JPH05198937A

JPH05198937A - 電子部品

Info

Publication number: JPH05198937A
Application number: JP711592A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Yasumoto; 恭章安本; Koji Yamakawa; 晃司山川; Toshio Sudo; 俊夫須藤; Katsumi Kuno; 勝美久野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-20
Filing date: 1992-01-20
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】基体として用いられたＡｌＮ基体の酸化や分解
を防止し得る電子部品を提供すること、及び導体が形成
されたＳｉ基体上に、耐熱性が高く、反応性がより低い
パッシベ−ション膜、バリア膜が形成された電子部品を
提供する。【構成】導体が形成されたＡｌＮ基体又はＳｉ基体上
に、Ａｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，ｙ，ｚは原子％で、
３５≦ｘ≦８０、５≦ｙ≦５４、０．３≦ｚ≦６０の範
囲である）で表される組成を有する化合物層を形成し、
電子部品を構成する。この化合物層は保護膜等として機
能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば回路基板や半
導体装置として用いられる電子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜配線実装モジュ−ルの基板材
料としては、主にアルミナが使われている。しかし近
年、能動素子の性能の向上に伴い稼働時の発熱量が増大
する傾向にあり、アルミナの熱伝導率では能動素子の実
装個数に制約を受ける。このため、モジュ−ルの実装密
度が熱的な理由から低レベルとなってしまう。

【０００３】このような理由でアルミナに代わる基板材
料として、近時、ＡｌＮが用いられつつある。ＡｌＮは
無毒であり、その中に含まれる酸素濃度の低下や緻密化
を促進する焼結助剤の開発などにより、高い熱伝導率を
達成している。このため、ＡｌＮの回路基板への応用も
徐々に始まっており、高熱伝導率を生かした高密度実装
基板として薄膜導体の配線化が具体化しつつある。この
ようなものとして、ＡｌＮ基体上に、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａ
ｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、又はＣｒ／Ｃｕ／Ａｕ等の薄膜
導体を形成した回路基板がある。このような線回路基板
では、厚膜プロセスでは到達が困難な１００μｍ以下の
ピッチに薄膜導体を加工でき、配線間隔も５０μｍ以下
と狭くなる。

【０００４】しかしながら、ＡｌＮはアルミナに比べる
と酸化・分解を受けやすく、特に水と反応し表面にＡｌ
ＯＯＨなどの水酸化物を生成する。これら水酸化物は抵
抗率が小さいため、配線間隔の狭い回路基板では、この
ような化合物の生成により配線間の抵抗が減少してしま
うという問題がある。このため、ＡｌＮの酸化・分解を
防ぐ保護膜を形成した回路基板が望まれている。

【０００５】一方、Ｓｉ基体上に各種の能動素子、受動
素子を設て構成された半導体装置においては、従来よ
り、ＳＩの表面酸化等を防止するパッシベ−ション膜等
にＳｉＮやＳｉＯ系の材料が使用されている。これは、
これらの膜が高い耐環境性・耐熱性、及び高い抵抗率を
有しており、また、Ｓｉとの格子マッチングが良好であ
り、膜形成が容易であるからである。

【０００６】しかしながら、これらの膜に隣接してＴ
ｉ，Ａｌ，Ｃｒなどの比較的活性な金属が配線等として
形成されると、膜の構造が変化し、上述したような特性
上の利点を損なってしまう。例えば、基体上にＡｌやＴ
ｉの配線とＳｉＮのパッシベ−ション膜と層を形成した
場合に、ＳｉＮが還元され、その還元過程においてＡｌ
又はＴｉのシリサイド又は窒化物が形成されてしまう。
これらの化学的相互反応は、ＳｉＮ膜や下地の配線の特
性劣化につながる。従って、ＳｉＮ膜を使用した場合、
上述した構造の半導体装置を形成するための温度や、こ
のような構造を形成した後に必要に応じて行われる熱処
理の温度・時間に多くの制約及び制限を受け、これが半
導体装置製造プロセスを複雑にするという問題をもたら
す。このため、半導体装置のパッシベ−ション膜等にお
いて、ＳｉＮに比べて反応性がより低い材料を提供する
ことが望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来技術の課題を解決するためになされたものであっ
て、その目的は、第１に、基体として用いられたＡｌＮ
の酸化や分解を防止し得る電子部品を提供することにあ
る。第２に、導体が設けられたＳｉ基体上に、耐熱性が
高く、前記導体との反応性がより低いパッシベ−ション
膜等が形成された電子部品を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するために、第１に、ＡｌＮ基体と、このＡｌＮ基
体上に設けられた導体とを備えた電子部品であって、前
記ＡｌＮ基体上には、Ａｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，
ｙ，ｚは原子％で、３５≦ｘ≦８０、５≦ｙ≦５４、
０．３≦ｚ≦６０の範囲である）で表される組成を有す
る化合物層が形成されていることを特徴とする電子部品
を提供する。

【０００９】また、第２に、Ｓｉ基体と、このＳｉ基体
上に設けられた導体とを備えた電子部品であって、前記
Ｓｉ基体上には、Ａｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，ｙ，ｚ
は原子％で、３５≦ｘ≦８０、５≦ｙ≦５４、０．３≦
ｚ≦６０の範囲である）で表される組成を有する化合物
層が形成されていることを特徴とする電子部品を提供す
る。先ず、本発明の第１態様について説明する。

【００１０】ここでは、導体が形成された基体としてＡ
ｌＮを用いるが、このＡｌＮ基体としては、必要に応じ
て適宜の焼結助剤を伴う焼結体であって、酸素含有量が
０．００５〜１０原子％のものを用いることが望まし
い。これは、基体中の酸素含有量が０．００５原子％未
満であると、その上に形成される導体との密着強度を十
分に高めることが困難となり、一方１０原子％を超える
とＡｌＮ基体の熱伝導率がアルミナと同程度の値まで低
下して高熱伝導性の利点が損なわれる恐れがあるからで
ある。

【００１１】この基体上に、化合物層が形成される。こ
の化合物層はＡｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，ｙ，ｚは原
子％である）で表される組成を有しており、主に水によ
るＡｌＮ表面の酸化・分解を防止する効果を有する。

【００１２】化合物層中のＡｌ量は３５〜８０原子％に
規定される。これは、Ａｌが３５原子％未満では化合物
中の酸素や窒素が不安定となりガス化しやすくなり、８
０原子％を超えるとＡｌ成分が多く環境中での耐水性が
低下するからである。さらに好ましいＡｌの範囲は３７
〜７８原子％である。

【００１３】Ｎの量は５〜５４原子％に規定される。こ
れは、Ｎが５原子％未満では化合物層と基体との密着強
度が低下して剥離を招き、また、５４原子％を超えると
耐水性が低下し、基体が表面から酸化・分解したり、卑
金属の導体が基板表面に形成されている場合には、この
導体の腐蝕が進行するからである。さらに好ましいＮの
範囲は７〜５１原子％の範囲である。

【００１４】Ｏの量は０．３〜６０原子％の範囲に規定
される。これは、Ｏが０．３％未満では耐水性が低下
し、６０原子％を超えると基体との密着強度が低下して
剥離を生じるからである。さらに好ましいＯの範囲は１
〜５９原子％である。

【００１５】化合物層の厚さは１０ｎｍ〜２０μｍの範
囲が望ましい。これは、膜厚が１０ｎｍ未満であると膜
形成時の欠陥によるピンホ−ルが存在するために基体表
面の被覆が不十分となり、また、２０μｍを超えると内
部応力が高くなるために化合物層が基体又は導体の表面
から剥離するからである。さらに好ましい膜厚の範囲は
５０ｎｍ〜１５μｍである。

【００１６】このような化合物層は、ＡｌＮ基体の略全
面に被覆されて保護膜等として作用する。ＡｌＮ基体表
面の導体上は、化合物層で被覆されていても被覆されて
いなくてもよく、また上述したこの化合物層の組成は平
均値を示すものであり、膜厚方向に傾斜を生じていても
よい。

【００１７】本発明の第１態様に係る電子部品を製造す
るためには、先ず、回路部等の導体が形成されたＡｌＮ
基体を用意する。この導体は高集積化の観点から薄膜プ
ロセスにより形成されることが望ましいことはいうまで
もない。次いで、基体上に化合物層を形成する。この化
合物層は、真空蒸着、スパッタ、クラスタイオンビ−
ム、イオンプレ−ティング、イオンミキシング、ＣＶＤ
等の一般的薄膜プロセスを用いて形成することができ
る。この際に、基体の温度、成膜雰囲気、反応室内の真
空度、成膜速度を適宜調整して成膜を行う。また、薄膜
形成に先立って基体表面を湿式洗浄法、逆スパッタ法な
どで十分洗浄するが、ＡｌＮ基体及び導体は強酸、強ア
ルカリに対して不安定なため、洗浄液の選定に注意が必
要である。洗浄液としては中性のものを使用することが
好ましい。また、乾式洗浄の使用も好ましい。なお、化
合物層成膜の際の基体の温度は、導体、成膜プロセスに
支障がない範囲であれば十分であり、室温から８００℃
程度の範囲の温度が使用される。

【００１８】以上、薄膜プロセスによる化合物層の形成
について説明したが、これに限らず、例えばＡｌＮ基体
にＯをイオン注入することによっても化合物層を形成す
ることができる。この場合には、化合物層を先ず形成し
た後、化合物層の上に必要な導体を形成することが望ま
しい。

【００１９】基体表面に導体を露出することが必要な場
合は、化合物層のパタ−ニングを実施する。例えばポジ
又はネガレジストを用いて化合物層を所望のパタ−ンに
加工した後、さらにこの上に形成された導体に、湿式法
又はドライ法のエッチング、イオンミリングを施し、前
記導体と外部との導通が能な電子部品を製造する。以上
のような基体としてＡｌＮを用いた本発明の第１の態様
の電子部品は、特に回路基板として好適に使用すること
ができる。次に、第２の態様について説明する。ここで
用いられる導体が形成されたＳｉ基体は、例えば通常の
半導体プロセスで回路部等が形成されたＳｉ基板であ
る。

【００２０】この基体上に、化合物層が形成される。こ
の化合物層はＡｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，ｙ，ｚは原
子％である）で表される組成を有しており、Ｓｉ基体の
表面酸化の防止、この化合物層の上下に形成される導体
とＳｉとの反応の低減、又はこの化合物層の上下に形成
される導体間の絶縁等の効果を有する。

【００２１】化合物層中のＡｌ量は第１の態様と同様、
３５〜８０原子％に規定される。これは、Ａｌが３５原
子％未満では化合物中の酸素や窒素が不安定となりガス
化しやすくなり、８０原子％を超えるとＡｌ成分が多く
化合物層の抵抗率が低下するからである。さらに好まし
いＡｌの範囲は３７〜７８原子％である。Ｎの量は第１
の態様と同様の理由で５〜５４原子％に規定される。さ
らに好ましいＮの範囲は７〜５１原子％の範囲である。

【００２２】Ｏの量は０．３〜６０原子％の範囲に規定
される。これは、Ｏが０．３％未満では耐熱性が低下
し、６０原子％を超えると基体との密着強度が低下して
剥離を生じるからである。さらに好ましいＯの範囲は１
〜５９原子％である。

【００２３】化合物層の厚さは５ｎｍ〜２０μｍの範囲
が望ましい。これは、膜厚が５ｎｍ未満であると薄膜形
成時の欠陥によるピンホ−ルが存在するために基板表面
の被覆が不十分となり、また、２０μｍを超えると内部
応力が高くなるために化合物層が基体又は配線層の表面
から剥離するからである。さらに好ましい膜厚の範囲は
１０ｎｍ〜１５μｍである。

【００２４】この態様においては、化合物層はＳｉ基体
の略全面に被覆されて、あるいはＳｉ基体上に設けられ
た基体間やこの導体とＳｉ基体との間に形成されて保護
層として作用する。上述したこの化合物層の組成は平均
値を示すものであり、膜厚方向に傾斜を生じていてもよ
い。

【００２５】第２の態様に係る電子部品において、Ｓｉ
基体上への化合物層の形成には、第１の態様と同様な薄
膜プロセスが用いられる。表面に導体を露出すること
や、化合物層にスル−ホ−ルを形成すること等が必要な
場合、第１の態様と同様にして化合物層のパタ−ニング
を実施する。これにより、Ｓｉ基体上に所定パタ−ンの
導体及び化合物層よりなる回路部をそなえた電子部品を
製造することができる。以上のような基体としてＳｉを
用いた本発明の第２態様の電子部品は、より具体的には
半導体装置、回路基板等が挙げられる。

【００２６】

【作用】この発明の第１の態様においては、ＡｌＮ基体
上に上述した組成の化合物層を形成することにより、Ａ
ｌＮ基体が使用環境から保護され、安定的に使用するこ
とができる電子部品が提供される。

【００２７】すなわち、一般に保護膜をＡｌＮ基体及び
その上に形成された導体上に形成する場合には、保護膜
の材質によって、保護膜とＡｌＮ基体又は導体との反応
性の大小、及び保護膜とＡｌＮ基体又は導体との密着性
が左右される。上記化合物層は水などの雰囲気に対して
安定であり、ＡｌＮ基体及び基体の上に形成される導体
との密着性を向上させる作用を有する。このため、この
ような化合物層が保護膜として機能し、水酸化物生成に
よる線間抵抗低下を防止することができる。従って、化
合物層を設けることにより、使用時における回路部等の
特性劣化を容易に防止することができ、例えば能動素子
等の高密度実装が可能な、半導体モジュ−ルに有用な高
信頼性の回路基板を得ることができる。

【００２８】第２の態様においては、導体が形成された
Ｓｉ基体上に上述した組成の化合物層を形成することに
より、耐熱性が高く、導体との反応性がより低い保護
膜、パッシベ−ション膜、バリア膜、層間絶縁膜等が形
成され、安定的に使用することができる電子部品が提供
される。

【００２９】すなわち、Ｓｉ基体の場合においても、保
護膜の材質によって、保護膜とＳｉ基体又はＳｉ基体上
に設けられた導体との反応性の大小、及び保護膜とＳｉ
基体又はＳｉ基体上に設けられた導体層との密着性が左
右される。上記化合物層は水などの雰囲気に対して安定
であり、Ｓｉ基体及びＳｉ基体の上に形成される導体と
の密着性を向上させる作用を有し、さらに熱力学的にも
ＳｉＮやＳｉＯに比較して安定な化合物である。このた
め、導体としてＴｉ，Ａｌ，Ｃｒなどの活性金属を使用
しても保護膜の還元及び導体との反応が生じ難く、化合
物層が安定的に存在可能となる。これにより、このよう
な化合物層を形成することにより熱処理時の反応及び拡
散を防止することができる。従って、化合物層を設ける
ことにより、使用時における回路部等の特性劣化を容易
に防止することができ、例えば高信頼性の半導体装置を
得ることができる。

【００３０】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。（実施例１）

【００３１】先ず、第１の態様に対応する実施例につい
て説明する。表１に示す熱伝導率及び酸素含有量を有
し、配線としての薄膜導体が形成されたＡｌＮ基体を準
備し、この基体の表面に対して湿式及び乾式洗浄を施
し、表１に示した組成・層厚の化合物層を表２に示す条
件で形成した。なお、表１には導体の種類も併記した。
この後、ポジレジストを用いて化合物層の一部を除去
し、次いでこの上に形成された薄膜をエッチングにより
配線に加工して表面に導体を露出せしめ、番号１〜２１
に示す回路基板を作成した。表中、番号１〜１５はこの
発明の範囲内のものであり、番号１６〜２１はその範囲
から外れる比較例である。

【００３２】なお、表２中、ＰＣＶＤとあるのはプラズ
マＣＶＤを示し、Ａ，Ｎ，Ｏは夫々アルゴンガス、窒素
ガス、酸素ガスを示す。また、ＴＣＡは塩化アルミニウ
ム、ＴＭＡはトリメチルアルミニウム、ＮＦはＮＦ₄を
示す。さらにスパッタの際のタ−ゲットはＡｌを用い
た。

【００３３】このようにして配線を形成後、１０００時
間のプレッシャ−クッカ−試験（１２１℃、２atm ）を
行い、その後、化合物層の剥離の有無、化合物層の密着
強度、及び配線間（間隔６０μｍ）の絶縁抵抗を評価し
た。また、配線を構成する薄膜導体の状態も評価した。
その結果を表３に示す。

【００３４】表３に示すように、本発明の範囲である番
号１〜１５においては、プレッシャ−クッカ−試験後に
おいても化合物層の剥離は存在せず、密着強度も２０Ｍ
Ｐａ以上と十分であった。また、線間の絶縁抵抗も６０
０ＧΩ以上と十分に実用的な値となった。さらに、試験
後の薄膜導体も健全な状態であり、化合物層がＡｌＮ基
体及び薄膜導体の保護作用を有していることが確認され
た。

【００３５】これに対し、比較例の番号１６〜２１は、
プレッシャ−クッカ−試験後、化合物層の密着強度が２
ＭＰａ以下と極めて低いか、又は密着強度が高くてもピ
ンホ−ルなどにより絶縁抵抗の低下が見られ、９００ｋ
Ωという極めて低い値となった。また、プレッシャ−ク
ッカ−試験後、配線中に酸化又は腐蝕に伴う断線及び剥
離が確認された。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】（実施例２）

【００３９】次に、第２の態様に対応する実施例につい
て説明する。配線としての薄膜導体が形成されたＳｉ基
体を準備し、この基体の表面に対して湿式及び乾式洗浄
を施し、表４に示した組成・層厚の化合物層を表５に示
す条件で形成した。なお、表４には導体の種類も併記し
た。この後、実施例１と同様に必要部分に加工を施し、
さらに必要部分に金属配線を形成し、番号２２〜４１に
示す回路基板を作成した。なお、表中、番号２２〜３５
はこの発明の範囲内のものであり、番号３６〜４１はそ
の範囲から外れる比較例である。なお、表５中の記号は
表２と同様である。また、スパッタの際のタ−ゲットは
Ｓｉを用いた。

【００４０】このようにして配線を形成した後、４５０
〜６００℃でアニ−ルを行い、配線抵抗を測定した。さ
らに１０００時間のプレッシャ−クッカ−試験（１２１
℃、２atm ）を行い、その後、化合物層の剥離の有無、
化合物層の密着強度、及び配線間（間隔６０μｍ）の絶
縁抵抗を評価した。また、配線を構成する薄膜導体の状
態も評価した。その結果を表６に示す。

【００４１】表６に示すように、本発明の範囲である番
号２２〜３５においては、プレッシャ−クッカ−試験後
においても化合物層の剥離は存在せず、密着強度も２０
ＭＰａ以上と十分であった。また、配線抵抗及び線間の
絶縁抵抗も十分に実用的な値となった。さらに、試験後
の薄膜導体も健全な状態であり、化合物層がＳｉ基体及
び薄膜導体の保護作用を有していることが確認された。

【００４２】これに対し、比較例の番号３６〜４１は、
プレッシャ−クッカ−試験後、化合物層の密着強度が２
ＭＰａ以下と極めて低い値となった。また、ＳｉＮ系の
保護膜を形成した番号４１では、密着強度は高いが、ア
ニ−ル後に配線抵抗が著しく増大した。また、線間の絶
縁抵抗が著しく低いものも見られた。また、プレッシャ
−クッカ−試験後、配線の腐蝕に伴う断線及び剥離が確
認された。

【００４３】

【表４】

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【００４６】

【発明の効果】この発明によれば、基体として用いられ
たＡｌＮの酸化や分解を防止し得る電子部品、及び導体
が設けられたＳｉ基体上に、耐熱性が高く、反応性がよ
り低く、かつ劣化が少ないパッシベ−ション膜等が形成
された半導体装置としての回路基板が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久野勝美神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡｌＮ基体と、このＡｌＮ基体上に設け
られた導体とを備えた電子部品において、前記ＡｌＮ基
体上には、Ａｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，ｙ，ｚは原子
％で、３５≦ｘ≦８０、５≦ｙ≦５４、０．３≦ｚ≦６
０の範囲である）で表される組成を有する化合物層が形
成されていることを特徴とする電子部品。
【請求項２】Ｓｉ基体と、このＳｉ基体上に設けられ
た導体とを備えた電子部品において、前記Ｓｉ基体上に
は、Ａｌ_xＮ_yＯ_z（ただし、ｘ，ｙ，ｚは原子％で、
３５≦ｘ≦８０、５≦ｙ≦５４、０．３≦ｚ≦６０の範
囲である）で表される組成を有する化合物層が形成され
ていることを特徴とする電子部品。