JPH05206139A - 基板接続電極およびその製造方法 - Google Patents

基板接続電極およびその製造方法

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JPH05206139A
JPH05206139A JP3302955A JP30295591A JPH05206139A JP H05206139 A JPH05206139 A JP H05206139A JP 3302955 A JP3302955 A JP 3302955A JP 30295591 A JP30295591 A JP 30295591A JP H05206139 A JPH05206139 A JP H05206139A
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JP
Japan
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metal
substrate
film
tungsten
connection electrode
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English (en)
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Yoshihiro Hayashi
林喜宏
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気絶縁性接着層であるポリイミド膜が形成
されている配線基板上に、低抵抗かつ十分な機械強度を
有する高融点金属からなる微細な接続電極（バンプ）を
形成する。 【構成】 タングステン突起先端面に耐酸化性貴金属膜
９を形成することにより、接続電極全面が高抵抗の金属
酸化膜に覆われることがなく、かつブランケットＣＤＶ
法により得られるタングステン８が多結晶体であっても
タングステン突起側面を側壁補強膜１１で囲まれている
ため、十分な機械強度を有する突起１２すなわち基板接
続電極となる。また、タングステン接続電極１２形成前
に、ポリイミド接着層を予め埋め込んでおくので基板１
全面に対して所望の膜厚を有するポリイミド層４上に基
板接続電極１２が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板接続電極およびその
製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板の接続電極の製造方法として、選択
タングステンＣＤＶ法とポリイミド塗布膜のエッチバッ
クとを利用した高融点金属であるタングステンバンプの
方法が従来広く知られている。図９に、この製造方法に
よるＭｏＳｉ2 ／Ａｌ配線上へのタングステンバンプ形
成プロセスの工程断面図を示す。まず、ＭｏＳｉ2 ／Ａ
ｌ配線１５上にＣＤＶ法でＳｉＯ2 膜５を形成し、酸化
膜にスルーホール６を形成する（図９（１）及び（２）
参照）。次に選択タングステンＣＤＶ法を用いてスルー
ホール６にタングステン（１６）を選択的に埋め込んだ
後（図９（３））、ＭｏＳｉ2 ／Ａｌ配線層上のＳｉＯ
2 をＲＩＥによりエッチングする（図９（４））。さら
に、ポリイミド（４）を塗布し（図９（５））、ポリイ
ミドの一部をエッチバックすることにより、ＭｏＳｉ2
／Ａｌ配線層上に形成されたタングステンバンプ（１
７）底部がポリイミド膜（４）に埋め込まれている構造
を得ている（図９（６））。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た製造方法では、以下に示す課題があった。
【０００４】第１の課題：背丈の高いタングステンバン
プ１７得るためには、図９（３）に示した選択タングス
テンＣＶＤ法により深いスルーホール６に選択的にタン
グステン１６で埋め込む必要があるが、この際タングス
テン析出の選択性が崩れ、ＳｉＯ2 膜５上の一部にタン
グステン（１８）が析出してしまう場合がある（図１０
（ａ））。その結果、それに続く図９（４）に示すＳｉ
Ｏ2 膜５エッチング工程でＳｉＯ2 膜上に析出したタン
グステンがマスクとなり、ＳｉＯ2 膜の一部が棒状（１
９）に残ってしまう（図１０（ｂ））。
【０００５】第２の課題：図９（６）に示した酸素プラ
ズマによりポリイミド塗布膜の一部をエッチバックする
際、エッチングのストッパーがないため残す膜厚を制御
することがむずかしく、また、酸素プラズマエッチング
の際にタングステンバンプ（１７）全面に高抵抗の酸化
膜が形成されてしまう。
【０００６】第３の課題：選択タングステンＣＶＤ法に
より形成されるタングステンは多結晶体であり、得られ
るタングステンバンプ（１７）の機械的強度が弱い。
【０００７】第４の課題：表面に凸部（１４）のある半
導体基板に図９に示した方法でタングステンバンプ（１
７）を形成した場合（図１１）、凸部の高さ分だけ実質
上のバンプの高さが低くなってしまう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリイミド樹
脂層で覆われている基板の配線上に、前記ポリイミド樹
脂層を貫くコンタクトホールが形成され、さらに前記コ
ンタクトホール上にバリア金属および高融点金属からな
る突起が形成され、かつ前記バンプの先端面が耐酸化性
の金属で覆われ、前記金属突起側面の一部が絶縁性材料
の補強膜で囲まれていることを特徴とする基板接続電極
である。
【０００９】また本発明は、配線が形成されている基板
上にポリイミド樹脂層および絶縁膜を形成する工程と、
前記ポリイミド層および前記絶縁膜を貫き前記配線に到
達するコンタクトホールを形成する工程と、バリア金属
を前記基板全面に成膜した後前記コンタクトホールを埋
め込みかつ前記基板全面を覆うように高融点金属膜を形
成する工程と、この高融点金属膜上に耐酸化性金属を成
膜する工程と、前記バリア金属、前記高融点金属、前記
耐酸化性金属をエッチングして前記コンタクトホールお
よびその周囲を残しこれを金属突起とする工程と、この
金属突起をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工
程とを特徴とする製造方法である。
【００１０】また本発明は、表面に凸部のある基板の配
線上に前記凸部よりも高い金属の台座が形成され、この
台座上に前記金属突起が形成されていることを特徴とす
る基板接続電極である。
【００１１】
【作用】本発明においては、接続電極形成に選択ＣＶＤ
法によるスルーホールの選択埋め込み工程を用いる代わ
りに（図９（３））、ブランケットＣＶＤ法によりコン
タクトホールを埋め込みかつ前記半導体基板全面を覆う
ように高融点金属層を形成し、エッチングにより接続電
極部以外に堆積した高融点金属膜を完全に除去した後、
絶縁膜をエッチングするため、接続電極部以外の領域に
高融点金属微粒子がマスクとなって棒状の絶縁膜が残る
ことはない。
【００１２】また、ポリイミド層の酸素プラズマエッチ
ング工程を含まず、かつバンプ先端面に耐酸化性金属膜
が形成されているため、バンプ表面全体が高抵抗の酸化
膜に覆われてしまうことはない。さらに、バンプ側面を
囲う絶縁性材料によりバンプが機械的に補強されてい
る。
【００１３】さらに、バンプを金属台座上に形成するた
め、半導体基板の凹凸を吸収でき実質上バンプの高さが
凹凸により低減されることはない。
【００１４】
【実施例】図１に本発明の基板接続電極の一実施例を示
す。回路（図示せず）が形成されたシリコン基板１上に
パッシベーション用の酸化膜２、Ａｌ配線層３、ポリイ
ミド樹脂４が順に形成され、コンタクトホールを介して
突起１２が形成されている。バリア金属層７はＴｉ／Ｔ
ｉＷあるいはＴｉ／ＴｉＮ層からなり、このバリア金属
層７を介して高融点金属であるタングステン突起部８と
Ａｌ配線層３が接続されている。またタングステン突起
部８の先端面には耐酸化性金属であるＡｕ薄膜９が形成
してあり、側面部はタングステン突起部８の補強を目的
とした絶縁性材料である補強膜１１（ＳｉＯ2 ）により
囲まれている構造となっている。なお、耐酸化性金属膜
として、Ｐｔ等の貴金属でもよい。
【００１５】図２〜図７は、図１に示した接続電極を得
るための工程断面図を示す。まず、Ａｌ配線層３がパッ
シベーション酸化膜２上に形成されているシリコン基板
１全面に一定膜厚（１μｍ〜５μｍ）のポリイミド樹脂
層４をスピンコーティングで成膜し、続いてＥＣＲプラ
ズマＥＣＲ−ＣＶＤ法で、ポリイミド層４が熱分解しな
い程度の低温（２００℃〜４００℃）で１μｍ〜１０μ
ｍの酸化膜（ＳｉＯ2膜）５を形成する（図２）。次に
フォトリソグラフィおよびドライエッチング工程によ
り、酸化膜およびポリイミド樹脂を貫きアルミ配線層３
にいたるスルーホール６を形成する（図３）。なお、ス
ルーホールの径は０．５μｍ〜３μｍ程度とする。
【００１６】密着性向上および金属間反応抑制を目的と
したＴｉ／ＴｉＷあるいはＴｉ／ＴｉＮからなるバリア
金属７をスパッタ法により成膜した後、ブランケットタ
ングステン−ＣＶＤ法（Ｋ．Ｋａｊｉｙａｎａ，ｅｔ．
ａｌ．，１９９１ Ｐｒｏｃ．，８ｔｈ Ｉｎｔｌ．Ｉ
ＥＥＥ ＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆ．，ｐｐ１３０）を利
用して前記スルーホール６を埋め込みかつシリコン基板
全面にタングステン膜８を形成し、さらに耐酸化性金属
であるＡｕをスパッタ法により成膜する（図４）。ブラ
ンケットＣＶＤ法では、凹凸のあるシリコン基板表面で
あっても基板全面に一定膜厚のタングステン膜を形成で
きる。したがって、例えば１μｍ径の前記スルーホール
６を埋め込むためには、スルーホール側壁からのタング
ステン成長を利用して、スルーホール径の半分、すなわ
ち０．５μｍのタングステンを成膜すれば良い。ただ
し、スルーホール径が大きくなると、スルーホール径に
比例してブランケットＣＶＤ法により基板全面に厚くタ
ングステンを成膜しなければならなくなる。本実施例で
埋め込むスルーホール６の径を０．５μｍ〜３μｍとし
たのは、この理由による。なお、ここではブランケット
ＣＶＤ法によりタングステンを形成したが、その他の金
属たとえばＡｕ、Ｃｕ、ＡｌあるいはＷＳｉx 等の金属
シリサイドでもよい。
【００１７】しかる後、フォトリソグラフィ工程により
前記したスルーホール６よりも大きなレジストパターン
１０を形成して（図５）、レジストパターンをマスクと
して、耐酸化性金属膜９、タングステン８およびバリア
金属膜７をドライエッチングし、Ｏ2 プラズマでレジス
トパターン１０を除去する（図６）。この際、タングス
テン８の先端表面には耐酸化性金属膜９が形成されてい
るため、タングステン８全面が高抵抗の金属酸化膜によ
って覆われることはない。
【００１８】さらに、ドライエッチングにより、酸化膜
５を除去する（図７）。その結果、ポリイミド樹脂層４
で覆われている基板１のＡｌ配線層３上に、前記ポリイ
ミド樹脂層４を貫くコンタクトホール６が形成され、さ
らにコンタクトホール上にバリア金属７およびタングス
テン８からなる突起が形成され、かつ前記タングステン
８の先端面が耐酸化性金属９で覆われ、さらに金属突起
側面の一部が酸化膜１１で囲まれている基板接続電極が
形成できる。
【００１９】なお、以上に述べた工程では、均一膜厚の
ポリイミド樹脂層４を突起１２形成前に下地層として埋
め込んである（図２）ため、従来の方法で問題となって
いた接続電極形成後のポリイミド樹脂層のエッチバック
工程（図９（５）〜（６））を含まないため、ポリイミ
ド樹脂層の膜厚制御が容易である。と同時に、接続電極
にＯ2 プラズマエッチバック工程に伴う金属酸化膜が形
成される恐れはない。
【００２０】図８に示した実施例は、半導体素子の存在
によりシリコン基板上に半導体素子による凸部１４があ
る場合で、Ａｌ配線層３上に凸部よりも背丈の高い電気
伝導性材料からなる台座１３を形成しておき、台座１３
上に図２〜７に示した工程により突起１２すなわち接続
電極を形成する。台座１３上に接続電極が形成されてい
るため、凸部１４の存在により前記接続電極の実質的な
高さが減少してしまう恐れはない。
【００２１】なお、台座１３をドライエッチングにより
パターニングする際、下地のＡｌ配線３であるアルミと
ドライエッチング速度の選択比が大きくとれる台座材料
を選ぶことが肝要である。例えば、フッ素を含むプラズ
マ反応ガス中では、アルミはエッチングされず、一方
Ｗ、Ｔｉ、ＷＳｉx あるいはＴｉＳｉx はエッチングさ
れる。したがって、下地配線金属がアルミの場合、Ｗ、
Ｔｉ、Ｗｓｉx あるいはＴｉＳｉx が台座金属として適
当である。
【００２２】以上述べた実施例では、基板として半導体
であるシリコン基板を接続するための接続電極構造を示
したがＧａＡｓデバイス基板、セラミック回路基板、ガ
ラス−エポキシ回路基板あるいはポリイミド薄膜回路基
板を接続するための接続電極として使用できることは自
明である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、ポリイミド樹脂層が形
成されている基板上に、絶縁性材料からなる補強膜によ
り側面が囲まれ、かつ耐酸化性金属膜により先端表面が
確保されている基板接続電極を形成できる。さらに、半
導体素子等の存在により基板に凸部がある場合において
も、接続電極下に導伝性の台座を設置することにより、
実質的な接続電極の背丈が低くならないようにできる。
従って低接続抵抗で信頼性の高い基板接続を得られる。
【００２４】さらに、本発明の製造方法においても、電
解メッキ工程を含まないため、メッキ液に含まれる金属
イオン等による基板汚染なしに、１μｍ〜１０μｍ程度
の微細な接続電極を形成しうる。また、電解メッキ用電
極形成工程およびその除去工程を必要としないため、接
続電極形成に必要とされる工数の低減を図ることが可能
となり、接続電極の製造歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の断面工程図である。
【図２】本発明の一実施例を製造する際の工程断面図で
ある。
【図３】本発明の一実施例の構造を製造する際の断面工
程図である。
【図４】本発明の一実施例の構造を製造する際の断面工
程図である。
【図５】本発明の一実施例の構造を製造する際の工程断
面図である。
【図６】本発明の一実施例の構造を製造する際の断面工
程図である。
【図７】本発明の一実施例の構造を製造する際の断面工
程図である。
【図８】接続電極下に台座を形成した実施例の断面図で
ある。
【図９】従来の方法を説明する工程断面図である。
【図１０】従来の方法の問題点を説明する図である。
【図１１】従来の方法の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ パッシベーション酸化膜 ３ アルミ配線層 ４ ポリイミド樹脂 ５ シリコン酸化膜 ６ スルーホール ７ バリア金属膜 ８ タングステン ９ ｐｔ １０ レジスト １１ 側面補強シリコン酸化膜 １２ 基板接続電極 １３ タングステン台座 １４ 凸部 １５ ＭｏＳｉ2 ／Ａｌ配線 １７ タングステンバンプ １８ 酸化膜上に析出したタングステン粒子 １９ 酸化膜の柱

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリイミド樹脂層で覆われている基板の
    配線上に、前記ポリイミド樹脂層を貫くコンタクトホー
    ルが形成され、さらに前記コンタクトホール上にバリア
    金属および高融点金属からなる突起が形成され、かつ前
    記バンプの先端面が耐酸化性の金属で覆われ、前記金属
    突起側面の一部が絶縁性材料による補強膜で覆われてい
    ることを特徴とする基板接続電極。
  2. 【請求項２】 配線が形成され表面がポリイミド樹脂層
    で覆われている基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記
    ポリイミド層および前記絶縁膜を貫き前記配線に到達す
    るコンタクトホールを形成する工程と、バリア金属を前
    記基板全面に成膜する工程と、ＣＶＤ法により前記コン
    タクトホールを埋め込みかつ前記基板全面を覆うように
    高融点金属膜を形成する工程と、この高融点金属膜上に
    耐酸化性金属を成膜する工程と、前記バリア金属、前記
    高融点金属、前記耐酸化性金属をエッチングして前記コ
    ンタクトホールおよびその周囲領域を残しこれを金属突
    起とする工程と、この金属突起をマスクとして前記絶縁
    膜をエッチングして突起側面に絶縁膜を残す工程とを特
    徴とする基板接続電極の製造方法。
  3. 【請求項３】 表面に凸部のある基板の配線上に前記凸
    部よりも高い金属の台座が形成され、この台座上に前記
    金属突起が形成されていることを特徴とする請求項１に
    記載の基板接続電極。
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