JPS61177717A - 金属化処理方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は金属化処理力法に関し、主として、半導体装置
の基体電極形成技術を対象とする。

〔背景技術〕

半導体装置、たとえばパワートランジスタや。

パワーＩＣの製造組立にあたっては、第２図に示すよう
に、シリコン半導体チップ１のコレクタ側のシリコン面
をあらかじめ金属化するためにチタン（チタンシリサイ
ド）、ニッケル及び銀の積層膜（２〜４）を形成し、半
田層５を介し銅からなるヘッダやリードフレームなどの
支持基板に接続する技術が知られている。（特開昭５２
−１２９３７６公報「積層金属電極を有する半導体装置
」）しかし、このような電極構造であっても、温度サイ
クルを多く繰り返すことにより、金属層、特にシリサイ
ド部分２が剥離し、接着不良となることが明らかとなっ
た。

このような接着不良があると、トランジスタの場合、そ
の熱的特性である、ΔＶＢＨの増大の悪影響を生じる。

本発明者らは、このような接着不良を生じる原因につい
て調べたところ、下記のようなことが明らかになった。

すなわち、パワートランジスタの裏面（コレクタ９１１
１　）　ｉｔ！極な形成する際に、バルクの抵抗を小さ
くするとともに、シリコン基板の厚さを調整する目的で
１表面側をワックスで覆った状態で、裏面側を弗酸硝酸
系混液でエツチングした後、トリクロール・エチレン等
の溶剤な用いてワックスを洗浄する。このとぎ、ワック
ス中に含まれる炭素成分が溶剤に溶けて基板の裏面側に
付着し、高分子量の炭素層が形成される。このような多
量の炭素成分がチタン膜の接着性を低下させることから
確認された。

本発明者らは、さらに追求した結果、上記シリコン・金
属界面に残留する炭素の量によって、この部分の接着強
度が種々に変化することを明らかにした。また、炭素以
外に、窒素についても、類似の現象が見られることが明
らかになった。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、上記金属・シリ；ン関に
強固な結合を得ることのできる金礪化処理方法を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、第１図を参照し、シリコン半導体基板１の一
主表面にチタン、クロムなどの金属膜１２１な形成する
にあたって、上記基板と金属との間に気相または液相か
ら吸着した低分子量の炭素層（−Ｃ−）を介在させるよ
うに処理することにより、極めて強固なカーバイト結合
をもった金属化処理がで！！、前記目的を達成できる。

本発明の詳細な説明に先立って、上記発明な達成できる
条件について考察してみる。

第３図に示すよプに、シリコン半導体基板ｌの一主表面
上にチタン膜２およびニッケルｌＡ３をスパッタし、こ
れを加熱処理した試料について剥がし試験を行った。第
４図及び第５図は、上記試料のオージェ分析法による表
面よりの深さ方向における元素分布を示す。このうち、
第４図は剥がし耐性の良い場合（試料Ａ）、第５図は剥
がし耐性の悪い場合（試料Ｂ）の例を示している。

これらの元素分布図を比較してみると、その顕著な相違
点は炭素ｔＣ＋の量にある。すなわち、チタン・シリコ
ン界面における炭素１ｃＩ　ｉは、良品（試料人）の場
合に比して、不良品（試料Ｂ）の場合は著しく多い。

このことより、シリコンとチタンとの界面における炭素
１ｃＪが部分２層であるか、高分子層であるかによって
、良品か不良品の差が生じることが考えられる。

以下、若干の実施例に沿って本発明の詳細な説明する。

〔実施例１〕 第７図乃至第１２図は本発明の一実施例を示すものであ
って、パワートランジスタの基板側に電極を形成するプ
ロセスの工程断面図である。

＋１１　　シリコン半導体基板（ウェーハ）１１の一主
表面に公知の選択的拡触技術により、ｐｎ接合を有する
素子活性領域（ペース、エミッタ）１２を形成し、これ
ら領域の表面に低抵抗接続するアルミニウム電極１３を
形成したものを準備する。

（第７図） Ｌ２１　　を極１３の形成された主表面上にワックス１
４を被覆し、弗酸硝酸系混液１５中に′＆漬し、基板裏
面をバックエッチする。（第８図）（３）ハックエッチ
された半導体基板ｌｉｔ’エッチ液１５より取り出して
水洗・乾燥し、低炭素処理扇の溶液１６中に浸しワック
ス１４ａ’溶解除去する。（第９図） この炭素処理用の溶液１６は、たとえばトリクロールエ
チレン中に極く微量のワックス（炭素をふくむ）を溶か
した液である。このときの処理によって基板奥面に低分
子量の薄い炭素の膜が形成られる。

＋４１　　低炭素処理用溶液１６からワックスの取り除
かれた基板１１を取り出し、有機溶剤１７にて洗浄する
。（第１０図） １５＋　　上記基板１１を取り出し、乾燥させた後、蒸
着装置１８中に設置してチタン、ニッケル、銀膜な蒸発
源１９を用いて順次基板裏面側に形成する。

（第１１図） （６１蒸着装置１８から取り出して４２０℃、２０分間
、不活性ガス中でアロイする。（第１２図）２０はチタ
ン膜（０，１５μｍ）、２１はニッケル膜（０，４μｍ
）、２２は銀Ｍ（１，３μｍ）である。

このあと、図示されないが、ウェーハをダイジングし、
その溝に沿って分離することにより、個々の半導体チッ
プを完成する。

〔発明の効果〕

実施例１で述べた本発明によれば、下記の理由によりそ
の効果が得られる。

（１１微量のワックスを溶か七た溶液をもちいて処理し
たことにより、ワックス中の炭素がシリコン基板の裏面
上に低分子量（５２００８１度）の炭素の薄膜を生成す
る。

金属と半導体基板との接着には「合金型」　「酸化型」
及び「カーバイト型」とがあり、前二者は従来より用い
られている。これに対して低分子量の炭素の薄膜を介し
てシリコン半導体と金属とが結合する「カーバイ）結合
」はシリサイドの「合金層」よりも生成熱が太さく、し
たがって結合力も太さい。本発明ではシリコン半導体基
板の裏面の低分子量の炭素原子？介してシリコンと金属
とがアロイ処理によって「カーバイド結合」を形成し、
この結果、金属の剥がれは少なくなった。

（２１第６図は三重拡散シリコン半導体基板（ワエ＝ハ
）のパックエッチ後に各種の処理を加えた試料に関して
チタンを含む金属゛電極の剥がし試験にＳける編の剥れ
る割合のアロイ処理温度依存性を示すものである。

同図において、Ｂはシリコン半導体基板の裏面にワック
スによる高分子蓋の炭素（分子量１５０００程度）を存
在させた場合であって、４００℃以下では剥がれ面積が
極めて大きく、４５０℃を越えると剥がれが少なくなる
。Ａは基板裏面に低分子量の炭素（分子量５２００．Ｎ
度）を存在させた場合で、２００℃までは、剥がれはあ
るが、３００υを越えると剥がれは急激に減少する。

ところで、電極形成時の半導体ウェーハは４００℃以上
で処理する場合、素子の特性に影響するところ大ぎく１
％にパッシベイシ冒ン膜としてポリイミド系樹脂等の有
機樹脂を使用しである場合にはダメージが太ぎくなる。

上記第６図Ｂの場合は、その点で不適格である。

本発明による処理方法は上記第６図Ａの場合にちれ、素
子のダメージ、ポリイミド系樹脂のダメージも小さい。

（３１このような本発明によれば、半導体基板と金属膜
との接着力を安定化することができ各種の寿命試験に対
する膜接着の耐久力を増大することができる。この結果
、パワートランジスタなどの半導体装置に本発明を適用
した場合に、支持金属基板との結合性の安定な電極構造
が得られる。

〔実施例２〕 前記実施例１においてはシリコン基板の低炭素処理をウ
ェット法で行ったのに対し、この実施例２ではドライ法
により上記処理を行うものである。

バックエッチされたシリコン半導体基板を有機溶剤に浸
すことによりワックスを溶解除去した状態の基板を取出
し、チタン蒸着前にベルジャ中に設置し、「カーボンを
含む分解容易なガス」中にさらし、ボンバードを行う。

このカーボンを含むガスはたとえばフレオンガスである
。シリコン゛基板の裏面に単分子層程度が形成されるよ
うにガス圧は１〜１００Ｐａ程度が良い。なお、ガスは
ＣＯｌや不活性ガス中に炭素成分をまぜたものを使用し
てもよい。

この後、チタン、ニッケル、銀を順次蒸着（又はスパッ
タ）ｌ、、４００℃で２０分程度アニールする。

実施例２で述べた本発明によれば、実施例１の場合と同
様な効果が得られ、この場合もシリコン基板裏面の炭素
量によって金属電極の剥れ耐性が変ってくる。

〔実施例３〕 この実施例では、シリコン基板裏面に低炭素処坤に代え
て低窒素Ｎ処理を行うものである。

すなわち、バックエッチされたシリコン半導体基板を有
機溶液に浸してワックス除去を行った後、窒素分子ボン
バード・ガスを用い、又はプラズマ・デポジション法を
利用して微量の望索をふくむＳｉ、Ｎ４％嗅を形成し、
この上にチタンを蒸着する。

〔発明の効果〕

炭素を用いる「カーバイト結合型」の場合のよ〜゛）に
「窒化型」の金属との結合が酸化結合に比して太であり
、実施例１，２で述べた場合と同様の効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば本発明の変形例として、下記のようにチタン以
外の金属を用いることができる。

シリコン−窒素−アルミニウム シリコン−炭素−クローム シリコン−炭素−シルコニウム シリコン−炭素−パナジクム 〔利用分野〕 本発明は半導体装置、セラミック、ガラス等の非金属基
板に金属を接合させる全℃の場合に適合できるものであ
る。

本発明は特にシリコン半導体基板にチタン・ニッケルｅ
銀をメタライズしたアルミニツム／半日系電極を有する
パワートランジスタに利用した場合に最も効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の原坤的構成を示す断面図である。 第２図は従来の半導体装置の一例を示す断面図である。 第３図乃至第５図は本発明の詳細な説明するためのもの
で、このうち第３図は試料の一部断面図、第４図及び第
５図は試料の深さ方向の元素分布を示す曲線図である。 第６図は本発明の詳細な説明するためのチタン−ニック
ルー銀積層膜の剥れる面積比のアロイ温度依存性を示す
図である。 第７図乃至第１２図は本発明の一実施例を示すものであ
って、半導体装置製造プロセス中の電極形成工程におけ
るチップの断面状態を示す概念図である。 １・・・シリコン半導体基板、２〜４・・・金属膜、５
・・・半田、６・・・銅基板、１１・・・シリコン半導
体基板、１２・・・素子活性領域、１３・・・アルミニ
ウム電極、１４・・・ワックス、１５・・・エッチ液、
１６・・・炭素処理用溶液、１７・・・有機溶剤、１８
・・・蒸着装置、１９・・・蒸発源、２０〜２２・・・
金属膜。 、２゜ ｆ　　゛。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男　、、、、、、、−
、、、−、、，１第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 深コ七□′ （苔仄耕Ａ） 第　　６　　図 ヅσ 第　　７　　図 第　　８　　図 第　　９　　図 第１０図 第１．１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非金属基板の一主表面に、気相または液相から吸着
   した低分子量の炭素または炭素化合物層を介在させて、
   金属被膜を形成することを特徴とする金属化処理方法。 ２、上記非金属基板はシリコン半導体からなり、上記金
   属被膜はチタン、クロム、ジルコニウムまたはバナジウ
   ムから選ばれた金属である特許請求の範囲第１項記載の
   金属化処理方法。 ３、非金属基板の一主表面に、気相または液相から吸着
   した低分子量の窒素または窒素化合物層を介在させて、
   金属被膜を形成することを特徴とする金属化処理方法。 ４、上記非金属基板はシリコン半導体からなり、上記金
   属被膜はチタン、クロム、ジルコニウムまたはバナジウ
   ムから選ばれた金属である特許請求の範囲第３項記載の
   金属化処理方法。