(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜と、
前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜間に存在し、前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜に電気的に接続された連続的な第３導電膜と、
前記連続的な第３導電膜内に存在し、前記連続的な第３導電膜を貫通するように延びてその側壁が前記連続的な第３導電膜により覆われた非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の配列と、
前記第１導電膜上の金属バンパ層と、
ワイヤとボンディングするために形成された前記金属バンパ層上の上部ボンディングパッド層とを含み、
前記金属バンパ層は、該金属バンパ層の外部エッジ側に位置した島状絶縁体を含み、金属バンパ層の内部領域には、島状絶縁体がないことを特徴とする集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項２】
前記第３導電膜内に存在する前記島状絶縁体の配列は非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の横配列を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項３】
前記第３導電膜内に存在する前記島状絶縁体の配列は非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の横配列及び非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の縦配列を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項４】
前記第３導電膜内に存在する前記非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の配列は、
第１方向の第１エッジを有する第１島状絶縁体と、
前記第１方向の第１島状絶縁体に隣接し、第１エッジと非整列とされた第１方向の第２エッジを有する第２島状絶縁体とを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項５】
前記第３導電膜内に存在する前記非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の配列は、非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の第１配列であり、
前記ボンディングパッドは、
前記連続的な第３導電膜及び前記第２導電膜間に存在し、前記連続的な第３導電膜及び前記第２導電膜に電気的に接続された連続的な第４導電膜と、
前記連続的な第４導電膜内に存在し、前記連続的な第４導電膜を貫通するように延びてその側壁が前記連続的な第４導電膜により覆われた所定距離離隔された島状絶縁体の第２配列とをさらに含み、前記所定距離離隔された島状絶縁体の第２配列は、前記非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の第１配列と非整列とされていることを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項６】
前記金属バンパ層は、タングステンを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項７】
前記金属バンパ層は、約４，０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項８】
前記金属バンパ層及び前記上部ボンディングパッド層は、約１２，０００Åないし１４，０００Åの範囲の厚さを有する単一層であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項９】
前記上部ボンディングパッド層は、前記金属バンパ層の真上にあることを特徴とする請求項１に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項１０】
内部に貫通するように島状絶縁部を含む導電膜と、
前記導電膜及びその内部の前記島状絶縁部上の金属バンパ層と、
ワイヤとボンディングするために形成された前記金属バンパ層上の上部ボンディングパッド層とを含み、
前記金属バンパ層は、該金属バンパ層の外部エッジ側に位置した島状絶縁体を含み、金属バンパ層の内部領域には、島状絶縁体がないことを特徴とする集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項１１】
前記金属バンパ層は、タングステンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項１２】
前記上部ボンディングパッド層は、前記金属バンパ層の直上にあることを特徴とする請求項１０に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項１３】
前記金属バンパ層は、固体金属膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の集積回路のためのボンディングパッド。
【請求項１４】
所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜と、
前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜間に存在し、前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜に電気的に接続された連続的な第３導電膜と、
前記連続的な第３導電膜内にジグザグ状に配列され、前記連続的な第３導電膜を貫通するように延びてその側壁が前記連続的な第３導電膜により覆われた所定距離離隔された島状絶縁体の配列と、
前記第１導電膜上の金属バンパ層と、
ワイヤとボンディングするために形成された前記金属バンパ層上の上部ボンディングパッド層とを含み、
前記金属バンパ層は、該金属バンパ層の外部エッジ側に位置した島状絶縁体を含み、金属バンパ層の内部領域には、島状絶縁体がないことを特徴とする集積回路のためのボンディングパッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積回路及びその形成方法に係り、特に、集積回路のためのボンディングパッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
“チップ”と呼ばれる集積回路は、民生用及び業務用電子製品に広く使用されている。当業者によく知られたように、集積回路は、一般に、半導体基板などの基板及びその基板上のボンディングパッド配列を含む。前記ボンディングパッドは、集積回路の外部を集積回路の内部のマイクロ電子回路と電気的に接続させる。
【０００３】
図１は、複数のボンディングパッドを含む集積回路パッケージの概略図である。図１に示されたように、集積回路１００、例えば、メモリセルアレイ部１１０及び周辺回路部１１５を含むメモリ集積回路は、複数のボンディングパッド２００を含む。ボンディングパッド２００は、集積回路１００の回路端子に対するゲートの役目をし、周辺回路部１１５内の入出力Ｉ／Ｏバッファ回路に内部的に接続される。図１に示されたように、集積回路１００は、リードフレーム３００に接合される。ワイヤボンディングまたは他の従来の技術が各々のワイヤ３２０をボンディングパッド２００及びリードフレーム３００の内部リードチップ３１０に接続するのに用いられる。
【０００４】
図２は、図１のボンディングパッド２００の拡大平面図である。図３は、図２に示されたボンディングパッドの斜視図である。図４は、図２のIV-IV'線に沿って切り取ったボンディングパッドの断面図である。図５は、図２のV-V'線に沿って切り取ったボンディングパッドの断面図である。
【０００５】
図２ないし図５に示されたように、従来のボンディングパッドの構造において、独立的な導電性プラグ２４５、例えば、タングステンプラグが配線間の絶縁膜２５０内の複数個のビアホール２４０を充填している。導電性プラグ２４５は、下部アルミニウム配線２３０及び上部アルミニウム配線２６０を電気的に接続する。参照符号２１０は集積回路基板を、２２０は層間絶縁膜を、２７０はワイヤボンディング領域を各々示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２ないし図５に示されているパッドの構造は、下記のような問題点を有している。例えば、ウェハから良好な集積回路１００を分離するソーティング（ｓｏｒｔｉｎｇ）時に、ワイヤボンディング領域２７０上に置かれる検査器のプローブピン（図示せず）により加わる力により配線間絶縁膜２５０に亀裂が生じる。亀裂３３０はまた、ワイヤボンディング領域２７０にワイヤ３２０をボンディングする間に加わる機械的な衝撃及び圧力により生じるストレスによっても配線間絶縁膜２５０内に生じる。
【０００７】
亀裂は、相対的に軟性である上部アルミニウム配線２６０及び下部アルミニウム配線２３０がソーティングまたはワイヤボンディング時に加わるストレスにより変形されて生じる。しかし、相対的に硬い配線間絶縁膜２５０は容易に変形されない。このため、一定値以上のストレスが加わると、不安定なタングステンプラグ２４５が抜けてしまうか、或いは配線間絶縁膜２５０に亀裂が生じる。このような亀裂は、図５に示されたように、タングステンプラグ２４５を覆っている絶縁膜２５０の内部に伝播される。
【０００８】
配線間絶縁膜２５０に生じた亀裂は、上部及び下部アルミニウム配線２６０，２３０が剥がれてしまう配線オープンの問題を引き起こす。あるいは、ワイヤ３２０と上部アルミニウム配線２６０との間の接触が不良となって、ワイヤ３２０が上部アルミニウム配線２６０から剥がれるパッドオープンの問題が生じる。
【０００９】
図６は、配線間絶縁膜の亀裂を低減させ、しかも、配線膜またはワイヤが剥がれることを低減させるためにタングステンプラグ２４５を中央のワイヤボンディング領域の外部の周辺領域に限って形成した従来の他のボンディングパッド構造の平面図である。図７は、図６のVII-VII'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。このようなボンディングパッドの構造は、米国特許第５，２４８，９０３及び第５，５０２，３３７号に開示されている。
【００１０】
図６及び図７と前記二つの特許によるボンディングパッドの構造は、配線間絶縁膜２５０の亀裂をある程度低減できる。しかし、タングステンプラグ２４５の数が減少するため、タングステンプラグ２４５と上部アルミニウム配線膜２６０との間の付着力が弱い。その結果、ワイヤボンディング時に上部アルミニウム配線膜２６０が割れる配線オープン現象が頻繁に生じる。また、プラグの数が減少するため、上部アルミニウム配線膜２６０との接触面積が縮まり、その結果、抵抗Ｒｓが増え、電流が減少する。このため、十分な量の電流を集積回路内のスイッチング素子に供給できず、これは、素子の動作を劣化させる原因となる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップ分類及びワイヤボンディング時に配線間絶縁膜内の亀裂を最小化しつつ十分な量の電流をチップ内に供給でき、しかも写真食刻工程時に回折される光の量を低減できるほか、検査プローブによる反復的な接触により上部配線が上部導電性プラグから剥がれる現象を低減できることから、集積回路の信頼性を向上させることができる集積回路のためのボンディングパッド構造を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、配線間絶縁膜内の亀裂を最小化しつつ十分な量の電流をチップ内に供給でき、しかも写真食刻工程時に回折される光の量を低減できるほか、検査プローブによる反復的な接触により上部配線が上部導電性プラグから剥がれる現象を低減できることから、集積回路の信頼性を向上させることができるボンディングパッド構造を製造するのに好適な方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による集積回路のためのボンディングパッドは、所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜と、前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜間に存在し、前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜に電気的に接続された連続的な第３導電膜と、前記連続的な第３導電膜内に存在し、前記連続的な第３導電膜を貫通するように延びてその側壁が前記連続的な第３導電膜により覆われた非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の配列とを含む。
【００１４】
前記配列は非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の横配列及び非整列で、かつ所定距離離隔された縦配列を含みうる。前記非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の配列は、第１方向の第１エッジを有する第１島状絶縁体と、前記第１方向の第１島状絶縁体に隣接し、第１エッジと非整列とされた第１方向の第２エッジを有する第２島状絶縁体とを含みうる。
【００１５】
前記ボンディングパッドは、前記連続的な第３導電膜及び前記第２導電膜間に存在し、前記連続的な第３導電膜及び前記第２導電膜に電気的に接続された連続的な第４導電膜をさらに含みうる。所定距離離隔された島状絶縁体の第２配列は前記連続的な第４導電膜内に存在し、前記連続的な第４導電膜を貫通するように延びて前記島状絶縁体の側壁が前記第４導電膜により覆われており、前記所定距離離隔された島状絶縁体の第２配列は前記非整列で、かつ所定距離離隔された島状絶縁体の第１配列と非整列とされている。
【００１６】
前記ボンディングパッドは、前記第１導電膜上の金属バンパ層及びワイヤとボンディングするために形成された前記金属バンパ層上の上部ボンディングパッド層をさらに含みうる。前記金属バンパ層は、タングステンでありうる。前記金属バンパ層は、約４，０００Åの厚さを有しうる。前記金属バンパ層及び前記上部ボンディングパッド層は、約１２，０００Åないし１４，０００Åの範囲の厚さを有する単一層よりなりうる。前記上部ボンディングパッド層は、前記金属バンパ層の真上にありうる。
【００１７】
前記金属バンパ層は、該金属バンパ層の外部エッジ側に位置した島状絶縁体を含みうる。前記金属バンパ層の内部領域には、島状絶縁体がない。
【００１８】
本発明によるボンディングパッドの構造は、所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜と、前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜間に存在し、前記所定距離離隔された第１導電膜及び第２導電膜に電気的に接続された連続的な第３導電膜とを含みうる。前記ボンディングパッドの構造は、前記連続的な第３導電膜内にジグザグ状に配列され、前記連続的な第３導電膜を貫通するように延びてその側壁が前記連続的な第３導電膜により覆われた所定距離離隔された島状絶縁体の配列をさらに含みうる。
【００１９】
本発明による集積回路のためのボンディングパッドの製造方法は、先ず、集積回路基板上に下部導電膜を形成する。次に、前記下部導電膜上に前記下部導電膜に電気的に接続される連続的な導電膜を形成する。前記連続的な導電膜は、その内部に前記連続的な導電膜を貫通するように延びて島状絶縁体の側壁が前記連続的な導電膜により覆われている非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の配列を含む。次に、前記連続的な導電膜上に前記連続的な導電膜に電気的に接続される上部導電膜を形成する。
【００２０】
前記連続的な導電膜を形成する段階は、非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の横配列を含む連続的な導電膜を形成する段階を含みうる。前記連続的な導電膜を形成する段階は、非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の横配列及び非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の縦配列を含む連続的な導電膜を形成する段階を含みうる。
【００２１】
前記連続的な導電膜を形成する段階は、前記連続的な導電膜内に第１方向の第１エッジを有する第１島状絶縁体を形成する段階と、前記第１方向の前記第１島状絶縁体に隣接し、第１エッジと非整列とされた第１方向の第２エッジを有する第２島状絶縁体を前記連続的な導電膜内に形成する段階とを含みうる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態を説明することにより本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されることなく、相異なる各種の形態に具現できる。本実施形態は単に本発明の開示を完全たるものにし、かつ通常の知識を有した者に本発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供される。添付した図面において、各種の膜及び領域の厚さは明瞭性のために強調されている。また、ある膜が他の膜または基板上に存在すると記載されるとき、ある膜が他の膜または基板の真上にあることもあれば、それらの間に層間膜が存在することもある。図中、同一の参照符号は、同一の要素を表わす。
【００２３】
図８は、本発明の第１実施形態によるボンディングパッド構造の平面図であり、図９は、図８に示されたボンディングパッド構造の斜視図であり、図１０は、図８のX-X'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図であり、図１１は、図８のXI-XI'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【００２４】
図８において、参照番号９２０は下部配線を、９２５Iは下部島状絶縁体を、９３０は下部一体型導電性プラグを、９４０は中間配線を各々表わす。参照番号９４５Iは上部島状絶縁体を、９５０は上部一体型導電性プラグを、９６０は最上部配線を、９７０はワイヤボンディング領域を各々表わす。参照番号９２５及び９４５は下部及び上部一体型導電性プラグパターンの外壁を覆っている層間絶縁膜を各々表わす。一体型導電性プラグはまた、連続的な導電膜と呼ばれうる。配線は導電膜と呼ばれ、島状絶縁体は絶縁島と呼ばれる。“上部”／“下部”及び“上”／“下”などの用語は絶対的な方向を表わすのではなく、集積回路基板から隣接しているか、或いは離れているかの相対的な関係を表わすものである。
【００２５】
図９、図１０及び図１１を参照すれば、集積回路基板９００上に層間絶縁膜９１０が形成されており、層間絶縁膜９１０上に下部配線９２０、中間配線９４０及び最上部配線９６０を含む３層配線を有するボンディングパッド構造が形成されている。最上部配線９６０は、ワイヤ９９０がボンディングされるワイヤボンディング領域９７０を備える。ワイヤ９９０は、周辺回路を構成する入出力バッファ回路（図１の１１５参考）などと接続された回路端子のゲートの役目を果たしうる。
【００２６】
最上部配線９６０の下面と中間配線９４０の上面との間に上部一体型導電性プラグ９５０が配されて、最上部配線９６０と中間配線９４０とを電気的に接続させている。上部一体型導電性プラグ９５０内には一体型導電性プラグによりその側壁が完全に覆われ、最上部配線９６０及び中間配線９４０により上面及び下面が覆われている少なくとも一つ以上の上部島状絶縁体９４５Iが形成されている。図示されたような上部島状絶縁体９４５Iのアレイが望ましい例として形成される。
【００２７】
上部島状絶縁体９４５Iの数及び／又は大きさは上部一体型導電性プラグ９５０と最上部配線９６０とが接触する面積を最上部配線９６０の面積の１０％以上にできる範囲内で決定する。接触面積を１０％以上にすることにより、一定値以上の電流をボンディングパッド部に流しうる。望ましくは、離隔された島状絶縁体の配列とも呼ばれる複数個の島状絶縁体９４５Iは島状絶縁体９４５Iの幅を縮める。すなわち、最上部配線９６０と中間配線９４０との間に挟まれる絶縁膜は、上部一体型導電性プラグ９５０内に複数個の島状絶縁体９４５Iに区画される。このため、もし、一つの島状絶縁体９４５Iに亀裂が生じたとしても、残りの島状絶縁体９４５Iは亀裂されない。一般に、ボンディングパッドとして機能する最上部配線９６０は四角形であり、１００μｍ×１００μｍの大きさを有する。上部島状絶縁体９４５I間の間隔は、望ましくは、約０．３μｍないし１０μｍにする。特に、複数個の島状絶縁体９４５Iは上部一体型導電性プラグ９５０が篩状に形成され、このため、島状絶縁体９４５Iが所定値以上のストレス下でも亀裂されないようにマトリックス状に配される。
【００２８】
中間配線９４０と下部配線９２０との間の接続構造も、中間配線９４０と最上部配線９６０との間の接続構造と同一に構成する。すなわち、少なくとも一つ以上の下部島状絶縁体９２５Iを内在した下部一体型導電性プラグ９３０により中間配線９４０及び下部配線９２０を電気的に接続させる。
【００２９】
前述したボンディングパッドの構造は、本発明の第１実施形態による３層配線である。しかし、前記ボンディングパッドの構造は最上部配線９６０及び中間配線９４０を含む２層配線または多層配線でありうる。
【００３０】
本発明の第１実施形態によるボンディングパッドの構造の効果を最上部配線９６０及び中間配線９４０を接続させる構造を参照して述べる。本発明によるボンディングパッドの構造は、最上部配線（図３の２６０参照）及び最下部配線（図３の２３０参照）が一体型絶縁膜（図３の２５０参照）により絶縁され、絶縁膜２５０内の独立的な複数個の導電性プラグ（図３の２４５参照）が最上部配線２６０及び最下部配線２３０を接続させる従来のボンディングパッド構造とは完全に逆の構造を採用している。すなわち、本発明によれば、最上部配線９６０及び中間配線９４０を接続させる導電性プラグ９５０は連続的な導電性プラグよりなっており、最上部配線９６０と中間配線９４０との間に挟まれる絶縁膜のほとんどが一体型導電性プラグ９５０内に少なくとも一つ以上の島状絶縁体９４５Iに区画される。
【００３１】
島状絶縁体９４５Iは、一体型導電性プラグ９５０により側壁が完全に覆われており、配線９６０，９４０により上面及び下面が覆われているので、極めて安定した構造を有している。このため、チップ分類及び／又はワイヤボンディング時に一定の機械的なストレスが加わるとしても、島状絶縁体９４５Iには亀裂が生じない。また、島状絶縁体９４５Iに亀裂が生じるとしても、亀裂が隣接した島状絶縁体９４５Iには伝播されない。
【００３２】
図１２は、本発明の第２実施形態によるボンディングパッド構造の平面図であり、図１３は、図１２に示されたボンディングパッド構造の斜視図であり、図１４は、図１２のXIV-XIV'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図であり、図１５は、図１２のXV-XV'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【００３３】
図１２ないし図１５を参照すれば、第２実施形態において、中間配線９４０'は連続的な板状に形成されるのではなく、上部及び下部一体型導電性プラグ９５０，９３０のように島状絶縁体９３５Iを含む。このため、中間配線内の島状絶縁体は上部及び下部一体型導電性プラグ９５０，９３０内の島状絶縁体と重複される。望ましくは、上部一体型導電性プラグ９５０内の島状絶縁体９４５I及び下部一体型導電性プラグ９３０内の島状絶縁体９２５Iが中間配線９４０'内の島状絶縁体９３５Iに接続されて一つの島状絶縁体Iを構成する。上部及び下部一体型導電性プラグ９５０，９３０内の島状絶縁体９４５I，９２５I及び中間配線９４０'内に内在した島状絶縁体９３５Iが接続されて一つの島状絶縁体Iを構成する場合、島状絶縁体Iの厚さが３つの絶縁体９２５I，９３５I，９４５Iの厚さの合計となるので、ストレスに対する耐性が大きくなる。
【００３４】
図１６は、本発明の第３実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
図１６を参照すれば、第３実施形態において、複数個の島状絶縁体９２５I，９４５Iはジグザグ状の配列であって、交互に形成される。
【００３５】
図１７は、本発明の第４実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
図１７を参照すれば、第４実施形態において、島状絶縁体９４５I'，９２５I'は円柱状である。また、島状絶縁体は三角柱または五角柱のように、各種の多角柱状に形成できる。
【００３６】
図１８は、本発明の第５実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
図１８を参照すれば、第５実施形態において、一体型導電性プラグ９３０'，９５０'は最上部配線のワイヤボンディング領域９７０により覆われた領域の外部の周辺領域の下部に限って形成され、絶縁体９２９，９４９は中央のワイヤボンディング領域９７０の下部に形成される。この第５実施形態によれば、ワイヤボンディング領域９７０の下部には亀裂の発生地として機能するプラグが形成されていないため、絶縁体９２９，９４９に亀裂が生ぜず、ワイヤボンディング領域の周りの領域の下部に形成された一体型導電性プラグ９３０'，９５０'により最上部配線９６０との所定の接触面積が確保される。
【００３７】
図１９は、本発明の第６実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
図１９を参照すれば、第６実施形態において、一体型導電性プラグ９３０'，９５０'の内部に形成される島状絶縁体９２５I'，９４５I'は帯状である。
【００３８】
図２０を参照して、本発明の第１実施形態によるボンディングパッド構造（図９参照）を形成する方法について述べる。
先ず、中間配線９４０及び最上部配線９６０を形成する段階を述べる。下地層９１０，９２０，９３０が形成されている集積回路基板９００上に中間配線９４０を形成する（ステップ２０００）。次に、中間配線９４０上に配線間絶縁膜９４５を形成する（ステップ２０１０）。配線間絶縁膜９４５は中間配線９４０上に絶縁物を堆積した後、これをエッチバック及び／又は化学機械的研磨工程により平坦化して形成する。
【００３９】
次に、上部一体型導電性プラグが形成される領域を限定するマスクを使って配線間絶縁膜９４５をパターニングする（ステップ２０２０）。これにより、中間配線９４０が部分的に露出され、少なくとも一つ以上の島状絶縁体９４５Iを限定する連続的なトレンチが形成される。
【００４０】
複数個の島状絶縁体９４５Iは、望ましくは、マトリックス状にまたはジグザグ状に配列されるようにパターニングする。島状絶縁体９４５I間の間隔、すなわち、トレンチの幅は約０．３μｍないし１０μｍとする。０．３μｍまたはそれ以上の間隔に形成する理由は、一つの島状絶縁体９４５Iで生じた亀裂が他の島状絶縁体９４５Iに伝播されないようにするためである。また、１０μｍまたはそれ以下の間隔に形成する理由は、島状絶縁体間のトレンチを導電性プラグにより十分に充填するためである。
【００４１】
次に、導電物質、例えば、タングステン、銅またはアルミニウムなどを使ってトレンチを充填する導電膜を形成する（ステップ２０３０）。続いて、トレンチを充填する導電膜をエッチバック及び／又は化学機械的研磨工程により平坦化して島状絶縁体９４５Iの側壁を覆う上部一体型導電性プラグ９５０を完成させる（ステップ２０４０）。上部一体型導電性プラグ９５０の上面の総面積は、望ましくは、形成される最上部配線９６０の面積の１０％以上にする。
【００４２】
また、他の方法としては、まず下部の導電膜と電気的に接続される固体導電膜を前記下部の導電膜上に形成する。次に、前記固体導電膜をエッチングして、固体導電膜を貫通し、互いに所定距離離隔された複数個のビアを形成する。次に、絶縁膜を前記固体導電膜上に、そして前記ビア内に形成する。最後に、前記絶縁膜をエッチバック及び／又は化学機械的研磨により前記固体導電膜上から除去し、前記絶縁膜をビア内に残留させる。
【００４３】
図２０の説明を続ければ、上部一体型導電性プラグ９５０の上面にボンディングパッドとして機能する最上部配線９６０を形成する（ステップ２０５０）。次に、最上部配線９６０上を含む全面にパッシベーション膜９８０を形成する（ステップ２０６０）。このパッシベーション膜９８０は、望ましくは、水分を浸透させず、ストレスに耐性があり、段差塗布性が大きく、さらに、均一に形成できる膜から形成する。続いて、パッシベーション膜９８０をパターニングして最上部配線９６０のワイヤボンディング領域９７０を露出させる（ステップ２０７０）。
【００４４】
中間配線９４０の下部層、すなわち、下部配線９２０及び下部一体型導電性プラグ９３０を形成する方法は、ステップ２０００（配線形成段階）ないしステップ２０４０（一体型導電性プラグ及び島状絶縁体の形成段階）の工程と同様にして、中間配線９４０の形成段階前に行われる。下部層状構造を形成する段階を繰り返し行うことにより、多層配線構造のボンディングパッドの構造を形成できるのは言うまでもない。
【００４５】
第２実施形態によるボンディングパッド構造（図１３及び図１４参照）の製造方法の場合、中間配線９４０'は上部及び下部一体型導電性プラグ９５０，９３０と同一の形態に形成する。すなわち、ステップ２０００ないし２０４０を通じて下部島状絶縁体９２５Iを内在した下部一体型導電性プラグ９３０を形成した後、ステップ２０１０ないしステップ２０４０を同一に行い、下部一体型の導電性プラグ９３０と部分的に重複する中間島状絶縁体９３５Iを内在した一体型の中間配線９４０'を形成する。上部一体型導電性プラグ９５０及び最上部配線９６０の形成段階は、第１実施形態の方法と同様にして行う。望ましくは、下部、中間及び上部島状絶縁体９２５I，９３５I，９４５Iが一つに接続されるように形成する。
【００４６】
本発明は下記の実験例を参考としてより詳細に説明されるが、この実験例が本発明を制限することはない。
＜実験例１＞
本発明によるボンディングパッド構造を有する第１試料を用意した。すなわち、基板上に４層のアルミニウム配線を形成し、約３．４μｍ間隔に離隔された島状絶縁体が内在した一体型タングステンプラグを各配線間に形成し、各配線を電気的に接続させた。最上部配線上にパッシベーション膜を形成した後、これをパターニングしてワイヤボンディング領域を露出させた。次に、ウェッジ方法によりワイヤをボンディングして試料を用意した。
【００４７】
ボンディングパッド構造を完成した後、ワイヤ引き強度測定装置を用い、ワイヤ引き強度を測定した。
本発明によるボンディングパッド構造を有する第１試料の数は１７０である。また、図３に示されているような従来のボンディングパッドを有する第１対照試料１９７個及び図７に示されたような従来のボンディングパッド構造を有する第２対照試料１７０個を各々用意した。対照試料に対しても同一の方法によりワイヤ引き強度を測定した。
【００４８】
測定結果を下記表１及び図２１に示す。図２１において、-○-にてプロットされたグラフは本発明によるボンディングパッド（第１試料）のワイヤ引き強度を、-△-にてプロットされたグラフは従来のボンディングパッド（第１対照試料）のワイヤ引き強度を、-□-にてプロットされたグラフは他の従来のボンディングパッド（第２対照試料）のワイヤ引き強度を各々表わす。累積分布（％）は引張り力を０ｇ重から１０ｇ重まで増やしつつ、ワイヤが剥がれる試料の数を百分率にて示した値である。表１において、累積分布は引き強度６ｇ重以下の値でワイヤが分離された試料の数を百分率にて示した値である。
【００４９】
【表１】
0003952260.tif 000002
表１及び図２１の結果から、本発明によるパッドが従来のパッドよりもワイヤ引き強度が大きいということが分かる。
【００５０】
＜実験例２＞
実験例１の方法と同様にして形成した第１試料と第１及び第２対照試料を対象として、ワイヤと、ボンディングパッドとして機能するアルミニウム配線間の接触が不良なためにワイヤが剥がれるパッドオープン現象及びボンディング時に配線膜が剥がれる配線オープン現象を各々測定した。さらに、パッドオープン及び配線オープンを測定した後、第１試料１５８個、第１対照試料１４０個及び第２対照試料１４２個に対して最上部アルミニウム配線下部の島状絶縁体または配線間絶縁膜で生じる亀裂の数を測定した。亀裂の数は各試料のパッシベーション膜及び最上部アルミニウム配線を適切なエッチング液を使って除去した後、走査電子顕微鏡を使って測定した。その結果を下記表２及び図２２に示す。
【００５１】
【表２】
0003952260.tif 000003
【００５２】
表２及び図２２を参照すれば、従来のパッド構造を採用した第１対照試料及び第２対照試料では亀裂が多数生じたのに対し、本発明によるパッド構造を採用した第１試料では亀裂が全く生じなかった。また、亀裂が生じなかったため、第１試料では配線オープン現象も見られず、パッドオープン現象の頻度も従来のパッド構造に比べて著しく減った。
【００５３】
本発明のボンディングパッド構造によれば、最上部配線及び最上部配線下部の配線が連続的な導電性プラグにより連結されるため、所定大きさ以上の接触面積を確保できる。このため、十分な量の電流をボンディングパッド構造内に伝達できる。
【００５４】
また、最上部配線と下部配線との間の絶縁膜が一体型導電性プラグ内に閉じ込められた島状絶縁体から形成される。このため、チップ分類のためにプローブピンが置かれるとき、またはワイヤがボンディングされるときに加わる物理的なストレスにより絶縁体内に亀裂が生じることが減る。しかも、絶縁体が島状に形成されるので、周りの他の絶縁体に亀裂が伝播されることが防止される。
【００５５】
図８ないし図１１を参照すれば、本発明による各種の実施形態において、複数の島状絶縁体９４５Iが一列に配列され、上部一体型導電性プラグ９５０が篩パターンとなっている。この上部一体型導電性プラグ９５０の篩配列は、上部一体型導電性プラグ９５０及び島状絶縁体９４５Iの間にストレスがあっても、不安定な上部一体型導電性プラグ９５０がずれる可能性を低める。したがって、所定値以上のストレス下でも島状絶縁体９４５Iに亀裂が生じない。あるいは、亀裂が生じても、他の島状絶縁体９４５Iに亀裂が伝播されない。
【００５６】
図８に示される島状絶縁体９４５I間の間隔Ｄ１は他の島状絶縁体９４５Iへの亀裂の伝播有無及び製造工程条件を考慮して決定される。すなわち、島状絶縁体９４５I間の間隔Ｄ１は一つの島状絶縁体９４５Iで生じた亀裂が他の島状絶縁体９４５Iに伝播されないように十分に大きい必要がある。また、島状絶縁体９４５Iを先に形成し、これらの間及び上部にタングステンなどの導電物質を形成した後、この導電物質を平坦化して上部一体型導電性プラグ９５０を形成する本発明による実施形態において、島状絶縁体９４５Iが前記導電物質により完全に取り囲まれるように島状絶縁体９４５I間の最大の間隔は製造工程中に形成される導電物質の厚さの２倍以下となることが望ましい。
【００５７】
上部島状絶縁体９４５I間の間隔Ｄ１は０．３μｍないし１０μｍ程度にすることが望ましい。上部一体型導電性プラグ９５０を形成するために使用される導電物質が０．４μｍないし１μｍ程度の厚さを有する本発明による実施形態において、上部島状絶縁体９４５I間の間隔は０．３μｍないし２μｍ程度にすることが望ましい。一般に、最上部配線９６０はボンディングパッドとして機能し、四角形で約１００μｍ×１００μｍの大きさである。
【００５８】
図２３ないし図２６は本発明のさらに他の実施形態として、非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の配列を示した平面図である。図２３及び図２４に示された実施形態では、横配列の島状絶縁体が互いに非整列とされているか、またはオフセットされている。このため、島状絶縁体の頂点の部分が２つずつだけ互いに隣接されている。互いに隣接した島状絶縁体の頂点の部分またはエッジ数を減らすことにより、写真エッチング工程時に回折される光の量を減らしうる。
【００５９】
本発明による他の実施形態として、縦配列の島状絶縁体が互いに非整列とされているか、またはオフセットされている場合がある。さらに、横及び縦配列両方の島状絶縁体が非整列とされている場合もある。隣接する横配列及び／又は縦配列は例えば半距離だけ互いにオフセットされている。１つおきに横配列及び／又は縦配列は整列されており、隣接する横配列及び／又は縦配列はその間が半距離だけ非整列であるか、或いはオフセットされている。他の間隔を使用できることもちろんである。
【００６０】
本発明によるさらに他の実施形態として、島状絶縁体のエッジが例えば図２５に示されたように非整列とされている場合がある。図２５に示されたように、非整列配列の横方向のエッジ２５０１〜２５０６は隣接するエッジ同士が非整列となっている。非整列のエッジ２５０１〜２５０６は写真エッチング工程中に回折される光の量を一層低減できる。縦方向のエッジが非整列とされている場合もある。
【００６１】
図２６に示されたように、横方向及び縦方向両方のエッジ２６０１〜２６０９が互いに非整列とされている場合がある。特に、非整列配列の横方向のエッジ２６０１〜２６０５は互いに対して非整列であり、非整列配列の縦方向のエッジ２６０６〜２６０９も互いに対して非整列である。横及び縦方向共に非整列であるエッジは写真エッチング工程中に回折される光の量をより一層低減できる。
【００６２】
本発明の図２５及び図２６による実施形態と違って、図８において例として説明した島状絶縁体の横配列及び縦配列は整列されている。このように整列された配列においては、島状絶縁体の４つの頂点が互いに隣接している。したがって、写真エッチング工程において、島状絶縁体の各頂点で生じる回折が重複されて頂点に当たるパターン部を丸めて島状絶縁体の臨界値を変える。したがって、島状絶縁体を取り囲む導電膜の厚さは、島状絶縁体を導電膜により完全に取り囲むために厚い必要がある。要するに、図８の配列においては、４つの頂点が互いに隣接されているため、一層多くの回折が引き起こされ、これは不明確なエッジを作る。
【００６３】
上部島状絶縁体９４５I及び下部島状絶縁体９２５Iは相互で非整列とされている場合がある。例えば、上部島状絶縁体９４５Iは図２３に示されたように非整列で配列され、下部島状絶縁体９２５Iは例えば図８に示されたように整列配列される。
【００６４】
再び図２４を参照すれば、検査器のプローブピンがワイヤボンディング領域９７０に横方向に置かれる場合、検査器のプローブピンにより加わる力は下部及び上部一体型導電性プラグ９３０，９５０に沿って連続的に伝播され、上部及び下部島状絶縁体９４５I，９２５Iにより遮断される。したがって、プローブピンの力（すなわち、せん断力）に対する抵抗が例えば、図８に示された整列された配列の抵抗に比べて増える。望ましくは、島状絶縁体間の間隔Ｄ２は一つの島状絶縁体で生じた亀裂が他の島状絶縁体に伝播できない程度に十分大きくする。島状絶縁体間の最大の間隔は、望ましくは、下部及び上部一体型導電性プラグを形成するための導電物質の厚さの２倍以下にする。
【００６５】
この実施形態において、固体中間配線９４０を図１０に示すように板状に形成でき、または図１４に示すように、島状絶縁体が内在するようにも形成できる。したがって、固体中間配線９４０は上部及び下部一体型導電性プラグ９５０，９３０と重複され、さらに図１４の固体中間配線９４０'である場合は上部及び下部一体型導電性プラグ９５０，９３０と一致する。
【００６６】
本発明によるさらに他の実施形態として、ボンディングパッドは図２７に示されたように金属バンパ層２７００を含みうる。金属バンパ層２７００は絶縁物質２７４５により取り囲まれた導電性プラグ２７５０上に形成された上部配線２７６０上にある。上部ボンディングパッド層２７０５は金属バンパ層２７００上に形成される。上部ボンディングパッド層２７０５は金属バンパ層２７００の真上にある。
【００６７】
製造時に、検査プローブは集積回路の部分が検査可能のように上部ボンディングパッド層２７０５と繰り返し接触する。その後、ワイヤが例えば、図１０に示されたように、上部ボンディングパッド層２７０５にボンディングされる。金属バンパ層２７００は検査プローブの反復的な接触が上部導電性プラグ２７５０と上部配線２７６０との間の機械的な結合を減少させる可能性を減らす。したがって、この実施形態は検査プローブによる反復的な接触の結果として上部配線２７６０が上部導電性プラグ２７５０から剥がれる可能性を減らすことにより、集積回路の信頼性を向上できる。
【００６８】
従来のボンディングパッド構造において、検査プローブは上部導電性プラグ及び絶縁物質の部分が露出されるように上部配線に食い込む。したがって、ボンディングパッドにワイヤをボンディングするのに使用されるソルダは十分なボンディング接着力を与えない露出された絶縁物質と接触し、上部配線は上部導電性プラグから剥がれる。
【００６９】
本発明によるボンディングパッド構造は、第１絶縁膜２７１０上に下部配線２７４０を形成することにより製造できる。下部配線２７４０はアルミニウムまたは銅などの金属でありうる。もちろん、他の金属も使用できる。下部配線２７４０がパターニングされ、酸化膜などの第２絶縁膜２７４５がその上部に形成される。第２絶縁膜２７４５はその内部にビアを形成するためにパターニングされる。上部導電性プラグ２７５０はエッチバック工程または化学機械的研磨（ＣＭＰ）を利用してビア内に形成される。上部導電性プラグ２７５０はタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの導電物質でありうる。もちろん、他の導電物質も使用できる。ＴｉまたはＴｉＮなどのバリア層（図示せず）を下部配線２７４０と第２絶縁膜２７４５との間に蒸着することもできる。
【００７０】
第２配線２７６０は第２絶縁膜２７４５及び上部導電性プラグ２７５０上に形成される。金属バンパ層２７００は、図２７に示されたように、エッチバック工程、または図２８に示されたように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を利用して第２配線２７６０上に形成される。金属バンパ層２７００は４００Å程度の厚さでありうる。金属バンパ層２７００は集積回路の内部領域のプラグと同時に形成できる。上部ボンディングパッド層２７０５は８，０００Åないし１０，０００Å程度の厚さで金属バンパ層２７００上に形成できる。金属バンパ層２７００及び上部ボンディングパッド層２７０５の結合厚さは１２，０００Åないし１４，０００Å程度の範囲にある。図２８に示されたように、金属バンパ層２７００及び上部ボンディングパッド層２７０５の厚さはエッチバック工程または化学機械的研磨（ＣＭＰ）を補償するように調節できる。
【００７１】
金属バンパ層２７００はタングステンを含む。もちろん、他の金属も使用できる。金属バンパ層２７００はまた、図８ないし図２２及び図２３ないし図２６を参照して説明した本発明による所定距離離隔された島状絶縁体及び一体型導電性プラグを含むボンディングパッド構造として形成できる。
【００７２】
図２９は、本発明による島状絶縁体２９０５が内在された金属バンパ層２９００を有するボンディングパッド構造の実施形態を説明する断面図である。図２９に示されたように、島状絶縁体２９０５は金属バンパ層２９００内に位置され、外部エッジ側に位置する。したがって、金属バンパ層２９００の内部領域は外部エッジ側に位置する島状絶縁体２９０５よりも少数の島状絶縁体２９０５を有する。ある具体例においては、金属バンパ層２９００の内部領域には島状絶縁体２９０５がない。したがって、本発明による実施形態は金属バンパ層２９００の内部領域に加わったストレスにより敏感ではなく、このため、接着が緩む可能性はほとんどない。
【００７３】
図３０は、本発明による金属バンパ層３０００を有するボンディングパッド構造の他の実施形態を説明する断面図である。図３０に示されたように、第２導電膜３０１０及び上部導電性プラグ３０２０はダマシン工程を利用して形成される。また、金属バンパ層３０００及び上部ボンディングパッド層３００５は１２，０００Åないし１４，０００Å程度の範囲の厚さを有する単一層で形成される。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のボンディングパッド構造によれば、最上部配線と最上部配線下部の配線が連続的な導電性プラグにより連結されるため、所定大きさ以上の接触面積を確保できる。このため、十分な量の電流をボンディングパッド構造内に伝達できる。
【００７５】
また、最上部配線と下部配線との間の絶縁膜は一体型導電性プラグ内に閉じ込められた島状絶縁体から形成される。したがって、チップ分類のためにプローブピンが置かれるとき、またはワイヤがボンディングされるときに加わる物理的なストレスにより絶縁体内に亀裂が生じることが減る。しかも、絶縁体が島状に形成されるため、周りの他の絶縁体に亀裂が伝播されることも防止される。
【００７６】
上部一体型導電性プラグは一具体例では複数個の島状絶縁体が一列に配列され、篩の形となっている。したがって、上部一体型導電性プラグと島状絶縁体との間にストレスがあっても、上部一体型導電性プラグの篩配列は不安定な上部一体型導電性プラグが剥がれる可能性を減らす。このため、所定値以上のストレス下でも島状絶縁体に亀裂が生じない。あるいは、亀裂が生じても、他の島状絶縁体に亀裂が伝播されない。
【００７７】
一方、横配列及び／又は縦配列の島状絶縁体は一具体例では互いに非整列とされているか、或いはオフセットされており、このとき、島状絶縁体の頂点の部分が２つずつだけ互いに隣接されている。したがって、互いに隣接した島状絶縁体の頂点の部分またはエッジの数を減らすことにより、写真エッチング工程時に回折される光の量を低減できる。
【００７８】
ボンディングパッドは金属バンパ層を含みうるが、金属バンパ層は検査プローブの反復的な接触によって上部導電性プラグと上部配線との間の機械的な結合が低減することを減らす。このため、本発明は検査プローブによる反復的な接触の結果として上部配線が上部導電性プラグから剥がれることを減らすことにより、集積回路の信頼性を向上できる。
【００７９】
また、本発明は島状絶縁体が内在された金属バンパ層を有するボンディングパッド構造でありうるが、島状絶縁体が内在された金属バンパ層を有するボンディングパッド構造は金属バンパ層の内部領域に加わったストレスにより敏感ではなく、このため、接着が緩む可能性はほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】リードフレームに接合された集積回路の概略図である。
【図２】図１に示された従来のボンディングパッド構造の拡大平面図である。
【図３】図２に示されたボンディングパッド構造の斜視図である。
【図４】図２のIV-IV'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図５】図２のV-V'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図６】従来の他のボンディングパッド構造の平面図である。
【図７】図６のVII-VII'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
【図９】図８に示されたボンディングパッド構造の斜視図である。
【図１０】図８のX-X'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図１１】図８のXI-XI'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
【図１３】図１２に示されたボンディングパッド構造の斜視図である。
【図１４】図１２のXIV-XIV'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図１５】図１２のXV-XV'線に沿って切り取ったボンディングパッド構造の断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
【図１９】本発明の第６実施形態によるボンディングパッド構造の平面図である。
【図２０】本発明によるボンディングパッド構造の製造方法を示すブロック図である。
【図２１】本発明によるボンディングパッド構造にボンディングされたワイヤの引き強度を従来のボンディングパッドと比較して示した特性図である。
【図２２】本発明によるボンディングパッド構造におけるパッドオープン及び配線オープンを従来のボンディングパッド構造と比較して示した特性図である。
【図２３】本発明による非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の配列を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する平面図である。
【図２４】本発明による非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の配列を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する平面図である。
【図２５】本発明による非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の配列を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する平面図である。
【図２６】本発明による非整列の所定距離離隔された島状絶縁体の配列を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する平面図である。
【図２７】本発明による金属バンパ層を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する断面図である。
【図２８】本発明による金属バンパ層を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する断面図である。
【図２９】本発明による金属バンパ層を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する断面図である。
【図３０】本発明による金属バンパ層を含むボンディングパッド構造の実施形態を説明する断面図である。
【符号の説明】
９２０  下部配線
９３０  下部一体型導電性プラグ
９４０  中間配線
９５０  上部一体型導電性プラグ
９６０  最上部配線
９２５Ｉ  下部島状絶縁体
９４５Ｉ  上部島状絶縁体
９２５，９４５  層間絶縁膜
９７０  ワイヤボンディング領域
【図１】
0003952260.tif 000004
【図２】
0003952260.tif 000005
【図３】
0003952260.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003952260.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0003952260.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0003952260.tif 000031
【図２９】
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【図３０】
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