JPH10185725A - 半導体素子の電極構造およびその製造方法 - Google Patents

半導体素子の電極構造およびその製造方法

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JPH10185725A
JPH10185725A JP8349976A JP34997696A JPH10185725A JP H10185725 A JPH10185725 A JP H10185725A JP 8349976 A JP8349976 A JP 8349976A JP 34997696 A JP34997696 A JP 34997696A JP H10185725 A JPH10185725 A JP H10185725A
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electrode wiring
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極配線の金属が半導体素子のシリコンに拡
散することがなく、かつ半導体素子のコンタクト部と電
極配線との付着力を強固にすることのできる半導体素子
の電極構造およびその製造方法を提供することを目的と
する。 【解決手段】 基板３３上に形成されたシリコン製の半
導体素子４１のコンタクト部４２上に高融点金属窒化物
からなるバリア層２６１と、電極配線１５１とが形成さ
れ、当該バリア層２６１はその厚さ方向位置に応じて高
融点金属窒化物の組成比が異なっている。これにより、
バリア層２６１と電極配線１５１との接合境界部におけ
るバリア層の部分２６１Ａの組成比を電極配線１５１と
の付着が強固とするようにし、他の部分２６１Ｂでは電
極配線１５１中の金属が拡散しないような組成比とする
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
たシリコンからなり当該基板の物理量を検出して電気信
号に変換する半導体素子と、この半導体素子上に形成さ
れかつ電気信号を外部に伝達する電極配線とを備えた半
導体素子の電極構造およびその製造方法に係り、例え
ば、高温水蒸気の圧力検出、エンジン燃焼系の圧力検
出、樹脂射出成形圧力の検出等に使用される圧力センサ
チップに利用することができる。
【０００２】
【背景技術】従来より、組み込み制御等に用いられるセ
ンサには、小型のシリコン基板等の上に形成されかつ当
該基板の物理量を電気信号に変換する半導体素子と、こ
の半導体素子上に形成されかつ電気信号を外部に伝達す
る電極配線とを備えたセンサチップが利用されており、
このような小型のセンサであれば、センサの取り付けに
スペースを多くとる必要がないので、必要に応じて測定
箇所を多数設定することができ、高精度の制御システム
を構築することができる。例えば、既存の組み込み制御
用の圧力センサとしては、図８に示されるような内部に
圧力センサチップを収納したものがある。
【０００３】圧力センサ１は、本体部２と、この本体部
２の一方の端部に接続される流体導入部３と、本体部２
の他方の端部に接続されるリード線収納部４とを含んで
形成されている。本体部２の内部には圧力センサモジュ
ール１１が収納され、流体導入部３には測定対象となる
流体を導く流体導入孔５が形成され、リード線収納部４
の内部には電気信号を図８では図示しない外部の信号処
理手段に伝達するリード線６が収納固定されている。
【０００４】圧力センサモジュール１１は、流体圧を検
出して電気信号に変換する圧力センサチップ２１と、こ
の圧力センサチップ２１を支持する支持台１２と、この
支持台１２に接合され前記圧力センサチップ２１を覆う
ケース１３と、圧力センサチップ２１と支持台１２との
間に介装される台座１４とを含んで形成されている。支
持台１２には孔１５が形成され、その下端は前記流体導
入孔５に接続されているとともに、当該孔１５の上端は
台座１４に形成された貫通孔１６に接続される。そし
て、測定対象となる流体は、前記流体導入孔５と、支持
台１２の孔１５と、台座１４の貫通孔１６とによって前
記圧力センサチップ２１に導かれる。
【０００５】ケース１３にはその内外を貫通する中継基
板１７が設けられ、この中継基板１７と前記圧力センサ
チップ２１との間は内部配線１８により連絡されるとと
もに、中継基板１７の外側には、前記リード線６と接続
するための入出力端子１９が設けられている。圧力セン
サチップ２１は、図９に示されるように、前記台座１４
上に固定されるダイアフラム３１と、このダイアフラム
３１上に形成される半導体素子４１および電極配線５１
とを含んで形成される。ダイアフラム３１は、台座１４
と接合される脚部３２と測定対象となる流体の圧力変化
に応じて変形する感圧部となる基板３３とを有し、この
基板３３の上に絶縁膜３４を介して半導体素子４１が形
成されるとともに、半導体素子４１の上面は、前記電極
配線５１を接続するための開口を形成した保護膜３５で
覆われ、さらにその上には電極配線５１が形成されて保
護膜３５の開口部分で半導体素子４１と接続されてい
る。
【０００６】前記基板３３上には、図１０の模式図に示
されるように、半導体素子４１が４箇所形成され、これ
らの半導体素子４１を前記電極配線５１によって互いに
連絡して４つの半導体素子４１を歪みゲージとするブリ
ッジ回路５２を形成し、このブリッジ回路５２の端部に
設けられた入出力端子５３に前記内部配線１８が接続さ
れている。そして、前述した基板３３の変形は、半導体
素子４１により電気信号に変換され、この電気信号は電
極配線５１、内部配線１８、中継基板１７、入出力端子
１９、リード線６によって外部の信号処理手段に伝達さ
れる。
【０００７】ところで、このような構造の圧力センサ１
は、高温水蒸気の圧力検出やエンジン燃焼系の圧力検出
や樹脂射出成形圧力の検出に使用されることがあり、こ
のような高温環境下においては、上述した圧力センサチ
ップ２１のように基板３３と半導体素子４１との間に絶
縁膜３４が形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ＯｎＩ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）型圧力センサチップが用いられる。
そして、従来のＳＯＩ型圧力センサチップ２１の半導体
素子の電極構造７１では、図１１の部分拡大断面図に示
すように、シリコンからなる半導体素子４１の一部にホ
ウ素を混入してコンタクト部４２を形成し、このコンタ
クト部４２にアルミニウム製の前記電極配線５１を接合
していた。
【０００８】しかし、このような構造の圧力センサチッ
プ２１では、圧力センサ１の内部が３００℃以上の高温
雰囲気になると、電極配線５１のアルミニウムが半導体
素子４１のシリコンと反応して拡散し、半導体素子４１
の抵抗が部分的に変化するので、高温環境下における正
確な歪み抵抗値を得ることが困難であるという問題があ
る。このため、図１２に示されるように、電極配線１５
１を金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）のい
ずれかとし、この電極配線１５１および前記コンタクト
部４２の間に、高融点窒化金属（窒化チタン）からなる
バリア層６１と、高融点金属（チタン）層６２とを介装
した半導体素子の電極構造１７１が特開平４−３５０９
７３号公報で開示されている。このような半導体素子の
電極構造１７１であれば、バリア層６１によって電極配
線１５１の金属が半導体素子４１のシリコン中に拡散す
ることがなくなり、半導体素子４１の歪み抵抗値が高温
環境下で変化することもない。尚、高融点金属層である
チタン層６２は前述したコンタクト部４２とのオーミッ
ク接触を確保するために介装されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体素子の電極構造１７１では、電極配線１５１
とバリア層６１とが接合されることとなるが、高融点金
属窒化物（窒化チタン）とＡｕ、Ｐｔ、Ｎｉとの付着力
が弱いため、当該接合面で剥離する場合があり、歪みな
どの物理量を検出するセンサチップとして安定した性能
を発揮できないことがあるという問題がある。
【００１０】本発明の目的は、電極配線の金属が半導体
素子のシリコンに拡散することがなく、かつ半導体素子
のコンタクト部と電極配線との付着力を強固にすること
のできる半導体素子の電極構造およびその製造方法を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体素子
の電極構造は、基板上に形成されたシリコンからなり前
記基板の物理量を検出して電気信号に変換する半導体素
子上に形成されるとともに、前記電気信号を外部に伝達
する半導体素子の電極構造であって、前記半導体素子の
コンタクト部上に形成された高融点金属窒化物からなる
バリア層と、このバリア層の上に形成された電極配線と
を有し、前記バリア層は、その厚さ方向位置に応じて前
記高融点金属窒化物の組成比が異なっていることを特徴
とする。ここで、高融点金属窒化物とは、窒化チタン等
の耐熱性の良好なものであり、電極配線を構成する金属
成分がシリコン製の半導体素子に拡散することを防止で
きるバリア性を備えたものをいう。
【００１２】このような本発明によれば、バリア層を構
成する高融点金属窒化物の組成比が厚さ方向に応じて異
なっているので、バリア層に段階的または連続的に異な
る性能を持たせることが可能となる。従って、バリア層
のある部分ではバリア性を重視した組成比とし、他の部
分では他部材との付着性を重視した組成比とすることが
可能となり、このようなバリア層を備えたセンサチップ
であれば、上述した問題も解決され、３００℃以上の高
温状態においても安定した性能が発揮される。
【００１３】以上において、バリア層としては、その層
内に電極配線を構成する金属が半導体素子に拡散するこ
とを防止するバリア性を備え、バリア層および電極配線
の接合境界部と、バリア層およびコンタクト部の接合境
界部との少なくともいずれか一方におけるバリア層部分
の高融点金属の組成比は、当該バリア層と接合される対
象に対する付着が強固となるように設定されたバリア層
とするのが好ましい。ここで、「高融点金属の組成比を
付着が強固となるように設定する」とは、薄膜と基板と
の付着力測定に用いられるいわゆる引っ張り法、引き剥
がし法による試験を行った場合、バリア層および電極配
線間、バリア層および半導体素子のコンタクト部間のい
ずれにおいても層間剥離が生じないような付着力を有す
る高融点金属窒化物の組成比をいう。具体的には、例え
ば、高融点金属窒化物が窒化チタンであれば、窒化チタ
ンに対するチタン成分の割合が６０％以上でありかつ限
りなく純粋な金属チタンに近くなるような組成比をい
う。
【００１４】一方、バリア層の層内における高融点金属
窒化物は、バリア性を損なわないような組成比となって
いることが好ましく、例えば上述した窒化チタンであれ
ば、窒化チタンに対するチタン成分の割合が６０％未満
であれば、バリア機能が維持される。バリア層が上述し
た高融点金属窒化物の組成比となっていれば、接合境界
部における層間剥離を生じることがなくかつバリア性を
損なうこともないので、センサチップの性能が一層安定
化される。尚、上述した半導体素子の電極構造では、コ
ンタクト部とバリア層との付着性よりも電極配線とバリ
ア層との付着性の方が弱く、主として電極配線とバリア
層との付着を強固にすれば本発明の目的が達成される。
【００１５】また、バリア層としては、高融点金属窒化
物の組成比が互いに異なる膜を積層した多層構造となっ
たバリア層を採用するのが好ましい。すなわち、バリア
層が多層構造となっていることにより、一定組成比の高
融点金属窒化物の膜を段階的に形成することが可能とな
り、各々の膜にバリア性、付着性等要求性能に応じた性
質を持たせることが可能となる。さらに、上述したバリ
ア層を構成する高融点金属窒化物は、同一金属の窒化物
であるのが好ましい。すなわち、同一金属の窒化物によ
りバリア層を形成すれば、異種金属窒化物間の付着性を
検討する必要もなく、スパッタリングによる膜形成に際
してもターゲットとなる金属の種類の変更をする必要も
なくバリア層形成の工程の合理化を図ることができる。
【００１６】また、上述した高融点金属窒化物は窒化チ
タンであるのが好ましく、バリア層は、電極配線との接
合境界部に配置される第１の窒化チタン膜と、この下部
に配置される第２の窒化チタン膜とを有し、第１の窒化
チタン膜の組成比は、窒化チタンに対するチタンの原子
数割合が６２％〜７５％であるとともに、第２の窒化チ
タン膜の組成比は、窒化チタンに対するチタンの原子数
割合が５０％〜５９％であるのが好ましい。上述した組
成の第１の窒化チタン膜と第２の窒化チタン膜とを積層
してバリア層とすれば、電極配線との付着性を確保しか
つバリア性を維持した高性能の半導体素子の電極構造を
形成することが可能となる。
【００１７】また、本発明に係る半導体素子の電極構造
の製造方法は、基板上に形成されたシリコンからなり当
該基板の物理量を検出して電気信号に変換する半導体素
子上に形成されるとともに、前記電気信号を外部に伝達
する半導体素子の電極構造の製造方法であって、前記半
導体素子の電極構造は、前記半導体素子のコンタクト部
上に形成された高融点金属窒化物からなるバリア層と、
このバリア層の上に形成された電極配線とを有し、当該
バリア層がその厚さ方向位置に応じて前記高融点金属窒
化物の組成比が異なる膜を積層した多層構造となってい
て、前記バリア層は、高融点金属をターゲットとして不
活性ガス中に窒素ガスを添加した雰囲気中で行われるリ
アクティブスパッタリングにより形成され、当該バリア
層を構成する各々の膜は、前記窒素ガスの添加量を時間
とともに段階的に変化させて形成されることを特徴とす
る。
【００１８】このような本発明によれば、窒素ガスの添
加量を変化させるだけで上述したバリア層を備えた半導
体素子の電極構造を形成することが可能となり、バリア
層形成の合理化が図られるとともに、窒素ガスの添加量
を段階的に変化させることにより、窒素ガスの添加量を
常に調整する必要がなくなるので、バリア層形成のため
の工程作業の簡単化が図られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。尚、既に説明した部材または部分と同一の
部材または部分については、同一符号を付してその説明
を省略または簡略する。図１には、本発明の実施形態に
係る半導体素子の電極構造の部分拡大図が示されてお
り、背景技術における図１１または図１２に相当する図
である。半導体素子の電極構造２７１は、基板３３上に
形成されるシリコン製の半導体素子４１と、この半導体
素子４１のコンタクト部４２上に形成された高融点金属
窒化物である窒化チタンからなるバリア層２６１と、こ
のバリア層２６１の上に形成された電極配線１５１とを
含んで形成されている。
【００２０】この電極配線１５１との接合境界部には、
前記バリア層２６１を構成する第１の窒化チタン膜２６
１Ａが配置され、さらに第１の窒化チタン膜２６１Ａの
下部には当該第１のチタン膜２６１Ａとは窒化チタンの
組成比の異なる第２の窒化チタン膜２６１Ｂが配置さ
れ、前記バリア層２６１は２層構造をなしている。第１
の窒化チタン膜２６１Ａは、上部に配置される電極配線
１５１との付着を強固にするために、チタン分の多い組
成となっていて、具体的には窒化チタンに対するチタン
の原子数割合が６２％〜７５％となっている。第２の窒
化チタン膜２６１Ｂは、３００℃以上の高温雰囲気中で
電極配線１５１中の金属が半導体素子４１に熱拡散する
のを防止するために、チタン分の少ない組成となってい
て、具体的には、窒化チタンに対するチタンの原子数割
合が５０％〜５９％となっている。尚、第１の窒化チタ
ン膜２６１Ａの膜厚Ｔ１は５００Å〜１０００Å、第２
の窒化チタン膜２６１Ｂの膜厚Ｔ２は３０００Å〜４０
００Åとなっていて、膜厚Ｔ２に対して膜厚Ｔ１は十分
小さな厚さ寸法となっている。また、電極配線１５１
は、耐熱性の良好な金属を採用するのが望ましいので、
前述した金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）
のうち、金（Ａｕ）によって形成されている。
【００２１】このような半導体素子の電極構造２７１
は、マグネトロンスパッタリングにより形成される。予
め、保護膜３５にコンタクト部４２と電極配線１５１と
を接続するための開口を形成した後、２種類の窒化チタ
ンからなるバリア層２６１をリアクティブスパッタリン
グにより形成する。
【００２２】具体的には、ターゲットをチタンとするス
パッタリング装置を用いて、まず、第１の窒化チタン膜
２６１Ａの組成比となるようにアルゴンガス中に窒素ガ
スを添加してスパッタリングを行う。第１の窒化チタン
膜２６１Ａに必要な膜厚さが確保された後、第２の窒化
チタン膜２６１Ｂの組成比となるように窒素ガスの添加
量を調整する。そして、第２の窒化チタン膜２６１Ｂの
必要厚さが確保された後、最後に、純粋なアルゴンガス
雰囲気中で金（Ａｕ）をターゲットとしてマグネトロン
スパッタリングを行い、電極配線１５１を形成する。
【００２３】以上のような実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。バリア層２６１を構成する窒化チタン
の組成比が第１の窒化チタン膜２６１Ａと第２の窒化チ
タン膜２６１Ｂとで異なっているので、その各々で異な
る性能を持たせることができる。すなわち、第１の窒化
チタン膜２６１Ａには電極配線１５１との付着性能を持
たせ、第２の窒化チタン膜２６１Ｂにはバリア性能を持
たせることにより、半導体素子の電極構造２７１をバリ
ア性と付着性の良好な電極構造とすることができる。従
って、バリア層２６１を備えたこのような半導体素子の
電極構造２７１を組み込んだセンサチップであれば、３
００℃以上の高温雰囲気であっても、安定した性能を発
揮することができる。
【００２４】また、バリア層２６１が第１の窒化チタン
膜２６１Ａおよび第２の窒化チタン膜２６１Ｂという同
一金属の窒化物からなっているので、リアクティブスパ
ッタリングによるバリア層の形成に際して、アルゴンガ
ス中の窒素ガス添加量を１回調整するだけで、上記性能
を具備するバリア層を形成することができるので、バリ
ア層形成工程の合理化および簡単化を図ることができ
る。
【００２５】
【実施例】上述した第１の窒化チタン膜２６１Ａおよび
第２の窒化チタン膜２６１Ｂの組成比は、具体的には、
次のようにして決定している。まず、リアクティブスパ
ッタリングにおいて、窒素ガス添加量と形成される窒化
チタン膜の組成比との関係をオージェ電子分光による定
量分析によって求めた。その結果、図２に示すように、
スパッタリング装置中の窒素流量比、すなわち装置内の
全ガス量に対する窒素ガスの割合が増加するに従って、
窒化チタンは、グラフＬ１に示すように窒化チタンに対
するチタンの原子数割合が低下していき、窒素流量比が
略５０％で平衡状態となることがわかった。
【００２６】「バリア性の評価」基板３３上に形成され
た半導体素子４１上に、チタンの原子数割合が７９％、
７５％、６２％、５９％、５６％、５３％、５０％とい
う７種類の異なる窒化チタンによって、図１における第
２の窒化チタン膜２６１Ｂ（膜厚３０００Å〜４０００
Å）を７種類形成した。そして、これらの第２の窒化チ
タン膜２６１Ｂ上に金（Ａｕ）からなる電極配線１５１
を形成し、４５０℃、５００℃、５５０℃の高温雰囲気
で１時間放置してそれぞれの窒化チタン膜のバリア性を
確認した。その結果を表１に示す。尚、表１中のバリア
性の確認は、次のような評価を基準としている。 ◎ バリア性は良好で半導体素子への拡散は認められな
い。 △ 部分的に拡散が生じ、半導体素子が部分的に合金化
している。 × 当該温度条件におけるバリア性はなく、半導体素子
が全て合金化している。
【００２７】
【表１】
【００２８】これにより、前述した第２の窒化チタン膜
２６１Ｂとしては、チタン原子数割合が５０％〜５９％
の窒化チタンをすれば、バリア性が十分確保できること
がわかった。
【００２９】「付着性の評価」チタン原子数割合５０％
の窒化チタンを第２の窒化チタン膜２６１Ｂ（膜厚４０
００Å）として、この第２の窒化チタン膜２６１Ｂ上
に、チタンの原子数割合が７９％、７５％、６２％、５
９％、５６％、５３％、５０％という７種類の異なる窒
化チタンによって、図１における第１の窒化チタン膜２
６１Ａ（膜厚５００Å〜１０００Å）を７種類形成し
た。そして、バリア性の評価と同様に、各々の第１の窒
化チタン膜２６１Ａの上に電極配線１５１（Ａｕ）を形
成した半導体素子の電極構造２７１についてそれぞれの
付着性を評価した。
【００３０】ここで、付着性の評価は、引き剥がし法お
よび引っ張り法による試験を行い、引き剥がし法による
試験は、図３に示すように、半導体素子４１上にバリア
層２６１、電極配線１５１を積層形成した電極構造２７
１に幅２０mmのテープ８１を貼り、テープ８１をＰ方向
に剥がした後に当該半導体素子の電極構造２７１の剥が
れ状況を確認したものである。一方、引っ張り法による
試験は、図４に示すように、半導体素子４１上にバリア
層２６１、電極配線１５１を積層形成した電極構造２７
１の電極配線１５１の上面に金属細線（Ａｕ線 φ０．
０５mm）８２をボールボンディングし、当該金属細線８
２をＵ方向に引っ張った後に半導体素子の電極構造２７
１の剥がれ状況を確認したものである。
【００３１】また、上記付着性の確認に加えて、上述し
た半導体素子の電極構造２７１を４５０℃、５００℃、
５５０℃の高温雰囲気で１時間放置して、第１の窒化チ
タン膜２６１Ａと電極配線１５１との合金化状態を確認
した。このような試験を加えたのは、電極配線１５１が
合金化すると電極配線の抵抗値に変化が生ずるととも
に、電極配線１５１に接合して外部に配線するための金
属細線が剥離する不具合が生じ、適切な電気信号を外部
の信号処理手段に伝達することができなくなってしまう
ためである。以上の３種類の試験を行った結果を表２に
示す。
【００３２】尚、表２中の付着性の確認は、次のような
評価を基準としている。 ◎ 付着性は良好で電極配線の剥離は認められない。 △ １０％程度の電極配線の剥離が認められる。 × 電極配線が剥離し、付着性が良好とは言い難い。 また、表２中の合金化状態の確認は、次のような評価を
基準としている。 ◎ 合金化はなく、状態は良好である。 ○ 合金化が若干認められるが、状態はほぼ良好であ
る。 △ 合金化が一部に認められる。 × 合金化した部分が多く、状態不良である。
【００３３】
【表２】
【００３４】これにより、第１の窒化チタン膜２６１Ａ
としては、チタン原子数割合が６２％〜７５％の窒化チ
タンを採用すると、電極配線１５１との付着性が良好で
あり、かつ電極配線１５１との合金化もほとんどないこ
とがわかった。
【００３５】上述の試験結果に基づいて、第１の窒化チ
タン膜２６１Ａのチタン原子数割合を７０％とし、第２
の窒化チタン膜２６１Ｂのチタン原子数割合を５０％と
した半導体素子の電極構造２７１を形成した。そして、
３００℃という高温雰囲気中に長時間暴露して、半導体
素子４１のコンタクト部４２および第２の窒化チタン膜
２６１Ｂの間の抵抗値の変化率と、電極配線１５１およ
び第１の窒化チタン膜２６１Ａの間の抵抗値の変化率を
測定した。
【００３６】コンタクト部４２および第２の窒化チタン
膜２６１Ａの間の抵抗値の変化率は、図５に示されるグ
ラフＬ２のように、３００℃という高温雰囲気中に５０
０時間以上放置しても抵抗値の変化がほとんど認められ
ず、第２の窒化チタン膜２６１Ｂの優れたバリア性を確
認することができた。尚、図５中グラフＬ３は背景技術
の図１１に示される半導体素子の電極構造７１の抵抗変
化率を測定したものであり、抵抗値が大きく変動してい
るのがわかる。
【００３７】電極配線１５１および第１の窒化チタン膜
２６１Ａの間の抵抗値の変化率は、図６に示されるグラ
フＬ４のように、３００℃という高温雰囲気中に５００
時間以上放置しても、やはり抵抗値の変化はほとんど認
められず、第１の窒化チタン膜２６１Ａが電極配線１５
１と付着性が良好であり、かつ電極配線１５１との合金
化も生じることのないものであることが確認できた。
尚、図６におけるグラフＬ５は、背景技術の図１１に示
される半導体素子の電極構造７１の抵抗値の変化率を測
定したものであり、前述と同様に抵抗値が大きく変化し
ているのがわかる。
【００３８】尚、本発明は、前述の実施形態に限定され
るものではなく、次に示すような変形をも含むものであ
る。すなわち、前述の実施形態では、第１の窒化チタン
膜２６１Ａのチタン原子数割合として６２％〜７５％の
ものを採用し、第２の窒化チタン膜２６１Ｂとして５０
％〜５９％のものを採用し、３００℃という高温雰囲気
における長期耐久性を確認していたが、これに限らず、
第１の窒化チタン膜、第２の窒化チタン膜の組成比の決
定に際しては、実際の使用場面での温度条件、要求され
る耐久性等を考慮して適宜設定すればよい。
【００３９】また、前述の実施形態では、半導体素子の
電極構造２７１はバリア層２６１が第１の窒化チタン膜
２６１Ａと第２の窒化チタン膜２６１Ｂとからなる２層
構造であったが、これに限らず、図７に示すように、第
１の窒化チタン膜２６１Ａと、この下部に配置される第
２の窒化チタン膜２６１Ｂと、さらにこの第２の窒化チ
タン膜２６１Ｂとコンタクト部４２との間に窒化チタン
またはチタンからなる第３の膜３６１Ｃを備えた３層構
造のバリア層３６１を備えた半導体素子の電極構造３７
１であってもよい。この場合、第３の膜３６１は、コン
タクト部４２とのオーミック接触を一層良好にするため
に介装されるものであり、半導体素子４１が単結晶であ
る場合には、第３の膜の組成をチタンリッチとすること
が望ましく、その膜厚は、第１の窒化チタン膜２６１Ａ
と同様に５００Å〜１０００Å程度とするのが好まし
い。
【００４０】さらに、前述の実施形態では、バリア層２
６１の窒化チタンの組成比は段階的に変化していたが、
これに限らず、窒化チタンの組成比がその厚さ方向位置
に応じて連続的に変化するようなバリア層であってもよ
い。要するに、バリア層の厚さ方向位置に応じて、当該
位置におけるバリア性、付着性等の機能を確保できるよ
うな構造であれば、本発明の目的を達成することができ
る。
【００４１】そして、前述の実施形態では、高融点金属
窒化物は窒化チタンとしていたが、これに限らず、他の
金属窒化物によってバリア層を形成してもよい。要する
に、本発明におけるバリア層は、高温雰囲気においても
熱拡散によって半導体素子が合金化することがなく、か
つ電極配線との付着性が良好なバリア層であれば、本発
明の目的を達成することができる。
【００４２】また、前述の実施形態では、電極構造、配
線構造をマグネトロンスパッタリングにより形成してい
たが、これに限らず、イオンビームスパッタリング等他
のスパッタリングによって形成してもよい。要するに、
バリア層の形成に際してリアクティブスパッタリングが
併用できるような方法であればよい。さらに、圧力セン
サチップ２１は、基板にサファイアを用いて、その上に
半導体素子４１を形成した、いわゆるＳＯＳ（Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ Ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）型圧力センサチップ
であってもよい。その他、本発明の実施の際の具体的な
構造および形状等は本発明の目的を達成できる範囲で他
の構造等としてもよい。
【００４３】
【発明の効果】前述のような本発明の半導体素子の電極
構造によれば、バリア層を構成する高融点金属窒化物の
組成比が厚さ方向に応じて変化させてバリア層に段階的
または連続的に異なる性能を持たせることができるの
で、電極配線の金属が半導体素子のシリコンに拡散する
ことがなく、かつ半導体素子のコンタクト部と電極配線
との付着力を強固にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体素子の電極構造
を表す部分断面図である。
【図２】前述の実施形態におけるバリア層を構成する窒
化チタンの組成比と、リアクティブスパッタリングにお
ける窒素流量比の関係を表す相関図である。
【図３】前述の実施形態のバリア層の付着性確認のため
の引き剥がし法による試験方法を表す断面図である。
【図４】前述の実施形態のバリア層の付着性確認のため
の引っ張り法による試験方法を表す断面図である。
【図５】前述の実施形態における高温雰囲気への暴露時
間と、バリア層およびコンタクト部の抵抗変化率との関
係を表す関係図である。
【図６】前述の実施形態における高温雰囲気への暴露時
間と、バリア層および電極配線の間の抵抗変化率との関
係を表す関係図である。
【図７】前述の実施形態の変形となる半導体素子の電極
構造を表す部分断面図である。
【図８】従来例における半導体素子の電極構造を用いた
圧力センサチップを利用した圧力センサを表す断面図で
ある。
【図９】従来の圧力センサチップを表す断面図である。
【図１０】従来の圧力センサチップ上に形成された電極
配線を表す模式図である。
【図１１】従来の半導体素子の電極構造を表す部分断面
図である。
【図１２】従来の半導体素子の電極構造を表す部分断面
図である。
【符号の説明】
３３ 基板 ４１ 半導体素子 ４２ コンタクト部 １５１ 電極配線 １７１、２７１、３７１ 半導体素子の電極構造 ２６１、３６１ バリア層 ２６１Ａ 第１の窒化チタン膜 ２６１Ｂ 第２の窒化チタン膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に形成されたシリコンからなり当該
    基板の物理量を検出して電気信号に変換する半導体素子
    上に形成されるとともに、前記電気信号を外部に伝達す
    る半導体素子の電極構造であって、 前記半導体素子のコンタクト部上に形成された高融点金
    属窒化物からなるバリア層と、このバリア層の上に形成
    された電極配線とを有し、 前記バリア層は、その厚さ方向位置に応じて前記高融点
    金属窒化物の組成比が異なっていることを特徴とする半
    導体素子の電極構造。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の半導体素子の電極構造に
    おいて、 前記バリア層はその層内に前記電極配線を構成する金属
    が前記半導体素子に拡散することを防止するバリア性を
    備えるとともに、 前記バリア層および前記電極配線の接合境界部と、前記
    バリア層および前記コンタクト部の接合境界部との少な
    くともいずれか一方における前記バリア層部分は、当該
    バリア層を形成する高融点金属窒化物の組成比が当該バ
    リア層に接合される対象に対する付着が強固となるよう
    に設定されていることを特徴とする半導体素子の電極構
    造。
  3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の半導体素
    子の電極構造において、前記バリア層は、前記高融点金
    属窒化物の組成比が互いに異なる膜を積層した多層構造
    となっていることを特徴とする半導体素子の電極構造。
  4. 【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半
    導体素子の電極構造において、前記高融点金属窒化物は
    同一金属の窒化物であることを特徴とする半導体素子の
    電極構造。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の半導体素子の電極構造に
    おいて、 前記高融点金属窒化物は窒化チタンであるとともに、前
    記バリア層は、前記電極配線に接して配置される第１の
    窒化チタン膜と、この第１の窒化チタン膜の下部に配置
    される第２の窒化チタン膜とを有し、 前記第１の窒化チタン膜は、前記電極配線との付着が強
    固となるような組成比であり、 前記第２の窒化チタン膜は、前記電極配線を構成する金
    属成分が前記半導体素子のコンタクト部に拡散すること
    を防止できる組成比であることを特徴とする半導体素子
    の電極構造。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の半導体素子の電極構造に
    おいて、 前記第１の窒化チタン膜の組成比は、窒化チタンに対す
    るチタンの原子数割合が６２％〜７５％であるととも
    に、前記第２の窒化チタン膜の組成比は、窒化チタンに
    対するチタンの原子数割合が５０％〜５９％であること
    を特徴とする半導体素子の電極構造。
  7. 【請求項７】基板上に形成されたシリコンからなり当該
    基板の物理量を検出して電気信号に変換する半導体素子
    上に形成されるとともに、前記電気信号を外部に伝達す
    る半導体素子の電極構造の製造方法であって、 前記半導体素子の電極構造は、前記半導体素子のコンタ
    クト部上に形成された高融点金属窒化物からなるバリア
    層と、このバリア層の上に形成された電極配線とを有
    し、 当該バリア層がその厚さ方向位置に応じて前記高融点金
    属窒化物の組成比が異なる膜を積層した多層構造となっ
    ていて、 前記バリア層は、高融点金属をターゲットとして不活性
    ガス中に窒素ガスを添加した雰囲気中で行われるリアク
    ティブスパッタリングにより形成され、 当該バリア層を構成する各々の膜は、前記窒素ガスの添
    加量を時間とともに段階的に変化させて形成されること
    を特徴とする半導体素子の電極構造の製造方法。
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