(57)【要約】【課題】電極パッドを有する半導体装置における高温でのプローブ針を用いた検査において、配線間の低誘電率膜からなる層間絶縁膜に生じるクラックを抑制することを可能にする。【解決手段】電極パッド２上にバリア層としてのチタン層８と、密着層としてのニッケル層９をスパッタリングにより形成した後、検査温度以下で溶融する低融点合金１０をスパッタリングにより形成し、前記低融点合金１０の表面を保護膜１１の表面より低くする。そして高温でのプローブ検査時には、低融点合金１０が溶融することにより、プローブ針１に大きな荷重を加えなくても、低融点合金１０との間で電気的導通が安定して得られ、電極パッド２に大きな応力が加わらない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層からなる電極と、前記電極上に形成された導電層からなるプローブ検査用電極と、前記電極の下部に低誘電率膜からなる絶縁層を挟んだ異電位の配線層と、前記プローブ検査用電極の表面に中間層を介して形成された低融点合金とからなり、前記低融点合金をプローブ検査時に溶融させることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極の材料を銅にし、前記プローブ検査用電極の材料をアルミニウムにし、前記中間層の材料をチタンとニッケルにし、前記低融点合金の材料を錫、ビスマス、鉛を含む合金にしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記低融点合金上に半田ボールからなるバンプを形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記低融点合金の表面を、プローブ検査用パッド上の保護膜の表面よりも低い位置に配設したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
Ａｕボール接合用パッドとプローブ検査用パッドとを分離して設けた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、検査用プローブパッドを有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータあるいは通信機器を中心とした電子機器の小型化と高機能化に伴い、半導体装置の小型化、高密度化および高速化への要求がますます強くなってきている。
【０００３】
しかし、半導体の高速化の大きな妨げになるのが、ＭＯＳトランジスタ自体の遅延および配線遅延である。従来は微細加工技術によりゲート長を短くすることにより、ＭＯＳトランジスタ自体の遅延を低減してきた。
【０００４】
一方、微細加工技術の進展によるＭＯＳトランジスタ自体の遅延が小さくなるに従い、配線遅延の問題が顕著になってきた。そこで、配線遅延を小さくするため従来のＡｌ配線に代わりＣｕ配線が採用されるとともに、配線間に挟まれる絶縁膜に誘電率３．０以下の材料（低誘電率膜）が採用されつつある。
【０００５】
また、チップサイズを縮小するために、半導体チップの電極パッドを配線およびトランジスタなどの上に設ける技術、あるいは狭パッドピッチ化に対応する技術が開発されている。
【０００６】
こうした半導体装置において、ウェーハ状態で高温下（８０℃〜１２０℃）での半導体チップの電気特性を保障するために、プローブ針を使った検査方法が広く一般に普及している。
【０００７】
以下、図７，図８を参照しながら、従来の半導体製造装置について説明する。
【０００８】
図７は従来の半導体製造装置の電極パッド部を示す断面図、図８は図７の従来装置の平面図であり、１はプローブ針、２は電極パッド、３は層間絶縁膜、４はクラック、５は最上層メタル、６は下層メタル、７はプローブ傷、１１は保護膜である。
【０００９】
従来では高温での検査を行う場合、ウェーハ全体を測定温度になるようステージに置いた後、図７，図８に示すように、タングステンなどの材料で形成されたプローブ針１を電極パッド２に荷重を加えて直接押し当てて滑らせ、電極パッド２であるアルミニウムを削りながら表面酸化皮膜を破り、電気特性を検査している。
【特許文献１】特開平４−８５８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図７，図８に示すような従来の電極パッド構造では、プローブ針１を用いて検査する際に加えられる荷重により、電極パッド２の材料であるアルミニウムを削り、このため低誘電率膜からなる層間絶縁膜３がダメージを受けてクラック４が生じ、最上層メタル５と下層メタル６とが異電位の場合には、配線間でのリークが発生するという課題が存在する。
【００１１】
高温での検査では、熱膨張の影響により前記のようなクラック４が生じる傾向が顕著になる。また電極パッド２を削って傷をつけるので、狭パッドピッチ化においてはプローブ傷７を電極パッド２内に収めるため長方形にする必要がある。さらに、プローブ傷７が大きくなると、組立のワイヤボンド工程において、Ａｕボールを接合する際に必要十分なアルミニウムがないため、ボールを接合することができないという不具合を発生させる場合がある。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するために、電極パッドを有する半導体装置における高温でのプローブ針を用いた検査において、配線間の低誘電率膜からなる層間絶縁膜に生じるクラックを抑制することができ、Ａｕボールを接合する場合に狭パッドピッチになってもパッドサイズを小さくすることが可能であり、プローブ傷がＡｕボールの接合に影響を与えない電極パッド構造を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、導電層からなる電極と、前記電極上に形成された導電層からなるプローブ検査用電極と、前記電極の下部に低誘電率膜からなる絶縁層を挟んだ異電位の配線層と、前記プローブ検査用電極の表面に中間層を介して形成された低融点合金とからなり、前記低融点合金をプローブ検査時に溶融させることを特徴とする。
【００１４】
また、電極パッドのアルミ上に、チタン層，ニッケル層，低融点合金からなるスパッタ膜を有している。また、前記スパッタ膜をつけた電極パッドをＡｕボール接合用パッドと分離して専用に設ける。
【００１５】
前記構成によって、高温での検査時において低融点合金が溶融することにより、プローブ針に大きな荷重を加えることを必要としないため、電極パッド下部へ加わる応力を小さくできるので、検査時に発生する最上層メタルから層間絶縁膜を介して下層メタルに至るクラックの発生を抑制することが可能である。
【００１６】
また、プローブ針に大きな荷重を加えずに測定ができるため、Ａｕボール接合用パッドとプローブ検査用パッドを分離しても、プローブ検査用パッドを小さくすることが可能である。この分離によりＡｕボール接合用パッドはプローブ傷の影響を受けずに使用することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高温でのプローブ検査時の荷重により発生する最上層メタルと下層メタルの低誘電率膜からなる層間絶縁膜中に発生するクラックを抑制することが可能となり、最上層メタルと下層メタル間でのリーク発生防止を実現できる。
【００１８】
また、プローブ針に大きな荷重を加えずに測定することができるため、Ａｕボール接合用パッドとプローブ検査用パッドとを分離しても、プローブ検査用パッドを小さくすることができ、この分離によりＡｕボール接合用パッドをプローブ傷の影響を受けずに使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の半導体装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態１を説明するための半導体装置のボンディングパッドを示す断面図、図２は実施形態１における電極パッド部の平面図である。
【００２１】
図１，図２において、１はプローブ針、２は電極パッド、３は層間絶縁膜、５は最上層メタル、６は下層メタル、８はチタン層、９はニッケル層、１０は低融点合金、１１は保護膜である。
【００２２】
図１，図２に示すように、電極パッド２上にバリア層としてのチタン層８と、密着層としてのニッケル層９をスパッタリングにより形成した後、検査温度以下で溶融する低融点合金１０をスパッタリングにより形成する。
【００２３】
なお、低融点合金１０の表面は保護膜１１の表面より低く形成する。これにより、電極パッド２外部に低融点合金１０が流出することなく、プローブ針１による検査を行うことができる。８０℃〜１２０℃で検査を実施する場合において、低融点合金１０としては、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ−Ｉｎ合金，Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ−Ｃｄ合金，Ｓｎ−Ｂｉ−Ｐｂ−Ｃｄ−Ｉｎ合金などを用いる。
【００２４】
実施形態１では、高温でのプローブ検査時に低融点合金１０が溶融することにより、プローブ針１に大きな荷重を加えなくても、低融点合金１０との間で電気的導通を安定して得られるため、電極パッド２に大きな応力が加わらない。これにより低誘電率膜からなる層間絶縁膜３に至るクラック４の発生を抑制することができ、その結果として最上層メタル５と下層メタル６の間のリークを防止することが可能になる。
【００２５】
なお、図３に示すように、プローブ検査を行った後に半田ボールを搭載し、リフローなどを行い半田バンプにてなる突起電極１２を形成することにより、実装することが可能である。この際、低融点合金１０は半田バンプ中に拡散するため、実装時に問題になることはない。
【００２６】
図４は本発明の実施形態２を説明するための半導体装置のボンディングパッドを示す断面図、図５は実施形態２における電極パッド部の平面図である。
【００２７】
実施形態２が実施形態１と異なる点は、Ａｕボール接合用パッド１３とプローブ検査用パッド１４を分離して設けた構成である。
【００２８】
そして実施形態２において、プローブ検査用パッド１４の上にバリア層としてのチタン層８と密着層としてのニッケル層９をスパッタリングにより形成した後、検査温度以下で溶融する低融点合金１０をスパッタリングにより形成する。低融点合金１０としては実施形態１と同様な合金を用いる。
【００２９】
実施形態２では、アルミニウムを直接削って検査する従来の場合と比較して、高温でのプローブ検査時に低融点合金１０が溶融することにより、プローブ針１に大きな荷重を加えなくても表面酸化皮膜を破ることが容易であり、プローブ検査用パッド１４上での滑りを必要とせず、低融点合金１０との間で電気的導通を安定して得られるため、プローブ検査用パッド１４のサイズを縮小することが可能になる。この際のプローブ検査用パッド１４のサイズはプローブ針１の直径と位置精度により決まる。
【００３０】
また、Ａｕボール接合用パッド１３とプローブ検査用パッド１４とを分離することにより、プローブ針１の傷の影響を受けることなく、Ａｕボールボンディングをすることが可能になる。
【００３１】
図６（ａ）〜（ｅ）は実施形態１の半導体装置に係る製造方法を工程順に示す説明図である。なお、図１，図２にて説明した部材には同一符号を付した。
【００３２】
まず、図６（ａ）に示すように、ウェーハ全面にチタン層８をスパッタリングにより形成し、その上にニッケル層９をスパッタリングにより形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、ウェーハ全面に低融点合金１０をスパッタリングにより形成した後、図６（ｃ）に示すように、ウェーハ全面にレジスト膜１５を形成する。
【００３３】
図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）で形成したレジスト膜１５を電極パッド２と対応する箇所に残し、図６（ｅ）に示すように、エッチングにより電極パッド２上以外の低融点合金１０，ニッケル層９，チタン層８を除去する。
【００３４】
以上の工程を経て実施形態１の半導体装置が製造される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、検査用プローブパッドを有する半導体装置に適用され、特に、高温でのプローブ針を用いた検査において配線間の低誘電率膜からなる層間絶縁膜に生じるクラックを抑制すること、狭パッドピッチになってもパッドサイズを小さくすること、プローブ傷がＡｕボールの接合に影響を与えないことなどが要求される半導体装置に用いて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態１を説明するための半導体装置のボンディングパッドを示す断面図
【図２】実施形態１における電極パッド部の平面図
【図３】実施形態１において半田ボールを搭載した状態を示す断面図
【図４】本発明の実施形態２を説明するための半導体装置のボンディングパッドを示す断面図
【図５】実施形態２における電極パッド部の平面図
【図６】（ａ）〜（ｅ）は実施形態１の半導体装置に係る製造方法を工程順に示す説明図
【図７】従来の半導体製造装置の電極パッド部を示す断面図
【図８】図７の従来装置の平面図
【符号の説明】
【００３７】
１  プローブ針
２  電極パッド
３  層間絶縁膜
４  クラック
５  最上層メタル
６  下層メタル
７  プローブ傷
８  チタン層
９  ニッケル層
１０  低融点合金
１１  保護膜
１２  突起電極
１３  Ａｕボール接合用パッド
１４  プローブ検査用パッド
１５  レジスト膜
【図１】
2005209857.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005209857.tif 000006
【図５】
2005209857.tif 000007
【図６】
2005209857.tif 000008
【図７】
2005209857.tif 000009
【図８】
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