JP5396750B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、金属パッドを有する半導体装置の製造
方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a metal pad.
半導体装置の製造プロセスにおいて、前処理工程の最終段階として、半導体ウェーハを
ダイシング装置により切断して複数の半導体装置毎にチップ状に分割する工程がある。半
導体ウェーハのダイシングの際には、半導体装置を冷却するために切削水が半導体ウェー
ハに供給される。切削水として、例えば純水が用いられる。
In the semiconductor device manufacturing process, as a final stage of the pretreatment process, there is a process of cutting a semiconductor wafer with a dicing apparatus and dividing the semiconductor wafer into a plurality of chips. When dicing the semiconductor wafer, cutting water is supplied to the semiconductor wafer in order to cool the semiconductor device. For example, pure water is used as the cutting water.
純水の比抵抗値は高いので、ダイシング中の半導体ウェーハに純水を供給すると静電気
が生じ易く、切断屑が半導体チップに付着してしまう。この解決策としては、純水に二酸
化炭素を混合して純水の比抵抗値を下げることにより、静電気の発生を防止する方法があ
る。
Since the specific resistance value of pure water is high, if pure water is supplied to the semiconductor wafer being diced, static electricity is likely to be generated, and cutting waste adheres to the semiconductor chip. As a solution to this, there is a method of preventing the generation of static electricity by mixing carbon dioxide with pure water to lower the specific resistance value of pure water.
しかし、二酸化炭素が混合された純水の酸性は高く、この純水は半導体チップの表面に
露出しているアルミニウムのボンディングパッドを腐食させる1つの原因になる。従って
、ダイシングにより分割された半導体チップのボンディングパッドの表面には、ダイシン
グ前に比べて腐食によって多数の空孔が発生する。空孔は、ボンディングパッドの実質的
なボンディング面積を減少させるので、ボンディングパッド表面にボンディングされる金
属ワイヤとの密着性を損なう原因となる。
However, the acidity of pure water mixed with carbon dioxide is high, and this pure water causes corrosion of the aluminum bonding pad exposed on the surface of the semiconductor chip. Therefore, a larger number of holes are generated on the surface of the bonding pad of the semiconductor chip divided by dicing due to corrosion than before dicing. Since the voids reduce the substantial bonding area of the bonding pad, it causes a loss of adhesion to the metal wire bonded to the bonding pad surface.
ボンディングパッドと金属ワイヤとの密着性を向上するための方法として、ボンディン
グパッドの表面に凹凸を形成することが知られている。しかし、ボンディングパッドの表
面に凹凸を形成しても、腐食によって多数の空孔が形成されることには変わりはなく、ボ
ンディングワイヤの密着性を改善することが難しい。
As a method for improving the adhesion between the bonding pad and the metal wire, it is known to form irregularities on the surface of the bonding pad. However, even if irregularities are formed on the surface of the bonding pad, there is no change in the formation of a large number of holes due to corrosion, and it is difficult to improve the adhesion of the bonding wire.
一方、ボンディングパッドの表面の空孔の発生を防止するために、半導体ウェーハのダ
イシングの前に、ポリイミドの揮発成分によりボンディングパッドの表面に保護膜を形成
し、その後にダイシングすることが知られている。
On the other hand, it is known that a protective film is formed on the surface of the bonding pad by a volatile component of polyimide before dicing the semiconductor wafer, and then dicing in order to prevent generation of holes on the surface of the bonding pad. Yes.
その保護膜の形成方法は、まず、別の基板にポリイミドを塗布し、この基板を半導体ウ
ェーハに対向させて配置させる。続いて、熱処理によって、熱硬化前のポリイミドの成分
を揮発させ、その揮発成分をボンディングパッド及びその周辺のパッシベーション膜の表
面に付着させ、保護膜を形成する。
In the method of forming the protective film, first, polyimide is applied to another substrate, and this substrate is disposed to face the semiconductor wafer. Subsequently, the component of the polyimide before thermosetting is volatilized by heat treatment, and the volatile component is attached to the surface of the bonding pad and the surrounding passivation film to form a protective film.
そのような方法においては、ポリイミドを基板に塗布する工程と、ポリイミドを熱処理
により揮発させて保護膜を形成する工程とを従来工程に加える必要がある上に、硬化した
ポリイミドを廃棄する必要がある。
本発明の目的は、ダイシング後にパッドの表面に接続される金属物の密着性を改善する
ことができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can improve the adhesion of a metal object connected to the surface of a pad after dicing.
本発明の1つの観点によれば、半導体基板の上方の絶縁膜上にアルミニウム、アルミニウム合金のいずれかを有する金属パッドを形成する工程と、酸素含有雰囲気内における熱処理により前記金属パッドの表面に金属酸化膜を形成する工程と、前記金属酸化膜を形成した後に、水を供給しながら前記半導体基板を切断することにより分割してチップを形成する工程と、超音波振動を併用する熱圧着により、前記金属酸化膜を消滅させながらワイヤの一端を前記チップ上の前記金属パッドにボンディングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
According to one aspect of the present invention, forming a metal pad with aluminum on the insulating film above the semiconductor substrate, one of the aluminum alloy, the surface of the metal pad by us Keru heat treatment in an oxygen-containing atmosphere Forming a metal oxide film on the substrate, forming a chip by cutting the semiconductor substrate while supplying water after forming the metal oxide film, and thermocompression bonding using ultrasonic vibration in combination Accordingly, that provides a method of manufacturing a semiconductor device characterized by having the steps of bonding one end of the wire while extinguished the metal oxide film on the metal pads on the chip.
本発明によれば、酸素含有雰囲気内において熱処理を行い、金属パッドの表面に金属酸
化膜を形成し、この後にダイシングを行ったので、金属パッドの表面のダイシングに起因
する腐食を防止することができ、金属パッドの表面とその表面に接続される金属物との密
着性を改善することができる。
According to the present invention, since heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere, a metal oxide film is formed on the surface of the metal pad, and then dicing is performed, corrosion due to dicing on the surface of the metal pad can be prevented. In addition, the adhesion between the surface of the metal pad and the metal object connected to the surface can be improved.
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の要部断面図である。この半導体装置
1は、半導体基板10の上方の第n層目の層間絶縁膜36上に形成された金属パッド(ボ
ンディングパッド)40と、金属パッド40の表面に形成された金属酸化膜41とを備え
ている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a
半導体基板10には例えばn型のシリコン単結晶基板が使用され、この半導体基板10
の主面側の活性領域には複数のp型のウェル領域11と複数のn型のウェル領域(不図示
)が形成されている。
For example, an n-type silicon single crystal substrate is used as the
In the active region on the main surface side, a plurality of p-
活性領域であるウェル領域11は、素子分離領域12によって区画されている。素子分
離領域12は、例えばシャロートレンチアイソレーション(STI)構造を採用し、ウェ
ル領域11の表面から深さ方向に形成されたトレンチとその内部に埋設された絶縁体とを
備えて構成される。
The
なお、素子分離領域12には、例えばウェル領域11の表面をLOCOS法により選択
的に酸化して形成されたシリコン酸化膜を使用してもよい。
For the
活性領域であるウェル領域11には、トランジスタTが形成されている。トランジスタ
Tとして、MOSFETのような絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGFET)が形
成されている。
A transistor T is formed in the
トランジスタTは、チャネル形成領域として使用されるウェル領域11と、ゲート絶縁
膜15と、ゲート電極16と、ソース/ドレイン領域17s、17dとを有している。
The transistor T includes a
ゲート絶縁膜15はウェル領域11上に形成される。ゲート絶縁膜15は、熱酸化法に
より形成してもよいし、CVD法により形成してもよい。
The
ゲート電極16A、16Bは、ゲート絶縁膜15上に形成されたシリコン多結晶膜16
aと、このシリコン多結晶膜16a上に形成された金属シリサイド膜16bとを備える。
The
a and a
ソース/ドレイン領域17s、17dは、ウェル領域11に形成された低不純物濃度領
域であるn型のエクステンション領域17aと、ウェル領域11に形成された高不純物濃
度領域であるn型半導体領域17bとを有している。n型半導体領域17b上には金属シ
リサイド膜17cが形成されている。
The source / drain regions 17 s and 17 d include an n-
エクステンション領域17aは、ゲート電極16をマスクにしてその両側のウェル領域
11に不純物をイオン注入することにより形成される。また、n型半導体領域17bは、
ゲート電極16及びサイドウォールスペーサ18をマスクとして不純物をイオン注入する
ことにより形成される。
The
An impurity is ion-implanted using the
ここで、ゲート電極16表面の金属シリサイド膜16b、ソース/ドレイン領域17s
、17d表面の金属シリサイド膜17cのそれぞれは、製造プロセスにおいてサリサイド
技術を使用して同一工程により形成される。
Here, the
Each of the
なお、第1実施形態においては、nチャネル導電型MOSFETのみ説明しているが、
本発明は、トランジスタTとしてそれに限定されるものではなく、pチャネル導電型IG
FETであってもよく、又双方のチャネル導電型MOSFETが混在してもよい。
In the first embodiment, only the n-channel conductivity type MOSFET is described.
The present invention is not limited to the transistor T, but is a p-channel conductivity type IG
It may be an FET, or both channel conductivity type MOSFETs may be mixed.
半導体基板10上には、トランジスタTを覆う絶縁膜20と、絶縁膜20上に形成され
た第1層目の層間絶縁膜21とが形成される。絶縁膜20はカバー絶縁膜として使用され
、この絶縁膜20には例えばシリコン窒化膜が使用される。層間絶縁膜21には例えばシ
リコン酸化膜が使用され、この層間絶縁膜21の表面は化学機械研磨法等により平坦化さ
れる。
On the
絶縁膜20及び層間絶縁膜21にはトランジスタTのソース/ドレイン領域17s、1
7d上においてコンタクトホール22が形成される。コンタクトホール22内部には導電
性プラグ23が形成され、導電性プラグ23はソース/ドレイン領域17s、17d表面
の金属シリサイド膜17cに電気的に接続される。
The
A
図示していないが、トランジスタTのゲート電極16は、導電性プラグを介してその上
の配線に接続される。この導電性プラグはゲート電極16の金属シリサイド膜16bに電
気的に接続される。
Although not shown, the
導電性プラグ23は、例えば、コンタクトホール22内の底面及び側壁に沿って形成さ
れたグルー膜23aと、このグルー膜23a上に形成されコンタクトホール22内を埋め
込む金属膜23bとを備えている。グルー膜23aには例えば窒化チタン(TiN)膜が
使用され、金属膜23bには例えばタングステン(W)膜が使用される。
The
層間絶縁膜21上には、導電性プラグ23に電気的に接続される第1層目の配線24が
形成される。配線24として、例えば、アルミニウム膜、又は銅(Cu)、シリコン(S
i)若しくはチタン(Ti)の少なくとも1つが添加されたアルミニウム合金膜が使用さ
れる。
On the interlayer
An aluminum alloy film to which at least one of i) or titanium (Ti) is added is used.
図1において、配線24は簡略化して示しているが、実際にはアルミニウム膜若しくは
アルミニウム合金膜と、その下層に形成されたバリアメタル膜と、その上層に形成された
反射防止膜とを備える。
In FIG. 1, the
配線24上には第2層目の層間絶縁膜25が形成され、この層間絶縁膜25にはビアホ
ール26が形成されている。ビアホール26内部にはその下の配線24に電気的に接続さ
れる導ビアプラグ27が形成されている。
A second-layer
図1には示していないが、層間絶縁膜25上にはビアプラグ27に電気的に接続される
第2層目の配線が形成される。層間絶縁膜25は例えば層間絶縁膜21と同一の絶縁材料
を使用して構成され、ビアプラグ27は例えば導電性プラグ23と同一積層構造において
同一の導電性材料を使用して構成される。また、第2層目の配線は第1層目の配線24と
同一の導電性材料を使用して構成される。
Although not shown in FIG. 1, a second layer wiring electrically connected to the via
第2層目の配線上には複数層の層間絶縁膜と複数層の配線とが交互に積層される。第2
層目の配線の上方には第n−1(nは4以上の整数。)層目の層間絶縁膜30が形成され
、この層間絶縁膜30にはビアホール31が形成される。
A plurality of layers of interlayer insulating films and a plurality of layers of wiring are alternately stacked on the second layer wiring. Second
An n-1 (n is an integer greater than or equal to 4) layer
ビアホール31内には、下層の第(n−2)層目の配線(不図示)に電気的に接続され
るビアプラグ32が埋設されている。
A via
層間絶縁膜30上にはビアプラグ32に電気的に接続される第(n−1)層目の配線3
5が形成される。層間絶縁膜30は例えば層間絶縁膜21と同一の絶縁材料を使用して構
成され、ビアプラグ32は例えば導電性プラグ23と同一積層構造において同一の導電性
材料を使用して構成される。また、第(n−1)層目の配線35は第1層目の配線24と
同一の導電性材料を使用して構成される。
On the
5 is formed. The
配線35上には、最上層間絶縁膜となる第n層目の層間絶縁膜36が形成され、この層
間絶縁膜36にはビアホール37が形成される。ビアホール37内には、配線35に電気
的に接続される最上のビアプラグ38が埋設される。
On the
層間絶縁膜36上には、ビアプラグ38に電気的に接続され最上配線層となる第n層目
の配線として金属パッド(ボンディングパッド)40が形成される。金属パッド40を構
成する材料として、アルミニウム、又は、アルミニウムに例えばCu、Si若しくはTi
の少なくとも1つの元素が添加されたアルミニウム合金が適用される。
On the
An aluminum alloy to which at least one element is added is applied.
層間絶縁膜36は、例えば層間絶縁膜21と同一の絶縁材料を使用して構成され、最上
のビアプラグ38は、例えば導電性プラグ23と同一積層構造において同一の導電性材料
を使用して構成される。また、金属パッド40は、例えば、配線24と同一の導電性材料
を使用して構成される。
The
金属パッド40上には、半導体基板10の全域を覆い、金属パッド40の中央部分に開
口(ボンディング開口)43を有する絶縁膜42が形成される。絶縁膜42はカバー絶縁
膜としての機能を有し、例えば絶縁膜42にはシリコン窒化膜が使用される。更に、絶縁
膜42上には、半導体基板10の全域を覆い、絶縁膜42の開口43に重複してそれより
も一回り大きな開口45を有する保護膜44が形成される。保護膜44には例えば感光性
ポリイミド樹脂膜が使用される。
On the
このような構造を有する第1実施形態に係る半導体装置1においては、絶縁膜42の開
口43内に露出する金属パッド40の表面上に金属酸化膜41が形成される。ここでは、
金属酸化膜41には金属パッド40の表面を酸化することにより酸化アルミニウム(Al
xOy)膜が形成される。
In the
The
x O y ) film is formed.
金属酸化膜41は、後の製造方法において説明するダイシング工程に使用される冷却水
(純水)と金属パッド40のアルミニウム粒子との反応を防止するシールド膜として機能
し、金属パッド41の表面の腐食を防止する。
The
本実施形態において、金属酸化膜41は、アルミニウム粒子と純水との反応を防止する
ために、例えば厚さ約3nmの自然酸化膜よりも厚く、かつ金属パッド40とそれに電気
的に接続される金属物との間の接続抵抗値を不必要に増加させないために、例えば5nm
以上、10nm以下の膜厚に設定される。
In the present embodiment, the
The film thickness is set to 10 nm or less.
半導体装置1の金属パッド40の表面には、図2に示すように、電気的接続物としてワ
イヤ50の一端が電気的にかつ機械的に接続される。ワイヤ50には例えば金(Au)ワ
イヤが使用され、このAuワイヤの一端は金属パッド40にボンディングされる。
As shown in FIG. 2, one end of a
次に、前述の半導体装置1の製造方法を簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、図3に示すように、半導体基板10にトランジスタTを形成した後に、絶縁膜2
0、第1層目の層間絶縁膜21、コンタクトホール22、導電性プラグ23、第1層目の
配線24のそれぞれを順次形成する。引き続き、配線24上に第2層目の層間絶縁膜25
、ビアホール26、導電性プラグ27、第2層目の配線のそれぞれを順次形成し、層間絶
縁膜と配線とを交互に複数層形成する。ここで、半導体基板10は、ダイシング工程前で
あって、半導体ウェーハの状態にある。
First, as shown in FIG. 3, after forming the transistor T on the
0, first-layer
The via
そして、第n層目の層間絶縁膜36上に金属パッド40を形成する。金属パッド40に
は、例えばスパッタリング法を使用して形成された厚さ約770nm〜950nmのアル
ミニウム合金膜を使用する。
Then, a
次に、金属パッド40上を覆う絶縁膜42を形成する。この後、絶縁膜42に金属パッ
ド40の表面中央部が露出する開口43を形成する。開口43は、レジストマスク(不図
示)を使用し、絶縁膜42にドライエッチングを行うことにより形成される。
Next, an insulating
さらに、図4に示すように、絶縁膜42上及び開口43から露出された金属パッド40
上を覆う保護膜44を形成し、開口43及び金属パッド40の表面を露出させる開口45
を保護膜44に形成する。保護膜44として、例えば塗布法を使用して成膜された感光性
樹脂、例えば感光性ポリイミド膜を使用する。開口45は、フォトリソグラフィ技術を使
用して保護膜44にパターンニングを行うことにより形成する。
Further, as shown in FIG. 4, the
A
Is formed on the
前述の図1に示したように、酸素含有雰囲気内において、金属パッド40の開口43か
ら露出する表面に熱酸化法を使用して金属酸化膜41を形成する。金属酸化膜41は、図
5に示すように、以下の熱酸化条件に基づき形成される。
As shown in FIG. 1, the
まず、酸素濃度18%のガスを20ml/min、N2ガスを10l/min程度で酸
素含有雰囲気内に供給する。その酸素含有雰囲気は、排気によって常圧よりも低い圧力に
設定される。そして、約1時間をかけて2℃/min〜3℃/minの上昇率で200℃
まで加熱する。この200℃の状態を12時間持続し、1.5℃/min〜1.8℃/m
inの下降率で加熱前の温度まで冷却する。
First, a gas with an oxygen concentration of 18% is supplied into an oxygen-containing atmosphere at a rate of 20 ml / min and N 2 gas at a rate of about 10 l / min. The oxygen-containing atmosphere is set to a pressure lower than normal pressure by exhaust. And it takes about 1 hour and increases at a rate of 2 ° C./min to 3 ° C./min to 200 ° C.
Until heated. This state of 200 ° C. is maintained for 12 hours, 1.5 ° C./min to 1.8 ° C./m.
Cool down to the temperature before heating at the in descending rate.
このような熱酸化条件下において、金属パッド40のうち開口43から露出した表面に
は、金属酸化膜(酸化アルミニウム膜)41が約5nm〜19nmの膜厚に形成される。
Under such thermal oxidation conditions, a metal oxide film (aluminum oxide film) 41 is formed to a thickness of about 5 nm to 19 nm on the surface of the
この後、図示しないが、プローブテスタを使用して動作試験を行い、半導体基板10の
裏面のバックグラインド処理を行う。そして、半導体基板10にダイシングを行い、半導
体基板10を分割して、チップ状の複数の半導体装置1を形成する。ダイシングにおいて
は、冷却のために純水の冷却水を半導体基板10に供給する。なお、純水に二酸化炭素、
その他の成分を混入させてもよい。
Thereafter, although not shown, an operation test is performed using a probe tester, and a back grinding process is performed on the back surface of the
Other components may be mixed.
以上のように製造された半導体装置1の金属パッド40の表面に、図2に示すように、
金属酸化膜41を介してワイヤ50をボンディングにより接続すると、ワイヤ50は金属
酸化膜41を消失させながら金属パッド40に接続される。ボンディングは、超音波振動
を併用した熱圧着により行う。
On the surface of the
When the
図6(a)は、半導体ウェーハをダイシングする前において、金属パッド40の表面を
金属顕微鏡を用いて撮影した写真に基づく模写図である。図6(b)は、酸素含有雰囲気
中で金属パッド40を熱処理しなかった金属パッド40の表面を、ダイシング工程後に金
属顕微鏡を通して撮影した写真の模写図である。
FIG. 6A is a copying diagram based on a photograph of the surface of the
ダイシング前においては、図6(a)に示すように、金属パッド40の表面に腐食によ
って発生する空孔40cは存在していない。これに対して、ダイシング後には、図6(b
)に示すように、酸素雰囲気中で熱処理を施さない金属パッド40の表面には、腐食によ
って発生する空孔40cが存在する。
Before dicing, as shown in FIG. 6A, there is no
As shown in FIG. 5B, there are
これに対して、本実施形態のように、半導体ウェーハをダイシングする前に金属パッド
40の表面を酸素雰囲気中で加熱すると、半導体ウェーハをダイシングした後にも金属パ
ッド40の表面は図6(a)に示す状態を保持した。
On the other hand, when the surface of the
図7は、本実施形態に係る熱酸化処理の有無と腐食の有無との関係を調べた結果を示す
表である。ここで、サンプルには8インチ半導体ウェーハ(半導体基板10)が使用され
た。
FIG. 7 is a table showing the results of examining the relationship between the presence or absence of thermal oxidation treatment and the presence or absence of corrosion according to the present embodiment. Here, an 8-inch semiconductor wafer (semiconductor substrate 10) was used as a sample.
図7に示すように、サンプル1は、酸素雰囲気中での熱処理を実施しなかった、つまり
金属パッド40の表面に金属酸化膜41を積極的に形成していない半導体ウェーハである
。この半導体ウェーハにダイシングを行い、1つの金属パッド40の表面を金属顕微鏡を
使用して観察すると、腐食の発生を確認することができ、1つの金属パッド40の表面の
腐食個数は平均で12個であった。
As shown in FIG. 7,
サンプル2は、基板温度200℃において10分間の熱酸化処理を実施した半導体ウェ
ーハである。この場合、熱酸化処理としては十分ではなく、金属パッド40の表面に十分
な膜厚の金属酸化膜41が生成されていないと推察される。従って、観察結果からも、腐
食の発生を確認することができ、1つの金属パッド40の表面の腐食個数は平均で11個
であった。
サンプル3は、基板温度200℃において8時間の熱酸化処理を実施した半導体ウェー
ハである。この場合でも、熱酸化処理としてはまだ不十分であり、金属パッド40の表面
に十分な膜厚の金属酸化膜41が生成されていないと推察される。従って、観察結果から
も、腐食の発生を確認することができ、腐食個数を減少することができるものの、1つの
金属パッド40の表面の腐食個数は平均で3個であった。
これに対して、サンプル4は、基板温度200℃において12時間の熱酸化処理を実施
した半導体ウェーハである。この場合、熱酸化処理としては十分であり、金属パッド40
の表面に十分な膜厚の金属酸化膜41が生成されていると推察される。観察結果からも明
らかなように、腐食の発生を確認することができず、1つの金属パッド40の表面の腐食
個数は平均で0個であった。
On the other hand,
It is inferred that a
同様に、サンプル5、6,7においても、腐食の発生を確認することができず、1つの
金属パッド40の表面の腐食個数は平均で0個であった。サンプル5は、基板温度200
℃において16時間の熱酸化処理を実施した半導体ウェーハである。サンプル6は、基板
温度200℃において20時間の熱酸化処理を実施した半導体ウェーハである。サンプル
7は、基板温度200℃において24時間の熱酸化処理を実施した半導体ウェーハである
。
Similarly, in
This is a semiconductor wafer subjected to a thermal oxidation treatment at 16 ° C. for 16 hours. Sample 6 is a semiconductor wafer that has been subjected to a thermal oxidation treatment at a substrate temperature of 200 ° C. for 20 hours. Sample 7 is a semiconductor wafer subjected to a thermal oxidation treatment for 24 hours at a substrate temperature of 200 ° C.
なお、サンプル8に関しては、第2実施形態において説明する。
The
図8は、第1実施形態に係る熱酸化処理の有無(腐食の有無)とシェア強度との関係を
調べた結果を示すグラフである。シェア強度とは、金属パッド40の表面とワイヤ50の
ボールとのボンディング部分の剪断応力に対する強度である。
FIG. 8 is a graph showing the results of examining the relationship between the presence / absence of thermal oxidation treatment (presence / absence of corrosion) and the shear strength according to the first embodiment. The shear strength is a strength against a shear stress at a bonding portion between the surface of the
図8において、サンプル9は、ダイシング前の金属パット40の表面に腐食が無いサン
プルである。また、サンプル1は、ダイシング後に金属パッド49に腐食が存在するサン
プルである。サンプル5は、酸素含有雰囲気で基板温度200℃において16時間の熱処
理を行った金属パッド40であって、ダイシング後の本実施形態に係るサンプルである。
そして、サンプル9、1、5のそれぞれについてシェア強度の最小値、平均値並びに最大
値を調べた。
In FIG. 8, a sample 9 is a sample in which the surface of the
Then, the minimum value, average value, and maximum value of the shear strength were examined for each of
図8に示すように、サンプル5においては、シェア強度の最小値、平均値並びに最大値
がいずれもサンプル1のそれらの値に対して高くなる。更に、サンプル5のシェア強度は
サンプル9のシェア強度に対しても高くなるという結果が得られた。
As shown in FIG. 8, in
サンプル5においては、金属パット40の表面に金属酸化膜41を形成し、ダイシング
に使用される冷却水と金属パッド40の表面との反応を金属酸化膜41によって防止して
いるので、金属パット40の表面に腐食により生成される空孔40cが存在しない。つま
り、金属パッド40の表面のボンディング面積は空孔40cによって減少することがない
ので、金属パッド40の表面とワイヤ50との接合部分に金属パッド40側からのアルミ
ニウム粒子の供給が十分に行われ、接合部分の合金化が促進され、シェア強度を向上する
ことができる。
In the
図9は、本実施形態に係る熱酸化処理の有無(腐食の有無)とワイヤプル強度との関係
を調べた結果を示すグラフである。ワイヤプル強度とは、金属パッド40の表面とワイヤ
50のボールとのボンディング部分の引張応力に対する強度である。シェア強度と同様に
、サンプル9、サンプル1及びサンプル5について、それぞれワイヤプル強度の最小値、
平均値並びに最大値を調べた。なお、それらの強度試験において加える力は6pkgとし
た。
FIG. 9 is a graph showing the results of examining the relationship between the presence / absence of thermal oxidation treatment (presence / absence of corrosion) and wire pull strength according to the present embodiment. The wire pull strength is the strength against tensile stress at the bonding portion between the surface of the
The average value and the maximum value were examined. Note that the force applied in these strength tests was 6 kg.
図9に示すように、サンプル5においては、ワイヤプル強度の最小値、平均値並びに最
大値がいずれもサンプル1のそれらの値に対して高くなる。
As shown in FIG. 9, in
サンプル5においては、前述のシェア強度において説明したように、金属パット40の
表面とワイヤ50との接合部分の合金化が促進され、ワイヤプル強度を向上することがで
きる。
In the
本実施形態に係る半導体装置1の製造方法は、保護膜44、開口45を形成した後、金
属パッド40の表面に金属酸化膜41を形成し、そしてプローブテスタを使用して動作試
験を行っている。
In the method for manufacturing the
これに対して、半導体装置1の製造方法の変形例においては、プローブテスタを使用し
て動作試験を行った後に、金属パッド40の表面に金属酸化膜41を形成する。金属酸化
膜41を形成した後は、バックグラインド処理、ダイシングのそれぞれを順次行う。
On the other hand, in a modification of the method for manufacturing the
金属酸化膜41を形成する熱酸化条件は、基板温度200℃において少なくとも16時
間又は16時間以上の処理時間に設定する。つまり、図7に示すサンプル5乃至8を含む
熱処理条件を適用する。
The thermal oxidation condition for forming the
本実施形態に係る半導体装置1の製造方法においては、酸素含有雰囲気内において熱処
理を行い、金属パッド40の表面に金属酸化膜41を形成し、この後に半導体ウェーハの
ダイシングを行ったので、金属パッド40の表面のダイシングに起因する腐食を防止する
ことができ、金属パッド40の表面とその表面に接続されるワイヤ50との密着性を改善
することができる。従って、半導体装置1の製造上の歩留まりを向上することができる。
In the manufacturing method of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態は、第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法において、金属
酸化膜41の形成工程並びに熱酸化条件を代えた例を説明するものである。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention describes an example in which the process of forming the
第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法は、前述の第1実施形態に係る半導体装置
1の製造方法の図4に示す保護膜44に開口45を形成した後に、この保護膜44のアニ
ールを利用して、開口45から露出する金属パッド40の表面に金属酸化膜41を形成す
る。
In the method for manufacturing the
図10に示すように、金属酸化膜41は以下の熱酸化条件に基づき形成される。
10mlのH2Oと30l/minのN2を供給して常圧に設定された酸素含有雰囲気内
に半導体基板1を設置する。
As shown in FIG. 10, the
10 ml of H 2 O and 30 l / min of N 2 are supplied, and the
そして、基板温度200℃の予備加熱を数十分程度行った後、約30分〜40分をかけ
て5℃/min〜6℃/minの上昇率で基板温度を380℃まで上げる。その後に、数
分間、例えば2分間の酸素濃度の監視を行い、酸素濃度を例えば20ppm以下で0pp
mより多くなるように調節した後に、温度380℃の状態を50分〜70分以上、好まし
くは60分以上持続する。
Then, after preheating at a substrate temperature of 200 ° C. for about several tens of minutes, the substrate temperature is increased to 380 ° C. at a rate of increase of 5 ° C./min to 6 ° C./min over about 30 to 40 minutes. After that, the oxygen concentration is monitored for several minutes, for example, 2 minutes, and the oxygen concentration is 0 pp at 20 ppm or less.
After adjusting to be greater than m, the state at a temperature of 380 ° C. is maintained for 50 minutes to 70 minutes or more, preferably 60 minutes or more.
これにより、金属パッド40の表面に金属酸化膜41が形成されるとともに、保護膜4
4にアニールを行う。この後、約30分〜40分の時間をかけて4℃/min〜6℃/m
inの下降率で冷却する。このような熱酸化条件下において、金属酸化膜(酸化アルミニ
ウム膜)41は約5nm〜10nmの膜厚に形成される。
As a result, a
4 is annealed. After this, 4 ° C / min to 6 ° C / m over a period of about 30 minutes to 40 minutes.
Cool at the rate of decrease of in. Under such thermal oxidation conditions, the metal oxide film (aluminum oxide film) 41 is formed to a thickness of about 5 nm to 10 nm.
図7に示したサンプル8は、第2実施形態に係る製造方法により形成された半導体ウェ
ーハであり、サンプル8においては、腐食の発生を確認することができず、1つの金属パ
ッド40の表面の腐食個数は平均で0個であった。
The
金属パッド40の表面に金属酸化膜41を形成した後には、バックグラインド処理工程
、ダイシング工程のそれぞれが順次行われる。そして、金属パッド40の表面にワイヤ5
0をボンディングにより接続する。
After the
0 is connected by bonding.
第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法においては、第1実施形態に係る半導体装
置1の製造方法と同様に、酸素含有雰囲気内において熱処理を行い、金属パッド40の表
面に金属酸化膜41を形成し、この後に半導体ウェーハのダイシングを行った。
In the manufacturing method of the
これより、金属パッド40の表面のダイシングに起因する腐食を防止することができ、
金属パッド40の表面とその表面に接続されるワイヤ50との密着性を改善することがで
きる。従って、半導体装置1の製造上の歩留まりを向上することができる。
Thus, corrosion caused by dicing on the surface of the
The adhesion between the surface of the
更に、第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法においては、金属酸化膜11を形成
する工程と保護膜44を加熱する工程とを重複させて行っているので、製造時間を短縮す
ることができる。
Furthermore, in the method for manufacturing the
更に、第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法においては、基板温度を200℃か
ら380℃まで高めて金属酸化膜11を形成しているので、短時間において金属酸化膜1
1を形成することができ、製造時間を短縮することができる。その加熱時間は少なくとも
60分又は60分以上とすることが好ましい。
Furthermore, in the method for manufacturing the
1 can be formed, and the manufacturing time can be shortened. The heating time is preferably at least 60 minutes or 60 minutes or longer.
第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法は、金属パッド40の表面に金属酸化膜4
1を形成する工程と保護膜44を加熱する工程とを重複させるとともに、基板温度を38
0℃の高温度に設定している。
In the method for manufacturing the
1 and the step of heating the
It is set to a high temperature of 0 ° C.
これに対して、半導体装置1の製造方法の変形例においては、金属パッド40の表面に
金属酸化膜41を形成する工程と保護膜44を加熱する工程とを重複させるとともに、基
板温度を200℃に設定し、この状態を12時間又はそれ以上持続させてもよい。
On the other hand, in the modification of the manufacturing method of the
(その他の実施形態)
上記のように、本発明を第1実施形態及び第2実施形態によって記載したが、この開示
の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施形
態、実施例及び運用技術に適用することができる。例えば、前述の実施形態等においては
、半導体装置1に搭載されたトランジスタTはIGFETであるが、本発明は、トランジ
スタTとしてバイポーラトランジスタ等の能動素子を使用してもよい。また、本発明は、
トランジスタTとともに若しくはトランジスタTに代えて、抵抗、容量等の受動素子を搭
載してもよい。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described by the first embodiment and the second embodiment. However, the description and the drawings constituting a part of this disclosure do not limit the present invention. The present invention can be applied to various alternative embodiments, examples and operational technologies. For example, in the above-described embodiment and the like, the transistor T mounted on the
A passive element such as a resistor or a capacitor may be mounted together with or in place of the transistor T.
次に、本発明の実施形態をさらに付記する。
(付記1)
半導体基板の上方の絶縁膜上にアルミニウム、アルミニウム合金のいずれかを有する金
属パッドを形成する工程と、
酸素含有雰囲気内において熱処理を行い、前記金属パッドの表面に金属酸化膜を形成す
る工程と、
前記半導体基板を分割してチップを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記金属酸化膜は酸化アルミニウム膜であることを特徴とする付記1に記載の半導体装
置の製造方法。
(付記3)
前記金属パッドを形成する工程の後に、前記金属パッドの中央部を露出しその周囲を覆
うカバー絶縁膜を形成する工程と、
前記金属パッドの前記中央部の表面に前記金属酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする付記1又は付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記金属酸化膜を形成する前に、前記金属パッド及び前記カバー絶縁膜の上に保護膜を
形成する工程と、
前記金属パッドの前記中央部を露出する開口を形成する工程と、
を有することを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記金属酸化膜は、前記酸素含有雰囲気内において、基板温度200℃を維持し、12
時間以上の時間の前記熱処理により形成されることを特徴とする付記1乃至付記4のいず
れか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記金属酸化膜は、前記酸素含有雰囲気内において、基板温度380℃を維持し、60
分以上の時間の前記熱処理により形成されることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれ
か1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記酸素含有雰囲気中で、前記酸素雰囲気の温度を上昇して前記金属パッドの中央部の
表面に前記金属酸化膜を形成するとともに前記保護膜を加熱することを特徴とする付記4
に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記金属酸化膜を形成する工程は、前記金属パッドの表面に生成される自然酸化膜の膜
厚に比べて厚い膜厚を有する前記金属酸化膜を形成する工程であることを特徴とする付記
1乃至付記7のいずれかつ項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記金属パッドの表面に前記金属酸化膜を介してワイヤのボンディングを行う工程を更
に備えたことを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方
法。
(付記10)
前記半導体基板の分割は、水を共有しながら前記半導体基板を切断することを特徴とす
る付記1乃至付記9のいずれか1つに半導体装置の製造方法。
Next, embodiments of the present invention will be further described.
(Appendix 1)
Forming a metal pad having either aluminum or an aluminum alloy on the insulating film above the semiconductor substrate;
Performing a heat treatment in an oxygen-containing atmosphere to form a metal oxide film on the surface of the metal pad;
Dividing the semiconductor substrate to form a chip;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 2)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 3)
After the step of forming the metal pad, a step of forming a cover insulating film that exposes a central portion of the metal pad and covers the periphery thereof;
Forming the metal oxide film on the surface of the central portion of the metal pad;
The method for manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 4)
Forming a protective film on the metal pad and the cover insulating film before forming the metal oxide film;
Forming an opening exposing the central portion of the metal pad;
The method for manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 5)
The metal oxide film maintains a substrate temperature of 200 ° C. in the oxygen-containing atmosphere.
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 6)
The metal oxide film maintains a substrate temperature of 380 ° C. in the oxygen-containing atmosphere.
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 7)
The temperature of the oxygen atmosphere is increased in the oxygen-containing atmosphere to form the metal oxide film on the surface of the central portion of the metal pad and to heat the protective film.
The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3.
(Appendix 8)
The step of forming the metal oxide film is a step of forming the metal oxide film having a thickness larger than that of a natural oxide film generated on the surface of the metal pad. The manufacturing method of the semiconductor device according to any one of Items 7 to 7.
(Appendix 9)
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 10)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
1 半導体装置
10 半導体基板
21、25、30、36 層間絶縁膜
23、26、32、38 導電性プラグ
24、35 配線
40 金属パッド
41 金属酸化膜
42 絶縁膜
43、45 開口
44 保護膜
50 ワイヤ
T トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
酸素含有雰囲気内における熱処理により前記金属パッドの表面に金属酸化膜を形成する工程と、
前記金属酸化膜を形成した後に、水を供給しながら前記半導体基板を切断することにより分割してチップを形成する工程と、
超音波振動を併用する熱圧着により、前記金属酸化膜を消滅させながらワイヤの一端を前記チップ上の前記金属パッドにボンディングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a metal pad having either aluminum or an aluminum alloy on the insulating film above the semiconductor substrate;
Forming a metal oxide film by contact Keru heat treatment in an oxygen-containing atmosphere on the surface of the metal pad,
Forming a chip the after forming a metal oxide film, is divided by cutting the semiconductor substrate while supplying water,
Bonding one end of the wire to the metal pad on the chip while eliminating the metal oxide film by thermocompression bonding using ultrasonic vibration;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
る請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal oxide film is formed to a thickness of 5 nm to 19 nm .
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