(57)【要約】【課題】ボンディングを伴うストレスによる層間絶縁膜および配線層、入出力パッド、表面保護膜等の損傷を低減する。【解決手段】半導体基板上に設けられた入出力パッド２下に層間絶縁膜９を介して配線層７を有し、この配線層７および入出力パッド２間を電気的に接続するコンタクト８が形成されるとともに、入出力パッド２上に形成された表面保護膜３に保護膜開口４が形成され、この保護膜開口４を含む半導体基板上に入出力パッド２に接続される突起電極５を形成した半導体装置であって、コンタクト８は保護膜開口４のエッジから一定の距離を離して配置した。このように、保護膜開口４のエッジの真下を避けてコンタクト８を形成することにより、保護膜開口４のエッジの真下は平らな層間絶縁膜９となり、ボンディングによるストレス集中にも十分耐えることができる。【選択図】図１
2007300139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた入出力パッド下に層間絶縁膜を介して配線層を有し、この配線層および前記入出力パッド間を電気的に接続するコンタクトが形成されるとともに、前記入出力パッド上に形成された表面保護膜に保護膜開口が形成され、この保護膜開口を含む半導体基板上に前記入出力パッドに接続される突起電極を形成した半導体装置であって、前記コンタクトは前記保護膜開口のエッジから一定の距離を離して配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
入出力パッドは、能動領域を含む領域上に形成されている請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板の表面保護膜開口周辺に設置された配線層および入出力パッド間を電気的に接続するコンタクトが形成された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の半導体装置の入出力パッドとその周辺部分の構造を示す平面図、図５は図４の要部拡大断面図である。
【０００３】
図４および図５に示すように、半導体基板上のトランジスタや配線などが形成されている能動領域１に形成された拡散層１０があり、第１層目配線層７’、第２層目配線層７”、層間絶縁膜９の上層に入出力パッド２が形成され、その入出力パッド２上に形成された表面保護膜３に入出力パッド２の外周より内側に入出力パッド２を露出した保護膜開口４が形成されている。その開口４を含み、外部リードと接続するための金属突起電極５を、入出力パッド２と同等か、少し小さい面積で形成されている。金属突起電極５は、入出力パッド２の上にチタンやパラジウム等のバリアメタル６を入出力パッド２と同等の面積で形成した後、その上にめっきにより金やニッケル等の材料で５〜２０（μｍ）程度の高さで形成する。入出力パッド２の上に形成するバリアメタル６は、入出力パッド２のアルミニウム合金主体の金属と金属突起電極５が相互拡散しないようにする目的で形成される。バリアメタル６は入出力パッド２のアルミニウム合金と金属突起電極５の材料の組み合わせによって必要な場合と必要ない場合がある。入出力パッド２上に形成するバリアメタル６と金属突起電極５はフォトリソグラフィ工程を用いて一般的に形成される。８は配線層７’，７”および入出力パッド２間を接続するコンタクトである。
【０００４】
第１コンタクト８’は、次の工程により形成される。工程１として、第１層目配線層７’上に第１層間絶縁膜９’形成後、前記第１層間絶縁膜９’に選択的に貫通孔を形成する。そして工程２として、前記第１層間絶縁膜９’上および前記貫通孔の内部に導体材料をデポジットした後、その全面をエッチングすることにより前記貫通孔内に前記導体材料が埋め込まれ第１コンタクト８’が形成される。
【０００５】
また、第２コンタクト８”は次の工程により形成される。工程３として、前記工程２の後、第２層目配線層７”を前記第１層間絶縁膜９’上にパターニング形成する。工程４として、パターニングされた前記第２層目配線層７”上に第２層間絶縁膜９”を形成する。工程５として、前記第２層間絶縁膜９”表面を研磨により平らにする。工程６として、表面が平らな前記第２層間絶縁膜９”に選択的に貫通孔を形成する。工程７として、前記第２層間絶縁膜９”上および前記貫通孔の内部に導体材料をデポジットした後、その全面をエッチングすることにより前記貫通孔内に前記導体材料が埋め込まれ第２コンタクト８”が形成される。第２コンタクト８”は保護膜開口４のエッジの直下に位置している。
【特許文献１】特開平７−１６１７２２号公報
【特許文献１】特開平４−１６７４４９号公報
【特許文献１】特開平１１−１８６３２０号公報
【特許文献１】特開平１０−２６１６６３号公報
【特許文献１】特開平５−２９９４２０号公報
【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、前記の第２コンタクト８”の形成工程におけるエッチング工程により、第２コンタクト８”に埋め込まれた前記導体材料がオーバーエッチされ、第２コンタクト８”上面が凹となる。このため、第２層間絶縁膜９”上面と第２コンタクト８”上面がフラットな面とはならず段差ができる。そしてこの段差形状が第２層間絶縁膜９”および第２コンタクト８”上に形成された入出力パッド２や、表面保護膜３、バリアメタル６にもトレースされる。また、一般にセラミック片にダイヤモンドをコーティングしたツールを加熱し、それを用いて金属突起電極５と外部リードを加圧、加熱し接合されるが、このボンディングによるストレスが大きいのは、保護膜開口４のエッジである。このエッジに前記の第２コンタクト８”から発生した段差部が配置された場合、過度のストレスがその段差部にあるバリアメタル６、表面保護膜３、入出力パッド２、層間膜９、配線層７に発生し、各層にクラックを発生させ半導体装置の信頼性を損ねる。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、ボンディングを伴うストレスによる層間絶縁膜および配線層、入出力パッド、表面保護膜等の損傷を低減することができ信頼性の高い半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、半導体基板上に設けられた入出力パッド下に層間絶縁膜を介して配線層を有し、この配線層および入出力パッド間を電気的に接続するコンタクトが形成されるとともに、入出力パッド上に形成された表面保護膜に保護膜開口が形成され、この保護膜開口を含む半導体基板上に入出力パッドに接続される突起電極を形成した半導体装置であって、コンタクトは保護膜開口のエッジから一定の距離を離して配置した。
【０００９】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１において、入出力パッドは、能動領域を含む領域上に形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、配線層および入出力パッド間を電気的に接続するコンタクトを、入出力パッド上に形成された表面保護膜開口のエッジから一定の距離を離して配置し、保護膜開口のエッジの真下を避けてコンタクトを形成したので、保護膜開口のエッジの真下は平らな層間絶縁膜となり、ボンディングによるストレス集中にも十分耐えることができる。これにより、層間絶縁膜および配線層、入出力パッド、表面保護膜等の各層にクラックが発生して損傷することを低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の半導体装置によれば、入出力パッドは、能動領域を含む領域上に形成されているので、基板上の回路などが設けられた能動領域において損傷を低減でき、半導体装置の動作の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態における半導体装置の入出力パッドとその周辺部分の構造を示す平面図、図２は図１の要部拡大断面図である。半導体基板上に設けられた入出力パッド２下に層間絶縁膜９を介して配線層７を有し、この配線層７および入出力パッド２間を電気的に接続するコンタクト８が形成されるとともに、入出力パッド２上に形成された表面保護膜３に保護膜開口４が形成され、この保護膜開口４を含む半導体基板上に入出力パッド２に接続される突起電極５を形成している。また、コンタクト８は保護膜開口４のエッジから一定の距離を離して配置した。
【００１３】
また、図１および図２に示すように、半導体基板上のトランジスタや配線回路などが形成されている能動領域１に形成された拡散層１０があり、配線層７を構成する第１層目配線層７’、第２層目配線層７”、および層間絶縁膜９を構成する第１層間絶縁膜９’、第２層間絶縁膜９”の上層に入出力パッド２が形成されている。また、入出力パッド２上に形成された表面保護膜３に入出力パッド２の外周より内側に入出力パッド２を露出した保護膜開口４が形成され、その開口４を含み、外部リードと接続するための金属突起電極５を、入出力パッド２と同等か、少し小さい面積で形成されている。
【００１４】
金属突起電極５は、入出力パッド２の上にチタンやパラジウム等のバリアメタル６を入出力パッド２と同等の面積で形成し（例えば特開平５−２９９４２０号公報参照）た後、その上にめっきにより金やニッケル等の材料で５〜２０μｍ程度の高さで形成する。入出力パッド２の上に形成するバリアメタル６は、入出力パッド２のアルミニウム合金主体の金属と金属突起電極５が相互拡散しないようにする目的で形成される。バリアメタル６は入出力パッド２のアルミニウム合金と金属突起電極５の材料の組み合わせによって必要な場合と必要ない場合がある。入出力パッド２上に形成するバリアメタル６と金属突起電極５はフォトリソグラフィ工程を用いて一般的に形成される。８は第１，２層目配線層７’，７”および入出力パッド２間を接続するコンタクトである。
【００１５】
コンタクト８のうち一方の第１コンタクト８’は、次の工程により形成される。工程１として、第１層目配線層７’上に第１層間絶縁膜９’形成後、前記第１層間絶縁膜９’に選択的に貫通孔を形成する。工程２として、前記第１層間絶縁膜９’上および前記貫通孔の内部に導体材料をデポジットした後、その全面をエッチングすることにより前記貫通孔内に前記導体材料が埋め込まれ第１コンタクト８’が形成される。
【００１６】
また、他方の第２コンタクト８”は次の工程により形成される。工程３として、前記工程２の後、第２層目配線層７”を前記第１層間絶縁膜９’上にパターニング形成する。工程４として、パターニングされた前記第２層目配線層７”上に第２層間絶縁膜９”を形成する。工程５として、前記第２層間絶縁膜９”表面を研磨により平らにする。工程６として、表面が平らな前記第２層間絶縁膜９”に選択的に貫通孔を形成する。工程７として、前記第２層間絶縁膜上および前記貫通孔の内部に導体材料をデポジットした後、その全面をエッチングすることにより前記貫通孔内に前記導体材料が埋め込まれ第２コンタクト８”が形成される。第２コンタクト８”は保護膜開口４のエッジの直下に配置しない。
【００１７】
上記構成においてさらに具体的に説明する。入出力パッド２はアルミニウム合金を主成分とした金属膜で形成し、パッドピッチ１３すなわち入出力パッド２の幅と隣接するパッド間の間隔との和を４５μｍとし、入出力パッド２の平面サイズは入出力パッド幅寸法１１を４０μｍ、入出力パッド奥行寸法１２を８０μｍとした。表面保護膜３にはプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮを使用し、保護膜開口４は幅寸法を１０μｍ、奥行寸法を５０μｍとする。金属突起電極５は電解めっき法により金（Ａｕ）を材料に使用して形成し、その外形は金属突起電極幅寸法１４を３０μｍ、金属突起電極奥行寸法１５を７０μｍとする。入出力パッド２と金属突起電極５の間には、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）を材料としたバリアメタル６をスパッタリングにより薄膜形成してある。その外形サイズは入出力パッド２と同等である。
【００１８】
図３は図１の要部を拡大して示す要部平面図である。図３に示すように、コンタクト８は、幅寸法１６を０. ６μｍ以上とし、相互隣接した二つのコンタクト間の間隔１７は０. ６μｍ以上とした。また、第２コンタクト８”と保護膜開口４のエッジとの位置関係は、開口４のエッジより外側の突き出し寸法１８を１.０μｍ以上、開口４のエッジより内側の突き出し寸法１９を１. ０μｍ以上とした。
【００１９】
上記の通り保護膜開口４のエッジの真下を避けてコンタクト８を形成することにより、保護膜開口４のエッジの真下は平らな層間絶縁膜９となり、ボンディングによるストレス集中にも十分耐えることのできる構造となり、層間絶縁膜９および配線層７、入出力パッド２、表面保護膜３、バリアメタル６の損傷を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に係る半導体装置は、保護膜開口のエッジの真下は平らな層間絶縁膜となり、ボンディングによるストレス集中にも十分耐えることができるという効果を有し、半導体基板の表面保護膜開口周辺に設置された配線層および入出力パッド間を電気的に接続するコンタクトが形成された半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態における半導体装置の入出力パッドとその周辺部分の構造を示す平面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図１の要部を拡大して示す要部平面図である。
【図４】従来例の入出力パッドとその周辺部分の構造を示す平面図である。
【図５】図４の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  能動領域
２  入出力パッド
３  表面保護膜
４  保護膜開口
５  金属突起電極
６  バリアメタル
７  下層配線層
７’  第１層目配線層
７”  第２層目配線層
８  コンタクト
８’  第１コンタクト
８”  第２コンタクト
９  層間絶縁膜
９’  第１層間絶縁膜
９”  第２層間絶縁膜
１０  拡散層
１１  入出力パッド幅寸法
１２  入出力パッド奥行寸法
１３  パッドピッチ
１４  金属突起電極幅寸法
１５  金属突起電極奥行寸法
１６  コンタクト幅寸法
１７  隣接コンタクト間寸法
１８  保護膜開口のエッジから外側へのコンタクトの突き出し寸法
１９  保護膜開口のエッジから内側へのコンタクトの突き出し寸法
【図１】
2007300139.tif 000003
【図２】
2007300139.tif 000004
【図３】
2007300139.tif 000005
【図４】
2007300139.tif 000006
【図５】
2007300139.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月5日(2007.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた入出力パッドの下方に層間絶縁膜を介して配線層が形成され、前記配線層と前記入出力パッドとを電気的に接続するコンタクトが形成され、前記入出力パッド上に形成された表面保護膜に保護膜開口が形成された半導体装置であって、前記コンタクトは前記保護膜開口のエッジよりも内側および外側に配置され、前記コンタクトはいずれも前記保護膜開口のエッジから離れて配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
入出力パッドは、半導体基板の能動領域を含む領域上に形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
入出力パッド上に金属突起電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
また、第２コンタクト８”は次の工程により形成される。工程３として、前記工程２の後、第２層目配線層７”を前記第１層間絶縁膜９’上にパターニング形成する。工程４として、パターニングされた前記第２層目配線層７”上に第２層間絶縁膜９”を形成する。工程５として、前記第２層間絶縁膜９”表面を研磨により平らにする。工程６として、表面が平らな前記第２層間絶縁膜９”に選択的に貫通孔を形成する。工程７として、前記第２層間絶縁膜９”上および前記貫通孔の内部に導体材料をデポジットした後、その全面をエッチングすることにより前記貫通孔内に前記導体材料が埋め込まれ第２コンタクト８”が形成される。第２コンタクト８”は保護膜開口４のエッジの直下に位置している。
【特許文献１】特開平７−１６１７２２号公報
【特許文献２】特開平４−１６７４４９号公報
【特許文献３】特開平１１−１８６３２０号公報
【特許文献４】特開平１０−２６１６６３号公報
【特許文献５】特開平５−２９９４２０号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、半導体基板上に設けられた入出力パッドの下方に層間絶縁膜を介して配線層が形成され、配線層と入出力パッドとを電気的に接続するコンタクトが形成され、入出力パッド上に形成された表面保護膜に保護膜開口が形成された半導体装置であって、コンタクトは保護膜開口のエッジよりも内側および外側に配置され、コンタクトはいずれも保護膜開口のエッジから離れて配置されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１において、半導体基板の入出力パッドは、能動領域を含む領域上に形成されている。
請求項３記載の半導体装置は、請求項１において、入出力パッド上に金属突起電極が形成されている。