(57)【要約】【課題】  本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、信頼性に優れた電子デバイスを高い生産性で製造するための電子デバイスの製造方法、および当該製造方法により製造された電子デバイスを提供すること。【解決手段】  集積回路１は、導電配線５とコンタクトホール１０を介して接続される二層構造のボンディングパッド８を備え、ボンディングパッド８は、ボンディングワイヤ９と接合する表面層７と、表面層７と被覆層４との密着性を高める下地層６を備えている。下地層６および表面層７は、液滴吐出法によりＡｕ微粒子を含むＡｕ分散液を用いて形成されており、下地層６と被覆層４との密着性は、界面におけるＡｕとＳｉとの相互拡散によって付与されるようになっている。【選択図】      図１
2007035910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層上に下地層と表面層とからなるボンディングパッドが形成された電子デバイスの製造方法であって、
前記Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層上に、液滴吐出法により金属材料を含む液状体を用いて前記下地層を形成する工程と、
前記下地層と前記Ｓｉ層ないし前記Ｓｉ系絶縁層との界面において、前記金属材料とＳｉとを相互拡散させる拡散工程と、
前記拡散工程後において、前記下地層上に、液滴吐出法により前記金属材料を含む液状体を用いて前記表面層を形成する工程と、を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記拡散工程は、加熱処理によりなされることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記表面層の前記金属材料を焼結させるための焼成工程をさらに有する請求項２に記載の電子デバイスの製造方法であって、
前記焼成工程は、前記拡散工程における加熱処理よりも低温でなされることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記金属材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕないしこれらの化合物から選択される一以上の材料であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層上に下地層と表面層とからなるボンディングパッドが形成された電子デバイスであって、
前記下地層は、前記Ｓｉ層ないし前記Ｓｉ系絶縁層上に、液滴吐出法によって金属材料を含む液状体を用いて形成され、
前記表面層は、前記下地層上に、液滴吐出法によって前記金属材料を含む液状体を用いて形成されていて、
前記下地層と前記Ｓｉ層ないし前記Ｓｉ系絶縁層との界面領域において、前記金属材料とＳｉとが相互拡散されていることを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路や半導体センサなどの電子デバイス、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスの製造において、微細な導線パターンや回路素子などをいわゆる液滴吐出法を用いて形成する方法が知られてきている（例えば、特許文献１）。この技術は、インクジェットプリンタに用いられるような液滴吐出ヘッドにより、機能性材料の微粒子を含んだ液状体を基板上に吐出させてパターニングし、その後に当該液状体を乾燥等により固形化（膜化）させるものである。液滴吐出法は、一般的なパターニング技術であるフォトリソグラフィー法と比べてプロセスが簡単であること、機能性材料の利用効率に優れていることから、生産性や環境面において優れた技術であると注目されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１７９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の液滴吐出法は、集積回路や半導体センサ等におけるボンディングパッドの形成についても適用することができる。しかし、液滴吐出法により形成される膜は、機能性材料の微粒子の集合体からなるため、一般に気相法等により形成される膜に比べて基板表層との密着性が弱いという問題がある。このため、好適な電気特性を有し、液状体としての特性にも優れたＡｕ等でボンディングパッドを形成した場合、基板表層との密着強度が不足し、ワイヤボンディングを施した際に生じる応力によってボンディングパッドの剥離を引き起こしてしまうことがあった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、信頼性に優れた電子デバイスを高い生産性で製造するための電子デバイスの製造方法、および当該製造方法により製造された電子デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層上に下地層と表面層とからなるボンディングパッドが形成された電子デバイスの製造方法であって、前記Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層上に、液滴吐出法により金属材料を含む液状体を用いて前記下地層を形成する工程と、前記下地層と前記Ｓｉ層ないし前記Ｓｉ系絶縁層との界面において、前記金属材料とＳｉとを相互拡散させる拡散工程と、前記拡散工程後において、前記下地層上に、液滴吐出法により前記金属材料を含む液状体を用いて前記表面層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この発明の電子デバイスの製造方法によれば、Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層と強固に接合された下地層の上に、表面層を形成するので、剥離耐性に優れたボンディングパッドを形成することができる。また、拡散工程での金属材料とＳｉとの相互拡散により下地層とＳｉ層ないしＳｉ系絶縁層との密着性を付加するようにしているので、下地層と表面層とは同じ液状体を用いて形成することができ、液滴吐出に係る工程の負担が小さい。かくして、信頼性に優れた電子デバイスを高い生産性で製造することができる。
【０００８】
また好ましくは、前記電子デバイスの製造方法において、前記拡散工程は、加熱処理によりなされることを特徴とする。
この発明の電子デバイスの製造方法によれば、簡単な方法で金属材料とＳｉとを相互拡散させることができる。
【０００９】
また好ましくは、加熱処理による拡散工程を有する前記電子デバイスの製造方法は、前記表面層の前記金属材料を焼結させるための焼成工程をさらに有し、前記焼成工程は、前記拡散工程における加熱処理よりも低温でなされることを特徴とする。
この発明の電子デバイスの製造方法によれば、表面層へのＳｉの拡散によるコンタクト抵抗の上昇を抑え、また、Ｓｉ系絶縁層への金属材料の拡散によるＳｉ系絶縁層の絶縁破壊を予防することができる。
【００１０】
また好ましくは、前記電子デバイスの製造方法において、前記金属材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕないしこれらの化合物から選択される一以上の材料であることを特徴とする。
この発明の電子デバイスの製造方法によれば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕないしこれらの化合物を含む液状体は液滴吐出法とのマッチングに優れているので、液滴吐出に係る工程の負担が小さくて済む。
【００１１】
本発明は、Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層上に下地層と表面層とからなるボンディングパッドが形成された電子デバイスであって、前記下地層は、前記Ｓｉ層ないし前記Ｓｉ系絶縁層上に、液滴吐出法によって金属材料を含む液状体を用いて形成され、前記表面層は、前記下地層上に、液滴吐出法によって前記金属材料を含む液状体を用いて形成されていて、前記下地層と前記Ｓｉ層ないし前記Ｓｉ系絶縁層との界面領域において、前記金属材料とＳｉとが相互拡散されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明の電子デバイスによれば、Ｓｉ層ないしＳｉ系絶縁層と強固に接合された下地層の上に、表面層が形成されているので、ボンディングパッドの剥離による断線を引き起こしにくい。また、界面における金属材料とＳｉとの相互拡散により下地層とＳｉ層ないしＳｉ系絶縁層との密着性が付加されるので、下地層と表面層とは同じ液状体を用いて形成することができ、液滴吐出に係る工程の負担が小さい。かくして、この発明の電子デバイスは、液滴吐出法を用いて高い生産性で製造されながら、信頼性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材の縮尺は実際のものとは異なるように表している。
【００１４】
（第１実施形態）
（電子デバイスの構造）
まずは、図１を参照して第１実施形態に係る電子デバイスについて説明する。図１は、第１実施形態に係る電子デバイスの要部構造を示す一部破断の斜視図である。
【００１５】
図１において、電子デバイスとしての集積回路１は、半導体素子（図示せず）が形成されたシリコン基板２と、シリコン基板２上に形成されたＢＰＳＧ（Boron-doped Phospho Silicate Glass）等からなる絶縁層３と、半導体素子と接続するＡｌ等からなる導電配線５と、導電配線５を被覆するＳｉＯ2やＳｉＮ等からなるＳｉ系絶縁層としての被覆層４と、を備えている。被覆層４上には、導電配線５とコンタクトホール１０を介して接続されたボンディングパッド８が形成されており、ボンディングパッド８とリードフレーム（図示せず）とがボンディングワイヤ９によって接続されている。
【００１６】
ボンディングパッド８は、二層構造となっており、導電配線５および被覆層４と直接接する下地層６と、下地層６上に形成された表面層７とを備えている。表面層７を構成する金属材料は、ボンディングワイヤ９との接合に係る電気的特性および機械的強度に鑑みて選択されるものであり、本実施形態ではＡｕが用いられている。下地層６は、ボンディングパッド８の剥離耐性を高める役割を果たしており、表面層７と同じくＡｕを主成分としながらも、Ｓｉがある程度固溶した状態となっている。
【００１７】
ボンディングパッド８を構成する下地層６および表面層７は、液滴吐出法を用いて形成されている。形成方法の詳細については以降で説明する。
【００１８】
（液滴吐出装置および液状体）
次に、図２を参照して、液滴吐出法において用いる液滴吐出装置および液状体について説明する。図２は、液滴吐出装置の構成の一例を示す模式図である。
【００１９】
図２において、液滴吐出装置２００は、一面に複数のノズル２１２を配した吐出ヘッド２０１と、吐出ヘッド２０１と対向する位置に基板２０２を載置するための載置台２０３とを備えている。また、吐出ヘッド２０１を、基板２０２との距離を保ったまま縦横に移動（走査）させる走査手段２０４と、吐出ヘッド２０１に液状体を供給する液状体供給手段２０５と、吐出ヘッド２０１の吐出制御を行う吐出制御手段２０６と、を備えている。
【００２０】
吐出ヘッド２０１には、複数に枝分かれした微細な流路が形成されており、当該流路の端部は、圧力室（キャビティ）２１１、ノズル２１２となっている。圧力室２１１の外郭の一面は、圧電素子２１０によって変形可能となっており、吐出制御手段２０６からの駆動信号によって圧電素子２１０を駆動することで圧力室２１１が変形し、ノズル２１２から液滴２１３が吐出される。尚、吐出技術としては、この例のような電気機械方式の他に、電気信号を熱に変換して圧力を発生させるいわゆるサーマル方式などもある。
【００２１】
上述の構成において、吐出ヘッド２０１の走査と同期したノズル２１２毎の吐出制御を行うことにより、基板２０２上に所望のパターンで液状体を配置することが可能となっている。尚、液滴吐出装置２００は、一走査中において複数種の液状体を吐出可能なように構成することもできる。
【００２２】
本実施形態においては、液状体として、金属材料としてのＡｕ微粒子を液体に分散させたＡｕ分散液が用意される。Ａｕ分散液は、下地層６および表面層７（図１参照）の両層の形成に用いられるものである。
【００２３】
液状体を構成する分散媒は、上述の微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。具体的には、水の他に、メタノール、エタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、トルエンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル系化合物、更にプロピレンカーボネート、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの極性化合物を挙げることができる。これらは、単独でも、あるいは２種以上の混合物としても使用することができる。
【００２４】
また、液状体は、液滴吐出装置２００における吐出特性やノズル目詰まり性、分散の安定性、吐出後における基板上での動的物性や乾燥速度などに鑑みて、分散媒の蒸気圧、分散質濃度、表面張力、粘度、比重などについて適切な調整がなされている。このため、液状体には、界面活性剤や保湿剤、粘度調整剤などが適宜添加されている。また、成膜後の定着性を良くするために、バインダーを添加することもできる。
【００２５】
Ａｕ微粒子は、分散性を向上させるためその表面に有機物（クエン酸など）をコーティングして用いることもできる。また、微粒子の粒径は、１〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。粒径が大きすぎると、下地層６および表面層７（図１参照）として成膜された状態での微粒子の充填性が悪くなり、密着性や電気特性が悪化するだけでなく、液滴吐出装置２００におけるノズル目詰まり性も悪化させてしまうことになるからである。また、粒径が小さすぎると、微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、液状体に占める金属材料の体積密度が低下してしまうからである。
【００２６】
下地層６および表面層７（図１参照）を液滴吐出法を用いて形成する場合には、材料選択にあたって、上述したような粒径の制御の容易性や、液状体に添加する添加剤等に対する安定性などについても考慮する必要がある。本実施形態における下地層６および表面層７（図１参照）についてのＡｕの材料選択は、このような事情も勘案して決められたものであり、Ａｕ分散液は、液滴吐出法とのマッチングに優れたものとなっている。
【００２７】
（製造工程）
次に、図３および図４を参照して集積回路の製造方法について説明する。図３は、集積回路の製造工程を示すフローチャートである。図４は、集積回路の製造過程を示す一部破断の斜視図である。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板２上に半導体素子（図示せず）、絶縁層３、導電配線５（素子電極含む）が、公知の半導体集積回路の製造技術を用いて形成される（図３の工程Ｓ１）。例えば、導電配線５は、絶縁層３の一面にスパッタ法でＡｌを成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターンエッチングを施して形成される。
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示すように、導電配線５を被覆する被覆層４を形成し（図３の工程Ｓ２）、導電配線５の直上における一領域にコンタクトホール１０を形成する（図３の工程Ｓ３）。
【００３０】
次に、被覆層４の表面に対して表面処理を行う（図３の工程Ｓ４）。表面処理とは、次のＡｕ分散液の配置（図３の工程Ｓ５）に先立って、液状体の濡れ性を制御するために被覆層４の表面に対して行う処理のことである。具体的には、Ｏ2プラズマ処理や紫外線照射などの表面を親液化する処理が行われる。また、必要に応じて、マスクを用いて親液化領域のパターニングを行うことで、液状体の濡れ広がりの形状を好適に制御するようにすることもできる。
【００３１】
次に、被覆層４上のコンタクトホール１０を含む領域に、液滴吐出装置２００（図２参照）を用いてＡｕ分散液をパターン配置し、乾燥処理を行って、図４（ｃ）に示すように下地層６を形成する（図３の工程Ｓ５）。尚、図中では矩形状に下地層６が形成されているが、形状になんらの限定が及ぶものではなく、円形状とすることもできる。
【００３２】
乾燥処理は、被覆層４上に配置されたＡｕ分散液を乾燥させて固形化するための処理であり、例えば、ホットプレート、電気炉等による熱処理、赤外線ランプ等による光処理、真空装置による減圧処理などで行うことができる。また、これらの処理は、窒素などの不活性ガス中で行うこともできる。尚、加熱温度、真空度などの乾燥速度に係る条件については、膜化する際の膜面の平坦性に強く影響するため適切な管理が必要であり、急速な乾燥は平坦性を乱す原因となるので避ける必要がある。また、この乾燥処理では、全ての液体成分を除去する必要はなく、Ａｕ分散液が流動性を失う程度に固形化されていれば十分である。
【００３３】
ここで、下地層６の層厚には注意を払う必要がある。層厚が薄すぎると下地層６としての機能が十分に発揮できず、また、層厚が厚すぎると、次に行う拡散工程（図３のＳ６）において下地層６から被覆層４へのＡｕの拡散が進みすぎて、被覆層４における絶縁が破壊される虞があるからである。
【００３４】
次に、ホットプレート、電気炉等を用いて加熱処理を行い（図３の拡散工程Ｓ６）、下地層６に残った液体成分やコーティング剤などを揮発させて下地層６のＡｕ微粒子を焼結させると共に、下地層６と被覆層４との界面においてＡｕとＳｉとを相互拡散させる。この相互拡散により、下地層６と被覆層４とは強固に接合される。
【００３５】
拡散工程Ｓ６における加熱処理にあたっては、加熱温度に注意を払う必要がある。加熱温度が低いと、相互拡散の進行が不十分なものとなって十分な接合強度が得られず、逆に加熱温度が高すぎると、素子特性の劣化などを引き起こす虞があるからである。
【００３６】
次に、液滴吐出装置２００（図２参照）を用いて下地層６上にＡｕ分散液をパターン配置し、乾燥処理を行って、図４（ｄ）に示すように表面層７を形成する（図３の工程Ｓ７）。表面層７は下地層６よりも厚く形成されるが、このような厚みのある膜の形成は、Ａｕ分散液の配置、乾燥処理を複数回繰り返すことで可能である。
【００３７】
次に、ホットプレート、電気炉等を用いて焼成を行い、表面層７に残った液体成分やコーティング剤などを揮発させ、表面層７のＡｕ微粒子を焼結させる（図３の焼成工程Ｓ８）。この工程においても、ＡｕとＳｉとの相互拡散が進行することになるが、この場合は相互拡散を極力進行させないように、２００℃程度の比較的低温の状態で焼成を行うことが好ましい。表面層７へのＳｉの拡散によるコンタクト抵抗の上昇を抑え、また、被覆層４へのＡｕの拡散によって被覆層４の絶縁が破壊されるのを防ぐためである。
【００３８】
この後、シリコン基板２をダイシングして、個体毎にワイヤボンディング、樹脂モールド等を施し（図３の工程Ｓ９）、図１に示す集積回路１が完成する。
【００３９】
このように、本実施形態の製造方法は、ボンディングパッド８を構成する下地層６および表面層７を液滴吐出法により形成することで、フォトリソグラフィー技術を用いる場合に比べて工程数の削減が図られている。また、下地層６および表面層７の形成に液滴吐出法とのマッチングに優れたＡｕ分散液を用いることで、液滴吐出に係る工程の負担低減が図られている。また、拡散工程により下地層６と被覆層４との密着性を付加するようにしているので、下地層６と表面層７とは同じＡｕ分散液を用いて形成することができ、液滴吐出装置２００（図２参照）の装置構成を複雑化させたり、複数種の液状体を用意したりする必要がない。
【００４０】
（第２実施形態）
以下では、図５を参照して、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。図５は、第２実施形態に係る電子デバイスの要部構造を示す一部破断の斜視図である。
【００４１】
図５において、電子デバイスとしての集積回路２０は、半導体素子（図示せず）が形成されたシリコン基板２１と、シリコン基板２１上に形成されたＳｉ系絶縁層としての絶縁層２２と、バンク層２３と、液滴吐出法により一体に形成された導電配線２５およびボンディングパッド２６と、を備えている。バンク層２３は、感光性樹脂などで形成されており、導電配線２５およびボンディングパッド２６の形成領域を区画するように、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングが施されたものである。
【００４２】
導電配線２５、ボンディングパッド２６は、ＡｕおよびＳｉの固溶層としての下地層２７とＡｕからなる表面層２８とを有した積層構造となっており、これらは液滴吐出法を用いてそれぞれ形成されている。すなわち、バンク層２３の区画領域内に液滴吐出法によりＡｕ分散液を配置し、乾燥処理を施して下地層２７および表面層２８をそれぞれ形成する。このように、バンク層２３を利用することにより、液滴吐出法を用いながらもフォトリソグラフィー技術並の精度で薄膜のパターニングを行うことが可能である。
【００４３】
尚、液状体の配置に先んじて、区画領域内における絶縁層２２の表面を親液化する処理（Ｏ2プラズマ処理など）や、バンク層２３の表面を撥液化する処理（ＣＦ4プラズマ処理など）を行うこともできる。このような前処理を行うことで、上述したパターニングの精度をより高めることが可能である。
【００４４】
集積回路２０はまた、バンク層２３および導電配線２５を被覆するＳｉＯ2やＳｉＮ等からなる被覆層２４を備えている。被覆層２４は、バンク層２３、導電配線２５、ボンディングパッド２６の上面全体に絶縁材料を積層させた後、ボンディングパッド２６に対応する領域を選択エッチングすることで形成される。そして、露出されたボンディングパッド２６の表面（表面層２８）にはボンディングワイヤ３０が接合される。
【００４５】
この実施形態のように、本発明に係るボンディングパッドは、導電配線と一体に形成することもできる。また、液滴吐出法を用いたボンディングパッドのパターニングにあたり、バンク層のような物理的な区画手段を利用することもできる。
【００４６】
本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、本発明が適用される電子デバイスには、上述した集積回路のほか、加速度センサやジャイロセンサ、レーザデバイス等の各種半導体デバイスなどが挙げられる。
また、下地層および表面層には、Ａｕに代えて、またはＡｕと共に、Ａｇ，Ｃｕないしこれらの化合物を用いることもできる。
また、本発明に係るボンディングパッドは、Ｓｉ層（Ｓｉ基板表層）に形成することもできる。
また、液滴吐出法による液状体の配置は、ディスペンサー等を用いて行うこともできる。
また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る電子デバイスの要部構造を示す一部破断の斜視図。
【図２】液滴吐出装置の構成の一例を示す模式図。
【図３】集積回路の製造工程を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、集積回路の製造過程を示す一部破断の斜視図。
【図５】第２実施形態に係る電子デバイスの要部構造を示す一部破断の斜視図。
【符号の説明】
【００４８】
１…電子デバイスとしての集積回路、２…シリコン基板、３…絶縁層、４…Ｓｉ系絶縁層としての被覆層、５…導電配線、６…下地層、７…表面層、８…ボンディングパッド、９…ボンディングワイヤ、１０…コンタクトホール、２０…電子デバイスとしての集積回路、２１…導電配線、２２…Ｓｉ系絶縁層としての絶縁層、２３…バンク層、２４…被覆層、２５…導電配線、２６…ボンディングパッド、２７…下地層、２８…表面層、３０…ボンディングワイヤ。
【図１】
2007035910.tif 000003
【図２】
2007035910.tif 000004
【図３】
2007035910.tif 000005
【図４】
2007035910.tif 000006
【図５】
2007035910.tif 000007