JPS5882534A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置における電極又は配線層の特性改
良に関するものである。

半導体素子の集積回路（以下、ＩＣと略す）においては
、半導体チップ上に形成される電極又は配線材料は主に
人！又は８量含有ＡＪからなっている。これらの材料は
、一層配線及び多層配線のいずれの場合、も電気伝導度
、シリコン基板との密着性、化学的処理の容易性等の面
から多用されている。例えば、人！又は８４含有ム４で
ポンディングパッド及びその配線を形成し、ＩＣ外部回
路との接続のためにパッド部にリードを結合させて、所
定の電気信号及び電圧をＩＣ内の半導体素子に供給して
いる。

しかしながら、実際には、長時間使用した場合や強性加
速試験（耐漏試験）を行なった場合、Ｍ又は８１含有Ａ
Ｊの配線若しくはパッドが腐食したり、或いはエレタ）
リマイグレーシ冒ンと称される現象が生じることがＩＩ
ＩＩＩｌｌされている。この原因としては、濃度若しく
は外部からの水分によってその水分が封止用樹脂（例え
ばヱボキシ樹脂）を通って浸入（透過）シ、配線に到達
するためであると考えられる。又、半導体素子を封止す
る場合封止用樹脂を硬化させ封止するがその場合に樹脂
中に含有されているＣＪ−等のハｐゲンイオンが非加水
分解性から加水分解性に変化するが、上記の浸入した水
分による加水分解作用によって絶縁膜から遊離するへ胃
ゲンイオンが増加することになる。そしてこの遊離ハｐ
ゲンイオンが高温及び長期間使用時に活性化され、この
ために配線に粒界腐食が生じたり、チップ表面が汚染さ
れるのである。この粒界腐食は特にムＪ又は８ｉ含有Ｍ
の配線において顕著であり、配線の断線や他の配線等と
９短絡の原１となる。また、上記のイオン性不純物は、
チップ表面に静電的影響を与えて半導体デバイスの電気
的特性を変化させ、信頼性も低下させる。

こうした事態を防止するために、ＡＪ又はＳ五含有１４
１ｉｉの上面にＴｉを蒸着することが考えられる。しか
しながら、Ｔｉは酸素及びシリコンに対して活性なもの
であるから、蒸着後の化学反応や熱処理等によってＴｉ
Ｑ、膜が形成されたり、ＴｌとＳｉとの化合物が生成さ
れ、この結果として牛導体デバイスの予期せぬ特性変化
を引起こすことが判明した。しかも、配ｌｉＩ形状にパ
ターニングする際にＴｉ膜を化学的にエツチングする必
要があり、その制御性に麺があることも分っている。

本発明は、上記の如き配線の腐食現象又はエレクトロマ
イグレー、シ璽ンの原因が外部から侵入する水分の作用
に基く遊離イオンによるものであるとの認識に立脚し、
そうした遊離イオンの影響をなくすべく、電極又は配線
層の表面に酸化物被膜を形成したことを特徴とするもの
である。

本発明によれば、電極又は配線を構成する例えばム４又
はｓｉ含有ＡＪＩり表面に、化学的に安黛なム１の酸化
物（アルマイト）被膜を形成することによって、この暖
化−被膜が上記遊離イオンと電極又は配線層との接触を
効果的に防止するようにしている。この結果、電極又は
配線の腐食を阻止し、またその構成材料の溶解によって
生じ得るイオン性不純物を皆無にすることができるので
、断線や短絡が生じるのを阻止することができ、デバイ
スの電気ｔｓ特性及び信頼性を向上させることが可能と
なる。しかも上記酸化物被膜は表面酸化によって形成で
きることから、所定形状にするためのエツチング等の加
エエ掘は全く不要となる。

以下、本発明をＷＡｉＩに示す実施例について更に詳細
に説明する。

第１図には、シリコン基板１の表面に形成された８１０
．膜２上にリンシリケートガラスｌ［３が形成され、こ
のガラス膜上にム４又は８ｉ含有ＡＪからなる配ＩＩ４
が設けられ、更にこの配！Ｉ４の一部を残してその表面
にＡ為０．（アルマイト）被膜５が形成された状態が示
されている。この縞へ被膜５は、後述する方法によりて
、配線４の一部をマスクで覆い、表面に濃硝酸を接触さ
せれば容易に形成される。配！１４自体の厚みを２〜３
μｍとした揚台、被膜５の厚みは数１００Ａ〜１０００
人とすれば充分である。また、被膜５を形成しない配置
１４のパッド部には、外部回路との接続をｋるためのリ
ード６をボンディングし、このポンディング領域２８の
周囲はぎリイミド系樹脂等の保護膜７で覆っておく。

既述した如く、外部から侵入した水分の作用で遊離ハロ
ゲンイオンが生成し、このイオンの影響で第２図のよう
に配線３に粒界腐食８が生じる。

しかしながら、本実施例による構造では、配線４の被膜
５が配置ｊＭ４に対する上記イオンの作用を効果的に阻
止し、配＠４のための強力な保護膜として−いている。

この結果、長時間使用や強制加速試験を行なっても配＆
１４には何らの変化もみられず１粒界腐食をはじめエレ
クトロマイグレーシ欝ン、外観不良◆は一切生じない、 次に、本発明による構造を適用した牛導体デバイス、例
えばＭＯ８ＩＣＩ＊３図に示す製造方法に基いて説明す
る。

まず第３ム一のように、ＮＷｉシリコン基板１の一主面
に公知の拡散技術及び選択酸化技術によってｐＨウェル
９及びフィールド８ｉへ膜２を夫々所庫パターンに形成
し、更に酸化性雰囲気中での熱処理で各素子領域にグー
Ｆ酸化膜１０を成長させる。

次いで第３８ｍ１のように、化学的気相成長技術（ＣＶ
Ｄ）にようて全面にポリ−シリコンを析出させ、公知の
リン処理を施してから公知のフォトエツチングでバター
ニングし、ゲート酸化膜１０上にグーＦ電極としてのポ
リシリフン膜１１．１２を残す。

次いで第ｓｃｇのように、ポリシリコン膜１１゜１２の
表面を熱酸化処瑠して薄いＳｉへ膜１３を形成した後、
７オシレジス）ｌ−４を所定領域に被着せしめ、この状
態でリン又は砒素のイオンビーム罵５を闇討する。これ
にょつて、７Ａトレジス）１４、フィールド８ｉ０．膜
２及びポリシリコン１１１１２をマスクとして、これら
のマスクのないゲート酸化膜を通してイオン打込みを行
ない、アニールを経てＰ型ウェル９内にソース又はドレ
イン領域としてのＮ＋型半導体領域１６．１７を夫々セ
ル７アラインで（自己整合的に）形成する。

次いで第３Ｃ図とは逆パターンに７オトレジストを被せ
、ボロンイオンを打込むことにょつて、第３Ｄｖ！Ｊの
ようにソース又はドレイン領域としてのＰ＋型半導体領
域１８．１９を夫々セ／Ｌ／７アラインで形成する。し
かる俵、ＣＶＤで全面にリンシリケートガラス膜３を形
成し、これをフォトエツチングを施して図示の如き各コ
ンタクトホール２０．２１，２２．２３を夫々形成する
。

次いで第３Ｅ図のように、例えば真空蒸着技術で全面に
Ａ１又はＳｉ含有ム１を付着させ、これをフォトエツチ
ングでバターニングすることによって、配線又は電極と
しての各４Ｊ膜４，２４゜２５．２６を所定パターンに
形成する０人１配線２５によってＰチャネルＭＩ８ＦＥ
ＴとＮチャネルＭＩ８ＦＢＴの拡散領域１９−１６間が
接続されて共通に出力が取出され、また両ＦＥＴのポリ
シリコンゲージ電極１１及び１２にＡ１配Ｉｆ（図示省
略した）から共通の入力を与えるように構成すれば、例
えば０ＭＯ８インバータを作成できる。

次いで第３Ｆ図のように、ボンディング領域に有機物か
らなるマスク２７を被着せしめ、この状態で表面全体を
濃硝酸に接触させる。これによって、！スフ２フ以外の
配９４．２４〜２６の表面にはその構成材料自体の酸化
物μＪｔ　ｏ、　）の被膜５をｗＰ處する。この保護被
膜５の形成後、濃硝酸を除去し、表面を純水で洗浄する
。被膜５山１へからなっているので、容易には腐食され
ない安定な膜となっている。

次いで第３Ｇｍのように、表面上にｌリイミド系樹脂７
をスクリーン印刷法略で塗布し、硬化処理して保護膜と
する。この保−膜７は、樹脂を全面に塗布した後にボン
ディング領域のみを除去することによってもバター多ン
グできる。保護膜７はＣＭＯ８上の各配線２４〜２６上
の全体を覆うと共に、周辺の一部は覆わないで上述した
ボンディング領域２８を形成している。

上記した如く、簡便な方法でム１または８１含有Ａ１配
線の表面にす、０．被膜５を形成できるが、この形成自
体は配Ｓ形状へのパターニング後の表面酸化処理のみに
よってセルファラインで行なうことができ、何らの加工
工程を必要としない。

そして、ボンディング領域２８の周辺に限らず０ＭＯ８
素子上においても、水分の作用による遊離イオンの影響
をすべての配線又は電極について皆無とすることができ
る。また、九ｈＯ８被膜５は化学的に安定であって、シ
リコン等とは全く反応しないものである。さらに、ポリ
イ′ミド系樹脂７によって、α線による素子の誤動作を
防止することもできる。

以上、本発明を例示したが、上述の実施、例は本発明の
技術的思想に基いて更に変形が可能である。

例えば、配線の表面酸化のために上述の例では濃硝酸を
用いたが、他の強酸を用いることもでき、或いは陽極酸
化によって表面酸化を行なってもよい、また、上述の構
造は多層配線を行なう場合にも採用できる。また、第１
１！Ｉでは配線をリンシリケートガラス膜上に設けたが
、シリコン基板に直接波した構造の配線としてもよい、
この場合は、配線表面の酸化物被膜によって、遊離イオ
ンが基板の表面を汚染することも効果的に防止できる。

また、このポリイミド系樹脂以外の保護被膜を施こして
も良い０例えば、リンシリケートガラス膜、ＣＶＤ−８
１０，膜％Ｓ輸Ｎ４膜等を保護膜として使用しても良い
、なお、本発明は上述したＭＯ８ＩＣ以外の種々のデバ
イスにも勿論適用可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図はボ
ンディング領域及びその周辺部の断面図、第２＠は酸化
物被膜を有しない配線の腐食の様子を示す一部拡大断面
図、（但、断面ハツチングは簡略化のために省略してい
る）、第３Ａ図〜第３Ｇ図はＭＯ８ＩＣの製造方法を工
程順に示す各断面図である。 なお、図面に用いられている符号において、４及び２４
〜２６はＡＪ又は８ｉ金含有Ｊ゛配ＩＩ（又は電極）、
５は酸化物（ん６０１）被膜、６はボンディング用リー
ド、７はポリイミド系樹脂、８は粒界腐食、２７は有機
系のマスクである。 第　　ｌ　　図 に 第　　２　　図 ？ 第３Ａ図 第３Ｄ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、所定の半導体素子を設けた半導体基体上に電極又は
   配線層が形成されている半導体装置において、前記電極
   又は配線層の表面にその構成材料の酸化物からなる被膜
   が形成されていることを特徴とする半導体ｉｌｌ。