の添加元
素とにより構成したことにより、接着層６ａに添加され
た添加元素と、保謹膜４を構成する酸素とが、主として
共有結合によって結合し、接着層６ａと保護膜４との接
着性を高めるため、下地金属部６と保護膜４との接着力
を向上させることが可能となる。

このため、保護膜４や下地金属部６を形成する際のプロ
セスパラメータの微妙な変化によって保護膜４と下地金
属部６との接着性が変動してしまうことが抑制され、半
導体集積回路装置の再現性を向上させることが可能とな
る。

また、Ａｊ！−Ｓｉ−Ｃｕ合金等からなる電極配線３と
接着される接着層６ａにＡＮを添加したことにより、電
極配線３から接着層６ａの界面にＡｌが析出する問題を
抑制することが可能となる。

これらの結果、信頼性の高い半導体集積回路装置を得る
ことが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
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で種々変更可
能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施例においては、単体金１ｒＲをＴｌと
した場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく種々変更可能であり、例えばＣｒでも良い。この
場合は、添加元素を、例えばＳｉ，　ＴｉまたはＡＡか
らなる元素うち、一種あるいは二種以上の元素としても
接着層と保護膜との接着性を向上させることが可能とな
る（表−１参照）。

そして、例えば接着層を構成する単体金属をＣｒ、添加
元素をＳｉとした場合には、電極配線にＳｉが析出する
問題を抑制する観点から電極配線に添加されていたＳ１
が、接着層の界面に析出してしまう問題を抑制すること
が可能となる。この際、ＳＰの添加量は、接合する下地
Ａ２配線に含有されるＳｉの添加量（例えばｌ〜２重量
％）と同等か、それ以下である。これは、下地Ａｌ配線
よりもＳｌａ度を上げると接着層から下地Ａｌ配線への
３１拡散が起こるからである。

また、例えば接着層を構成する単体金属をＣｒ、添加元
素をＴ１とした場合には、接着層に添加したＴｉはバリ
ア金属層の界面に析出しないので、第３図に示すように
、第二の接着層を形成しなくとも良い。この際、Ｔｉの
添加量は、熱膨張差等を考慮すると、例えば５０重量％
以下が良いと考えられる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるフリップチップ方式
を用いる半導体集積回路装置に適用した場合について説
明したが、これに限定されず種々適用可能であり、例え
ばＴ　Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）　方式を用いる半導体集積回路装置のよう
に、バンプ電極および下地金、嘱託を形成する半導体集
積回路装置に適用することが可能である。

〔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
って得される効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

すなわち、半導体基板の表面を被覆する保護膜の開孔部
に形成された電極上に、複数の金属層からなる下地金属
部を介してバンプ電極が形成された半導体集積回路装置
であって、前記下地金嘱邪の最下層に形成された接着層
が、車体金属と、前記単体金属よりも保護膜を構戊する
元素に対する親和性の高い添加元素とからなることによ
り、接着層の添加元素と、保護膜の構成元素とが主とし
て共有結合によって結合され、接着層と保護膜との接着
性が高まるため、下地金属部と保護膜との接着力を向上
させることが可能となる。

この結果、保護膜や下地金属部を形戒する際のプロセス
パラメータの微妙な変化に左右されることなく、常に保
護膜と下地金属部との接着性が良好な信頼性の高い半導
体集積回路装置を再現性良く製造することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
バンプ電極および下地金属部を示す要部拡大断面図、 第２図はこの半導体集積回路装置の部分断面図、第３図
は本発明の他の実施例てある半導体集積回路装置のバン
ブ電極および下地金嘱部を示す要部拡大断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・酸化膜、３・・・電極配
線、３ａ・・・電極、４・・・保護膜、５・・・開孔部
、６・・・下地金．＠部、６ａ・・・接着層、６ｂ・・
・第二の接着層、６Ｃ・・・バリア金属層、６ｄ・・・
酸化防止金属層、７・・・バンプ電極。 第２ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の表面を被覆する保護膜の開孔部に形成
   された電極上に、複数の金属層からなる下地金属部を介
   してバンプ電極が形成された半導体集積回路装置であっ
   て、前記下地金属部の最下層に形成された接着層が、単
   体金属と、前記単体金属よりも保護膜を構成する元素に
   対する親和性の高い添加元素とからなることを特徴とす
   る半導体集積回路装置。 ２、前記接着層の上層には、前記単体金属からなる第二
   の接着層が形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の半導体集積回路装置。 ３、前記保護膜は酸化シリコン系の絶縁膜からなり、前
   記添加元素はシリコン、チタンおよびアルミニウムから
   なる元素のうち、一種または二種以上の元素であること
   を特徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置。