JPH04201330A - 薄膜多層構造体 - 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］ 本発明は相対的に厚肉の基板上に、基板とは材料定数の
異なる薄膜を多層形成する薄膜多層構造体に関する。

〔従来の技術〕

従来、基板上に配線層を多層積層する場合、実願昭５５
−６０４０７号および特願昭５６−８９７７０号明細書
に見られるように、各層の端面を如何に形成するかとい
った点に考慮された形跡が見当らない。

すなわち、積層端面ば極めて一般的にフラットに形成さ
れる。ところが基板と積層材の材質が異なるため、その
境界（界面）の端部は仮に基板と積層材境界がフラット
でもここには応力集中が起きる。さらに、多くの場合は
境界部は第２図ａのようになっている。このような形状
ではフラット境界より応力集中は著しい。基板に積層す
るプロセスは室温より高温であるため、積層が完了して
温度を室温に戻すと基板と積層材間の熱膨張差にもとづ
く熱応力が発生し、この応力は積層端面に集中する。ま
た、熱応力は積層数が多く積層材の剛性が高くなる程、
大となるため、一定の積層数以上になると基板と第一層
積層材の界面ではくりが起きる。その結果、積層膜中の
配線の断線などの不具合を生じるおそれがあり、界面は
くりは厳重に避けねばならない。

このように、積層数を多く取るためには界面はくりを防
ぐ対策が必要である。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では多層膜と基板間の熱膨張差に基づく熱
応力の緩和について十分考慮されていないため、配線層
の増加に合わせて膜の層数を増加させ、トータル膜厚を
大にすると、基板とこれに接する第一層膜との界面の熱
応力が増大し、端部で界面はくりが発生し、これが原因
で回路の断線、抵抗変化等の不具合が生じるため、トー
タル膜厚を制限せざるを得なかった。

本発明の目的は端部の基板、膜間の界面応力を緩和しよ
り多層厚膜の成膜を可能にすることにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は膜端面における膜と
基板の界面応力を低くする必要がある。

すなわち、応力を低くするには基板、膜材料間の熱膨張
係数の差を少なくすること、膜材の剛性を低くすること
、すなわち、膜材料のヤング率を低くするか、又は、膜
厚を薄くすることである。今、材料やトータルの膜厚を
変更しないで上記の目的を達成しようとすれば上記の二
つの方法では不可能である。しかし、基板の膜の界面に
発生する熱応力は膜の端部のみに集中する特徴がある。

従って、膜の端部形状を工夫して応力集中を緩和するこ
とができる。このように、膜が薄ければ剛性が低く、界
面の応力が全体的に低くなるので、この性質を利用する
。基板上に薄膜を積層するプロセスでは、先ず、基板に
接する第−層は所定の位置に形成するが、次の第二層以
降はその前の層に対してわずかずつ端部を後退させて形
成する。このようにして成膜したｎ層の膜の端面ばｎ段
の階段状となっている筈である。このような多層膜で、
第−層と基板の界面端部の応力集中を考えてみると、端
部の局所では膜厚は第−層のみの厚さであるから極めて
薄い。従って、膜の剛性は低く応力レベル、応力集中率
ともに低く、第−層のみの膜を形成したのとほぼ同等の
界面応力となる筈である。第二層以降の膜の端部を、例
えば、膜厚同等以上にずらせて形成すれば、基板と第一
層間の応力の影響がここに及ぶことはないので、各層間
の段差部に発生する応力は第−層と基板間の応力より必
ず低くなる筈で強度的には全く問題ない。以上のように
することにより、薄膜を多層にしてトータルでは数Ｃμ
ｍの厚膜にしても、基板と膜の界面はくりをμこすおそ
れはなく、結果的に厚膜形成が可能となる。

［作用］ 基板上に薄膜を形成するプロセスは温度が高い状態であ
る。従って、これを室温に戻すと基板と膜の熱膨張差に
もとづく熱応力が発生し、界面の端部では応力集中があ
るため、界面はくりが起きることがある。応力集中率を
低くするために、このようなコーナ部には隅肉Ｒを付け
るのが常套手段になっているが、対象とする薄膜等のマ
イクロ構造体ではこれは採用できない。

本発明の薄膜端面の階段状構成はその形状で第４図の一
点鎖線で示すように隅肉Ｒと類似の応力集中率低減効果
があり、さらに、第二層以降又は第三層以降の力（熱膨
張差にもとづく力）の作用点を第−層の応力集中点（端
部）から外すことにより第−層端部への応力集中が避け
られる。

〔実施例］ 以上、本発明の実施例を第１図、および第５図。

第６図によって説明する。

先ず、第１図は薄膜を全部でｎ層積層した例を示したも
ので、各層毎に端部をずらせて形成したものである。基
板は薄膜に比べて遥かに厚内であり、材料の弾性率も薄
膜より高い。従って、基板に薄膜を一層だけ成膜した場
合の基板と膜界面に発生する応力は低く、界面のはぐり
は発生しない。

これは薄膜の剛性が低いため、基板の熱変形にならって
薄膜が自在に変形できることによる。ところが薄膜を次
々と積層してトータルの膜厚を大にすると、この膜トー
タルの剛性が増し基板の変形に対して自在に追従しなく
なる。その結果、基板と薄膜第一層間の界面には高い応
力が発生する。

また、界面の応力は端部に著しく集中する特徴があるた
め、界面端部のばくりか発生しやすくなる。

第１図に示すように、膜端部をずらせて階段状に形成す
れば、最も応力集中の顕著な界面端部ａの周辺では膜厚
は薄膜−層膜だけになっているから膜の剛性は非常に低
く、従って、界面端部の応力は低く抑えられる。また、
第二層が第−層に及ぼす力も、その作用点が界面端部ａ
の直上から外れているので、この力によるａ点の応力も
減少する筈である。前の層に対する次の層のずらし量は
膜厚以上にすれば、十分応力低減効果が得られるので、
厳密な寸法設定をする必要はなく、成膜時のマスクの調
整で対処できる。

次に第５図、第６図の例について説明する。膜端部の応
力がその部分の接着強度に対してその程高くない場合、
すなわち、応力を少し低減するだけで界面ばくりか防止
できる場合には第５図又は第６図のような適用が好適で
ある。第５図の例は、界面ばくりか問題になる界面端部
ａに極く近接した第二層〜第三層までに端面をずらせた
膜形成をしたものである。ａ部の応力集中は非常に局所
的に起きているので、第三層以降の膜から力の作用点を
ａ部の直上から外してやるだけでも、ａ部の応力低減効
果はある。勿論、界面端部における膜の剛性が、第一層
膜の分だけ低くして、基板の変形に追従しやすい状態は
第１図の例と変わらない。

第６図の例は第５図の例と同じ条件での適用に好適で、
層端部を隣接する二層を一組にして組毎にずらせて階段
状に形成したものである。第１図。

第５図の例に比べ、基板に隣接する膜の剛性が高くなる
ので、界面端部の応力低減効果は劣るが、第５図の例と
同様、膜端面をずらす回数を減少することができる。

さらに、第１図、第５図、第６図の形を組合わせた使用
も可能である。

〔発明の効果］ 本発明によれば、薄膜の多層化による応力が、基板と第
−層との界面端部に集中することがないので端部の最大
応力が軽減され、界面はくりを防ぐことができ、さらに
多層の積層を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す基板上の薄膜多層構造
体断面図、第２図は従来品の断面図、第３図は本発明を
採用した場合と採用しない場合の界面応力を定性的に比
較した説明図、第４図は薄膜端面を階段状に形成したも
のは隅肉Ｒと類似形となることを示す説明図、第５図お
よび第６図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 １・・基板、２・・電極、３・・パッド、４・・配線層
、５・・薄膜第一層、６・・・同第二層、７・・同第三
層、ｎ・・同第ｎ層、８　基板、第一層界面、ａ・−界
面端部、ｂ・・・薄膜第二層、第三層界面端部、Ｃ，ｄ
。 ｅ・・・応力分布、ｆ・・・端部から応力集中かなくな
るところまでの距離。 廖ノ ート 荊１０ 帛λ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．基板上に薄膜を多層に積層する薄膜多層構造体にお
   いて、 前記基板に接する第一層を成膜した後、第二層以降の層
   端面を、順次、その前の層端面より後退させて膜端面を
   階段状に形成したことを特徴とする薄膜多層構造体。