(57)【要約】【課題】外部電極間に絶縁膜を介在させなくとも、ボンディングにより外部電極の側面が変形し押出されたことで外部電極同士のリーク発生を起こさない外部電極端子を提供する。【解決手段】層間絶縁膜１と層間絶縁膜１に埋め込まれた第１金属膜２と、第１金属膜２の周囲と重なり成膜された絶縁膜３と、第１金属膜２と絶縁膜３の上に成膜された第２金属膜４によって外部電極を構成し、この第２金属膜４の側面にくぼみ５を設けることにより、第２金属膜４の変形をくぼみ５が吸収し、結果として外部電極の外形寸法領域以上の領域までは第２金属膜４は押出されず、外部端子同士のリークを防ぐことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜に埋め込まれた第１金属膜と、前記第１金属膜周囲に重なっている保護膜と、前記第１金属膜及び前記保護膜の上に重なりかつ四角形に成形した第２金属膜から構成した外部電極とを備え、前記第２金属膜の側面にくぼみをつけたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記くぼみの形状が凹状になっていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記くぼみの形状が凹状で外部電極の側面に対して水平方向を長辺とした長方形にすることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記くぼみの形状が三角形状になっていることを特徴とする請求項１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、外部電極間の絶縁性向上を図るために外部電極の側面形状に特徴を有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子へ微細化、高速化の要求が高まることに対応し、半導体素子の配線材料として0.13μｍプロセスからＡｌと比較して低抵抗であり配線遅延も少なく、更に耐エレクトロマイグレーションが向上できるＣｕが採用された。Ｃｕ配線が採用されることにより、外部端子の構造として、層間絶縁膜にＣｕを埋め込み、その上にＡｌで外部電極が形成される。Ｃｕでの外部電極では、Ｃｕ表面に厚い酸化銅が成長するためＡｕワイヤでの接合は困難となり、現状はＡｌで外部電極を形成している。
【０００３】
しかしながら、外部電極としてのＡｌ側面は剥き出しになっているため、Ａｌの外部電極間における絶縁性低下が懸念される。Ａｌの外部電極にボンディングを行うと、ボンディングの衝撃荷重及び超音波によりＡｕボール直下のＡｌが変形し、周囲に押出されることになり、Ａｌ膜厚が厚く、外部電極側面になると上記の現象が顕著になる。その結果、ボンディングにより外部電極の側面で変形し押出されたＡｌは、隣の外部電極に接触する。
【０００４】
このような問題点の対策として、３つの方法がある。１つ目として、ボンディングに用いる外部電極の膜厚を薄くする方法がある。外部電極の膜厚を薄くすることにより、ボンディング時の衝撃荷重及び超音波でＡｌが変形する体積が少なくなり、その結果Ａｌが外部電極周囲に押出される量が少なく、Ａｌ同士、つまり外部電極同士の接触リークを防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
２つ目として、外部電極の露出表面をＡｕボールで覆うことにより外部電極側面におけるＡｌの変形を抑える方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
３つ目として、ボンディング時に形成されるＡｕボール直径以下の幅で外部端子を形成し、結果としてＡｕボールにより外部電極を覆うことでＡｌの変形を抑える方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平０１−３０５５３１号公報
【特許文献２】特開平０２−０４０９２８号公報
【特許文献３】特開平０２−０３９４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の技術では下記のような課題がある。
【０００８】
先ず、外部端子の膜厚を薄くする方法については次のような課題がある。狭パッドピッチ化になるとボンディング面積が狭くなる。そこで、安定な接合性を確保するためには接合へのＡｌの供給量を増やすため、外部電極を厚膜化することが重要になる。そのためＡｌの外部電極を薄膜化することは、安定な接合性確保の観点から困難となる。
【０００９】
次に、外部電極の露出表面をＡｕボールで覆うことにより外部電極側面におけるＡｌの変形を抑える方法であるが、この場合にはボンド位置のばらつき、Ａｕボール径のばらつきを含め、確実に外部電極の露出表面をＡｕボールで覆うことができるＡｕボール径を規格として定める必要がある。したがって、接合の観点から必要以上にＡｕボール径が大きくなり、狭パッドピッチ化での対応時にはＡｕボール同士の接触が大きな懸念事項となる。
【００１０】
最後に、ボンディング時に形成されるＡｕボール直径以下の幅で外部端子を形成する場合には、狭パッドピッチ化の場合に接合面積が十分に確保できず、接合信頼性へ悪影響を与える。更にボンド位置ずれが発生すると更に接合面積が狭くなり、量産では採用できない。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決し、狭パッドピッチ化に対応するため安定な接合性を確保するための外部端子の膜厚及び幅、そしてＡｕボール同士の接触が発生しないＡｕボール形状を満足した上で、ボンディング時の衝撃荷重及び超音波による外部端子側面が変形することによる外部電極同士の接触を防ぐことを実現した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】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は下記のような特徴を有している。
【００１３】
層間絶縁膜に埋め込まれた第１金属膜と、前記第１金属膜周囲に重なっている保護膜と、前記第１金属膜及び前記保護膜の上に重なり四角形に成形した第２金属膜から構成した外部電極とを備え、前記第２金属膜の側面にくぼみをつけたことを特徴とする。
【００１４】
通常、ボンディング時に衝撃荷重及び超音波により第２金属膜の側面が変形し、外部電極の周囲に押出され、外部端子同士のリーク原因となるが、第２金属膜の側面とＡｕボールの端部が重なる部分にくぼみを設けることにより、第２金属膜の変形をくぼみが吸収し、結果として外部電極の外形寸法領域以上の領域までは第２金属膜は押出されず、外部端子同士のリークを防ぐことができる。
【００１５】
Ａｕボールの端部が重なる外部電極の側面に設けるくぼみの形状としては、設計を容易にするには凹状に設計する。
【００１６】
更に、ボンディング設備のボンド位置精度に依存してボンド位置がばらつくことによりＡｕボールの端部と外部電極側面の重なる部分にバラツキがあることを考慮すると、外部電極側面に設けるくぼみ形状は、凹状で、かつ外部電極の側面に水平方向の辺を長辺にした長方形で設計する。外部電極側面に設けるくぼみ形状を長方形にすることにより、外部電極の側面に対し水平方向にボンド位置がずれ、外部電極の側面とＡｕボールの端部が重なる部分が変動したときも、外部電極の側面をくぼませた位置でボンディングにより第２金属膜が変形することになるため、ボンド位置のばらつきを考慮した上で外部電極同士のリークを防ぐことができる。
【００１７】
また、外部電極の側面をくぼませることにより、Ａｕボールと外部電極の接合面積が狭くなるが、くぼみの形状を三角形にすることにより、凹状に比べ第２金属膜の面積は広くなり、Ａｕボールと外部電極の接合面積を広げることができ、狭パッドピッチ化技術に対して更に有効な手段となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外部電極の側面にくぼみを有することにより、ボンディングの衝撃荷重及び超音波で外部電極側面が変形し外部電極間が縮小、または外部電極同士が接触することによってリークが発生することを防ぐことができる。
【００１９】
また、安定な接合を確保する観点から外部電極の膜厚及び幅を確保し、Ａｕボール形状寸法を決めることができる。
【００２０】
また、外部電極の側面を露出できるため、外部電極同士を絶縁する目的での保護膜に関わる成膜・エッチング工程及び保護膜の材料費を削減し、低コスト化に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
先ず半導体装置について説明する。図１は本発明の一実施形態を示しており、図１(ａ)は外部電極の上面図、（ｂ）は外部電極の断面図である。１は層間絶縁膜、２は第１金属膜、３は第１金属膜の周囲に重なっている絶縁膜、４は外部電極となる第２金属膜、５は外部電極の側面に設けた凹状のくぼみ、６はＡｕボールを示している。図１に示すように、本実施形態の外部電極は、Ａｕボール６の端部と重なる第２金属膜４側面にくぼみ５を設けたものである。
【００２３】
第１金属膜２の一般的な材料としてはＣｕ、第２金属膜４の一般的な材料としてはＡｌがある。ボンディング時に加わる衝撃荷重及び超音波により第１金属膜２は変形し、側面になると外部電極の外側へ第１金属膜２が押出されるが、Ａｕボール端部と重なる外部電極側面の領域にくぼみ５を設けることにより、ボンディングの衝撃荷重及び超音波で変形した第２金属膜４は、外部電極側面のくぼんだ領域内で収まり、第２金属膜４が外部電極の外形寸法領域以外の領域まで押出されることはなくなる。その結果として、変形した第２金属膜４を介在した外部電極同士のリークを防ぐことができる。
【００２４】
外部電極端子の側面に設けたくぼみ５の形状は、設計の容易さを考慮すると凹状に設計する。
【００２５】
更に、ボンディングには必ずボンド位置バラツキが存在することを考慮した場合は次のようになる。外部電極の側面に設ける凹状のくぼみにＡｕボール端部が確実に重なるようにするには、ボンド位置バラツキを考慮する必要があり、この場合には外部電極の側面に水平方向の辺を長辺にした長方形で凹状のくぼみを設計する。
【００２６】
また、狭パッドピッチ化になると接合面積が狭くなるため、Ａｕボールの端部と外部電極側面が重なる部分にくぼみをつけることで接合領域が削られることによる接合強度の低下が懸念される。そこでくぼみ５の形状を、図２に示すように、外部電極側面の三角形に設計することにより、外部電極側面がくぼんだ面積を少なくでき、必要な接合面積の確保が容易になる。
【００２７】
図３に本発明における半導体装置の製造方法を示す。
【００２８】
先ず、図３（ａ）に示すように層間絶縁膜１と、層間絶縁膜１に埋め込まれた第１金属膜２の上に化学気相堆積法（以下ＣＶＤ法と略す）を用いて絶縁膜３を成膜する。その後、図３（ｂ）に示すように第１金属膜２上に成膜された絶縁膜３のみドライエッチング法により除去する。次に図３（ｃ）のように第２金属膜８をＣＶＤ法を用いて成膜し、図３（ｄ）に示すように第２金属膜４をドライエッチング法を用いて外部電極の形状にする。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の半導体装置は、配線材料にＣｕを用いた半導体素子の外部電極構造に適応できるため、高速化、高機能化が現在最も求められる情報通信機器に搭載する半導体素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の説明図
【図２】本発明の他の実施形態における半導体装置の説明図
【図３】本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
【００３１】
１  層間絶縁膜
２  第１金属膜
３  絶縁膜
４  第２金属膜
５，７  くぼみ
６  Ａｕボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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