(57)【要約】      （修正有）【課題】  配線上に層間絶縁膜を介して形成されたボンディング用のパッドを備える半導体装置であって、クラックに起因する不良を抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】  基板主面の上方に形成された下層パッド１２ａと、下層パッド１２ａを覆って形成された層間絶縁膜１３と、層間絶縁膜１３上に形成され下層パッド１２ａの上方に配設されたパッド１６と、層間絶縁膜１３を貫通し下層パッド１２ａとパッド１６とを接続するコンタクト１５と、パッド１６の表面上に開口１７ａを有し且つパッド１６の縁部を覆うパシベーション膜１７とを備える。コンタクト１５は、基板主面と垂直方向に見ると、開口１７ａを囲む環状のコンタクトとして形成されている。【選択図】  図１
2006165419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板主面の上方に形成された下層パッドと、該下層パッドを覆って形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成され前記下層パッドの上方に配設されたボンディングパッドと、前記層間絶縁膜を貫通し前記下層パッドと前記ボンディングパッドとを接続するコンタクトと、前記ボンディングパッドの表面上に開口を有し且つ該ボンディングパッドの少なくとも縁部を覆うパシベーション膜とを備える半導体装置において、
前記コンタクトの少なくとも一部は、前記基板主面と垂直方向に見ると、前記開口を囲む環状のコンタクトとして形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記コンタクトが、前記基板主面と垂直方向に見ると、前記開口の縁部を囲む第１の環状コンタクト部分と、該第１の環状コンタクト部分を囲み、且つ、前記下層パッド及びボンディングパッドの外側縁部よりも小さな外側縁部を有する第２の環状コンタクト部分とを有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記下層パッド、前記ボンディングパッド、前記第１の環状コンタクト部分、及び、前記第２の環状コンタクト部分が、前記層間絶縁膜の部分を囲む閉空間を形成する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記コンタクトが、前記基板主面と垂直方向に見ると、前記第１の環状コンタクト部分によって囲まれる複数の補強コンタクト部分を更に有する、請求項２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数の補強コンタクト部分が、前記基板主面と垂直方向に見ると、長方形状を有し、且つ相互に平行に配設される、請求項４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、半導体装置に関し、更に詳細には、配線上に層間絶縁膜を介して形成されたボンディング用のパッドを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装置は、基板上に形成されたトランジスタ等の下地素子上に絶縁膜を介して形成された、ボンディング用のパッドを備える。パッドは、絶縁膜中に形成されたコンタクトや配線を介して下地素子に接続される。また、半導体装置の表面に露出するように形成され、ボンディングワイヤやバンプを利用して外部と接続される。
【０００３】
図５（ａ）にボンディング用のパッドを備える従来の半導体装置の構成の一例を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示している。半導体装置４０は、図示しない下地素子上に形成された層間絶縁膜１１を備える。層間絶縁膜１１上には、Ａｌ（アルミニウム）から成る下層配線１２、及び下層配線１２に接続される下層パッド１２ａが形成されている。下層配線１２及び下層パッド１２ａを覆って層間絶縁膜１１上に別の層間絶縁膜１３が形成されている。
【０００４】
層間絶縁膜１３には、下層パッド１２ａに達する複数のコンタクト孔４１が形成され、コンタクト孔４１の内部には、コンタクト４２が形成されている。コンタクト４２は、例えば、バリアメタルと、バリアメタルを介してコンタクト孔４１の内部を埋め込む高融点金属とから構成される。複数のコンタクト４２は、一般的に、相互に離散して配設される。
【０００５】
層間絶縁膜１３上には、Ａｌから成る、図示しない上層配線及びパッド１６が形成されている。パッド１６は、コンタクト４２に接して形成され、正方形の平面形状を有する。パッド１６の周辺部を覆って層間絶縁膜１３上には、絶縁材料から成るパシベーション膜（カバー膜）１７が形成されている。パシベーション膜１７には、パッド１６の中央部を正方形状に露出させる開口１７ａが形成されている。パッド１６の開口１７ａの内側の部分は、ボンディングワイヤやバンプが接続されるボンディング領域１７ｂを構成する。
【０００６】
ところで、従来の半導体装置では、ウエハテストやボンディングの際に、パッド１６の表面に衝撃が加わることによって、層間絶縁膜１３にクラックが発生する問題があった。例えば、図６に示すように、層間絶縁膜１３中にクラック２２が発生し、そのクラック２２が延伸して下層配線１２に達することがある。この場合、クラック２２の内部に水分が侵入することによって、配線が腐蝕し、半導体装置の信頼性が低下する問題が生じる。近年、半導体装置の高集積化に伴い、半導体装置内部の密度が高まることによって、パッドと配線との間の距離が短くなり、クラックに起因する半導体装置の不良が発生し易くなっている。従って、このような高密度の半導体装置では、クラックをより確実に防止する必要がある。
【０００７】
特許文献１は、層間絶縁膜における上記クラックの発生の抑制を目的として、コンタクトを網目状に形成することによって、剛性が高い金属の割合を増やして、ボンディング領域における層間絶縁膜の機械的強度を高めることを提案している。
【特許文献１】特開２００１−８５４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、特許文献１の半導体装置を試作して、パッド上にプローブを接触させるウエハテストを行った。試作の結果、クラックに起因する半導体装置の不良は、コンタクトが分散して配設された従来の半導体装置に比して少ないものの、依然として発生することが判った。この原因について研究を行ったところ、同文献の半導体装置では、ボンディング領域に衝撃が加わった際に、網目状のコンタクトの交差部分に応力が集中し、そこを起点としたクラックが発生し易いことが判明した。このように、特許文献１の半導体装置では、クラックに起因する半導体装置の不良を完全に無くすことは困難である。
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、配線上に層間絶縁膜を介して形成されたボンディング用のパッドを備える半導体装置であって、クラックに起因する半導体装置の不良を抑制でき、これによって信頼性を向上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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、基板主面の上方に形成された下層パッドと、該下層パッドを覆って形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に形成され前記下層パッドの上方に配設されたボンディングパッドと、前記層間絶縁膜を貫通し前記下層パッドと前記ボンディングパッドとを接続するコンタクトと、前記ボンディングパッドの表面上に開口を有し且つ該ボンディングパッドの少なくとも縁部を覆うパシベーション膜とを備える半導体装置において、
前記コンタクトの少なくとも一部は、前記基板主面と垂直方向に見ると、前記開口を囲む環状のコンタクトとして形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンタクトの少なくとも一部が、開口を囲む環状のコンタクトとして形成されていることによって、ボンディングパッドの下部の層間絶縁膜にクラックが発生しても、そのクラックは、環状のコンタクトによって外側への延伸が防止される。従って、たとえクラックが発生しても、そのクラックが開口外側に位置する配線に達することがなく、クラックに起因する半導体装置の不良を効果的に抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の好適な実施態様では、前記コンタクトが、前記基板主面と垂直方向に見ると、前記開口の縁部を囲む第１の環状コンタクト部分と、該第１の環状コンタクト部分を囲み、且つ、前記下層パッド及びボンディングパッドの外側縁部よりも小さな外側縁部を有する第２の環状コンタクト部分とを有する。この場合、環状コンタクト部分において二次クラックが発生した場合でも、第２の環状コンタクト部分によって、二次クラックの外側への延伸を防止できる。従って、クラックに起因する半導体装置の不良を確実に抑制できる。
【００１３】
本発明の好適な実施態様では、前記下層パッド、前記ボンディングパッド、前記第１の環状コンタクト部分、及び、前記第２の環状コンタクト部分が、前記層間絶縁膜の部分を囲む閉空間を形成する。上記閉空間を形成することによって、クラックが基板主面と垂直方向に延伸した場合でも、下層パッドによって、クラックの外側への延伸を防止できる。
【００１４】
本発明の好適な実施態様では、前記コンタクトが、前記基板主面と垂直方向に見ると、前記第１の環状コンタクト部分によって囲まれる複数の補強コンタクト部分を更に有する。この場合、ボンディング領域における層間絶縁膜の機械的強度を向上させて、クラックの発生を抑制できる。更に好ましくは、前記複数の補強コンタクト部分が、前記基板主面と垂直方向に見ると、長方形状を有し、且つ相互に平行に配設されることによって、クラックの発生を特に効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者は、本発明に先立って、配線上に層間絶縁膜を介して形成されたボンディング用のパッドを備える半導体装置において、クラックに起因する半導体装置の不良を抑制する検討を行った。検討の結果、ボンディング領域における層間絶縁膜の機械的強度を高めることによっても、クラックの発生を完全に無くすことは困難であることを知見し、クラックに起因する半導体装置の不良を抑制するためには、開口を囲むように環状に連続するコンタクト（環状コンタクト）を配設することによって、発生したクラックの延伸をブロックすることが効果的であることに想到した。
【００１６】
本発明者は、更に、上記環状コンタクトを配設した半導体装置を試作し、パッド上にプローブを接触させるウエハテストを行う実験を行った。実験の結果、一部の半導体装置では、クラックが延伸して到達した環状コンタクトの部分において、層構造に歪が生じることによって、環状コンタクトの外側に別のクラック、即ち二次クラックが発生することが判明した。二次クラックが延伸して配線等に到達すれば、前述と同様の半導体装置の不良が発生する。本発明者は、二次クラックの延伸を抑制するために、開口を囲む環状コンタクトを二重に配設することに想到し、更に実験によって、クラックに起因する半導体装置の不良を、ほぼ１００％の確率で抑制できることを確認した。
【００１７】
環状コンタクトに加えて、ボンディング領域に補強用のコンタクト（補強コンタクト）を配設することも好ましい態様であり、この場合、ボンディング領域における層間絶縁膜について、衝撃に対する機械的強度を向上させて、クラックの発生そのものを抑制することが出来る。補強コンタクトの配設に際しては、環状コンタクトと離隔して配設することが好ましく、これによって、環状コンタクト及び補強コンタクトの特定の部分に大きな応力が加わることを抑制でき、クラックの発生を効果的に抑制することが出来る。
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。半導体装置１０は、ボンディング用のパッドを備える半導体装置であって、コンタクトの形状が異なることを除いては、従来の半導体装置４０と略同様の構成を有している。
【００１９】
半導体装置１０は、図示しない下地素子上に形成された層間絶縁膜１１を備える。層間絶縁膜１１上には、下層配線１２、及び下層配線１２に接続される下層パッド１２ａが形成されている。下層配線１２及び下層パッド１２ａは、膜厚が約４００ｎｍのＡｌから成り、下層パッド１２ａは、一辺が約１００μｍの正方形の平面形状を有する。下層配線１２及び下層パッド１２ａを覆って層間絶縁膜１１上に、膜厚が約６００ｎｍの酸化シリコンから成る別の層間絶縁膜１３が形成されている。
【００２０】
層間絶縁膜１３には、下層パッド１２ａに達する、幅が約０．５μｍの環状のコンタクト孔１４が形成されている。コンタクト孔１４の正方形状の内側縁部及び外側縁部は、下層パッド１２ａの中心と同じ中心を有し、上記のボンディングパッド１６を露出させる開口１７ａ縁部の外側に位置している。コンタクト孔１４の内部には、環状コンタクト１５が形成され、環状コンタクト１５は、バリアメタルとして形成された窒化チタン膜と、窒化チタン膜を介してコンタクト孔１４の内部を埋め込んで形成されたタングステンとから構成される。
【００２１】
層間絶縁膜１３上には、膜厚が約８００ｎｍのＡｌから成る、図示しない上層配線及びパッド１６が形成されている。パッド１６は、環状コンタクト１５に接して形成され、一辺が約１００μｍの正方形の平面形状を有し、下部パッド１２ａと平面的に重なる位置に配設されている。パッド１６の周辺部を覆って層間絶縁膜１３上には、窒化シリコンから成る膜厚が８００ｎｍのパシベーション膜１７が形成されている。パシベーション膜１７には、パッド１６の中央部を正方形状に露出させる開口１７ａが形成されている。
【００２２】
本実施形態の半導体装置によれば、開口１７ａの外側に環状コンタクト１５を形成しているので、プローブがパッド１６の表面に接触した際に、層間絶縁膜１３にクラックが発生しても、そのクラックは、開口１７ａ外側の環状コンタクト１５によって外側への延伸が防止され、クラックが開口１７ａ外側に位置する配線に達することを防止できる。また、下層パッド１２ａ及び環状コンタクト１５が障壁となることによって、下層パッド１２ａ及び環状コンタクト１５の外側への水分の侵入を抑制できる。従って、クラックに起因する半導体装置の不良を抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることが出来る。
【００２３】
半導体装置１０の製造に際して、先ず、公知の方法を用いて下地素子を形成した後、下地素子上に層間絶縁膜１１を形成する。次いで、公知のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法により、Ａｌを約４００ｎｍの厚さで堆積する。引き続き、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、堆積したＡｌをパターニングし、下層配線１２及び下層パッド１２ａを形成する。下層パッド１２ａは、平面形状が一辺が約１００μｍの正方形になるように形成する。
【００２４】
次いで、プラズマＣＶＤ法により、酸化シリコンを約２００ｎｍの厚さで成膜する。引き続き、塗布した酸化シリコンを、ＳＯＧ（Spin on Glass）法により平坦化した後、アニールを行う。更に、酸化シリコンを約４００ｎｍの厚さで成膜することにより、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３の形成に際しては、ＨＤＰ（High Density Plasma Deposition）法及びＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いることも出来る。
【００２５】
次いで、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、層間絶縁膜１３をパターニングし、下層パッド１２ａの外周部に達する、幅が約０．５μｍの環状のコンタクト孔１４を形成する。コンタクト孔１４の正方形状の内側縁部及び外側縁部は、下層パッド１２ａの中心と同じ中心を有し、開口１７ａ縁部の外側に位置するように形成する。コンタクト孔１４の幅に厳密な制限はないが、コンタクトを構成する材料との関連で、コンタクト孔１４の内部に形成されるコンタクトに大きな凹みが生じない程度の幅に設定することが望ましい。
【００２６】
引き続き、ＰＶＤ法により、チッ化チタンを２０ｎｍの厚さで成膜した後、ＣＶＤ法により、タングステンを約５００ｎｍの厚さで成膜する。更に、ドライエッチングによって、層間絶縁膜１３上に堆積した窒化チタン及びタングステンを除去する。これによって、バリアメタルとしてコンタクト孔１４の底面及び側面に成膜された窒化チタンと、窒化チタンを介してコンタクト孔１４の内部に埋め込まれたタングステンとから成る環状コンタクト１５を形成することが出来る。上記窒化チタン及びタングステンの除去に際しては、ＣＭＰ法を用いることも出来る。
【００２７】
次いで、ＰＶＤ法により、Ａｌを約８００ｎｍの厚さで堆積する。引き続き、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、堆積したＡｌをパターニングし、図示しない上層配線及びパッド１６を形成する。パッド１６は、平面形状として一辺が約１００μｍの正方形で、環状コンタクト１５に接し、且つ下層パッド１２ａと平面的に重なる位置に形成する。引き続き、ＣＶＤ法により、窒化シリコンを約８００ｎｍの厚さで成膜する。更に、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、成膜した窒化シリコンをパッド１６の中央部で正方形状に除去し、開口１７ａを形成する。開口１７ａの形成に際しては、開口１７ａが環状コンタクト１５の内側になるように形成する。
【００２８】
図２に、半導体装置１０のパッド１６に対して、ウエハテストを行う際の様子を示す。プローブ２１がパッド１６に接触した際の衝撃によって、パッド１６の下部の層間絶縁膜１３にクラック２２が発生し、クラック２２が延伸したものとする。クラック２２が基板主面と垂直方向に延伸した場合には、パッド１６と平面的に重なる位置に形成された下層パッド１２ａによって、外側への延伸がブロックされる。クラック２２が基板主面と平行方向に延伸した場合には、開口１７ａの外側に形成された環状コンタクト１５によって、外側への延伸がブロックされる。
【００２９】
上記のように、半導体装置１０では、下層パッド１２ａ及び環状コンタクト１５が、クラック２２の延伸に対するガードリングとして機能することによって、下層パッド１２ａ及び環状コンタクト１５の外側へクラック２２が延伸することを抑制することが出来る。従って、下層配線１２等の配線や下地素子の腐蝕を抑制することによって、半導体装置の不良を抑制し、半導体装置の信頼性を高めることが出来る。
【００３０】
図３（ａ）は、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示す断面図である。本変形例の半導体装置３０では、ボンディング領域１７ａの層間絶縁膜１３の機械的強度を高めることを目的として、ボンディング領域１７ａの層間絶縁膜１３に、環状コンタクト１５と離隔して、複数の補強コンタクト１８が配設されている。補強コンタクト１８は、何れも細長の長方形の平面形状を有し、相互に平行に、且つマトリクス状に配列されている。本変形例の半導体装置は、リソグラフィを行う際のマスクパターンが異なることを除いては、第１実施形態の半導体装置と略同様に製造することが出来る。
【００３１】
本変形例によれば、補強コンタクト１８が、環状コンタクト１５と離隔して配設されることによって、環状コンタクト１５又は補強コンタクト１８の特定の部分に大きな応力が加わることを抑制でき、クラック２２の発生を効果的に抑制できる。補強コンタクト１８が長方形に形成されることによって、正方形に形成される場合に比して、コンタクトに大きな凹みが生じることを抑制しつつ、金属の割合を増やすことが出来るので、ボンディング領域における層間絶縁膜の機械的強度を高めることが出来る。
【００３２】
補強コンタクト１８の長方形について、相互に交差する方向に配設すると、交差部分に大きな応力が加わり易い。従って、補強コンタクト１８の長方形が相互に平行に配設されることによって、クラック２２の発生を効果的に抑制できる。また、補強コンタクト１８の長方形が長すぎると、補強コンタクト１８に衝撃が加わった際に、例えば長方形の双方の端部が大きく引っ張られることによって、長方形の双方の端部に大きな応力が加わる。従って、長方形が適度な長さに分割して形成されることによっても、クラック２２の発生を効果的に抑制できる。
【００３３】
図４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。半導体装置３１は、図１に示した第１実施形態の半導体装置１０において、（第１の）環状コンタクト１５の外側に、第１の環状コンタクト１５と離隔する第２の環状コンタクト１９を備えている。第２の環状コンタクト１９も、第１の環状コンタクト１５と同様に、平面形状が正方形になるように形成されている。本実施形態の半導体装置３１は、上記を除いては、第１実施形態に係る半導体装置１０と同様の構成を有している。本実施形態の半導体装置は、リソグラフィを行う際のマスクパターンが異なることを除いては、第１実施形態の半導体装置と略同様に製造することが出来る。
【００３４】
本実施形態によれば、第１の環状コンタクト１５において二次クラックが発生した場合でも、第２の環状コンタクト１９によって、二次クラックの外側への延伸を抑制することが出来る。また、第１実施態様の構成に加えて、第２の環状コンタクト１９が障壁となることによって、第２の環状コンタクト１９の外側への水分の侵入を効果的に抑制できる。従って、クラック２２に起因する半導体装置の不良を確実に防止し、半導体装置の信頼性を更に高めることが出来る。なお、第２実施形態においても、例えば第１実施形態の変形例と同様な補強コンタクトをボンディング領域に配設することによって、クラックの発生そのものを抑制することが出来る。
【００３５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る半導体装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した半導体装置も、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置において、パッドの表面にプローブが接触した際の様子を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、第２実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、従来の半導体装置の構成を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示す断面図である。
【図６】図５に示した半導体装置において、パッドの表面にプローブが接触した際の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０，３０，３１：半導体装置
１１：層間絶縁膜
１２：下層配線
１２ａ：下層パッド
１３：層間絶縁膜
１４：コンタクト孔
１５：（第１の）環状コンタクト
１６：パッド（ボンディングパッド）
１６ａ：パッドの外縁
１７：パシベーション膜
１７ａ：開口
１７ｂ：ボンディング領域
１８：補強コンタクト
１９：第２の環状コンタクト
２１：プローブ
２２：クラック
【図１】
2006165419.tif 000003
【図２】
2006165419.tif 000004
【図３】
2006165419.tif 000005
【図４】
2006165419.tif 000006
【図５】
2006165419.tif 000007
【図６】
2006165419.tif 000008