JPH06283622A - 多層相互接続金属構造体およびその形成方法 - Google Patents

多層相互接続金属構造体およびその形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 貴金属層とそれに隣接する非貴金属層との間
の金属拡散を防止するための構造および方法、特に銅と
それに隣接する貴金属層と間のスーパー・バリア構造を
実現するための新しい構造および方法を提供する。 【構成】 本発明は、非貴金属層１６、チタン層１７、
モリブデン層１８、ならびに貴金属または相対的に貴金
属性の低い金属の層２０を相互接続のための金属として
順次堆積させることによって達成する。本発明はまた、
基板に対するピン、コネクタ、あるいは配線の少なくと
も一部に接続するための、改良した多層金属パッドある
いは金属構造にも関わるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、貴金属層とそれに隣接
する非金属層との間の金属拡散を防止するための構造お
よび方法に関し、特に、銅とそれに隣接する貴金属層と
の間のスーパー・バリア構造を実現するための新しい構
造および方法に関するものである。これは、非貴金属層
の上に、チタン層、モリブデン層、ならびに貴金属また
は相対的に貴金属性の低い金属の層を相互接続のための
金属（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）として順次堆積させるこ
とによって達成する。本発明はまた、基板に対するピ
ン、コネクタ、あるいは配線の少なくとも一部に接続す
るための、改良した多層金属パッドあるいは金属構造に
も関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】チップなどの半導体部品の１つの面に
は、パッドを配置し、各パッドには、チップとセラミッ
ク基板などの基板とを接続するための半田ボール（以
下、Ｃ−４半田ボール・パッドあるいは単にＣ−４ｓと
いう）を設ける。そして、半田ボールをその融点以上の
温度に加熱し、基板の接続面上のパッドにボンディング
させる。半田パッド領域と、基板上あるいは基板内の他
の部位との接続はいわゆるファンアウト配線により行な
い、それらは絶縁層の下を基板の接続面に沿って伸展さ
せる。基板表面の所定の位置には、ファンアウト金属に
接続すべきエンジニアリング変更（ＥＣ）配線のための
パッドを作製する必要がある。ところで、エンジニアリ
ング変更配線は通常、超音波振動法か熱圧縮法によるワ
イヤ・ボンディング、あるいは半田ボンディングのいず
れかによってパッドに接続する。そして半田ボンディン
グの場合、金属に要求される要件はワイヤ・ボンディン
グの場合とは異なったものとなる。
【０００３】バイメタル層が種々の目的のために用いら
れている。例えば、米国特許第２，８４７，３３１号明
細書は、背面にチタンをコーティングしたモリブデンあ
るいはタングステンのバッキングを備えた水素同位体タ
ーゲット・ディスクを開示している。
【０００４】同様に、米国特許第３，０６０，５５７号
明細書は、ベース金属と被覆金属との間に中間金属を介
在させるという方法を開示している。このような介在物
は、ベース金属と被覆金属との間に、連続した脆い金属
間化合物が形成されることを防止する拡散バリアとして
機能する。
【０００５】米国特許第３，６３３，０７６号明細書
は、金属コンタクト・ストリップを半導体に対して用い
るという方法を開示している。このコンタクト・ストリ
ップは順次重ねた連続する３つの層から成り、各層はそ
れぞれ異なる金属の層となっている。最下層、すなわち
内側層は酸素に対して高い親和性を有するものとし、一
方、中間層は望ましくはモリブデン、タングステン、バ
ナジウム、あるいはクロムの中から選択し、外側層は貴
金属としている。
【０００６】米国特許第４，４６３，０５９号明細書
は、セラミック基板の上面金属に関連して、半田ボンデ
ィングおよびワイヤ・ボンディングにおける金属に対す
る要件について考察している。いくつかの金属の構造を
提案している。半田ボンディングに対しては、クロムお
よび金のファンアウト配線と、次に上記金の上に設けた
コバルトあるいはクロムのバリア層と、それに続くニッ
ケルあるいは銅の最上層から成る構造を提案している。
ワイヤ配線の場合には上記ニッケルあるいは銅の最上層
は除去している。他の構造では、Ｂｈａｔｔａｃｈａｒ
ｙａらは、半田ボンディングを行なう場合、金の使用を
提案している。
【０００７】米国特許第２７，９３４号明細書は、ボー
ル制限金属（ＢＬＭ：ｂａｌｌ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ）の必要性について考察している。
すなわち、チップ底部のパッドであって、加熱時に半田
ボールの流れを制限するパッドについて考察している。
このボール制限金属は、クロム、銅、そして金の層がこ
の順番で並んだものとなっている。
【０００８】同様に、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｉｓｃｌｏ
ｓｕｒｅ２６７２６；第２６７号（１９８６年７月）に
は、ダイ・ボンディングのための、シリコン・ウェハー
裏面の予備加工およびメッキについて開示されている。
すなわち、半導体チップの裏面を、クロムあるいはチタ
ンの層、ニッケルあるいは銅の層、ならびに金の最上層
で順次コーティングし、さらに錫によってコーティング
している。
【０００９】米国特許第４，７７２，５２３号明細書
は、ガラス基板上に形成し、Ｃｒ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ／
半田の層から成る複合メッキ構造について開示してい
る。これはシリコン容量性圧力センサのためのものであ
る。内部の金層はクロムに対して、相互の可溶性が小さ
いため、強くはボンディングされない。しかし、アノー
ド・ボンディング処理の際、内部金層はニッケルおよび
クロムのメッキ層の粒子の境界内部に拡散するように思
われる。上記アノード・ボンディングは半田ボンディン
グに先だって行われ、上記複合メッキ層はある電位のも
とでアノード・ボンディングの温度に曝され、そして金
はニッケルおよびクロム内に拡散する。
【００１０】米国特許第４，９８５，３１０号明細書
は、貴金属（Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｎ）と貴金属性の低
い金属（Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒ）との間の拡散バリアとして
のコバルト層を開示している。これは電子部品の半田ボ
ンディング・パッドおよびワイヤ・ボンディング・パッ
ドに用いるためのものである。
【００１１】今日の、セラミック基板の最上面金属は、
クロムまたはチタン、そして銅、さらに金、あるいはモ
リブデン、ニッケル、そして金の多層金属構造体から成
る。現在好んで用いられているボール制限金属は、クロ
ム、銅、そして金から成る。最上面金属（以下、ＴＳ
Ｍ：ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）
およびボール制限金属（以下、ＢＬＭ）は共に、チップ
をセラミック基板に接続する処理において、多くの半田
リフローの工程を経る。ＴＳＭおよびＢＬＭ内の金は半
田内に素早く溶解し、その結果、その下の銅（あるいは
ニッケル）は、通常鉛と錫の複合体である半田と反応す
る。半田と銅（あるいはニッケル）が選ばれるのは、そ
れらが良好な半田接続を形成するからである。
【００１２】しかし、銅と半田との反応によって、銅／
錫の金属間化合物が形成される。通常は、この金属間化
合物は問題にはならないが、セラミック基板にチップを
接続するために半田リフローを何回も行った場合には、
下部のメッキ金属を剥離させるまでになり、ＢＬＭの導
電性を低下させ、また半田とその下のチップ被覆金属と
の間の反応バリアのロスを招く結果となる。さらに、こ
の金属間化合物の剥離によって半田接続の初期の不具合
を生じることもある。
【００１３】コバルトは半田に対して反応バリアとして
良好に働く。しかし、部品組み立ての工程および電子装
置のサービス環境において一般的な酸化ガス雰囲気中で
は、貴金属の最上面に対する、銅の外向き拡散を制限す
るものではない。この外向き拡散によって、貴金属表面
に配線を接続することが不可能となり、そしてパッド・
オン・パッド接触構造の接触抵抗が増大する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、過剰
に形成された金属間化合物およびそれに伴う問題に対し
て耐性を持たない電子部品間の接続を改善することにあ
る。
【００１５】本発明の目的はまた、半田およびブレイズ
合金に対する反応度が低い金属構造体から成る電子部品
間の接続を改善することにある。
【００１６】本発明の目的はさらに、複数回、半田リフ
ローを行なった後の電子部品間の接続を改善することに
ある。
【００１７】さらに本発明の目的は、次のような特長を
有する相互接続金属を提供することにある。 （ａ）応力が小さく、基板の割れを生じない。 （ｂ）腐食性が充分に低く、使用環境での腐食によって
許容できない不具合を生じない。 （ｃ）基板に充分に付着し、処理工程および使用状態で
加わる力によって分離することがない。 （ｄ）ブレイズおよび半田に対して濡れ性を有して、そ
れらと反応し、固体溶融によって、および／または金属
間化合物の形成によって強力な金属ボンディングを形成
する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上の構造
体であって、少なくとも１つの接着層と、少なくとも１
つの非貴金属層と、チタン層と、モリブデン層と、少な
くとも１つの貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金
属の層とを順次、形成して成る構造体により構成した電
子部品のための多層相互接続金属構造体を開示するもの
である。
【００１９】本発明はまた、電子部品のための多層相互
接続金属構造体を形成する方法において、（ａ）少なく
とも１つの導電体接着層を前記電子部品上に直接堆積さ
せるステップと、（ｂ）少なくとも１つの非貴金属層
を、前記少なくとも１つの導電体接着層上に直接堆積さ
せるステップと、（ｃ）チタン層を前記非貴金属層の上
に堆積させるステップと、（ｄ）モリブデン層を前記チ
タン層の上に直接堆積させるステップと、（ｅ）少なく
とも１つの貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金属
を、前記チタン層の上に直接堆積させるステップと、を
含むことを特徴としている。
【００２０】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳しく説明する。本発明の望ましい実施例を図１〜図５
に示す。図では本発明が特徴とする部分には関連した符
号を付した。これらの特徴部分は図において必ずしも一
定のスケールで示したものではない。
【００２１】フィルム・コネクタおよびエッジ・コネク
タ（押圧接触による）では、コンタクトの酸化が非常に
問題である。なぜなら、酸化によって電気抵抗が増大
し、電気的な障害を引き起こす可能性があるからであ
る。この酸化に対抗するため、表面のコンタクト膜は金
などの貴金属によって形成する。しかし、その下のベー
ス金属、すなわち、銅、ニッケル、コバルトなどが、ポ
リマーの硬化サイクルなどの熱サイクルや、ピン・ブレ
イジングにおいて、またその部品あるいはモジュールの
使用状態において、貴金属表面に拡散する。従って、本
発明の拡散バリアによって上述のような望ましくない元
素が金などの貴金属表面に拡散することを防止する必要
がある。
【００２２】貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金
属と、非貴金属との間にＭｏ／Ｔｉバイメタル・バリア
層を設けることによって、非貴金属層から、あるいはバ
イメタル・バリア層それ自身から貴金属層へ原子が拡散
することを防止できることを見い出した。
【００２３】Ｍｏ（モリブデン）あるいはＴｉ（チタ
ン）を単独で用いた場合には、そのような効果はない。
すなわち、モリブデンは非貴金属に対して良好なバリア
ではないが、貴金属内に拡散することはない。また、チ
タンは非貴金属に対して良好なバリアであるが、それ自
身は貴金属内に拡散する。しかし、これらを組み合せる
ことにより、それら自身が貴金属内に拡散することがな
く、また反対側の他の金属が貴金属あるいは相対的に貴
金属性の低い金属内に拡散できなくなることを発見し
た。
【００２４】このことは、モリブデン層を常に貴金属あ
るいは相対的に貴金属性の低い金属に接触させ、チタン
層を常に非貴金属層に接触させることによって達成す
る。このような構造は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔなどの
貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金属、およびア
ルミ、銅などの非貴金属に対して非常に有効であり、特
に電子装置に関連する作業でアニーリングを行なう場合
に有効である。
【００２５】このバイメタル拡散バリア層の主な目的
は、下部の非貴金属層が貴金属層あるいは相対的に貴金
属性の低い金属層内に拡散することを防止することであ
り、その結果、貴金属層あるいは相対的に貴金属性の低
い金属層の酸化を防止し、貴金属層の接触抵抗の増大を
防止することである。
【００２６】貴金属によって接触抵抗を非常に低下させ
ることができるが、それらは非常に高価である。従っ
て、貴金属のみを用いることが望ましいことではある
が、実際の応用では非貴金属を貴金属と組み合せて用い
ている。
【００２７】本発明のＴｉ／Ｍｏのバイメタル・バリア
層を非貴金属層と貴金属層との間に設けることによっ
て、応力が低減し、腐食がほとんどなくなり、良好なＴ
ＣＥ（熱膨張係数）が得られ、しかも引っ張り強度が低
下することはない。本発明はいかなるタイプの単層基板
あるいは多層基板にも適用できる。すなわち基板として
は例えば、セラミック基板でもよく、またシリコン基板
や、ガラス・セラミック基板、アルミナ基板、窒化アル
ミニウム基板、窒化シリコン基板、ムライト基板など、
いずれであってもよい。
【００２８】ピンや、フレキシブル・コネクタ、パッド
・オン・パッド・コネクタなど、どのような表面取り付
け部品でもこの新しい金属に接続することができる。
【００２９】この新しい金属は図５に示すようにエッジ
・コネクタに対しても用いることができる。
【００３０】図面をさらに詳しく参照すると、図１に、
電子部品１２のための多層金属構造体、すなわちパッド
を示す。その参照番号は通常、３０とする。電子部品１
２はシリコン・デバイスなどの半導体チップ、あるいは
セラミック基板などの基板である。分かり易くするた
め、電子部品１２は以下、基板１２と言うことにする。
基板、すなわち電子部品１２は少なくとも１つのバイア
接続部１４を有している。基板１２の一方の面は配線金
属（図示せず）の層とできる。説明のため、その配線金
属はアルミ・銅合金や、アルミ、銅、金、その他適当な
導電性金属とする（ただし、これらに限定するものでは
ない）。多層金属構造体３０はボール制限金属（ＢＬ
Ｍ）や、ピン・ブレイズ・パッド、Ｃ４パッド、ワイヤ
・ボンディング・パッドなどとすることができる。
【００３１】図１は、基板１２上に堆積させた基本的な
金属膜構造体を示している。これらの層、すなわち膜は
真空システム内で（真空を破ることなく）気相成長や、
エッチング、蒸着、スパッタリング、あるいはその他、
適当な技術によって順次、堆積させる。導電性接着層１
５は最初に基板１２上に堆積させる。従ってこの層は少
なくとも１つのバイア接続部１４の少なくとも一部に接
触している。ある場合には、接着層１５は２つ以上のバ
イア接続部１４に接触させなければならない場合もあ
る。その後、非貴金属層１６を堆積させ、さらにその上
に直接チタン層１７を堆積させる。次に、チタン層１７
の上にはモリブデン層１８を堆積させ、最後にその上に
貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金属の層２０を
堆積させる。次にこれらの堆積層は一般にパッドのアレ
ーに整形する。このようなパッドはこの段階で、配線、
ピン、コネクタなど、種々の部品の接続のために用いる
ことができる。
【００３２】基板１２内には、基板１２の種々の層（図
示せず）内の配線と、基板１２に接続する他の電子部品
とを接続するため、１つまたはそれ以上のバイア接続部
１４がある。
【００３３】具体的にどのように利用するかによって、
パッドなどの多層金属構造体３０を形成するために最も
適し、かつ経済的な金属の形および／または厚さが決ま
る。
【００３４】なお、貴金属あるいは相対的に貴金属性が
低い金属（以下、貴金属という）は、空気中で酸化しに
くい金属あるいは合金のことをいう。この定義に含まれ
るのは、金、白金、パラジウム、およびそれらの合金な
どの真の貴金属と、錫などの空気中で酸化しにくい金属
である。この貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金
属は、金、パラジウム、白金、ロジウム、銀、錫、およ
びそれらの混合物のグループから選択する。貴金属とい
う用語は、以下では貴金属のみならず相対的に貴金属性
の低い金属も含むものとする。
【００３５】非貴金属とは、空気中で酸化する傾向があ
る金属と定義する。この非貴金属は、アルミ、コバル
ト、銅、ニッケル、その他、ならびにそれらの混合物の
グループから選ぶ。
【００３６】上記導電性接着層は、クロム、モリブデ
ン、タンタル、チタン、タングステン、ジルコニウム、
バナジウム、ハフニウム、その他、ならびにそれらの混
合物のグループから選択する。
【００３７】貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金
属の層２０は金とすることが望ましいが、白金や、パラ
ジウム、ロジウム、あるいは錫としても良い。同様に、
非貴金属層１６は銅とすることが望ましいが、アルミ
や、コバルト、ニッケル、その他、ならびにそれらの混
合物としても良い。
【００３８】さらに、接着層１５の厚みは約０．０２〜
約０．１０ミクロンの範囲とするが、望ましくは約０．
０２〜約０．０３ミクロンの範囲とする。また非貴金属
層１６の厚みは約１．００〜約８．００ミクロンとする
が、望ましくは約２．０〜約６．０ミクロンとする。そ
してチタン層１７の厚みは約０．２０〜約２．００ミク
ロンとするが、望ましくは約０．５０〜約１．５０ミク
ロンとする。またモリブデン層１８の厚みは約０．２０
〜約２．００ミクロンとするが、望ましくは約０．５０
〜約１．５０ミクロンとする。そして、貴金属あるいは
相対的に貴金属性の低い金属の層２０の厚みは約０．５
〜約５．００ミクロンとするが、望ましくは約１．００
〜約５．００ミクロンとする。
【００３９】非貴金属層１６は基板１２上で電気的な分
散を得るために設けている。チタン１７とモリブデン１
８とのバイメタル層は、貴金属層２０と非貴金属層１６
との間のスーパー・バリアとして設けている。これらの
層の組み合せによって強い耐腐食性が得られ、そして他
の金属に対する化学的共存性ならびに溶解性が得られ
る。このことは、ほとんどの応用において鍵となる要件
である。金などの貴金属層２０は、表面を保護し、ブレ
イズ／半田の濡れ性を保ち、超音波によるワイヤ・ボン
ディングや、圧接ボンディング、あるいは微細溶接など
を可能とするためのものであり、そしてパッド・オン・
パッド・コネクタおよびエッジ・コネクタにおいて密着
性の高い接続を実現するためのものである。
【００４０】形成した多層金属パッド３０は、図２に示
すように、半田あるいはブレイズ２２を用いてピン２４
と接続するために使用することができる。貴金属あるい
は相対的に貴金属性の低い金属の層の少なくとも一部は
半田材料と接触している。図２の構造体は種々の方法で
形成できるが、１つの具体的な方法は、米国特許第４，
８８０，６８４号明細書に記述されているように、基板
１２上に例えばポリイミドなどの絶縁材料の層（図示せ
ず）をまず堆積させる。そして、フォトリソグラフィ
ー、エッチング・アブレーション、あるいはレーザ・ア
ブレーションによってバイア１４上の領域のポリイミド
を除去し、バイア１４の金属を完全に露出させる。その
後、多層金属構造体、すなわちパッド３０を上述のよう
にして堆積させる。少なくも１つのバイア１４上に堆積
させた多層金属は、図１に示した構造体と同様のもので
ある。少なくとも１つのバイア上に接着層１５を堆積さ
せた後、銅などの非貴金属層１６を接着層１５上に堆積
させる。続いてチタン層１７とモリブデン１８を堆積さ
せ、最後に貴金属あるいは相対的に貴金属性の低い金属
２０、望ましくは金をモリブデン層１８上に直接堆積さ
せる。その後、米国特許第４，９７０，５７０号明細書
などにあるよく知られた方法によって、ピン２４を半田
あるいはブレイズ２２に固定する。
【００４１】半田２２に固定するために、ピン２４の代
りに半田ボール（図示せず）を用いた場合には、米国特
許第２７，９３４号明細書に示されているように、多層
金属構造体３０および基板１２を加熱し、半田２２を溶
かして流動化させる。
【００４２】実際には、多層金属構造体、すなわちパッ
ド３０を半田と接触させる場合、リフロー処理によって
貴金属層２０は半田中に溶解する。従って、貴金属層２
０は逸散性である。一方、多層金属構造体３０にワイヤ
・ボンディングのみを行ない、半田付けを行なわない場
合には、貴金属層２０はほぼそのまま残る。
【００４３】期待していなかったことであるが、貴金属
層２０は、半田あるいはブレイズと下部のモリブデン層
１８とに接着する金属間化合物の薄い層を形成するとい
う利点を有している。リフローさせて再加工するとき、
この金属間化合物は半田に対して濡れ性を維持するの
で、フラックスは不要となる。
【００４４】貴金属層２０は、リフロー処理のとき半田
２２内に吸収されるので、逸散性の層と考えられる。貴
金属層の重要性は、保存時に下部モリブデン層の酸化を
防止し、そしてその結果、モリブデン層が半田に対する
濡れ性を保持して半田と反応できるようにするという点
にある。
【００４５】また、多層金属パッドは、エンジニアリン
グ変更パッドに対するワイヤ・ボンディング・サイトと
して用いることもできる。この場合ＴＳＭは半田とは接
触しない。例えばワイヤ・ボンディングは超音波振動あ
るいは熱圧縮により行なえるが、いずれの場合にも半田
は用いない。
【００４６】このパッドをワイヤ・ボンディング・サイ
トとして用いる場合の例を図３に示す。ワイヤ２６の少
なくとも一部を、超音波、押圧ボンディング、微細溶接
など、最も適したボンディング技術によってパッド構造
体３０（図１）の少なくとも一部に取り付ける。このボ
ンディングにより拡散領域２８が生じる。
【００４７】金などの貴金属層２０の厚さは用いるボン
ディング技術に依存する。例えば超音波ボンディングを
行なう場合には金層は厚くする必要がある。ワイヤ２６
は基板１２に比べての熱膨張係数が大きいため、強いせ
ん断応力が金属および金属／基板界面部および外部境界
部に加わる。くり返すと、特に微細溶接の場合には、非
貴金属層によって接着性が得られ、そして応力が低減
し、金層によってボンディング力が高まり、モリブデン
およびチタン層によって反応が制御される。
【００４８】このように、本発明の多層金属構造体は、
低応力、非腐食性、基板（セラミック、ポリマーなど）
に対する強い接着性、ならびにブレイズおよび半田に対
する良好な反応性という必要な特性を備えている。
【００４９】本発明を非常に脆く、割れ易い基板に対し
て適用し、多層金属構造体を直接基板に堆積させた場合
には、生じる応力は大きすぎるものとなろう。このよう
な場合には、例えばポリイミドなどのポリマー膜を基板
に直接堆積させ、そして一部を除去して、バイアとその
上の金属とを電気的に接触できるようにすればよい。こ
の基板上のポリマー・フィルムはクッションとして機能
し、フィルムおよび／あるいはブレイズに生じた応力を
大部分、吸収し、それが基板に伝わることを防止する。
【００５０】本発明の構造体はベース金属（図示せず）
上に形成することができる。その場合、ベース金属は接
着層１５と非貴金属層１６との間に設け、その材料は、
アルミ、クロム、コバルト、銅、ハフニウム、モリブデ
ン、ニッケル、ニオビウム、タンタル、チタン、ジルコ
ニウム、貴金属、ならびにそれらの混合物のいずれかと
する。
【００５１】本発明の他の応用例として、パッド・オン
・パッド・コネクタの例を図４に示す。硬質あるいは柔
軟なコネクタ４５は金属パッド４７を有しており、この
コネクタを、パッド３０などの構造体３０を備えた基板
１２に接触させる。ほとんどの場合、金属パッド４７
は、パッド３０などの対応する構造体３０を有してい
る。２つのパッド、すなわちパッド４７とパッド３０の
表面どうしの金属ボンディングは行なわない。パッド３
０，４７間の電気的接触は、充分な圧力によって維持
し、この圧力はコネクタあるいは個々のパッドの柔軟性
によって達成する。物理的に接触するパッド表面は、酸
化によって許容できない程度に電気的接触抵抗が増大し
ないようにするため、貴金属とする必要がある。コネク
タとしてはパッド・オン・パッド・コネクタや、エッジ
・コネクタ、あるいはその他のものであってもよいが、
これらすべてに対して、ここに開示した金属の機械的な
安定性および非腐食性が必要である。コネクタには、ポ
リマーおよび金属を積層した構造（例えば、Ｋａｐｔｏ
ｎ／Ｃｕ）のフラット・フレキシブル・ケーブルがよく
用いられるが、その熱膨張率はセラミック基板に比べて
高く、また接続パッドに強いせん断応力を生じるので、
機械的な性質が重要である。
【００５２】本発明の多層金属による相互接続の例とし
て、エッジ・コネクタを図５に示す。従来よりよく知ら
れた方法によって、基板１２のエッジにエッジ・パッド
５５を形成する。エッジ・パッド５５はパッド３０の多
層金属を有するように形成すればよい。
【００５３】図５には、パッド３０の多層金属を示して
あり、エッジ・パッド５５は順次、堆積させた複数の層
から成る。すなわち、少なくとも１つの接着層５９と、
少なくとも１つの非貴金属層５６と、チタン層５７と、
モリブデン層５８と、少なくとも１つの貴金属層６０か
ら成る。望ましくは、非貴金属層５６には銅を用ちい、
貴金属層６０には金を用いる。エッジ・コネクタ５０は
伸展部５１，５３を有し、バネ５２，５４を収容して、
基板１２の端部を受容するようになっている。そして、
パッド５５の少なくとも一部は、エッジ・コネクタ５０
の少なくとも一部と電気的に接続する。
【００５４】本発明のＢＬＭ金属によって非常に良好な
結果が得られた。現在使用しているＢＬＭは、くり返し
評価を行なった結果、塩素による腐食に対して強い耐性
を有することが分かった。本発明はまた、捕捉パッドの
金属を変更させた。すなわち、弱い結合としてＩ／Ｏパ
ッドを除去すると、現在の捕捉パッドも腐食に関わる問
題を有していることが明らかになった。
【００５５】Ｉ／Ｏパッドおよび捕捉パッドを、モリブ
デンに基づくシステムに変更することにより、引っ張り
強さはそのままで、腐食に対する抵抗力が強い金属が得
られた。
【００５６】本発明は、パーソナル・コンピュータや、
ミニ・コンピュータ、あるいは大型コンピュータやその
他のデータ処理装置に用いる種々の半導体製品の製造に
おいて利用することができる。特に、工業電子装置およ
び消費者電子装置に用いるＶＬＳＩチップの製造に応用
できる。本発明によって作製した製品は、連続モニタな
どのための処理システムを組み込んだ交通システムや、
制御システムなどの電子製品に用いることができる。
【００５７】以上、本発明について、特定の望ましい実
施例をもとに説明したが、当業者にとって明かなよう
に、上記説明にもとづいて他の実施方法を採用したり、
改良や変形を種々加えることはもちろん可能である。そ
して、本明細書に記載した特許請求の範囲の各請求項
は、本発明の範囲に含まれ、かつその趣旨にもとづくも
のとして、上記他の実施方法、改良、ならびに変形をす
べて含むものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層金属構造体を示す断面図である。
【図２】図１の多層金属構造体に接続したピンを示す図
である。
【図３】図１の多層金属構造体に接続した配線を示す図
である。
【図４】本発明の多層金属構造体を備えた基板に、金属
パッドを備えたコネクタを接続する、本発明の他の実施
例を示す図である。
【図５】多層金属エッジ接続部を備えた基板にエッジ・
コネクタを接続する、本発明のさらに他の実施例を示す
図である。
【符号の説明】
１２ 電子部品 １４ バイア接続部 １６ 非貴金属層 １７ チタン層 １８ モリブデン層 ２０ 貴金属性の低い金属層 ３０ 多層金属構造体
フロントページの続き (72)発明者 ジュング−イール・キム 大韓民国 ソウル ソンパ−ク オリュー ン−ドングオリンピック アパートメント 125−502 (72)発明者 チャンドラセクハール・ナラヤン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション ケンシントン ドライブ 62 (72)発明者 サンパス・プルショサマン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ヨーク タウン ハイツ ラヴォア コート 2075

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子部品のための多層相互接続金属構造体
    において、基板上の構造体であって、少なくとも１つの
    接着層と、少なくとも１つの非貴金属層と、チタン層
    と、モリブデン層と、少なくとも１つの貴金属あるいは
    相対的に貴金属性の低い金属の層とを順次、形成して成
    る構造体により構成されたことを特徴とする多層相互接
    続金属構造体。
  2. 【請求項２】前記非貴金属層はベース金属上にあり、前
    記ベース金属は、アルミ、クロム、コバルト、銅、ハフ
    ニウム、モリブデン、ニッケル、ニオビウム、タンタ
    ル、チタン、ジルコニウム、貴金属、あるいはそれらの
    混合物のいずれかであることを特徴とする請求項１記載
    の多層相互接続金属構造体。
  3. 【請求項３】前記非貴金属層は、アルミ、コバルト、
    銅、ニッケル、あるいはそれらの混合物のいずれかであ
    ることを特徴とする請求項１記載の多層相互接続金属構
    造体。
  4. 【請求項４】前記貴金属あるいは相対的に貴金属性が低
    い金属の層は、金、プラチナ、パラジウム、ロジウム、
    銀、錫、あるいはそれらの混合物のいずれかであること
    を特徴とする請求項１記載の多層相互接続金属構造体。
  5. 【請求項５】前記基板は半導体チップであることを特徴
    とする請求項１記載の多層相互接続金属構造体。
  6. 【請求項６】前記基板は、セラミック基板、シリコン基
    板、ガラス・セラミック基板、アルミナ基板、窒化アル
    ミ基板、窒化シリコン基板、あるいはムライト基板のい
    ずれかであることを特徴とする請求項１記載の多層相互
    接続金属構造体。
  7. 【請求項７】前記貴金属あるいは相対的に貴金属性の低
    い金属の層の少なくとも一部は半田材料と接触している
    ことを特徴とする請求項１記載の多層相互接続金属構造
    体。
  8. 【請求項８】ピンが前記半田材料に固定されていること
    を特徴とする請求項７記載の多層相互接続金属構造体。
  9. 【請求項９】半田ボールが前記半田材料に固定されてい
    ることを特徴とする請求項７記載の多層相互接続金属構
    造体。
  10. 【請求項１０】配線の少なくとも一部が前記貴金属ある
    いは相対的に貴金属性の低い金属の少なくとも一部に固
    定されていることを特徴とする請求項１記載の多層相互
    接続金属構造体。
  11. 【請求項１１】コネクタの少なくとも一部が前記構造体
    の少なくとも一部に接触していることを特徴とする請求
    項１記載の多層相互接続金属構造体。
  12. 【請求項１２】前記接着層の厚みは約０．０２〜約０．
    １０ミクロンの範囲内、望ましくは約０．０２〜約０．
    ０３ミクロンの範囲内とし、前記非貴金属層の厚みは約
    １．００〜約８．００ミクロンの範囲内、望ましくは約
    ２．０〜約６．０ミクロンの範囲内とし、前記チタン層
    の厚みは約０．２０〜約２．００ミクロンの範囲内、望
    ましくは約０．５０〜約１．５０ミクロンの範囲内と
    し、前記モリブデン層の厚みは約０．２０〜約２．００
    ミクロンの範囲内、望ましくは約０．５０〜約１．５０
    ミクロンの範囲内とし、前記貴金属あるいは相対的に貴
    金属性の低い金属の層２０の厚みは約０．５〜約５．０
    ０ミクロンの範囲内、望ましくは約１．００〜約５．０
    ０ミクロンの範囲内としたことを特徴とする請求項１記
    載の多層相互接続金属構造体。
  13. 【請求項１３】前記基板は少なくとも１つのバイアを備
    えたことを特徴とする請求項１記載の多層相互接続金属
    構造体。
  14. 【請求項１４】前記非貴金属層の少なくとも一部は、少
    なくとも１つの接着層を通じて、前記少なくとも１つの
    バイアの少なくとも一部と電気的に接触していることを
    特徴とする請求項１３記載の多層相互接続金属構造体。
  15. 【請求項１５】前記接着層は、クロム、タンタル、チタ
    ン、タングステン、ハフニウム、モリブデン、バナジウ
    ム、ジルコニウム、あるいはそれらの混合物のいずれか
    であることを特徴とする請求項１記載の多層相互接続金
    属構造体。
  16. 【請求項１６】電子部品のための多層相互接続金属構造
    体を形成する方法において、 （ａ）少なくとも１つの導電体接着層を前記電子部品上
    に直接堆積させるステップと、 （ｂ）少なくとも１つの非貴金属層を、前記少なくとも
    １つの導電体接着層上に直接堆積させるステップと、 （ｃ）チタン層を前記非貴金属層の上に堆積させるステ
    ップと、 （ｄ）モリブデン層を前記チタン層の上に直接堆積させ
    るステップと、 （ｅ）少なくとも１つの貴金属あるいは相対的に貴金属
    性の低い金属を、前記チタン層の上に直接堆積させるス
    テップと、 を含むことを特徴とする多層相互接続金属構造体の形成
    方法。
  17. 【請求項１７】前記非貴金属層は、アルミ、コバルト、
    銅、ニッケル、あるいはそれらの混合物のいずれかであ
    ることを特徴とする請求項１６記載の多層相互接続金属
    構造体の形成方法。
  18. 【請求項１８】前記貴金属あるいは相対的に貴金属性が
    低い金属の層は、金、プラチナ、パラジウム、ロジウ
    ム、銀、錫、あるいはそれらの混合物のいずれかである
    ことを特徴とする請求項１６記載の多層相互接続金属構
    造体の形成方法。
  19. 【請求項１９】前記基板は半導体チップであることを特
    徴とする請求項１６記載の多層相互接続金属構造体の形
    成方法。
  20. 【請求項２０】前記基板は、セラミック基板、シリコン
    基板、ガラス・セラミック基板、アルミナ基板、窒化ア
    ルミ基板、窒化シリコン基板、あるいはムライト基板の
    いずれかであることを特徴とする請求項１６記載の多層
    相互接続金属構造体の形成方法。
  21. 【請求項２１】前記貴金属あるいは相対的に貴金属性の
    低い金属の層の少なくとも一部は半田材料と接触してい
    ることを特徴とする請求項１６に記載の多層相互接続金
    属構造体の形成方法。
  22. 【請求項２２】前記構造体の少なくとも一部は接続装置
    の少なくとも一部に電気的に接触していることを特徴と
    する請求項１６記載の多層相互接続金属構造体の形成方
    法。
  23. 【請求項２３】前記接続装置は、ベース金属パッド、ピ
    ン、半田ボール、あるいはコネクタのいずれかであるこ
    とを特徴とする請求項２２記載の多層相互接続金属構造
    体の形成方法。
  24. 【請求項２４】前記構造体を形成する処理は、気相成
    長、エッチング、蒸着、あるいはスパッタリングのいず
    れかであることを特徴とする請求項１６記載の多層相互
    接続金属構造体の形成方法。
  25. 【請求項２５】前記接着層の厚みは約０．０２〜約０．
    １０ミクロンの範囲内、望ましくは約０．０２〜約０．
    ０３ミクロンの範囲内とし、前記非貴金属層の厚みは約
    １．００〜約８．００ミクロンの範囲内、望ましくは約
    ２．０〜約６．０ミクロンの範囲内とし、前記チタン層
    の厚みは約０．２０〜約２．００ミクロンの範囲内、望
    ましくは約０．５０〜約１．５０ミクロンの範囲内と
    し、前記モリブデン層の厚みは約０．２０〜約２．００
    ミクロンの範囲内、望ましくは約０．５０〜約１．５０
    ミクロンの範囲内とし、前記貴金属あるいは相対的に貴
    金属性の低い金属の層２０の厚みは約０．５〜約５．０
    ０ミクロンの範囲内、望ましくは約１．００〜約５．０
    ０ミクロンの範囲内としたことを特徴とする請求項１６
    記載の多層相互接続金属構造体の形成方法。
  26. 【請求項２６】前記基板は少なくとも１つのバイアを備
    えたことを特徴とする請求項１６記載の多層相互接続金
    属構造体の形成方法。
  27. 【請求項２７】前記非貴金属層の少なくとも一部は、少
    なくとも１つの接着層を通じて、前記少なくとも１つの
    バイアの少なくとも一部と電気的に接触していることを
    特徴とする請求項２６記載の多層相互接続金属構造体の
    形成方法。
  28. 【請求項２８】前記接着層は、クロム、タンタル、チタ
    ン、タングステン、モリブデン、バナジウム、ジルコニ
    ウム、ハフニウム、あるいはそれらの混合物のいずれか
    であることを特徴とする請求項１６記載の多層相互接続
    金属構造体の形成方法。
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