(57)【要約】ボンドパッド領域内に、最初に、平坦化された銅（１８）と酸化ケイ素フィーチャ（１４）との組み合わせを形成することによって、ボンドパッド（１００）を形成する。酸化ケイ素のフィーチャ（１４）をエッチバックして、ボンドパッド領域内の銅内に複数の凹部（１５）を形成する。銅および酸化ケイ素フィーチャの上部ならびに凹部内に、腐食バリア（２２）を形成する。プローブを銅に対して直接使用して、ウエハ（１０）のプロービングを行う。ワイヤボンド部（２４）は、銅（１８）に直接取付けられる。銅内の凹部（１５）により、ワイヤボンド部（２４）は、腐食バリアをより容易に破壊かつ貫入し、またボンドパッド（１００）上での摺動が低減される。
2005522019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）上にボンドパッド（１００）を製造するための方法であって、
半導体基板上に誘電体層（１２）を形成する工程と、
前記誘電体層（１２）をパターニングして誘電体層（１２）のボンドパッド領域内に複数のフィーチャ（１４）を形成する工程と、
前記誘電体層（１２）上、前記複数のフィーチャ（１４）間、および前記複数のフィーチャ（１４）上に銅層（１６）を堆積させる工程と、
プローブ（８０）を直接受容するために、前記銅層（１６）をエッチバックした後、化学的機械研磨して、複数のフィーチャ（１４）および銅層（１８）が露出された頂面を備えたほぼ平坦な表面を形成する工程と、
前記複数のフィーチャ（１４）をエッチバックして、エッチバックされた銅層内に凹部（１５）を形成する工程と、
前記エッチバックされた銅層上および凹部内に、バリア層（２２）を適用する工程とを含む方法。
【請求項２】
半導体基板上にパッシベーション層（２０）を形成する工程と、
エッチバックに先立って、パッシベーション層（２０）内のボンドパッド領域上に、少なくとも一部が開口された開口部（９０）を形成する工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パッシベーション層上にポリイミド層を形成する工程と、
エッチバックの前、ボンドパッド領域上にポリイミド層に、少なくとも一部が開口された開口部を形成する工程とをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
半導体基板（１０）を提供する工程と、
前記基板（１０）上に誘電体層（１２）を形成する工程と、
前記誘電体層（１２）をエッチングしてボンドパッド領域内に複数のフィーチャ（１４）を形成する工程と、
前記誘電体層（１２）上に銅（１６）を堆積させて、前記誘電体層（１２）上に銅層（１８）を形成し、かつ前記フィーチャの間および上部に銅充填部（１８）を形成する工程と、
前記銅層（１６）および銅充填部（１８）の一部を除去して、前記銅充填部（１８）の頂面と各フィーチャ（１４）の頂面とを備えるほぼ平坦な表面を形成する工程と、
前記複数のフィーチャ（１４）に窪みを形成して、前記銅充填部（１８）の頂面の下方において凹部（１５）を形成する工程と、
前記銅充填部（１８）の頂面にワイヤ（２４）を直接取付ける工程とを含む方法。
【請求項５】
半導体構造を製造するための方法であって、
基板（１０）を提供する工程と、
前記基板（１０）上に誘電体層（１２）を形成する工程と、
前記誘電体層（１２）をエッチングしてボンドパッド領域内に複数のフィーチャ（１４）を形成する工程と、
前記誘電体層（１２）上に銅（１６）を堆積させて、前記誘電体層（１２）上に銅層（１６）を形成し、かつ前記フィーチャ（１４）の間および上部に銅充填部（１８）を形成する工程と、
前記銅層（１６）および銅充填部（１８）を平坦化して、プローブ（８０）を直接受容するための銅充填部（１８）の頂面と、各フィーチャ（１４）の頂面とを備えるほぼ平坦な表面を形成する工程と、
前記複数のフィーチャ（１４）に窪みを形成して、前記銅充填部（１８）の頂面の下方
において凹部（１５）を形成する工程とを含む方法。
【請求項６】
プローブ（８０）を銅充填部（１８）の頂面に直接使用する工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
半導体基板（１０）と、
前記基板（１０）上の誘電体層（１２）と、該誘電体層（１２）は、ボンドパッド領域内に配置された複数のフィーチャ（１４）を有し、かつ前記フィーチャは第一の高さを有することと、
前記フィーチャの周囲において第二の高さに延びる銅充填剤（１８）と、前記第二の高さは前記第一の高さよりも高く、従って前記フィーチャの上方において前記第一の高さと第二の高さとの間に凹部（１５）が形成されることと、
前記銅充填剤（１８）上および前記凹部（１５）内に、バリア層（２２）を備える半導体構造。
【請求項８】
半導体基板（１０）と、
前記基板（１０）上の誘電体層（１２）と、該誘電体層（１２）は、ボンドパッド領域内に配置された複数のフィーチャ（１４）を有し、かつ前記フィーチャは第一の高さを有することと、
前記フィーチャの周囲において第二の高さに延びる銅充填剤（１８）と、前記第二の高さは前記第一の高さよりも高く、従って前記フィーチャの上方において前記第一の高さと第二の高さとの間に凹部（１５）が形成されることとを備える半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体分野に関するものであり、より詳細には、半導体上のボンドパッドの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスにおいて、アルミニウムに代わり銅が使用されるにつれて、銅ワイヤボンド部を銅ワイヤパッドに取付けるための方法が必要となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
銅ボンドパッドの問題点の一つは、銅ボンドパッドを化学的機械研磨（ＣＭＰ）することによりディッシングが発生し得ることである。この問題の解決法として、銅ボンドパッド内に酸化物の溝を形成して、平坦化工程を向上させる。しかしながら、この酸化物溝は、プローブ針またはワイヤボンド部と金属との確実な接触を困難にする。溝がない場合は、ＣＭＰプロセスがより困難になるだけでなく、プローブ針がパッドを損傷させることによりワイヤボンド能力が損なわれる。従って、溝が存在し、かつ銅ワイヤを銅ボンドパッドに取付けるワイヤボンディングと、プローブ針の接触信頼性との双方が可能であるボンドパッド構造が必要とされる。  
【０００４】
本発明の説明は例示を目的とするものであり、添付の図面に限定することを意図しない。図面において、同様の参照番号は同様の要素を示す。
当業者は、図面内の要素は簡素化および明瞭化を目的として図示されており、必ずしも当尺ではないことを理解されよう。例えば、図面中、いくつかの要素の寸法は、本発明の実施態様の理解を助けるため、他の要素に対して誇張されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施態様において、誘電体領域と銅充填部とを備えた誘電体領域が形成されて、銅ワイヤを銅ボンドパッドに接着させるワイヤボンディングが改良される。本発明は特許請求の範囲において定義され、かつ図面を参照することにより理解がさらに深まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１を参照すると、半導体基板１０の表面上に誘電体層が形成されてパターン化されることにより、溝１４および絶縁領域１２が形成されている。本願にて使用する用語「基板表面」は、基板１０上のフィーチャの最頂部上の露出表面を意味する。基板１０は、ボンドパッド形成までのプロセスが進行しているが、まだボンドパッドは形成されていない。ボンドパッドの形成は、最後の一連の金属層プロセス中に行われる。従って、基板１０にはトランジスタ、ビット線、ワード線等が形成される。基板１０は、ケイ素、ガリウムヒ素、シリコンゲルマニイウム等の半導体層を有し、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）等の絶縁体を備えてもよい。誘電体層は、最終金属層の誘電体層であり、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、スピンオン、これらと同様の方法またはこれらの組み合わせにより形成され得る。誘電体層の誘電材料は、空気に晒されてもほぼ反応しない、例えば、テトラエチルオルトシラン（ＴＥＯＳ）気体を使用して生成された二酸化ケイ素であり得る。誘電体層は、約０．１〜１μｍの厚さを有する。溝１４は、溝１４間の開口部９と同一の厚さを有し、別の実施態様では、溝１４は約４μｍ以下の最大幅を有する。一実施態様において、溝１４は絶縁材料からなる。溝が、絶縁領域１２と同一の材料で形成されることは、必要な堆積プロセスとパターン化プロセスが１つのみでよいという利点を有する。溝１４と絶縁領域１２が異なる材料から形成されている場合、１より多い誘電体材料が堆積
されてパターン化されることにより、製造プロセスにサイクル時間が追加される。
【０００７】
溝１４および絶縁領域１２を形成した後、基板表面上に第一バリア層（図示せず）が形成され得る。一実施態様において、第一バリア層は、ＰＶＤを用いて形成された約４００オングストロームのタンタルからなる。第一バリア層として、他の耐火性金属およびそれらの窒化物、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、およびＴａＮを使用してもよい。ＰＶＤの代わりに、原子層堆積（ＡＬＤ）または別の手段を用いてもよい。第一バリア層上にシード層（図示せず）を形成してもよい。シード層は、ＰＶＤを用いて形成された厚さ約８００〜１５００オングストロームの銅からなる。
【０００８】
図２に示すように、好ましくは銅である金属層１６は、絶縁領域１２上、溝１４間および溝１４上に形成されている。第一バリア層とシード層の使用が選択された場合、金属層１６は、これら上部にも存在するであろう。一実施態様において、金属層１６は銅層および銅充填部からなり、この銅層および銅充填部はフィーチャ、即ち溝１４の間および上部に堆積される。他の導電性材料、例えばタングステンや銅合金を使用してもよい。金属層１６は、電気めっきまたは他の適切な工程により形成される。形成される金属層１６の量は、少なくとも開口部９の高さ程の厚みを形成するものでなければならない。８０００オングストロームの銅が堆積されている。
【０００９】
金属層１６を形成した後、金属層１６の一部が、例えば平坦化により除去されて、図３に示すようなインレイ（象嵌）構造１８、即ち金属領域１８が形成される。一般に、金属層１６が化学的機械研磨されることにより金属領域１８が形成され、この金属領域１８が溝１４と共にボンドパッド１００を形成する。これに代わって、金属層１６をエッチバックすることにより金属領域１８を形成してもよい。金属層１６が、銅層と銅充填部からなる実施態様においては、銅層と銅充填部とが平坦化されて、銅充填部の頂面と各溝１４の頂面とを備えたほぼ平坦な表面が形成される。金属領域１８および溝１４は、ボンドパッドの一部１００、即ちボンドパッド領域１００である。
【００１０】
図４に示すように、ボンドパッド１００の形成後、ボンドパッド１００および絶縁領域１２の上部にパッシベーション層が形成される。パッシベーション層２０は、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、これらの同様物またはこれらの組み合わせであってもよく、ＣＶＤ、ＰＶＤ、これらと同様の方法またはこれらの組み合わせにより形成され得る。パッシベーション層２０として、５００オングストロームの厚さを有する窒化ケイ素と、４，５００オングストロームの厚さを有するシリコンオキシナイトライド層が有効であることが見出されている。次に、パッシベーション層２０は、フォトレジストによりパターン形成され、エッチングされて、図５に示すように、ボンドパッド１００の少なくとも一部の上部に開口部９０が形成される。パッシベーション層２０のエッチングには、ＣＦ４等のフッ素含有化合物が使用され得る。開口部９０は、エッチング−アッシング−エッチング工程、即ち、第一エッチング、続くアッシング、続く第一エッチングと同一または異なる第二エッチングの工程により行われる。開口部９０を形成に、他の適切な方法を使用してもよい。
【００１１】
第一エッチング後、開口部９０の一部を形成して、第一エッチングに使用されたフォトレジストを除去した後、基板１０の全領域上にポリイミド層（図示せず）を形成して該層にパターンを形成し、ボンドパッド１００と、可能な他の領域の上部とに開口部を形成する。第二エッチングを行い、開口部９０のその他の部分を形成する。第一エッチングに使用したエッチング化合物と同一の化合物を使用しても、使用しなくてもよい。第二エッチングの工程は、ポリイミド層に覆われていない全ての領域をエッチングし得る。
【００１２】
図５に示すように、開口部９０を形成するとともにオーバーエッチングを行い、金属領
域１８の頂面の下方において窪んだ溝１４を形成する。一実施態様にて、金属領域１８は銅充填部からなる。パッシベーション層２０が存在する実施態様では、オーバーエッチングは、その次のワイヤボンディングを可能にするために、開口部９０からのパッシベーション層２０の完全なる除去を確実にする役割を果たす。銅充填物の高さは、複数のフィーチャ、即ち溝１４の高さよりも高く、溝の上方において、溝の高さと銅充填部の高さとの間に凹部１５が形成される。凹部１５は、少なくとも約１００オングストロームであり、特に、少なくとも約６００オングストロームである。当業者が判断し得るように、凹部１５の深さは、溝１４の高さよりも深くなり得ない。一実施態様において、凹部の量は、約１００〜２０００オングストローム、または、特に６００〜２０００オングストロームである。
【００１３】
凹部１５は十分深いことが好ましく、従ってプローブ８０がボンドパッド１００の一部に使用される際、図５に示すように、プローブは、溝１４の頂部に沿って摺動して、金属領域１８と接触する。凹部はまた、プローブ８０上に蓄積した任意の屑を除去して該屑を少なくとも一つの凹部１５内に堆積させるか、または溝１４の上部にて屑を削り取る。これに加えて、溝１４の存在は、プローブ８０がボンドパッド１００内の金属領域１８の底部に接触することによってプローブに接触された金属領域１８の少なくとも一部が除去されることを防止する。先行技術では、溝が形成されていず、従ってワイヤボンディングに使用される接触領域が狭くなっていた。
【００１４】
溝および金属領域が同一平面上にあるボンドパッドは、プローブと金属領域との十分な接触を確実なものにするボンドパッドへの十分な貫入が防げられる。さらに、溝がプローブと接触することによって非導電性の屑が形成され、この屑はプローブの先端に接着し、パッドの損傷が増大したり、金属領域１８との電気的接触能力が低下したりする場合がある。
【００１５】
図５に示すように、一実施態様において、プローブ８０は、ボンドパッド１００の一部に直接接触している。これは、プローブが中間層を介してボンドパッド１１０の一部に接触していないことを意味する。
【００１６】
凹部１５を形成した後、溝１４および金属領域１８の上部に、第二バリア層２２、すなわち腐食バリア層２２を任意に形成して、酸素を含むか、または酸素腐食性を有する雰囲気からボンドパッド１００を保護する。第二のバリア層２２はＣＶＤまたはスピンオンを用いて堆積された薄いガラス材料からなる。例えば、第二のバリア層２２は、例えばKulicke&Soffa Industries社製のＯＰ２（ＳＭ）酸化防止プロセス（Oxidation Prevention Process）に関連して販売されている薄膜等の、ケイ素、炭素、酸素および水素を含む材料からなっていてもよい。第二バリア層２２の厚さは、凹部１５の高さよりも薄い。一実施態様において、第二のバリア層２２は、約１００オングストローム未満である。
【００１７】
これに代わって、第二バリア層２２は、固体、ゲル、または液体の形態を有する腐食防止剤からなるものであってもよい。液体腐食防止剤が使用される場合、腐食防止剤は、溝１４上の凹部１５を少なくとも一部だけ充填するように堆積される。液体腐食防止剤を使用することにより、凹部１５は液体腐食防止剤のリザーバとして働き、金属領域１８と液体との濡れ性によって、ある時間に亘って開放される。従って、金属領域１８の頂面から蒸発した腐食防止剤は、凹部１５の中に液体が存在しなくなるまで、ある時間に亘って凹部１５からの液体腐食防止剤により置き替えられる。各凹部１５内に保持され得る液体腐食抑制剤の量は、溝１４の凹部１５の容積の関数である。金属領域１８を酸素雰囲気から保護するのに必要な時間が長い程、より多量の液体腐食防止剤を必要とし、より大きな凹部１５の容積を必要とする。当業者が認識し得るように、凹部１５の容積は、凹部１５の高さと、凹部１５の直径、即ち幅とに依存する。
【００１８】
別の実施態様では、第二バリア層２２は、塩化物またはフッ化物を含み得るフラックスからなる。一般に、フラックスは加熱されて、エッチングによって金属領域１８に生じた任意の腐食生成物を除去する。次に、フラックスは、以下にさらに説明するように、ワイヤボンディング中にワイヤボンド部の一部であるボールの作用により蒸発するか、またはほぼ除外される。
【００１９】
第二バリア層２２が形成されない場合、ワイヤボンディング前に、窒素、水素、アルゴン等の雰囲気中において標準的な予備洗浄工程が行われる。これに代わって、開口部９０を酸素雰囲気から隔離するか、または酸素雰囲気に対する露出を最小限にしてもよい。
【００２０】
ボンドパッド１００と第二のバリア層２２とを形成した後、所望であれば、半導体基板１０をパッケージング基板（図示せず）に取付けて加熱し、半導体基板１０またはダイ上の少なくとも一つのボンドパッド１００をパッケージ基板上のパッドにワイヤボンディングして、双方間に電気接続を形成する。ワイヤボンド部の形成は、ワイヤを押出した後、加熱してワイヤ端部にボールを形成する。その後、アンビル、即ち環状の針を使用してボールを掃引し、ボンドパッド１００に接合する。環状の針により超音波と圧力とをワイヤボンド部２４に付与して、ワイヤボンド部２４をボンドパッド１００に直接接合させる。これは、ワイヤ、即ちワイヤボンド部２４が中間層を介してボンドパッド１００の一部に接触しないことを意味する。一実施態様において、ワイヤ、即ちワイヤボンド部２４は、銅充填部の頂面に直接取付けられる。ここで直接とは、以前に言及したものと同一の意味を有する。結果として得られる構造を、図７に示す。ワイヤボンド部２４は、球形、くさび形、または任意の他の適切な形状を有し得る。
【００２１】
第二バリア層２２が使用され、かつバリア層２２が腐食防止剤からなる場合、第二バリア層は、ワイヤボンディング前またはワイヤボンディング中にのみ存在し得る。これに代わって、第二バリア層２２としてフラックスが使用される場合、フラックスは、ワイヤボンディング前、ワイヤボンディング中、またはワイヤボンディング後に存在し得る。一般に、フラックスは、ワイヤボンディング中に除去されて、腐食抑制剤は、加熱により蒸散され得る。しかしながら、第二バリア層２２にガラスが使用される場合、ガラスは、ワイヤボンディング前およびワイヤボンディング中に存在するであろう。この実施態様において、ワイヤボンド部２４が第二バリア層２２上に接着される場合、第二バリア層２２は、金属領域１８の角部にて亀裂を生じ、次第に第二バリア層２２のその他の部分にも亀裂が生じて、金属領域１８または溝１４のいずれかより分離される。第二バリア層２２が一連のプロセス中に使用されても、ワイヤボンディング後の最終製品は第二バリア層２２を有さないことが可能である。一実施態様において、第二バリア層２２、即ち腐食バリア層は、ワイヤ取付け中、ワイヤ、即ちワイヤボンド部２４により貫入される。別の実施態様において、腐食バリア、即ちバリア層２２は、ワイヤ、即ちワイヤボンド部２４を取付ける間に除去される。
【００２２】
図８に、複数のフィーチャと、同フィーチャの周囲に、銅であり得る金属層とが設けられたボンドパッド１００の微細構造を示す。図示する実施態様において、コラムおよびロウパターン内に露出された溝１４が形成されており、同溝１４は金属領域１８により包囲されている。溝１４は、任意の他のパターンおよび数において使用され得る。しかしながら、ワイヤボンド部２４に接触される金属領域１８の面積は、ボンドパッド１００の少なくとも約３４パーセントを占める必要がある。溝１４は矩形、正方形、または円筒形等、任意の形状を有し得る。
【００２３】
窪んだ溝形状を有する最終レベルの金属接触バッドを形成することは、以下の利点を有する。凹部１５は、プロービングおよびワイヤボンディングの信頼性を向上させ、かつ化
学的機械研磨にて生じる研磨ディッシングを減少させ、かつプローブ８０の接触パッド１００内への貫入を制御することによってプロービング中の接触パッド１００の損傷を少なくする凹部は、プローブ８０上に蓄積した全ての屑を、少なくとも一つの凹部内に堆積させることも可能にし、それによりプローブ８０を洗浄する。これに加えて、凹部１５は、複数回の再プロービング後に、金属を残留させることを可能にし得る。プロービング後、特に複数回の再プロービング後に残留金属を備えることは、ワイヤボンディング工程の信頼性と容易性とを向上させる。さらに、凹部１５によって生じる微細構造は、凹部１５が、ワイヤボンド部２４が金属領域１８に取付けられ得る金属の表面積を増大させるため、ワイヤボンディングを補助する。さらに、この微細構造により、金属領域１８と溝１４との上部のガラスバリア層がより容易に破壊されるため、接着強度と、接着部の電気的接触との双方が強化される。
【００２４】
前述の明細書において、本発明を特定の実施態様を参照に説明してきた。しかしながら、当業者は特許請求の範囲に明示された本発明の範囲から逸脱せずに様々な改良および変更が可能であることを理解する。従って、明細書および図面は、本発明の解説であり限定を意図しないと見なすべきであり、このような変更の全ては本発明の範囲内に含まれることを意図する。
【００２５】
上記に、特定の実施態様に関する利益、他の利点、および問題点の解決を記述してきた。しかしながら、利益、利点、問題点の解決、および任意の利益、利点、または解決を生み出すか、またはより明白なものとする任意の要素は、任意または全ての請求項における重要な、必要かつ必須な特徴または要素であると解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施態様による溝を示す半導体基板の一部断面図。
【図２】金属層が形成された図１の半導体基板の一部断面図。
【図３】平坦化後の図２の半導体基板の断面図。
【図４】パッシベーション層形成後の図３の半導体基板の断面図。
【図５】パッシベーション層のパターン形成およびエッチング後の図４の半導体基板の断面図。
【図６】腐食バリア形成後の図５の半導体基板の断面図。
【図７】ワイヤボンディング後の半導体基板の一部断面図。
【図８】本発明の実施態様によるボンドパッドの頂面図。
【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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【国際調査報告】
2005522019.tif 000011
2005522019.tif 000012
2005522019.tif 000013