(57)【要約】【課題】ボンディング時に発生するクラックへの対応を、より高めた半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法を提供する。【解決手段】電極パッド９ａの形成位置において、最上層メタル配線層９よりも１層だけ下層のメタル配線層である１層下メタル配線層からなり、電極パッド９ａの下に配置された保護用メタル層３と、電極パッド９ａの形成位置で保護用メタル層３と最上層メタル配線層９の間に配置された、最上層層間膜５よりも軟らかい材料からなる保護層１１と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に複数層の層間膜と複数層のメタル配線層が交互に積層され、最上層層間膜及び最上層メタル配線層上に最終保護膜が形成され、最上層メタル配線層の所定部分の上の最終保護膜にパッド開口部が形成されてパッド開口部に露出している部分の最上層メタル配線層が電極パッドを構成している半導体集積回路装置において、
前記最上層メタル配線層よりも１層だけ下層のメタル配線層である１層下メタル配線層からなり、前記電極パッドの下に配置された保護用メタル層と、
前記電極パッドの形成位置で前記保護用メタル層と前記最上層メタル配線層の間に配置された、前記最上層層間膜よりも軟らかい材料からなる保護層と、を備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
前記保護層の平面形状は前記パッド開口部の平面形状と同じである請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【請求項３】
前記保護層はポリイミド膜によって形成され、前記最上層層間膜はシリコン酸化膜によって形成されている請求項１又は２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記保護層は前記最上層メタル配線層と同じ材料によって形成されている請求項１又は２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記電極パッドの形成位置で前記保護用メタル層と前記最上層メタル配線層の間に、前記保護層よりも硬い材料からなり破壊されることで衝撃を吸収することを目的とした第２保護層をさらに備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項６】
前記第２保護層は前記保護層よりも上層側に配置されている請求項５に記載の半導体集積回路装置。
【請求項７】
前記電極パッドは、プロービング及びボンディング兼用のものである請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項８】
前記電極パッドは前記半導体基板に形成された素子上に配置されている請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項９】
前記素子はＩ／Ｏセルである請求項８に記載の半導体集積回路装置。
【請求項１０】
半導体基板上に複数層の層間膜と複数層のメタル配線層が交互に積層され、最上層層間膜及び最上層メタル配線層上に最終保護膜が形成され、最上層メタル配線層の所定部分の上の最終保護膜にパッド開口部が形成されてパッド開口部に露出している部分の最上層メタル配線層が電極パッドを構成している半導体集積回路装置の製造方法において、以下の工程（Ａ）〜（Ｇ）をその順に含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
（Ａ）前記最上層層間膜よりも１層だけ下層の層間膜からなる１層下層間膜上の所定の位置に前記最上層メタル配線層よりも１層だけ下層のメタル配線層からなる１層下メタル配線層を形成する際に、前記電極パッドの形成予定位置に前記１層下メタル配線層からなる保護用メタル層を形成する１層下メタル配線層形成工程と、
（Ｂ）前記１層下層間膜上及び前記１層下メタル配線層上に前記最上層層間膜を形成する最上層層間膜形成工程と、
（Ｃ）写真製版技術及びエッチング技術によって前記電極パッドの形成予定位置の前記最上層層間膜を除去する最上層層間膜エッチング工程と、
（Ｄ）前記最上層層間膜エッチング工程で前記最上層層間膜が除去された部分に前記最上層層間膜よりも軟らかい材料を埋め込んで保護層を形成する保護層形成工程と、
（Ｅ）前記保護層上及び前記最上層層間膜上の所定の位置であって少なくとも前記電極パッドの形成予定位置を含む位置に前記最上層メタル配線層を形成する最上層メタル配線層形成工程と、
（Ｆ）前記最上層層間膜及び前記最上層メタル配線層上に最終保護膜を形成する最終保護膜形成工程と、
（Ｇ）写真製版技術及びエッチング技術によって前記電極パッドの形成予定位置の前記最終保護膜を除去して前記パッド開口部を形成し、前記パッド開口部に前記最上層メタル配線層を露出させて前記電極パッドを形成するパッド開口部形成工程。
【請求項１１】
前記最上層層間膜エッチング工程（Ｃ）と前記パッド開口部形成工程（Ｇ）とで同一のフォトマスクを用いる請求項１０に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】
前記最上層層間膜形成工程（Ｂ）で前記最上層層間膜をシリコン酸化膜によって形成し、
前記保護層形成工程（Ｄ）で前記保護層をポリイミド膜によって形成する請求項１０又は１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１３】
前記保護層形成工程（Ｄ）は前記保護層を前記最上層メタル配線層と同じ材料によって形成する工程であり、
前記保護層形成工程（Ｄ）を、前記最上層メタル配線層形成工程（Ｅ）で前記最上層メタル配線層を形成するのと同時に行なう請求項１０又は１１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１４】
前記保護層形成工程（Ｄ）で、前記最上層層間膜が除去された部分に、前記保護層と、前記保護層よりも硬い材料からなり破壊されることで衝撃を吸収することを目的とした第２保護層を形成する請求項１０から１２のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１５】
前記保護層形成工程（Ｄ）で、前記第２保護層を前記保護層よりも上層側に形成する請求項１４に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１６】
前記電極パッドを前記半導体基板に形成された素子上に配置する請求項１０から１５のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１７】
前記素子はＩ／Ｏセルである請求項１６に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法に関し、特に、電極パッドに対するプロービング時やボンディング時に発生するクラックへの、機械的な強度を増した半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４〜図７は、従来の半導体集積回路の構造例及び形成例を示している。図４は従来のＩ／Ｏセル（５層メタル構造の場合）、図５〜図７は一般的なＩ／Ｏセル上に配置されたＰＡＤ（５層メタル構造の場合）、を夫々示している。従来、特に最近の半導体集積回路は、チップサイズ縮小の為、Ｉ／Ｏセルの上にＰＡＤが配置されているものがある。この場合、その下層にあるＩ／Ｏセルに対し、プロービングやボンディングによるダメージを緩和するために、ＴＯＰメタル（ＰＡＤメタル）の直下層のメタルを、衝撃吸収の目的だけのために配置している。また、これらプロービングとボンディングの衝撃を分散させる方法として、夫々のＰＡＤを独自に持つことも実施されている（図５中の５層Metalの例を参照）。
【０００３】
図５に示すように、上述したようなＩ／Ｏセルの上部にＰＡＤが配置されているものは、通常プロービング及びボンディングによる衝撃は大きく、これら用のＰＡＤは電気的にお互い接続された状態でそれぞれに専用に設けられている。
【０００４】
図４に示すように、Ｉ／Ｏセル上には通常、電源用の太いメタルが配線されて、５層メタルの場合はメタルＭ５、Ｍ４、Ｍ３などを用いてその電源ラインを形成しているが、Ｉ／Ｏセル上にＰＡＤを配置するためには、ＰＡＤで使用しているＰＡＤメタル（ＴＯＰメタル）は、このＰＡＤが配置されているエリアには配線に使用することができない。通常Ｉ／Ｏセル上のＰＡＤは２つ必要になるため、これらによるＴＯＰメタルでの電源配線の減少はＩ／Ｏセルへの電源供給を大きく減らすことになり、他のメタル層での電源に頼ることになる。
【０００５】
また、上述したように、このプロービングやボンディングによる衝撃が大きいので、最近ではその衝撃を緩和させるために、ＴＯＰメタル（ＰＡＤメタル）のすぐ下の層のメタルを衝撃吸収の目的だけのために配置している。これらはフローティングで配置されたりＴＯＰメタルとＶＩＡで接続したりして配置されている。しかし、図５に示すように、このメタルもＰＡＤメタルと同様、これを配置するためには、もともとそのメタル層で走らせているＩ／Ｏセル上の電源ラインを外す必要があり、これによりさらなる電流供給量の低下が起こっており、電流量確保のためにＩ／Ｏセル部のエリアを広げる必要が出てきている。
【０００６】
図５に示すように、通常Metal（メタル）Ｍ５、Ｍ４、Ｍ３の３層程度で形成されていた電源あるいはＧＮＤラインは（図４参照）、Ｉ／Ｏセル上にＰＡＤを置くことで、メタルＭ５は全く配置することができず、メタルＭ４も衝撃吸収の目的で配置される必要があるため、大幅に削除され、実質メタルＭ３のみとなってしまう。
【０００７】
また最近では、量産のばらつきなどでプロービング及びボンディングによるダメージが想定以上に大きくなり、ＰＡＤメタルの下１層のメタルを用いたこの構成では衝撃を吸収できず、その下層にクラックが発生（図７参照）するなどにより、さらにもう一層下のメタルもこの衝撃吸収の目的だけのために配置しなければならないことが報告されている。しかし、これを配置する場合、さらなるＩ／Ｏセル上の電源ライン削除の必要につながるが、安易に削除すればＩ／Ｏセルの特性への影響が出てくるため出来ず、Ｉ／Ｏセルのサイズ見直しなどの必要にもつながる。また量産されている製品に対してこのような対策を加える必要が出た場合、レイアウト設計からの見直しが必要なため、設計リソースが必要なだけでなく、レティクルの改訂も必要となる。
【０００８】
量産時にこのような問題が発生し、多くの量産されている製品にこのような対策を同時に入れる必要が出た場合、これらリソース、費用の確保は大きな問題となる。
【０００９】
プロービングやボンディングによるダメージを緩和するための方法は、以下に述べる公開文書にも、他の文献を引用しながら記載されている。例えば、そのＰＡＤの下のMetal形状を工夫することで、プロービングとボンディングで、そこにかかる応力を減らすという考え方が記載されている（例えば特許文献１）。
【００１０】
また、このＰＡＤ部を、ひとつのＰＡＤ領域内で、ボンディング部とプロービング部に領域を分け、そのボンディング部に関しては、Ｉ／Ｏ回路領域外に位置することで、ボンディングによるＩ／Ｏセルで使用して、半導体素子への影響が無いようにしている（これに関しては、チップサイズが大きくなるため意味がない）技術が開示されている（例えば特許文献２）。
【００１１】
また、ＴＯＰメタルとその直下のメタル間に、格子状のＶＩＡを配置する技術も開示されている（例えば特許文献３、４）。さらに、ＶＩＡではなく、補強構造という表現ではあるが、同様の考え方でＶＩＡを配置することでの、補強に関する技術も開示されている（例えば、特許文献５）。
【００１２】
一方、この衝撃を吸収する方法として、このＰＡＤ下部に配置され、特性の変動を押えたい半導体素子領域を避けた形で、補強用ＶＩＡを複数配置するという技術が開示されている（例えば特許文献６）。こうすることで、衝撃がこのＶＩＡに向かう為、結果的に、この半導体領域への衝撃が少なくなる、ということが述べられている。この前者と後者の考え方は、ＶＩＡの配置による強度の考え方では相反するものであり、場合によってどちらが良いかは、判らないと思われる。
【００１３】
以上の通り、従来技術としては、主にＰＡＤメタルの下層のＶＩＡを含めたメタルの形状によるものであり、この方法ではＰＡＤメタルの下層１層だけでは強度が持たず、クラックなどが発生することが解っている。このため、さらにもう一層下の配線層が、強度を確保する為に必要となり、結果的にこれら２層が、Ｉ／Ｏセルの電源ラインなどに使えなくなる為、特性に影響を及ぼす。
【００１４】
従来技術で、本願発明と技術的に最も近いものをあえて挙げれば、ＴＯＰメタルとその下のメタルの間に、何かを配置すると言う意味で、特許文献３、特許文献４が在る。これらは、ＶＩＡを工夫して置くものであるが、今回の発明とは、全く違うものである。
【００１５】
さらに、プロービング時の下層への影響（クラック）を、ダイシングの際に、このプロービングＰＡＤとボンディングＰＡＤとの接続を切り離すことで、この影響を削除するという技術も開示されている（例えば特許文献７）。
【特許文献１】特開２００７−０６７３３２号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１５８８号公報
【特許文献３】特開２００２−０１６０６９号公報
【特許文献４】特開２００５−２３６１２８号公報
【特許文献５】特開２００５−２３６２７７号公報
【特許文献６】特開２００７−１８０３６３号公報
【特許文献７】特開２００７−２３４９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した技術では、ボンディング時に発生する影響（クラック）は全く考慮されていないという問題を伴う。
【００１７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、電極パッドに対するプロービング時やボンディング時に発生するクラックへの対応を高めた半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明にかかる半導体集積回路装置は、半導体基板上に複数層の層間膜と複数層のメタル配線層が交互に積層され、最上層層間膜及び最上層メタル配線層上に最終保護膜が形成され、最上層メタル配線層の所定部分の上の最終保護膜にパッド開口部が形成されてパッド開口部に露出している部分の最上層メタル配線層が電極パッドを構成している半導体集積回路装置であって、上記最上層メタル配線層よりも１層だけ下層のメタル配線層である１層下メタル配線層からなり、上記電極パッドの下に配置された保護用メタル層と、上記電極パッドの形成位置で上記保護用メタル層と上記最上層メタル配線層の間に配置された、上記最上層層間膜よりも軟らかい材料からなる保護層と、を備えたものである。本願特許請求の範囲及び本明細書において、最上層層間膜よりも軟らかい材料とは、最上層層間膜よりも外力に起因して変形しやすい材料であることを意味する。
【００１９】
本発明の半導体集積回路装置において、上記保護層の平面形状は上記パッド開口部の平面形状と同じである例を挙げることができる。ただし、保護層の平面形状はパッド開口部の平面形状とは異なっていてもよい。
【００２０】
また、上記最上層層間膜がシリコン酸化膜によって形成されている場合、上記保護層は、シリコン酸化膜よりも機械的強度が高く延性を備えている材料、例えばポリイミド膜によって形成されている例を挙げることができる。ポリイミド膜は従来の半導体製造プロセスで使用されている。
【００２１】
また、上記保護層は上記最上層メタル配線層と同じ材料によって形成されている例を挙げることができる。
【００２２】
また、上記電極パッドの形成位置で上記保護用メタル層と上記最上層メタル配線層の間に、上記保護層よりも硬い材料からなり破壊されることで衝撃を吸収することを目的とした第２保護層をさらに備えている例を挙げることができる。本願特許請求の範囲及び本明細書において、保護層よりも硬い材料とは、保護層よりも外力に起因して変形しにくい材料であることを意味する。
ここで、上記第第２保護層は上記保護層よりも上層側に配置されている例を挙げることができる。ただし、第２保護層は保護層よりも下層側に配置されていてもよい。
【００２３】
また、上記電極パッドは、プロービング及びボンディング兼用のものである例を挙げることができる。
【００２４】
また、上記電極パッドは上記半導体基板に形成された素子上に配置されている例を挙げることができる。その素子の一例はＩ／Ｏセルである。ただし、電極パッドは素子上に配置されていなくてもよい。
【００２５】
本発明にかかる半導体集積回路装置の製造方法は、半導体基板上に複数層の層間膜と複数層のメタル配線層が交互に積層され、最上層層間膜及び最上層メタル配線層上に最終保護膜が形成され、最上層メタル配線層の所定部分の上の最終保護膜にパッド開口部が形成されてパッド開口部に露出している部分の最上層メタル配線層が電極パッドを構成している半導体集積回路装置の製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｇ）をその順に含む。
（Ａ）上記最上層層間膜よりも１層だけ下層の層間膜からなる１層下層間膜上の所定の位置に上記最上層メタル配線層よりも１層だけ下層のメタル配線層からなる１層下メタル配線層を形成する際に、上記電極パッドの形成予定位置に上記１層下メタル配線層からなる保護用メタル層を形成する１層下メタル配線層形成工程と、
（Ｂ）上記１層下層間膜上及び上記１層下メタル配線層上に上記最上層層間膜を形成する最上層層間膜形成工程と、
（Ｃ）写真製版技術及びエッチング技術によって上記電極パッドの形成予定位置の上記最上層層間膜を除去する最上層層間膜エッチング工程と、
（Ｄ）上記最上層層間膜エッチング工程で上記最上層層間膜が除去された部分に上記最上層層間膜よりも軟らかい材料を埋め込んで保護層を形成する保護層形成工程と、
（Ｅ）上記保護層上及び上記最上層層間膜上の所定の位置であって少なくとも上記電極パッドの形成予定位置を含む位置に上記最上層メタル配線層を形成する最上層メタル配線層形成工程と、
（Ｆ）上記最上層層間膜及び上記最上層メタル配線層上に最終保護膜を形成する最終保護膜形成工程と、
（Ｇ）写真製版技術及びエッチング技術によって上記電極パッドの形成予定位置の上記最終保護膜を除去して上記パッド開口部を形成し、上記パッド開口部に上記最上層メタル配線層を露出させて上記電極パッドを形成するパッド開口部形成工程。
【００２６】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法において、上記最上層層間膜エッチング工程（Ｃ）と上記パッド開口部形成工程（Ｇ）とで同一のフォトマスクを用いる例を挙げることができる。ただし、上記最上層層間膜エッチング工程（Ｃ）と上記パッド開口部形成工程（Ｇ）とで別々のフォトマスクを用いてもよい。
【００２７】
また、上記最上層層間膜形成工程（Ｂ）で上記最上層層間膜をシリコン酸化膜によって形成し、上記保護層形成工程（Ｄ）で上記保護層をポリイミド膜によって形成する例を挙げることができる。
【００２８】
また、上記保護層形成工程（Ｄ）は上記保護層を上記最上層メタル配線層と同じ材料によって形成する工程であり、上記保護層形成工程（Ｄ）を、上記最上層メタル配線層形成工程（Ｅ）で上記最上層メタル配線層を形成するのと同時に行なう例を挙げることができる。
【００２９】
また、上記保護層形成工程（Ｄ）で、上記最上層層間膜が除去された部分に、上記保護層と、上記保護層よりも硬い材料からなり破壊されることで衝撃を吸収することを目的とした第２保護層を形成する例を挙げることができる。
ここで、上記第２保護層を上記保護層よりも上層側に形成する例を挙げることができる。
【００３０】
また、上記電極パッドを上記半導体基板に形成された素子上に配置する例を挙げることができる。上記素子の一例はＩ／Ｏセルである。ただし、電極パッドを素子上に配置しなくてもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の半導体集積回路装置では、最上層メタル配線層よりも１層だけ下層のメタル配線層である１層下メタル配線層からなり、電極パッドの下に配置された保護用メタル層と、電極パッドの形成位置で保護用メタル層と最上層メタル配線層の間に配置された、最上層層間膜よりも軟らかい材料からなる保護層と、を備えているようにしたので、電極パッド下で保護用メタル層と最上層メタル配線層の間に最上層層間膜のみが配置されている場合に比べて、電極パッドに対するプロービング時やボンディング時に電極パッドが受ける衝撃を保護層が変形することによって吸収することができる。これにより、保護用メタル層よりも下層側でクラック等のダメージが発生するのを防止することができる。
【００３２】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法では、最上層層間膜よりも１層だけ下層の層間膜からなる１層下層間膜上に１層下メタル配線層を形成する際に、電極パッドの形成予定位置に１層下メタル配線層からなる保護用メタル層を形成する１層下メタル配線層形成工程（Ａ）、１層下層間膜上及び１層下メタル配線層上に最上層層間膜を形成する最上層層間膜形成工程（Ｂ）、写真製版技術及びエッチング技術によって電極パッドの形成予定位置の最上層層間膜を除去する最上層層間膜エッチング工程（Ｃ）、最上層層間膜エッチング工程で最上層層間膜が除去された部分に最上層層間膜よりも軟らかい材料を埋め込んで保護層を形成する保護層形成工程（Ｄ）、保護層上及び最上層層間膜上の所定の位置であって少なくとも電極パッドの形成予定位置を含む位置に最上層メタル配線層を形成する最上層メタル配線層形成工程（Ｅ）、最上層層間膜及び最上層メタル配線層上に最終保護膜を形成する最終保護膜形成工程（Ｆ）、写真製版技術及びエッチング技術によって電極パッドの形成予定位置の最終保護膜を除去してパッド開口部を形成し、パッド開口部に最上層メタル配線層を露出させて電極パッドを形成するパッド開口部形成工程（Ｇ）をその順に含むようにした。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法によれば、電極パッドの下で保護用メタル層と最上層メタル配線層との間に、最上層層間膜よりも軟らかい材料からなる保護層を形成するので、電極パッド下で保護用メタル層と最上層メタル配線層の間に最上層層間膜のみが配置されている場合に比べて、電極パッドに対するプロービング時やボンディング時に電極パッドが受ける衝撃を保護層が変形することによって吸収することができる。これにより、保護用メタル層よりも下層側でクラック等のダメージが発生するのを防止することができる。
【００３３】
本発明の半導体集積回路装置において、保護層の平面形状はパッド開口部と同じであるようにしてもよい。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法において、最上層層間膜エッチング工程（Ｃ）とパッド開口部形成工程（Ｇ）とで同一のフォトマスクを用いるようにしてもよい。
これにより、保護層を形成するために最上層層間膜の一部分を除去する際に用いるフォトマスクを別途用意する必要がなくなる。
【００３４】
また、本発明の半導体集積回路装置において、最上層層間膜がシリコン酸化膜によって形成されている場合、保護層はポリイミド膜によって形成されているようにしてもよい。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法において、最上層層間膜形成工程（Ｂ）で最上層層間膜をシリコン酸化膜によって形成し、保護層形成工程（Ｄ）で保護層をポリイミド膜によって形成するようにしてもよい。
ポリイミド膜はシリコン酸化膜よりも機械的強度が高く延性を備えているので、ポリイミド膜からなる保護層を電極パッド下に配置することにより、電極パッド下で最上層メタル配線層と保護用メタル層との間にシリコン酸化膜からなる層間膜のみが形成されている場合に比べて、プロービング時やボンディング時に電極パッドが受ける衝撃を保護用メタル層よりも上層側で吸収することができる。
【００３５】
また、本発明の半導体集積回路装置において、保護層は最上層メタル配線層と同じ材料によって形成されているようにしてもよい。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法において、保護層形成工程（Ｄ）は保護層を最上層メタル配線層と同じ材料によって形成する工程であり、保護層形成工程（Ｄ）を、最上層メタル配線層形成工程（Ｅ）で最上層メタル配線層を形成するのと同時に行なうようにしてもよい。
これにより、保護層を形成するために別途材料層を形成することなく、メタル材料からなる保護層を形成することができる。なお、一般に、メタル配線層は層間膜よりも軟らかい材料によって形成される。
【００３６】
また、本発明の半導体集積回路装置において、電極パッドの形成位置で保護用メタル層と最上層メタル配線層の間に、保護層よりも硬い材料からなり破壊されることで衝撃を吸収することを目的とした第２保護層をさらに備えているようにしてもよい。
本発明の半導体集積回路装置の製造方法において、保護層形成工程（Ｄ）で、最上層層間膜が除去された部分に、保護層と、保護層よりも硬い材料からなり破壊されることで衝撃を吸収することを目的とした第２保護層を形成するようにしてもよい。
これにより、プロービング時やボンディング時に電極パッドが受ける衝撃を、保護層が変形することで吸収するだけでなく、第２保護層が破壊されることによって吸収することができるので、保護用メタル層よりも下層側でクラックが発生するのをさらに防止することができる。
【００３７】
また、本発明の半導体集積回路装置において、電極パッドは、プロービング及びボンディング兼用のものであるようにすれば、電極パッドの平面サイズを縮小化することができ、チップサイズの縮小化を実現できる。
【００３８】
また、本発明の半導体集積回路装置において、電極パッドは半導体基板に形成された素子上に配置されているようにし、本発明の半導体集積回路装置の製造方法において、電極パッドを半導体基板に形成された素子上に配置するようにすれば、チップサイズの縮小化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
添付図面を参照して本発明の実施形態による半導体集積回路装置及び半導体集積回路装置の製造方法を詳細に説明する。図１、図２、図３を参照すると、本発明の半導体集積回路装置及び半導体集積回路装置の製造方法の実施形態の例が示されている。なお、図１は、５層メタル構造の場合の、第１の形成例を示す。また、図２は、５層メタル構造の場合の、第２の形成例を示している。また、図３は、５層メタル構造の場合の、第３の形成例を示している。図１から図３において、３層目メタル配線層及びそれよりも下層側の層間膜、メタル配線層、半導体基板等の図示は省略している。
【００４０】
図１は半導体集積回路装置の製造方法の一実施例を概略的に説明するための工程断面図である。図１（６）は半導体集積回路装置の一実施例を概略的に示す断面図である。まず、図１（６）を参照して半導体集積回路装置の一実施例について説明する。
【００４１】
最上層の層間膜よりも１層だけ下層側の層間膜であって３層目メタル配線層と４層目メタル配線層の間を絶縁するための１層下層間膜１上に、４層目メタル配線層からなる保護用メタル層３が形成されている。保護用メタル層３は、後述する電極パッド９ａの下に配置されており、電極パッド９ａよりも大きい平面サイズで形成されている。図示しない領域で１層下層間膜１上に４層目メタル配線層が形成されている。保護用メタル層３及び４層目メタル配線層は例えばアルミニウム系合金によって形成されている。
【００４２】
１層下層間膜１上及び保護用メタル層３上に最上層の層間膜であって４層目メタル配線層と５層目メタル配線層の間を絶縁するための最上層層間膜５が形成されている。最上層層間膜５は例えばシリコン酸化膜によって形成されている。
【００４３】
電極パッド９ａの形成位置とは異なる位置で、保護用メタル層３上の最上層層間膜５にビアホールが形成されている。そのビアホールに導電材料が埋め込まれてビア７が形成されている。
【００４４】
電極パッド９ａの形成位置で、保護用メタル層３上の最上層層間膜５の表面に凹部５ａが形成されている。凹部５ａは後述するパッド開口部１１ａと同じ平面形状で形成されている。
【００４５】
電極パッド９ａの形成位置を含んで、最上層層間膜５上及びビア７上に５層目メタル配線層９が形成されている。５層目メタル配線層９は最上層メタル配線層である。５層目メタル配線層９は例えばアルミニウム系合金によって形成されている。５層目メタル配線層９は凹部５ａ内にも埋め込まれており、凹部５ａ内に位置する５層目メタル配線層９は保護層１１を構成する。図示しない領域で最上層層間膜５上の所定の位置にも５層目メタル配線層が形成されている。
【００４６】
最上層層間膜５上及び５層目メタル配線層９上に最終保護膜１１が形成されている。最終保護膜は例えばシリコン窒化膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜によって形成されている。電極パッド９ａの形成位置で５層目メタル配線層９上の最終保護膜１１にパッド開口部１１ａが形成されている。パッド開口部１１ａに露出している部分の５層目メタル配線層９は電極パッド９ａを構成する。
【００４７】
保護用メタル層３と電極パッド９ａはビア７を介して電気的に接続されている。保護用メタル層３は、電極パッド９ａの電位とは別の電位に接続される他のメタル配線層とは絶縁されている。
【００４８】
この実施例では、電極パッド９ａ下に、シリコン酸化膜からなる最上層層間膜５よりも軟らかい材料であるメタル材料からなる保護層１１を備えている。これにより、電極パッド９ａ下で保護用メタル層３と５層目メタル配線層９の間に最上層層間膜５のみが配置されている場合に比べて、電極パッド９ａに対するプロービング時やボンディング時に電極パッド９ａが受ける衝撃を保護層１１が変形することによって吸収することができる。これにより、保護用メタル層３よりも下層側でクラックが発生するのを防止することができる。
【００４９】
図１を参照して製造方法の実施例について説明する。図１に示すかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。
【００５０】
（１）１層下層間膜１を形成した後、１層下層間膜１上の所定の位置に１層下メタル配線層を形成するのと同時に、電極パッド９ａの形成予定位置に１層下メタル配線層からなる保護用メタル層３を形成する。
【００５１】
（２）１層下層間膜１上及び保護用メタル層３上に最上層層間膜５を形成する。写真製版技術及びエッチング技術を用いて最上層層間膜５の所定の位置にビアホールを形成する。ビアホールに導電材料を埋め込んでビア７を形成する。写真製版技術を用いて、最上層層間膜５上及びビア７上に、電極パッド９ａの形成予定位置に開口部１５ａをもつフォトレジスト１５を形成する。フォトレジスト１５を形成する際の露光時に用いるフォトマスクとして、後工程で用いるパッド開口部１３ａを形成する際に用いるフォトマスクと同じものを用いた。
【００５２】
（３）エッチング技術を用いて、フォトレジスト１５をマスクにして開口部１５ａに露出している部分の最上層層間膜５の表面側から一部分を除去して凹部５ａを形成する。フォトレジスト１５を除去する。
【００５３】
（４）最上層層間膜５上に金属材料層を形成し、そのメタル材料層をパターニングして５層目メタル配線層９を形成する。このとき、最上層層間膜５の凹部５ａにメタル材料が埋め込まれて保護層１１が形成される。
【００５４】
（５）最上層層間膜５上及び５層目メタル配線層９上に最終保護膜１３を形成する。写真製版技術を用いて、最終保護膜１３上に、電極パッド９ａの形成予定位置に開口部１７ａをもつフォトレジスト１７を形成する。フォトレジスト１７を形成する際の露光時に用いるフォトマスクとして、上記工程（２）で用いたフォトマスクと同じものを用いた。
【００５５】
（６）エッチング技術を用いて、フォトレジスト１７をマスクにして開口部１７ａに露出している部分の最終保護膜１３を除去してパッド開口部１３ａを形成する。パッド開口部１１ａに露出している部分の５層目メタル配線層９が電極パッド９ａになる。その後、フォトレジスト１７を除去する。
【００５６】
この実施例では、上記工程（２）と上記工程（５）でフォトレジスト１５，１７を形成する際の露光時に用いるフォトマスクとして同じものを用いたので、上記工程（２）で凹部５ａの形成位置を画定するフォトレジスト１５を形成するためのフォトマスクを別途用意する必要はない。
また、上記工程（４）で保護層１１を５層目メタル配線層９と同じ材料で形成しているので、保護層１１を形成するために別途材料層を形成する必要はない。
【００５７】
図２は半導体集積回路装置の製造方法の他の実施例を概略的に説明するための工程断面図である。図２（７）は半導体集積回路装置の他の実施例を概略的に示す断面図である。まず、図２（７）を参照して半導体集積回路装置の一実施例について説明する。図２において図１と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。
【００５８】
この実施例において、図１（６）に示した実施例と異なる点は、最上層層間膜５の表面に形成された凹部５ａ内にポリイミド膜からなる保護層１９が形成されている点である。ポリイミド膜からなる保護層１９は、シリコン酸化膜からなる最上層層間膜５と比べて、機械的強度が高く延性を備えており、変形しやすい。
【００５９】
この実施例では、電極パッド９ａ下に、シリコン酸化膜からなる最上層層間膜５よりも軟らかい材料であるポリイミド膜からなる保護層１９を備えている。これにより、電極パッド９ａ下で保護用メタル層３と５層目メタル配線層９の間に最上層層間膜５のみが配置されている場合に比べて、電極パッド９ａに対するプロービング時やボンディング時に電極パッド９ａが受ける衝撃を保護層１９が変形することによって吸収することができる。これにより、保護用メタル層３よりも下層側でクラックが発生するのを防止することができる。
【００６０】
図２を参照して製造方法の実施例について説明する。図２に示すかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。
【００６１】
（１）図１（１）を参照して説明した上記工程（１）と同じ工程により、１層下層間膜１上に保護用メタル層３を形成する。
（２）図１（２）を参照して説明した上記工程（２）と同じ工程により、ビア７及びフォトレジスト１５を形成する。
（３）図１（３）を参照して説明した上記工程（３）と同じ工程により、最上層層間膜５の表面に凹部５ａを形成する。
【００６２】
（４）最上層層間膜５上にポリイミド膜を形成する。そのポリイミド膜に対してエッチバック処理を施して最上層層間膜５表面の凹部５ａ内にポリイミド膜からなる保護層１９を形成する。
【００６３】
（５）最上層層間膜５上及び保護層１９上に金属材料層を形成し、そのメタル材料層をパターニングして５層目メタル配線層９を形成する。
（６）図１（５）を参照して説明した上記工程（５）と同じ工程により、最終保護膜１３及びフォトレジスト１７を形成する。
（７）図１（６）を参照して説明した上記工程（６）と同じ工程により、最終保護膜１３にパッド開口部１３ａを形成する。
【００６４】
この実施例では、保護層１９をポリイミド膜によって形成しているが、本発明において保護層を形成するための材料はポリイミドに限定されるものではない。保護層を形成するための材料としては、最上層層間膜よりも軟らかい材料であればよい。
【００６５】
図３は半導体集積回路装置の製造方法のさらに他の実施例を概略的に説明するための工程断面図である。図３（７）は半導体集積回路装置の他の実施例を概略的に示す断面図である。まず、図２（７）を参照して半導体集積回路装置の一実施例について説明する。図２において図１と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。
【００６６】
この実施例において、図１（６）に示した実施例と異なる点は、最上層層間膜５の表面に形成された凹部５ａ内にポリイミド膜からなる保護層１９と、第２保護層２１が形成されている点である。ポリイミド膜からなる保護層１９は、シリコン酸化膜からなる最上層層間膜５と比べて、機械的強度が高く延性を備えており、変形しやすい。また、第２保護層２１は、保護層１９を形成するポリイミド膜よりも硬い材料によって形成されており、破壊されることで衝撃を吸収することを目的として配置されたものである。
【００６７】
この実施例では、電極パッド９ａ下に、シリコン酸化膜からなる最上層層間膜５よりも軟らかい材料であるポリイミド膜からなる保護層１９を備えているので、電極パッド９ａに対するプロービング時やボンディング時に電極パッド９ａが受ける衝撃を保護層１９が変形することによって吸収することができる。さらに、電極パッド９ａ下に、保護層１９を形成するポリイミド膜よりも硬い第２保護層２１を備えているので、電極パッド９ａに対するプロービング時やボンディング時に電極パッド９ａが受ける衝撃で第２保護層２１が破壊されることにより、その衝撃を吸収することができる。これにより、保護用メタル層３よりも下層側でクラックが発生するのをさらに防止することができる。
【００６８】
図３を参照して製造方法の実施例について説明する。図３に示すかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。
【００６９】
（１）図１（１）を参照して説明した上記工程（１）と同じ工程により、１層下層間膜１上に保護用メタル層３を形成する。
（２）図１（２）を参照して説明した上記工程（２）と同じ工程により、ビア７及びフォトレジスト１５を形成する。
（３）図１（３）を参照して説明した上記工程（３）と同様の工程により、最上層層間膜５の表面に凹部５ａを形成する。
【００７０】
（４）最上層層間膜５上にポリイミド膜を形成する。そのポリイミド膜に対して最上層層間膜５表面の凹部５ａ内にポリイミド膜が残るようにエッチバック処理を施して凹部５ａ内にポリイミド膜からなる保護層１９を形成する。最上層層間膜５上及び保護層１９上にポリイミド膜よりも硬い膜を形成する。その膜に対してエッチバック処理を施して凹部５ａ内に第２保護層２１を形成する。
【００７１】
（５）最上層層間膜５上及び第２保護層２１上に金属材料層を形成し、そのメタル材料層をパターニングして５層目メタル配線層９を形成する。
（６）図１（５）を参照して説明した上記工程（５）と同じ工程により、最終保護膜１３及びフォトレジスト１７を形成する。
（７）図１（６）を参照して説明した上記工程（６）と同じ工程により、最終保護膜１３にパッド開口部１３ａを形成する。
【００７２】
以上のとおり、下層のメタルを衝撃吸収に使用するなどの、設計上の変更を加えること無しに、また、新たなレティクルも必要とせずに、一部プロセスの簡単な変更を行うだけで、Ｉ／Ｏセル上パッドの、プロービング及びボンディングに対する強度を増すことができる。これにより、現行プロービング、ボンディングを別々に設けている電極パッドを、単一にすることも可能となり、チップサイズ縮小化にも、つなげることが可能となる。
【００７３】
本実施形態により、半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法は、電極パッドへのプロービング及びボンディングに対する強度を、増すことができる。その結果、電極パッド用のメタルの下層に敷いている緩衝用のメタルの、さらなる追加が不要となる。現在、これらの強度不足により、プロービング用電極パッド及びボンディング用電極パッドは、一般的に、別々に配置されているが、この構造を用いることで、一枚の緩衝用メタル（保護用メタル層）を配置するだけで、共用の電極パッドにすることが可能となる。
【００７４】
以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。
【００７５】
例えば、上記実施例では、本発明の半導体集積回路装置及びその製造方法を５層メタル配線構造の半導体集積回路装置に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２層以上のメタル配線構造の半導体集積回路装置であれば本発明を適用することができる。
【００７６】
また、上記実施例では、保護用メタル層３と電極パッド９ａはビア７を介して電気的に接続されているが、ビア７は必ずしも必要ではなく、保護用メタル層３と電極パッド９ａは絶縁されていてもよい。この場合、保護用メタル層３は、他のメタル配線層とは絶縁されており、電気的にフローティングなものに設定される。
【００７７】
また、図１を参照して説明した実施例では保護層１１を５層目メタル配線層９と同じ材料によって形成し、図２を参照して説明した実施例及び図３を参照して説明した実施例では保護層１９をポリイミド膜によって形成しているが、本発明において保護層を形成するための材料はメタル材料やポリイミドに限定されるものではない。保護層を形成するための材料は最上層層間膜よりも軟らかい材料であればよい。
【００７８】
また、上記実施例では、保護層１１，１９や第２保護層２１を配置するために最上層層間膜５の表面に凹部５ａを設けているが、電極パッド９ａの形成位置で最上層メタル配線層９と保護用メタル層３との間の最上層層間膜５を厚み方向で全部除去して最上層層間膜５に開口部を設け、その開口部内に保護層や第２保護層を配置してもよい。
【００７９】
また、図３を参照して説明した実施例では、保護層１９上に第２保護層２１を配置しているが、第２保護層上に保護層を配置してもよい。また、保護層と第２保護層の積層数は任意である。例えば電極パッドの形成位置で最上層メタル配線層と保護用メタル層との間に１層又は複数層の保護層と１層又は複数層の第２保護層とを交互に配置してもよい。
【００８０】
また、電極パッド９ａの配置は、半導体基板上に形成された素子上、例えばＩ／Ｏセル上であってもよいし、半導体基板上に形成された素子とは異なる位置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態による半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法に対応した形成例を示した図である。
【図２】本発明の実施形態による半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法に対応した第２の形成例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態による半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法に対応した第３の形成例を示した図である。
【図４】従来のＩ／Ｏセル（５層メタル構造の場合）に対応した形成例を示した図である。
【図５】従来の一般的なＩ／Ｏセル上に配置されたＰＡＤ（５層メタル構造の場合）の形成例を示した正面図及び断面図である。
【図６】従来の一般的なＩ／Ｏセル上に配置されたＰＡＤ（５層メタル構造の場合）の問題点及び課題点の例を示した図である。
【図７】従来の一般的なＩ／Ｏセル上に配置されたＰＡＤ（５層メタル構造の場合）の問題点及び課題点の例を示した図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  １層下層間膜
３  保護用メタル層
５  最上層層間膜
９  最上層メタル配線層
９ａ  電極パッド
１１，１９  保護層
１３  最終保護膜
１３ａ  パッド開口部
１５，１７  フォトレジスト
１９  第２保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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