JP2001176966A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2001176966A
JP2001176966A JP36131799A JP36131799A JP2001176966A JP 2001176966 A JP2001176966 A JP 2001176966A JP 36131799 A JP36131799 A JP 36131799A JP 36131799 A JP36131799 A JP 36131799A JP 2001176966 A JP2001176966 A JP 2001176966A
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output pad
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interlayer insulating
insulating film
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JP36131799A
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English (en)
Inventor
Takamasa Tanaka
隆将 田中
Junichi Ueno
順一 上野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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
装置をに関するものである。
【0002】
【従来の技術】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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】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。
【0008】
【課題を解決するための手段】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】このように、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。
【0010】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。このように、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。
【0011】
【発明の実施の形態】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。
【0012】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。
【0013】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5−29942
0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。
【0014】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。
【0015】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。
【0016】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Si
N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。
【0017】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1
9を1. 0μm以上とした。
【0018】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。
【0019】
【発明の効果】この発明の請求項1記載の半導体装置
は、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。
【0020】請求項2では、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。
【図面の簡単な説明】
【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】
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
フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH07 HH13 HH18 JJ01 JJ07 JJ13 JJ18 KK08 MM05 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP28 QQ37 RR06 SS15 UU01 VV07 XX17

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
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