JPH0320898B2 - - Google Patents

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JPH0320898B2
JPH0320898B2 JP57097670A JP9767082A JPH0320898B2 JP H0320898 B2 JPH0320898 B2 JP H0320898B2 JP 57097670 A JP57097670 A JP 57097670A JP 9767082 A JP9767082 A JP 9767082A JP H0320898 B2 JPH0320898 B2 JP H0320898B2
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JP
Japan
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layer
insulating film
main surface
wiring
forming
Prior art date
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JP57097670A
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Japanese (ja)
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JPS58215056A (en
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Hideaki Nakagome
Kohei Yamada
Hajime Terakado
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/01Manufacture or treatment

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体素子における耐熱金属からなる
配線構造およびその形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a wiring structure made of a heat-resistant metal in a semiconductor device and a method for forming the same.

ICツエナーのパツケージ構造の一つとして、
従来、第1図に示すように、ダブル・ヒートシン
ク・ダイオード(DHD)構造がある。これはIC
ツエナーを構成した半導体素子1を1対のリード
2の大径部端面間に挟むとともにガラス管3を挿
し込み、さらにこのガラス管3の溶着によつて封
止を行なつた構造となつている。また、半導体素
子1の主面には銀からなるバンプ電極4が形成さ
れ、他面には銀の電極(図示せず)があらかじめ
形成されている。そして、リード端面にはこれら
の両電極が対面しかつ接続される。
As one of the package structures of IC Zener,
Conventionally, there is a double heat sink diode (DHD) structure as shown in FIG. This is an IC
It has a structure in which a semiconductor element 1 constituting a Zener is sandwiched between the large-diameter end faces of a pair of leads 2, a glass tube 3 is inserted, and the glass tube 3 is further sealed by welding. . Further, a bump electrode 4 made of silver is formed on the main surface of the semiconductor element 1, and a silver electrode (not shown) is previously formed on the other surface. These two electrodes face each other and are connected to the lead end face.

ところで、ガラス封止は650℃と高温で行なわ
れる。このため、バンプ電極4の下方に設けられ
る配線層は前記封止温度に充分耐え得る耐熱性の
材質でなければならず、従来はチタン(Ti)層、
パラジウム(Pd)層と順次積み重ねてパターニ
ングしている。また、バンプ電極形成領域のPd
層上にAg層を蒸着によつて設け、その後このAg
層上に厚くAgめつき層を形成した後、加熱によ
つてAgを半球状としてパンプ電極と成している。
By the way, glass sealing is performed at a high temperature of 650°C. For this reason, the wiring layer provided below the bump electrode 4 must be made of a heat-resistant material that can sufficiently withstand the sealing temperature, and conventionally, a titanium (Ti) layer,
It is sequentially stacked and patterned with palladium (Pd) layers. In addition, Pd in the bump electrode formation area
A layer of Ag is provided on the layer by vapor deposition, and then this Ag layer is
After forming a thick Ag plating layer on the layer, the Ag is heated to form a hemispherical shape to form a pump electrode.

しかし、このような配線構造では、Pdは厚く
なると膜の歪が大きくなるため、シリコン基板に
対するストレスが大きくなり、シリコン基板(ウ
エハ状態での)が反り返つたり、あるいは配線層
が剥離したりする。また、配線層の膜厚が厚くな
ると直接シリコン基板に接触する部分では、シリ
コンとの反応が進み、シリコン基板の表層部に設
けたPN接合を破壊する。
However, in such a wiring structure, the thicker the Pd, the greater the strain on the film, which increases the stress on the silicon substrate, causing the silicon substrate (in wafer form) to warp or the wiring layer to peel off. do. Furthermore, as the thickness of the wiring layer increases, the reaction with silicon progresses in the portions that are in direct contact with the silicon substrate, destroying the PN junction provided on the surface layer of the silicon substrate.

このため、配線層の厚さはたとえば4000〜5000
〓と薄くしなければならない。しかし、膜厚がこ
のように薄いと、段差部で断線したり、あるいは
電流容量が小さいことによつてサージに対する許
容値が小さい等の欠点がある。
For this reason, the thickness of the wiring layer is, for example, 4000 to 5000.
It must be made as thin as 〓. However, when the film thickness is this thin, there are drawbacks such as wire breakage at stepped portions or a small tolerance value for surges due to the small current capacity.

そこで、配線層の膜厚の増大を図るべく、Ti、
Pdからなる配線層上にAg層を形成する方法が考
えられる。
Therefore, in order to increase the thickness of the wiring layer, Ti,
One possible method is to form an Ag layer on a wiring layer made of Pd.

しかし、この方法では、Ag層のパターニング
の際のエツチング液に対してAg層はサイドエツ
チされ易い。このため、エツチング時間はAg層
のパターン化ができた時点でエツチングを終了す
るいわゆるジヤストエツチが採用されるが、Ag
層の厚さの不均一等から不所望部分にAgが残留
したりするおそれがあり、Agのエツチング処理
は難しくまた歩留も低い。また、配線層はCVD
(化学気相成長)絶縁膜で被われることが多いが、
この場合、絶縁膜とAgとの熱膨張係数の差が大
きいことから、熱履歴によつて絶縁膜にクラツク
が入り、絶縁膜を設ける本来のパツシベーシヨン
の効果が薄れる。
However, in this method, the Ag layer tends to be side-etched by the etching solution used when patterning the Ag layer. For this reason, a so-called "just etch" is used for etching time, in which etching ends when the Ag layer is patterned.
There is a risk that Ag may remain in undesired areas due to nonuniform layer thickness, etc., and etching processing of Ag is difficult and the yield is low. Also, the wiring layer is CVD
(Chemical vapor deposition) Often covered with an insulating film,
In this case, since the difference in thermal expansion coefficient between the insulating film and Ag is large, cracks occur in the insulating film due to thermal history, and the original passivation effect of providing the insulating film is weakened.

したがつて、本発明の目的は耐熱性配線層の膜
厚を厚くすることによつて、電流容量の増大、段
差部での断線防止を図ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to increase the current capacity and prevent disconnection at the stepped portion by increasing the thickness of the heat-resistant wiring layer.

また、本発明の他の目的は形成方法が簡単でか
つ歩留の高い厚膜耐熱性配線層の形成方法を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for forming a thick film heat-resistant wiring layer that is simple and has a high yield.

さらに、本発明の他の目的は、耐熱性配線層上
に設けた絶縁膜にクラツクが入り難い構造の耐熱
性配線構造を提供することにある。
Furthermore, another object of the present invention is to provide a heat-resistant wiring structure in which cracks are difficult to form in an insulating film provided on a heat-resistant wiring layer.

このような目的を達成するために本発明は、半
導体基板の主面に直接的または絶縁膜を介して間
接的にTi層およびPd層またはPt層を順次所定パ
ターンに形成した後、主面全域にAg層を形成し、
その後Ag、Ti、PdまたはPtを熱処理によつて合
金化し、さらに、合金化しないAgをエツチング
除去することによつて厚い耐熱性の配線層を形成
するものであつて、以下実施例により本発明を説
明する。
In order to achieve such an object, the present invention sequentially forms a Ti layer and a Pd layer or a Pt layer in a predetermined pattern directly or indirectly through an insulating film on the main surface of a semiconductor substrate, and then covers the entire main surface. form an Ag layer on
Thereafter, Ag, Ti, Pd, or Pt are alloyed by heat treatment, and the unalloyed Ag is removed by etching to form a thick heat-resistant wiring layer. Explain.

第2図は本発明の一実施例によるDHD形のIC
ツエナー素子における配線構造の形成例を示す各
工程での素子の断面図である。
Figure 2 shows a DHD type IC according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the device at each step showing an example of forming a wiring structure in a Zener device.

この実施例のICツエナー素子は、同図aに示
すように、N導電型(以下、単にN型、また同様
にP導電型等は単にP型と称す。)のエピタキシ
ヤル層5を主面側に有するN型シリコン基板6を
基にして形成されている。すなわち、エピタキシ
ヤル層5の所定領域にはそれぞれ所定の不純物が
拡散されて、P+型領域、P型領域、N型領域が
形成され、トランジスタ7のエミツタ領域8、ベ
ース領域9、コレクタ領域10およびツエナーダ
イオード11のアノード領域12、カソード領域
13がそれぞれ形成されている。また、シリコン
基板6の主面は、エミツタ・ベース領域8,9お
よびアノード・カソード領域12,13に対面す
るコンタクト領域を除いて絶縁膜14で被われて
いる。コンタクト領域は絶縁膜14を部分的にエ
ツチング除去してコンタクト孔15を設けること
によつて形成される。
As shown in FIG. It is formed based on the N-type silicon substrate 6 provided on the side. That is, predetermined impurities are diffused into predetermined regions of the epitaxial layer 5 to form a P + type region, a P type region, and an N type region, and the emitter region 8, base region 9, and collector region 10 of the transistor 7. And an anode region 12 and a cathode region 13 of a Zener diode 11 are formed, respectively. Further, the main surface of the silicon substrate 6 is covered with an insulating film 14 except for the contact regions facing the emitter/base regions 8, 9 and the anode/cathode regions 12, 13. The contact region is formed by partially etching away the insulating film 14 to provide a contact hole 15.

このような素子16において、耐熱性配線構造
を形成する場合には、同図Bで示すように、シリ
コン基板6の主面にそれぞれ数千Åの厚さにTi
層17、Pd層18を蒸着によつて形成するとと
もに、常用のフオトエツチング技術によつて所望
の形状の配線層とする。その後、再び蒸着を行つ
てシリコン基板6の主面全域をAg層19で被う。
このAg層19はたとえば5000Åと厚く、Ti層1
7、Pd層18を加えての厚さはたとえば10000Å
を越えるようになつている(たとえば、Ti層1
7は2200Å、Pd層18は3500Å)。
When forming a heat-resistant wiring structure in such an element 16, as shown in FIG.
A layer 17 and a Pd layer 18 are formed by vapor deposition, and a wiring layer having a desired shape is formed by a commonly used photoetching technique. Thereafter, vapor deposition is performed again to cover the entire main surface of the silicon substrate 6 with the Ag layer 19.
This Ag layer 19 is thick, for example, 5000 Å, and the Ti layer 1
7. The thickness including the Pd layer 18 is, for example, 10,000 Å
(For example, Ti layer 1
7 is 2200 Å, Pd layer 18 is 3500 Å).

つぎに、この素子16に対して450℃で10分間
熱処理を施こし、Ti、Pd、Agの三元合金化を図
り、合金層20を形成する。合金層20は同図c
で示すように、Ag層の下方から4500Å程度の深
さに迄達して形成される。なお、処理時間を長く
すれば、合金化はAg層の表面に迄達する。また、
最下層のTi層の下層も同様に合金化されない部
分が存在しているかも知れないが、説明の便宜
上、全体を合金層として図示する。また、合金化
の処理温度450℃は、シリコン基板表層部に生じ
るシリサイドが深くなつたり、あるいはシリコン
が上層のPd層18に浸入してシリコンを含む合
金層が形成されない上限温度550℃に対して決定
した。この結果、この合金化処理によつて、たと
えば、浅いPN接合であつても接合は破壊される
ことはなく、また、シリコンを含む合金層の存在
によるリーク電流の増大は防止できる。
Next, this element 16 is heat-treated at 450° C. for 10 minutes to form a ternary alloy of Ti, Pd, and Ag, thereby forming an alloy layer 20. The alloy layer 20 is shown in FIG.
As shown in , it is formed to a depth of about 4500 Å from below the Ag layer. Note that if the treatment time is increased, alloying will reach the surface of the Ag layer. Also,
Similarly, there may be some unalloyed portions below the bottom Ti layer, but for convenience of explanation, the entire layer is illustrated as an alloy layer. In addition, the alloying treatment temperature of 450°C is higher than the upper limit temperature of 550°C, at which the silicide formed on the surface layer of the silicon substrate becomes deep, or silicon penetrates into the upper Pd layer 18 and an alloy layer containing silicon is not formed. Decided. As a result, this alloying treatment does not destroy the junction, even if it is a shallow PN junction, and can prevent an increase in leakage current due to the presence of the silicon-containing alloy layer.

つぎに、同図dで示すように、エツチングによ
つてAg層19を取り除くとともに、シリコン基
板6の主面に所望形状にフアイナルパツシベーシ
ヨン膜21を形成し、主面に銀からなるバンプ電
極4を、他面に銀からなる電極22を形成するこ
とによつて、DHD形のICツエナー素子16を製
造する。
Next, as shown in Figure d, the Ag layer 19 is removed by etching, and a final patching film 21 is formed in a desired shape on the main surface of the silicon substrate 6, and bumps made of silver are formed on the main surface. A DHD type IC Zener element 16 is manufactured by forming an electrode 22 made of silver on the other side of the electrode 4.

このようなTi−Pd−Agの合金層20からなる
配線層を有する素子にあつては、つぎのような効
果を奏する。
An element having a wiring layer made of such a Ti-Pd-Ag alloy layer 20 has the following effects.

(1) 配線層の厚さは約10000Åと厚いことから、
段差部分でのステツプカバレツジが良好とな
り、断線が起きなくなるとともに、電流容量が
大きくなることからサージに対する許容値が大
きく、歩留の向上が図れる。
(1) Since the thickness of the wiring layer is approximately 10,000 Å,
The step coverage at the stepped portion is improved, preventing wire breakage, and since the current capacity is increased, the tolerance against surges is large, and the yield can be improved.

(2) 従来のように、Ti、Pd、Agの三層配線構造
を形成する場合に、Ag層のパターン化処理は
工数が高く歩留の低いフオトリソグラフイ作業
を必要とするが、この実施例では熱処理および
マスキングを行なわないエツチングによつてパ
ターン化ができることから、工数の軽減が図
れ、かつ歩留が向上する。
(2) Conventionally, when forming a three-layer wiring structure of Ti, Pd, and Ag, patterning the Ag layer requires a photolithographic process with high man-hours and low yield. In this example, patterning can be achieved by etching without heat treatment or masking, which reduces the number of man-hours and improves yield.

(3) 合金層は耐酸性(実験にて実証済)であるこ
とから、内部下層に残略するかも知れない耐エ
ツチング性の低いTi層のエツチングを防止で
きる。
(3) Since the alloy layer is acid resistant (proven in experiments), it can prevent etching of the Ti layer with low etching resistance that may remain in the inner underlying layer.

(4) 合金層からなる配線層はCVD−PSG(リンガ
ラス)等の絶縁膜と熱膨張係数が近似してい
る。このため、従来のような配線層上の絶縁膜
が配線層との間の熱ストレスによつてクラツク
が入る等の好ましくない現象は生じない。
(4) The wiring layer made of an alloy layer has a thermal expansion coefficient similar to that of an insulating film such as CVD-PSG (phosphorus glass). Therefore, undesirable phenomena such as cracks in the insulating film on the wiring layer due to thermal stress between the wiring layer and the wiring layer do not occur as in the conventional case.

(5) この実施例ではコンタクト領域でのシリサイ
ドの成長は大きくないことから、浅いPN接合
を有する素子への適用ができるばかりでなく、
平行方向へのシリサイドの成長も小さいことか
ら、高集積化も可能となり、また逆に素子サイ
ズの小型化も図れる。
(5) In this example, since the growth of silicide in the contact region is not large, it can not only be applied to devices with shallow PN junctions, but also
Since the growth of silicide in the parallel direction is small, it is possible to achieve high integration, and conversely, it is also possible to reduce the element size.

なお、本発明は前記実施例に限定されない。た
とえば、Pdに代えてPt(白金)を使用しても同様
な効果が得られる。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, similar effects can be obtained by using Pt (platinum) instead of Pd.

また、本発明はDHD構造以外の半導体素子、
IC等における素子にも適用できる。
The present invention also relates to semiconductor devices other than DHD structures,
It can also be applied to elements in ICs, etc.

以上のように、本発明によれば耐熱性配線層の
膜厚が厚いことから、段差部での断線防止が図れ
るとともに、電流容量の増大が図れる。また、配
線層は絶縁膜と熱膨張係数が近似していることか
ら、配線層上の絶縁膜には熱ストレスによるクラ
ツクが発生したりしない。この結果、素子特性の
低下を防止できる。
As described above, according to the present invention, since the thickness of the heat-resistant wiring layer is thick, it is possible to prevent disconnection at the stepped portion and increase the current capacity. Furthermore, since the wiring layer has a thermal expansion coefficient similar to that of the insulating film, cracks do not occur in the insulating film on the wiring layer due to thermal stress. As a result, deterioration of device characteristics can be prevented.

さらに、本発明の方法によれば、厚膜耐熱性配
線層を簡単かつ高歩留で形成することができる。
Furthermore, according to the method of the present invention, a thick film heat-resistant wiring layer can be formed easily and with high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はDHD形ICツエナーを示す断面図、第
2図a〜dは本発明の一実施例によるICツエナ
ー素子の耐熱性配線層の形成方法を示す各工程に
おける素子の状態を示す断面図である。 4……バンプ電極、6……シリコン基板、7…
…トランジスタ、8……ツエナーダイオード、1
4……絶縁膜、16……素子、17……Ti層、
18……Pd層、19……Ag層、20……合金
層、21……フアイナルパツシベーシヨン膜。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a DHD type IC Zener, and FIGS. 2 a to 2 d are cross-sectional views showing the state of the device at each step showing a method for forming a heat-resistant wiring layer of an IC Zener device according to an embodiment of the present invention. It is. 4...Bump electrode, 6...Silicon substrate, 7...
...Transistor, 8...Zener diode, 1
4... Insulating film, 16... Element, 17... Ti layer,
18... Pd layer, 19... Ag layer, 20... alloy layer, 21... final packaging film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体素子を構成するための半導体基板の主
面上に形成される配線構造がTi、Pd、Agまたは
Ti、Pt、Agからなる合金層からなつていること
を特徴とする半導体素子。 2 半導体素子を構成するための半導体基板の主
面上に形成される配線構造がTi、Pd、Agまたは
Ti、Pt、Agからなる合金層からなり、前記合金
層の配線上に絶縁膜が形成されてなることを特徴
とする半導体素子。 3 半導体基板の主面に直接的およびまたは絶縁
膜を介してTiの下層と、PdまたはPtの上層とを
積層し、これらを所定パターンに形成する工程
と、半導体基板の主面全域にAg層を形成する工
程と、前記Ag層のAgとAg層の下層のPdまたは
Pt、ならびにTiが相互に反応して三元合金とな
る熱処理を施す工程と、前記半導体基板の主面の
Ag層をエツチング除去する工程とを有する半導
体素子の形成方法。
[Claims] 1. The wiring structure formed on the main surface of the semiconductor substrate for configuring the semiconductor element is made of Ti, Pd, Ag or
A semiconductor element characterized by being made of an alloy layer consisting of Ti, Pt, and Ag. 2. The wiring structure formed on the main surface of the semiconductor substrate for configuring the semiconductor element is made of Ti, Pd, Ag or
1. A semiconductor device comprising an alloy layer made of Ti, Pt, and Ag, and an insulating film formed on wiring of the alloy layer. 3 Laminating a Ti lower layer and a Pd or Pt upper layer directly or via an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate, and forming them into a predetermined pattern, and an Ag layer covering the entire main surface of the semiconductor substrate. a step of forming Ag in the Ag layer and Pd in the lower layer of the Ag layer or
A heat treatment process in which Pt and Ti react with each other to form a ternary alloy, and
A method for forming a semiconductor device, comprising the step of etching and removing an Ag layer.
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