JPS60127737A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS60127737A JPS60127737A JP58235771A JP23577183A JPS60127737A JP S60127737 A JPS60127737 A JP S60127737A JP 58235771 A JP58235771 A JP 58235771A JP 23577183 A JP23577183 A JP 23577183A JP S60127737 A JPS60127737 A JP S60127737A
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体装置の製造方法とくに電極配線に関する
ものである。
ものである。
従来例の構成とその問題点
半導体装置、特に樹脂封止ＬＳＩでの大きな問題点の一
つに耐湿性の問題がある。樹脂の透湿性。
つに耐湿性の問題がある。樹脂の透湿性。
あるいは吸湿性に基づいて、高湿雰囲気中の保存あるい
は動作によシ半導体装置の金属（主としてアルミ）電極
配線が腐蝕し、機能不良に至る。
は動作によシ半導体装置の金属（主としてアルミ）電極
配線が腐蝕し、機能不良に至る。
この対策のため従来第１図に示す様にシリコン基板３上
のシリコン酸化膜４上に金属配線１を形成したのち、リ
ンガラス（ＰＳＧ）あるいはシリコン窒化膜などを表面
保護膜２として形成している。
のシリコン酸化膜４上に金属配線１を形成したのち、リ
ンガラス（ＰＳＧ）あるいはシリコン窒化膜などを表面
保護膜２として形成している。
これらの方法の難点は以下の通りである。
１、保護膜形成のあと、ポンディングパッド部５の表面
保護膜をエツチングする必要があり、コストアンプにつ
ながる。
保護膜をエツチングする必要があり、コストアンプにつ
ながる。
２、ポンディングパッド部５には保護膜２がないため、
その部分が保護されない。
その部分が保護されない。
３．耐湿性を上げるためにはある程度以上の膜厚を必要
とするため、保護膜２自体にクラック等が入り易くなる
。あるいは半導体基板に機械的ストレスを与え、電気的
特性の劣化をもたらす。
とするため、保護膜２自体にクラック等が入り易くなる
。あるいは半導体基板に機械的ストレスを与え、電気的
特性の劣化をもたらす。
前述の難点２．を解決するための方法が特開昭５２−３
２２６３号公報に開示されている。この方法はポンディ
ングパッド部の表面保護膜（Ｓ−１０２）を除去したあ
と、金属細線をワイヤボンディングする。しかるのち、
酸素プラズマ雰囲気でポンディングパッド領域のアルミ
表面をアルミナ化するものである。このアルミナ８１１
．によりアルミ電極配線の耐食性を向上できると述べて
いる。
２２６３号公報に開示されている。この方法はポンディ
ングパッド部の表面保護膜（Ｓ−１０２）を除去したあ
と、金属細線をワイヤボンディングする。しかるのち、
酸素プラズマ雰囲気でポンディングパッド領域のアルミ
表面をアルミナ化するものである。このアルミナ８１１
．によりアルミ電極配線の耐食性を向上できると述べて
いる。
この方法の難点は以下の通りである。
１、従来の方法と同様、依然として表面保護膜を必要と
するためコストが高い。
するためコストが高い。
２、ボンディングワイヤとアルミ電極の接着している領
域の周辺、あるいは表面保護膜の窓あけ部分の周辺では
ワイヤあるいは表面保護膜が突起物となるため、それら
の周辺部分ではアルミナ膜が形成されにくい。特に表面
保護膜としてＰＳＧ膜を用いた場合、通常のＩＣでは保
護膜の窓あけ部周辺でアルミ電極の腐蝕が起こり易いこ
とが判っている。これはＰＳＧ中のリンが水と反応しリ
ン酸となりアルミ電極と反応を起こすためである。従が
って表面保護膜の窓あけ領域の周辺部分は完全にアルミ
ナ化する必要がある。
域の周辺、あるいは表面保護膜の窓あけ部分の周辺では
ワイヤあるいは表面保護膜が突起物となるため、それら
の周辺部分ではアルミナ膜が形成されにくい。特に表面
保護膜としてＰＳＧ膜を用いた場合、通常のＩＣでは保
護膜の窓あけ部周辺でアルミ電極の腐蝕が起こり易いこ
とが判っている。これはＰＳＧ中のリンが水と反応しリ
ン酸となりアルミ電極と反応を起こすためである。従が
って表面保護膜の窓あけ領域の周辺部分は完全にアルミ
ナ化する必要がある。
金属電極配線の耐食性を向上する方法は多くあるが、そ
の中に、例えば前述のアルミナ膜などの不働態膜を形成
する方法、および金属電極配線表面の物理的性質を変え
る方法がある。後者に関しては必ずしもそのメカニズム
が明らかでないが、例えばアルゴンなど不活性なガスを
金属表面にイオン注入すれば耐食性が著しく向上するこ
とが報告されている。この場合、金属とアルゴンが化学
的に反応することにより不働態膜が形成されるのではな
く、例えば表面の応力が緩和されることなどによりその
表面が不活性化され水との反応が起こりにくくなるため
と考えられる。
の中に、例えば前述のアルミナ膜などの不働態膜を形成
する方法、および金属電極配線表面の物理的性質を変え
る方法がある。後者に関しては必ずしもそのメカニズム
が明らかでないが、例えばアルゴンなど不活性なガスを
金属表面にイオン注入すれば耐食性が著しく向上するこ
とが報告されている。この場合、金属とアルゴンが化学
的に反応することにより不働態膜が形成されるのではな
く、例えば表面の応力が緩和されることなどによりその
表面が不活性化され水との反応が起こりにくくなるため
と考えられる。
しかし、イオン注入の場合、一般的にイオン加速エネル
ギーが重いため半導体装置の電気特性の劣化をもたらす
。イオン注入によるダメージは高温アニール処理で回復
するが、アルミ配線形成後では高温アニールすることが
できず、従ってこの方法は実用的でない。
ギーが重いため半導体装置の電気特性の劣化をもたらす
。イオン注入によるダメージは高温アニール処理で回復
するが、アルミ配線形成後では高温アニールすることが
できず、従ってこの方法は実用的でない。
発明の目的 −
上記、従来の問題点を解決し、安価で高信頼性の半導体
装置を提供するものである。
装置を提供するものである。
発明の構成
本発明では放電ガス中に半導体装置に金属電極配線を形
成したあとに、ガス放電雰囲気中に放置することにより
金属電極配線全体の表面に変質層を形成させ耐食性の向
上を図るものである。ガスの種類により、前述の二つの
メカニズムあるいは単独のメカニズムが現われる。例え
ば放電ガスとしてアルゴンを用いた場合には、金属の表
面の物理的性質を変化させることにのみ作用するが、酸
素を用いた場合には、金属がアルミの場合金属表面にア
ルミナ膜が形成されるので、両方の効果が複合して得ら
れる。
成したあとに、ガス放電雰囲気中に放置することにより
金属電極配線全体の表面に変質層を形成させ耐食性の向
上を図るものである。ガスの種類により、前述の二つの
メカニズムあるいは単独のメカニズムが現われる。例え
ば放電ガスとしてアルゴンを用いた場合には、金属の表
面の物理的性質を変化させることにのみ作用するが、酸
素を用いた場合には、金属がアルミの場合金属表面にア
ルミナ膜が形成されるので、両方の効果が複合して得ら
れる。
放電処理したあとのワイヤボンディングは本発明の方法
によれば支障はない。ガスとしてアルゴンなど不活性ガ
スを用いた場合、絶縁膜が金属表面に形成されないので
ワイヤボンディングは当然問題にならない。酸素を用い
た場合、表面にアルミナ膜が形成されるが、実施例で後
述する様に本発明では薄いアルミナ膜が均一に形成され
るため適当なワイヤボンディング装置を用いれば容易に
アルミナ膜を機械的に破壊しボンディングが可能である
。
によれば支障はない。ガスとしてアルゴンなど不活性ガ
スを用いた場合、絶縁膜が金属表面に形成されないので
ワイヤボンディングは当然問題にならない。酸素を用い
た場合、表面にアルミナ膜が形成されるが、実施例で後
述する様に本発明では薄いアルミナ膜が均一に形成され
るため適当なワイヤボンディング装置を用いれば容易に
アルミナ膜を機械的に破壊しボンディングが可能である
。
実施例の説ｉ
第２図に示す実施例に沿って説明する。第２図ａは半導
体装置の金属電極配線形成後の断面構造を示す。シリコ
ン基板３にシリコン酸化膜４が形成され、アルミ配線パ
ターン１がその上に形成されている。次にガスとして酸
素を用いて、放電処理を施こしたあとの半導体装置の断
面構造を第２図すに示す。放電処理の結果、アルミ配線
ノ々タ−ンの側面を含めて薄いアルミナ膜６が形成され
る。
体装置の金属電極配線形成後の断面構造を示す。シリコ
ン基板３にシリコン酸化膜４が形成され、アルミ配線パ
ターン１がその上に形成されている。次にガスとして酸
素を用いて、放電処理を施こしたあとの半導体装置の断
面構造を第２図すに示す。放電処理の結果、アルミ配線
ノ々タ−ンの側面を含めて薄いアルミナ膜６が形成され
る。
放電処理の方法を次に述べる。丑ず、チャンバーを一度
１０〜１０ Ｔｏｒｒ程度に真空に引き、そのあと少量
の酸素ガスを導入し、チャンバー内に設けられた２つの
電極間に交流電圧を印加する。
１０〜１０ Ｔｏｒｒ程度に真空に引き、そのあと少量
の酸素ガスを導入し、チャンバー内に設けられた２つの
電極間に交流電圧を印加する。
電極の構造は平行平板形あるいは円筒対向形のいずれで
も可能である。具体的な条件の一例は酸素圧力は０．３
〜１．２ Ｔｏｒｒ 、放電電力は最大５００Ｗ程度で
ある。半導体装置は片側の電極板にアルミ配線パターン
形成面を土向けにして設置するか、あるいは電極間部に
並行して並べる方法がとられる。処理時間は放電電力に
もよるが最大６０分程度である。一般に、アルミの表面
は化学的に活性であり、空気中に自然設置することＫよ
りいわゆるナチュラルアルミナ膜が形成されるが、その
厚さは約１Ｑ八程度である。この膜は必らずしも均一で
なく、耐湿性という点では十分でない。−力木発明によ
る放電処理によるアルミナ膜厚は２０人〜６０人程度で
ある。
も可能である。具体的な条件の一例は酸素圧力は０．３
〜１．２ Ｔｏｒｒ 、放電電力は最大５００Ｗ程度で
ある。半導体装置は片側の電極板にアルミ配線パターン
形成面を土向けにして設置するか、あるいは電極間部に
並行して並べる方法がとられる。処理時間は放電電力に
もよるが最大６０分程度である。一般に、アルミの表面
は化学的に活性であり、空気中に自然設置することＫよ
りいわゆるナチュラルアルミナ膜が形成されるが、その
厚さは約１Ｑ八程度である。この膜は必らずしも均一で
なく、耐湿性という点では十分でない。−力木発明によ
る放電処理によるアルミナ膜厚は２０人〜６０人程度で
ある。
放電処理したアルミ配線パターンの耐腐蝕性を評価する
ためのリン酸希釈液によるエツチング試験の結果を第３
図、第４図に示す。第３図には放電処理時間依存性を、
第４図には酸素圧力依存性を示す。グラフのたて軸の時
間ｔ。はアルミ配線パターンがエツチングされ始める寸
での時間を任意単位で示している。第３図から判る様に
、放電処理時間が長くなるに従いｔｏは長くなり、ある
程度以上になるとｔ。は飽和する傾向がある。この飽和
傾向は、アルミナ膜が形成されるのは、酸素がアルミナ
膜を拡散しアルミ表面で反応するためであるが、ある程
度以上のアルミナ膜厚になることにより酸素の拡散が起
こりにくくなり反応が抑制されるためと考えられる。
ためのリン酸希釈液によるエツチング試験の結果を第３
図、第４図に示す。第３図には放電処理時間依存性を、
第４図には酸素圧力依存性を示す。グラフのたて軸の時
間ｔ。はアルミ配線パターンがエツチングされ始める寸
での時間を任意単位で示している。第３図から判る様に
、放電処理時間が長くなるに従いｔｏは長くなり、ある
程度以上になるとｔ。は飽和する傾向がある。この飽和
傾向は、アルミナ膜が形成されるのは、酸素がアルミナ
膜を拡散しアルミ表面で反応するためであるが、ある程
度以上のアルミナ膜厚になることにより酸素の拡散が起
こりにくくなり反応が抑制されるためと考えられる。
この薄い均一なアルミナ膜はワイヤボンディングに於け
る機械的な衝撃により容易に破壊されるため、この被膜
をあらかじめ除去することなく直接ワイヤボンディング
することが可能である。ボンディング法は大別して超音
波法と熱圧着による方法があるが、いずれの場合にも適
用が可能である。しかし、特に超音波と熱圧着を併用し
たボンディング法が好ましい。
る機械的な衝撃により容易に破壊されるため、この被膜
をあらかじめ除去することなく直接ワイヤボンディング
することが可能である。ボンディング法は大別して超音
波法と熱圧着による方法があるが、いずれの場合にも適
用が可能である。しかし、特に超音波と熱圧着を併用し
たボンディング法が好ましい。
放電処理により形成されたアルミナ膜厚は前述の様に、
酸素圧を一定にすれば、ある膜厚で飽和するため、その
膜厚を制御することが比較的容易であり、被膜の厚さの
バラツキによるワイヤボンディング不良は殆んど起らな
い。アルミ配線に酸素イオンを注入し熱処理を施こせば
アルミナ膜が形成される。この方法により１００人のア
ルミナ膜を形成した場合、耐食性は向上するがワイヤボ
ンディングの歩留りは極めて低下するという結果を得た
。この様にアルミナ膜形成後のワイヤボンディングに於
いてはアルミナ膜厚の制御が極めて重要である。
酸素圧を一定にすれば、ある膜厚で飽和するため、その
膜厚を制御することが比較的容易であり、被膜の厚さの
バラツキによるワイヤボンディング不良は殆んど起らな
い。アルミ配線に酸素イオンを注入し熱処理を施こせば
アルミナ膜が形成される。この方法により１００人のア
ルミナ膜を形成した場合、耐食性は向上するがワイヤボ
ンディングの歩留りは極めて低下するという結果を得た
。この様にアルミナ膜形成後のワイヤボンディングに於
いてはアルミナ膜厚の制御が極めて重要である。
第４図から判る様にｔ。が酸素圧力依存性をもつことが
判る。この理由は２通り考えられる。酸素圧力によりイ
オンの平均自由工程が変化する。
判る。この理由は２通り考えられる。酸素圧力によりイ
オンの平均自由工程が変化する。
一つはこのため衝突電離の割合が変わるため、他方はイ
オンのアルミ配線表面に衝突する運動エネルギーが変化
するためである。後者の場合ｔ。の増加は化学反応によ
るアルミナ被膜の膜厚が増加するためでなく、酸素イオ
ンがアルミ配線表面パターンに与える運動エネルギーが
増加するため、アルミ配線の表面状態変化の程度が変わ
るためと考えている。放電処理前後のアルミ表面をＸ線
回析で調べてみると表面の結晶状態が変化していること
が観察される。このことからも放電処理に於ける酸素イ
オン照射がアルミ表面構造を変えることが確められた。
オンのアルミ配線表面に衝突する運動エネルギーが変化
するためである。後者の場合ｔ。の増加は化学反応によ
るアルミナ被膜の膜厚が増加するためでなく、酸素イオ
ンがアルミ配線表面パターンに与える運動エネルギーが
増加するため、アルミ配線の表面状態変化の程度が変わ
るためと考えている。放電処理前後のアルミ表面をＸ線
回析で調べてみると表面の結晶状態が変化していること
が観察される。このことからも放電処理に於ける酸素イ
オン照射がアルミ表面構造を変えることが確められた。
この効果は純アルミ配線だけでなく、ＳｉあるいはＣｕ
がドープされたアルミでも同様の効果が得られる。
がドープされたアルミでも同様の効果が得られる。
放電処理による表面状態変化により耐食性が向上するメ
カニズムは必ずしも明確ではない。しかし、応力と腐蝕
の間に関係があることは公知である。局部的な応力が放
電処理により緩和されアルミ表面が化学的に不活性化さ
れることなどが理由として考えられる。
カニズムは必ずしも明確ではない。しかし、応力と腐蝕
の間に関係があることは公知である。局部的な応力が放
電処理により緩和されアルミ表面が化学的に不活性化さ
れることなどが理由として考えられる。
用途により、耐腐蝕性の向上のためにはこの表面処理効
果だけで十分な場合がある。この場合には必ずしもガス
を酸素に限定する必要はなく、窒素、するいはアルゴン
などアルミに対して不活性なガスであってもよい。
果だけで十分な場合がある。この場合には必ずしもガス
を酸素に限定する必要はなく、窒素、するいはアルゴン
などアルミに対して不活性なガスであってもよい。
′ｉ／也、実施例で述べた放電処理を施こしたあと、従
来の表面保護膜を形成し、ポンディングパッド部を窓あ
けしてからワイヤボンディングシテモ本発明の効果を損
うものではない。この場合、アルミ表面は完全に表面処
理されているため前述の特開昭５２−３２２６３号に関
連して述べた難点２は完全に解消出来る。
来の表面保護膜を形成し、ポンディングパッド部を窓あ
けしてからワイヤボンディングシテモ本発明の効果を損
うものではない。この場合、アルミ表面は完全に表面処
理されているため前述の特開昭５２−３２２６３号に関
連して述べた難点２は完全に解消出来る。
発明の効果
本発明により耐湿性に優れた半導体装置を提供すること
が可能である。特に従来のリンガラスなど表面保護膜を
形成する方法と比較して、ワイヤポンディングパッド領
域の耐蝕性が向上すること、丑だ窓あけのためのフォト
マスク工程が不要となりコストダウンが可能となる。本
発明は耐湿性の向上に加えて耐エレクトロマイグレーシ
ョン特性の向上にも効果を発揮する。第５図に本発明の
方法により試作した半導体装置のアルミ配線に関してエ
レクトロマイグレーションの試験の結果を示す。比較の
ため未処理のデータも示した。配線巾４μｍ、厚さ１μ
〃Ｌのアルミ配線に電流密度２．３×１０６Ａ／ｃ１１
ｆの電流を流した。周囲温度は１５０℃である。エレク
トロマイグレーション現象によりアルミ配線は断線する
。第５図のたて軸には累積の故障率を、横軸には試験時
間を示す。本発明の方法による酸素放電処理した半導体
装置に於けるアルミ配線は従来のものに比べて、約５倍
程度の大巾な長寿命化が図られることが判る。放電処理
することによシ配線が長寿命化される理由は、アルミナ
膜が形成されるためだけでなく、アルミ表面あるいは粒
子の状態が変わるための効果が複合化されたためと考え
られる。今寸で述べて来た様に、本発明は耐湿性の向上
と同様に耐エレクトロマイグレーション（耐電流特性）
の向上を図ることができる特長をもつ。
が可能である。特に従来のリンガラスなど表面保護膜を
形成する方法と比較して、ワイヤポンディングパッド領
域の耐蝕性が向上すること、丑だ窓あけのためのフォト
マスク工程が不要となりコストダウンが可能となる。本
発明は耐湿性の向上に加えて耐エレクトロマイグレーシ
ョン特性の向上にも効果を発揮する。第５図に本発明の
方法により試作した半導体装置のアルミ配線に関してエ
レクトロマイグレーションの試験の結果を示す。比較の
ため未処理のデータも示した。配線巾４μｍ、厚さ１μ
〃Ｌのアルミ配線に電流密度２．３×１０６Ａ／ｃ１１
ｆの電流を流した。周囲温度は１５０℃である。エレク
トロマイグレーション現象によりアルミ配線は断線する
。第５図のたて軸には累積の故障率を、横軸には試験時
間を示す。本発明の方法による酸素放電処理した半導体
装置に於けるアルミ配線は従来のものに比べて、約５倍
程度の大巾な長寿命化が図られることが判る。放電処理
することによシ配線が長寿命化される理由は、アルミナ
膜が形成されるためだけでなく、アルミ表面あるいは粒
子の状態が変わるための効果が複合化されたためと考え
られる。今寸で述べて来た様に、本発明は耐湿性の向上
と同様に耐エレクトロマイグレーション（耐電流特性）
の向上を図ることができる特長をもつ。
第１図は従来の表面保護膜を有する半導体装置の断面構
造図、第２図ａ、ｂは本発明の一実施例の半導体装置の
製造方法の工程断面図、第３図は放電処理時間とリン酸
によるエツチング液での腐蝕開始時間七〇 との関係を
示す図、第４図は酸素ガス圧力とｔ。の関係を示す図、
第６図は酸素ガスによる放電処理を施こしたアルミ配線
電極の断線故障率の時間依存性を放電処理のないものと
比較して示す図である。 １・・・・・・金属電極配線、２・・・・・・表面保護
膜、３・・・・・・シリコン基板、４・・・・・・シリ
コン酸化膜、５・・・・・・ポンディングパッド部、６
・・・・・・アルミナ膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名第１
図 第２図 ３ （の （ｂ） 第３図 放電処理特開 （分り １°６ ４ ５図 試験特開 （吟ｒＢｆう 第１頁の続き ■発明者近藤 修司 ＠発明者和１）言明
造図、第２図ａ、ｂは本発明の一実施例の半導体装置の
製造方法の工程断面図、第３図は放電処理時間とリン酸
によるエツチング液での腐蝕開始時間七〇 との関係を
示す図、第４図は酸素ガス圧力とｔ。の関係を示す図、
第６図は酸素ガスによる放電処理を施こしたアルミ配線
電極の断線故障率の時間依存性を放電処理のないものと
比較して示す図である。 １・・・・・・金属電極配線、２・・・・・・表面保護
膜、３・・・・・・シリコン基板、４・・・・・・シリ
コン酸化膜、５・・・・・・ポンディングパッド部、６
・・・・・・アルミナ膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名第１
図 第２図 ３ （の （ｂ） 第３図 放電処理特開 （分り １°６ ４ ５図 試験特開 （吟ｒＢｆう 第１頁の続き ■発明者近藤 修司 ＠発明者和１）言明
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）半導体基板上に電極配線パターンを形成したのち
、前記基板をガス放電雰囲気中に放置して前記電極配線
パターン表面に変質層を形成し、前記変質層上にリード
導体をボンディングするとともにボンディング時に前記
変質層の少くとも一部を破壊し、前記電極配線パターン
とリード導体とを電気的に接続することを特徴とする半
導体装置の製造方法。 （２）変質層上のポンディング部を除く部分に保護膜を
形成したのち、ボンディングを行うことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。 （句 ガスが酸素を含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。 （４）電極配線がアルミよりなることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58235771A JPS60127737A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58235771A JPS60127737A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127737A true JPS60127737A (ja) | 1985-07-08 |
Family
ID=16990990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58235771A Pending JPS60127737A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60127737A (ja) |
-
1983
- 1983-12-14 JP JP58235771A patent/JPS60127737A/ja active Pending
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