JPH0334431A - 半導体装置の配線方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基板上にＭＯ８型若しくはバイポーラ型等半
導体素子群を備えた半導体装置の配線方法に係わり、特
に、その配線部がアルミニウムとこのアルミニウムに拡
散された添加用金属と−Ｃ構成された配線方法の改良に
関するものである。

［従来の技術］ この種の半導体装置としては、例えば第４図に示すよう
に、基板（ａ）と、この基板（ａ）に設けられた半導体
素子群（図示せず）と、ボリイミド樹脂等有機系高分子
より成る絶縁１！　（ｂ）を介し上記半導体素子群の電
気的接続部において接続された配線部（Ｃ）とでその主
要部を構成する装置が知られており、この配線部（Ｃ）
を構成する材料として導電性と加工性に優れたアルミニ
ウムが広く利用されている。

しかし、有機系高分子より成る絶縁膜（ｂ）上に上記配
線部（Ｃ）を形成した場合、構成材料であるアルミニウ
ムと有機系高分子間の密着力が弱いため、エツチング後
において、あるいはパッシベーション膜（図示せず）か
らの高いストレスを受けた際に上記配線部（Ｃ）が絶縁
ｗＡ（ｂ）から剥がれ易い欠点があった。

このため、従来においては、第５図（Ａ）に示すように
、ポリイミド樹脂等有機系高分子より成る絶縁膜（ｂ）
を基板（ａ）上に被着した後、この基板（ａ）を１５０
℃程度まで加熱しこの状態でスパッタリング法により配
線部（Ｃ）形成用のアルミニウム皮膜（Ｃ゛〉を着膜す
ることで上記絶縁膜（ｂ）とアルミニウム皮１１１（ｃ
’）間における密着力の向上を図っていた（第５図Ｂ参
照）。

尚、強固に着膜されたアルミニウム皮膜　（ｃ’）につ
いては、通常のフォトリソグラフィー法に従って配線パ
ターンに対応した形状に加工し、第５図（Ｃ）に示すよ
うな配線部（Ｃ）を形成するものであった。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この様な方法にて有機系高分子より成る絶縁
ＩＩ　（ｂ）上に上記配線部（Ｃ）が強固に形成されて
も、この配線部（Ｃ）を構成するアルミニウムは他の金
属と較べてエレクトロ・マイグレーションやストレス・
マイグレート」ンを受は易いため、マイグレートされた
部位で配線部（Ｃ）が切断されることがあり、かつ、ア
ルミニウムは拡散性が強いため、絶縁膜（ｂ）や基板（
ａ）側へ拡散することがあって半導体装置としての機能
を損い易い欠点があった。

このため、従来においては配線部（Ｃ）を構成するアル
ミニウム内に、銅（Ｃｕ）やシリコン（Ｓ　ｉ　）等添
加用金属を含まじることで上記マイグレーション等の防
止を図っていた。

しかしながら、銅、シリコン等の金属が添加されたアル
ミニウム系合金皮膜を従来法に従って加熱された絶縁１
（ｂ）面上に被着させた場合、アルミニウム系合金皮膜
内における銅、シリコン等の添加用金属が絶縁膜（ｂ）
から熱エネルギを受けてこの絶縁膜（ｂ）との境界面に
偏析することがあり、エツチングにより配線パターンに
対応した配線部（Ｃ）を形成する際にアフターコロ−ジ
ョンの問題が発生したり、マイグレーション耐性が低下
する等の問題点があった。

［課題を解決するための手段１ 本発明は以上の問題点に着目してなされたもので、その
課題とするところは、半導体素子群が形成された基板上
に、アルミニウムとこのアルミニウムに拡散された添加
用金属とで構成される配線部を上記添加用金属の偏析を
起こさずに強固に形成できる配線方法を提供することに
ある。

すなわち本発明は、半導体素子群が形成された基板上に
、有機系高分子より成る絶縁膜を介しアルミニウムとこ
のアルミニウムに拡散された添加用金属とで構成された
配線部を形成する半導体装置の配線方法を前提とし、 上記半導体素子群が形成された基板上に、各半導体素子
の電気的接続部を露出した状態で有機系高分子より成る
絶縁膜を形成づる絶縁膜形成工程と、 この絶縁膜の表面を粗面化すると共に清浄化処理する表
面活性化処理工程と、 この活性化された絶縁膜上に、常温下においてアルミニ
ウムと添加用金属とで構成されるアルミニウム系合金皮
膜を一様に被着するアルミニウム系合金皮膜形成工程と
、 このアルミニウム系合金皮膜を配線パターンに応じた形
状に加工し、上記半導体素子群の電気的接続部において
接続された配線部を形成する配線部形成工程、 とを具備することを特徴とするものである。

この様な技術的手段において、絶縁膜を構成する有機系
高分子としては上述したポリイミド樹脂等が適用できる
。

また、絶縁膜形成工程において、半導体素子群が形成さ
れた基板上に上記有機系高分子を被着させる手段として
は、液状の高分子材料を塗布して硬化させる方法等が適
用できる。

更に、表面活性化処理工程において、基板上に被着した
絶縁膜表面を粗面化すると共に清浄化する手段としては
任意であり、例えば、真空条件下において絶縁膜面上に
窒素イオン、アルゴンイオン等の不活性ガスを照射して
これを行うイオンボンバードメント処理法が適用できる
。

この場合、イオンボンバードメント処理を行う真空室内
の内圧、適用する不活性ガスの種類、ガスの流量、パワ
ー、処理時間等を適宜設定することにより、適用した有
機系高分子よりなる絶縁膜について、アルミニウム系合
金皮膜との充分な密着力を得るための適正な粗面化と清
浄化処理を行うことができる。

次に、アルミニウムに添加される添加用金属としては、
上述した銅（Ｃｕ）、シリコン（Ｓ　ｉ　）以外に、チ
タン（Ｔ　ｉ　）　、マグネシウム（Ｍｇ）、タングス
テン（Ｗ）等がある。また、アルミニウムに対する上記
添加用金属の添加割合は、アルミニウムと添加用金属と
の相溶性に基づき適宜値に設定される。

また、アルミニウム系合金皮膜形成工程において、活性
化処理された絶縁膜上にアルジニウムと転化用金属とで
構成されるアルミニウム系合金皮膜を一様に被着させる
手段としては、従来と同様にスパッタ法、蒸着法、及び
、ＣＶＤ法（ケミカル・ベイパー・デボジッション：化
学的気相成長法）等が適用できる。また、被着時におけ
る温度条件は転化用金属の偏析を防止する関係上、常温
、具体的には５０℃以下の範囲で行うことを要する。

次に、配線部形成工程において、アルミニウム系合金皮
膜を配線パターンに応じた形状に加工する手段としては
、従来利用されているＲＩＥ（リアクティブ・イオン・
エツチング）法や、スパッタリング法、及び、ウェット
エツチング法等が適用できる。

更に、半導体装置の一部を構成する基板については、そ
の基板内又は基板上にＭＯ８型若しくはバイポーラ型の
半導体素子群が形成されているものである。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、表面活性化処理工
程において絶縁膜の表面を粗面化すると共に清浄化して
いるため、絶縁膜を昇温させて軟化状態にすることなく
、すなわち、常温下においてこの絶縁膜上にアルミニウ
ムと添加用金属とで構成されるアルミニウム系合金皮膜
を被着することができ、上記転化用金属の偏析を確実に
防止することが可能となる。

［実施例１ 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

まず、第１図（Ａ）に示すように半導体素子群（図示せ
ず〉が形成されたシリコン（Ｓｌ）基板（１）上に、通
常の方法にて溶液状態にあるポリイミド樹脂を塗布して
絶縁膜用皮膜を被着し、次いで、１６５℃、２０分間の
ベータ処理を施し、かつ、半導体素子群の電気的接続部
位にフォトリソエツチング法にて開口〈図示せず〉を設
けた後、２３０℃、９０分間のベーク処理を施して、厚
さ　１．５μ肌の絶縁ｆｉ！（２）を形成する。

次に、この絶縁膜（２）を形成したシリコン基板（１）
を第２図に示すような平行平板型ＲＦプラズマアッシン
グ装置（３）内に収納し、上記絶縁１！（２）について
、第１図（Ｂ）に示すように窒素イオンボンバードメン
ト処理を施してその表面を粗面かつ清浄化した。

この場合、上記イオンボンバードメント処理の設定条件
は以下の通りであった。

適用した不活性ガス・・・窒素ガス 窒素ガスの流量・・・２００　ｓｅｃｍ処理室内の内圧
・・・０．６　ｔｏｒｒパワー・・・１．０にＷ 処理時間・・・１０分間 また、第２図中（３１）はシリコン基板（１）を保持す
る電極板、（３２）はこの電極板（３１）と対向して設
けられた電極板、（３３）は真空ポンプに接続された排
気孔、〈３４〉はこの排気孔（３３〉内に設けられた弁
、及び、（３５〉は窒素ガスの導入口を夫々示している
。

次いで、イオンボンバードメント処理を施されたシリコ
ン基板（１〉についてＤＣマグネトロンスパッタリング
装置内に収納し、室温条件下において上記絶縁膜（２）
面上に１％のシリコンと０．５％の銅が添加された１μ
扉厚のアルミニウム合金を着膜しアルミニウム系合金皮
ＰＩ（４）を形成したく第１図Ｃ参照〉。

この場合、上記スパッタリングの設定条件は以下の通り
であった。

シリコン基板（１）の加熱・・・無しく室温条件〉装置
内の内圧・・・９．０Ｘ１０’　ｔｏｒｒパワー密度・
・・１１１４／ｃｉ 次に、第１図（Ｄ）に示すように上記アルミニウム系合
金皮膜（４〉面上に配線パターンに対応したレジストＩ
Ｉ！　＜５）を形成し、次いで、エツチングガスとして
塩素系ガス（Ｃ１２／ＢＣ１３）を用いたＲＩＥ法によ
り上記レジストＩＩ！　＜　５　’）から露出するアル
ミニウム系合金皮膜（４〉をエツチングすると共に上記
レジストｊｌ　（５）をも除去し、第１図（Ｅ）に示す
ように銅が添加されたアルミニウムにより構成される配
線部（６）を形成した。

この様に実施例に係る配線方法によれば、シリコン基板
（１）上に被着した絶縁膜（２）について、イオンボン
バードメント処理を施してその表面を粗面化すると共に
清浄化しているため、シリコン基板（１）を加熱するこ
となく、すなわち、室温下においてこの絶縁１ｔ！Ｊ（
２）上にアルミニウム系合金皮１１（４）を強固に被着
することができ、上記添加用金属である銅やシリコン等
の偏析を確実に防止することが可能となる。

従って、マイグレーション耐性等を低下ざ吐ずにアルミ
ニウムと添加用金属とで構成される配線部（６）を強固
に形成できる利点を有している。

尚、第３図はイオンボンバードメント処理時間とこの処
理時間に対応した配線部（６〉の剥離の発生率との関係
を示したグラフ図で、このグラフ図からイオンボンバー
ドメント処理を１０分間以上施した場合に配線部（６〉
の剥離現象を防止できることが確認出来る。

［発明の効果］ 本発明によれば、表面活性化処理工程において絶縁膜の
表面を粗面化すると共に清浄化しているため、絶縁膜を
昇温させて軟化状態にすることなく、すなわち、常温下
においてこの絶縁膜上にアルミニウムと添加用金属とで
構成されるアルミニウム系合金皮膜を被着することがで
き、上記転化用金属の偏析を確実に防止することが可能
となる。

従って、マイグレーション耐性等を低下させずにアルミ
ニウムと添加用金属とで構成される配線部を強固に形成
できる効果を右している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例に関するもので、第１
図（Ａ）〜（Ｅ）は実施例に係わる配線方法の工程説明
図、第２図はイオンボンバードメント処理を行うプラズ
マアッシング装置の概略構成図、第３図はイオンボンバ
ードメント処理時間とこの処理時間に対応した配線部の
剥離の発生率との関係を示したグラフ図を夫々示し、ま
た、第４図は従来の配線部を具備した半導体装置の斜視
図、第５図（Ａ）〜（Ｃ）は従来の配線方法の工程説明
図を示している。 ［符号説明］ （１〉・・・基板 （２〉・・・絶縁膜 （４）・・・アルミニウム系合金皮膜 （５）・・・レジスト膜 （６）・・・配線部 特　許　出　願　人　富士ゼロックス株式会社代　　理
　　人　　弁理士　　中　　村　　智　　廣　（外２名
）第 ２ 図 第 図 ０ 窒素イオンボンバード処理時間（分） 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子群が形成された基板上に、有機系高分
   子より成る絶縁膜を介しアルミニウムとこのアルミニウ
   ムに拡散された添加用金属とで構成された配線部を形成
   する半導体装置の配線方法において、 上記半導体素子群が形成された基板上に、各半導体素子
   の電気的接続部を露出した状態で有機系高分子より成る
   絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 この絶縁膜の表面を粗面化すると共に清浄化処理する表
   面活性化処理工程と、 この活性化された絶縁膜上に、常温下においてアルミニ
   ウムと添加用金属とで構成されるアルミニウム系合金皮
   膜を一様に被着するアルミニウム系合金皮膜形成工程と
   、 このアルミニウム系合金皮膜を配線パターンに応じた形
   状に加工し、上記半導体素子群の電気的接続部において
   接続された配線部を形成する配線部形成工程、 とを具備することを特徴とする半導体装置の配線方法。
2. （２）上記表面活性化処理工程が、絶縁膜表面に不活性
   ガスを照射するイオンボンバードメント処理にて構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置の配線方法。