JP2003503852A - 構造部材およびその製造方法 - Google Patents

構造部材およびその製造方法

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JP2003503852A
JP2003503852A JP2001506605A JP2001506605A JP2003503852A JP 2003503852 A JP2003503852 A JP 2003503852A JP 2001506605 A JP2001506605 A JP 2001506605A JP 2001506605 A JP2001506605 A JP 2001506605A JP 2003503852 A JP2003503852 A JP 2003503852A
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copper
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aluminum
temperature
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JP2001506605A
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ラム,ユールゲン
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ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 基板(1)が主に銅からなる層(2)を備える。接着および金属間化合によって銅層(2)と接続される導線(3)が設けられる。その際、主に銅からなる層(2)上に布設された硬質層(5)が接着領域において破られる。少なくとも80℃の温度で安定している硬質層はこの温度で酸素拡散バリアとして作用し、標準環境でアルミニウム上に形成される酸化アルミニウム層に近い働きをする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は特に半導体産業の分野、中でも「組み立てとパッケージ化(A+P
)」の領域に関するものである。
【0002】 ただし強調されるべきは、銅表面における電気接着接続の実現が求められるそ
の他の工業技術分野においてもこの発明は適用可能である、という点である。 この発明が前提とする諸問題は半導体産業についての観点から述べられ、またそ
れらについての解決策が提案されるが、かといってそれは工業技術分野を限定す
るものと理解されるべきではない。その他の工業技術においても全く同じ問題が
見られ、提案された解決策はそれらにおいてもまた適用可能である。
【0003】
【従来の技術】
半導体産業においては、通常少なくとも導線を含む部材は接着ないし、いわゆ
る「ワイヤボンディング」で接続されるのが一般的であり、その際その部材の少
なくとも一つはアルミニウム製である。一方がアルミニウム製で、周知のように
標準雰囲気で形成される酸化アルミニウム層を備える部材の「ワイヤボンディン
グ」は、制御可能である。電気抵抗が最小限で、長時間にわたり安定しており、
電気的および機械的に信頼性の高い再生可能な接続を保証するため、例えばアル
ミニウムと金との優れた金属間化合を提供するには、部材を少なくとも80℃ま
で、好ましくはより高温に熱して、接着しなければならない。
【0004】 しかしながら周知のように、アルミニウムはその導電率からして第一に選択さ
れる金属ではない。
【0005】 銅はその導電率がはるかに優れており、それにより所与の電気環境において導
電部材、特にチップ上の金属製導体軌道、あるいは導線およびその接触箇所の寸
法を小さくすることが可能であるため、Terrence Thompsonの
「最新 銅IC相互接続 (Copper IC Interconnect
Uptdate)」HDI、第二巻、No.5、1999年5月号、42頁から
わかるように、導電性銅部材が接着された電気接触接合部の使用につき、特に半
導体産業では大きな需要がある。
【0006】 例えば銅/金のワイヤボンディングシステムにおける諸問題については、Ge
orge G.Harmannの「マイクロエレクトロニクスにおけるワイヤボ
ンディング(Wire Bonding in Microelectroni
cs)」、マグローヒル社刊、1997年、138から140頁に説明されてい
る。
【0007】 前記文献の171頁には、なぜアルミニウムの接着は比較的問題がないのか詳
細に記されている。すなわち、アルミニウム上には硬質の、脆い酸化物層が形成
されるが、それは接着によって破られるからである。それに対し、酸化銅や酸化
ニッケルのようなより柔らかい酸化物は接着能力を減じるであろう。
【0008】 基本的に、同文献の128頁に記載された、表I−3「接着された冶金接合面
の裏側」からわかるように、柔らかい金属上の硬質酸化物は接着を容易にする。
これは、接着の際脆い薄膜が破れて「塵芥区域」に流されることにより、比較的
厚い層を介する十全な超音波および熱電子接着接続の提供が可能である、という
197および198頁の実施例とも一致する。CVD布設された2.5nmの酸
化物を介しての接着能力は、純粋なコンタクトパッドのそれと比較しても、変わ
らないという。
【0009】 要約すると、半導体産業に関しては、導体軌道をアルミニウムから銅に替える
とチップのさらなる小型化が可能となる。銅製導体軌道を用いたチップの製造プ
ロセスは制御可能である。上記のように、チップの銅接触部の「チップキャリヤ
(chip carrier)」への接着接続(ワイヤボンディング、フリップ
チップ技術)を試みて初めて問題が生じる。アルミニウム上に形成される酸化ア
ルミニウムは硬質で、酸素を遮断する薄膜層であり、ワイヤボンディング中の通
常温度でその下にある金属をさらなる酸化や汚染から守るのに対し、酸化銅は柔
らかく、酸化アルミニウムのように接着の際に突然穴が開いて、融剤のいらない
溶接やはんだ付け接続を可能にすることもなく、また特に接着温度において、酸
素拡散遮断部を形成することもない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、少なくともその大半が銅からなる金属部材と、ある金属か
らなる第二の部材との機械的かつ電気的に欠点のない、少なくとも一つの接続部
を備える構造部材、ならびにそのような構造部材の製造方法を提案することであ
る。それには、この発明による構造部材は請求項1または2に記載された特徴に
おいて優れている。これらの構造部材の好ましい実施形態については請求項3か
ら12に明記される。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明の方法によるとこの課題は、一方の銅部材、または二つの銅部材が接
着によって接続される場合はその両銅部材に、標準環境でアルミニウム上に形成
される酸化アルミニウム層より優れてはいなくとも、少なくともほぼそれと同様
の、少なくとも80℃の温度で安定しており、さらにこの温度で酸素拡散バリア
を形成する層が設けられ、かつそれらの部材が、請求項13に記載されたように
、少なくとも前記温度まで加熱して接着接続されることによって、解決する。そ
の他の好ましい実施形態はまた、その意味において、この発明による構造部材に
有効である。
【0012】 請求項14によると、好ましくは少なくとも100℃、好ましくは少なくとも
150℃、好ましくは少なくとも200℃まで、特に好ましくはさらに300℃
まで安定している層が設けられ、さらに少なくとも前記の温度まで加熱して接着
が行われる。しかしながらこれは、より高い温度、例えば350℃でこの層が安
定している場合、接着もまたこの温度で行われるという意味ではない。接着は一
貫してより低い温度で、しかしながら少なくとも80℃、好ましくは少なくとも
150℃、さらに好ましくは少なくとも200℃で行われ得る。
【0013】 さらなる好ましい実施形態では、機械および温度特性、ならびに酸素拡散様態
が、標準環境でアルミニウム上に形成されるアルミニウム酸化物層より優れては
いなくとも、少なくともほぼ同じ効果を有する層が設けられる。
【0014】 その際、請求項16に記載されたように、第二の部材は同様に、少なくとも主
に銅からなり、また上述のように層が付設されるか、あるいは好ましくは主に金
またはアルミニウムからなる。
【0015】 好ましい使用分野、すなわち半導体技術分野を見ると、請求項17に記載され
たように、好ましくは部材の少なくとも一つが導線として形成され、接着には「
ワイヤボンディング」が利用される。
【0016】 さらに使用分野に応じて、前記層は導電層または電気絶縁層として設けられる
。これに関する前記層の特性が、すなわち絶縁層ないし導体層として徹底的に利
用され得る。
【0017】 好ましくは以下の材料、ないしその混合が前記層の材料に適している。 a) SiOx、ただし1.5 ≦ x ≦ 2、好ましくは 1 x <
2 b) Ta SiN、好ましくは TaxSiyz、ただし 35 ≦ x ≦ 55 12 ≦ y ≦ 18 32 ≦ z ≦ 48、ただし x+y+z=100 特に好ましくは Ta45Si1540 c) TiN d) AlO e) TiSiN f) TaN g) SiN、好ましくはSi34 h) WSiN i) ReO k) PdO l) ZrO m) YO n) ZrN o) NbN p) VN q) 場合によっては、 CuN ここで、重要な事項を指摘しておく。この発明による方法の枠内においては上記
のように、一つまたは複数の銅部材上に層が設置される。この設置は層の布設と
、場合によってはその布設された層の後処理とを含むので、その結果得られる層
は布設されてその後、後処理をうけた層である。
【0018】 したがって前記層を設けるには、例えばCVD法、PVD法、PECVD法、
PEPVD法、またはプラズマ重合のような、好ましくは真空被覆方法によって
層が布設される。
【0019】 したがって場合によっては、被覆工程によって布設された層と、後処理を考慮
して得られる、この発明によって設けられた層とが区別されねばならない。
【0020】 さらに、主に銅からなる当該部材の事情に応じて、層布設の前にこれを、好ま
しくは水素プラズマまたは水素−窒素プラズマ内処理によって洗浄するよう、提
案される。
【0021】 さらに好ましくは、層が少なくとも1.5nm、好ましくは少なくとも2.0
nm、特に好ましくは以下の領域の厚さdを有するように、布設される。
【0022】 2.0nm ≦ d ≦ 15nm、特には、 2.5nm ≦ d ≦ 3.5nm 層の厚さの下限は、特に酸素拡散バリアとして求められる条件により制限され
る。設けられる層の厚さの上限は、主に接着の際の破砕能力によって決められる
【0023】 酸素拡散バリアとして層に求められる効果を最適化するため、層をレントゲン
無定形、ないしガラス状に形成するよう、さらに提案される。この条件によって
も層厚dの下限が定められ、したがって、もはや酸素密ではないであろう原子の
単一層として形成されてはならない。さらにこの層は、酸素捕獲効果を有する材
料から、例えば低化学量論的酸化物、特にx<2でSiOxから形成され得る。
【0024】 この発明によって設けられる層を導電性または電気絶縁性として形成する可能
性を考えると、そもそも接着能力に基づいて設けられた層を、その被覆された部
分の導電率によってまた機能層、すなわち導体層または絶縁層として使用する場
合もある。
【0025】 この発明による方法の好ましいさらなる実施形態では、まずある層が布設され
、その後窒素プラズマ内、および/または標準雰囲気においてこの層が後処理さ
れることにより、前記層が設けられる。この手順は特に、SiO2層を好ましく
は洗浄後の銅表面に布設し、窒素プラズマ内で後処理を行うのに適している。そ
の際好ましくは、SiO2層がスパッタによって布設される。
【0026】 層の設置が層の付設とその層の後処理とを含むこの発明による方法の、上記好
ましい実施形態ではさらに、Siからなる層を好ましくは再びスパッタによって
布設し、好ましくは熱処理である後処理を標準雰囲気において行うよう、提案さ
れる。
【0027】 さらに上記好ましい方法、すなわちある層の布設および後処理の実施形態では
、金属層を布設し、続いてそれを完全に酸化させるよう提案される。これは好ま
しくは、布設される層の厚さ、および/または酸化のための温度、および/また
は酸化中の雰囲気の適切な選択により、制御されて完全に酸化される。
【0028】 さらに好ましくは、布設後完全に酸化される層の厚さが以下の範囲で選択され
る。
【0029】 3nm ≦ d ≦ 10nm さらに好ましくは、 4nm ≦ d ≦ 6nm 標準雰囲気における完全な酸化は、場合によっては加熱しながら行われる。
【0030】 続いて例として、様々な実験およびその結果、ならびに図面を参考にこの発明
の説明がなされる。
【0031】
【発明の実施の形態】
実験の素材基板としては、銅で被覆されたウェハーが利用された。厚さ500
nmおよび1000nmの銅層が用いられた。
【0032】 500nmの領域の薄い銅層がスパッタによって布設され、より厚い銅層は電
着された。2,3の実験では、銅表面が水素プラズマ内で洗浄された。しかしな
がらその際、同一の被覆で全く洗浄されなかったウェハーに比べ、この表面洗浄
で引張強度が上がることはないことがわかった。したがって、洗浄を優先する必
要性は実験によって証明できない。ただし考慮すべきは、銅表面は製造条件下に
あって様々な環境条件にさらされる点、被覆のための初期条件を常に同じにする
ためにも、この発明による層の電着前に前記洗浄段階を前接続するのが断然有利
である可能性が極めて高い点である。
【0033】 厚さの異なる多数の様々な材料が検査されたが、それぞれ異なる接着温度で、
直径1.0milの金の導線が接着された。
【0034】
【表1】
【0035】 表1は、八つの所与の硬質層材料1から8までの、それぞれ二つの層厚につき
、40℃および200℃の接着温度で実験した結果が示される。上述の理由によ
り目標とされる200℃の接着温度では、SiO2、Si34ないしTa45Si1 540およびTiNのみが接着可能であることがわかる。また、3nmの領域の
層厚はより厚い層よりも優れた接着能力を示す傾向にあることが顕著である。6
0℃より低い温度では銅の酸化はまだ全く生じないが、層の硬度のみがその厚さ
dと結びついて決定的役割を担うようである。すなわち、層が厚すぎるとワイヤ
ボンディングの際に突き破ることができないので、層は厚すぎてはならない。8
0℃より高い温度では、柔らかくべたつく銅酸化物ができ、同様の厚さのただ脆
くて、硬い層ではもはや不十分である。この層は接着温度での銅の酸化を効果的
に妨げねばならず、したがってより高温では、この発明によって設けられた層の
酸素拡散バリアとしての効果が益々重要となる。表2には、表1の1から8の層
についての析出プロセスと、主要なプロセス条件がまとめられている。
【0036】
【表2】
【0037】
【表3】
【0038】 続いて、表1の層1、4および7とうまく接着された接続における、引張テス
トが行われた。
【0039】 その結果から、いずれにせよ80℃よりは高く、図では200℃である接着温
度においても安定した層だけが、優れた構造特性を有することがわかる。特に、
安定した無定形(結晶の大きさが3nm以下のレントゲン無定形)であり、 かつ前記温度においても、さらには好ましくは300℃まで安定したままである
層が適している。これには、表1の材料1,4,7,8の他にもTiNが、さら
にはSiOx(低化学量論的な酸化シリコン)、(好ましくは低化学量論的な)
酸化アルミニウム、TiSiN、TaN、WSiN、ReO、PdO、ZrO、
YO、ZrN、NbN、VNが、また場合によってはCuNが含まれる。
【0040】 低化学量論的なSiOxの使用、ないし基本的に酸素捕獲効果のある材料、例
えば低化学量論的な酸化物を使用することにより、層材料の酸素拡散バリアとし
ての効果が高められ得る。
【0041】 図3には、実験番号1,7および4によって得られた接着接続の引張荷重耐性
の結果がまとめられている。
【0042】 図1には、接着温度200℃で、布設されたSiO2層の層厚の関数で、10
00nmおよび500nmの銅層について得られた、層厚dに依存する引張荷重
耐性が示された。硬質層の層厚が薄いと、結果として得られる接着接続は明らか
に最適であり、基本的にdおよび銅の層厚の変化には依存しないことがわかる。
【0043】 洗浄された銅被覆上にスパッタによってSiO2層を布設することにより、約
180℃まで有効な拡散バリアが得られた。このSiO2層がさらに後から窒素
プラズマ内で処理されたところ、約250℃までの拡散バリア効果が得られた。
【0044】 銅被覆上にスパッタされたSi層では、布設された層が標準雰囲気で、続いて
高温で加熱されることにより、約200℃まで拡散バリア効果が得られた。
【0045】 銅表面が、例えばAl、Si、Cr等の金属薄膜層で被覆され、次に雰囲気に
おいて、場合によっては加熱されて、完全に酸化されると、銅の酸化に対する緻
密な拡散バリアが形成される。その際この層は十分な薄さで形成されるので、完
璧に酸化されて残留金属を一切残さず、銅と金属間化合する。これは金属層の厚
さが3nmから10nmの場合、さらに好ましくは4nmから6nmの場合に達
成される。
【0046】 図2には、この発明の構造部材における接着接続領域が概略的に示される。図
の参照記号は以下のとおりである。 1: 基板 2: 少なくとも大部分が銅からなる層 3: 接着および金属間化合の成立により、4において銅層2と接続されたさ らなる部材、特に導線 5: この発明によって設けられた硬質層の、接着工程によって破れた接着接 続領域 この発明によってまたさらに、現行のワイヤボンディング用標準装置の、例え
ばチップ製造における銅テクノロジーへの利用が保証される。この装置は、80
℃よりはるかに高温の接着温度で作動する。
【図面の簡単な説明】
【図1】電気分解により布設された1μm厚さの銅層、ないしスパッタされ
た500nm厚さの銅層上にこの発明によって設けられたSiO2層を介する接
着接続の、層厚と引張強度との依存関係を示す図である。
【図2】この発明による構造部材に設けられた接着接続の概略図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年7月31日(2001.7.31)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主に銅からなる部材と、第一の部材と金属間化合により接続
    される第二の金属部材とを備える、電子構造部材であって、主に銅からなる部材
    の接続周辺領域には、少なくとも80℃の温度で安定しており、かつ標準環境に
    おいてアルミニウム上に形成される酸化アルミニウム層より優れてはいなくとも
    、少なくともこれに近似した酸素拡散バリアを、この温度で形成する硬質層があ
    ることを特徴とする、構造部材。
  2. 【請求項2】 少なくとも一つの銅導体軌道、ならびに銅導体軌道と接触す
    る少なくとも一つの接続導線を備える構造部材であって、接続導線と導体軌道と
    の接続が金属間化合であることを特徴とする、構造部材。
  3. 【請求項3】 請求項1および2に記載の構造部材。
  4. 【請求項4】 前記領域の硬質層が少なくとも100℃、好ましくは少なく
    とも150℃、好ましくは少なくとも200℃まで、特に好ましくは少なくとも
    300℃まで安定していることを特徴とする、請求項1または3に記載の構造部
    材。
  5. 【請求項5】 硬質層が、少なくともその機械特性および熱特性、ならびに
    酸素拡散能力について、標準環境においてアルミニウム上に形成される酸化アル
    ミニウム層より優れていなくとも、少なくともそれに近似した効果を有すること
    を特徴とする、請求項1,3または4のいずれかに記載の構造部材。
  6. 【請求項6】 第二部材が少なくとも主に銅からなり、かつ好ましくは金ま
    たはアルミニウムからなることを特徴とする、請求項1,3から5のいずれかに
    記載の構造部材。
  7. 【請求項7】 一方の部材、好ましくは主に銅からなる部材がチップのコン
    タクトパッドであり、第二部材が導線であることを特徴とする、請求項1,3か
    ら6のいずれかに記載の構造部材。
  8. 【請求項8】 前記層が導電性または電気絶縁性であり、かつ好ましくはそ
    の導電率によりさらに機能層として前記部材上に使用されることを特徴とする、
    請求項1,3から7のいずれかに記載の構造部材。
  9. 【請求項9】 前記層が、好ましくは以下の材料のうちの、少なくとも一つ
    からなることを特徴とする、請求項1.3から8のいずれかに記載の構造部材。 a) SiOx、ただし1.5 ≦x ≦2、好ましくはx < 2 b) TaSiN、好ましくはTaxSiyz 35 ≦ x ≦ 55 12 ≦ y ≦ 18 32 ≦ z ≦ 48、ただしx+y+z=100 特に好ましくは Ta45Si1540 c) TiN d) AlO e) TiSiN f) TaN g) SiN、好ましくはSi34 h) WSiN i) ReO k) PdO l) ZrO m) YO n) ZrN o) NbN p) VN q) 場合によってはCuN
  10. 【請求項10】 前記領域に水素および/または窒素が結合していることを
    特徴とする、請求項1,3から9のいずれかに記載の構造部材。
  11. 【請求項11】 前記層がレントゲン無定形、ないしガラス状であることを
    特徴とする、請求項1,3から10のいずれかに記載の部材。
  12. 【請求項12】 前記層の厚さdが以下のとおりであることを特徴とする、
    請求項1,3から11のいずれかに記載の部材。 d ≧ 1.5nm、好ましくは d ≧ 2nm、さらに好ましくは 2.0nm ≦ d ≦ 10nm、特に好ましくは 2.5nm ≦ d ≦ 3.5nm
  13. 【請求項13】 少なくとも主に銅からなる第一の金属部材との第二の金属
    部材との接着接続を少なくとも一つ備える構造部材の製造方法であって、少なく
    とも80℃の温度で安定しており、標準環境でアルミニウム上に形成される酸化
    アルミニウム層より優れてはいなくとも、少なくともそれに近似した酸素拡散バ
    リアをその温度で形成する層が前記単数または複数の銅部材に設けられ、かつ少
    なくとも前記温度まで加熱されて前記部材が接着接続されることを特徴とする、
    方法。
  14. 【請求項14】 少なくとも100℃、好ましくは少なくとも150℃、好
    ましくは少なくとも200℃まで、特に好ましくは少なくとも300℃までの温
    度で安定している層が設けられることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】 機械特性および熱特性、ならびに酸素拡散特性について、
    標準環境においてアルミニウム上に形成される酸化アルミニウムより優れてはい
    なくとも、少なくともそれに近似した同様の効果を有する層が設けられることを
    特徴とする、請求項13または14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記部材の第二部材が少なくとも主に銅から、あるいは好
    ましくは金またはアルミニウムからなることを特徴とする、請求項13から15
    のいずれかに記載の方法。
  17. 【請求項17】 前記部材の少なくとも一つが導線であり、接着はワイヤボ
    ンディングであることを特徴とする、請求項13から16のいずれかに記載の方
    法。
  18. 【請求項18】 導電性層または電気絶縁層が層として設けられることを特
    徴とする、請求項13から17のいずれかに記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記層が、好ましくは以下の材料のうちの、少なくとも一
    つからなることを特徴とする、請求項13から18のいずれかに記載の方法。 a) SiOx、ただし1.5 ≦x ≦2、好ましくはx < 2 b) TaSiN、好ましくはTaxSiyz、ただし 35 ≦ x ≦ 55 12 ≦ y ≦ 18 32 ≦ z ≦ 48、ただしx+y+z=100 特に好ましくは Ta45Si1540 c) TiN d) AlO e) TiSiN f) TaN g) SiN、好ましくはSi34 h) WSiN i) ReO k) PdO l) ZrO m) YO n) ZrN o) NbN p) VN q) 場合によってはCuN
  20. 【請求項20】 層を設けるため、真空被覆方法で層が布設されることを特
    徴とする、請求項13から19のいずれかに記載の方法。
  21. 【請求項21】 好ましくは水素プラズマ内での処理により、または窒素−
    水素プラズマ内での処理により前記部材が洗浄され、次に前記層が設けられるこ
    とを特徴とする、請求項13から20のいずれかに記載の方法。
  22. 【請求項22】 前記層の厚さdが少なくとも1.5nm、好ましくは少な
    くとも2.0nm、さらに好ましくは以下の領域 2.0nm ≦ d ≦ 10nm、にあり、 特に好ましくは以下の領域 2.5nm ≦ d ≦ 3.5nm にあることを特徴とする、請求項13から21のいずれかに記載の方法。
  23. 【請求項23】 前記層がレントゲン無定形ないしガラス状であることを特
    徴とする、請求項13から22のいずれかに記載の方法。
  24. 【請求項24】 前記層材料が酸素捕獲効果を有し、さらに好ましくは低化
    学量論比で酸素を有することを特徴とする、請求項13から23のいずれかに記
    載の方法。
  25. 【請求項25】 層が布設され、その後この層が窒素プラズマ内、および/
    または標準雰囲気で後処理されることにより、前記層が設けられることを特徴と
    する、請求項13から24のいずれかに記載の方法。
  26. 【請求項26】 SiO2からなる層が、好ましくは洗浄された銅表面上に
    布設され、後処理が窒素プラズマ内で行われることを特徴とする、請求項25に
    記載の方法。
  27. 【請求項27】 前記SiO2層がスパッタによって布設されることを特徴
    とする、請求項26に記載の方法。
  28. 【請求項28】 Siからなる層が、好ましくはスパッタによって布設され
    、後処理が標準雰囲気における熱処理によって行われることを特徴とする、請求
    項25に記載の方法。
  29. 【請求項29】 金属層が布設され、続いてそれが完全に酸化されることを
    特徴とする、請求項25に記載の方法。
  30. 【請求項30】 前記完全な酸化が、 ●布設される層厚 ●酸化のための温度 ●酸化中の雰囲気 の選択により制御されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
  31. 【請求項31】 前記層が以下の厚さdで、すなわち 3nm ≦ d ≦ 10nm 好ましくは 4nm ≦ d ≦ 6nm で布設され、かつ完全な酸化が標準雰囲気で行われることを特徴とする、請求項
    30に記載の方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118310A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Jjtech Co Ltd 半導体装置
WO2019008860A1 (ja) * 2017-07-07 2019-01-10 三菱電機株式会社 半導体装置、及び半導体装置の製造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6790757B1 (en) * 1999-12-20 2004-09-14 Agere Systems Inc. Wire bonding method for copper interconnects in semiconductor devices
US7294217B2 (en) 2003-04-09 2007-11-13 Kulicke And Soffa Industries, Inc. Electrical interconnect structures for integrated circuits and methods of manufacturing the same
CN100349028C (zh) * 2004-05-21 2007-11-14 日立电线株式会社 中空波导管及其制造方法
DE102007061942A1 (de) * 2007-12-21 2009-07-02 Continental Automotive Gmbh Schaltungsträger, Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers sowie Bondverfahren
DE102008043361A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Micro Systems Engineering Gmbh Anschlussdraht und Verfahren zur Herstellung eines solchen
DE102013216282B4 (de) * 2013-08-16 2020-10-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrisches Bauteil mit einer elektrisch zu kontaktierenden Stelle sowie Verfahren zur Vorbereitung eines elektrischen Bauteils für einen Lötprozess und Verwendung einer entsprechenden Matrix
KR102640972B1 (ko) * 2021-05-28 2024-02-23 부산대학교 산학협력단 실리콘이 코팅 된 구리 제조방법, 이를 이용한 실리콘이 코팅된 산화방지용 구리 및 이를 이용한 반도체 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448627U (ja) * 1990-06-01 1992-04-24
JP2002527886A (ja) * 1998-10-05 2002-08-27 キューリック、アンド、ソファー、インベストメンツ、インコーポレーテッド 半導体の銅ボンドパッドの表面保護

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3615942A (en) * 1969-06-05 1971-10-26 Rca Corp Method of making a phosphorus glass passivated transistor
US4188438A (en) * 1975-06-02 1980-02-12 National Semiconductor Corporation Antioxidant coating of copper parts for thermal compression gang bonding of semiconductive devices
GB2184288A (en) * 1985-12-16 1987-06-17 Nat Semiconductor Corp Oxidation inhibition of copper bonding pads using palladium
DE3915472C2 (de) * 1988-06-02 1995-11-30 Samsung Electronics Co Ltd Bondvorrichtung
US5272376A (en) * 1990-06-01 1993-12-21 Clarion Co., Ltd. Electrode structure for a semiconductor device
US5414588A (en) * 1993-09-20 1995-05-09 The Regents Of The University Of California High performance capacitors using nano-structure multilayer materials fabrication
EP0657562B1 (en) * 1993-11-12 2001-09-12 PPG Industries Ohio, Inc. Durable sputtered metal oxide coating
US6285082B1 (en) * 1995-01-03 2001-09-04 International Business Machines Corporation Soft metal conductor
US5785236A (en) * 1995-11-29 1998-07-28 Advanced Micro Devices, Inc. Advanced copper interconnect system that is compatible with existing IC wire bonding technology
JP3348239B2 (ja) * 1996-03-08 2002-11-20 ミネベア株式会社 磁気ヘッド
US6033482A (en) * 1998-04-10 2000-03-07 Applied Materials, Inc. Method for igniting a plasma in a plasma processing chamber
US20020127845A1 (en) * 1999-03-01 2002-09-12 Paul A. Farrar Conductive structures in integrated circuits

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448627U (ja) * 1990-06-01 1992-04-24
JP2002527886A (ja) * 1998-10-05 2002-08-27 キューリック、アンド、ソファー、インベストメンツ、インコーポレーテッド 半導体の銅ボンドパッドの表面保護

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118310A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Jjtech Co Ltd 半導体装置
WO2019008860A1 (ja) * 2017-07-07 2019-01-10 三菱電機株式会社 半導体装置、及び半導体装置の製造方法

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