JPS63155748A - 半導体装置用絶縁基板 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン基板上に絶縁体層を形成した半導体
装置用の絶縁基板に関する。

〔従来の技術〕

現在、薄膜マイクロモジュールや薄膜フンデンサーアレ
イ及び薄膜抵抗アレイ等の基板には、シリコン基板上に
絶縁体層として二酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜を形成
した絶縁基板が一般に使用されている。

このような絶縁基板にシリコン基板が利用されている理
由として、シリコンウェハー製造技術の進歩により、最
近では表面欠陥がなく、平滑性に優れ、表面清浄度の高
いシリコン基板が安価に得られるようになったことが挙
げられる。

又、シリコン基板表面の絶縁化処理についても、半導体
素子製造技術の進歩により容易に絶縁体層を形成できる
ようになった。即ち、二酸化ケイ素膜は、例えば酸化性
溶液中での陽極酸化法及び酸素プラズマを利用する熱酸
化法等により形成される。また、窒化ケイ素膜はシラン
とアンモニアを用いた化学的気相成長法及びアンモニア
を用いる熱窒化法等により形成されている。

このようにして二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の絶縁体層
を形成したシリフン基板の絶縁体層表面には、金やアル
ミニウムの配線層を形成した後に半導体素子を塔載し、
更にアルミニウム等のボンディングワイヤで内部結線し
て薄膜マイクロモジュール等の半導体装置が構成される
。又、このシリコン基板の絶縁体層表面に、金やアルミ
ニウムを電極としたＴａ　Ｏ等からなる薄膜受動素子を
直接形成して薄膜フンデンサーアレイや薄膜抵抗アレイ
とするのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記した従来の絶縁基板においては、絶縁体層
が二酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜であるために十分な
絶縁性を確保することができず、特にパワー素子の搭載
に必要な絶縁抵抗１０　　Ω以上及び絶縁破壊電圧２０
０■以上の絶縁性を満たすことができなかった。また、
絶縁性を向上させる為に二酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素
膜の膜厚を増加させる試みもあるが、膜厚が厚くなるほ
ど内部応力の増加により膜にクラックが発生しやすくな
るので実用上困難であった。

更に、最近では配線層の材料としてボンディング性の優
れたアルミニウムを使用することが多くなっているが、
このアルミニウム配線間に高電圧が印加された場合、配
線のアルミニウムが二酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の
表面や内部をマイグレーションし、配線間の電気的短絡
を生じやすい欠点があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、近年益々高密
度化及び高出力化する薄膜マイクロモジュール等に使用
する絶縁基板として、十分に高い絶縁性を確保でさ、し
かもアルミニウムのマイグレーションによる配線間の電
気的短絡を防ぐことができる半導体装置用絶縁基板を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の半導体装置用絶縁基板は、シリコン基板と、そ
の表面上に直接形成した窒化ケイ素膜からなる第１の絶
縁体層と、窒化ケイ素膜上に形成した酸化アルミニウム
膜からなる第２の絶縁体層とを有することを特徴とする
。

窒化ケイ素（Ｓ’？４）膜をシリコン（Ｓｉ）基板表面
に形成する方法としては、−上記の如く化学的気相成長
法や熱窒化法等を使用することができる。

又、酸化アルミニ１クム（ＡＡ　Ｏ）膜の形成方法とし
ては、既に知られている蒸着法やスパンタリング法等の
通常の薄膜形成力法を利用でき、特に気化した原材料を
イオン化することにより良好な密着性を得ることができ
るスパンタリング法やイオンブレーティング法等のイオ
ンプロセスが好ましい。

〔作用〕

本発明の絶縁基板においては、シリコン基板表面の絶縁
体層として従来から使用されている窒化ケイ素膜とその
上に形成した熱的及び化学的に安定で成膜上も均質な組
織を得や丁い酸化アルミニウム膜とを具えている。従っ
て、窒化ケイ素膜と酸化アルミニウム膜の二層の絶縁体
層全体で厚さ方向におりる絶縁抵抗が１０　　Ω以上及
び絶縁破壊電圧が２００■以上の高絶縁性を確保するこ
とかでさる。尚、酸化アルミニウム膜の膜厚は１．Ｘ１
０Ａ〜５　Ｘ　１０５＾の範囲が好ましく、膜厚がｌＸ
ｌｏＡ未満では窒化ケイ素膜と一緒でも上記の高絶縁性
を安定して得ることが難しく、膜厚が５　Ｘ　１０５Ｘ
を超えると成膜コストが高くなると共に膜の内部応力が
高くなり膜にクランクが発生しやすいからである。

又、アルミニウムやアルミニウム合金で配線層を形成す
る場合においても、この配線層の直下は同じアルミニウ
ム化合物である酸化アルミニウムの絶縁体層なので界面
の接合性が良好であり、配線層のアルミニウムが絶縁体
層の表面や内部をマイグレーションすることがなく、配
線間の電気的短絡を防止でさ、従って高出力素子の搭載
や高密度の配線が可能となる。

更に、窒化ケイ素膜は、シリコン基板表面に直接形成し
てシリコン基板と酸化アルミニウム膜との密着性を高め
ると共に、高出力素子の動作時の発熱により基板のシリ
コンが酸化アルミニウム膜更にはその上の配線層に拡散
することを防止するバリヤ一層としての働きをする。こ
の窒化ケイ素膜の膜厚はＩＯＡ〜１００Ａの範囲が好ま
しく、窒化ケイ累膜の膜厚が１．ＯＸ未満では」−記の
作用効果を奏し難く、また膜厚が１．ｏｏ、ｉｅを超え
ても成膜コストが高くなるだけで上記作用効果をそれ以
上改善向上させることかでさないからである。

〔実施例〕

本発明の一具体例を図面により説明する。

シＩＪコンウェハーから切り出したシリコン基板１をＮ
Ｈガス中で加熱することによりその一表面上に第１の絶
縁体層として膜厚５０　Ｒの窒化ケイ素膜２を形成した
。更に、この窒化ケイ素膜２上に第２の絶縁体層として
スパンタリング法により膜厚５．　ＯＸ　１．０’　Ｒ
の酸化アルミニウム膜３を形成することにより絶縁基板
を製造した。この窒化ケイ素膜２と酸化アルミニウム膜
３からなる絶縁体層全体の貫層絶縁抵抗は２．３ＸＩＯ
Ω及び貫層絶縁破壊電圧は４５０■であった。

この絶縁基板の酸化アルミニウム膜３上にメタルマスク
を用いてイオンブレーティング法により膜厚３μｍのア
ルミニウム配線層４を形成した。

更に、酸化アルミニウム膜３上の所定位置に半導体素子
５を銀ペースト６を用いて塔載し、半導体素子５の電極
とアルミニウム配線層４をアルミニウムワイヤー７で内
部結線して、図面に示す簿膜マイクロモジュールを製造
シタ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シリコン基板上の絶縁体層として窒化
ケイ素と安定な高絶縁性化合物である酸化アルミニウム
とを用いるので、薄い絶縁体層であってもパワー素子の
塔載に必要な絶縁抵抗１０１２Ω以上及び絶縁破壊電圧
２００　Ｖ以上の高い絶縁性を具えた半導体装置用の絶
縁基板を提供できる。

加えて、上・層の酸化アルミニウム膜はその上に形成し
たアルミニウム配線層からのアルミニウムのマイグレー
ションを抑制するので、アルミニウム配線間の電気的短
絡を防止でき、高密度の配線が可能となる。

また、下層の窒化ケイ素膜はその下のシリコン基板から
上層へのシリコンの拡散を阻止すると同時に酸化アルミ
ニウム膜の密着性を向」二させる。

このように二層の絶縁体層が一体となって薄く信頼性の
高い絶縁基板を提供できる。

か＼る本発明の半導体装置用絶縁基板は、益々高密度化
及び高出力化する薄膜マイクロモジュール用や薄膜受動
素子アレイ用等として特に有効である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の半導体装置用絶縁基板を用いた薄膜マイ
クロモジュールの一具体例を示す断面図である。 １・・シリコン基板　２・・窒化ケイ素膜３・・酸化ア
ルミニウム膜 ４・・アルミニウム配線層 ５・・半導体素子　６・・銀ペースト ７・・アルミニウムワイヤー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板と、その表面上に直接形成した窒化
   ケイ素膜からなる第１の絶縁体層と、窒化ケイ素膜上に
   形成した酸化アルミニウム膜からなる第２の絶縁体層と
   を有することを特徴とする半導体装置用絶縁基板。
2. （２）窒化ケイ素膜の膜厚が１０Å〜１００Åであるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲（１）項に記載の半導
   体装置用絶縁基板。
3. （３）酸化アルミニウム膜の膜厚が１×１０＾３Å〜５
   ×１０＾５Åであることを特徴とする、特許請求の範囲
   （１）項又は（２）項に記載の半導体装置用絶縁基板。