JP2002500445A - 新規なパッシベーション構造とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ン構造とその製造方法に関する。
り数百万個もの個別のデバイスからなる。デバイスは、マイクロプロセッサなど
の機能回路を形成するために、導電層および絶縁層を交互に並べて一体に集積さ
れている。堆積される最終層は通常、組立ておよびパッケージング中の機械的お
よび化学的損傷に対して保護する絶縁層であるパッシベーション層である。
4と相互接続106を含む金属相互接続層102を外面に形成している基板10
0を示す。窒化シリコン層110と厚いポリイミド層112を含むパッシベーシ
ョン層108は、図1に示されるように、金属層102の上に形成される。次い
で、コンタクト開口114が窒化シリコン層110とポリイミド層112を通し
て形成されて、基板への外部信号の入力と出力のためのボンド・パッド104に
ワイヤ・ボンド116などの電気コンタクトを作成できるようにしている。気密
層である窒化シリコン層110は、下方金属層102と直接接触して形成されて
、下にある基板への水分経路が特にボンド・パッド開口114内にできないよう
にしている。
が、高い金属線間静電容量のためにデバイス性能が悪化する。すなわち、窒化シ
リコン層110が高い誘電率(約7.0)を有し、隣接する金属形状部104と
106の間のギャップ118内に形成されるので、線間容量結合が増大してデバ
イス性能が低下する。図1に示されるパッシベーション構造に関連する他の問題
は、窒化シリコン層を、十分な気密封止を得るのに必要な厚さまで高アスペクト
比ギャップ118内に堆積することが困難なことである。
ション構造と方法論が望まれる。
成された導電層の上に第1の誘電体層が形成される。次いで、その第1の誘電体
層と導電層とが、第1の誘電体でキャップされた状態の相互接続および第1の誘
電体でキャップされた状態のボンド・パッドにパターン化される。次に、第2の
誘電体層が、誘電体でキャップされた相互接続と誘電体でキャップされたボンド
・パッドの上に、かつそれらの間に形成される。誘電体でキャップされたボンド
・パッドと誘電体でキャップされた相互接続を露出するために、第2の誘電体層
の上部が除去される。次いで、第3の誘電体層が、露出された誘電体でキャップ
されたボンド・パッドと露出された誘電体でキャップされた相互接続の上に、か
つ第2の誘電体層の上に形成される。
よびその製造方法である。以下の説明では、本発明を深く理解できるようにする
ため、材料、厚さ、プロセスなどの特定の詳細を数多く示す。しかし、本発明を
これら特定の詳細を用いずに実施できることは当業者に明らかであろう。場合に
よっては、本発明を不必要に曖昧にしないために、よく知られた半導体プロセス
および装置は詳細に説明していない。
パッシベーション構造である。本発明によれば、最も外側のメタライゼーション
が基板の上に形成される。次いで、気密誘電体を備えるハード・マスクが金属層
の上に形成される。次いで、ハード・マスクおよび金属層が、ハード・マスクで
キャップされた相互接続およびボンド・パッドにパターニングされる。次いで、
低kシリコン誘電体層などのギャップ充填誘電体層が、ハード・マスクでキャッ
プされた相互接続およびボンド・パッドの上に、かつそれらの間に入るように一
面に堆積される。次いで、ギャップ充填誘電体層が、相互接続およびボンド・パ
ッド上に形成されたハード・マスクの上面とほぼ平坦になるまで研磨される、ま
たはエッチングされる。次いで、窒化シリコンなど気密封止誘電体層が、ギャッ
プ充填誘電体およびハード・マスクの上に形成される。次いで、ボンド・パッド
を露出し、そこへの電気的接触を可能にするために、ボンド・パッド開口が気密
封止層およびハード・マスク誘電体層を通して形成される。
プを充填するので、低静電容量誘電構造を生成する。ハード・マスク誘電体層お
よび封止誘電体層が低kギャップ充填材料を封止する、またはカプセル封じする
ので、パッシベーション構造は気密である。二酸化シリコンなどの低kギャップ
材料は、一般には水分浸透を受けやすいことを理解されたい。したがって、本出
願人の製造方法は、気密性があり、かつ低い相互接続静電容量を示すパッシベー
ション構造を生成する。
明によれば、図2aに示されるような基板200を用いる。基板200は、当技
術分野ではよく知られており、通常シリコン基板を含み、トランジスタやコンデ
ンサなどのデバイスがそこに形成される。さらに、基板200は、製造されたデ
バイスを機能回路に結合する相互接続構造を含む。相互接続構造は通常、二酸化
シリコンなどの絶縁層によって互いに電気的に分離され、かつ金属プラグまたは
バイアと電気的に結合された複数のレベルの相互接続線を含む。この点での基板
200の最外表面は、一般には、後で形成される最終金属層への電気コンタクト
の望まれる位置に形成された金属プラグを有する絶縁層を含む。基板200は、
集積回路を製造するために使用される半導体基板を必ずしも含む必要はなく、フ
ラット・パネル・ディスプレイ用に使用されるものなど任意のタイプの基板であ
ってよいことを理解されたい。本発明のために、基板を、本発明の膜が形成され
、本発明のプロセスが行われる開始材料と定義する。
ンケット堆積される。導電層202は通常、集積回路の最外レベルのメタライゼ
ーションであり、一般には、最終レベルの金属相互接続を形成するため、および
基板200上に形成される集積回路にコンポーネントおよびシステムを電気的に
結合するためのボンド・パッドを形成するために使用される。導電層202は、
少量の銅(Cu)でドープされたアルミニウム(Al)などの低抵抗金属である
。ただし、導電層202は、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、タングステ
ン(W)など、それらに限定されない任意の低抵抗材料または合金であってよい
。導電層202は、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、チタン・タングス
テン(TiW)など、それらに限定されない接着および/または障壁層を含んで
よく、または含まなくてもよい。導電層202は、スパッタリング、化学気相成
長、電気めっきなど、それらに限定されない任意のよく知られた技法によって形
成することができる。導電層202は、1〜3ミクロンの間の厚さに形成するこ
とができる。
2の上に形成される。ハード・マスク204は耐湿性誘電材料であり、そのため
導電層202上に気密封止を形成することができる。さらに、ハード・マスク2
04は、後でギャップ充填誘電体を研磨する際にハード・マスク204が研磨止
めとして働くように、十分に硬い材料から形成され、十分な厚さに堆積されるこ
とが好ましい。ハード・マスク204は、例えば、プラズマ増速化学気相成長に
よって形成された窒化シリコンや窒酸化シリコンであってよい。ハード・マスク
204は、金属形状部上に形成され、金属形状部の間には形成されないので、性
能に悪影響を及ぼすことなく、高誘電率(すなわち、4.0よりも大きい)を有
する耐湿性誘電体から形成することができる。ハード・マスク204は、100
〜500nmの間の厚さに形成することができる。
ード誘電体層204によってキャップされたボンド・パッド206と金属相互接
続208を含む金属形状部にパターニングされる。個々の金属形状部は、ギャッ
プ210によって離隔される。ギャップ210の最小間隔または幅(W)は、利
用されるプロセスの限界寸法によって決められ、本発明では限界寸法が0.3ミ
クロン未満であってよい。そのような狭い間隔は、高アスペクト比ギャップ21
0(すなわち、最小幅ギャップがアスペクト比>2.0を有することができる)
を作成する。アスペクト比は、ギャップ高さ÷ギャップ幅と定義される。
ィ技法によってハード・マスク204の上にフォトレジスト・マスクを形成する
ことにより、誘電体でキャップされたボンド・パッド、および誘電体でキャップ
された相互接続にパターン形成することができる。次いで、反応性イオン・エッ
チングなど、それに限定されないよく知られたエッチング技法を使用して、導電
層202およびハード・マスク204を、ハード・マスクでキャップされたボン
ド・パッド206およびハード・マスクでキャップされた相互接続208にパタ
ーン化することができる。ハード・マスク204は、まずフォトレジスト・マス
クを使用し、次いでフォトレジスト・マスクをストリップしてパターン化するこ
とができ、パターン・ハード・マスクは、導電層202のパターン形成用のマス
クとして使用できることを理解されたい。あるいは、ハード・マスク204と導
電層202を共に、フォトレジスト・マスクを除去する前にパターン化すること
もできる。
08とハード・マスクでキャップされたボンド・パッド206の上に、かつギャ
ップ210内の基板200の上にギャップ充填誘電体層212が堆積される。ギ
ャップ充填誘電体層212は、ある厚さに、ギャップ210を完全に充填する形
で形成される。ギャップ充填誘電体層212は、少なくとも最小幅ギャップを充
填するのに十分な最小厚さに形成されるが、誘電体層212の平坦化を可能にす
るようにより厚く堆積されることが好ましい。すなわち、ギャップ充填誘電体層
212は、少なくとも層202と204を組み合わせた厚さと同じくらいの厚さ
に堆積する必要があるが、後の平坦化ステップに十分なマージンを提供するよう
により厚く堆積されることが好ましい。
≦4.0)を有する材料とすることが好ましい。本発明の一実施形態では、ギャ
ップ充填誘電体層212は、350〜400℃の間の基板温度でSiH4とO2を
含む化学作用を利用する高密度プラズマ(HDP)によって形成される二酸化シ
リコン(SiO2)膜である。このようなプロセスは、高アスペクト比ギャップ 210を充填できる優れたギャップ充填性を提供する。ギャップ充填誘電体層2
12は、膜の誘電率をさらに減少させるためにフッ素イオンでドープすることが
できる。ギャップ充填誘電体212は、インサイチュで(insitu)(膜212の
堆積中に)、または形成後にイオン注入によってドープすることができる。エー
ロゲル、ポリイミド、スピンオン・ガラスなどであり、かつそれらに限定されな
い低k誘電膜も、ギャップ充填誘電体層212として使用することができる。さ
らに、ギャップ充填誘電体層212は、必ずしも単一層誘電膜である必要はなく
、複数の異なる誘電体層からなる複合膜であってよい。
れにより、ギャップ充填誘電体212の上面が、相互接続208上のハード・マ
スク204およびボンド・パッド206上のハード・マスク204の上面とほぼ
同じ高さに、すなわち平坦になる。ギャップ充填誘電体212は、よく知られた
化学機械研磨技法を利用して平坦化されることが好ましい。研磨止めとしてハー
ド・マスク204を使用することは、ギャップ充填材料の上面がハード・マスク
204の上面と水平になったときに研磨ステップが停止することを保証し、それ
により、ギャップ充填誘電体212が導電膜202に形成された金属形状部の上
面よりも下にくぼまないことを保証する。このようにして、低誘電率ギャップ充
填材料212が金属形状部間に形成され、低静電容量、高性能電気的相互接続を
生成する。
が、希望するなら、プラズマ・エッチバックなど、それに限定されない他の適し
たよく知られた技法を使用することもできる。
層212の上に、かつキャップされた相互接続208およびキャップされたボン
ド・パッド206のハード・マスク204上に一面に堆積される。封止誘電体層
216は、水分浸透に対して耐性がある材料から形成される(すなわち、気密性
がある材料から形成される)。普通のチップ動作温度、典型的には100〜12
0℃の間で、多湿環境下での水分浸透を妨げることができる場合、層に気密性が
あるという。封止誘電体216は、できるだけ薄く、それでも気密封止ができる
ように形成される。本発明の一実施形態では、封止誘電体層216は、380〜
400℃の間の基板温度を維持したまま、シラン(SiH4)とアンモニア(N H3)からなる化学作用を利用するプラズマ増速化学気相成長(CVD)によっ て500〜1500Åの厚さに形成された窒化シリコン膜である。窒化シリコン
などの気密誘電体層は高い誘電率(4.0より大きく、通常は約7)を有するの
で、その高い誘電率が隣接金属形状部間の容量結合を増加させてデバイスの性能
を低下させることがないように、導電層202に形成された金属形状部の上面2
14の上方、およびギャップ210の外に封止誘電体層216を保持することが
重要である。
止誘電体層216の上に形成することができる。キャップ誘電体層218は、パ
ッケージと基板200との間の応力を除去し、また封止誘電体層216を引っか
きから保護し、それにより、封止誘電体層216によって形成された気密封止の
完全性に引っかきが影響を与える恐れがない。本発明の一実施形態では、キャッ
プ誘電体層218は、Hitachiによって製造される感光性ポリイミド17
08番などの感光性ポリイミドである。そのようなポリイミドは、当技術分野で
よく知られているように、2.0〜10ミクロンの間の厚さに「スピンオン」す
ることができる。あるいは、キャップ誘電体218は、CVD堆積二酸化シリコ
ン層などの、かつそれに限定されない他の材料から形成することもできる。
体層218、封止誘電体層216、およびハード・マスク204を通して形成さ
れて、ボンド・パッド206の上面222を露出する。誘電体層218が感光性
ポリイミドである場合、開口220は、ボンド・パッド開口220が望まれる誘
電体層218の露光部をマスクし、露光し、次いで現像することによって、誘電
体層218内に形成することができる。次いで、パターン形成されたキャップ誘
電体層218を封止誘電体層216およびハード・マスク204のエッチング用
のマスクとして使用することができる。封止誘電体層216が窒化シリコン層で
あり、ハードマスク204が窒化シリコンまたは窒酸化シリコン層である場合、
封止誘電体層216およびハード・マスク204は、SF6およびHeを含む化 学作用を用いる反応性イオン・エッチング(RIE)によって異方性をもたせて
エッチングすることができる。ボンド・パッド206の上面222が露出される
と、ボンド・パッド開口220内のハード・マスク204の完全な除去を保証す
るようなオーバーエッチングを行うため、化学作用をNF3とArに変更するこ とができる。
レジスト・マスクを形成して、よく知られたフォトリソグラフィ技法によってパ
ターン形成することができる。
ド206の周縁を取り囲むようにハード・マスク204の一部224を残す。ボ
ンド・パッド220の周縁を取り囲むハード・マスク204の一部224の長さ
(L)は、ボンド・パッド開口220を通してギャップ充填誘電体層212に水
分が浸透するを防ぐのに十分な長さであり、ボンド・パッド206への良好な接
着を行えるのに十分な長さである。ボンド・パッド220の周縁を取り囲むハー
ド・マスク224の長さ(L)は、2〜10ミクロンの間であってよい。図2h
は、相互接続208およびボンド・パッド206を破線で示す、図2gの上面図
である。図2hはさらに、ボンド・パッド開口220を介する水分浸透を防いで
基板220を封止するために、ボンド・パッド206の露出部222がハード・
マスク224によってどのように取り囲まれているかを示す。
線間静電容量を有し、基板200の気密封止を提供するパッシベーション構造を
形成する。金属線間のギャップ210内に低誘電率ギャップ充填誘電体層212
が形成されるため、および封止誘電体層216やハード・マスク誘電体層204
などの高誘電率材料が、金属形状部208および206の上方、およびギャップ
210の外に保持されるため、線間静電容量が低下する。基板200の気密封止
は、封止誘電体層216、ハード・マスク部224、およびボンド・パッド20
6によって形成される。封止誘電体層216は、ギャップ充填誘電体212の上
面を通して水分が侵入するのを防ぎ、ハード・マスク部224と封止誘電体層2
16は、ボンド・パッド開口220の側壁を通して水分が侵入するのを防ぐ。
0を通して、ボンド・パッド206の露出面222に作成される。封止誘電体2
16、ハード・マスク224、およびボンド・パッド206が、基板開口220
を介する水分浸透から基板200を気密封止しているので、よく知られた電気的
結合技法をボンド・パッド220に作成することができる。図2iは、よく知ら
れたワイヤ・ボンドコンタクトを利用する本発明の一実施形態を示すが、C4(
control chip collapse contacts)やTAB(tape automated bonding)などの
、かつそれらに限定されない他のよく知られた電気的接触技法を使用することも
できる。
その製造方法が記述された。
プによって離隔されたハード・マスクでキャップされた相互接続の形成を示す断
面図である。
Claims (18)
- 【請求項1】 基板上にパッシベーション構造を形成する方法であって、 基板の上に形成された導電層上に第1の誘電体を形成するステップと、 前記第1の誘電体層および前記導電層を、誘電体でキャップされた相互接続お
よび誘電体でキャップされたボンド・パッドにパターン化するステップと、 前記誘電体でキャップされた相互接続および前記誘電体でキャップされたボン
ド・パッドの上に、かつそれらの間に第2の誘電体層を形成するステップと、 前記誘電体でキャップされたボンド・パッドおよび前記誘電体でキャップされ
た相互接続を露出するために、前記第2の誘電体層の一部を除去するステップと
、 露出された前記誘電体でキャップされたボンド・パッドおよび露出された前記
誘電体でキャップされた相互接続の上に、かつ前記第2の誘電体の上に、第3の
誘電体層を形成するステップと を含む方法。 - 【請求項2】 基板上にパッシベーション構造を形成する方法であって、 前記基板上に金属層を形成するステップと、 前記導電層上にハード・マスクを形成するステップと、 ハード・マスクでキャップされたボンド・パッドからギャップによって離隔さ
れたハード・マスクでキャップされた相互接続を形成するように、前記金属層お
よび前記ハード・マスクをパターン化するステップと、 前記ギャップ内の前記基板の上に、かつ前記ハード・マスクでキャップされた
相互接続および前記ハード・マスクでキャップされたボンド・パッドの上に、低
誘電率材料を形成するステップと、 低誘電率材料が、前記ハード・マスクでキャップされた相互接続および前記ハ
ード・マスクでキャップされたボンド・パッドとほぼ平坦になるように、前記低
誘電率材料を研磨するステップと 前記ハード・マスクでキャップされた相互接続および前記ハード・マスクでキ
ャップされたボンド・パッドと、前記ギャップ内の前記低誘電率材料との上に、
封止誘電体層を形成するステップ とを含む方法。 - 【請求項3】 さらに、前記ハード・マスクでキャップされたボンド・パッ
ド上の前記封止誘電体層および前記ハード・マスクを介して開口を形成するステ
ップと、 前記ボンド・パッドへの電気コンタクトを形成するステップ とを含む請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記電気コンタクトがワイヤ・ボンドである請求項3に記載
の方法。 - 【請求項5】 前記電気コンタクトがC4バンプである請求項3に記載の方
法。 - 【請求項6】 さらに、前記封止誘電体層の上にポリイミド層を形成するス
テップを含む請求項2に記載の方法。 - 【請求項7】 前記低誘電率材料が、高密度プラズマによって形成される二
酸化シリコン層である請求項2に記載の方法。 - 【請求項8】 前記封止誘電体層が、プラズマ増速化学気相成長によって形
成される窒化シリコン層である請求項2に記載の方法。 - 【請求項9】 前記ハード・マスクが窒化シリコンを含む請求項2に記載の
方法。 - 【請求項10】 基板上にパッシベーション構造を形成する方法であって、 前記基板上に金属導電層を形成するステップと、 前記導電層上に、窒化シリコンおよび窒酸化シリコンからなる群から選択され
るハード・マスクを形成するステップと、 ハード・マスクでキャップされた相互接続およびハード・マスクでキャップさ
れたボンド・パッドを形成するために、前記金属層および前記ハード・マスクを
パターン化するステップと、 前記ハード・マスクでキャップされた相互接続と前記ハード・マスクでキャッ
プされたボンド・パッドとの間にある前記基板の上に、かつ前記ハード・マスク
でキャップされた相互接続および前記ハード・マスクでキャップされたボンド・
パッドの上に、二酸化シリコン層を形成するステップと、 前記二酸化シリコン材料が、前記ハード・マスクでキャップされた相互接続お
よび前記ハード・マスクでキャップされたボンド・パッドとほぼ平坦になるまで
前記二酸化シリコン材料を研磨するステップと、 前記ハード・マスクでキャップされた相互接続および前記ハード・マスクでキ
ャップされたボンド・パッドの上に、かつ前記ハード・マスクでキャップされた
相互接続と前記ハード・マスクでキャップされたボンド・パッドとの間にある前
記二酸化シリコン層の上に、窒化シリコン誘電体層を形成するステップと、 前記ハード・マスクでキャップされたボンド・パッド上の前記窒化シリコン誘
電体層および前記ハード・マスクを介して開口を形成するステップと、 前記ボンド・パッド上に電気コンタクトを形成するステップ とを含む方法。 - 【請求項11】 ボンド・パッドからギャップによって離隔される導電部材
と、 前記導電部材上と、前記ボンド・パッドの上の周縁に形成される第1の誘電体
層と、 前記ギャップ内の前記基板の上方に形成される第2の誘電体層と、 前記導電部材上の前記第1の誘電体層上と、前記ボンド・パッドの周縁上の前
記第1の誘電体層上、ならびに前記ギャップ内の前記第2の誘電体層上に形成さ
れる第3の誘電体層と、 前記ボンド・パッドの周縁上に形成された前記第1の誘電体層内にある前記ボ
ンド・パッド上のコンタクトと を備える集積回路。 - 【請求項12】 さらに、前記第3の誘電体層上に形成されるポリイミド層
を備える請求項11に記載の集積回路。 - 【請求項13】 前記第1の誘電体層が、窒化シリコンと窒酸化シリコンか
らなる群から選択される請求項11に記載の集積回路。 - 【請求項14】 前記第2の誘電体層が二酸化シリコンを含む請求項11に
記載の集積回路。 - 【請求項15】 前記第3の誘電体層が窒化シリコンである請求項11に記
載の集積回路。 - 【請求項16】 前記第1の誘電体および前記第3の誘電体が、水分浸透に
対する耐性を有する請求項11に記載の集積回路。 - 【請求項17】 前記電気コンタクトがワイヤ・ボンドである請求項11に
記載の集積回路。 - 【請求項18】 前記電気コンタクトがC4バンプである請求項11に記載
の集積回路。
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