(57)【要約】【課題】  ボンディングパッドのボンディングワイヤとの接続強度を確保することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】  外部接続用のボンディングパッド２０を有する半導体素子１０であって、ボンディングパッド２０が、ボンディングワイヤＷを接続する導電性膜２３，２４と、導電性膜２３，２４の下に形成された支持膜２２とを有する。【選択図】  図２
2007012903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続用のボンディングパッドを有する半導体素子であって、
前記ボンディングパッドが、ボンディングワイヤを接続する導電性膜と、前記導電性膜の下に形成された支持膜とを有することを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記支持膜が、遮光膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記導電性膜が、アルミニウム膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記導電性膜が、アルミニウム膜と、アルミニウム合金膜とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記導電性膜又は前記支持膜のうち少なくとも一方において、その上側に凹凸を形成するための凹凸パターン層が設けられていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項６】
外部接続用のボンディングパッドを有する半導体素子の製造方法であって、
前記ボンディングパッドを形成する場合に、支持膜を形成し、その後、前記支持膜上にボンディングワイヤを接続可能な導電性膜を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体素子が、撮像領域を有する固体撮像素子であって、
前記撮像領域に遮光膜を形成する工程と同じ工程で、前記遮光膜によって前記支持膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記導電性膜又は前記支持膜のうち少なくとも一方の、その上側に凹凸を形成するための凹凸パターン層を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及び半導体素子の製造方法に関し、特に、ボンディングパッドを備えた半導体素子及びその半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１のような固体撮像素子等の半導体素子においては、撮像領域でスミアや入射光のけられ等を防止するため、フォトダイオード等の光電変換層の表面と、カラーフィルタ層やレンズ材料層を含むオンチップ層の表面との距離をできる限り近づけるように設計されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８４７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光電変換層の表面とオンチップ層の表面との距離を近づけるためには、アルミニウムやアルミニウム合金からなる配線の厚さを薄くする必要がある。すると、撮像領域の周辺に設けられたボンディングパッドは、その表面がアルミニウム膜によって構成されており、アルミニウム等の配線の厚さを薄くしたことに起因してボンディングワイヤとの接着強度が弱くなる。そして、製造後、ボンディングワイヤがボンディングパッドから外れてしまうことで電気的な接続が確保できなくなり、故障してしまいやすくなるといった点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、ボンディングパッドのボンディングワイヤとの接続強度を確保することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、外部接続用のボンディングパッドを有する半導体素子であって、前記ボンディングパッドが、ボンディングワイヤを接続する導電性膜と、前記導電性膜の下に形成された支持膜とを有することを特徴とする半導体素子によって達成される。
【０００７】
本発明の半導体素子は、ボンディングワイヤが接続される導電性膜の下に支持膜を備えた構成である。このため、導電性膜の厚さを薄くする場合に、支持膜の厚さを厚く形成すれば、ボンディングパッドの全体の厚さを補うことができ、薄くなってしまうことを防止することができる。そして、導電性膜を薄く形成しつつ、該導電性膜の、ボンディングワイヤに対する厚さ方向の位置を維持することができ、ボンディングパッドの導電性膜に接続されたボンディングワイヤのボンディング強度が低下することを防止されるため、ボンディングワイヤがボンディングパッドから外れて、接続不良に起因した故障が発生することを防止することができる。
【０００８】
上記本発明にかかる半導体素子は、支持膜が、遮光膜であることが好ましい。こうすれば、半導体素子が、例えば撮像領域を有する固体撮像素子であって、該撮像領域に形成された電荷信号を転送するための転送電極を、入射する光から遮光するために遮光膜を形成する工程と同一工程によって形成することができ、支持膜だけ別途形成する工程を省略することができ、少ない製造工程によって半導体素子を製造することができる。
【０００９】
上記本発明にかかる半導体素子は、導電性膜が、アルミニウム膜がであってもよく、または、導電性膜が、アルミニウム膜とアルミニウム合金膜とを有するものであってもよい。
【００１０】
上記本発明にかかる半導体素子は、導電性膜又は支持膜のうち少なくとも一方において、その上側に凹凸を形成するための凹凸パターン層が設けられていることが好ましい。こうすれば、ボンディングパッドにおけるボンディングワイヤが接続される表面には、凹凸パターン層に応じて凹凸が形成される。そして、ボンディングワイヤを導電性膜に接続させた状態で、ボンディングワイヤが導電性膜の厚さ方向に凸部の上面と接触するだけでなく、該厚さ方向と略垂直方向に凸部の側面とも接触することで、より一層強固に接続されるようになる。こうして、導電性膜がボンディングワイヤから逃げてしまうことで接続不良なってしまうことを防止できる。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、外部接続用のボンディングパッドを有する半導体素子の製造方法であって、前記ボンディングパッドを形成する場合に、支持膜を形成し、その後、前記支持膜上にボンディングワイヤを接続可能な導電性膜を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法によって達成される。
【００１２】
本発明にかかる半導体素子の製造方法は、導電性膜の厚さを薄くする構成とする場合には、予め支持膜の厚さを厚く形成することで、ボンディングパッドの全体の厚さを補うことができ、その全体の厚さが薄くなってしまうことを防止できる半導体素子を製造することができる。このような半導体素子は、導電性膜を薄く形成しつつ、該導電性膜の、ボンディングワイヤに対する厚さ方向の位置が確保されている。この半導体素子は、ボンディングパッドの導電性膜に接続されたボンディングワイヤのボンディング強度が低下することを防止されるため、ボンディングワイヤがボンディングパッドから外れて、接続不良に起因した故障が発生することを防止できる。
【００１３】
上記本発明にかかる半導体素子の製造方法は、導電性膜又は支持膜のうち少なくとも一方の、その上側に凹凸を形成するための凹凸パターン層を形成することが好ましい。こうすれば、ボンディングパッドにおけるボンディングワイヤが接続される表面に、凹凸パターン層に応じた凹凸を形成することができる。この方法によって製造された半導体素子は、ボンディングワイヤを導電性膜に接続させた状態で、ボンディングワイヤが導電性膜の厚さ方向の面と接触するだけでなく、該厚さ方向と略垂直方向の側面とも接触することで、より一層強固に接続されるようになる。こうして、製造後、半導体素子は、導電性膜がボンディングワイヤから逃げてしまうことで接続不良となって故障してしまうことを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ボンディングパッドのボンディングワイヤとの接続強度を確保することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる半導体素子及び半導体素子の製造方法の第１実施形態を、図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる半導体素子の一例である固体撮像素子の概略的な構成の示す図である。本図では、製造段階でウェハを構成する半導体基板１１上に形成された固体撮像素子１０の形成を示している。
固体撮像素子１０は、半導体基板（以下、基板ともいう。）１１と、該半導体基板１１上に形成された撮像領域１と、該撮像領域１の周辺に位置する周辺領域２と、を備えている。
【００１６】
基板１１は、例えば、ｎ型のシリコン半導体基板で、撮像領域１に相当する領域にｐ型半導体ウェル領域を形成してなる。基板１１の撮像領域１には、ｎ型の電荷蓄積領域１２が形成される。また、図示しないが、電荷蓄積領域１２の上方で、基板１１の上側には、暗電流抑制のためのｐ型の表面蓄積層がイオン注入で形成されている。
【００１７】
また、電荷蓄積領域１２に対応して、図示しないｎ型の転送チャンネル領域と、ｐ型のチャンネルストップ領域等が、例えば、イオン注入によって形成されている。
【００１８】
基板１１上には、図示しない絶縁膜を介して、多結晶シリコンからなる第１の転送電極１３と、第２の転送電極１４とが設けられている。なお、本実施形態では、第１の転送電極１３と、第２の転送電極１４との複数の転送電極を備えた構成としたが、単一の転送電極を有する構成としてもよい。
【００１９】
第１の転送電極１３及び第２の転送電極１４が層間絶縁膜１６の内部に形成されている。層間絶縁膜１６には、第１の転送電極１３及び第２の転送電極１４の上部に遮光膜１５が設けられている。ここで、遮光膜１５が、電荷蓄積領域１２の上部を避けるように形成されており、固体撮像素子１０に入射した光が、電荷蓄積領域１まで入り込むように構成されている。固体撮像素子１０において、電荷蓄積領域１２を含む、該電荷蓄積領域１２の上部で且つ遮光膜１５同士の間の部位が受光センサ部として機能する。
【００２０】
一方、固体撮像素子１０の周辺領域２では、基板１１の表面に、例えば、選択酸化等によって絶縁膜として機能するフィールド絶縁膜１１ａが形成され、このフィールド絶縁膜１１ａ上に、ボンディングパッド２０が形成されている。また、撮像領域１に形成された層間絶縁膜１６が、周辺領域２のボンディングパッド２０を含め基板１１の表面を覆うように形成される。
【００２１】
撮像領域１の表面全体に保護膜１７を形成する。保護膜１７は、例えば、プラズマＳｉＯＮ膜、プラズマＳｉＮ膜等によって形成することができる。
【００２２】
撮像領域１に保護膜１７を形成した後、保護膜１７上にカラーフィルタ層１８を形成する。そして、撮像領域１のカラーフィルタ層１８の表面と、周辺領域２の層間絶縁膜１６の表面とを覆うようにレンズ材料層１９が形成されている。撮像領域１のレンズ材料層１９に、例えば、異方性エッチング等でエッチバックしてレンズパターンの形状を転写することで、受光センサ部に対応する位置にオンチップレンズが形成される。
【００２３】
次に、ボンディング工程時に、ボンディングワイヤＷを接続するため、ボンディングパッド２０上にパッド開口２１を形成する。パッド開口２１を形成する手法としては、一例として、周辺領域２における層間絶縁膜１６及びレンズ材料層１９において、ボンディングパッド２０を露出させる位置に対応する部分をＣＦ４などのガスを使用してエッチバックすることで、層間絶縁膜１６及びレンズ材料層１９を除去してパッド開口２１を形成し、パッド開口２１からボンディングパッド２０を露呈させた状態とする。そして、固体撮像素子１０を装着する撮像素子パッケージ容器側の電極部と電気的に接続するボンディングワイヤの一端をパッド開口２１から露呈したボンディングパッド２０の表面に接続する。
【００２４】
次に、本発明にかかる固体撮像素子のボンディングパッドの構成を説明する。図２は、ボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。
【００２５】
ボンディングパッド２０は、基板１１上に複数の膜が重ね合わされて形成されており、すなわち、基板１１におけるフィールド絶縁膜１１ａ上に形成された遮光膜１５と、該遮光膜１５上に、形成されたアルミニウム合金膜２３と、該アルミニウム合金膜２３上に形成されたアルミニウム膜２４とによって構成されている。アルミニウム合金膜２３とアルミニウム膜２４は、導電性膜として機能し、ボンディング工程時にはアルミニウム膜２４の表面にボンディングワイヤＷ（図１参照）が接続される。なお、導電性膜としては、本実施形態のように、アルミニウム合金膜２３とアルミニウム膜２４とを有する構成としてもよいが、単一のアルミニウム膜からなる構成としてもよい。本明細書においては、以下、アルミニウム合金膜２３とアルミニウム膜２４を導電性膜２３，２４ともいう。
【００２６】
ここで、遮光膜１５は、所定の厚さで形成されており、アルミニウム合金膜２３及びアルミニウム膜２４の厚さにかかわらず、ボンディングパッド２０の全体の厚さが所望の範囲になるように規定される支持膜２２として機能する。本実施形態では、アルミニウム膜２４の厚さＴａを０．１μｍから１．０μｍの範囲とし、アルミニウム合金膜２３の厚さＴｂを０．１μｍから１．０μｍの範囲とし、ボンディングパッド２０全体の厚さを０．５μｍから２．０μｍの範囲とする場合に、支持膜２２をその厚さが０．１μｍから１．０μｍの範囲となるように構成する。
【００２７】
上記実施形態の固体撮像素子１０のように、本発明にかかる半導体素子は、ボンディングワイヤＷが接続される導電性膜２３，２４の下に支持膜２２を備えた構成である。このため、導電性膜２３，２４の厚さを薄くする場合に、支持膜２２の厚さを厚く形成すれば、ボンディングパッド２０の全体の厚さを補うことができ、薄くなってしまうことを防止することができる。そして、導電性膜２３，２４を薄く形成しつつ、該導電性膜２３，２４の、ボンディングワイヤＷに対する厚さ方向の位置を維持することができ、ボンディングパッド２０の導電性膜２３，２４に接続されたボンディングワイヤＷのボンディング強度が低下することを防止されるため、ボンディングワイヤＷがボンディングパッド２０から外れて、接続不良に起因した故障が発生することを防止することができる。
【００２８】
支持膜２２が、遮光膜１５である構成とすれば、上記実施形態のように半導体素子が撮像領域１を有する固体撮像素子１０の場合に、該撮像領域１に形成された電荷信号を転送するための転送電極１３，１４を、入射する光から遮光する遮光膜１５を形成する工程と同一工程によって形成することができ、支持膜１５だけ別途に形成する工程を省略することができ、少ない製造工程によって固体撮像素子１０を製造することができる。
【００２９】
また、本実施形態の固体撮像素子（半導体素子）１０の製造方法は、導電性膜２３，２４の厚さＴａ，Ｔｂを薄くする構成とする場合には、予め支持膜２２の厚さＴｃを厚く形成することで、ボンディングパッド２０の全体の厚さ（つまり、Ｔａ，Ｔｂ及びＴｃの合計の厚さに相当する。）を補うことができ、その全体の厚さが薄くなってしまうことを防止できる固体撮像素子１０を製造することができる。このような固体撮像素子１０は、導電性膜２３，２４を薄く形成しつつ、該導電性膜２３，２４の、ボンディングワイヤＷに対する厚さ方向の位置が確保されている。この固体撮像素子１０は、ボンディングパッド２０の導電性膜２３，２４に接続されたボンディングワイヤＷのボンディング強度が低下することを防止されるため、ボンディングワイヤＷがボンディングパッド２０から外れて、接続不良に起因した故障が発生することを防止できる。
【００３０】
次に、本発明にかかる半導体素子及び半導体素子の製造方法の第２実施形態について説明する。図３は、本実施形態のボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００３１】
本実施形態のボンディングパッド３０は、半導体基板１１のフィールド絶縁膜１１ａ上に、支持膜３２として機能する絶縁膜１５が形成され、該絶縁膜１５上に、凹凸のパターンに形成された凹凸パターン層３３が形成されている。そして、該凹凸パターン層３３上に、上記実施形態と同様に、導電性膜として機能するアルミニウム合金膜３４と、アルミニウム膜３５とが形成されている。
凹凸パターン層３３は、遮光膜１５又は導電性膜３４，３５と同じ材料で形成してもよく、異なる材料で形成してもよい。
【００３２】
次に、本実施形態のパッド部を形成する手順を図４及び図５に基づいて説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、基板１１のフィールド絶縁膜１１ａ上に、支持膜３２を形成する。ここで、支持膜３２を遮光膜１５で形成する場合には、図１に示すように撮像領域１の遮光膜１５を形成する工程と同時に行うことができる。支持膜３２は、アルミニウム合金膜３４及びアルミニウム膜３５の厚さにかかわらず、ボンディングパッド３０の全体の厚さが所望の範囲になるように所定の厚さで形成される。
【００３３】
支持膜３２を形成した後、図４（ｂ）に示すように支持膜３２上に、凹凸パターン層３３を形成する。凹凸パターン層３３は、該凹凸パターン層３３を構成する層を支持膜３２上の一面に形成し、この層を、凹凸のパターンを形成するようにパターニングされた図示しないフォトレジストをマスクとして、エッチングすることで形成される。
【００３４】
図４（ｃ）に示すように、凹凸パターン層３３上に、全面にわたって等しい厚さとなるようにアルミニウム合金膜３４を形成する。このとき、アルミニウム合金膜３４の表面は、凹凸パターン層３３の凹凸に応じて、ほぼ同様のパターンを有する凹凸が形成される。
【００３５】
次に、アルミニウム合金膜３４上に、全面にわたって等しい厚さとなるようにアルミニウム膜３５を形成する。このとき、アルミニウム膜３５の表面は、凹凸パターン層３３及びアルミニウム合金膜３４の凹凸に応じて、ほぼ同様のパターンを有する凹凸が形成される。こうして、ボンディングパッド３０が形成される。
【００３６】
その後、撮像領域１に層間絶縁膜１６を形成する工程と同時に、周辺領域２のボンディングパッド３０を含む表面領域にも層間絶縁膜１６が形成される。そして、撮像領域１及び周辺領域２の層間絶縁膜１６の表面を覆うようにレンズ材料層１９が形成される。なお、パッド開口を形成する工程は、上記実施形態で説明した工程と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００３７】
図３に示すように、凹凸パターン層３３の厚さ（凹凸の高さ）Ｔｄは、０．１μｍから１．０μｍの範囲とする。また、凹凸の凸部同士の間隔は、５．０μｍから２０．０μｍとし、且つ、凹部同士の間隔は、５．０μｍから２０．０μｍとした。さらに、パッド開口２１から露呈したボンディングパッド３０の表面領域において、凹凸が配置される方向の寸法（図３中左右方向の寸法）Ｌは５０μｍから１００μｍとした。
【００３８】
本実施形態の半導体素子である固体撮像素子１０には、支持膜３２の上側に凹凸を形成するための凹凸パターン層３３が設けられている。ボンディングパッド３０におけるボンディングワイヤＷが接続される表面には、凹凸パターン層３３の凹凸に応じて凹凸が形成される。そして、ボンディングワイヤＷを導電性膜３４，３５に接続させた状態で、ボンディングワイヤＷが導電性膜３４，３５の厚さ方向に凸部の上面と接触するだけでなく、該厚さ方向と略垂直方向に凸部の側面とも接触することで、より一層強固に接続されるようになる。こうして、導電性膜３４，３５がボンディングワイヤＷから逃げてしまうことで接続不良なってしまうことを防止できる。
【００３９】
なお、本実施形態では、凹凸パターン層３３を支持膜３２上に形成したが、ボンディングパッド３０の表面に凹凸を形成することができれば、導電性膜３４，３５の上側に形成する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態の半導体素子の一例である固体撮像素子の概略的な構成の示す図である。
【図２】ボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。
【図３】第２実施形態のボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。
【図４】半導体基板に支持膜、凹凸パターン層、及び、導電性膜を形成する手順を示す図である。
【図５】図４の半導体基板に、更に導電性膜、層間絶縁膜、及び、レンズ材料層を形成する手順を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    撮像領域
２    周辺領域
１０    固体撮像素子
１１    半導体基板（基板）
１５    遮光膜
２０，３０    ボンディングパッド
２２，３２    支持膜
２３，２４，３４，３５    導電性膜
３３    凹凸パターン層
Ｗ    ボンディングワイヤ
【図１】
2007012903.tif 000003
【図２】
2007012903.tif 000004
【図３】
2007012903.tif 000005
【図４】
2007012903.tif 000006
【図５】
2007012903.tif 000007