(57)【要約】　　【課題】　水分に対する耐性が高く信頼性の高いパッシベーション構造をもつボンディングパッドを有する半導体装置を提供する。　　【解決手段】　所望の素子領域の形成された半導体基板と、前記半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように形成された電極パッドと、前記電極パッド表面に中間層を介して形成された金層からなるボンディングパッドとを含み、前記ボンディングパッドと前記中間層との界面が側壁に露呈しないように、前記ボンディングパッドの周縁を覆う樹脂絶縁膜とを含むことを特徴とする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　所望の素子領域の形成された半導体基板と、
　前記半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように形成された電極パッドと、
　前記電極パッド表面に中間層を介して形成された金層からなるボンディングパッドとを含み、
　前記ボンディングパッドと前記中間層との界面が側壁に露呈しないように、前記ボンディングパッドおよび前記中間層の端縁の周縁を覆う樹脂絶縁膜とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
　前記樹脂絶縁膜はポリイミド樹脂膜である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】
　前記中間層は腐食性材料で構成され、前記ボンディングパッドは、前記中間層の端縁を覆うように形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
　前記中間層はチタンタングステン（ＴｉＷ）層を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
　前記電極パッドは、アルミニウムを含む金属膜からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
　前記電極パッドは、銅薄膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
　所望の素子領域の形成された半導体基板と、
　前記半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように形成された第１の電極パッドと、
　前記第１の電極パッド表面に中間層を介して形成された金層からなるボンディングパッドと、
　前記半導体基板上に形成された第２の電極パッド表面に中間層を介して形成されたバンプとを含み、
　前記ボンディングパッドと前記第１の電極パッドとの界面が側壁に露呈しないように、前記ボンディングパッドの周縁を覆うとともに、
　前記バンプの側面に露呈する、前記バンプと前記中間層との界面を覆うように、少なくとも前記バンプの周辺部および前記ボンディングパッドの周辺部に形成された樹脂絶縁膜とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
　前記半導体装置は複数のバンプを具備しており、これら複数のバンプのうち第１のバンプを介して、他の半導体チップがフェースダウンで接続されており、
　第２のバンプを介して、ボンディングワイヤの一端が接続されこのボンディングワイヤの他端を介して電気的接続が実現される請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
　所望の素子領域の形成された半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように電極パッドを形成する工程と、
　前記電極パッド表面に中間層を形成する工程と、
　前記中間層表面にボンディングパッドとなるパッド層を金層で形成し、これら中間層およびパッド層をパターニングする工程と、
　前記ボンディングパッドと前記中間層のパターンの端縁の周縁を覆うように、樹脂絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
　前記樹脂絶縁膜を形成する工程は、ポリイミド樹脂膜を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
　前記中間層の形成工程は、スパッタリング法によりチタンタングステン（ＴｉＷ）層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
　前記パッド層を形成する工程は金層をスパッタリングにより形成する工程を含むことを特徴とする請求項１１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し、特に、ボンディングパッド周辺のパッシベーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
　ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）等の半導体装置を製造する際に、ボンディングパッド周辺および電極パッド上に形成されるバンプ周辺のパッシベーション構造は極めて重要であり、信頼性を維持しつつ生産性の向上を図るために種々の努力がなされている。
【０００３】
　近年、ポリイミド樹脂をパッシベーション膜に用いた構造が、種々提案されている。その一例として、図２１に示すように、半導体基板１表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように形成されたアルミニウム層からなる電極パッド２と、この上層を覆う窒化シリコン膜３に形成されたコンタクトホールＨ内に中間層４としてのＴｉＷ層を介して金のボンディングパッド５を形成したものがある。この金のボンディングパッド５の周りには、パッシベーション膜としてのポリイミド樹脂膜７が形成されている。
【０００４】
　ところで、この構造は以下に示すような製造工程を経て形成される。
【０００５】
　まず、素子領域の形成されたシリコン基板１表面に配線層（図示せず）および層間絶縁膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィにより、スルーホール（図示せず）を形成する。この後、アルミニウム層を蒸着し、フォトリソグラフィにより、配線（図示せず）および電極パッド２をパターニングする。そしてこの上層に窒化シリコン膜３を形成し、フォトリソグラフィにより、パターニングし、電極パッド２の周縁は窒化シリコン膜で覆われるように電極パッド２の中央部にコンタクトホールを形成する。（図２２）
【０００６】
　この後、図２３に示すように、パッシベーション膜としてのポリイミド樹脂膜７を形成し、これをパターニングすることにより、図２４に示すように、電極パッド２を露呈せしめる。
【０００７】
　そしてアルミニウム層が表面に露呈していると腐蝕しやすいため、図２５に示すように、この上層にスパッタリング法によりバリア層となるチタンタングステンＴｉＷ膜を中間層４として形成した後、ボンディングパッドとなる金層５を形成する。
【０００８】
　この後、図２６に示すように、フォトリソグラフィにより、この金層５および中間層４をパターニングする。
　従って、パッド層５の端縁とポリイミド樹脂膜７の端縁とが一致するのが望ましいが、マスク精度を考慮すると、一致させるのは難しいという問題がある。一方、パッシベーション膜７上に金層５および中間層４がのりあげるとショートなどの問題が生じ易いという問題がある。このため、フォトリソグラフィの精度を考慮して、パターニングがなされる。
【０００９】
　このため、パッシベーション膜を構成するポリイミド樹脂膜とパッド層５との間に隙間が生じることになり、酸化され易いＴｉＷが露呈することになり、腐蝕が生じ易く、パッシベーション効果を良好に発揮し得ず、信頼性が低下するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　このように、従来のパッド構造では、パッシベーション膜とボンディングパッド層との間の隙間から、水分などが侵入し、アルミニウムなどの電極パッドに腐蝕が生じ易く、信頼性を維持するのが困難であるという問題があった。
【００１１】
　この発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、水分に対する耐性が高く信頼性の高いパッシベーション構造をもつボンディングパッドを有す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】
【００１２】
　本発明の第１では、所望の素子領域の形成された半導体基板と、前記半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように形成された電極パッドと、前記電極パッド表面に中間層を介して形成された金層からなるボンディングパッドとを含み、前記ボンディングパッドと前記中間層との界面が側壁に露呈しないように、前記ボンディングパッドの周縁を覆う樹脂絶縁膜とを含むことを特徴とする。
【００１３】
　かかる構成によれば、樹脂絶縁膜が、前記ボンディングパッドの周縁を覆うように、形成されているため、下地の電極パッドや中間層が露呈することなく、樹脂絶縁膜で被覆されており信頼性の向上を図ることが可能となる。
　なおここで中間層とはＴｉＷのようなバリアメタル層あるいは密着性層あるいは、めっきの下地を構成する下地層等を含むものとする。そしてこれらが腐食性あるいは酸化され易い材料である場合に特に本発明は有効である。
【００１４】
　望ましくは、前記樹脂絶縁膜はポリイミド樹脂膜であることを特徴とする。
【００１５】
　かかる構成によれば、ポリイミド樹脂膜を用いることにより、ボンディングパッド周縁の表面の絶縁とパッシベーション効果を備えた信頼性の高いパッド構造を得ることが可能となる。また形成が容易である。
【００１６】
　望ましくは、前記樹脂絶縁膜は、前記ボンディングパッドおよび前記中間層の端縁を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
　かかる構成によれば、信頼性の高いボンディングパッド構造を得ることが可能となる。
【００１８】
　望ましくは、前記中間層はチタンタングステン（ＴｉＷ）層を含むことを特徴とする。
【００１９】
　かかる構成によれば、チタンタングステン（ＴｉＷ）層は特に酸化され易く界面が露呈していると劣化を招き易いという欠点があるが、本発明によれば、容易に信頼性の高いバンプ構造を得ることが可能となる。
【００２０】
　望ましくは、前記電極パッドは、アルミニウムを含む金属膜からなることを特徴とする。
【００２１】
　アルミニウム層は特に酸化され易く界面が露呈していると劣化を招き易いという欠点があるが、かかる構成によれば、容易に信頼性の高いパッド構造を得ることが可能となる。
【００２２】
　望ましくは、前記電極パッドは、銅薄膜であることを特徴とする。
【００２３】
　銅層は特に酸化され易く界面が露呈していると劣化を招き易いという欠点があるが、かかる構成によれば、容易に信頼性の高いパッド構造を得ることが可能となる。
【００２４】
　望ましくは、所望の素子領域の形成された半導体基板と、前記半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように形成された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッド表面に形成された金層からなるボンディングパッドと、前記半導体基板上に形成された第２の電極パッド表面に中間層を介して形成されたバンプとを含み、前記ボンディングパッドと前記第１の電極パッドとの界面が側壁に露呈しないように、前記ボンディングパッドの周縁を覆うとともに、前記バンプの側面に露呈する、前記バンプと前記中間層との界面を覆うように、少なくとも前記バンプの周辺部および前記ボンディングパッドの周辺部に形成された樹脂絶縁膜とを含むことを特徴とする。
【００２５】
　また本発明の半導体装置は、、複数のバンプを具備しており、これら複数のバンプのうち第１のバンプを介して、他の半導体チップがフェースダウンで接続されており、第２のバンプを介して、ボンディングワイヤの一端が接続されこのボンディングワイヤの他端を介して電気的接続が実現される。
【００２６】
　かかる構成によれば、ワイヤボンディングと、バンプを用いたダイレクトボンディングとが混在するような半導体装置においても、信頼性の高いパッド構造を提供することが可能となる。
【００２７】
　本発明の方法は、所望の素子領域の形成された半導体基板表面、あるいは前記半導体基板表面に形成された配線層にコンタクトするように電極パッドを形成する工程と、前記電極パッド表面に中間層を形成する工程と、前記中間層表面にボンディングパッドとなるパッド層を金層で形成し、これらをパターニングする工程と、前記ボンディングパッドと前記中間層のパターンの端縁を覆うように、樹脂絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２８】
　かかる構成によれば、パッド層を形成しパターニングしたのち、ポリイミド樹脂膜を形成しているため、パッド周縁を良好に覆うことが可能となる。
【００２９】
　望ましくは、前記樹脂絶縁膜を形成する工程は、ポリイミド樹脂膜を塗布する工程を含むことを特徴とする。
【００３０】
　かかる構成によれば、樹脂絶縁膜がポリイミド樹脂膜であるため、形成が容易でかつパッシベーション効果も高い表面構造を得ることが可能となる。
【００３１】
　望ましくは、前記中間層の形成工程は、スパッタリング法によりチタンタングステン（ＴｉＷ）層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００３２】
　チタンタングステン（ＴｉＷ）層は特に酸化され易く界面が露呈していると劣化を招き易いという欠点があるが、かかる構成によれば、容易に信頼性の高いバンプ構造を得ることが可能となる。
【００３３】
　望ましくは、前記パッド層を形成する工程は金層をスパッタリングにより形成する工程を含むことを特徴とする。
【００３４】
　かかる構成によれば、より効率よく金のボンディングパッドを形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
　以上説明してきたように、本発明によれば、樹脂絶縁膜が、前記金層からなるボンディングパッドの周縁を覆うように、形成されているため、下地の電極パッドや中間層が露呈することなく、樹脂絶縁膜で被覆されており、半導体装置の長寿命化および信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
　また、本発明の方法によれば、パッド層を形成しパターニングしたのち、ポリイミド樹脂膜を形成しているため、パッド周縁を良好に覆うことが可能となり、半導体装置の長寿命化および信頼性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
　図１は、本発明の第１の実施形態のパッド構造をもつ半導体装置を示す説明図であり、図２乃至図９は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す説明図である。
　この構造では、所望の素子領域の形成されたシリコン基板１表面の電極パッド２と、前記電極パッド表面に中間層４としてのチタンタングステン層を介して形成されたボンディングパッド５とを含み、前記ボンディングパッドおよび前記中間層４の周縁から、前記ボンディングパッド端縁に這い上がるように、ポリイミド樹脂膜７からなる樹脂絶縁膜を形成してなることを特徴とする。
【００３８】
　次に本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程について説明する。
　まず、図１に示すように、半導体基板１上にフィールド酸化膜（図示せず）を形成したものを用意し、フィールド酸化膜や半導体基板の上に、ポリシリコンゲートを備えたＭＯＳＦＥＴなどの素子領域を形成する。
【００３９】
　つぎに、この表面を覆うように、層間絶縁膜（図示せず）を形成する。層間絶縁膜は、たとえばＰＳＧ（リンをドーピングしたシリコン酸化膜）やＢＰＳＧ（ボロンおよびリンをドーピングしたシリコン酸化膜）により構成される。つぎに、層間絶縁膜の上に膜厚５００〜１０００ｎｍのアルミ配線を形成する。このようにして半導体基板１上にアルミ配線まで形成した後、これをパターニングし電極パッド２を形成する。
　そしてスパッタリング法により窒化シリコン膜３を形成し、前記電極パッド２に開口するように窓を形成する。
【００４０】
　つぎに、図２に示すように、この上にスパッタリング法により膜厚２００ｎｍのＴｉＷ層４を形成した後、膜厚８００ｎｍの金層５を形成する。
【００４１】
　そして、図３に示すように、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンＲ１を形成する。
【００４２】
　そして、図４に示すように、レジストパターンＲ１をマスクとして金層５のエッチングを行い、さらにこの金層５をマスクとして、ＴｉＷ層４をエッチングする。
【００４３】
　この後、図５に示すように、レジストパターンＲ１を剥離する。
【００４４】
　そして、図６に示すように、感光性のポリイミド樹脂７を塗布する。
【００４５】
　この後、図７に示すように、スクライブライン（図示せず）形成と同時にボンディングパッドに相当する領域のポリイミド樹脂７も除去するように形成したパターンを用いて露光を行う。
【００４６】
　この後、図８に示すように、３００℃３０分の熱処理によりポリイミド樹脂をポストベークし、膜質の向上をはかる。
【００４７】
　そして最後に、図９に示すように、Ｏ2プラズマ処理工程が実施され、表面に残存するポリマーやパーティクル（ごみ）Ｓの除去がなされる。
【００４８】
　このようにして、図１に示したようなパッド構造を持つ半導体装置が形成される。
【００４９】
　かかる構成によれば、ポリイミド樹脂膜７がボンディングパッドの周縁の中間層およびボンディングパッドとの界面を覆うように形成されているため、下地の電極パッド２や中間層４が露呈することなく、良好にポリイミド樹脂膜で被覆保護されており長寿命で信頼性の高いパッド構造を得ることが可能となる。
　また、ボンディングパッドを形成した後、ポリイミド樹脂膜７を形成しているため、効率よく良好に界面を被覆することが可能である。
【００５０】
　なお、前記第１の実施形態においては、金のボンディングパッドを形成する場合について説明したが、中間層としてはＴｉ／ＴｉＮなど他の層を用いてもよく、またさらにチタン層やパラジウム層などの密着層を介在させたりすることも可能である。
【００５１】
　さらにまたパッド電極についてもアルミニウムに限定されることなく、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）等の場合にも適用可能である。
【００５２】
　次に本発明の第２の実施形態について説明する。
　前記実施形態では、スパッタリング法によってボンディングパッドを形成するパッド構造について説明したが、さらに膜厚を大きくする必要がある場合にはスパッタリング法によって形成した金層上にめっき層を形成し、より膜厚の厚いボンディングパッドを形成することも可能である。図１０乃至図１９は本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【００５３】
　この方法では、電極パッド２上にスパッタリング法により膜厚２００ｎｍのＴｉＷ層４を形成した後、膜厚２００ｎｍの金層を形成するがこの工程までは前記第１の実施形態で説明した図２の工程までと同様である。
【００５４】
　そして、図１１に示すように、レジストを塗布しフォトリソグラフィにより金めっき工程におけるマスクを構成するレジストパターンＲ３を形成する。
【００５５】
　そして、図１２に示すように、膜厚２〜５ミクロン程度となるように金めっき層５ｔを形成し、ボンディングパッドとなる領域の金の膜厚を大きくする。
【００５６】
　さらに、図１３に示すように、レジストパターンＲ３を剥離する。
　この後図１４に示すように、表面の金層を軽くエッチングし、めっき層から露呈するスパッタリングで形成した金層５を除去し、ＴｉＷ層を露呈せしめる。
【００５７】
　そして後図１５に示すように、この金層５ｔをマスクとして、ＴｉＷ層４をエッチングする。
【００５８】
　そして、図１６に示すように、感光性のポリイミド樹脂７を塗布する。
【００５９】
　この後、図１７に示すように、スクライブライン（図示せず）形成と同時にボンディングパッドに相当する領域のポリイミド樹脂７も除去するように形成したパターンを用いて露光を行う。
【００６０】
　この後、図１８に示すように、３００℃３０分の熱処理によりポリイミド樹脂をポストベークし、膜質の向上をはかる。
【００６１】
　そして最後に、図１９に示すように、表面に残存するポリマーやパーティクル（ごみ）を除去するために、Ｏ2プラズマ処理工程が実施される。
【００６２】
　このようにして、厚いボンディングパッドを有する半導体装置が形成される。
【００６３】
　かかる構成によれば、ボンディングパッドが厚く形成されているため、さらなるボンディング性の向上を図ることが可能となる。このようにしてより長寿命で信頼性の高いパッド構造を得ることが可能となる。
【００６４】
　次に本発明の第３の実施形態について説明する。
　前記第１および第２の実施形態では、ワイヤボンディング法により実装される半導体装置について説明したが、図２０に示すように、バンプ６を形成し、ダイレクトボンディング法による接続領域も混在するような構造とすることも可能である。ここではバンプ６に半導体チップ２０がフェースダウンで直接接続されており、両半導体チップ間領域はポリイミド樹脂２１を充填せしめられている。
【００６５】
　製造に際しては前記第２の実施形態と同様の方法が用いられるが、図１２に示したように金層５ｔをめっき形成した後、ワイヤボンディング領域はレジスト被覆し、バンプを形成すべき領域にのみ再度めっきを施し厚い金めっき層からなるバンプ６を形成する。
【００６６】
　あとは、前記第２の実施形態と同様に形成する。ここで５はボンディングパッドであり、他端をリードフレームなどの実装部材に接続されたボンディングワイヤＷが接続されている。
　このようにして極めて容易に信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる、
【００６７】
　なお、上述の実施形態においては、下地層として、フィールド酸化膜およびこの上に形成されたアルミ配線とにより構成される下地配線層を例に説明したが、下地層はこれに限定されるものではない。この発明における下地層とは、凹凸状表面を有する層全般を意味するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
　以上説明してきたように、本発明によれば、樹脂絶縁膜が、前記ボンディングパッドの周縁を覆うように、形成されているため、下地の電極パッドや中間層が露呈することなく、樹脂絶縁膜で被覆されており、半導体装置の長寿命化および信頼性の向上を図ることが可能となることから、ＶＬＳＩに有効に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体装置を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態による半導体装置を示す図である。
【図２１】従来例の半導体装置を示す図である。
【図２２】従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２３】従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２４】従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２５】従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２６】従来例の半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
　　　１　シリコン基板
　　　２　電極パッド
　　　３　窒化シリコン膜
　　　４　中間層
　　　５　パッド層
　　　６　バンプ
　　　７　ポリイミド樹脂膜
【図１】
2004128513.tif 000003
【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】
2004128513.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004128513.tif 000015
【図１４】
2004128513.tif 000016
【図１５】
2004128513.tif 000017
【図１６】
2004128513.tif 000018
【図１７】
2004128513.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2004128513.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2004128513.tif 000023
【図２２】
2004128513.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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