JP2007214363A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ワイヤボンディングで実装基板に接続されて用いられる半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device used by being connected to a mounting substrate by wire bonding and a manufacturing method thereof.
半導体においてシリコン基板上に形成された集積回路と外部との信号の伝達を行うための結線方法として広くワイヤボンディング法が用いられている。 A wire bonding method is widely used as a connection method for transmitting signals between an integrated circuit formed on a silicon substrate in a semiconductor and the outside.
ところで、半導体装置は個々のチップに切り出した後、パッケージングされて製品として出荷されるが、その前にウェハ状態で動作確認、特性確認あるいは選別のために測定及び評価を行っている。 By the way, the semiconductor device is cut out into individual chips, packaged and shipped as a product, but before that, measurement and evaluation are performed for operation confirmation, characteristic confirmation or selection in a wafer state.
例えば、図8(a)に示すように、不図示の電子回路が形成された半導体基板110に、上記の電子回路に接続するようにして、バリアメタル111と積層してアルミニウムなどからなるパッド電極112が形成されている。
半導体基板110の表面は保護膜113で被覆されており、上記の保護膜にはパッド電極112が露出する開口部113aが形成されている。
上記の構成のウェハ状態の半導体装置に対して、電子回路の動作確認、特性確認あるいは選別のために測定及び評価を行うために、電子回路に接続しているパッド電極112に、不図示の測定装置に接続されたプローブ針120を針立てして電気的に接続し、測定装置と電気的に導通を取る。
For example, as shown in FIG. 8A, a pad electrode made of aluminum or the like laminated with a
The surface of the
A measurement (not shown) is performed on the
この際、パッド電極112とプローブ針120の接触を確実に行うために、プローブ針には適当な荷重を加えるが、その荷重によりプローブ針120の接触位置に水平方向へのズレを生じることがあり、この場合には結果としてパッド電極112の表面に凹凸112aが生じたり、バリが発生したりする。
At this time, in order to ensure contact between the
上記のようにパッド電極112に凹凸112aやバリが生じた状態で、図8(b)に示すようにパッド電極112の表面にワイヤ122の先端をボンディングすると、パッド電極112を構成するアルミニウム膜の膜厚が不足することに起因して弾力性が不足し、下層の層間絶縁膜などにクラックが発生したり、また、パッド電極112とボンディングワイヤ122との接続状態を示す図8(c)に示すように、両者の間にボイドVが発生してパッド電極のアルミニウム相とボンディングワイヤ122の金相の間の相互拡散が不足してボンディング不良の発生を招いていた。
When the tip of the
上記のように、従来方法によりアルミニウムのパッド電極にプローブ針を針立てして電子回路の動作確認などを行った後に、ワイヤボンディング接続を行った場合、アルミニウムからなるパッド電極のバリによるボンディング時の密着性不足、アルミニウム膜の薄膜化によるアルミニウム/金相の相互拡散不足による密着性不足、アルミニウム膜の薄膜化による弾性不足による下層層間膜へのクラック発生などの問題が発生することがある。 As described above, when wire bonding connection is performed after the probe needle is raised on the aluminum pad electrode and the operation of the electronic circuit is confirmed by the conventional method, the pad electrode made of aluminum is bonded at the time of bonding by the burr. Problems such as insufficient adhesion, insufficient adhesion due to insufficient interdiffusion of the aluminum / gold phase due to thinning of the aluminum film, and cracks in the lower interlayer film due to insufficient elasticity due to thinning of the aluminum film may occur.
その対策として、パッドを積層構造として測定後変形層を除去するという方法が特許文献1に開示されている。
特許文献1においては、捲れなどが生じることを前提とした上で測定後該ダメージ層を除去し平滑な面を出すことにより安定したボンディングを達成可能としているが、針圧によるボンディング層のアルミニウムの薄膜化は生じる恐れもあり、また、ボンディング、針立てともにアルミニウム膜の膜厚は数100nm以上必要であることから製造コスト増にもつながる。
In Patent Document 1, it is possible to achieve stable bonding by removing the damaged layer after measurement and taking out a smooth surface on the premise that wrinkles or the like occur. Thinning may occur, and the thickness of the aluminum film needs to be several hundreds nm or more for both bonding and needle stand, leading to an increase in manufacturing cost.
本発明の目的は、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ボンディングワイヤとの密着力不足やクラック発生の問題を抑制できる半導体装置と、その製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the problem of insufficient adhesion to a bonding wire and the occurrence of cracks even when a probe needle of a measuring device is provided on a pad electrode for measuring an electronic circuit, etc. It is to provide a manufacturing method.
上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置は、パッド電極を有し、前記パッド電極においてワイヤボンディングにより外部に接続される半導体装置であって、電子回路が形成された基板と、前記基板に形成された前記パッド電極と、前記基板を被覆して形成され、前記パッド電極を露出する開口部が形成された保護膜と、前記保護膜の前記開口部内において前記パッド電極の上層に形成された金属層とを有する。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a pad electrode and connected to the outside by wire bonding at the pad electrode, and a substrate on which an electronic circuit is formed, and the substrate The pad electrode formed on the substrate, a protective film formed to cover the substrate and having an opening exposing the pad electrode, and an upper layer of the pad electrode in the opening of the protective film. And a metal layer.
上記の本発明の半導体装置は、パッド電極においてワイヤボンディングにより外部に接続される半導体装置であって、電子回路が形成された基板にパッド電極が形成されており、基板を被覆してパッド電極を露出する開口部が形成された保護膜が形成されており、保護膜の開口部内においてパッド電極の上層に金属層が形成されている構成である。 The semiconductor device of the present invention described above is a semiconductor device connected to the outside by wire bonding at the pad electrode, wherein the pad electrode is formed on the substrate on which the electronic circuit is formed, and the pad electrode is covered with the substrate. A protective film having an exposed opening is formed, and a metal layer is formed over the pad electrode in the opening of the protective film.
また、上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、パッド電極を有し、前記パッド電極においてワイヤボンディングにより外部に接続される半導体装置の製造方法であって、電子回路が形成された基板に前記パッド電極を形成する工程と、前記基板を被覆して、前記パッド電極を露出する開口部を有する保護膜を形成する工程と、前記保護膜の前記開口部内において前記パッド電極の上層に金属含有樹脂層を形成する工程と、前記金属含有樹脂層を焼成して金属層を形成する工程とを有する。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a pad electrode and connected to the outside by wire bonding at the pad electrode, Forming the pad electrode on the formed substrate; forming the protective film having an opening that covers the substrate and exposing the pad electrode; and the pad electrode in the opening of the protective film. Forming a metal-containing resin layer on the upper layer, and firing the metal-containing resin layer to form a metal layer.
上記の本発明の半導体装置の製造方法は、パッド電極においてワイヤボンディングにより外部に接続される半導体装置の製造方法であって、まず、電子回路が形成された基板にパッド電極を形成する。次に、基板を被覆して、パッド電極を露出する開口部を有する保護膜を形成する。次に、保護膜の開口部内においてパッド電極の上層に金属含有樹脂層を形成し、焼成して金属層を形成する。 The above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device connected to the outside by wire bonding at a pad electrode. First, a pad electrode is formed on a substrate on which an electronic circuit is formed. Next, a protective film having an opening exposing the pad electrode is formed by covering the substrate. Next, a metal-containing resin layer is formed on the pad electrode in the opening of the protective film, and baked to form a metal layer.
本発明の半導体装置は、パッド電極の上層に金属層が設けられており、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、パッド電極に発生した凹凸が金属層により修復されて、ボンディングワイヤとの密着力不足やクラック発生の問題を抑制できる。 In the semiconductor device of the present invention, the metal layer is provided on the upper layer of the pad electrode. Even if the probe needle of the measuring device is raised on the pad electrode for measuring an electronic circuit, the unevenness generated in the pad electrode Is repaired by the metal layer, and the problem of insufficient adhesion to the bonding wire and the occurrence of cracks can be suppressed.
本発明の半導体装置の製造方法は、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、金属層に発生した凹凸が金属層により修復して、ボンディングワイヤとの密着力不足やクラック発生の問題を抑制できる半導体装置を容易に製造できる。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, even if the probe needle of the measuring device is placed on the pad electrode for measuring an electronic circuit, the unevenness generated in the metal layer is repaired by the metal layer, and the bonding wire It is possible to easily manufacture a semiconductor device capable of suppressing the problem of insufficient adhesion and cracking.
以下に、本発明の半導体装置及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1実施形態
図1は本実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。
例えば、不図示の電子回路が形成された半導体基板10に、電子回路に接続するようにして、バリアメタル11と積層してパッド電極12が形成されている。
半導体基板10の表面は保護膜13で被覆されており、上記の保護膜にはパッド電極12が露出する開口部13aが形成されている。
さらに、保護膜13の開口部13a内において、パッド電極12の上層に金属層14が形成されている。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to this embodiment.
For example, a
The surface of the
Further, a
例えば、金属層14は金層または金合金層であり、また、パッド電極12はアルミニウム層またはアルミニウム合金層である。
尚、通常この段階で電子回路の動作確認などのためにプローブ針があてられ、パッド電極に凹凸が発生する。
For example, the
Usually, at this stage, a probe needle is applied to check the operation of the electronic circuit, and irregularities occur in the pad electrode.
また、例えば、パッド電極12と金属層14との界面に、パッド電極12を構成する元素であるアルミニウムと金属層14を構成する元素である金などが相互拡散して合金層15が形成されている。
ここで、パッド電極12の表面には電子回路の動作確認などのためにプローブ針があてられていたことにより凹凸やバリが生じていたが、パッド電極12の上層に金属層14が形成されているので表面が平坦化されている。
For example, the
Here, the surface of the
上記の本実施形態の半導体装置は、パッド電極12を有し、パッド電極12においてワイヤボンディングによりワイヤ22を介して外部に接続されて用いられる。
上記のように金属層14により平坦化されているので、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ワイヤボンディングにおいて従来例のようにボイドが形成されることもなく、ワイヤ22との高い密着性を確保でき、弾性も高めることができるのでワイヤボンディング時のクラック発生の問題を抑制できる。
The semiconductor device of the present embodiment includes the
Since it is flattened by the
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図2(a)に示すように、例えば、不図示の電子回路が形成されたウェハ状態の半導体基板10に、上記の電子回路に接続するようにして、バリアメタル11と積層してアルミニウムなどからなるパッド電極12を形成する。
次に、例えば、半導体基板10の表面に保護膜13を形成し、パッド電極12部分を露出する開口部13aを形成する。
A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 2 (a), for example, a
Next, for example, the
次に、例えば、上記の構成のウェハ状態の半導体装置に対して、電子回路の動作確認、特性確認あるいは選別のために測定及び評価を行うために、電子回路に接続しているパッド電極12に、不図示の測定装置に接続されたプローブ針20を針立てして電気的に接続し、測定装置と電気的に導通を取る。
Next, for example, in order to perform measurement and evaluation for operation confirmation, characteristic confirmation or selection of the electronic circuit on the wafer-state semiconductor device having the above-described configuration, the
この際、パッド電極12とプローブ針20の接触を確実に行うために、プローブ針には適当な荷重を加え、その荷重によりプローブ針20の接触位置に水平方向へのズレを生じることがあり、この場合には結果としてパッド電極12の表面に凹凸12aが生じたり、バリが発生したりする。
At this time, in order to ensure contact between the
次に、図2(b)に示すように、例えば、パッド電極12上に金ナノ粒子を含有する樹脂(金含有樹脂)あるいはその他の金属含有樹脂をインクジェット法により塗布あるいはディスペンサ21から供給し、金含有樹脂などの金属含有樹脂層14pを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, for example, a resin (gold-containing resin) containing gold nanoparticles or other metal-containing resin is applied onto the
上記の金ナノ粒子を含有する金含有樹脂としては、ナノ粒子の粒子サイズが例えば5〜10nmであり、樹脂組成は主として熱硬化樹脂からなり、溶剤として非極性溶剤を含有し、粘度は例えば100cp以上である。
上記の金属含有樹脂は、例えば150〜200℃の温度で焼成可能である。必要に応じて150〜250℃の焼成を行う。金ナノ粒子を含む金属含有樹脂のほか、銀ナノ粒子を含む金属含有樹脂を用いることができる。
例えば、ハリマ化成株式会社のNPシリーズを用いることができる。
As the gold-containing resin containing the above gold nanoparticles, the particle size of the nanoparticles is, for example, 5 to 10 nm, the resin composition is mainly composed of a thermosetting resin, the solvent contains a nonpolar solvent, and the viscosity is, for example, 100 cp. That's it.
Said metal containing resin can be baked at the temperature of 150-200 degreeC, for example. If necessary, baking is performed at 150 to 250 ° C. In addition to a metal-containing resin containing gold nanoparticles, a metal-containing resin containing silver nanoparticles can be used.
For example, the NP series of Harima Chemicals Co., Ltd. can be used.
上記において、例えば、保護膜13の開口部13aにおける深さが1μm程度であり、金属含有樹脂が開口部13aから溢れないようにして形成することが必要であるので、金属含有樹脂層14pの膜厚が1μm程度以下となるようにする。
また、例えば、金属含有樹脂層14pから次工程で金属層を形成するが、上記のようなパッド電極表面の凹凸の平坦化や弾性の確保のためには金属層としてある程度の膜厚が必要であり、これらを考慮して、パッドの開口面積にも依存するが1パッドあたり0.1〜10pLの樹脂を供給、塗布することが好ましい。
In the above, for example, the depth in the
In addition, for example, a metal layer is formed from the metal-containing
次に、図2(c)に示すように、例えば、熱処理により溶剤などの有機成分を除去し、金属含有樹脂層14pを焼成して金属層14を形成する。ここでは、例えば150〜250℃の温度で焼成する。
例えば、上記の焼成工程において、パッド電極12を構成する元素と金属層14を構成する元素の相互拡散により、パッド電極12と金属層14との界面にパッド電極12を構成する元素と金属層14を構成する元素の合金層15を形成する。これにより、パッド電極12と金属層14との密着強度が確保できる。
このようにして、パッド電極12上に金属層14を形成することで、パッド電極表面の凹凸の平坦化が可能となり、また、パッド電極と金属層で1μm以上の膜厚が確保でき、ワイヤボンディング時に必要な弾性の確保が可能となる。
Next, as illustrated in FIG. 2C, for example, organic components such as a solvent are removed by heat treatment, and the metal-containing
For example, in the above baking step, the elements constituting the
By forming the
例えば、上記の金属層14として、金層または金合金層を形成することが好ましい。
また、パッド電極12として、アルミニウム層またはアルミニウム合金層を形成することが好ましい。
For example, it is preferable to form a gold layer or a gold alloy layer as the
Further, it is preferable to form an aluminum layer or an aluminum alloy layer as the
上記の焼成工程において、金属層の十分な低抵抗化を実現し、例えば金とアルミニウムの必要十分な反応をさせるためには、第1熱処理:130〜150℃、60分、第2熱処理:180〜200℃、30〜60分の処理を行うことが好ましい。
また、この後の熱履歴起因の不良を抑制して高信頼性化するためには、パッド電極と金属層の金との合金化抑制のために、界面にバリアメタルを形成することができる。例えば、TiN,TaN,Ti,Ta,W,CoWPなどを用いることができる。合金化抑制の弊害として高抵抗化があるが、その対策として、上記の第2熱処理を200〜250℃、30〜60分の処理を行うことがより好ましい。
In the above baking process, in order to achieve a sufficiently low resistance of the metal layer, for example, to cause a necessary and sufficient reaction between gold and aluminum, first heat treatment: 130 to 150 ° C., 60 minutes, second heat treatment: 180 It is preferable to perform the treatment at ˜200 ° C. for 30 to 60 minutes.
Further, in order to suppress defects due to the subsequent heat history and increase the reliability, a barrier metal can be formed at the interface in order to suppress alloying of the pad electrode and the gold of the metal layer. For example, TiN, TaN, Ti, Ta, W, CoWP, etc. can be used. As an adverse effect of alloying suppression, there is an increase in resistance. As a countermeasure, it is more preferable to perform the second heat treatment at 200 to 250 ° C. for 30 to 60 minutes.
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法は、金属層14によりパッド電極12を平坦化するので、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ワイヤボンディング時に従来例のようにボイドが形成されることもなく、ワイヤ22との高い密着性を確保でき、弾性も高めることができるのでワイヤボンディング時のクラック発生の問題を抑制できる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the
第2実施形態
図3は本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
例えば、不図示のトランジスタなどの電子回路が形成された半導体基板に、酸化シリコンなどの第1絶縁層30が形成され、第1絶縁層30に配線溝などが形成され、第1配線31及び第2配線32が埋め込まれて形成されている。
第1絶縁層30の上層に、窒化シリコンなどの第2絶縁層33及び酸化シリコンなどの第3絶縁層34が形成されている。
第2絶縁層33及び第3絶縁層34にはコンタクトホール34aが形成されており、コンタクトホール34aの内部を被覆して、第1配線31を介して電子回路に接続するように、バリアメタル35と積層してコンタクトプラグとパッド電極が一体化した導電層36が形成されている。
第3絶縁層34の表面は保護膜37で被覆されており、上記の保護膜37にはパッド電極となる導電層36を露出する開口部37aが形成されている。
さらに、保護膜37の開口部37a内において、パッド電極となる導電層36の上層に金属層38が形成されている。
Second Embodiment FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment.
For example, a first insulating
A second insulating
A
The surface of the third insulating
Further, a
例えば、金属層38は金層または金合金層であり、また、パッド電極となる導電層36はアルミニウム層またはアルミニウム合金層である。
For example, the
また、例えば、パッド電極となる導電層36と金属層38との界面に、パッド電極となる導電層36を構成する元素であるアルミニウムと金属層14を構成する元素である金などが相互拡散して合金層39が形成されている。
ここで、パッド電極となる導電層36の表面には電子回路の動作確認などのためにプローブ針があてられていたことにより凹凸やバリが生じていたが、パッド電極となる導電層36の上層に金属層38が形成されているので表面が平坦化されている。
Further, for example, aluminum, which is an element constituting the
Here, the surface of the
上記の本実施形態の半導体装置は、パッド電極となる導電層36を有し、パッド電極においてワイヤボンディングによりワイヤ42を介して外部に接続されて用いられる。
上記のように金属層38により平坦化されているので、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ワイヤボンディングにおいて従来例のようにボイドが形成されることもなく、ワイヤ42との高い密着性を確保でき、弾性も高めることができるのでワイヤボンディング時のクラック発生の問題を抑制できる。
The semiconductor device according to the present embodiment includes the
Since it is flattened by the
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図4(a)に示すように、例えば、不図示の電子回路が形成されたウェハ状態の半導体基板に第1絶縁層30を形成し、第1絶縁層30にダマシン配線工程により第1配線31及び第2配線32を埋め込んで形成し、その上層にCuバリアを目的とした第2絶縁層33及び第3絶縁層34を順に堆積する。
次に、例えば、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニング形成し、RIE(反応性イオンエッチング)などのエッチング処理を行ってパッド電極接続用のコンタクトホール34aを形成し、スパッタリング法などによりバリアメタル35と積層してアルミニウムなどの導電層を成膜し、パターニング加工してパッド電極となる導電層36を形成する。
次に、第3絶縁層34の上層に保護膜37を形成し、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニング形成し、RIEなどのエッチング処理を行ってパッド電極部分を露出する開口部37aを形成する。
A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 4A, for example, a first insulating
Next, for example, a resist film is patterned by a photolithography method, an etching process such as RIE (reactive ion etching) is performed to form a
Next, a
次に、図4(b)に示すように、上記の構成のウェハ状態の半導体装置に対して、電子回路の動作確認、特性確認あるいは選別のために測定及び評価を行うために、電子回路に接続しているパッド電極となる導電層36に、不図示の測定装置に接続されたプローブ針40を針立てして電気的に接続し、測定装置と電気的に導通を取る。
この際、パッド電極となる導電層36の表面に凹凸36aが生じたり、バリが発生したりする。
Next, as shown in FIG. 4 (b), in order to perform measurement and evaluation for the operation check, characteristic check or selection of the electronic circuit on the semiconductor device in the wafer state having the above configuration, A
At this time,
次に、図5(a)に示すように、例えば、パッド電極となる導電層36上に金ナノ粒子を含有する樹脂(金含有樹脂)あるいはその他の金属含有樹脂をインクジェット法により塗布あるいはディスペンサ41から供給し、金含有樹脂などの金属含有樹脂層38pを形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, for example, a resin (gold-containing resin) containing gold nanoparticles or other metal-containing resin is applied onto the
次に、図5(b)に示すように、例えば熱処理により溶剤などの有機成分を除去し、金属含有樹脂層38pを焼成して金属層38を形成する。ここでは、例えば150〜250℃の温度で焼成する。
上記の焼成工程において、パッド電極となる導電層36を構成する元素と金属層38を構成する元素の相互拡散により、パッド電極となる導電層36と金属層38との界面に合金層39を形成する。これにより、パッド電極となる導電層36と金属層38との密着強度が確保できる。
このようにして、パッド電極となる導電層36上に金属層38を形成することで、パッド電極表面の凹凸の平坦化が可能となり、また、パッド電極と金属層で1μm以上の膜厚が確保でき、ワイヤボンディング時に必要な弾性の確保が可能となる。
Next, as shown in FIG. 5B, for example, organic components such as a solvent are removed by heat treatment, and the metal-containing
In the above firing step, an
By forming the
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法は、金属層38によりパッド電極となる導電層36を平坦化するので、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ワイヤボンディング時に従来例のようにボイドが形成されることもなく、ワイヤ42との高い密着性を確保でき、弾性も高めることができるのでワイヤボンディング時のクラック発生の問題を抑制できる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment described above, the
第3実施形態
図6は本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
例えば、不図示のトランジスタなどの電子回路が形成された半導体基板に、酸化シリコンなどの第1絶縁層30が形成され、第1絶縁層30に配線溝などが形成され、例えば銅あるいは銅合金などからなる第1配線31及び第2配線32が埋め込まれて形成されている。
第1配線31及び第2配線32の表面には、銅の拡散を防止するためのCoWPなどからなるバリアメタル35が形成されている。
第1絶縁層30の上層に、窒化シリコンなどの第2絶縁層33及び酸化シリコンなどの第3絶縁層34が形成されている。
ここでは、第1配線31がパッド電極に相当し、第3絶縁層が保護膜に相当する。
Third Embodiment FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor device according to this embodiment.
For example, a first insulating
A
A second insulating
Here, the
第3絶縁層34にはパッド電極となる第1配線31を露出する開口部34aが形成されている。
さらに、第3絶縁層34の開口部34a内において、パッド電極となる第1配線31の上層に金属層38が形成されている。
例えば、金属層38は金層または金合金層である。
The third insulating
Further, a
For example, the
ここで、パッド電極となる第1配線31の表面には電子回路の動作確認などのためにプローブ針があてられていた場合、凹凸やバリが生じていたが、パッド電極となる第1配線31の上層に金属層38が形成されているので表面が平坦化されている。
Here, when the probe needle is applied to the surface of the
上記の本実施形態の半導体装置は、パッド電極となる第1配線31を有し、パッド電極においてワイヤボンディングによりワイヤ42を介して外部に接続されて用いられる。
上記のように金属層38により平坦化されているので、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ワイヤボンディングにおいて従来例のようにボイドが形成されることもなく、ワイヤ42との高い密着性を確保でき、弾性も高めることができるのでワイヤボンディング時のクラック発生の問題を抑制できる。
The semiconductor device according to the present embodiment includes the
Since it is flattened by the
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図7(a)に示すように、例えば、不図示の電子回路が形成されたウェハ状態の半導体基板に第1絶縁層30を形成し、第1絶縁層30にダマシン配線工程により銅などからなる第1配線31及び第2配線32を埋め込んで形成し、その上層にCuバリアを目的としたCoWPなどのバリアメタル35を形成する。
次に、例えば、第1絶縁層30の上層に第2絶縁層33及び第3絶縁層34を順に堆積し、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニング形成し、RIE(反応性イオンエッチング)などのエッチング処理を行って、パッド電極となる第1配線31を露出する開口部34aを形成する。
A method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 7A, for example, a first insulating
Next, for example, a second insulating
次に、上記の構成のウェハ状態の半導体装置に対して、電子回路の動作確認、特性確認あるいは選別のために測定及び評価を行うために、電子回路に接続しているパッド電極となる第1配線31に、不図示の測定装置に接続されたプローブ針を針立てして電気的に接続し、測定装置と電気的に導通を取る。
Next, in order to perform measurement and evaluation for operation confirmation, characteristic confirmation or selection of the electronic circuit for the semiconductor device in a wafer state having the above-described configuration, a first electrode that becomes a pad electrode connected to the electronic circuit is provided. A probe needle connected to a measurement device (not shown) is connected to the
次に、図7(b)に示すように、例えば、開口部34a内において、パッド電極となる第1配線31の上層に、バリアメタル35を介して、金ナノ粒子を含有する樹脂(金含有樹脂)あるいはその他の金属含有樹脂をインクジェット法により塗布あるいはディスペンサから供給し、金含有樹脂などの金属含有樹脂層38pを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, for example, a resin containing gold nanoparticles (gold-containing material) is formed on the upper layer of the
次に、図7(c)に示すように、例えば熱処理により溶剤などの有機成分を除去し、金属含有樹脂層38pを焼成して金属層38を形成する。ここでは、例えば150〜250℃の温度で焼成する。
このようにして、パッド電極となる第1配線31上に金属層38を形成することで、パッド電極表面の凹凸の平坦化が可能となり、また、パッド電極と金属層で1μm以上の膜厚が確保でき、ワイヤボンディング時に必要な弾性の確保が可能となる。
Next, as shown in FIG. 7C, organic components such as a solvent are removed by heat treatment, for example, and the metal-containing
Thus, by forming the
上記の本実施形態の半導体装置の製造方法は、金属層38によりパッド電極となる第1配線31を平坦化するので、電子回路の測定などのためにパッド電極に測定装置のプローブ針の針立てを行っても、ワイヤボンディング時に従来例のようにボイドが形成されることもなく、ワイヤ42との高い密着性を確保でき、弾性も高めることができるのでワイヤボンディング時のクラック発生の問題を抑制できる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment described above, the
上記の各実施形態によれば、プローブの針立てを行って、捲れや削れが生じたパッドに対して良好なワイヤボンディングの形成が可能となる。
また、従来信頼性上問題になっていた金とアルミニウムの相互拡散の過剰進行によるボイド形成起因の接触不良についてもボンディング前に事前に十分な相互拡散を実施することが可能となったため、後発する可能性が低減される。
また、ワイヤボンディングにおいて必要であったパッド部の弾性について、シリコン基板上に1層の配線を有するのみでは不十分であったが、本発明の方法を適用することによりパッド電極上の金属層により十分な膜厚が確保でき、シリコン基板上に1層の配線を有する場合でもボンディング可能となる。
またボンディング前のアルミニウム膜の膜厚の薄膜化可能によりパッド電極を構成するアルミニウム層の薄膜化、並びにパッド電極の露出あるいはフューズ窓開口時のエッチングプロセスウィンドウ拡大が可能となる。
According to each of the above-described embodiments, it is possible to form a good wire bonding to a pad that has been bent or scraped by performing a probe stand.
In addition, contact defects caused by void formation due to excessive progress of interdiffusion between gold and aluminum, which has been a problem in reliability in the past, can now be performed sufficiently because it is possible to carry out sufficient interdiffusion before bonding. The possibility is reduced.
In addition, the elasticity of the pad portion required in wire bonding was not sufficient to have a single layer of wiring on the silicon substrate, but by applying the method of the present invention, the metal layer on the pad electrode A sufficient film thickness can be secured, and bonding is possible even when one layer of wiring is provided on the silicon substrate.
Further, the thickness of the aluminum film before bonding can be reduced, so that the aluminum layer constituting the pad electrode can be reduced, and the etching process window can be expanded when the pad electrode is exposed or the fuse window is opened.
本発明は上記の説明に限定されない。
以上、実施例を挙げたが本発明において配線の形成方法、層間膜の形成方法、配線の金属種、層間膜の膜種は上記に限らない。
例えば配線形成方法は通常のダマシン法の代わりにコンタクト層と配線層を連続して形成するデュアルダマシン法を用いても良い。
配線を構成する金属元素にアルミニウムタングステンを用いる場合は、通常のフォトリソグラフィとプラズマエッチングを行って形成できる。
層間の絶縁膜の形成方法についてもCVD法の他、スピンコート法による塗布及びベーク処理、あるいは、印刷及びベーク処理などでも良い。
配線を構成する金属元素としては、主に、銅のほか、銅と他の金属との合金、また上記のようにアルミニウム、タングステン、銀、金、プラチナなどでもよい。
バリアメタル層としては、タンタルの他、チタン、モリブデンなど、あるいはこれらの窒化膜や酸化膜でもよい。
層間の絶縁膜としては、配線下層部に窒化シリコン、その上に低誘電率のSiOC膜、さらにその上に酸化シリコン膜を用いることができ、これらはそれぞれ銅の拡散抑止、低誘電率、被研磨という目的がある。例えば、窒化シリコンの代わりにSiCあるいはSiNCなどを用いることができる。SiOCの代わりにMethylsilsesquioxane(MSQ)やHydrogensilsesquioxane(HSQ)、ポーラス膜、SiOF膜、低誘電率有機膜でもよく、酸化シリコン膜の代わりにSiOF膜などを用いてもよい。
また、上記例では配線として1層を例に挙げたが2層以上でもよい。
シリコン基板としてはP型やN型、あるいはSOI(Silicon on Insulator)基板などでもよい。
パターニング形成法としてフォトリソグラフィ法としたが、電子線やX線を用いてもよく、プラズマエッチング法のほかに薬液によるウェットエッチングやプラズマエッチング及び薬液によるウェットエッチングでもよい。
本発明にかかるパッド電極の金属として実施例ではアルミニウムの例を挙げたが、アルミニウムのほか、アルミニウム合金を用いても良い。
また金含有樹脂層の形成はインクジェット法の代わりにディスペンス方式でもよい。
金属層としては金の代わりに銀や銅などでもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
Although the embodiments have been described above, the wiring forming method, the interlayer film forming method, the wiring metal species, and the interlayer film types are not limited to the above in the present invention.
For example, as a wiring forming method, a dual damascene method in which a contact layer and a wiring layer are continuously formed may be used instead of a normal damascene method.
When aluminum tungsten is used as the metal element constituting the wiring, it can be formed by performing normal photolithography and plasma etching.
As for the method for forming the insulating film between layers, in addition to the CVD method, application and baking treatment by spin coating method or printing and baking treatment may be used.
The metal element constituting the wiring may be mainly copper, an alloy of copper and another metal, or aluminum, tungsten, silver, gold, or platinum as described above.
As the barrier metal layer, in addition to tantalum, titanium, molybdenum or the like, or a nitride film or an oxide film thereof may be used.
As an insulating film between layers, silicon nitride can be used for the lower layer portion of the wiring, a low dielectric constant SiOC film can be further formed thereon, and a silicon oxide film can be further formed thereon. There is a purpose of polishing. For example, SiC or SiNC can be used instead of silicon nitride. Instead of SiOC, Methylsilsesquioxane (MSQ), Hydrogensilsesquioxane (HSQ), porous film, SiOF film, low dielectric constant organic film may be used, and SiOF film may be used instead of silicon oxide film.
In the above example, one layer is exemplified as the wiring, but two or more layers may be used.
The silicon substrate may be a P-type, N-type, or SOI (Silicon on Insulator) substrate.
Although the photolithography method is used as the patterning formation method, an electron beam or an X-ray may be used. In addition to the plasma etching method, wet etching using a chemical solution, plasma etching, or wet etching using a chemical solution may be used.
Although the example of aluminum was given as an example of the metal of the pad electrode according to the present invention, aluminum alloy may be used in addition to aluminum.
The gold-containing resin layer may be formed by a dispensing method instead of the ink jet method.
The metal layer may be silver or copper instead of gold.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明の半導体装置は、ワイヤボンディングにより外部に接続される半導体装置に適用できる。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディングにより外部に接続される半導体装置の製造方法に適用できる。
The semiconductor device of the present invention can be applied to a semiconductor device connected to the outside by wire bonding.
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be applied to a method for manufacturing a semiconductor device connected to the outside by wire bonding.
10…半導体基板、11…バリアメタル、12…パッド電極、12a…凹凸、13…保護膜、13a…開口部、14…金属層、15…合金層、20…プローブ針、21…ディスペンサ、22…ワイヤ、30…第1絶縁層、31…第1配線、32…第2配線、33…第2絶縁層、34…第3絶縁層、34a…開口部(コンタクトホール)、35…バリアメタル、36…導電層、37…保護膜、37a…開口部、38…金属層、39…合金層、40…プローブ針、41…ディスペンサ、42…ワイヤ、V…ボイド
DESCRIPTION OF
Claims (16)
電子回路が形成された基板と、
前記基板に形成された前記パッド電極と、
前記基板を被覆して形成され、前記パッド電極を露出する開口部が形成された保護膜と、
前記保護膜の前記開口部内において前記パッド電極の上層に形成された金属層と
を有する半導体装置。 A semiconductor device having a pad electrode and connected to the outside by wire bonding at the pad electrode,
A substrate on which an electronic circuit is formed;
The pad electrode formed on the substrate;
A protective film formed to cover the substrate and having an opening for exposing the pad electrode;
And a metal layer formed as an upper layer of the pad electrode in the opening of the protective film.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein an alloyed layer of an element constituting the pad electrode and an element constituting the metal layer is formed at an interface between the pad electrode and the metal layer.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer is a gold layer or a gold alloy layer.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the pad electrode is an aluminum layer or an aluminum alloy layer.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the pad electrode is a copper layer or a copper alloy layer.
請求項5に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5, wherein a barrier metal layer is formed between the pad electrode and the metal layer.
請求項6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6, wherein the barrier metal layer includes cobalt and tungsten.
電子回路が形成された基板に前記パッド電極を形成する工程と、
前記基板を被覆して、前記パッド電極を露出する開口部を有する保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の前記開口部内において前記パッド電極の上層に金属含有樹脂層を形成する工程と、
前記金属含有樹脂層を焼成して金属層を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a pad electrode and connected to the outside by wire bonding at the pad electrode,
Forming the pad electrode on a substrate on which an electronic circuit is formed;
Covering the substrate and forming a protective film having an opening exposing the pad electrode;
Forming a metal-containing resin layer on the pad electrode in the opening of the protective film;
And a step of firing the metal-containing resin layer to form a metal layer.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of baking the metal-containing resin layer to form the metal layer, baking is performed at a temperature of 150 to 250 ° C.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming the metal-containing resin layer, the metal-containing resin layer is formed by an inkjet method.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of firing the metal-containing resin layer to form a metal layer, an alloyed layer of an element constituting the pad electrode and an element constituting the metal layer is formed at the interface between the pad electrode and the metal layer. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a gold layer or a gold alloy layer is formed as the metal layer.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein an aluminum layer or an aluminum alloy layer is formed as the pad electrode.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein a copper layer or a copper alloy layer is formed as the pad electrode.
請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising a step of forming a barrier metal layer on an upper layer of the pad electrode after the step of forming the pad electrode and before the step of forming the metal-containing resin layer. .
請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein a layer containing cobalt and tungsten is formed as the barrier metal layer.
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