(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面保護膜の表面に形成されたボンディングパッド上に、ボンディングワイヤを接続するための接続用薄膜を有する半導体装置を製造する方法であって、
表面保護膜の表面に凹部を形成する工程と、この凹部が形成された表面保護膜の表面上に、上記ボンディングパッドの材料からなる金属堆積層を形成する工程と、
この形成された金属堆積層の表面上に、上記接続用薄膜の材料からなる金属薄膜を形成する工程と、
この金属薄膜の形成後に、上記金属堆積層および金属薄膜を研磨して不要な部分を除去する工程とを含み、
上記金属堆積層は、上記凹部に対向する部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さ以上となるような厚みに形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分を除去する工程は、上記金属堆積層および金属薄膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程であり、
上記化学的機械的研磨法による上記金属堆積層の研磨レートは、上記金属薄膜の研磨レートよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボンディングパッド上にボンディングワイヤとの接続用薄膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップとリードフレームとの電気的な接続は、半導体チップの表面に形成されたボンディングパッドとリードフレームに設けられたリード電極とを、たとえば金細線で接続することにより達成されるのが一般的である。
銅を配線材料として用いた場合、ボンディングパッドの材料としては、銅などの金属材料を用いることができる。銅は電気抵抗が小さいので、銅をボンディングパッドの材料として用いた場合、半導体チップにおける消費電力を小さくすることができるうえに、半導体チップの処理速度も速くすることができる。また、半導体チップに大電流が供給された場合に、ボンディングパッドが発熱して、機能素子などに悪影響を及ぼすおそれを抑制できる。
【０００３】
しかしながら、ボンディングパッドの材料として銅を用いると、ボンディングパッドと金細線との密着性が悪いために、ボンディングパッドと金細線との接続不良を生じるおそれがある。そこで、ボンディングパッドの材料に銅を用いた場合、ボンディングパッド上にアルミニウム系合金からなる接続用薄膜を設け、この接続用薄膜に金細線がボンディングされる。これにより、銅からなるボンディングパッドと金細線との接続不良が生じることを防止できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ボンディングパッド上にアルミニウム系合金からなる接続用薄膜を形成するには、たとえば、ボンディングパッドが形成された表面保護膜上に、ボンディングパッドに対向する開口部を有するパターニング膜を積層し、このパターニング膜の開口部を介して露出したボンディングパッド上にアルミニウム系合金を堆積させることにより形成することができる。ところが、この方法で接続用薄膜を形成したのでは、半導体チップの製造工程数が多くなり、その結果、半導体装置の製造工程数が多くなってしまう。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、少ない工程数で接続用薄膜を形成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である。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面保護膜の表面に形成されたボンディングパッド上に、ボンディングワイヤを接続するための接続用薄膜を有する半導体装置を製造する方法であって、表面保護膜の表面に凹部を形成する工程と、この凹部が形成された表面保護膜の表面上に、上記ボンディングパッドの材料からなる金属堆積層を形成する工程と、この形成された金属堆積層の表面上に、上記接続用薄膜の材料からなる金属薄膜を形成する工程と、この金属薄膜の形成後に、上記金属堆積層および金属薄膜を研磨して不要な部分を除去する工程とを含み、上記金属堆積層は、上記凹部に対向する部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さ以上となるような厚みに形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００７】
上記接続用薄膜の材料としては、上記ボンディングパッドと上記ボンディングワイヤとの両方に対する良好な密着性を有する材料が用いられることが好ましい。たとえば、ボンディングパッドが銅からなり、ボンディングワイヤが金からなる金細線である場合には、上記接続用薄膜の材料としては、アルミニウム、アルミニウムおよびシリコンの合金、アルミニウムおよび銅の合金、アルミニウム、シリコンおよび銅の合金など、アルミニウムを含む金属を用いることが好ましい。
【０００８】
また、上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分とは、上記ボンディングパッドを他のボンディングパッドから孤立させるために除去すべき部分であり、たとえば、平面視における上記凹部外の金属堆積層および金属薄膜をいう。
この方法によれば、表面保護膜の表面に凹部を形成し、その後、凹部が形成された表面保護膜上にボンディングパッドの材料からなる金属堆積層を積層し、さらに金属堆積層の表面上に接続用薄膜の材料からなる金属薄膜を積層した後、金属堆積層および金属薄膜の不要部分を除去することにより、ボンディングパッドおよび接続用薄膜が形成される。ゆえに、表面保護膜の表面にボンディングパッドを形成した後に、たとえばフォトリソグラフィ技術により接続用薄膜を形成する方法に比べて、少ない工程数で接続用薄膜を形成することができ、半導体装置の製造工程数を少なくすることができる。
【００１０】
なお、請求項２のように、上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分を除去する工程は、上記金属堆積層および金属薄膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程であり、上記化学的機械的研磨法による上記金属堆積層の研磨レートは、上記金属薄膜の研磨レートよりも大きく設定されていることが好ましい。こうすることにより、表面保護膜の凹部外の表面が露出するまで金属堆積層および金属薄膜を研磨しても、凹部に対向する部分に金属薄膜を残すことができ、凹部上に盛り上がった状態のボンディングパッドおよび接続用薄膜を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。この図１に示す製造方法は、半導体チップ１の基体をなす半導体基板１１上の表面保護膜１２の表面に、たとえば銅からなるボンディングパッド１３を形成し、このボンディングパッド１３上に接続用薄膜１４を形成するための方法である。
【００１２】
まず、図１(a)に示すように、半導体基板１１上に形成された表面保護膜１２の表面において、ボンディングパッド１３を形成すべき領域に対応する部分に、たとえばフォトリソグラフィ技術により、ボンディングパッド埋め込み用の凹部１５を形成する。この凹部１５は、たとえば、平面視において１辺が約７０〜１００μｍの長さを有するほぼ正方形であり、表面保護膜１２の表面からの深さが約０．５〜２μｍであるように形成される。
【００１３】
次に、図１(b)に示すように、凹部１５が形成された表面保護膜１２の表面上に、たとえばスパッタ法によってバリアメタル膜１６を形成する。このバリアメタル膜１６は、ボンディングパッド１３を構成する金属が表面保護膜１２中に拡散することを防止するためのものであり、たとえば、ボンディングパッド１３が銅で構成される場合、バリアメタル膜１６は窒化チタンや窒化タンタル、窒化タングステンで構成することができる。
【００１４】
次いで、図１(c)に示すように、バリアメタル膜１６の表面上に、ボンディングパッド１３の材料である銅を堆積させることにより、金属堆積層１７を形成する。この金属堆積層１７は、凹部１５内に入り込んだ部分の表面が表面保護膜１２の凹部１５外の表面よりも低くなるような厚みに形成される。たとえば、凹部１５の深さが約１μｍに形成されている場合、金属堆積層１７の厚みは約１μｍ未満に形成されるとよく、好ましくは約０．６〜０．７μｍに形成されるとよい。
【００１５】
なお、金属堆積層１７を形成する具体的な方法としては、たとえば、メッキ法、スパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法を挙げることができる。
つづいて、図１(d)に示すように、金属堆積層１７の表面上に、たとえばスパッタ法で接続用薄膜１４の材料を堆積させることにより、金属薄膜１８を形成する。この金属薄膜１８は、凹部１５に対向する部分の表面の高さが表面保護膜１２の凹部１５外の表面の高さ以上となるような厚みに形成される。たとえば、凹部１５の深さが約１μｍ、金属堆積層１７の厚みが約０．７μｍに形成されている場合には、金属薄膜１８の膜厚は約０．８μｍに形成される。
【００１６】
接続用薄膜１４の材料としては、ボンディングパッド１３およびボンディングパッド１３とリード電極とを接続するためのボンディングワイヤ（図示せず）の両方に対して良好な密着性を発揮する材料が用いられる。たとえば、ボンディングワイヤが金細線である場合には、アルミニウム、アルミニウムおよびシリコンの合金、アルミニウムおよび銅の合金、アルミニウム、シリコンおよび銅の合金など、アルミニウムを含む金属を用いることが好ましい。
【００１７】
その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ：化学的機械的研磨)処理を行うことによって、金属堆積層１７および金属薄膜１８を平坦化しつつ、金属堆積層１７および金属薄膜１８の凹部１５外の不要な部分を削り取っていく。そして、図１(e)に示すように、凹部１５外の不要な金属堆積層１７および金属薄膜１８が除去され、さらに凹部１５外の不要なバリアメタル膜１６が除去されて、表面保護膜１２の凹部１５外の表面が露出し、その表面保護膜１２の表面と凹部１５内の金属堆積層１７および金属薄膜１８の表面とがほぼ面一になると、ＣＭＰ処理を終了する。これにより、凹部１５内に、金属堆積層１７の残留部分からなるボンディングパッド１３と、このボンディングパッド１３の表面を覆う接続用薄膜１４とを得ることができる。
【００１８】
なお、接続用薄膜１４は、ボンディングワイヤをボンディングするのに必要な面積を有していればよく、ボンディングパッド１３の表面全域を覆っている必要はない。たとえば、ボンディングパッド１３が平面視において１辺が約７０〜１００μｍの長さを有するほぼ正方形に形成されている場合、接続用薄膜１４は、図１(e)に示すように、ボンディングパッド１３の周縁から約１〜３μｍだけ内側の領域を覆うように形成されるとよい。
【００１９】
以上のように、この実施形態に係る製造方法によれば、表面保護膜１２の表面に凹部１５を形成し、その後、凹部１５が形成された表面保護膜１２上にボンディングパッド１３の材料からなる金属堆積層１７を積層し、さらに金属堆積層１７の表面上に接続用薄膜１４の材料からなる金属薄膜１８を積層した後、金属堆積層１７および金属薄膜１８の不要部分をＣＭＰ処理によって除去することにより、ボンディングパッド１３と接続用薄膜１４とが同時に形成される。ゆえに、表面保護膜１２の表面にボンディングパッド１３を形成した後に、たとえばフォトリソグラフィ技術により接続用薄膜１４を形成する方法に比べて、少ない工程数で接続用薄膜１４を形成することができる。これにより、半導体チップ１の製造工程数を少なくすることができ、ひいては、この半導体チップ１を用いた半導体装置の製造工程数を少なくすることができる。
【００２０】
また、この方法により製造された半導体チップ１は、ボンディングパッド１３の表面に、ボンディングパッド１３およびボンディングワイヤの両方と良好な密着性を発揮する金属材料からなる接続用薄膜１４が形成されているので、リード電極との接続不良を生じるおそれがない。ゆえに、この半導体チップ１を用いた半導体装置は、半導体チップ１とリードフレームとの間で接続不良を生じるおそれがない良質なものとなる。
【００２１】
図２は、この発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。この図２において、図１に示す各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。
上述した図１に示す製造方法では、金属堆積層１７および金属薄膜１８が、ＣＭＰ処理によって平坦化されつつ削り取られることにより、ボンディングパッド１３および接続用薄膜１４が凹部１５内に埋め込まれた状態に形成される。これに対し、この実施形態に係る製造方法では、ＣＭＰ処理における金属堆積層１７および金属薄膜１８の研磨レートを相互に調整することにより、ボンディングパッド１３および接続用薄膜１４が凹部１５上に盛り上がった状態に形成される。
【００２２】
まず、上述の実施形態の場合と同様にして、図２(a)に示すように、半導体基板１１上に形成された表面保護膜１２の表面に凹部１５を形成する。そして、図２(b)に示すように、凹部１５が形成された表面保護膜１２の表面上に、たとえばスパッタ法によってバリアメタル膜１６を形成する。
次に、図２(c)に示すように、バリアメタル膜１６の表面上に、ボンディングパッド１３の材料である銅を堆積させることにより、金属堆積層１７を形成する。この金属堆積層１７は、上述の実施形態に係る製造方法とは異なり、凹部１５内に入り込んだ部分の表面の高さが、表面保護膜１２の凹部１５外の表面の高さ以上になるような厚みに形成される。たとえば、凹部１５の深さが約１μｍに形成されている場合、金属堆積層１７の厚みは約１μｍ以上に形成される。
【００２３】
つづいて、図２(d)に示すように、金属堆積層１７の表面上に、たとえばスパッタ法で接続用薄膜１４の材料からなる金属薄膜１８を形成する。たとえば、金属堆積層１７の厚みが約１．２μｍに形成されている場合、金属薄膜１８の膜厚は約０．３μｍに形成される。
その後、金属堆積層１７および金属薄膜１８にＣＭＰ処理が施される。このＣＭＰ処理では、金属薄膜１８の研磨レートよりも金属堆積層１７の研磨レートの方が大きくなるように薬液成分が調整されたＣＭＰ用薬液が用いられる。したがって、金属薄膜１８が研磨されていき、図２(e)に示すように、金属堆積層１７の凹部１５外の表面が露出した後は、金属薄膜１８よりも金属堆積層１７の研磨が大きく進む。その結果、図２(f)に示すように、凹部１５外のバリアメタル膜１６が除去されて、凹部１５外の表面保護膜１２の表面が露出した時点で、凹部１５上に盛り上がった状態のボンディングパッド１３と、そのボンディングパッド１３の頂部を覆う接続用薄膜１４とを得ることができる。
【００２４】
以上のように、この実施形態に係る製造方法によれば、図１に示す製造方法で製造した場合とは異なる形状のボンディングパッド１３および接続用薄膜１４を得ることができる。
この発明の２つの実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、上述の各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述の実施形態では、ボンディングパッド１３は銅で構成されるとしたが、銅以外にも、たとえば銀（Ａｇ）がボンディングパッド１３の材料として用いられてもよい。この場合、接続用薄膜１４の材料としては、たとえばアルミニウム系合金などを用いることができる。
【００２５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で、種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】この発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
１      半導体チップ
１１    半導体基板
１２    表面保護膜
１３    ボンディングパッド
１４    接続用薄膜
１５    凹部
１７    金属堆積層
１８    金属薄膜
【図１】
0003685645.tif 000002
【図２】
0003685645.tif 000003