JPS59121955A - 接点構造体 - Google Patents

接点構造体

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JPS59121955A
JPS59121955A JP58188584A JP18858483A JPS59121955A JP S59121955 A JPS59121955 A JP S59121955A JP 58188584 A JP58188584 A JP 58188584A JP 18858483 A JP18858483 A JP 18858483A JP S59121955 A JPS59121955 A JP S59121955A
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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】 〔技術分野〕 本発明は、誘電体により表面安定化された半導体素子の
接点構造体に係り、更に具体的に言えば、誘電体の表面
安定化層中の開孔を経て半導体素子に接点を設けるため
に、半田接続可能な層で被覆された、圧縮応力を有する
チタンの層を用いている、接点構造体に係る。
〔従来技術〕
半導体技術分野に於て、表面安定化層に許容されない応
力を生ぜしめずに、上記表面安定化層を経て直接半導体
基板に又は該基板の上部導体に低抵抗の接点を設ける電
極が必要とされている。従来技術に於て、例えば、米国
特許第４０９６５１０号明細書は、７リコンの加熱装置
部分に電極が直接接触される、シリコンを基材とする熱
的プリント・ヘッドの製造について記載しており、表面
に接触するための開孔を有する表面安定化層と半田付は
可能な層との間に応力緩衝層としてモリブデン（ＭＯ）
又はチタン（Ｔｉ）を用いることを開示している。上記
特許明細書は、ＭＯ及びＴ１がシリコンの熱膨張率に近
い熱膨張率及び小さいヤング率を有し、上の層からの剪
断応力を吸収するための層として働き得ることを記載し
ている。
その１例として、大きな熱膨張率及び大きなりフグ率を
有する、ニッケルの如き半田付は可能な層が、下のシリ
コン上に大きな剪断応力を加えるこさなく、充分に厚い
Ｍｏ又ｉＴｉの層上に配置されている。そのチタンは、
必ずしもチタン中に圧縮応力を生ぜしめない、気相付着
又はスパッタリングによって形成されている。
Ｉ　ＢＭ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄｉｓｃｌｏｓｕ
ｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、第１６巻、第１号、１９７３年
６月、第３９頁に於ける”　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　　Ｒｅ
ｆｌｏｗＴｉｔａｎｉｕｍ−Ｐｌａｔｉｎｕｍ　Ｍｅｔ
ａｌｌｕｒｇｙ　”と題する論文には、チタン−白金の
複合層を用いることにより、半導体素子のはんだパッド
のための端子がメタラジカルに安定になり、熱処理に対
して耐性を有する様になることを記載している。
そのチタンはスパッタリングによシ付着されている。
本出願人による特願昭５６−２０３７８３号明細書は、
接点パッドの端部に於けるパ端部の力（ｅｄｇｅ　　ｆ
ｏｒｃｅ）”による応力を減少させて、該応力に付随し
て生じる周囲の表面安定化層の亀裂を減少させるために
、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｕを含む接点金属の傾斜した層を用い
ることを開示している。
そのチタンは圧縮応力を有していない。
〔本発明の概要〕
本発明に於て、誘電体層を経て下の半導体又は導体に低
応力の接点を形成するためには、該地点への半田接続を
可能にするために通常上記半導体又は導体上に設けられ
る本来的に引張応力を有する材料の引張応力を中和させ
るため１で、圧縮応力を有する、酸素を含むチタンの層
を用いる必要のあることが解った。比較的／ｈさな電流
密度のだめの接点が形成される場合の１好実施例に於て
は、ニッケル（Ｎｉ）又はルテニウム（Ｒｕ　）により
被覆された、圧縮応力を有するチタンの層が用いられる
。比較的大きな電流密度のための接点が形成される場合
のもう１つの実施例に於ては、圧縮応力を有するチメン
ー銅−チタンー銅−金の複合金属層が用いられる。
圧縮応力は、チタンが５　Ｘ　１０＝乃至５Ｘ１０−”
Ｔｏｒｒの分圧の酸素を含む雰囲気の存在に於て蒸着さ
れたとき、チタン内に生ぜしめられる。その場合、１０
口乃至３００℃の範囲の温度を用いることが好ましい。
〔本発明の実施例〕
第１図に於て、半田ボール１は、誘電体支持基板にフリ
ップ・チップ・ボンディング又はフェイス・タウン・ボ
ンディングされる半導体素子上に用いられている。典型
的な１例に於て、二酸化シリコン（Ｓｉ０２）層２は、
チップを装着された第２レベルの金属パターン（図示せ
ず）を第６レベルの金属パターン６から絶縁さセている
。二酸化シリコンＩｔｔ４は、第３レベル（最上レベル
）の金属パターンを絶縁させている。層４中の開孔を経
て、半田ボール１、及び圧縮応力を有するチタンの層５
と、層６とより成る接点パッドによって、金属パターン
乙に接続が形成されている。比較的小さい電流密度のだ
めの接点が形成される、第１図の実施例に於−〇は、層
６は、ニッケル又はルテニウムの如き、引張応力を有す
る、半田付は可能な接点金属の層よシ成る。
前述の特許出願明細書に於て指摘されている如く、半田
ボールは、それらの半田ボールが装着されている半導体
素子が、チップの半田ボールの端子と鏡像関係に整合さ
れた接点を有している誘電体支持基板に、フリップ・チ
ップ・ボンディング又ハフエイス・ダウン・ボンディン
グされたときに、能動的接点として働く。その技術は従
来広範囲に用いられているが、第１図のＳｉ０２層４に
相当する誘電体層は、特に技術変更又は修理による裏型
なる半田の再溶融にさらされた場合に、半田ボールに近
接する領域に亀裂を生じ易い。
その亀裂の問題は、半田ボールに近接する周囲表面に於
て、もろい表面安定化層（例えば、層４）に生じた残留
応力によって生じるものと考えられる。それらの応力は
、通常固有の引張応力を示す半田ボールからのパ端部の
力″によって生じる。
その引張応力は、半田ボール１とＳｉ０２層４との界面
の縁端部に於ける急峻な端部７に於て、端部の力となる
。その端部の力は、上記界面の内側領域に於て、平衡な
力が作用している場合と異なシ、もろい５ｉ０２層４に
半田ボールの周囲に於て亀裂を生せしめて、素子を湿気
又は他の有害な周囲雰囲気の不純物にさらすだけでなく
、電気的不連続を生せしめることがある。
本発明に従って、端部７に於て表われ得る半田ボール１
の通常の引張応力を中和する、圧縮応力を有するチタン
の層５を間に用いることにより、上記の端部の力が許容
され得る最小限の値に減少され又は中和される。ニッケ
ル又はルテニウムの如き、半田付は可能な接点金属の層
６が、層５と半田ボール１との間に配置される。
チタンは、約５　Ｘ　１０１′乃至約５Ｘ　１０’　Ｔ
ｏｒｒの分圧の酸素（０２）又は水蒸気の存在に於て蒸
着されたときに、圧縮応力を有することが解った。
例えば、綿棒な０２、水蒸気、０２　＋Ｎ２．０２＋Ｈ
ｅ　Ｘ０２　＋Ａ　ｒ等の他のガスも用いられる。
チタンがこれらの条件の下で蒸着されたとき、チタンの
表面にｏ２が吸着する。Ｔｉ中に於ける酸素の格子間溶
解度が比較的高いので、酸素はチタン中に侵入して、チ
タンに圧縮応力を生せしめる。
Ｔｉ中への０２の拡散を増すために、約１００乃至約６
００℃の範囲の温度を用いることが好ましい。
チタンとニッケルとの厚さの比は約２：１の範囲（例、
ｔＪｆ、１００００ＸのＴｉ及び’５０００ＸのＮ　ｉ
　）か適当である。ルテニウムを用いた場合には、蒸着
されたＲｕは比較的大きな引張応力を有するので、その
比は３：１で例えば、５ｏＯ０乃至１５０００ＸのＴ１
及び２０００乃至５０００ＸのＲｕ）に近くなる。従っ
て、引張応力を有するＲｕを中和するために、圧縮応力
２有するより厚いＴ１が必要である。環境から保護する
ために、１０００Ｘの金層が任意にルテニウム上に設け
られる。
第２図は、第１図の接点構造体が比較的大きな電流密度
にさらされて、エレクトロマイグレーンヨンにより劣化
されている状態を示している。周知の如く、接点構造体
のエレクトロマイグレーンヨンは、電流密度が増加する
とともに増加する。
電流密度の増加を生ぜしめる原因の１つとして、半田ボ
ール１の形成中に空隙８が偶然生じることがあり、その
空隙は、矢印９により示されている如く、電流の流れを
該空隙の周辺の電流路に限定させる。厚さを増すことに
よって、より広い領域のニッケル又はルテニウムの層６
上により大きな電流を流すことが出来るが、これは圧縮
応力を有するチタンの層５によって完全に中和すること
が出来ない残留引張応力を生せしめる。
第６図は、単に第２図の層６の厚さを増した場合に生じ
る石英の亀裂の問題を生じることなく、第２図の大きな
電流密度の問題を解決する、圧縮応力を有するチタン層
１０、銅層１１、チタン層１２、銅層１６及び金層１４
の金属の組合せを用いた、接点構造体を示している。銅
層１１は、矢印１５により示されている如く、銅層１１
の広範な領域を紅て低抵抗の電流路を与えて、第２図に
示されている電流の集中及び電流密度の増加を除き、接
点構造体のエレクトロマイグレーンヨンを相当に減少さ
せる。層１０．１１．１２．１３及び１４は各々、２０
００乃至２００００Ｘ、１００００乃至３００００Ｘ、
２０００乃至５０００Ｘ、１０００乃至３０００Ｘ及び
１０００Ｘの厚さを有することが好ましい。
チタン層１２は、米国特許第４２９００７９号明細書に
於て開示されているクロム障壁層の場合よりも効果的に
、半田ボール１と銅層１１との相互作用を防ぐ。そのク
ロムは、本発明に於けるチタンの場合と異なり、半田か
ら該障壁層の下の銅層中に錫の一部が浸透し、これは技
術変更又は修理による置型なる半田の再溶融の後に特に
大きな問題となる。ＣｕとＳｎとの反応に於て形成され
た金属間化合物Ｃｕ３　Ｓ　ｎは、下のＣｒ金属から剥
離し易い。
【図面の簡単な説明】
第１図は比較的小さな電流密度の場合に適合された本発
明の１実施例による接点構造体を示す概略的縦断面図、
第２図は半田ボールにしばしば存在する半田の空隙の存
在による比較的大きな電流密度の条件の下で、エレクト
ロマイグレーションによシ劣化されている第１図の接点
構造体を示す概略的縦断面図、第６図は第２図に示され
ているエレクトロマイグレーションの問題を除く、本発
明のもう１つの実施例を示す概略的縦断面図である。 １・・・・半田、ボール、２・・・・５ｉＯｚ層、６・
・・・金属パターン、４・・・・５ｉＣｈ層（誘電体層
）、５．１０・・・・圧縮応力を有する酸素を分散され
たＴ１の層、６・・・・引張応力を有する半田付は可能
な接点金属の層（Ｎ　ｉ又はＲｕ）、７・・・・端部、
８・・・・半田の空隙、１１．１６・・・・Ｃｕ層、１
２・・・・Ｔ１層、１４・・・Ａｕ層。 出願人　インターナショナノいビジネス・マシーンズ・
コーポレーション代理人　弁理士　　岡　　　１）　　
次　　　生（外１名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 回路素子を有する基板のための下記構成を有する接点構
    造体。 （イ）上記基板に於ける上記素子に対して電気的接続を
    行うための開孔を有する、上記基板上に設けた誘電体層
    。 （ロ）上記開孔を被覆し且つ上記開孔の周囲の上記誘電
    体層上に伸びる様に設けた、酸素を分散したチタンより
    なる第１の層。 （ハ）上記第１の層上に設けた半田接続可能な接点金属
    よシなる第２の層。
JP58188584A 1982-12-23 1983-10-11 接点構造体 Granted JPS59121955A (ja)

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