(57)【要約】【課題】  層間絶縁膜として誘電率の低い絶縁膜（低誘電率膜）を用いた場合にボンディング時の応力や衝撃による、絶縁膜の剥がれやクラックが生じることを抑制する。【解決手段】  導電層からなる複数の外部接続電極３と、外部接続電３極より下層に積層された層間絶縁膜２、および誘電率が低い配線間絶縁膜１とを有する半導体装置であって、配線間絶縁膜１が外部接続電極３下部を除いた領域に配置され、外部接続電極３下部が層間絶縁膜２の膜厚を厚くした単層膜で形成される。これにより、ボンディングの際の応力や衝撃に対し、接合性の低下をすることなく、電極下部の層間膜クラックや層間膜剥がれを防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層からなる複数の外部接続電極と、前記外部接続電極より下層に積層された層間絶縁膜、および誘電率が低い配線間絶縁膜とを有する半導体装置であって、前記配線間絶縁膜が前記外部接続電極下部を除いた領域に配置され、前記外部接続電極下部が前記層間絶縁膜の膜厚を厚くした単層膜で形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記層間絶縁膜の単層膜を前記配線間絶縁膜に包含するようにした請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜の単層膜の長手方向寸法を前記外部接続電極の幅と同等もしくは幅以上とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
導電層からなる複数の外部接続電極より下層において誘電率が低い配線間絶縁膜の上に層間絶縁膜を積層する半導体装置の製造方法であって、前記外部接続電極下部にある前記配線間絶縁膜を選択的に除去し、その除去した部分に前記層間絶縁膜を埋め込むことにより、前記外部接続電極下部のみ膜厚の厚い前記層間絶縁膜の単層膜で形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体組立工程であるＬＳＩ等の半導体装置のボンディングパッド構造に関し、特に最上層の電極となるパッド層とその下に組成の違う複数の層が重なった層間絶縁膜とを有するボンディング構造をもつ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】
従来、ボンディングパッド部を有する半導体装置としては、電極パッド下に組成の違う複数の層間絶縁膜が積層された構造を有していることが知られている。図２に示されるボンディングパッド部を有する半導体装置において、配線層の最上層部を示したものである。配線間絶縁膜１上に層間絶縁膜２が形成される。層間絶縁膜２の上に配線間絶縁膜１ａを形成しホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により任意の場所に配線のパターニングを行う。パターニングされた配線間絶縁膜１ａの上を覆うように配線層となる配線メタル（銅）３をめっき処理し、この配線メタル３は、ＣＭＰ（化学・機械研磨）処理により上面が平坦化される。配線メタル３の配線層は基板内部に形成された集積回路内の内部配線を外部へ出力するための電極である。配線メタル３の上には前記配線メタルを覆うように層間絶縁膜２ａを形成する。この層間絶縁膜２ａに対し、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により配線メタル３の場所に大サイズの接続孔のためのパターニングを行う。この接続孔の開いた層間絶縁膜２ａ表面を覆うようにパッド層となるＡＬ合金の層４を形成し前述した配線メタル３とを接続させることができる。このＡＬ合金の層４をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりパターニングを行い、パッド部を形成する。最後に保護膜となる絶縁層５を形成し、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりパターニングを行い、パッド部を露出させる。
【０００３】
ワイヤーボンド等を介して外部へ接続するための半導体素子の各電極は、微細化技術の進展に伴い、ワイヤーボンド等の接合技術も狭ピッチ化が進み、もはや各電極内に接合が収まらなくなってきた。しかし各電極を覆う保護膜が厚く、強度があるため、たとえ各電極をはみ出しても、保護膜にクラックが発生することはなかった。その一方、拡散プロセスの微細化技術により、配線遅延の問題が顕著になってきており、その配線間遅延を小さくするため配線間に挟まれている絶縁膜に誘電率の低い絶縁膜（低誘電率膜）を採用しようとしている。
【０００４】
しかしながら、誘電率が３.０以下を実現する低誘電率膜は、従来から採用されていたシリコン酸化膜よりも機械的強度が大きく低下する。これは半導体の回路形成を担う拡散工程が完了した後の半導体素子のパッケージングを担う組立工程、特にワイヤーボンド工程で問題となる。具体的には次のようなことである。層間絶縁膜の機械的強度が十分でないため半導体素子に形成されているパッド上にワイヤーボンドを行うと、ワイヤーボンドの衝撃荷重が層間絶縁膜及び保護膜を大きく変形させる。その変形が層間絶縁膜及び保護膜にクラックを発生させ、パッド剥がれや層間はく離による信頼性不良の原因となる。
【０００５】
そこで、従来はパッド直下に層間絶縁膜を挟んでメタルを形成し、そのメタルとパッドをビアで接続することで、ワイヤーボンドにより層間絶縁膜へ与えられる衝撃をメタルが受け止め、さらに衝撃でメタルが衝撃の印加方向へ変形しようとするのをビアが支えるようになり、パッド直下に成膜された層間絶縁膜の機械的強度の低下を補うような半導体装置を形成している（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特許第２９７４０２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、更なる拡散プロセスの微細化に伴い、平坦化技術が進み、平坦化するため機械的化学研磨（以下、ＣＭＰと略す）により保護膜の薄膜化が可能となってきた。さらに配線遅延の問題が顕著になり、その配線間遅延を小さくするため配線間に挟まれている絶縁膜に誘電率の低い絶縁膜（低誘電率膜）の採用により、従来から採用されていたシリコン酸化膜よりも機械的強度が大きく低下し、このことから上記のパッド構造では、もはや保護膜や層間膜のクラックを防止すことが困難になってきた。実際に上記、誘電率の低い絶縁膜上にワイヤーボンドを行い、パッド下部を薬液処理や、強度試験を行い光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で観察したところ、クラックや膜剥がれなどが認められた。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、層間絶縁膜として誘電率の低い絶縁膜（低誘電率膜）を用いた場合にボンディング時の応力や衝撃による、絶縁膜の剥がれやクラックが生じることを抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、導電層からなる複数の外部接続電極と、前記外部接続電極より下層に積層された層間絶縁膜、および誘電率が低い配線間絶縁膜とを有する半導体装置であって、前記配線間絶縁膜が前記外部接続電極下部を除いた領域に配置され、前記外部接続電極下部が前記層間絶縁膜の膜厚を厚くした単層膜で形成される。
【０００９】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記層間絶縁膜の単層膜を前記配線間絶縁膜に包含するようにした。
【００１０】
請求項３記載の半導体装置は、請求項１または２記載の半導体装置において、前記層間絶縁膜の単層膜の長手方向寸法を前記外部接続電極の幅と同等もしくは幅以上とする。
【００１１】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、導電層からなる複数の外部接続電極より下層において誘電率が低い配線間絶縁膜の上に層間絶縁膜を積層する半導体装置の製造方法であって、前記外部接続電極下部にある前記配線間絶縁膜を選択的に除去し、その除去した部分に前記層間絶縁膜を埋め込むことにより、前記外部接続電極下部のみ膜厚の厚い前記層間絶縁膜の単層膜で形成する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、配線間絶縁膜が外部接続電極下部を除いた領域に配置され、外部接続電極下部が層間絶縁膜の膜厚を厚くした単層膜で形成されるので、ボンディングの際の応力や衝撃に対し、接合性の低下をすることなく、電極下部の層間膜クラックや層間膜剥がれを防止することができる。すなわち、配線間遅延を小さくするため配線間に挟まれている誘電率の低い配線間絶縁膜は機械的強度が低く、剥離強度の低下やクラックを発生することがあったが、選択的に電極下に単層の組成である層間絶縁膜を設けることにより、ボンディング時の応力や衝撃による配線間絶縁膜のクラックを防止し、かつ積層された層間膜の剥がれを防止することができる。その結果、半導体の特性や信頼性を向上することが可能となる。
【００１３】
請求項２では、層間絶縁膜の単層膜を配線間絶縁膜に包含するようにしたので、好ましい形態である。
【００１４】
請求項３では、層間絶縁膜の単層膜の長手方向寸法を外部接続電極の幅と同等もしくは幅以上とするので、ワイヤボンド等の接合が電極内に収まる場合および収まらない場合にも衝撃を単層膜で受けることができる。
【００１５】
この発明の請求項４記載の半導体装置の製造方法によれば、外部接続電極下部にある配線間絶縁膜を選択的に除去し、その除去した部分に層間絶縁膜を埋め込むことにより、外部接続電極下部のみ膜厚の厚い層間絶縁膜の単層膜で形成するので、パッド下部の構造のみ膜厚の厚い層間絶縁膜で形成される半導体装置のボンディングパッド構造ができ、ボンディング箇所に機械的強度の低い配線間絶縁膜が無い構造となり、これに加わるボンディング時の応力や衝撃に対するクラックの発生が軽減できる。また、従来組成の違う絶縁膜で層が形成されていたボンディングパッド構造が、層間絶縁膜で単層化されるため、ボンディング時の応力や衝撃又は強度試験時の膜隔離や剥がれも抑制し接合性の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態の半導体装置の断面図である。
【００１７】
図１において１は配線間遅延を小さくするため配線間に挟まれている誘電率が低い配線間絶縁膜、２は層間絶縁膜、３は配線メタル（外部接続電極）、４は最上層メタル（電極パッド）、５は保護膜を示す。
【００１８】
この半導体装置は、導電層からなる複数の外部接続電極３と、外部接続電極３より下層に積層された層間絶縁膜２および配線間絶縁膜１とを有し、配線間絶縁膜１が外部接続電極３下部を除いた領域に配置され、外部接続電極３下部が層間絶縁膜２の膜厚を厚くした単層膜で形成される。
【００１９】
図１に示すとおり、本実施形態の半導体装置のボンディングパッド構造は、パッド下の構造が配線間絶縁膜１，１ａの間に層間絶縁膜２が埋め込まれ、その上部に配線メタル３と最上層メタル４が形成された構造である。具体的には、配線間絶縁膜１上に層間絶縁膜２が形成される。層間絶縁膜２の上に配線間絶縁膜１ａを形成しホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により任意の場所に配線のパターニングを行う。パターニングされた配線間絶縁膜１ａの上を覆うように配線層となる配線メタル３をめっき処理し、この配線メタル３は、ＣＭＰ処理により上面が平坦化される。配線メタル３の配線層は基板内部に形成された集積回路内の内部配線を外部へ出力するための電極である。配線メタル３の上には前記配線メタルを覆うように層間絶縁膜２ａを形成する。この層間絶縁膜２ａに対し、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により配線メタル３の場所に大サイズの接続孔のためのパターニングを行う。この接続孔の開いた層間絶縁膜２ａ表面を覆うようにパッド層となるＡＬ合金の層４を形成し前述した配線メタル３とを接続させることができる。このＡＬ合金の層４をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりパターニングを行い、パッド部を形成する。次に保護膜となる絶縁層５を形成し、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりパターニングを行い、パッド部を露出させる。
【００２０】
一方、ボンディングが行われるパッド開口部の下部にある配線間絶縁膜１をホトリソグラフィ及びドライエッチによって選択的に除去し、その部分に層間絶縁膜２を埋め込むことにより、パッド下部の構造のみ膜厚の厚い層間絶縁膜２の単層膜で形成される。
【００２１】
この際、図１に示すように、層間絶縁膜２の単層膜は配線間絶縁膜１に対し最上層メタル４の開口サイズ（外部接続電極３の幅）より同等かそれより大きく開口し埋め込まれている。これにより最上層メタル４にワイヤーボンドを実施した際の応力や衝撃に対し、機械的強度の低い配線間絶縁膜１にクラックが入るのを防ぐことが出来る。さらに同じく図１に示すように違う組成の絶縁膜が積層された状態で無く同一の絶縁膜が形成されたことで、強度試験時の膜隔離や剥がれも抑制し接合性の低下を防ぐことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、ボンディング構造において、選択的にパッド下に単層の組成である層間膜を設けることにより、最も上の電極パッド層に対し接続ワイヤのボンディング衝撃によるパッド下層間膜内部の絶縁層、特にパッド下を這う層間膜のクラックや剥がれが生じることを抑制する等の効果を有し、半導体組立工程であるＬＳＩ等の半導体装置のボンディングパッド構造として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の半導体装置の断面図である。
【図２】従来例の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１ａ  配線間絶縁膜
２，２ａ  層間絶縁膜
３  配線メタル
４  最上層メタル
５  保護膜
６  ボンディングワイヤ
【図１】
2005223173.tif 000003
【図２】
2005223173.tif 000004