(57)【要約】【課題】パッドを具備する半導体装置におけるパッドの構成を簡略化する。【解決手段】半導体装置は、パッドを具備する。その半導体装置が具備するパッドは、混成パッド層が半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置されて構成される。そのパッドを構成するその混成パッド層は、金属領域と膨出領域とが同層に配置されるパッド層である。その混成パッド層に配置されるその膨出領域は、その金属領域が変形した際の変形部分が膨出する領域である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属領域と当該金属領域が変形した際の変形部分が膨出する膨出領域とが同層に配置されるパッド層である混成パッド層が半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置されて構成されるパッドを具備する半導体装置。
【請求項２】
前記膨出領域は、内部に空洞を有する部材により構成される請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記膨出領域は、金属膜に形成された開口部の頂部を閉塞することにより内部に前記空洞を形成した前記部材により構成される請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属膜の開口部は、断面が逆テーパ形状に構成される請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属膜の開口部は、断面の幅の１．５倍以上の高さに構成される請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記膨出領域は、空隙により構成される請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記パッドは、少なくとも１つの前記混成パッド層を含む複数のパッド層が積層されて構成される請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記パッドは、異なるヤング率の金属領域により構成されるパッド層を備える請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記混成パッド層において前記金属領域は０．５以上の割合に配置される請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記混成パッド層の金属領域は、ビアプラグにより配線層と接続される請求項１記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記パッドは、ワイヤボンディングのためのパッドである請求項１記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記パッドは、検査プローブが当接されるパッドである請求項１記載の半導体装置。
【請求項１３】
金属領域と当該金属領域が変形した際の変形部分が膨出する膨出領域とが同層に配置されるパッド層である混成パッド層の前記金属領域を半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置する金属領域配置工程と、
前記膨出領域を前記形成された金属領域と同層に配置する膨出領域配置工程と
を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。詳しくは、半導体チップの表面にパッドが配置される半導体装置および当該半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップの表面にパッドが配置されて構成された半導体装置が使用されている。このパッドは、信号を半導体チップの外部に取り出すための電極である。ワイヤボンディングによりパッドにボンディングワイヤが接続され、このボンディングワイヤを介して信号の伝達が行われる。ワイヤボンディングでは、金（Ａｕ）線等をボンディングワイヤとして使用し、パッドに溶着させることにより電気的な接続を得ることができる。このボンディングワイヤの溶着は、先端が球形状に加工されたボンディングワイヤをパッドに加熱圧接することにより行うことができる。しかし、このワイヤボンディングの際に半導体チップが破損する場合がある。例えば、ワイヤボンディングの衝撃により、パッドの直下の層間絶縁膜等が損傷を受け、き裂を生じる場合がある。
【０００３】
このような、ワイヤボンディングの際の半導体チップの損傷を防ぐため、パッドの直下の絶縁層に高硬度の構造物であるタングステン構造物を配置する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このタングステン構造物は、一定長、一定幅の板が複数枚一定間隔で並置された構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９９９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術では、パッドの直下の絶縁層にタングステン構造物を配置する必要があり、構成が複雑になるという問題がある。
【０００６】
本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、半導体装置のパッドの構成を簡略化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、金属領域と当該金属領域が変形した際の変形部分が膨出する膨出領域とが同層に配置されるパッド層である混成パッド層が半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置されて構成されるパッドを具備する半導体装置である。
【０００８】
また、この第１の態様において、上記膨出領域は、内部に空洞を有する部材により構成されてもよい。
【０００９】
また、この第１の態様において、上記膨出領域は、金属膜に形成された開口部の頂部を閉塞することにより内部に上記空洞を形成した上記部材により構成されてもよい。
【００１０】
また、この第１の態様において、上記金属膜の開口部は、断面が逆テーパ形状に構成されてもよい。
【００１１】
また、この第１の態様において、上記金属膜の開口部は、断面の幅の１．５倍以上の高さに構成されてもよい。
【００１２】
また、この第１の態様において、上記膨出領域は、空隙により構成されてもよい。
【００１３】
また、この第１の態様において、上記パッドは、少なくとも１つの上記混成パッド層を含む複数のパッド層が積層されて構成されてもよい。
【００１４】
また、この第１の態様において、上記パッドは、異なるヤング率の金属領域により構成されるパッド層を備えてもよい。
【００１５】
また、この第１の態様において、上記混成パッド層において上記金属領域は０．５以上の割合に配置されてもよい。
【００１６】
また、この第１の態様において、上記混成パッド層の金属領域は、ビアプラグにより配線層と接続されてもよい。
【００１７】
また、この第１の態様において、上記パッドは、ワイヤボンディングのためのパッドであってもよい。
【００１８】
また、この第１の態様において、上記パッドは、検査プローブが当接されるパッドであってもよい。
【００１９】
また、本開示の第２の態様は、金属領域と当該金属領域が変形した際の変形部分が膨出する膨出領域とが同層に配置されるパッド層である混成パッド層の上記金属領域を半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置する金属領域配置工程と、
上記膨出領域を上記形成された金属領域と同層に配置する膨出領域配置工程と
を具備する半導体装置の製造方法である。
【００２０】
このような態様を採ることにより、パッドを構成するパッド層の金属領域が隣接する膨出領域に膨出することとなり、金属領域がパッド層に平行な方向に変形するという作用をもたらす。パッド層に垂直な方向への金属領域の変形の抑制が想定される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図２】本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成例を示す図である。
【図３】本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体装置の例を表す断面図である。
【図５】本開示の第１の実施の形態に係るワイヤボンディングの一例を示す図である。
【図６】本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
【図７】本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
【図８】本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
【図９】本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示す図である。
【図１０】本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成の他の例を示す図である。
【図１１】本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成の他の例を示す図である。
【図１２】本開示の第２の実施の形態に係るパッドの構成例を示す断面図である。
【図１３】本開示の第２の実施の形態に係るパッドの構成例を示す図である。
【図１４】本開示の第３の実施の形態に係るパッドの構成例を示す図である。
【図１５】本開示の第３の実施の形態に係るパッドの他の構成例を示す断面図である。
【図１６】本開示の第４の実施の形態に係るパッドの構成例を示す断面図である。
【図１７】本開示に係る技術が適用され得る撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１８】本技術が適用され得る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。
【図１９】本技術が適用され得る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．撮像素子への応用例
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
［半導体装置の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。同図は、半導体チップ形状の半導体装置１００が基板１０に実装される様子を表した図である。同図の半導体装置１００は、端部の表面に複数のパッド２００が配置される。このパッド２００は、半導体装置１００の外部の装置との間において信号のやり取りを行う際に、信号の伝達を行う電極である。一方、基板１０にもパッド１１が配置される。半導体装置１００が基板１０にダイボンディングされた後、ボンディングワイヤ２０により、半導体装置１００のパッド２００と基板１０のパッド１１とが１対１に接続される。
【００２４】
［パッドの平面構成］
図２は、本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成例を示す図である。同図は、パッド２００の構成例を表す平面図である。同図のパッド２００は、金属領域２１０および膨出領域２２０がストライプ状に配置されて構成される。金属領域２１０は、信号を伝達する導体である。この金属領域２１０は、銅（Ｃｕ）等の金属により構成され、後述する配線に接続される。この金属領域２１０にボンディングワイヤが接続されて電気信号が伝達される。
【００２５】
膨出領域２２０は、金属領域２１０に隣接して配置され、金属領域２１０が変形した際の変形部分が膨出する領域である。同図の膨出領域２２０は、例えば、内部に空洞を有する絶縁物により構成することができる。金属領域２１０は、ワイヤボンディングの際、圧縮されて変形する。これにより、金属領域２１０を構成する金属の一部が膨出する。すなわち、変形前の金属領域２１０の領域から一部の金属がはみ出す。膨出領域２２０は、このはみ出す部分である変形した金属領域２１０を膨出させる領域である。この膨出領域２２０を配置することにより、金属領域２１０の下層への膨出を防ぐことができる。金属領域２１０の膨出の詳細については、後述する。
【００２６】
［パッドの断面構成］
図３は、本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成例を示す断面図である。同図は、半導体装置１００のうちのパッド２００の部分の構成例を表す断面図である。半導体装置１００は、半導体基板１２１と、絶縁膜１２２と、層間絶縁膜１３１乃至１３６と、配線層１５１および１５２と、コンタクトプラグ１４１と、ビアプラグ１４２および１４３と、保護膜１６１と、パッド２００とを備える。
【００２７】
半導体基板１２１は、半導体装置１００に配置される素子の半導体部分（拡散領域）が形成される半導体の基板である。この半導体基板１２１には、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成された基板を使用することができる。半導体基板１２１にｐ型およびｎ型の半導体領域を形成することにより、素子の拡散領域が形成される。
【００２８】
絶縁膜１２２は、半導体基板１２１の表面を絶縁するものである。この絶縁膜１２２は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）により構成され、半導体基板１２１の表面を絶縁するとともに保護する。
【００２９】
配線層１５１および１５２は、半導体基板１２１の拡散層やパッド２００に信号を伝達する配線である。この配線層１５１および１５２は、例えば、Ｃｕ等の金属により構成することができる。また、配線層１５１および１５２は、それぞれ異なる層に配置される。層間絶縁膜１３１乃至１３６は、配線層１５１および１５２等を絶縁するものである。これら配線層１５１および１５２ならびに層間絶縁膜１３１乃至１３６は、配線領域を構成する。同図は、２層構成の配線領域の例を表したものである。
【００３０】
コンタクトプラグ１４１は、半導体基板１２１の拡散層および配線層１５１を接続するものである。また、ビアプラグ１４２は、配線層１５１および１５２を接続するものである。ビアプラグ１４３は、配線層１５２およびパッド２００の金属領域２１０を接続するものである。これら、コンタクトプラグ１４１ならびにビアプラグ１４２および１４３は、柱状の金属により構成され、異なる層に配置された配線層等を接続することができる。コンタクトプラグ１４１ならびにビアプラグ１４２および１４３は、例えば、タングステン（Ｗ）やＣｕにより構成することができる。
【００３１】
パッド２００は、上述のように、金属領域２１０および膨出領域２２０により構成される。同図の金属領域２１０および膨出領域２２０は、同層に配置され、パッド層２０１を構成する。同図のパッド２００は、１つのパッド層２０１により構成される例を表したものである。図１２において後述するように、積層された複数のパッド層により、パッド２００を構成することもできる。なお、膨出領域２２０が配置されたパッド層を混成パッド層と称する。また、パッド層２０１は、層間絶縁膜１３５に隣接して配置される。
【００３２】
金属領域２１０は、上述のコンタクトプラグ１４１、ビアプラグ１４２および１４３ならびに配線層１５１および１５２を介して半導体基板１２１に接続される。なお、パッド２００において、金属領域２１０は、０．５以上の割合に配置すると好適である。すなわち、複数の金属領域２１０の合計面積を複数の膨出領域２２０の合計面積以上に構成すると、金属の領域が増加し、パッド２００の強度を向上させることができるためである。
【００３３】
膨出領域２２０は、金属領域２１０と同層に隣接して配置される。膨出領域２２０は、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁物により構成することができる。また、同図の膨出領域２２０は、内部に空洞２２１が配置される。この空洞２２１により、膨出領域２２０は、層間絶縁膜１３５より低い強度に構成される。これにより、上述の金属領域２１０が変形する際、金属領域２１０は膨出領域２２０に膨出し、金属領域２１０の層間絶縁膜１３５への膨出を抑制することができる。このように、膨出領域２２０は、空洞２２１を有する部材により構成することができる。
【００３４】
保護膜１６１は、半導体装置１００の表面を保護するものである。この保護膜１６１は、例えば、ＳｉＮにより構成することができる。
【００３５】
［ワイヤボンディング］
図４は、従来の半導体装置の例を表す断面図である。同図は、従来の半導体装置３００においてワイヤボンディング等を行った場合を比較例として表した図である。同図の半導体装置３００は、パッド２００の代わりにパッド３１０を備える点で、図３において説明した半導体装置１００と異なる。パッド３１０は、単一の金属により構成されるパッドである。
【００３６】
同図におけるＡは、パッド３１０にワイヤボンディングを行った場合の例を表した図である。このワイヤボンディングは、例えば、次の手順により行うことができる。キャピラリーと称される器具にボンディングワイヤ２０を通し、放電加熱によりボンディングワイヤ２０の先端部を球状にする。次に、キャピラリーを使用してボンディングワイヤ２０の先端部をパッド３１０に加熱圧接する。これにより、ボンディングワイヤ２０およびパッド３１０の金属が接合される。この際の圧接により、パッド３１０が加圧されて変形する。変形したパッド３１０が半導体装置１００の厚み方向に膨出するため、下層の層間絶縁膜や配線層が損傷を受ける。例えば、き裂３０１を生じる。
【００３７】
同図におけるＢは、半導体装置１００を検査する工程において、検査プローブ９０がパッド３１０に当接される場合の例を表した図である。半導体装置１００の検査は、検査プローブ９０をパッド３１０に当接し、電気信号の印加および測定を行うことにより実行される。検査プローブ９０およびパッド３１０の接触抵抗を低減するため、検査プローブ９０は比較的高い圧力においてパッド３１０に当接される。このため、パッド３１０が変形して層間絶縁膜等が損傷し、き裂３０２を生じる。このようなき裂３０１および３０２の発生により半導体装置１００が破損する。
【００３８】
［膨出領域の効果］
図５は、本開示の第１の実施の形態に係るワイヤボンディングの一例を示す図である。同図は、図４におけるＡと同様に、半導体装置１００にワイヤボンディングを行った場合の例を表した図である。同図の破線は、ワイヤボンディング前の膨出領域２２０を表す。パッド２００では、ワイヤボンディングにより金属領域２１０が変形する際、変形した金属領域２１０は、膨出領域２２０の側に膨出する。同層に隣接する膨出領域２２０が内部に空洞２２１を有する脆弱な形状に構成されるためである。同図の膨出部２１１は、この膨出した金属領域２１０を表す。この膨出部２１１により膨出領域２２０は潰れた形状となる。一方、下層の層間絶縁膜１３５は、殆ど変形せず、き裂等の発生を防止することができる。膨出領域２２０と比較して層間絶縁膜１３５は緻密な膜質に構成されるためである。
【００３９】
このように、金属領域２１０に隣接して膨出領域２２０を配置することにより、金属領域２１０がパッド２００の表面に平行な方向に膨れて変形し、ワイヤボンディングの衝撃が吸収される。パッド２００の下層への応力が緩和され、層間絶縁膜１３５や配線層１５１および１５２の損傷を軽減することができる。半導体装置１００の表面にパッド層２０１を配置することにより、内層の損傷を防止可能なパッド２００を構成することができる。パッド２００を検査プローブが当接されるパッドとして使用する場合にも同様の効果を得ることができる。パッド２００の下層には、層間絶縁膜１３５等や配線層１５２等による通常の配線領域を配置することができ、半導体装置１００の構成を簡略化することができる。
【００４０】
なお、膨出領域２２０の構成は、この例に限定されない。例えば、空洞を有する導電性の材料により構成することもできる。例えば、空洞を有する金属により構成された膨出領域２２０を使用することもできる。この場合には、金属領域２１０より低い硬度の金属により膨出領域２２０を形成すると好適である。
【００４１】
［製造方法］
図６乃至８は、本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図である。まず、半導体基板１２１に絶縁膜１２２を形成する。これは、例えば、半導体基板１２１を熱酸化することにより行うことができる。次に、層間絶縁膜１３１を積層する。これは、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により行うことができる（図６におけるＡ）。次に、コンタクトプラグ１４１を配置する位置の層間絶縁膜１３１および絶縁膜１２２に開口部を形成する。これは、例えば、ドライエッチングにより行うことができる。次に、Ｗ等の金属層を成膜して開口部に金属を埋め込む。これは、例えば、ＣＶＤにより行うことができる。次に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）等により表面の金属を研削して除去する。これにより、コンタクトプラグ１４１を形成する（図６におけるＢ）。
【００４２】
次に、層間絶縁膜１３２を配置し、配線層１５１を形成する領域をエッチングすることにより開口部を形成する。なお、層間絶縁膜１３１および１３２の間には、ＳｉＮ等によるハードマスク層（不図示）が配置される。次に、この層間絶縁膜１３２の開口部にＣｕ等の金属を埋め込んで配線層１５１を形成する。これは、ダマシン法により形成することができる。具体的には、次の手順により形成することができる。まず、開口部を含む半導体基板１２１の表面にバリア層およびめっきのシード層を積層する。バリア層は、配線層１５１等の金属の拡散を防ぐものであり、窒化チタン（ＴｉＮ）等により構成することができる。シード層は、Ｃｕにより構成することができる。次に、Ｃｕの膜をめっきにより成膜し、開口部にＣｕを埋め込む。次に、ＣＭＰにより開口部以外のＣｕ等を研削して除去する。これにより、配線層１５１を配置することができる（図６におけるＣ）。
【００４３】
次に、層間絶縁膜１３３および１３４を成膜する。層間絶縁膜１３４に配線層１５２を配置するための開口部を形成し、層間絶縁膜１３３にビアプラグ１４２を配置するための開口部を形成する。その後、ダマシン法によりビアプラグ１４２および配線層１５２を同時に形成する（図６のおけるＤ）。なお、配線層を３層以上に多層化する場合には、この層間絶縁膜１３３および１３４、ビアプラグ１４２ならびに配線層１５２の形成と同様の工程を繰り返すことにより行うことができる。次に、層間絶縁膜１３５を成膜し、ダマシン法によりビアプラグ１４３を配置する（図６におけるＥ）。
【００４４】
次に、層間絶縁膜１３６を成膜し、パッド２００を配置する位置に開口部を形成して金属層４０１を埋め込む（図７におけるＦ）。次に、膨出領域２２０を配置する位置に開口部を有するレジストを金属層４０１の表面に配置する。次に、このレジストをマスクとして金属層４０１をエッチングする。これは、例えば、ドライエッチングにより行うことができる。これにより、金属領域２１０を配置するとともに開口部４０２を形成することができる（図７におけるＧ）。当該工程は、特許請求の範囲に記載の金属領域配置工程の一例である。
【００４５】
次に膨出領域２２０の材料となる絶縁物膜４０３を成膜する。これは、例えば、ＰＶＤ（PhysicalVapor Deposition）により行うことができる。開口部４０２の底部よりも側面の方に多くの絶縁物膜４０３が析出する成膜法を採用することにより、開口部４０２に絶縁物を埋め込むと同時に空洞２２１を形成することができる（図７におけるＨ）。次に、金属領域２１０の表面の絶縁物膜４０３をＣＭＰにより研削して除去する。これにより、膨出領域２２０を金属領域２１０と同層に隣接して配置することができる（図８におけるＩ）。当該工程は、特許請求の範囲に記載の膨出領域配置工程の一例である。
【００４６】
次に、保護膜１６１の材料となる絶縁物膜４０５を成膜する（図８におけるＪ）。次に、絶縁物膜４０５におけるパッド２００を配置する位置に開口部４０６を形成する（図８におけるＫ）。これにより、保護膜１６１およびパッド２００を形成することができる。
【００４７】
［他の製造方法］
図９は、本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示す図である。同図は、図７におけるＧにおいて説明した金属領域２１０の材料となる金属層４０１のエッチングの他の例を表した図である。
【００４８】
同図におけるＡは、断面が逆テーパ形状の開口部４０２を形成する場合の例である。開口部４０２の表面の幅を底部の幅より狭くすることにより、絶縁物膜４０３を積層する際の開口部４０２の閉塞を容易に行うことができる。比較的大きな空洞２２１を配置することが可能となる。
【００４９】
同図におけるＢは、開口部４０２のアスペクト比を調整する場合の例である。同図におけるＢの開口部４０２の幅Ｗに対して高さ（深さ）Ｈが大きい場合、スパッタリング等のＰＶＤにより形成された絶縁物の粒子の開口部４０２の底部への到達が軽減される。これにより、開口部４０２の表面近傍の側面に多くの絶縁物粒子が堆積し、大きな空洞２２１を有する膨出領域２２０を形成することができる。開口部４０２の高さＨを幅Ｗの１．５倍以上の大きさにすることにより、開口部４０２の閉塞を容易に行うことができる。
【００５０】
［パッドの他の構成］
図１０および１１は、本開示の第１の実施の形態に係るパッドの構成の他の例を示す図である。図１０におけるＡは、正方形の金属領域２１０が膨出領域２２０の中に島状に配置されて構成されたパッド２００の例を表した図である。金属領域２１０より膨出領域２２０の割合を向上させた例である。金属領域２１０の膨出領域２２０への膨出量を増加させることができ、層間絶縁膜の損傷をより低減することができる。
【００５１】
図１０におけるＢは、図１０におけるＡの構成において金属領域２１０および膨出領域２２０を入れ替えて配置した場合の例であり、正方形の膨出領域２２０が金属領域２１０の中に島状に配置されて構成されたパッド２００の例を表した図である。膨出領域２２０より金属領域２１０の割合が比較的高く、ボンディングワイヤとの接続抵抗を低減させることができる。
【００５２】
図１０におけるＣは、長方形の金属領域２１０を膨出領域２２０の中に配置する場合の例を表した図である。また、図１０におけるＤは、長方形の膨出領域２２０を金属領域２１０の中に配置する場合の例表した図である。
【００５３】
図１１におけるＡは、ロの字形状の金属領域２１０を膨出領域２２０の中に配置した場合の例表した図である。また、図１１におけるＢは、ロの字形状の膨出領域２２０を金属領域２１０の中に配置する場合の例を表した図である。
【００５４】
図１１におけるＣは、中央部に金属領域２１０を配置し、この中央部の金属領域２１０を囲繞する形状の膨出領域２２０および金属領域２１０を交互に配置する場合の例を表した図である。なお、図１１におけるＣの金属領域２１０および膨出領域２２０は、同心円形状に構成することもできる。
【００５５】
図１１におけるＤは、中央部に十字形状の金属領域２１０を配置し、この中央部の金属領域２１０に隣接する膨出領域２２０および金属領域２１０を交互に配置する場合の例を表した図である。以上説明したように、金属領域２１０および膨出領域２２０は、任意の形状に構成することができる。
【００５６】
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の半導体装置１００には、金属領域２１０および膨出領域２２０を備えるパッド層２０１により構成されたパッド２００が配置される。ワイヤボンディング等によりパッド２００に衝撃が加えられた場合であっても、変形した金属領域２１０が膨出領域２２０に膨出することにより、下層の層間絶縁膜１３５等への応力が緩和され、層間絶縁膜１３５等の損傷を軽減することができる。このようなパッド２００の下層には通常の配線領域を配置することができ、半導体装置１００の構成を簡略化することができる。
【００５７】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の半導体装置１００のパッド２００は、単一のパッド層２０１により構成されていた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の半導体装置１００は、２層以上のパッド層により構成されるパッド２００を使用する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００５８】
［パッドの断面構成］
図１２は、本開示の第２の実施の形態に係るパッドの構成例を示す断面図である。同図は、図３と同様に、半導体装置１００のうちのパッド２００部分の構成例を表す断面図である。パッド２００にパッド層２０２がさらに配置される点で、図３において説明したパッド２００と異なる。
【００５９】
同図のパッド層２０２は、パッド層２０１と同様に、金属領域２３０および膨出領域２４０により構成される。また、パッド層２０２は、パッド層２０１の下層に配置される。
【００６０】
金属領域２３０は、金属領域２１０と同様に、Ｃｕ等の金属により構成される領域である。膨出領域２４０は、膨出領域２２０と同様に、金属領域２３０の同層に隣接して配置され、空洞２４１が配置される領域である。膨出領域２４０には、ワイヤボンディング等の際に、変形した金属領域２３０が膨出する。なお、膨出領域２４０は、膨出領域２２０とは重ならない位置に配置することができる。
【００６１】
混成パッド層であるパッド層２０１および２０２を積層することにより、パッド２００の強度を向上させることができる。また、金属領域２１０および２３０が膨出する際、厚さ方向に隣接する膨出領域２４０および２３０にそれぞれ膨出させることもできる。これにより、下層の層間絶縁膜１３５等への応力をさらに緩和することができる。
【００６２】
また、パッド層２０１および２０２にそれぞれ配置される金属領域２１０および２３０をヤング率が異なる金属により構成することもできる。例えば、金属領域２１０をＣｕにより構成し、金属領域２３０をＣｕより高いヤング率の金属により構成することもできる。ヤング率が高い金属には、例えば、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、Ｗ、タンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）およびベリリウム（Ｂｅ）が該当する。ヤング率が低い金属により構成された金属領域を備えるパッド層に応力を集中させて膨出領域に金属領域を膨出させるとともに、ヤング率が高い金属により構成された金属領域を備えるパッド層によりパッド２００の変形を軽減することができる。下層の層間絶縁膜１３５等への応力を軽減することができる。
【００６３】
［パッドの平面構成］
図１３は、本開示の第２の実施の形態に係るパッドの構成例を示す図である。同図は、図２と同様に、パッド２００の構成例を表す平面図である。同図の点線の矩形は、内層に配置された金属領域２３０および膨出領域２４０を表す。同図におけるＡは、図１２において説明したパッド２００の構成例を表す図である。同図におけるＡに表したように、金属領域２３０および膨出領域２４０は、金属領域２１０および膨出領域２２０と同じ方向のストライプ状に配置される。
【００６４】
同図におけるＢは、同図におけるＡとは異なり、ストライプ状の金属領域２３０および膨出領域２４０を金属領域２１０および膨出領域２２０とは９０度異なる方向に配置した場合の例を表した図である。
【００６５】
なお、パッド２００の構成は、この例に限定されない。例えば、金属領域および膨出領域からなる混成パッド層を３層以上積層する構成にすることもできる。
【００６６】
これ以外の半導体装置１００の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した半導体装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００６７】
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態のパッド２００は、金属領域および膨出領域が配置されたパッド層２０１および２０２を積層することにより、パッド２００の強度を向上させることができる。また、金属領域２１０および２３０が膨出する際、厚さ方向に隣接する膨出領域２４０および２３０にそれぞれ膨出させることができ、層間絶縁膜１３５等への応力をさらに緩和することができる。
【００６８】
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第２の実施の形態の半導体装置１００は、金属領域および膨出領域からなる混成パッド層が複数積層されて構成されていた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の半導体装置１００は、金属領域のみからなるパッド層を備える点で、上述の第２の実施の形態と異なる。
【００６９】
［パッドの構成］
図１４は、本開示の第３の実施の形態に係るパッドの構成例を示す図である。同図は、図１２と同様に、半導体装置１００のうちのパッド２００の部分の構成例を表す断面図である。パッド層２０２の代わりにパッド層２０３が配置される点で、図１２において説明したパッド２００と異なる。同図におけるＡはパッド２００の断面の構成を表し、同図におけるＢはパッド２００の平面の構成を表す。
【００７０】
パッド層２０３は、金属領域２５０により構成され、膨出領域が配置されないパッド層である。膨出領域が配置されないため、パッド層２０１より高い強度を有する。このパッド層２０３を配置することにより、パッド２００の強度を向上させることができる。
【００７１】
［パッドの他の構成］
図１５は、本開示の第３の実施の形態に係るパッドの他の構成例を示す断面図である。同図のパッド２００は、金属領域２６０により構成されるパッド層２０４およびパッド層２０２により構成される。この場合においても、パッド層２０４を配置することにより、パッド２００の強度を向上させることができる。また、金属領域２６０のみを有するパッド層２０４がパッド２００の表面に配置されるため、ボンディングワイヤとの接触面積を広くすることができ、接続抵抗を低減することができる。
【００７２】
なお、パッド２００の構成は、この例に限定されない。例えば、３層以上のパッド層によりパッド２００を構成することもできる。この場合、少なくとも１つのパッド層は、膨出領域が配置された混成パッド層にすることができる。また、異なるヤング率の金属により構成されたパッド層が積層されたパッド２００にすることもできる。
【００７３】
これ以外の半導体装置１００の構成は本開示の第２の実施の形態において説明した半導体装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００７４】
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の半導体装置１００は、パッド２００に膨出領域が配置されないパッド層２０３および２０４が配置され、パッド２００の強度を向上させることができる。
【００７５】
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の半導体装置１００は、空洞２２１を有する絶縁物により構成された膨出領域２２０等を使用していた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の半導体装置１００は、空隙により構成された膨出領域を備える点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
【００７６】
［パッドの断面構成］
図１６は、本開示の第４の実施の形態に係るパッドの構成例を示す断面図である。同図は、図３と同様に、半導体装置１００のうちのパッド２００の部分の構成例を表す断面図である。パッド層２０１の代わりにパッド層２０５が配置される点で、図３において説明したパッド２００と異なる。
【００７７】
パッド層２０５は、金属領域２１０および膨出領域２７０により構成されたパッド層である。同図に表したように膨出領域２７０は、空隙により構成される。ワイヤボンディングにより金属領域２１０が変形する際には、変形部分が空隙である膨出領域２７０に膨出する。膨出領域２２０とは異なり絶縁物が介在しないため、より多くの金属領域２１０を膨出させることができる。下層の層間絶縁膜１３５等の損傷をさらに軽減することができる。
【００７８】
パッド層２０５は、図７におけるＨの工程を省略することにより形成することができる。膨出領域２７０に絶縁物を配置する工程を省略することができ、パッド２００の製造工程を簡略化することができる。
【００７９】
なお、パッド２００の構成は、この例に限定されない。例えば、２層以上のパッド層によりパッド２００を構成することもできる。この場合には、パッド層２０５は、パッド２００の表面層に配置する。また、図３のパッド層２０２をパッド層２０５の下層に配置することもできる。
【００８０】
これ以外の半導体装置１００の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した半導体装置１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００８１】
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の半導体装置１００は、パッド２００に空隙により構成された膨出領域２７０を配置することにより、より多くの金属領域２１０を膨出させることができる。下層の層間絶縁膜１３５等の損傷をさらに軽減することが可能となる。また、パッド２００の製造工程を簡略化することもできる。
【００８２】
＜５．撮像素子への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、撮像素子等のパッドとして実現されてもよい。
【００８３】
［撮像素子の構成］
図１７は、本技術が適用され得る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図は、撮像素子１の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子１は、図１において説明した半導体装置１００の一例であり、ボンディングワイヤ２０により外部の回路と接続される半導体装置の例を表したものである。撮像素子１は、撮像素子チップ５００およびロジック回路チップ６００が貼り合わされて構成される。
【００８４】
撮像素子チップ５００は、複数の画素５０１が配置されて構成される半導体チップである。この画素５０１は、光電変換部を備え、被写体からの光を画像信号に変換するものである。また、ロジック回路チップ６００は、撮像素子チップ５００の画素５０１の制御信号の生成および画素５０１により生成された画像信号の処理を行う半導体チップである。
【００８５】
同図の撮像素子チップ５００は、半導体基板５２０と、配線領域５３０と、保護膜５２２、５２４および５２６と、カラーフィルタ５５１と、遮光膜５５２と、平坦化膜５５３と、オンチップレンズ５５４とを備える。
【００８６】
半導体基板５２０は、画素５０１の半導体素子部分が配置される半導体の基板である。この半導体基板５２０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成することができる。光電変換部等の半導体素子は、半導体基板５２０に形成されたウェル領域に形成される。便宜上、同図の半導体基板５２０は、ｐ型のウェル領域を構成するものと想定する。また、同図においては、光電変換部を半導体素子の例として記載した。この光電変換部は、ｎ型半導体領域５２１により構成される。具体的には、光電変換部は、同図のｎ型半導体領域５２１およびｎ型半導体領域５２１の周囲のｐ型のウェル領域の間に形成されるｐｎ接合により構成される。このｐｎ接合は、フォトダイオードを構成し、入射光が照射されると光電変換を行う。ｎ型半導体領域５２１は、画素５０１毎に配置される。半導体基板５２０は、例えば、数μｍ乃至数十μｍの厚さに構成することができる。
【００８７】
保護膜５２２は、半導体基板５２０の表面に配置されて、半導体基板５２０を保護する膜である。この保護膜５２２は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。
【００８８】
保護膜５２４は、半導体基板５２０の裏面に配置されて、半導体基板５２０を保護する膜である。この保護膜５２４は、入射光を透過させるＳｉＯ２や窒化シリコンＳｉＮ等の無機材料により構成することができる。また、画素５０１の間には、分離領域５２５が配置される。この分離領域５２５は、隣接する画素５０１同士を分離するものである。分離領域５２５は、半導体基板５２０の裏面側から形成されたトレンチに配置され、保護膜５２４と同じ材料により構成することができ、保護膜５２４と同時に形成することができる。
【００８９】
保護膜５２６は、半導体基板５２０の裏面において保護膜５２４に隣接して配置され、半導体基板５２０を保護する膜である。また、保護膜５２６は、後述するカラーフィルタ５５１が形成される半導体基板５２０の裏面の平坦化をさらに行う。この保護膜５２６は、例えば、入射光を透過させる有機材料や無機材料により構成される膜を使用することができる。
【００９０】
配線領域５３０は、画素５０１の信号等を伝達する配線が形成される領域である。この配線領域５３０は、半導体基板５２０の表面側に配置される。具体的には、保護膜５２２に隣接して配置される。配線領域５３０は、配線５３１が形成される配線層および配線５３１を絶縁する絶縁層５３２が積層されて構成される。同図には、４層に積層された配線領域の例を表した。異なる層に配置された配線５３１は、ビアプラグ５３３により接続される。配線５３１は、例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の金属により構成することができる。絶縁層５３２は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。また、配線領域５３０の最外層には、保護膜５３６が配置される。この保護膜５３６は、例えば、ＳｉＮにより構成することができる。
【００９１】
カラーフィルタ５５１は、入射光のうち所定の波長の光を透過させる光学的なフィルタである。このカラーフィルタ５５１は、画素５０１毎に配置される。カラーフィルタ５５１として、例えば、赤色光、緑色光および青色光の何れかを透過させるカラーフィルタ５５１を使用することができる。遮光膜５５２は、入射光を遮光する膜である。この遮光膜５５２は、画素５０１の境界に配置され、隣接する画素５０１のカラーフィルタ５５１を透過した光を遮光する。これにより、混色を防止することができる。
【００９２】
平坦化膜５５３は、後述するオンチップレンズ５５４が形成される半導体基板５２０の裏面の平坦化を行う膜である。この平坦化膜５５３は、オンチップレンズ５５４と同じ材料により構成することができる。
【００９３】
オンチップレンズ５５４は、画素５０１毎に配置されて入射光を光電変換部に集光するレンズである。
【００９４】
このように、同図の撮像素子１は、半導体基板５２０の配線領域５３０が配置される面である表面とは異なる面である裏面から入射光が照射される裏面照射型の撮像素子に該当する。
【００９５】
ロジック回路チップ６００は、半導体基板６２０と、保護膜６５３と、配線領域６３０とを備える。
【００９６】
半導体基板６２０には、撮像素子チップ５００の画素５０１の制御信号を生成する回路や画像信号を処理する回路の素子が配置される。
【００９７】
保護膜６５３は、半導体基板６２０の裏面に配置され、半導体基板６２０を保護する膜である。
【００９８】
配線領域６３０は、配線６３１、ビアプラグ６３３および絶縁層６３２により構成され、最外層に保護膜６３６が配置される。この保護膜６３６と撮像素子チップ５００の保護膜５３６とが貼り合わされる。この保護膜６３６は、保護膜５３６と同様に、ＳｉＮにより構成することができる。
【００９９】
配線領域５３０および配線領域６３０の間の信号の伝達は、ビアプラグ５６５および５６６ならびに配線５６７により行うことができる。ビアプラグ５６５は半導体基板５２０および配線領域５３０を貫通して形成されるビアプラグであり、ビアプラグ５６６は半導体基板５２０を貫通して形成されるビアプラグである。また、配線５６７は、半導体基板５２０の裏面側の保護膜５２６に形成されてビアプラグ５６５および５６６を電気的に接続する配線である。また、ビアプラグ５６５は、底部がロジック回路チップ６００のパッド６３５に隣接して形成され、パッド６３５と電気的に接続される。このように、ビアプラグ５６６、配線５６７およびビアプラグ５６５の経路によりロジック回路チップ６００の配線領域５３０の信号がロジック回路チップ６００の配線領域６３０に伝達される。なお、パッド６３５は、ロジック回路チップ６００の配線領域６３０において後述するパッド６３４に接続される。
【０１００】
撮像素子１の周辺部には、ワイヤボンディングのためのパッドが配置される。同図の撮像素子１においては、ロジック回路チップ６００にパッド６３４が配置される。また、撮像素子チップ５００には、パッド６３４に到達する開口部５６２が形成される。この開口部５６２を介してパッド６３４にワイヤボンディングが行われ、ボンディングワイヤ２０がパッド６３４に接続される。この際、ボンディングワイヤ２０のパッド６３４との接続部２２が開口部５６２の内部に形成される。
【０１０１】
［撮像素子の製造方法］
図１８および１９は、本技術が適用され得る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。同図は、撮像素子１の製造方法のうち、ワイヤボンディングのためのパッド６３４周辺領域の製造方法の一例を表したものである。
【０１０２】
まず、撮像素子チップ５００と、配線領域６３０にパッド６３４が埋め込まれたロジック回路チップ６００との貼り合わせを行い、ビアプラグ５６５および５６６ならびに配線５６７を形成する。次に、撮像素子チップ５００にオンチップレンズ５５４を配置する（図１８）。
【０１０３】
次に、撮像素子チップ５００側からロジック回路チップ６００のパッド６３４に達する開口部５６２を形成する。これは、ドライエッチングにより行うことができる（図１９）。これにより、ワイヤボンディングのためのパッド６３４を形成することができる。次に、ボンディングワイヤ２０によりワイヤボンディングを行い、撮像素子１を外部の基板等に接続することができる。
【０１０４】
以上、本開示が適用され得る撮像素子１について説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、パッド６３４に適用され得る。具体的には、図１において説明したパッド２００は、パッド６３４に適用することができる。パッド６３４に図１のパッド２００を適用することにより、パッド６３４にワイヤボンディングを行った際の配線領域６３０の損傷を軽減することができる。
【０１０５】
なお、パッド６３４の適用例は、図１７の構成に限定されない。例えば、積層型に構成された撮像素子１における撮像素子チップ５００の配線領域５３０内や入射光が照射される面側の表面にワイヤボンディングのためのパッド６３４が配置されてもよい。また、ロジック回路チップ６００の撮像素子チップ５００と積層される面の反対側の面にワイヤボンディングのためのパッド６３４が配置される構成を採ることもできる。
【０１０６】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１０７】
また、上述の実施の形態における図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。
【０１０８】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）金属領域と当該金属領域が変形した際の変形部分が膨出する膨出領域とが同層に配置されるパッド層である混成パッド層が半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置されて構成されるパッドを具備する半導体装置。
（２）前記膨出領域は、内部に空洞を有する部材により構成される前記（１）に記載の半導体装置。
（３）前記膨出領域は、金属膜に形成された開口部の頂部を閉塞することにより内部に前記空洞を形成した前記部材により構成される前記（２）に記載の半導体装置。
（４）前記金属膜の開口部は、断面が逆テーパ形状に構成される前記（３）に記載の半導体装置。
（５）前記金属膜の開口部は、断面の幅の１．５倍以上の高さに構成される前記（３）に記載の半導体装置。
（６）前記膨出領域は、空隙により構成される前記（１）に記載の半導体装置。
（７）前記パッドは、少なくとも１つの前記混成パッド層を含む複数のパッド層が積層されて構成される前記（１）から（６）の何れかに記載の半導体装置。
（８）前記パッドは、異なるヤング率の金属領域により構成されるパッド層を備える前記（７）に記載の半導体装置。
（９）前記混成パッド層において前記金属領域は０．５以上の割合に配置される前記（１）から（８）の何れかに記載の半導体装置。
（１０）前記混成パッド層の金属領域は、ビアプラグにより配線層と接続される前記（１）から（９）の何れかに記載の半導体装置。
（１１）前記パッドは、ワイヤボンディングのためのパッドである前記（１）から（１０）の何れかに記載の半導体装置。
（１２）前記パッドは、検査プローブが当接されるパッドである前記（１）から（１０）の何れかに記載の半導体装置。
（１３）金属領域と当該金属領域が変形した際の変形部分が膨出する膨出領域とが同層に配置されるパッド層である混成パッド層の前記金属領域を半導体基板に形成された層間絶縁膜に隣接して配置する金属領域配置工程と、
前記膨出領域を前記形成された金属領域と同層に配置する膨出領域配置工程と
を具備する半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１０９】
１  撮像素子
２０  ボンディングワイヤ
９０  検査プローブ
１００  半導体装置
１３１〜１３６  層間絶縁膜
１４２  ビアプラグ
１５１、１５２  配線層
２００  パッド
２０１〜２０５  パッド層
２１０、２３０、２５０、２６０  金属領域
２１１  膨出部
２２０、２４０、２７０  膨出領域
２２１、２４１  空洞
４０１  金属層
４０２  開口部
６３４  パッド
【図１】
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【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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