JP3514314B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、ボンディングパッド周辺の
パッシベーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）等の半導
体装置を製造する際に、ボンディングパッド周辺および
電極パッド上に形成されるバンプ周辺のパッシベーショ
ン構造は極めて重要であり、信頼性を維持しつつ生産性
の向上を図るために種々の努力がなされている。
【０００３】近年、ポリイミド樹脂をパッシベーション
膜に用いた構造が、種々提案されている。その一例とし
て、図２１に示すように、半導体基板１表面、あるいは
前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトす
るように形成されたアルミニウム層からなる電極パッド
２と、この上層を覆う窒化シリコン膜３に形成されたコ
ンタクトホールＨ内に中間層４としてのＴｉＷ層を介し
て金のボンディングパッド５を形成したものがある。こ
の金のボンディングパッド５の周りには、パッシベーシ
ョン膜としてのポリイミド樹脂膜７が形成されている。
【０００４】ところで、この構造は以下に示すような製
造工程を経て形成される。
【０００５】まず、素子領域の形成されたシリコン基板
１表面に配線層（図示せず）および層間絶縁膜（図示せ
ず）を形成し、フォトリソグラフィにより、スルーホー
ル（図示せず）を形成する。この後、アルミニウム層を
蒸着し、フォトリソグラフィにより、配線（図示せず）
および電極パッド２をパターニングする。そしてこの上
層に窒化シリコン膜３を形成し、フォトリソグラフィに
より、パターニングし、電極パッド２の周縁は窒化シリ
コン膜で覆われるように電極パッド２の中央部にコンタ
クトホールを形成する。（図２２）
【０００６】この後、図２３に示すように、パッシベー
ション膜としてのポリイミド樹脂膜７を形成し、これを
パターニングすることにより、図２４に示すように、電
極パッド２を露呈せしめる。
【０００７】そしてアルミニウム層が表面に露呈してい
ると腐蝕しやすいため、図２５に示すように、この上層
にスパッタリング法によりバリア層となるチタンタング
ステンＴｉＷ膜を中間層４として形成した後、ボンディ
ングパッドとなる金層５を形成する。
【０００８】この後、図２６に示すように、フォトリソ
グラフィにより、この金層５および中間層４をパターニ
ングする。従って、パッド層５の端縁とポリイミド樹脂
膜７の端縁とが一致するのが望ましいが、マスク精度を
考慮すると、一致させるのは難しいという問題がある。
一方、パッシベーション膜７上に金層５および中間層４
がのりあげるとショートなどの問題が生じ易いという問
題がある。このため、フォトリソグラフィの精度を考慮
して、パターニングがなされる。
【０００９】このため、パッシベーション膜を構成する
ポリイミド樹脂膜とパッド層５との間に隙間が生じるこ
とになり、酸化され易いＴｉＷが露呈することになり、
腐蝕が生じ易く、パッシベーション効果を良好に発揮し
得ず、信頼性が低下するという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のパ
ッド構造では、パッシベーション膜とボンディングパッ
ド層との間の隙間から、水分などが侵入し、アルミニウ
ムなどの電極パッドに腐蝕が生じ易く、信頼性を維持す
るのが困難であるという問題があった。
【００１１】この発明は、前記実情に鑑みてなされたも
ので、水分に対する耐性が高く信頼性の高いパッシベー
ション構造をもつボンディングパッドを有する半導体装
置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の第１では、所望
の素子領域の形成された半導体基板と、前記半導体基板
表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層
にコンタクトするように形成された電極パッドと、前記
電極パッド表面に中間層を介して形成されたボンディン
グパッドとを含み、前記ボンディングパッドと前記中間
層との界面が側壁に露呈しないように、前記ボンディン
グパッドおよび前記中間層の端縁の周縁を覆う樹脂絶縁
膜とを含むことを特徴とする。そして、この樹脂絶縁膜
は、前記ボンディングパッドと前記中間層との界面が側
壁に露呈しないように、前記ボンディングパッドと前記
中間層の界面は前記基板表面と垂直な方向で前記中間層
の端縁の周縁を覆っている。
【００１３】かかる構成によれば、樹脂絶縁膜が、前記
ボンディングパッドおよび前記中間層の端縁の周縁を覆
うように形成されている。このため、下地の電極パッド
や中間層が露呈することなく、樹脂絶縁膜で被覆されて
おり信頼性の向上を図ることが可能となる。なおここで
中間層とはＴｉＷのようなバリアメタル層あるいは密着
性層あるいは、めっきの下地を構成する下地層等を含む
ものとする。そしてこれらが腐食性あるいは酸化され易
い材料である場合に特に本発明は有効である。
【００１４】望ましくは、前記樹脂絶縁膜はポリイミド
樹脂膜であることを特徴とする。
【００１５】かかる構成によれば、ポリイミド樹脂膜を
用いることにより、ボンディングパッド周縁の表面の絶
縁とパッシベーション効果を備えた信頼性の高いパッド
構造を得ることが可能となる。また形成が容易である。
【００１６】また、望ましくは、前記中間層は腐食性材
料で構成され、前記ボンディングパッドは、前記中間層
の端縁を覆うように形成され、前記ボンディングパッド
と前記中間層の界面は前記基板表面と垂直な方向で前記
樹脂絶縁膜と接するように形成されることを特徴とす
る。
【００１７】かかる構成によれば、信頼性の高いボンデ
ィングパッド構造を得ることが可能となる。
【００１８】望ましくは、前記中間層はチタンタングス
テン（ＴｉＷ）層を含むことを特徴とする。
【００１９】かかる構成によれば、チタンタングステン
（ＴｉＷ）層は特に酸化され易く界面が露呈していると
劣化を招き易いという欠点があるが、本発明によれば、
容易に信頼性の高いバンプ構造を得ることが可能とな
る。
【００２０】望ましくは、前記ボンディングパッドは、
金からなることを特徴とする。
【００２１】かかる構成によれば、ボンディング性が良
好で信頼性の高い半導体装置を得ることが可能となる。
【００２２】望ましくは、前記電極パッドは、アルミニ
ウムを含む金属膜からなることを特徴とする。
【００２３】アルミニウム層は特に酸化され易く界面が
露呈していると劣化を招き易いという欠点があるが、か
かる構成によれば、容易に信頼性の高いパッド構造を得
ることが可能となる。
【００２４】望ましくは、前記電極パッドは、銅薄膜で
あることを特徴とする。
【００２５】銅層は特に酸化され易く界面が露呈してい
ると劣化を招き易いという欠点があるが、かかる構成に
よれば、容易に信頼性の高いパッド構造を得ることが可
能となる。
【００２６】望ましくは、所望の素子領域の形成された
半導体基板と、前記半導体基板表面、あるいは前記半導
体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように
形成された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッド
表面に形成されたボンディングパッドと、前記半導体基
板上に形成された第２の電極パッド表面に中間層を介し
て形成されたバンプとを含み、前記ボンディングパッド
と前記第１の電極パッドとの界面が側壁に露呈しないよ
うに、前記ボンディングパッドの周縁を覆うとともに、
前記バンプの側面に露呈する、前記バンプと前記中間層
との界面を覆うように、少なくとも前記バンプの周辺部
および前記ボンディングパッドの周辺部に形成された樹
脂絶縁膜とを含み、前記ボンディングパッドと前記中間
層の界面が前記基板表面と垂直な方向で前記樹脂絶縁膜
と接することを特徴とする。
【００２７】かかる構成によれば、ワイヤボンディング
と、バンプを用いたダイレクトボンディングとが混在す
るような半導体装置においても、信頼性の高いパッド構
造を提供することが可能となる。
【００２８】本発明の方法は、所望の素子領域の形成さ
れた半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形
成された配線層にコンタクトするように電極パッドを形
成する工程と、前記電極パッド表面に中間層を形成する
工程と、前記中間層表面にボンディングパッドとなるパ
ッド層を形成し、これらをパターニングする工程と、前
記ボンディングパッドと前記中間層のパターンの端縁を
覆うように、樹脂絶縁膜を形成する工程とを含み、前記
ボンディングパッドと前記中間層の界面は前記基板表面
と垂直な方向で前記樹脂絶縁膜と接するように形成した
ことを特徴とする。
【００２９】かかる構成によれば、パッド層を形成しパ
ターニングしたのち、ポリイミド樹脂膜を形成している
ため、パッド周縁を良好に覆うことが可能となる。
【００３０】望ましくは、前記樹脂絶縁膜を形成する工
程は、ポリイミド樹脂膜を塗布する工程を含むことを特
徴とする。
【００３１】かかる構成によれば、樹脂絶縁膜がポリイ
ミド樹脂膜であるため、形成が容易でかつパッシベーシ
ョン効果も高い表面構造を得ることが可能となる。
【００３２】望ましくは、前記中間層の形成工程は、ス
パッタリング法によりチタンタングステン（ＴｉＷ）層
を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００３３】チタンタングステン（ＴｉＷ）層は特に酸
化され易く界面が露呈していると劣化を招き易いという
欠点があるが、かかる構成によれば、容易に信頼性の高
いバンプ構造を得ることが可能となる。
【００３４】望ましくは、前記パッド層を形成する工程
は金層をスパッタリングにより形成する工程を含むこと
を特徴とする。
【００３５】かかる構成によれば、より効率よく金のボ
ンディングパッドを形成することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
のパッド構造をもつ半導体装置を示す説明図であり、図
２乃至図９は、本発明の第１の実施形態による半導体装
置の製造工程を示す説明図である。この構造では、所望
の素子領域の形成されたシリコン基板１表面の電極パッ
ド２と、前記電極パッド表面に中間層４としてのチタン
タングステン層を介して形成されたボンディングパッド
５とを含み、前記ボンディングパッドおよび前記中間層
４の周縁から、前記ボンディングパッド端縁に這い上が
るように、ポリイミド樹脂膜７からなる樹脂絶縁膜を形
成してなることを特徴とする。
【００３７】次に本発明の第１の実施形態の半導体装置
の製造工程について説明する。まず、図１に示すよう
に、半導体基板１上にフィールド酸化膜（図示せず）を
形成したものを用意し、フィールド酸化膜や半導体基板
の上に、ポリシリコンゲートを備えたＭＯＳＦＥＴなど
の素子領域を形成する。
【００３８】つぎに、この表面を覆うように、層間絶縁
膜（図示せず）を形成する。層間絶縁膜は、たとえばＰ
ＳＧ（リンをドーピングしたシリコン酸化膜）やＢＰＳ
Ｇ（ボロンおよびリンをドーピングしたシリコン酸化
膜）により構成される。つぎに、層間絶縁膜の上に膜厚
５００〜１０００ｎｍのアルミ配線を形成する。このよ
うにして半導体基板１上にアルミ配線まで形成した後、
これをパターニングし電極パッド２を形成する。そして
スパッタリング法により窒化シリコン膜３を形成し、前
記電極パッド２に開口するように窓を形成する。
【００３９】つぎに、図２に示すように、この上にスパ
ッタリング法により膜厚２００ｎｍのＴｉＷ層４を形成
した後、膜厚８００ｎｍの金層５を形成する。
【００４０】そして、図３に示すように、レジストを塗
布しフォトリソグラフィによりレジストパターンＲ１を
形成する。
【００４１】そして、図４に示すように、レジストパタ
ーンＲ１をマスクとして金層５のエッチングを行い、さ
らにこの金層５をマスクとして、ＴｉＷ層４をエッチン
グする。
【００４２】この後、図５に示すように、レジストパタ
ーンＲ１を剥離する。
【００４３】そして、図６に示すように、感光性のポリ
イミド樹脂７を塗布する。
【００４４】この後、図７に示すように、スクライブラ
イン（図示せず）形成と同時にボンディングパッドに相
当する領域のポリイミド樹脂７も除去するように形成し
たパターンを用いて露光を行う。
【００４５】この後、図８に示すように、３００℃３０
分の熱処理によりポリイミド樹脂をポストベークし、膜
質の向上をはかる。
【００４６】そして最後に、図９に示すように、Ｏ2プ
ラズマ処理工程が実施され、表面に残存するポリマーや
パーティクル（ごみ）Ｓの除去がなされる。
【００４７】このようにして、図１に示したようなパッ
ド構造を持つ半導体装置が形成される。
【００４８】かかる構成によれば、ポリイミド樹脂膜７
がボンディングパッドの周縁の中間層およびボンディン
グパッドとの界面を覆うように形成されているため、下
地の電極パッド２や中間層４が露呈することなく、良好
にポリイミド樹脂膜で被覆保護されており長寿命で信頼
性の高いパッド構造を得ることが可能となる。また、ボ
ンディングパッドを形成した後、ポリイミド樹脂膜７を
形成しているため、効率よく良好に界面を被覆すること
が可能である。
【００４９】なお、前記第１の実施形態においては、金
のボンディングパッドを形成する場合について説明した
が、中間層としてはＴｉ／ＴｉＮなど他の層を用いても
よく、またさらにチタン層やパラジウム層などの密着層
を介在させたりすることも可能である。
【００５０】さらにまたパッド電極についてもアルミニ
ウムに限定されることなく、アルミニウム−シリコン
（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）等の場合にも適用可能であ
る。
【００５１】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。前記実施形態では、スパッタリング法によってボ
ンディングパッドを形成するパッド構造について説明し
たが、さらに膜厚を大きくする必要がある場合にはスパ
ッタリング法によって形成した金層上にめっき層を形成
し、より膜厚の厚いボンディングパッドを形成すること
も可能である。図１０乃至図１９は本発明の第２の実施
形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【００５２】この方法では、電極パッド２上にスパッタ
リング法により膜厚２００ｎｍのＴｉＷ層４を形成した
後、膜厚２００ｎｍの金層を形成するがこの工程までは
前記第１の実施形態で説明した図２の工程までと同様で
ある。
【００５３】そして、図１１に示すように、レジストを
塗布しフォトリソグラフィにより金めっき工程における
マスクを構成するレジストパターンＲ３を形成する。
【００５４】そして、図１２に示すように、膜厚２〜５
ミクロン程度となるように金めっき層５ｔを形成し、ボ
ンディングパッドとなる領域の金の膜厚を大きくする。
【００５５】さらに、図１３に示すように、レジストパ
ターンＲ３を剥離する。この後図１４に示すように、表
面の金層を軽くエッチングし、めっき層から露呈するス
パッタリングで形成した金層５を除去し、ＴｉＷ層を露
呈せしめる。
【００５６】そして後図１５に示すように、この金層５
ｔをマスクとして、ＴｉＷ層４をエッチングする。
【００５７】そして、図１６に示すように、感光性のポ
リイミド樹脂７を塗布する。
【００５８】この後、図１７に示すように、スクライブ
ライン（図示せず）形成と同時にボンディングパッドに
相当する領域のポリイミド樹脂７も除去するように形成
したパターンを用いて露光を行う。
【００５９】この後、図１８に示すように、３００℃３
０分の熱処理によりポリイミド樹脂をポストベークし、
膜質の向上をはかる。
【００６０】そして最後に、図１９に示すように、表面
に残存するポリマーやパーティクル（ごみ）Ｓを除去す
るために、Ｏ2プラズマ処理工程が実施される。
【００６１】このようにして、厚いボンディングパッド
を有する半導体装置が形成される。
【００６２】かかる構成によれば、ボンディングパッド
が厚く形成されているため、さらなるボンディング性の
向上を図ることが可能となる。このようにしてより長寿
命で信頼性の高いパッド構造を得ることが可能となる。
【００６３】次に本発明の第３の実施形態について説明
する。前記第１および第２の実施形態では、ワイヤボン
ディング法により実装される半導体装置について説明し
たが、図２０に示すように、バンプ６を形成し、ダイレ
クトボンディング法による接続領域も混在するような構
造とすることも可能である。ここではバンプ６に半導体
チップ２０がフェースダウンで直接接続されており、両
半導体チップ間領域はポリイミド樹脂２１を充填せしめ
られている。
【００６４】製造に際しては前記第２の実施形態と同様
の方法が用いられるが、図１２に示したように金層５ｔ
をめっき形成した後、ワイヤボンディング領域はレジス
ト被覆し、バンプを形成すべき領域にのみ再度めっきを
施し厚い金めっき層からなるバンプ６を形成する。
【００６５】あとは、前記第２の実施形態と同様に形成
する。ここで５はボンディングパッドであり、他端をリ
ードフレームなどの実装部材に接続されたボンディング
ワイヤＷが接続されている。このようにして極めて容易
に信頼性の高い半導体装置を提供することが可能とな
る、
【００６６】なお、上述の実施形態においては、下地層
として、フィールド酸化膜およびこの上に形成されたア
ルミ配線とにより構成される下地配線層を例に説明した
が、下地層はこれに限定されるものではない。この発明
における下地層とは、凹凸状表面を有する層全般を意味
するものである。
【００６７】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、樹脂絶縁膜が、前記ボンディングパッドの周縁を覆
うように、形成されているため、下地の電極パッドや中
間層が露呈することなく、樹脂絶縁膜で被覆されてお
り、半導体装置の長寿命化および信頼性の向上を図るこ
とが可能となる。
【００６８】また、本発明の方法によれば、パッド層を
形成しパターニングしたのち、ポリイミド樹脂膜を形成
しているため、パッド周縁を良好に覆うことが可能とな
り、半導体装置の長寿命化および信頼性の向上を図るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体装置を示
す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製
造工程を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態による半導体装置を
示す図である。
【図２１】従来例の半導体装置を示す図である。
【図２２】従来例の半導体装置の製造工程を示す図であ
る。
【図２３】従来例の半導体装置の製造工程を示す図であ
る。
【図２４】従来例の半導体装置の製造工程を示す図であ
る。
【図２５】従来例の半導体装置の製造工程を示す図であ
る。
【図２６】従来例の半導体装置の製造工程を示す図であ
る。
【符号の説明】 １ シリコン基板 ２ 電極パッド ３ 窒化シリコン膜 ４ 中間層 ５ パッド層 ６ バンプ ７ ポリイミド樹脂膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/92 H01L 21/3205

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所望の素子領域の形成された半導体基板
    と、 前記半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形
    成された配線層にコンタクトするように形成された電極
    パッドと、 前記電極パッド表面に中間層を介して形成されたボンデ
    ィングパッドとを含み、 前記ボンディングパッドと前記中間層との界面が側壁に
    露呈しないように、前記ボンディングパッドおよび前記
    中間層の端縁の周縁を覆う樹脂絶縁膜とを含み、 前記ボンディングパッドと前記中間層の界面は前記基板
    表面と垂直な方向で前記樹脂絶縁膜と接するように形成
    されたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記樹脂絶縁膜はポリイミド樹脂膜であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記中間層は腐食性材料で構成されるこ
    とを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記中間層はチタンタングステン（Ｔｉ
    Ｗ）層を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
    かに記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記ボンディングパッドは、金からなる
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半
    導体装置。
  6. 【請求項６】 前記電極パッドは、アルミニウムを含む
    金属膜からなることを特徴とする請求項１乃至５のいず
    れかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記電極パッドは、銅薄膜であることを
    特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装
    置。
  8. 【請求項８】 所望の素子領域の形成された半導体基板
    表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層
    にコンタクトするように電極パッドを形成する工程と、 前記電極パッド表面に中間層を形成する工程と、 前記中間層表面にボンディングパッドとなるパッド層を
    形成し、これら中間層およびパッド層をパターニングす
    る工程と、 前記ボンディングパッドと前記中間層のパターンの端縁
    の周縁を覆うように、樹脂絶縁膜を形成する工程とを含
    み、前記ボンディングパッドと前記中間層の界面は前記
    基板表面と垂直な方向で前記樹脂絶縁膜と接するように
    形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記樹脂絶縁膜を形成する工程は、ポリ
    イミド樹脂膜を塗布する工程を含むことを特徴とする請
    求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記中間層の形成工程は、スパッタリ
    ング法によりチタンタングステン（ＴｉＷ）層を形成す
    る工程を含むことを特徴とする請求項８または９に記載
    の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記パッド層を形成する工程は金層を
    スパッタリングにより形成する工程を含むことを特徴と
    する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
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