JPS5810855B2 - Tasou High Senkou Zou no Seihou - Google Patents

Tasou High Senkou Zou no Seihou

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JPS5810855B2
JPS5810855B2 JP50011213A JP1121375A JPS5810855B2 JP S5810855 B2 JPS5810855 B2 JP S5810855B2 JP 50011213 A JP50011213 A JP 50011213A JP 1121375 A JP1121375 A JP 1121375A JP S5810855 B2 JPS5810855 B2 JP S5810855B2
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conductive layer
insulating film
layer
hole
etching
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神沢亮策
八木秀幸
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種半導体装置や各種集積化回路装置に利用
するに好適な多層配線構造の製法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer wiring structure suitable for use in various semiconductor devices and various integrated circuit devices.

近年、半導体装置の高密度集積化が図られる一方、高信
頼性でしかも量産に適した製造方法が要求されている。
In recent years, as semiconductor devices have become more densely integrated, there has been a demand for manufacturing methods that are highly reliable and suitable for mass production.

特に、半導体基板からの電極取出しにおける多層化配線
ないし外部電極引出しのためのフェースダウンボンディ
ングによるセラミック基板への取付方法などは種々の改
良が加えられ上記要求を徐々に満しつつある。
In particular, various improvements have been made to multilayer wiring for extracting electrodes from semiconductor substrates, or methods for attaching them to ceramic substrates by face-down bonding for extracting external electrodes, gradually meeting the above requirements.

第1図および第2図は、従来の代表的な多層配線構造を
断面にて示すものである。
FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of typical conventional multilayer wiring structures.

これについて簡単に説明すると、第1図及び第2図の場
合とも、所定の電気的機能を果す半導体素子が形成され
た半導体基板1上にSiO2膜などの第1絶縁膜2を形
成し、電極取出しのための孔をこの第1の絶縁膜に設け
た後、第1導電層3(例えばAlからなる)を蒸着法な
どにより第1絶縁膜2上に形成する。
To briefly explain this, in both the cases of FIG. 1 and FIG. After providing a hole for extraction in the first insulating film, a first conductive layer 3 (made of Al, for example) is formed on the first insulating film 2 by a vapor deposition method or the like.

次にガラスやSiO2などにより第2絶縁膜4を気相反
応法やスパッタ法を利用して形成し、つづいてホトエツ
チングにより上下層接触領域6を露呈させる孔を第2絶
縁膜4に設ける。
Next, a second insulating film 4 is formed of glass, SiO2, etc. using a vapor phase reaction method or a sputtering method, and then a hole is formed in the second insulating film 4 by photoetching to expose the upper and lower layer contact regions 6.

さらに、第1図の場合には、第2絶縁膜4上に、接触領
域6で第1導電層と電気接触するAlなどからなる第2
導電層5を形成し、第2図の場合には、フェースダウン
ボンディング用のメタルパッドからなる第2導電層5を
同様に形成する。
Furthermore, in the case of FIG.
A conductive layer 5 is formed, and in the case of FIG. 2, a second conductive layer 5 consisting of a metal pad for face-down bonding is similarly formed.

第2図の場合のメタルパッドとしては通常Cr−Cu−
Auの3層構造が用いられる。
The metal pad in the case of Fig. 2 is usually Cr-Cu-
A three-layer structure of Au is used.

これらの構成の他に、図示していないが、第1図の2層
配線構造上に第2図の如きメタルパッドによる電極引出
し構造を設ける場合もある。
In addition to these structures, although not shown, an electrode lead-out structure using metal pads as shown in FIG. 2 may be provided on the two-layer wiring structure shown in FIG. 1.

上述の如き従来の多層配線形成方法によれば、上下層間
の接触領域6における電気接触が確実且つ低抵抗に得ら
れ難いとい5問題点がある。
According to the conventional multilayer wiring forming method as described above, there are five problems in that it is difficult to obtain reliable and low resistance electrical contact in the contact area 6 between the upper and lower layers.

この原因は、第1に、従来、Al蒸着膜をエッチしにく
いとされていたSiO2用HF−NH4エッチ液が必ず
しも十分な選択性を持っていないことによる。
The first reason for this is that the HF-NH4 etchant for SiO2, which has conventionally been considered difficult to etch Al deposited films, does not necessarily have sufficient selectivity.

すなわち、例えばAl蒸着膜の下地がSiO2等の絶縁
物である場合そのエッチ速度は40〜50A/minで
あり、下地がp型紙抵抗シリコンの場合は80〜120
A/minであり、下地がn型低抵抗シリコンの場合は
150〜250A/minとなり、このようにエッチ速
度が大きくなると、上記エッチ液でガラスやSiO2の
膜をエッチしているときに、しばしば下地の有用なA[
蒸着膜をもエッチしてしまい、その表面を変質させてし
まうからである。
That is, for example, when the base of the Al deposited film is an insulating material such as SiO2, the etch rate is 40 to 50 A/min, and when the base is p-type paper resistance silicon, the etch rate is 80 to 120 A/min.
A/min, and when the base is n-type low-resistance silicon, it is 150 to 250 A/min. When the etch rate increases like this, it often occurs when etching a glass or SiO2 film with the above etchant. Useful base A [
This is because the deposited film is also etched and its surface is altered.

第2には、エツチング処理により第1層のAA蒸着膜の
表面に不純物が付着したり、薄い絶縁膜が生ずるためで
ある。
The second reason is that impurities may adhere to the surface of the first layer of AA deposited film or a thin insulating film may be formed due to the etching process.

すなわち、第1層のAl蒸着が終り、蒸着膜の表面が大
気中にさらされたときにその表面に40〜100A程度
の酸化膜が形成されるため上下層間の確実且つ低抵抗の
接触が得られないのである。
That is, when the first layer of Al vapor deposition is completed and the surface of the vapor-deposited film is exposed to the atmosphere, an oxide film of about 40 to 100 A is formed on the surface, so that reliable and low-resistance contact between the upper and lower layers can be achieved. It cannot be done.

この他にも、第2絶縁膜のエッチ不足などが良好な電気
接触を得るのを防げている。
In addition to this, insufficient etching of the second insulating film, etc., prevents obtaining good electrical contact.

従って、下層導電層の表面に生ずる有害な酸化膜や腐蝕
生成物をなくさない限り上下層間の確実且つ低抵抗の電
気接触が、得られないことになる。
Therefore, reliable and low-resistance electrical contact between the upper and lower layers cannot be achieved unless harmful oxide films and corrosion products generated on the surface of the lower conductive layer are eliminated.

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、確実且つ低抵
抗の電気接触を上下層間にて確保することのできる多層
配線構造の製法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multilayer wiring structure that can solve the above-mentioned problems and ensure reliable, low-resistance electrical contact between upper and lower layers.

本発明によれば、この目的は、接続孔形成のためのエツ
チング時にそのエツチングに耐えうるCr、Ni、Ti
、Mo、W、Pd、Pt、Inのいずれかの金属層で下
層の導電層の前記接続孔に対応する部分をおおっておく
ことにより達成される。
According to the present invention, this purpose is to use Cr, Ni, and Ti that can withstand etching during etching for forming connection holes.
, Mo, W, Pd, Pt, or In by covering the portion of the lower conductive layer corresponding to the contact hole.

酸化膜の生成を軽減するためには、この場合、該金属層
を耐酸化性金属で形成するのが望ましい。
In order to reduce the formation of an oxide film, it is desirable in this case to form the metal layer with an oxidation-resistant metal.

また、耐酸化性金属を用いない場合には、該金属層を真
空中など非酸化性雰囲気内で例えばスパッタエッチ法に
より除去するのが好ましい。
Further, when an oxidation-resistant metal is not used, it is preferable to remove the metal layer in a non-oxidizing atmosphere such as in a vacuum by, for example, sputter etching.

以下、実施例について本発明の製法を詳述する。Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to Examples.

第3図a、bは、本発明の第1の実施例による製造工程
を示すものである。
FIGS. 3a and 3b show the manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

まず、aに示すように、例えばシリコンからなる半導体
基板1の表面に、熱酸化法や化学気相反応法によりSi
O2などからなる第1の絶縁膜2を形成する。
First, as shown in a, Si is deposited on the surface of a semiconductor substrate 1 made of, for example, silicon by a thermal oxidation method or a chemical vapor phase reaction method.
A first insulating film 2 made of O2 or the like is formed.

この第1絶縁膜に電極取出し用の孔を形成した後、Al
を膜厚2μになるように真空蒸着し、つづいて真空を破
ることなく、Crを厚さ0.1μになるように真空蒸着
し、その後大気中に出して不要部をホトエツチングによ
り除去して、Alからなる第1導電層3とCrからなる
保護用金属層8との2重層を形成する。
After forming a hole for taking out the electrode in this first insulating film,
Then, without breaking the vacuum, Cr was vacuum-deposited to a thickness of 0.1μ, after which it was exposed to the atmosphere and unnecessary parts were removed by photo-etching. A double layer of a first conductive layer 3 made of Al and a protective metal layer 8 made of Cr is formed.

この金属層8は、導電層30表面を不純物付着、酸化、
過剰エッチから保護するためのものである。
This metal layer 8 prevents the surface of the conductive layer 30 from being contaminated with impurities, oxidation, etc.
This is to protect against excessive etching.

上記ホトエツチングの場合、例えばフェリシアン化カリ
−か性カリ溶液をエッチ液として用いる。
In the case of the above photoetching, for example, a ferricyanide potassium solution is used as the etchant.

次に、高周波スパッタ法によりSiO2からなる第2絶
縁膜4を約3μの厚さで形成し、再びホトエツチングに
より接続孔7を金属層8の一部分を露呈させるように形
成する。
Next, a second insulating film 4 made of SiO2 is formed to a thickness of about 3 .mu.m by high frequency sputtering, and a contact hole 7 is formed by photoetching again so as to expose a portion of the metal layer 8.

この場合のエッチ液は、HF−NH4F水溶液を用いる
In this case, an HF-NH4F aqueous solution is used as the etchant.

さらに、第1図aの構造物を、スパッタエッチ機構をそ
なえた真空蒸着装置の真空容器内にセットし、第1図す
に示すように、スパッタエッチにより接続孔7中の金属
層8の一部分を除去する。
Further, the structure shown in FIG. 1a is set in a vacuum chamber of a vacuum evaporation apparatus equipped with a sputter etching mechanism, and a portion of the metal layer 8 in the connection hole 7 is etched by sputter etching, as shown in FIG. remove.

0.1μのCr蒸着膜でできた層8のスパッタエッチの
条件は、直流2極法で3×1O−2Torrのアルゴン
雰囲気で2KVの電圧を加えて2分間行う。
The sputter etching of the layer 8 made of a 0.1 .mu.m thick Cr vapor deposited film is carried out using a DC bipolar method in an argon atmosphere of 3.times.1 O@-2 Torr with a voltage of 2 KV applied for 2 minutes.

このスパッタエッチ終了後直ちに装置を高真空の蒸着モ
ードに切換えてAlを厚さ約2μで蒸着し、さらに、必
要なパターンになるようにホトエッチ処理してAlから
なる第2導電層5を形成する。
Immediately after completing this sputter etching, the apparatus is switched to a high vacuum evaporation mode to evaporate Al to a thickness of about 2 μm, and then photoetched to form the desired pattern to form the second conductive layer 5 made of Al. .

この場合のエッチ液は通常のPAN(リン酸−酢酸−硝
酸−水)エッチ液を用いる。
In this case, a normal PAN (phosphoric acid-acetic acid-nitric acid-water) etchant is used.

第4図a、bは、フェースダウンボンディング用メタル
パッドからなる第2導電層5を、第3図の製法に準じた
方法で形成した第1導電層3に電気接触させた例を示す
ものであり、第3図の場合と同様な効果が得られる。
Figures 4a and 4b show an example in which the second conductive layer 5 made of a metal pad for face-down bonding is brought into electrical contact with the first conductive layer 3 formed by a method similar to the manufacturing method shown in Figure 3. 3, and the same effect as in the case of FIG. 3 can be obtained.

なお、第3図及び第4図の方法において、金属層8とし
てCrではなく、Pd蒸着膜を用いることもでき、この
場合はPd蒸着膜が耐酸化性であるのでスパッタエッチ
工程を経ることは必ずしも必要でない。
In addition, in the methods shown in FIGS. 3 and 4, it is also possible to use a Pd vapor deposited film instead of Cr as the metal layer 8. In this case, since the Pd vapor deposited film is oxidation resistant, a sputter etching process is not necessary. Not necessarily necessary.

すなわち、Alからなる第1及び第2導電層(上下層)
は、Pdからなる金属層を介して電気接触させることが
でき、確実な接続が得られる。
That is, the first and second conductive layers (upper and lower layers) made of Al
can be electrically contacted via a metal layer made of Pd, resulting in a reliable connection.

上記実施例において、金属層8としては、Crの他にN
i、Ti、Mo、又はWなどを用いることができ、耐酸
化性を考慮した場合にはPdの他にpt、Inなども好
適である。
In the above embodiment, the metal layer 8 includes N in addition to Cr.
I, Ti, Mo, or W can be used, and in addition to Pd, pt, In, etc. are also suitable when oxidation resistance is taken into consideration.

また、これらの金属材料は、本発明の性質上第2絶縁膜
のエッチ液との兼ね合いで決定されるものであるから、
上記のものに限定されるわけではない。
In addition, these metal materials are determined based on the nature of the present invention and the etchant for the second insulating film.
It is not limited to the above.

以上に詳述したところから明らかなように、本発明によ
れば、下層の導電層表面が直接外界にふれることがない
ので、有害な絶縁物の生成不純物の混入、エッチ液によ
る変質又は腐蝕などを免かれることができるから、上下
導電層間に確実且つ低抵抗な電気接触を得ることができ
る。
As is clear from the above detailed description, according to the present invention, the surface of the underlying conductive layer is not directly exposed to the outside world, so that harmful insulators may be generated, contamination with impurities, deterioration or corrosion caused by etchant, etc. Therefore, reliable and low resistance electrical contact can be obtained between the upper and lower conductive layers.

また、従来、上下層間の接触領域の電圧−電流特性を測
定してみると、通電時に数Vから数10Vの電圧が発生
しいわゆるフリツテイング現象が認められたが、本発明
を適用した場合には、はぼ理想的な接触が得られるため
、斯かる現象を防止することができる。
In addition, when conventionally measuring the voltage-current characteristics of the contact area between the upper and lower layers, a voltage of several volts to several tens of volts was generated when electricity was applied, and a so-called fritting phenomenon was observed, but when the present invention is applied, Since almost ideal contact can be obtained, such a phenomenon can be prevented.

さらに、第1、第2導電層3,5は直接接触しており、
Cr、Ni、Ti、Mo、W。
Furthermore, the first and second conductive layers 3 and 5 are in direct contact,
Cr, Ni, Ti, Mo, W.

Pd、Pt、InはAlと接触し高熱が加わっても、も
ろい化合物を形成しないので、第1、第2導電層3,5
間の確実且つ低抵抗な電気接触は経時変化を受けること
はなく、従って、信頼性の高い半導体装置を得ることが
できる。
Pd, Pt, and In do not form brittle compounds even if they come into contact with Al and are subjected to high heat, so the first and second conductive layers 3 and 5
The reliable and low-resistance electrical contact between the two does not change over time, and therefore a highly reliable semiconductor device can be obtained.

本発明は、特にトランジスタの電極引出しや集積回路装
置の多層配線に有効に利用できるものであるが、それら
に用途が限定されるわけではないこと勿論である。
The present invention can be particularly effectively used for drawing out electrodes of transistors and multilayer wiring of integrated circuit devices, but it goes without saying that the application is not limited thereto.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は、従来の多層配線構造を示す断面図
、第3図a及びbは、本発明の1実施例による多層配線
構造の製法を示す断面図、第4図a及びbは、本発明の
他の実施例による製法を示す断面図である。 符号の説明1・・・半導体基板、2・・・第1の絶縁膜
、3・・・第1の導電層、4・・・第2の絶縁膜、5・
・・第2の導電層、6・・・接触領域、7・・・接続孔
、8・・・耐腐蝕性導電層。
1 and 2 are cross-sectional views showing a conventional multilayer wiring structure, FIGS. 3a and 3b are cross-sectional views showing a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4a and b FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing method according to another embodiment of the present invention. Explanation of symbols 1... Semiconductor substrate, 2... First insulating film, 3... First conductive layer, 4... Second insulating film, 5...
...Second conductive layer, 6. Contact area, 7. Connection hole, 8. Corrosion-resistant conductive layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 任意の基板上に形成されたAlの第1の導電層を絶
縁膜でおおった後、前記第1導電層の一部分を露呈させ
る孔を前記絶縁膜にエツチングにより形成し、該孔を介
して前記第1導電層の前記一部分に電気的に接触するA
lの第2の導電層を前記絶縁膜上に形成することを含む
多層配線構造の製法において、Cr、Ni、Ti、Mo
、W。 Pd、PtおよびInから選ばれた一種のエツチングに
耐えうる金属層により前記第1導電層の少なくとも前記
一部分をおおった状態で前記孔を形成し、続いて、第2
導電層の形成に先立ち、前記孔内の前記金属層を非酸化
性雰囲気中でスパッタエツチングにより除き酸化性雰囲
気にさらすことなく前記第2導電層を形成することを特
徴とする多層配線構造の製法。
[Claims] 1. After covering a first conductive layer of Al formed on an arbitrary substrate with an insulating film, a hole is formed in the insulating film to expose a part of the first conductive layer. , A that electrically contacts the portion of the first conductive layer through the hole.
Cr, Ni, Ti, Mo,
,W. The hole is formed by covering at least a portion of the first conductive layer with an etching-resistant metal layer selected from Pd, Pt, and In;
A method for manufacturing a multilayer wiring structure, characterized in that, prior to forming the conductive layer, the metal layer in the hole is removed by sputter etching in a non-oxidizing atmosphere and the second conductive layer is formed without exposing it to an oxidizing atmosphere. .
JP50011213A 1975-01-29 1975-01-29 Tasou High Senkou Zou no Seihou Expired JPS5810855B2 (en)

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