(57)【要約】【課題】パッド部を構成する下層金属膜にクラックが発生することを抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】パッド部６０は、層間絶縁膜２０上に形成された下層金属膜３０と、下層金属膜３０上に積層され、下層金属膜３０を構成する材料よりも外部端子との接合性が高い材料で構成された上層金属膜５０と、を有し、保護膜４０には開口部４０ａが形成されている。そして、基板の一面に対する法線方向から視たとき、下層金属膜が開口部内に位置し、かつ、下層金属膜と保護膜の少なくとも一部とが離れるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッド部（６０）を有する半導体装置であって、
一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、
前記基板の一面上に配置された層間絶縁膜（２０）と、
前記層間絶縁膜上に形成された前記パッド部と、
前記層間絶縁膜上に形成された保護膜（４０）と、を備え、
前記パッド部は、前記層間絶縁膜上に形成された下層金属膜（３０）と、前記下層金属膜上に積層され、前記下層金属膜を構成する材料よりも外部端子との接合性が高い材料で構成された上層金属膜（５０）と、を有し、
前記保護膜には、開口部（４０ａ）が形成され、
前記基板の一面に対する法線方向から視たとき、前記下層金属膜が前記開口部内に位置し、かつ、前記下層金属膜と前記保護膜の少なくとも一部とが離れている半導体装置。
【請求項２】
前記保護膜は、前記層間絶縁膜より水分の透過性が低い材料で構成されており、
前記上層金属膜は、前記下層金属膜上から、前記下層金属膜と前記保護膜との間に位置する前記層間絶縁膜に渡って形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜は、前記下層金属膜と前記保護膜との間に位置する部分に凹部（２１）が形成され、
前記上層金属膜は、前記凹部内にも配置されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記保護膜には、前記下層金属膜側の内縁領域（４１）と、前記内縁領域を囲む外縁領域（４２）とに分離するスリット（４３）が形成されており、
前記上層金属膜は、前記下層金属膜上から前記外縁領域に渡って形成されている請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記層間絶縁膜上には、前記下層金属膜および前記保護膜との間に犠牲層（７０）が形成されており、
前記上層金属膜は、前記下層金属膜上から、前記犠牲層と前記保護膜との間に位置する前記層間絶縁膜に渡って形成されている請求項２ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板には、前記一面側に、前記下層金属膜と電気的に接続される拡散配線層（８０）が形成され、
前記層間絶縁膜上には、前記拡散配線層を介して前記下層金属膜と電気的に接続されると共に、前記下層金属膜と離れた配線部（３１）が形成されており、
前記開口部は、前記下層金属膜の全体を露出させつつ、前記配線部を覆うように形成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下層金属膜上に上層金属膜が積層されて構成されるパッド部を有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板を備え、半導体基板上にパッド部が形成された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この半導体装置では、半導体基板上にパッド部が形成されており、パッド部の一部を露出させるように保護膜が形成されている。より詳しくは、パッド部は、アルミニウムや銅等の金属材料で構成される配線層の一部で構成される下層金属膜上に、ボンディングワイヤ等の外部端子との接合性を向上させるための上層金属膜が積層されて構成されている。なお、ここでの接合性とは、接合の強度、耐久性、耐環境性（言い換えると、耐腐食性）を含む意味である。
【０００３】
そして、保護膜は、下層金属膜の外縁領域における全領域を覆うように形成されており、上層金属膜は、下層金属膜上から保護膜上に渡って形成されている。なお、上層金属膜は、ニッケル／金メッキ膜等で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３９８６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記半導体装置では、上層金属膜が下層金属膜上から保護膜上に渡って形成されているため、下層金属膜には、保護膜および上層金属膜の両方と接触する、いわゆる三重点が形成される。そして、上記半導体装置では、温度環境が変化すると、下層金属膜、保護膜、および上層金属膜の熱膨張係数が互いに異なるため、特に三重点に応力が集中する。このため、下層金属膜では、三重点部分でクラックが発生する可能性があり、クラックが発生して進展すると、断線等に至る不具合が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、パッド部を構成する下層金属膜にクラックが発生することを抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１では、パッド部（６０）を有する半導体装置であって、一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、基板の一面上に配置された層間絶縁膜（２０）と、層間絶縁膜上に形成されたパッド部と、層間絶縁膜上に形成された保護膜（４０）と、を備え、パッド部は、層間絶縁膜上に形成された下層金属膜（３０）と、下層金属膜上に積層され、下層金属膜を構成する材料よりも外部端子との接合性が高い材料で構成された上層金属膜（５０）と、を有し、保護膜には、開口部（４０ａ）が形成され、基板の一面に対する法線方向から視たとき、下層金属膜が開口部内に位置し、かつ、下層金属膜と保護膜の少なくとも一部とが離れている。
【０００８】
これによれば、保護膜は、下層金属膜から離れた部分を有している。このため、下層金属膜には、保護膜および上層金属膜と接触する三重点が形成されない部分が構成される。このため、パッド部における下層金属膜に発生する応力を小さくでき、下層金属膜にクラックが発生することを抑制できる。
【０００９】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における半導体装置の断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の平面図である。
【図３】第２実施形態における半導体装置の断面図である。
【図４】第２実施形態の変形例における半導体装置の断面図である。
【図５】第３実施形態における半導体装置の断面図である。
【図６】図５に示す半導体装置の平面図である。
【図７Ａ】第３実施形態の変形例における半導体装置の平面図である。
【図７Ｂ】第３実施形態の変形例における半導体装置の平面図である。
【図８】第４実施形態における半導体装置の断面図である。
【図９】図８に示す半導体装置の平面図である。
【図１０Ａ】第４実施形態の変形例における半導体装置の平面図である。
【図１０Ｂ】第４実施形態の変形例における半導体装置の平面図である。
【図１１】第５実施形態における半導体装置の断面図である。
【図１２】図１１に示す半導体装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の半導体装置は、図１に示されるように、半導体基板１０を備えている。本実施形態では、半導体基板１０は、シリコン基板等で構成され、特に図示しないが、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）素子等の半導体素子が形成されている。
【００１３】
そして、半導体基板１０の一面１０ａ上には、酸化膜（ＳｉＯ２）や燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等で構成される層間絶縁膜２０が形成されており、層間絶縁膜２０上には、アルミニウム（Ａｌ）等で構成される下層金属膜３０が形成されている。
【００１４】
なお、本実施形態では、下層金属膜３０は、図２に示されるように、層間絶縁膜２０上に形成された配線部３１の一部で構成されている。そして、配線部３１は、図１とは別断面において、層間絶縁膜２０に形成された貫通ビアを通じて半導体素子や、一面１０ａ上に形成される表面配線等と適宜電気的に接続されている。なお、図２は、図１に示す半導体装置の平面図であるが、後述する上層金属膜５０を省略して示してある。また、図１は、図２中のI−I断面に相当している。
【００１５】
層間絶縁膜２０上には、層間絶縁膜２０よりも水分の透過性が低い窒化膜（ＳｉＮ）等で構成される保護膜４０が形成されている。そして、保護膜４０は、層間絶縁膜２０上において、少なくとも一部が下層金属膜３０から離れるように形成されている。
【００１６】
本実施形態では、保護膜４０は、半導体基板１０の一面１０ａに対する法線方向から視たとき、全体が下層金属膜３０から離れるように形成されている。言い換えると、保護膜４０には、下層金属膜３０の全体を露出させるように開口部４０ａが形成されている。つまり、保護膜４０は、下層金属膜３０と接触しないように形成されている。すなわち、保護膜４０は、当該保護膜４０と下層金属膜３０との間から層間絶縁膜２０が露出するように形成されている。なお、開口部４０ａは、本実施形態では、層間絶縁膜２０側から層間絶縁膜２０と反対側に向かって広がるテーパ形状とされている。
【００１７】
そして、下層金属膜３０上には、当該下層金属膜３０よりもボンディングワイヤとの接合性が高い材料で構成された上層金属膜５０が形成されている。本実施形態では、このように、下層金属膜３０上に上層金属膜５０が積層されてパッド部６０が構成されている。
【００１８】
上層金属膜５０は、本実施形態では、無電解メッキ膜で構成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）メッキ膜や、ニッケル／パラジウム（Ｐｄ）／金メッキ膜等で構成されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、ニッケル、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、硬質クロム（Ｃｒ）等が適宜組み合わされて構成されていてもよい。なお、本実施形態では、ボンディングワイヤが外部端子に相当している。
【００１９】
そして、本実施形態では、上層金属膜５０は、下層金属膜３０から保護膜４０における下層金属膜３０側の端部の全領域を覆うように形成されている。つまり、層間絶縁膜２０のうちの下層金属膜３０と保護膜４０との間に位置する全領域は、上層金属膜５０で覆われた状態となっている。
【００２０】
なお、本実施形態では、保護膜４０における開口部４０ａが上記テーパ形状とされている。このため、例えば、保護膜４０における開口部４０ａが層間絶縁膜２０側から層間絶縁膜２０と反対側に向かって狭くなる逆テーパ形状とされている場合と比較して、保護膜４０上に無電解メッキ膜を形成し易くできる。
【００２１】
以上が本実施形態における半導体装置の構成である。そして、本実施形態では、保護膜４０は、下層金属膜３０から離れて形成されているため、下層金属膜３０には、保護膜４０および上層金属膜５０と接触する三重点が形成されなくなる。このため、パッド部６０を構成する下層金属膜３０に発生する応力集中を緩和でき、下層金属膜３０にクラックが発生することを抑制できる。
【００２２】
特に、本実施形態のように、上層金属膜５０を無電解メッキ膜で構成する場合には、無電解メッキ膜が非晶質となる部分を有しており、半導体装置が無電解メッキ膜の形成温度より高温に晒されると、非晶質部分の一部が結晶化して大きな収縮が発生する可能性がある。このため、上層金属膜５０を無電解メッキ膜で構成する場合には、下層金属膜３０に三重点が形成されていると、当該三重点に大きな応力が印加されて下層金属膜３０にクラックが形成され易くなる。しかしながら、本実施形態では、上記のように下層金属膜３０に三重点が形成されないようにしているため、下層金属膜３０にクラックが発生することを抑制できる。
【００２３】
また、上層金属膜５０は、下層金属膜３０上から保護膜４０のうちの下層金属膜３０側の端部を覆うように形成されている。つまり、層間絶縁膜２０のうちの保護膜４０と下層金属膜３０との間の層間絶縁膜２０が露出しないようにしている。このため、層間絶縁膜２０を介して下層金属膜３０に水分が達してしまうことを抑制できる。
【００２４】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対し、下層金属膜３０と保護膜４０との間の層間絶縁膜２０に凹部を形成したものである。その他に関しては、上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２５】
本実施形態の半導体装置は、図３に示されるように、層間絶縁膜２０には、下層金属膜３０と保護膜４０との間に位置する部分に凹部２１が形成されている。なお、本実施形態では、凹部２１は、側面が一面１０ａと略垂直となるように、ドライエッチング等で形成されている。また、凹部２１は、下層金属膜３０を囲むように枠状に形成されている。そして、上層金属膜５０は、凹部２１内にも配置されている。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態では、層間絶縁膜２０に凹部２１が形成され、凹部２１内にも上層金属膜５０が配置されている。ここで、仮に、保護膜４０と上層金属膜５０との界面から水分等の異物が侵入した場合、異物は、上層金属膜５０と保護膜４０との界面を通過すると、上層金属膜５０と層間絶縁膜２０との界面に沿って下層金属膜３０に到達する。このため、層間絶縁膜２０に凹部２１が形成されていることにより、凹部２１が形成されていない場合と比較して、異物が下層金属膜３０に達するまでの距離を長くできる。したがって、異物が下層金属膜３０に到達し難くなり、下層金属膜３０が腐食等してしまうことを抑制できる。
【００２７】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例について説明する。第２実施形態において、凹部２１は、側面が一面１０ａに対して略垂直とならず、一面１０ａに対して傾いた形状とされていてもよい。例えば、図４に示されるように、凹部２１は、底面側から開口部側に向かって広がるテーパ形状とされており、開口部が保護膜４０における下層金属膜３０側の端部の下方、および下層金属膜３０における保護膜４０側の端部の下方に入り込んでいてもよい。これによれば、上層金属膜５０を無電解メッキ膜で構成した場合、上層金属膜５０は、凹部２１の開口端と、保護膜４０における下層金属膜３０側の端部および下層金属膜３０における保護膜４０側の端部との間にも入り込む。このため、上層金属膜５０と層間絶縁膜２０との機械的な接続の向上を図ることができる。なお、このような凹部２１は、例えば、層間絶縁膜２０をウェットエッチングすることで形成される。
【００２８】
また、上記第２実施形態において、凹部２１は、下層金属膜３０を囲む枠状ではなく、複数に分離されて形成されていてもよい。
【００２９】
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対し、保護膜４０にスリットを形成したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３０】
本実施形態では、図５および図６に示されるように、保護膜４０には、下層金属膜３０側に、当該保護膜４０を内縁領域４１と外縁領域４２とに分離するスリット４３が形成されている。本実施形態では、スリット４３は、層間絶縁膜２０に達するように形成されていると共に、下層金属膜３０を囲むように枠状に形成されている。なお、図６は、図５に示す半導体装置の平面図であるが、上層金属膜５０を省略して示してある。また、図５は、図６中のV−V線に沿った断面図である。
【００３１】
これによれば、保護膜４０と上層金属膜５０との界面から水分等の異物が侵入した場合、スリット４３が形成されていない場合と比較して、異物が下層金属膜３０に達するまでの距離を長くできる。したがって、異物が下層金属膜３０に到達し難くなり、下層金属膜３０が腐食等してしまうことを抑制できる。
【００３２】
（第３実施形態の変形例）
第３実施形態の変形例について説明する。第３実施形態では、スリット４３が枠状に形成されている例について説明したが、スリット４３の形状は適宜変更可能である。例えば、スリット４３は、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、内縁領域４１が複数に分割されるように形成されていてもよい。
【００３３】
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態に対し、下層金属膜３０の周囲に犠牲層を配置したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３４】
本実施形態では、図８および図９に示されるように、層間絶縁膜２０上には、下層金属膜３０と保護膜４０との間に、犠牲層７０が形成されている。本実施形態では、犠牲層７０は、下層金属膜３０、配線部３１および保護膜４０と離れつつ、下層金属膜３０を囲むように形成されており、略平面Ｃ字状とされている。つまり、犠牲層７０は、下層金属膜３０および配線部３１と絶縁されつつ、下層金属膜３０を囲むように形成されている。
【００３５】
なお、図９は、図８に示す半導体装置の平面図であるが、上層金属膜５０を省略して示してある。また、図８は、図９中のVIII−VIII線に沿った断面図である。そして、下層金属膜３０は、層間絶縁膜２０上に金属層が成膜された後に当該金属層がパターニングされて構成されるが、犠牲層７０は、金属層から下層金属膜が形成される際に同時に形成される。このため、犠牲層７０は、下層金属膜３０と同じ材料で構成されている。
【００３６】
これによれば、保護膜４０と上層金属膜５０との界面から水分等の異物が侵入した場合、犠牲層７０が形成されていない場合と比較して、異物が下層金属膜３０に達するまでの距離が長くなり易くなる。したがって、異物が下層金属膜３０に到達し難くなり、下層金属膜３０が腐食等してしまうことを抑制できる。
【００３７】
（第４実施形態の変形例）
第４実施形態の変形例について説明する。第４実施形態では、犠牲層７０が略平面Ｃ字状に形成される例について説明したが、犠牲層７０は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、複数に分割されていてもよい。
【００３８】
（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、下層金属膜３０と配線部３１とを拡散配線層で電気的に接続したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３９】
本実施形態では、図１１および図１２に示されるように、半導体基板１０には、一面１０ａ側に不純物が拡散されて構成される拡散配線層８０が形成されている。また、層間絶縁膜２０には、拡散配線層８０を露出させる第１コンタクトホール２２および第２コンタクトホール２３が形成されている。
【００４０】
下層金属膜３０は、層間絶縁膜２０上では、配線部３１と分離されている。そして、下層金属膜３０は、第１コンタクトホール２２を通じて拡散配線層８０と電気的に接続されるように構成されている。配線部３１は、第２コンタクトホール２３を通じて拡散配線層８０と電気的に接続されるように構成されている。つまり、本実施形態では、下層金属膜３０および配線部３１は、拡散配線層８０を介して電気的に接続されている。言い換えると、パッド部６０は、拡散配線層８０をかいして配線部３１と電気的に接続されている。
【００４１】
そして、保護膜４０は、下層金属膜３０を露出させつつ、配線部３１を覆うように形成されている。
【００４２】
これによれば、配線部３１においても、保護膜４０および上層金属膜５０と接触する三重点が形成されなくなる。このため、配線部３１に発生する応力を小さくでき、配線部３１にクラックが発生することを抑制できる。
【００４３】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００４４】
例えば、上記第１実施形態では、保護膜４０は、下層金属膜３０の全体を露出させるように形成されていたが、一部が下層金属膜３０上に形成されていてもよい。言い換えると、保護膜４０は、半導体基板１０の一面１０ａに対する法線方向から視たとき、少なくとも一部が下層金属膜３０から離れるように形成されていればよい。このような半導体装置としても、下層金属膜３０の外縁部の全領域が保護膜４０で覆われている場合と比較して、下層金属膜３０では、三重点となる領域が少なくなり、下層金属膜３０にクラックが発生することを抑制できる。同様に、上記第２〜第５実施形態においても、保護膜４０は、一部が下層金属膜３０上に形成されていてもよい。
【００４５】
また、上記第１実施形態において、上層金属膜５０は、保護膜４０における下層金属膜３０側の端部まで形成されていなくてもよい。つまり、保護膜４０は、下層金属膜３０側の端部が上層金属膜５０から露出していてもよく、保護膜４０と下層金属膜３０との間に位置する層間絶縁膜２０が上層金属膜５０から露出していてもよい。このような半導体装置としても、保護膜４０が下層金属膜３０から離れて形成されることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
さらに、上記各実施形態において、上層金属膜５０は、例えば、電解メッキ膜で構成されていてもよいし、ＰＶＤ（Physical Vapor Depositionの略）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Depositionの略）法等によって構成されていてもよい。
【００４７】
また、上記第４実施形態において、犠牲層７０は、下層金属膜３０と異なる材料で構成されていてもよい。
【００４８】
さらに、上記各実施形態を組み合わせることができる。例えば、上記第２実施形態を上記第３〜第５実施形態に組み合わせ、層間絶縁膜２０に凹部２１を形成するようにしてもよい。この場合、上記第２実施形態を上記第３実施形態に組み合わせる場合には、層間絶縁膜２０のうちのスリット４３から露出する部分にも凹部が形成されるようにしてもよい。また、上記第２実施形態を上記第４実施形態に組み合わせる場合には、層間絶縁膜２０のうちの下層金属膜３０と犠牲層７０との間に位置する部分にも凹部が形成されるようにしてもよい。
【００４９】
そして、上記第３、第４実施形態を組み合わせ、保護膜４０にスリット４３を形成すると共に、犠牲層７０を形成するようにしてもよい。また、上記第４実施形態を上記第５実施形態に組み合わせ、犠牲層７０を形成するようにしてもよい。この場合、上記第５実施形態では、層間絶縁膜２０上では配線部３１と下層金属膜３０とが離れているため、犠牲層７０は、下層金属膜３０を完全に囲む枠状とすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    基板
１０ａ  一面
２０    層間絶縁膜
３０    下層金属膜
４０    保護膜
４０ａ  開口部
５０    上層金属膜
【図１】
2020004797.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2020004797.tif 000010
【図８】
2020004797.tif 000011
【図９】
2020004797.tif 000012
【図１０Ａ】
2020004797.tif 000013
【図１０Ｂ】
2020004797.tif 000014
【図１１】
2020004797.tif 000015
【図１２】
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