JPS61111580A - 薄膜の積層接着方法 - Google Patents

薄膜の積層接着方法

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JPS61111580A
JPS61111580A JP59233452A JP23345284A JPS61111580A JP S61111580 A JPS61111580 A JP S61111580A JP 59233452 A JP59233452 A JP 59233452A JP 23345284 A JP23345284 A JP 23345284A JP S61111580 A JPS61111580 A JP S61111580A
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JP
Japan
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layer
adhesion
thin films
metal
alloy
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Pending
Application number
JP59233452A
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English (en)
Inventor
Kazuo Matsuzaki
松崎 一夫
Misao Saga
佐賀 操
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS61111580A publication Critical patent/JPS61111580A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • H01L29/456Ohmic electrodes on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来技術とその問題点〕 本発明は各種半導体装置における薄膜の積層方法に関す
る。
〔従来技術とその問題点〕
例えばフリップチップのような多層電極構造を有する半
導体装置の電極金属の積層、半導体集積回路の配線を形
成する際の絶縁性薄膜と金属薄膜。
または表面保護のために組成の異なる絶縁性薄膜の積層
など各種半導体装置の構成に必要な薄膜を積層して用い
ることが通常行なわれており、これら薄膜は金属−金属
、金属−絶縁膜、または絶縁膜−絶縁膜の相互の接着が
強固に行なわれなければならない。
一般にこれら薄膜の接着には大別して1)界面接着、2
)相互拡散接着、3)中間層接着の三つの形態があるこ
とが知られており、それぞれ次のような得失をもってい
る。
1)界面接着は互いに接している二つの物質量に働く分
子間および原子間相互作用、すなわち、静電的またはV
an der Waals的な相互作用に基づくもので
あって、接着強度は主として接着時の両物質の界面状態
に依存する。したがって界面接着によ如薄膜相互の接着
強度を向上させるためには。
被接着面の表面処理やこの面に形成される薄膜の生成時
の雰囲気、真空度などに細心の注意を払い。
最適条件で行なわれねばならないが1通常の抵抗加熱や
電子ビーム加熱によシ蒸着して薄膜を形成する場合には
蒸着面の良好な状態が再現されにくく0表面状態の制御
が困難であるという問題がある。これに対して、蒸着に
かわる手法としてスパッタ法が知られており、スパッタ
を用いればスパッタ薄膜成形前のスパッタクリーニング
により被接着面が表面処理されることと、スパッタされ
た原子の運動エネルギーのために、接着性が向上すると
いう利点があるので、界面接着の場合には有効な薄膜形
成および接着方法であるが、被接着薄膜側の下地にスパ
ッタダメージを与えるという問題がある。したがって薄
膜を蒸着やスパッタによって形成するとともに、被接着
薄膜に新たな薄膜を直接被着する界面接着は、他の二つ
の接着形態に比べて十分な接着強度が得られず、また半
導体素子に対する信頼性にも欠けるものである。
2)相互拡散接着は例えば界面接着した金属薄膜同志を
さらに高温に加熱して接着界面で薄膜間に相互拡散を起
こさせ、この相互拡散によって生じた合金層の金属結合
によるものであって、界面接合のままよシ接着強度は高
いが接着強度はこの合金層自体の強さでもあるから、相
互拡散を起こしやすい構成金属が選ばれねばならないこ
とと。
相互拡散を起こさせるに必要な高温加熱処理が不可能な
プロセスを含む半導体素子には適用できないという制約
を受ける。
3)中間層接着は金属と酸化膜例えばAI!とSiO2
などの薄膜の接着のように、両薄膜の間にAj203か
らなる中間層が形成され、この中間層はA/膜と5in
2膜とを共有して結合するので高い強度を有する接着が
得られる。しかしこの場合も酸化されやすい金属同志や
酸化されやすい金属と酸化膜とを組み合わせて接着させ
るときにのみ有効であって。
いかなる薄膜に対しても適用できるものではない。
〔発明の目的〕
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであシ。
その目的は薄膜相互の界面特性に左右されることなく、
いかなる材料の薄膜に対しても適用することができ、接
合強度が高く、シかも半導体素子の特性にもなんら悪影
響を及ぼすことのない薄膜の接着積層方法を提供するこ
とにある。
〔発明の要点〕
本発明は半導体素子に設けられる金属や酸化物などの薄
膜を接着積層するに際して、接着すべき二つの薄膜の双
方の構成元素を含む組成の極薄の層を下層の薄膜上に蒸
着法や化学気相成長法などKよシ比較的低温で被着し、
その上に上層の薄膜を形成することによシ両薄膜間に容
易に相互拡散を起こさせ、薄膜の種類にかかわらず大き
な接着強度をもった薄膜の積層を可能にしたものである
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
実施例1 第1図は本発明の方法が適用されるフリップチップの電
極部の構造を示した断面図である。このような電極は普
通Si基板1上のA/配線金属2に被着されたS t 
02の表面保護膜3のコンタクトホール部に下から順に
Tiなどの第1層目下地金属4 、 Cuなどの第2層
目下地金属5 、 Niなどの第3層目下地金属7を形
成し、最後に半球状の半田突起電極8を設けるが1本発
明ではとくにTiの第1層下地金属4とCuの第2層目
の下地金属6との間にTi−■化合物層5を形成させて
Ti層4とCu層6の接着を強固にしている。このTi
−α合金層を形成するためには、Tiの第1層目4を被
着した後、この上にTi−Cu合金をソースとして蒸着
するか、金属Tiと金属Cuのソースをそれぞれ別に設
けて両者を同時に蒸発させTi層4の上で合金化させる
ダブルビーム方式、もしくは化学気相成長法などを用い
ることができる。またTiとCuを接着するために、そ
の間に介在させる両者の合金であるから、この合金の組
成などは厳密に定める必要はなく1両者の拡散が十分性
なわれるように可能な限りいずれも多く含まれるようK
すればよい。かぐして得られたTi−Cu化合物層5の
上に白を第2層目下地金属6として被着する。
第1図の7リツプチツプ電極構造では、Tiの第1層目
4とSiO2の表面保護膜2との接着界面は中間層接着
、Cuの第2層目6とNiの第3層目7との接着界面お
よびNiの第3層目7と半田電極8との接着界面は相互
拡散接着となるのでそれぞれ比較的接着強度が大きいが
、Ti層4とCu層6を直接接着したとき通常は界面接
着となって接着強度が他の接着個所より低(、Ti層4
とCu層6の界面から剥離を生ずる危険性が犬であった
のに対し、上述のようにTi−Cu化合物層5を介在さ
せることにより、界面接着から相互拡散接着へと簡単な
方法で接着形態を変えることができ、チップ全体の接着
強度が向上する。なおTi−Cu合金層5の厚さは50
0A程度とするのがよい。
友施月↓ 第2図はショットキバリアダイオードの部分的断面図を
示したものであシ1本発明の方法が適用されるのは、実
施例1では金属同志の接着であったのに対し、実施例2
は金属と半導体および金属と絶縁膜との接着の場合であ
る。第2図に示したようにショットキバリアダイオード
ではSi基板戴のSiO2表面保護膜10に開口された
コンタクトホール部11に設けられるMoのバリアメタ
ル12は表面保護膜10を一部覆うようにオーバーオキ
サイド部を形成する。このと創めバリアメタル12が接
着するのはSi基板9とSiO□表面保護膜10であっ
てこれらの接着はいずれも通常は界面接着となるために
接着強度が弱く、これらを相互拡散接着させて接着強度
を高めるには第2図のように、コンタクトホール部11
およびSiO2膜10の一部に対して接するMOバリア
メタル12とそれらの間にMo−8iの化合物層13を
介在させる。このMo−Si化合物層13の形成は実施
例1の場合と同様に5ooA程度の厚さに蒸着などによ
)行なう。この場合、基板9と表面保護膜10の両者に
接着するバリアメタル12に対してMo−Si化合物層
13のただ一つの介在層を設けることKよシ、バリアメ
タル12が異なる相手との接着強度を高めることができ
るという特徴をもっている。
秀施例3 次に上記二つの実施例とは異なり、絶縁膜同志を接着す
る場合の例をあげる。半導体素子には通常表面保護膜と
してSiO2膜が多用されるが、なお完全を期すために
その上にさらに5i3N4膜を設けて二層積層表面保護
膜を形成することもしばしばある。第3図はこのような
半導体素子の一部を示した断面図であp、Si基板14
に被着された8 102表面保設膜15の上にSi3N
4表面保護膜16が設けられるが。
このままでは酸化物と窒化物の接着であるからかなり高
温にしなければ接着せずこれは半導体素子にとって好ま
しいことではない。したがって例えばCVD法によシ、
 5in2膜15を被着しながら、 NH,を用いて連
続的に02成分が漸減し、N2成分が晰増するようにし
て最終的にSi3N4膜16が形成されるようにすると
、第3図のごとく二つの表面保護膜15゜16の間に組
成割合が緩かに移行する5raNy0417が介在され
ることくなり1強固に接着された二層表面保眼膜を20
0〜300℃という低温で得ることができる。
このような多層絶縁膜を例えばMO8ICなどのフィー
ルド部に用いるときは、従来絶縁膜の界面における組成
の不連続性に起因してその界面に電荷が蓄積することに
より?vlO8ICの表面の電流リーク現象を生ずると
いう問題も接着性の改善とともに解決されるという利点
がある。
以上のよう釦金属薄膜同志、金属−酸化膜2組成の異な
る非金属薄膜などを積層接着するとき。
これらの薄膜間に介在される金属または非金属化合物層
は、積層薄膜自体に比べてエツチングしにくく、その厚
さを0.1μm以上にすると後工程のフォトエツチング
速度が遅くなシ、過度のサイドエッチ量やエツチング形
状のばらつきを生ずるので。
0.1μm以下に抑えなければならない。適当な範囲は
0.05〜0.1μmである。
〔発明の効果〕
半導体素子に電極、配線または絶縁膜などの薄膜を2層
以上に積層して設ける際に1例えば金属−金属、金属−
半導体、金バー絶縁膜、絶縁膜−絶縁膜などの組合わせ
による接着界面を強固に接着するために、実施例で述べ
たように、薄膜の組合わせの種類に拘らず、接着すべき
それぞれの薄膜に含まれる構成元素からなる化合物の薄
膜が接着界面に介在するように第1の薄膜上に化合物薄
膜を形成し、その上に第2の薄膜を被着するよ、うにし
たので、本発明によれば、とくに高温処理することなく
、化合物が第1.第2の薄膜の互いに拡散するのを容易
にさせ、拡散接着を形成することによ)、高い接着強度
が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の適用されるフリップチップのxi構造
を示す断面図、第2図は同じくショットキバリアダイオ
ードの部分的断面図、第3図は同じく二層絶縁膜構造を
有する半導体素子の部分的断面図である。 1.9.14・・・Si基板、2・・・AI!、3,1
0.15・・・5in2. 4−−・Ti、5−Cu−
Ti化合物、12−Mo、 13−・Mo−8i化合物
、16・・・Si3Nい17・・・5i−NyO工化金
化合物1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)半導体基板の所定の領域に導電性、半導電性もしく
    は絶縁性を有する薄膜をそれぞれもしくは相互に積層接
    着するに当り、接着すべき二つの薄膜の双方の構成元素
    を含む化合物膜を前記二つの薄膜間に介在するように設
    けることを特徴とする薄膜の積層接着方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の方法において、化合物
    膜の厚さを0.05〜0.1μmとすることを特徴とす
    る薄膜の積層接着方法。
JP59233452A 1984-11-06 1984-11-06 薄膜の積層接着方法 Pending JPS61111580A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD921367S1 (en) 2018-12-14 2021-06-08 The Sherwin-Williams Company Mini roller
USD935786S1 (en) 2018-12-14 2021-11-16 The Sherwin-Williams Company Roller end cap
USD953749S1 (en) 2020-03-20 2022-06-07 Swimc Llc Bent frame paint roller assembly

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USD953749S1 (en) 2020-03-20 2022-06-07 Swimc Llc Bent frame paint roller assembly
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