(57)【要約】【課題】フォトマスク数および工程数の増加を抑えつつ、ゲート絶縁膜にＸ線が照射されることを防止することが可能な構造の半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１上のチップ領域ＣＲに設けられたゲート絶縁膜２と、ゲート絶縁膜２上に設けられたゲート電極３と、ゲート電極３を覆うように設けられた層間絶縁膜４と、チップ領域ＣＲにおいて層間絶縁膜４に設けられたコンタクトプラグ５と、層間絶縁膜４上においてゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域に選択的に設けられコンタクトプラグ５と同一の材料で構成されたＸ線遮蔽膜１０１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上のチップ領域に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように設けられた層間絶縁膜と、
前記チップ領域において、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜上において、前記ゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に選択的に設けられ、前記コンタクトプラグと同一の材料で構成された第１のＸ線遮蔽膜とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のＸ線遮蔽膜および前記コンタクトプラグがタングステンを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜は、前記チップ領域を取り囲むスクライブ領域に沿った側面を有し、
前記層間絶縁膜の側面を覆うように設けられた第２のＸ線遮蔽膜をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のＸ線遮蔽膜が前記第１のＸ線遮蔽膜および前記コンタクトプラグと同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板上のチップ領域にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記チップ領域において、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内および前記層間絶縁膜の表面上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上の前記ゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に選択的にレジストを形成する工程と、
前記レジストをマスクとして前記金属膜をエッチングすることにより、前記コンタクトホール内に前記金属膜を残存させてコンタクトプラグを形成するとともに、前記層間絶縁膜上の前記ゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に選択的に前記金属膜を残存させてＸ線遮蔽膜を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属膜がタングステンを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程において、前記層間絶縁膜が前記チップ領域を取り囲むスクライブ領域に沿った側面を有するようにパターニングされ、
前記金属膜は、前記層間絶縁膜の前記側面上にも形成され、
前記レジストは、前記金属膜上の前記層間絶縁膜の周縁部上にも選択的に形成され、
前記エッチングにより、前記層間絶縁膜の側面上に前記金属膜を残存させて前記層間絶縁膜の前記側面を覆う第２のＸ線遮蔽膜を形成することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の検査工程において、半導体装置内部、特にパッケージ内部のリードフレームと半導体チップとを結線しているボンディングワイヤの断線検査や、樹脂パッケージ内部の空隙検査、半導体装置と実装基板との実装状態の検査のため、非破壊検査としてＸ線照射による検査手法が広く用いられている。
【０００３】
しかし、半導体装置内部のゲート絶縁膜に多量のＸ線が照射されると、半導体装置の電気特性が恒久的に変動してしまうことが知られている。この問題への対策として、特許文献１では、半導体装置の最上層保護膜の上に新たに金属膜を設け、これをＸ線遮蔽膜として利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６９８０４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、特許文献１の構造を実現するためには、一般的な半導体装置の製造工程と同様に最上層保護膜にフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ワイヤボンディング用のパッド孔を開口した後、追加工程として上記最上層保護膜の上に金属材料からなるＸ線遮蔽膜とこれを覆う絶縁膜とをさらに成膜し、かつフォトリソグラフィおよびエッチングにより改めてワイヤボンディング用のパッド孔を開口する必要がある。すなわち、Ｘ線遮蔽膜とこれを覆う絶縁膜の成膜と、これら各膜に対するフォトリソグラフィおよびエッチング行うため、六つの追加工程と二枚のフォトマスクの追加が必要となる。このため、特許文献１の構造は、製造工程数とフォトマスクの増加による製造コストの面から実現性に乏しいという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明は、フォトマスク数および製造工程数の増加を抑えつつ、Ｘ線による検査においてゲート絶縁膜にＸ線が照射されることを防止することが可能な構造の半導体装置およびその製造方法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】
本発明の半導体装置は、半導体基板上のチップ領域に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うように設けられた層間絶縁膜と、前記チップ領域において、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトプラグと、前記層間絶縁膜上において、前記ゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に選択的に設けられ、前記コンタクトプラグと同一の材料で構成された第１のＸ線遮蔽膜とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上のチップ領域にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、前記チップ領域において、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内および前記層間絶縁膜の表面上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上の前記ゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に選択的にレジストを形成する工程と、前記レジストをマスクとして前記金属膜をエッチングすることにより、前記コンタクトホール内に前記金属膜を残存させてコンタクトプラグを形成するとともに、前記層間絶縁膜上の前記ゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に選択的に前記金属膜を残存させてＸ線遮蔽膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、層間絶縁膜上においてゲート絶縁膜と平面視で重なる領域に、層間絶縁膜に設けられたコンタクトプラグと同一の材料からなるＸ線遮蔽膜を選択的に設ける構成とすることにより、フォトマスク数および製造工程数の増加を実現可能な範囲に抑えつつ、ゲート絶縁膜にＸ線が照射されることを防止したＸ線による検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置をＢＧＡパッケージに搭載した例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例による半導体装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態の半導体装置１００の構造を示す断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、チップ領域ＣＲおよびこれを取り囲むスクライブ領域を有する半導体基板１と、半導体基板１上のチップ領域ＣＲに設けられたゲート絶縁膜２と、ゲート絶縁膜２上に設けられたゲート電極３と、ゲート電極３を含む半導体基板１の表面を覆う層間絶縁膜４と、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５ｈの内部に設けられたコンタクトプラグ５と、層間絶縁膜４の上面においてゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域に選択的に設けられたＸ線遮蔽膜１０１と、層間絶縁膜４上にコンタクトプラグ５と接続して設けられた金属配線膜６と、層間絶縁膜４、Ｘ線遮蔽膜１０１、および金属配線膜６を覆う層間絶縁膜７と、層間絶縁膜７上に設けられた最上層保護膜８とを備えている。
【００１４】
層間絶縁膜４は、スクライブ領域ＳＲに沿った側面４Ｓを有しており、半導体装置１００は、層間絶縁膜４の側面４Ｓおよび上面の一部を覆うように設けられたＸ線遮蔽膜１０２をさらに備えている。層間絶縁膜７は、Ｘ線遮蔽膜１０２も覆って設けられており、層間絶縁膜４の側面４Ｓよりもスクライブ領域ＳＲ側にスクライブ領域ＳＲに沿った側面７Ｓを有している。最上層保護膜８は、層間絶縁膜７の側面７Ｓも覆って設けられており、層間絶縁膜７の側面７Ｓよりもスクライブ領域ＳＲ側にスクライブ領域ＳＲに沿った側面８Ｓを有している。最上層保護膜８の側面８Ｓは、チップ領域ＣＲとスクライブ領域ＳＲとの境界線上に位置している。
【００１５】
コンタクトプラグ５とＸ線遮蔽膜１０１とＸ線遮蔽膜１０２とは、同一の材料で形成されており、本実施形態では、タングステンを含む金属膜により形成されている。
【００１６】
次に、図１に示す半導体装置１００の製造方法について、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００１７】
まず、半導体基板１上に絶縁膜およびポリシリコン膜を順次形成した後、当該絶縁膜とポリシリコン膜の積層膜をフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングすることにより、図２（ａ）に示すように、半導体基板１のチップ領域ＣＲにおける表面にゲート絶縁膜２およびゲート電極３を形成する。
【００１８】
次に、半導体基板１上のゲート電極３を含む全面に層間絶縁膜４を成膜した後、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングすることにより、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜４にコンタクトホール５ｈを開口する。このとき同時に、スクライブ領域ＳＲに隣接するチップ領域ＣＲの端部の領域において、スクライブ領域ＳＲに沿った側面４Ｓを有するように層間絶縁膜４をパターニングする。
【００１９】
続いて、図２（ｃ）に示すように、開口したコンタクトホール５ｈ内を埋め込み、かつ層間絶縁膜４の上面および側面４Ｓを含む全面に、タングステンを含む金属膜１１０を成膜する。次に、フォトリソグラフィを行い、金属膜１１０上においてゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域および層間絶縁膜４の周縁部（側面４Ｓ）上に選択的にレジスト１１１を形成する。
【００２０】
続いて、レジスト１１１をマスクとして金属膜１１０を異方性エッチングすることにより、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜４上のゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域に選択的に金属膜１１０を残存させてＸ線遮蔽膜１０１を形成するとともに、コンタクトホール５ｈ内に金属膜１１０を残存させてコンタクトプラグ５を形成する。また、このとき同時に、層間絶縁膜４の側面４Ｓ上に金属膜１１０を残存させて層間絶縁膜４の側面４Ｓを覆うＸ線遮蔽膜１０２を形成する。
【００２１】
その後は、層間絶縁膜４上にコンタクトプラグ５と接続するよう金属配線膜６を形成し、当該金属配線膜６、Ｘ線遮蔽膜１０１、およびＸ線遮蔽膜１０２を含む全面に層間絶縁膜７を成膜した後、スクライブ領域ＳＲに隣接するチップ領域ＣＲの端部の領域において、層間絶縁膜４の側面４Ｓよりもスクライブ領域ＳＲ側にスクライブ領域ＳＲに沿った側面７Ｓを有するように層間絶縁膜７をパターニングする。さらに、全面に最上層保護膜８を成膜した後、チップ領域ＣＲとスクライブ領域ＳＲとの境界線上に側面８Ｓを有するように最上層保護膜８をパターニングする。
【００２２】
以上のようにして、図１に示す半導体装置１００が形成される。
【００２３】
従来の一般的な半導体装置の製造方法においては、コンタクトプラグは、コンタクトホールが形成された層間絶縁膜のコンタクトホール内を含む全面に金属膜を形成した後、フォトリソグラフィを用いずに異方性エッチングを行ってコンタクトホール内のみに金属膜を残存させることにより形成される。これに対し、本実施形態では、上述のとおり、コンタクトプラグ５を形成するのと同時に、層間絶縁膜４上のゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域に選択的に金属膜１１０を残存させることによりＸ線遮蔽膜１０１を形成している。したがって、本実施形態によれば、従来の半導体装置の製造方法に、金属膜１１０をパターンニングするためのフォトマスク一枚の追加と、フォトリソグラフィを一工程追加するだけでＸ線を遮蔽することが可能な半導体装置を作製することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、金属膜１１０を成膜した後、金属膜１１０上の層間絶縁膜４の周縁部上にも選択的にレジスト１１１を形成（図２（ｃ）参照）しておくことにより、層間絶縁膜４の側面４Ｓ上にも金属膜１１０を残存させて層間絶縁膜４の側面４Ｓを覆うＸ線遮蔽膜１０２も形成している。このように、層間絶縁膜４の側面４Ｓを覆うＸ線遮蔽膜１０２を備えた半導体装置とすることにより、半導体基板１に平行な方向からＸ線を照射する検査装置を用いた場合でも、Ｘ線がゲート絶縁膜２に照射されることを防止することが可能となる。Ｘ線遮蔽膜１０２は、上述のとおり、コンタクトプラグ５およびＸ線遮蔽膜１０２と同時に形成される。すなわち、Ｘ線遮蔽膜１０２は、工程の追加もフォトマスクの追加も必要とせずに形成可能である。
【００２５】
図３は、図１に示す半導体装置１００をボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージに搭載した例を示す断面図である。
【００２６】
図３に示すように、図１に示す半導体装置１００をスクライブ領域ＳＲで切断することにより個片化された半導体チップ１００ｃが実装基板２１上に載置され、半導体チップ１００ｃの最上層保護膜に設けられた開口内に露出したボンディングパッド１２と実装基板２１上に設けられた電極２２とがボンディングワイヤ２３によって接続されている。この状態で、半導体チップ１００ｃは、封止樹脂２４により封止されている。実装基板２１の裏面には、電極２２を介して複数のはんだボール２５が設けられており、かかる複数のはんだボール２５がプリント基板３１上の電極（図示せず）と接続されている。
【００２７】
このようにＢＧＡパッケージに半導体チップ１００ｃを搭載した後、ボンディングワイヤ２３の断線検査、封止樹脂２４内部の空隙検査、半導体チップ１００ｃと実装基板２１との実装状態の検査等のため、Ｘ線による検査が行われる。このとき、半導体チップ１００ｃの上部からＸ線が照射されても、本実施形態の半導体チップ１００ｃは、Ｘ線遮蔽膜１０１を備えていることにより、照射されたＸ線がゲート絶縁膜２へ到達することが防止される。
【００２８】
特に、このようなＢＧＡパッケージのように、実装基板の裏面にはんだボールを有するパッケージにおいては、プリント基板への実装の際にＸ線による検査が用いられるが、上記特許文献１の構成では、ワイヤボンディング用のパッド孔以外の半導体チップ全体をＸ線遮蔽膜で覆っているため、実装状態の確認ができない。これに対し、本実施形態によれば、Ｘ線遮蔽膜１０１が設けられているのは、層間絶縁膜４上におけるゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域のみであるため、実装状態を略全体にわたって検査することが可能である。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態の変形例による半導体装置２００の構造を示す断面図である。
【００３０】
図４に示すように、半導体装置２００は、図１に示す半導体装置１００に対して、金属配線膜と層間絶縁膜が一層ずつ追加されており、これにともない、Ｘ線遮蔽膜の形成位置が異なっている。その他の点については、半導体装置１００と同様であるため、半導体装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００３１】
半導体装置２００は、図１に示す半導体装置１００におけるＸ線遮蔽膜１０１および１０２を削除した構成に、図４に示すように、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール９ｈの内部に設けられたコンタクトプラグ９と、層間絶縁膜７の上面においてゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域に選択的に設けられたＸ線遮蔽膜２０１と、層間絶縁膜７の側面７Ｓおよび上面の一部を覆うように設けられたＸ線遮蔽膜２０２と、層間絶縁膜７上にコンタクトプラグ９と接続して設けられた金属配線膜１０と、層間絶縁膜７、Ｘ線遮蔽膜２０１、Ｘ線遮蔽膜２０２、および金属配線膜１０を覆う層間絶縁膜１１とをさらに備えて構成されている。
【００３２】
層間絶縁膜１１は、層間絶縁膜７の側面７Ｓよりもスクライブ領域ＳＲ側にスクライブ領域ＳＲに沿った側面１１Ｓを有している。最上層保護膜８は、層間絶縁膜１１の上面と側面１１Ｓを覆って設けられており、最上層保護膜８の側面８Ｓが層間絶縁膜１１の側面１１Ｓよりもスクライブ領域ＳＲ側のチップ領域ＣＲとスクライブ領域ＳＲとの境界線上に位置している。
【００３３】
コンタクトプラグ９とＸ線遮蔽膜２０１とＸ線遮蔽膜２０２とは、同一の材料で形成されており、本例では、タングステンを含む金属膜により形成されている。
【００３４】
図４に示す半導体装置２００の製造方法については、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明した半導体装置１００の製造方法と略同様であり、コンタクトプラグ５、Ｘ線遮蔽膜１０１、およびＸ線遮蔽膜１０２の製造プロセスと略同様のプロセスにより、コンタクトプラグ９、Ｘ線遮蔽膜２０１、およびＸ線遮蔽膜２０２が形成される。すなわち、層間絶縁膜７にコンタクトホール９ｈを開口するとともに、スクライブ領域ＳＲに沿った側面７Ｓを有するように層間絶縁膜７をパターニングした後、コンタクトホール９ｈ内を埋め込み、かつ層間絶縁膜７の上面および側面７Ｓを含む全面にタングステンを含む金属膜を成膜し、その後、レジストをマスクとして当該金属膜を異方性エッチングすることにより、コンタクトホール９ｈ内、層間絶縁膜７上のゲート絶縁膜２と平面視で重なる領域、および層間絶縁膜７の側面７Ｓ上に選択的に金属膜を残存させて、コンタクトプラグ９とＸ線遮蔽膜２０１および２０２とを同時に形成する。
【００３５】
本変形例に示すように、金属配線層の層数が増加した場合には、特に半導体基板１に平行な方向からＸ線を照射する検査装置を用いる場合に備えて、半導体基板１に平行な方向から照射されるＸ線からゲート絶縁膜２を確実に保護するために、上層の層間絶縁膜の側面を覆うＸ線遮蔽膜を設けることが好ましい。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、Ｘ線遮蔽膜として、タングステンを含む膜を用いた例を示したが、Ｘ線を遮蔽可能な膜であればこれに限られない。
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体基板
２  ゲート絶縁膜
３  ゲート電極
４、７、１１  層間絶縁膜
５、９  コンタクトプラグ
５ｈ、９ｈ  コンタクトホール
６、１０  金属配線膜
８  最上層保護膜
１２  ボンディングパッド
２１  実装基板
２２  電極
２３  ボンディングワイヤ
２４  封止樹脂
２５  はんだボール
３１  プリント基板
１００、２００  半導体装置
１００ｃ  半導体チップ
１０１、１０２、２０１、２０２  Ｘ線遮蔽膜
１１０  金属膜
１１１  レジスト
ＣＲ  チップ領域
ＳＲ  スクライブ領域
【図１】
2019179870.tif 000003
【図２】
2019179870.tif 000004
【図３】
2019179870.tif 000005
【図４】
2019179870.tif 000006