JPH065717A - 電極へのオーム性接続金属層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 チタン膜は薄いままアルミニウム電極とのオ
ーム性接続を得ると共に、アルミニウム−パラジウム金
属間化合物形成を避けた接続金属層の形成方法。 【構成】 アルミニウム電極４を有する半導体基板１の
一主面全面に真空中にて基板温度２００℃以上でチタン
膜２１を１０００オングストローム以下の膜厚に被着す
る工程と、その面にフォトレジストを塗布し、前記電極
４対応部に開孔を設ける工程と、段差による段切れを防
止出来る膜厚に膜２４を被着し、次いで連続してＰｄ，
Ｐｔ，Ｎｉの少くとも一つで構成された膜２５を４００
０オングストローム以下の膜厚に被着する工程と、前記
フォトレジストを除去すると共に金属層をリフトオフし
チタン膜より上層の金属層をパターン化する工程と、前
記膜２４を含む上層金属パターンをマスクとして膜２４
をパターンエッチする工程とを具備したアルミニウム電
極へのオーム性接続金属層の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一例としてシリコンＣ
ＣＤ、ＭＯＳスイッチアレー等の信号入力ダイオード部
（ｐ，ｎ接合）より導出されたアルミニウム電極と、後
工程で形成されるイジウムバンプとの中間に位置し、上
記アルミニウム電極およびインジウムバンプと良好なオ
ーム性接続する接続金属層の形成方法に関するが、特に
アルミニウム電極との接続の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、シリコン機能素子と各種のセンサ
ーを結合したハイブリッド型集積センサーの研究・開発
が活発化している。そして両者の結合には、シリコン機
能素子より導出された電極上に形成されたインジウムバ
ンプを介して圧接する技術が一般化しつつある。しか
し、シリコン機能素子の外部導出電極はアルミニウムが
主流であり、その電極上に直接インジウムバンプを形成
しようとしてもアルミニウムとインジウムは接合しな
い。例えば真空蒸着によりインジウム膜を被膜し、パタ
ーニングした時には一見機能的に接合したように見えて
も、インジウムを溶融し、球状化バンプを形成しようと
すると、ポールアップしてしまい、アルミニウム上にイ
ンジウムは濡れない。従って、シリコン機能素子のアル
ミニウム電極上には新たにインジウムと接合してくれる
接続金属層の形成が必要となる。

【０００３】以下に図４、図５を参照して従来のアルミ
電極への接続金属層の形成方法を説明する。ここではシ
リコン機能素子としてＣＣＤを用いた場合について説明
する。なお、説明を簡単にする為に、アルミニウム電極
１個分を抽出して図示する。また参考の為に一画素分の
シリコンＣＣＤのアルミニウム電極及びアルミニウム配
線部の構造と寸法を図３に示す。

【０００４】図４（ａ）において、まずシリコン基板１
に設けられたｐ・ｎ接合ダイオードのｐ領域２から絶縁
膜３の開孔を通して導出されたアルミニウム電極４を有
するウェファ（図４（ａ））に、ポジ型フォトレジスト
５を２〜２．５μｍ厚さにコートし、光食刻技術によ
り、アルミニウム電極よりひとまわり大きい開孔６を設
ける（図４（ｂ））。

【０００５】次に、ウェファを界面活性剤水溶液に浸漬
し、次いでリン酸系エッチング液に１〜２分間浸漬して
アルミニウム電極上の自然発生酸化膜（Ｎａｔｉｖｅ−
Ｏｘｉｄｅ…以降Ｎ・Ｏ膜と記述する）をエッチングす
る。水洗、乾燥後直ちに真空蒸着装置にセットし、真空
引きを行う。

【０００６】次にタングステンボートを用いた抵抗加熱
蒸着法によりチタン膜７を８００〜１０００オングスト
ローム（以下オングストロームをＡと略記する）厚さに
蒸着する。引き続きアルミナルツボにタングステンヒー
ターを巻きつけた通称アッセンブルヒーターを用いた抵
抗加熱蒸着法によりパラジウム膜８を２０００〜３００
０Ａ蒸着する（図４（ｃ））。

【０００７】次にウェファをアセトン中に浸漬し、フォ
トレジスト５を溶解すると共にフォトレジスト上に付着
した不必要なチタン、パラジウム膜をリフトオフし、図
５に示される構造を得る。なお、ここでのチタン膜はア
ルミニウム電極との接続、パラジウム膜は後のインジウ
ムバンプとの接続の役割を担っている。すなわち、チタ
ン上にもアルミニウム上と同様インジウムは接合しない
為、チタン−パラジウムの積層膜となっている。

【０００８】この後インジウムバンプ形成工程に進む
が、パラジウム膜とインジウムバンプとの接続に関して
は問題ない為、省略する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記形成法により、接
続金属層の構造形成は容易である。ところが、この方法
ではアルミニウム電極とチタン膜間の電気的接続は不十
分である事が判明した。すなわち、アルミニウム電極は
表面のＮ・Ｏ膜をエッチ処理しても、水洗・乾燥し、空
気に触れると直ちにＮ・Ｏ膜が成長し、電気的接続をさ
またげているものと考えられる。従ってチタン−パラジ
ウム膜を形成し、リフトオフ法によりパターン化した後
に、シンターが必要である事が実験の結果明らかになっ
た。しかもアルミニウム電極・チタン膜間の良好な電気
的接続を得ることができるシンター温度は４００℃以上
である事も判明した。

【００１０】しかし実際にＣＣＤを構成しているウェフ
ァではシンターを実施するに際し、下記問題が発生し
た。すなわち、「従来法で形成したチタン、パラジウム
膜の厚さは各々８００〜１０００Ａ、２０００〜３００
０Ａであるが、アルミニウム電極端部の段差は８０００
Ａ（図３に明示）ある為、チタン膜は概ね段切れしてお
り、後から蒸着したパラジウム膜が直接アルミニウム電
極の一部と接触していると考えて良い。但し、アルミニ
ウム電極は前述したように表面にＮ・Ｏ膜が形成されて
いるので、シンターしてもアルミニウムとパラジウムの
金属間化合物形成は生じにくい。すなわち、パラジウム
はチタンと異り酸素との結合は希薄なので、Ｎ・Ｏ膜を
分解する能力は弱い為である。しかし、現実にはアルミ
ニウム電極の端部では、往々にしてほんの局部的に純粋
なアルミニウム（Ｎ・Ｏ膜のない意）とパラジウムが接
触する事があり、シンター後パラジウム膜表面全域に亘
り、アルミニウム・パラジウム金属間化合物形成が認め
られるものがある。そしてこの表面にはインジウムは接
続しない」という問題である。

【００１１】上記問題はアルミニウム電極端部でのチタ
ン膜の段切れに由来しているので、チタン膜が段切れし
ない厚さに形成出来れば解決出来る事になる。そして、
チタン膜が段切れしない厚さは、アルミニウム電極の段
差８０００Ａと同等かそれ以上必要となる。しかし、実
際にはフォトレジストを用いたリフトオフ法ではチタン
膜を８０００Ａ蒸着する事は不可能である。すなわち、
チタンは熱（赤外線）の吸収の良い金属であり、厚く蒸
着すると、フォトレジストの熱劣化が生じ、リフトオフ
法が成立しなくなるという理由による。

【００１２】以上説明したように、従来法ではアルミニ
ウム電極とチタン膜間の電気的接続の良い接続金属の形
成は困難である。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、チタン膜は薄いままアルミニウム電極との良好な
オーム性接続を得ると共に、アルミニウム−パラジウム
金属間化合物形成を避けた接続金属層の形成方法を提供
する事を目的とする。

【００１４】ただし上記目的を達成するに当たり、 （１）同一減圧チャンバー内で連続して実施出来る逆ス
パッタ法によるアルミニウムＮ・Ｏ膜の逆スパッタ及び
その他のドライエッチを施して金属膜被着という技術。

【００１５】（２）金属膜形成にスパッタ法、電子銃法
を用いる技術。

【００１６】の使用は回避されねばならない。何故なら
ばシリコンＣＣＤ、ＭＯＳスイッチアレー等の信号入力
部はｐ・ｎ接合により構成されるが、他の領域はすべて
ＭＯＳ型素子（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ）にて構成されているので、上記技術を
使用するとＭＯＳの劣化を誘起する為である。これは従
来法でも同じである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる電極への
オーム性接続金属層の形成方法は、一主面より導出され
た複数のアルミニウム電極を有する半導体基板の前記一
主面全面に真空中にて基板温度２００℃以上に加熱した
状態でチタン膜を抵抗加熱蒸着法により１０００オング
ストローム以下の膜厚に被着する工程と、前記チタン膜
を被着した面にフォトレジストを塗布し、前記アルミニ
ウム電極対応部に開孔を設ける工程と、前記アルミニウ
ム電極の段差による段切れを防止出来る膜厚にアルミニ
ウム膜を抵抗加熱蒸着法により被着し、次いで連続して
パラジウム、プラチナ、ニッケルの少くとも一つで構成
された膜を４０００オングストローム以下の膜厚に抵抗
加熱蒸着法により被着する工程と、前記フォトレジスト
を除去すると共にフォトレジスト上に付着した金属層を
リフトオフしチタン膜より上層の金属層をパターン化す
る工程と、前記アルミニウム膜を含む上層金属パターン
をマスクとして前記チタン膜をパターンエッチする工程
とを具備した事を特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明はまず、真空中で基板を加熱した状態で
チタン膜を全面蒸着してシリコンＣＣＤのアルミニウム
電極とを接続すること、次に、フォトレジストを用いた
リフトオフ法にて形成した厚いアルミニウム膜と薄いパ
ラジウムにより構成されたパターンをマスクにして上記
チタン膜を選択エッチしパターン化することにある。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１および図
２を参照して説明する。なお、説明を簡単にする為に従
来例と同様、アルミ電極１個分を抽出して図示する。

【００２０】まず、従来例と同様に構成されたシリコン
ウェファ（図１（ａ））を界面活性剤水溶液に浸漬し、
次いでリン酸系エッチング液に１〜２分間浸漬してアル
ミニウム電極上のＮ・Ｏ膜をエッチングする。水洗、乾
燥後直ちに真空蒸着装置にセットする。真空引き後、基
板（ウェファ）加熱を行い、３００°に保持する。上記
状態のままタングステンボートを用いた抵抗加熱蒸着法
によりチタン膜２１を約５００Ａ厚さに蒸着する（図１
（ｂ））。蒸着後少くとも１００℃以下になるまで真空
中に放置する。

【００２１】次にポジ型フォトレジスト２２を２〜２．
５μｍ厚さにコートし、光食刻技術によりアルミニウム
電極よりひとまわり大きい開孔２３を設ける（図１
（ｃ））。

【００２２】次に再び真空蒸着装置にセットし、真空引
き後、タングステンボートによる抵抗加熱蒸着法により
アルミニウム膜２４を８０００Ａ〜１μｍ蒸着する。次
いでアッセンブルヒーターを用いた抵抗加熱蒸着法によ
りパラジウム膜２５を約２０００Ａ蒸着する（図１２
（ａ））。

【００２３】次にウェファをアセトン中に浸漬し、フォ
トレジスト２２を溶解すると共にフォトレジスト上に付
着した不必要なアルミニウム、パラジウム膜をリフトオ
フする（図２（ｂ））。

【００２４】次にウェファをＥＤＴＡ（エチレンジアミ
ン４酢酸）と過酸化水素水を主成分としたエッチング液
に浸漬し、不必要部のチタン膜をエッチ除去し、図２
（ｃ）に示される構造を得る。

【００２５】以上述べた本発明の実施例では、第一に真
空中で基板を加熱した状態でチタン膜を全面蒸着し、シ
リコンＣＣＤのアルミニウム電極とを接続する特徴と、
第二にフォトレジストを用いたリフトオフ法にて形成し
た厚いアルミニウム膜と薄いパラジウムにより構成され
たパターンをマスクとして前記チタン膜を選択エッチし
パターン化するという特徴を有している。

【００２６】以下に各々のプロセス、金属膜の役割・作
用について説明する。

【００２７】（ａ）チタンについて まず、チタンは１２０℃以下では空気中でも比較的安定
であるが、高温では強く活性化し、酸素との反応の大き
な金属である。従ってアルミ電極上のＮ・Ｏ膜を分解す
る能力は、基板無加熱でチタン膜を蒸着し、後でシンタ
ーするよりも、真空中で基板加熱状態でチタン膜を蒸着
する方が大きいものと考えられる。本実施例では３００
℃としてあるが、実際には２００℃以上であれば効果が
認められる。

【００２８】また、チタンの膜厚は後でアルミニウム膜
−パラジウム膜をマスクにエッチングする事を考慮する
と必要最小限で良く、５００Ａあれば十分である。すな
わちチタン膜のサイドエッチは比較的大きく、膜厚が１
０００Ａであると１μｍ近いサイドエッチがあり、微細
はパターンでは問題となる。従って厚くても１０００Ａ
以下とすべきである。本実施例ではサイドエッチは２０
００Ａ以下であり無視出来る。なお、チタン膜を極力薄
く出来るのも本発明の特徴である。

【００２９】次にチタン膜蒸着後、少くとも１００℃以
下に真空中で冷却し、蒸着装置よりウェファを取り出
し、フォトレジストの光食刻工程を進めるが、この段階
ではチタン膜表面には酸化物は形成されない。従って、
次に真空蒸着中で蒸着するアルミニウム膜との接続上の
問題は発生しない。

【００３０】（ｂ）アルミニウム−パラジウムについて ここでの、アルミニウム膜は緩衝剤としての役割を有し
ている。

【００３１】本発明では基板加熱した状態で蒸着したチ
タン膜は、後でリフトオフ法により形成した上層の金属
膜パターンをマスクとしてパターンエッチされる。この
時チタン膜自身のアルミニウム電極端での段切れはあっ
ても構わないが、上層の金属膜に段切れがあると、チタ
ン膜エッチ時に段切れ部からのエッチング液の侵入によ
り、段切れ部より内側のアルミニウム電極上のチタン膜
を侵し、アルミニウム電極とチタン膜の不所望な機械的
強度の低下をもたらす。従って、上層の金属膜は段切れ
を発生しない厚さが必要である。当初発明者は上層金属
膜としてパラジウムの単層膜を考えたが、従来例で述べ
たようにアルミニウム電極の８０００Ａの段差から生じ
る段切れを防止するには、パラジウム膜厚は少くとも８
０００Ａは必要である。しかし、パラジウム膜はかなり
応力が強く、４０００Ａ以上の膜厚になると応力が無視
出来なくなる欠点がある。実際パラジウム膜を８０００
Ａ蒸着した例では、リフトオフ法でパターン形成に用い
るマスクとしてのフォトレジストを引き剥す事、又チタ
ン膜からもパラジウム膜が剥離脱落する等の現象を発生
した。従って、チタン膜とパラジウム膜の間には緩衝と
なる金属層が必要となる。

【００３２】ところで金属薄膜の中で応力の少い金属膜
としてアルミニウムが良く知られている。しかも安価で
蒸着も容易である。また本発明での実施例のように、後
でチタン膜をパターンエッチする際にも前記したＥＤＴ
Ａ・Ｈ₂Ｏ₂エッチング液で侵される事がない。また、こ
こでのアルミニウム膜は真空中でチタン膜上に蒸着さ
れ、次いで連続してパラジウム膜を蒸着するので、チタ
ン膜及びパラジウム膜との電気的接続上の問題は全く生
じない。また本発明ではアルミニウム膜、パラジウム膜
が直接接触する構造となるが、シンターする工程が不要
である事、後に実施されるインジウムバンプ形成工程で
も最大温度条件が２００℃を超える事がない為、パラジ
ウム表面に到るアルミニウム−パラジウムの金属間化合
物の形成の心配は全くない。更に、アルミニウム電極の
段差の影響を打ち消す金属層はアルミニウム膜のみで行
うことができ、いたずらにパラジウム膜を厚くする必要
がなく、４０００Ａ以下にする事が出来る。

【００３３】ところで、以上の説明の過程を見ると、本
実施例の他に、 （１）チタン膜は本実施例と同じに基板加熱した状態で
全面蒸着する。

【００３４】（２）真空中で基板を冷却し、パラジウム
を連続蒸着する。

【００３５】（３）アルミニウム電極対応部にフォトレ
ジストを残置パターニングする。

【００３６】（４）レジストをマスクにパラジウム膜、
チタン膜をパターンエッチする。

【００３７】という方法がクローズアップされて来る。
しかもこの場合にはチタン膜、パラジウム膜とも薄くて
成立するように見える。

【００３８】但し、この方法はアルミニウム電極部に限
れば達成可能である。しかし、シリコンＣＣＤ、ＭＯＳ
スイッチアレー等の機能素子全体として見ると仲々成立
しない。以下に図３を参照して説明しておく。

【００３９】図３から明らかなように、シリコンＣＣ
Ｄ、ＭＯＳスイッチアレー等では、入力ダイオード部の
アルミ電極以外に、アルミニウム配線が配置されてい
る。また、配線は絶縁膜により被覆されている。しかし
アルミニウム配線上の絶縁膜はリフロー工程が適用出来
ない為、アルミ配線の端の段差部では少なからず絶縁膜
のピンホールがある。しかも配線の周囲長は非常に長い
為、ピンホール発生の確率は高い。

【００４０】このような状況下では薄いチタン膜を蒸着
してもピンホールを塞ぐ事は出来ない為、チタン膜上の
パラジウム膜をレジストマスクとしてエッチする際に、
パラジウムのエッチング液（硝酸・塩酸・水の混液）に
てピンホールを介して配線のアルミニウムをもエッチン
グしてしまうという背景がある。

【００４１】上記を防止するためにピンホールを塞ぐ程
にチタン膜を厚くすると、すでに述べたようにチタン膜
のサイドエッチの問題があって、これによりアルミニウ
ム電極上で成立しないという欠点がある。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
別な設備、複雑なプロセスを必要としないで、アルミニ
ウム電極への良好なオーム性接続が得られる。しかも最
上層の金属は空気中放置でも酸化しにくい金属を用いて
いるので、後のインジウムバンプとの接続も容易であ
る。

【００４３】なお、本発明の説明に当りシリコンＣＣ
Ｄ、ＭＯＳスイッチアレーを例題としたが、これに限定
される事はない。

【００４４】また、本発明に用いた金属のうち、チタン
膜、アルミニウム膜は限定されるが、最上層のパラジウ
ム膜は限定されず、白金膜、ニッケル膜を選択して良い
し、パラジウム、白金、ニッケル膜より選ばれた積層膜
を用いても良い。

【００４５】さらにフォトレジストはポジ型に限定され
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る電極へのオーム
性接続金属層の形成方法の一部を工程順に示すいずれも
断面図。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る電極へのオーム
性接続金属層の形成方法の一部を「図１」に引続き工程
順に示すいずれも断面図。

【図３】（ａ）は１画素分のシリコンＣＣＤの平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は従来例の形成方法の一部を工
程順に示すいずれも断面図。

【図５】「図４」に引続き従来例の形成方法の一部を示
す断面図。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ ｐ・ｎ接合を形成するｐ型領域 ３ 絶縁膜 ４ アルミニウム電極 ５、２２ ポジ型フォトレジスト ６、２３ レジストの開孔 ７、２１ チタン膜 ８、２５ パラジウム膜 ２４ アルミニウム膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一主面より導出された複数のアルミニウ
   ム電極を有する半導体基板の前記一主面全面に真空中に
   て基板温度２００℃以上に加熱した状態でチタン膜を抵
   抗加熱蒸着法により１０００オングストローム以下の膜
   厚に被着する工程と、前記チタン膜を被着した面にフォ
   トレジストを塗布し、前記アルミニウム電極対応部に開
   孔を設ける工程と、前記アルミニウム電極の段差による
   段切れを防止出来る膜厚にアルミニウム膜を抵抗加熱蒸
   着法により被着し、次いで連続してパラジウム、プラチ
   ナ、ニッケルの少くとも一つで構成された膜を４０００
   オングストローム以下の膜厚に抵抗加熱蒸着法により被
   着する工程と、前記フォトレジストを除去すると共にフ
   ォトレジスト上に付着した金属層をリフトオフしチタン
   膜より上層の金属層をパターン化する工程と、前記アル
   ミニウム膜を含む上層金属パターンをマスクとして前記
   チタン膜をパターンエッチする工程とを具備した事を特
   徴とするアルミニウム電極へのオーム性接続金属層の形
   成方法。