JP2014222742A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンディングパッドとボンディングパッドに接続される被接続物との外れを抑制可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】本半導体装置は、ボンディングパッドを備えた半導体装置であって、前記ボンディングパッドは、第１金属膜と、前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、前記第２金属膜上に形成された第３金属膜と、を有し、前記第２金属膜には、前記第１金属膜の上面を露出する貫通孔が設けられ、前記第１金属膜と前記第３金属膜とが前記貫通孔を介して接合されている。
【選択図】図１
【解決手段】本半導体装置は、ボンディングパッドを備えた半導体装置であって、前記ボンディングパッドは、第１金属膜と、前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、前記第２金属膜上に形成された第３金属膜と、を有し、前記第２金属膜には、前記第１金属膜の上面を露出する貫通孔が設けられ、前記第１金属膜と前記第３金属膜とが前記貫通孔を介して接合されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体装置に関する。
半導体装置において、最上層部には、配線基板や他の半導体装置等と電気的に接続するためのボンディングパッド（外部接続端子）が形成される。半導体装置を配線基板や他の半導体装置等と電気的に接続する際には、ボンディングパッドに、例えば、金ワイヤが接続される。
このようなボンディングパッドの一例としては、一又は複数個の導電片からなる第１導電膜（多結晶シリコン）、第１導電膜の上部に形成されたバリアメタル膜（ＴｉＮ）、及びバリアメタル膜の上部に形成された第２導電膜（Ａｌ）によって構成されるボンディングパッドを挙げることができる。バリアメタル膜は、第１導電膜の表面に沿って形成されるため、バリアメタル膜には第１導電膜の導電片上に形成される凸部と、導電片の外側に形成される凹部とが生じる（例えば、特許文献１参照）。
ところで、特許文献１に記載のボンディングパッド上に金ワイヤが接続され、更に、低温状態と高温状態とを繰り返す温度サイクル状態に置かれた場合に、第２導電膜（Ａｌ）と金ワイヤとの界面で合金化反応が起こり、ＡｕＡｌ層が形成される。ＡｕＡｌ層は、バリアメタル膜の凹部内にも形成されるため、各膜の線膨張係数の相違等に起因してＡｕＡｌ層とバリアメタル膜との界面に沿ってクラックが生じ、金ワイヤがボンディングパッドから外れる（抜ける）問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ボンディングパッドとボンディングパッドに接続される被接続物との外れを抑制可能な半導体装置を提供することを課題とする。
本半導体装置は、ボンディングパッドを備えた半導体装置であって、前記ボンディングパッドは、第１金属膜と、前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、前記第２金属膜上に形成された第３金属膜と、を有し、前記第２金属膜には、前記第１金属膜の上面を露出する貫通孔が設けられ、前記第１金属膜と前記第３金属膜とが前記貫通孔を介して接合されていることを要件とする。
開示の技術によれば、ボンディングパッドとボンディングパッドに接続される被接続物との外れを抑制可能な半導体装置を提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図１（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図１（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３の図示は省略されている。なお、図１は、半導体装置の一部を例示しており、具体的には、半導体装置のボンディングパッド近傍のみを図示している（他の図も同様）。
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図１（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図１（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３の図示は省略されている。なお、図１は、半導体装置の一部を例示しており、具体的には、半導体装置のボンディングパッド近傍のみを図示している（他の図も同様）。
図１を参照するに、半導体装置１は、絶縁膜１０と、ボンディングパッド２０とを有する。絶縁膜１０は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の絶縁性の膜である。絶縁膜１０として、例えば、ＳｉＮ膜やＰＳＧ膜等を用いてもよい。絶縁膜１０上には、ボンディングパッド２０が形成されている。
なお、絶縁膜１０の下側（ボンディングパッド２０が形成されている側とは反対側）には、シリコン等からなる半導体基板（図示せず）があり、半導体基板には半導体集積回路（図示せず）が形成されている。ボンディングパッド２０は、半導体集積回路と電気的に接続されている。
ボンディングパッド２０は、第１金属膜２１と、第２金属膜２２と、第３金属膜２３とを有する。第１金属膜２１は、絶縁膜１０上に形成されている。第１金属膜２１の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣｕ等）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の導電率の高い材料を用いることができる。第１金属膜２１の膜厚は、例えば、１μｍ程度とすることができる。
第２金属膜２２は、第１金属膜２１上に形成されている。第２金属膜２２には複数の貫通孔２２１が形成されており、各貫通孔２２１内に第１金属膜２１の上面が露出している。各貫通孔２２１の平面形状は、例えば、縦２μｍ×横２μｍ程度の正方形状とすることができる。貫通孔２２１のピッチは、例えば、６μｍ程度とすることができる。
但し、各貫通孔２２１の平面形状は正方形状には限定されず、長方形状、円形状、楕円形状、多角形状、他のより複雑な形状等の任意の形状として構わない。又、貫通孔２２１のピッチも任意に設定してよい。
第２金属膜２２は、ボンディングパッド２０に接続される被接続物と化合物を形成しない材料により構成されている。例えば、ボンディングパッド２０に接続される被接続物が金ワイヤである場合には、第２金属膜２２の材料として、金と化合物を形成しない窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化タンタル（ＴａＮ）等を用いることができる。第２金属膜２２の膜厚は、例えば、数１０ｎｍ程度とすることができる。
第３金属膜２３は、第１金属膜２１上に第２金属膜２２を覆うように形成されている。つまり、第３金属膜２３は、第２金属膜２２を被覆すると共に、第２金属膜２２に形成された各貫通孔２２１内に充填され、各貫通孔２２１を介して第１金属膜２１と接合されて導通している。
第３金属膜２３の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣｕ等）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の導電率の高い材料を用いることができる。但し、第１金属膜２１の材料と第３金属膜２３の材料とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。第３金属膜２３の膜厚は、例えば、１μｍ程度とすることができる。
このように、本実施の形態に係るボンディングパッド２０は、ボンディングパッド２０に接続される被接続物（金ワイヤ等）との間で化合物を形成しない材料から形成された第２金属膜２２に貫通孔２２１を設け、第２金属膜２２よりも導電率の高い第１金属膜２１及び第３金属膜２３により上下方向（半導体装置１の厚さ方向）から挟んだサンドイッチ構造である。
ボンディングパッド２０は、以下のようにして製造することができる。図２は、第１の実施の形態に係るボンディングパッドの製造工程を例示する図である。まず、図２（ａ）に示す工程では、回路形成面側（能動面側）に絶縁膜１０が形成された半導体基板を準備する。そして、絶縁膜１０上のボンディングパッド２０を形成すべき領域に、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を積層する。
第１金属膜２１としては、例えば、絶縁膜１０上にスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）の膜を形成することができる。但し、アルミニウム（Ａｌ）に代えて前述の材料を用いてもよい。第２金属膜２２としては、例えば、第１金属膜２１上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により、窒化チタン（ＴｉＮ）の膜を形成することができる。但し、窒化チタン（ＴｉＮ）に代えて前述の材料を用いてもよい。
次に、図２（ｂ）に示す工程では、窒化チタン（ＴｉＮ）等である第２金属膜２２をエッチングして、複数の貫通孔２２１を形成する。各貫通孔２２１の平面形状等は、前述の通りである。各貫通孔２２１内には第１金属膜２１の上面が露出する。
次に、図２（ｃ）に示す工程では、第１金属膜２１上に、第２金属膜２２を覆うように第３金属膜２３を積層する。積層後、第３金属膜２３を所定の平面形状（矩形状や円形状等）にパターニングすることができる。第３金属膜２３としては、例えば、第１金属膜２１上に、第２金属膜２２を覆うようにスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）の膜を形成することができる。但し、アルミニウム（Ａｌ）に代えて前述の材料を用いてもよい。
第３金属膜２３は、第２金属膜２２を被覆すると共に、第２金属膜２２に形成された各貫通孔２２１内に充填され、各貫通孔２２１を介して第１金属膜２１と接合され、ボンディングパッド２０が完成する。
ここで、比較例を交えながら、本実施の形態に係るボンディングパッド２０の有する特有の効果について説明する。図３は、比較例に係る半導体装置のボンディングパッド上にボンディングワイヤを形成した様子を例示する図である。
図３を参照するに、比較例に係る半導体装置１Ｘは、絶縁膜１０と、ボンディングパッド２０Ｘとを有する。比較例に係るボンディングパッド２０Ｘは、本実施の形態に係るボンディングパッド２０と同様に、第１金属膜２１、第２金属膜２２、及び第３金属膜２３が積層された構造を有する。
但し、ボンディングパッド２０Ｘでは、ボンディングパッド２０とは異なり、第２金属膜２２に貫通孔が形成されていない。その結果、第１金属膜２１と第３金属膜２３とは直接接していない。
ここでは、絶縁膜１０がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、第１金属膜２１及び第３金属膜２３がアルミニウム（Ａｌ）、第２金属膜２２が窒化チタン（ＴｉＮ）であるとして、以下の説明をする。
一般に、半導体装置の保存環境や動作環境は低温状態から高温状態まで様々である。又、半導体装置自身は待機時（非動作時）には比較的低温状態であるが、動作時には高温になる。そのため、様々な環境中で動作・非動作を繰り返すことにより、半導体装置は低温状態と高温状態とを繰り返す温度サイクル状態に置かれることになる。
図３（ａ）では、ボンディングパッド２０Ｘの第３金属膜２３（Ａｌ）上に、ボンディングパッドに接続される被接続物の一例である金ワイヤ５００がワイヤボンディングされている。半導体装置１Ｘが上記のような温度サイクル状態に置かれると、第３金属膜２３（Ａｌ）と金ワイヤ５００との界面で合金化反応が起こり、ＡｕＡｌ層５１０が形成される。
半導体装置１Ｘを構成する各部材の線膨張係数は、夫々異なる。例えば、半導体装置１Ｘの半導体基板（図示せず）がシリコンである場合、線膨張係数は３．０ｐｐｍ／Ｋ程度である。又、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）である絶縁膜１０の線膨張係数は０．５ｐｐｍ／Ｋ程度である。
又、アルミニウム（Ａｌ）である第３金属膜２３の線膨張係数は２３ｐｐｍ／Ｋ程度である。又、ＡｕＡｌ層５１０の線膨張係数は９．４〜１４ｐｐｍ／Ｋ程度である。又、金ワイヤ５００の周囲を樹脂で封止する場合には、樹脂の線膨張係数は１１〜１３ｐｐｍ／Ｋ程度である。
このような半導体装置１Ｘを構成する各部材の線膨張係数の違いにより、半導体装置１Ｘが温度サイクル状態に置かれると、各部材間に熱応力が生じる。そのため、ＡｕＡｌ層５１０と第３金属膜２３（Ａｌ）との界面に、図３（ｂ）に示すようなクラック５２０が生じる場合がある。クラック５２０が生じると、金ワイヤ５００を第３金属膜２３（Ａｌ）から離す方向に力が加わった場合等において、クラック５２０が伸張する。この場合、クラック５２０は、ＡｕＡｌ層５１０と第３金属膜２３（Ａｌ）との界面に沿って伸張し、やがて、第３金属膜２３（Ａｌ）と金ワイヤ５００とが断線する。第３金属膜２３（Ａｌ）と金ワイヤ５００とが断線すると、金ワイヤ５００の抜けが発生する場合もある。
図３（ｂ）では、クラック５２０がＡｕＡｌ層５１０と第３金属膜２３（Ａｌ）との界面全体に伸張しており、クラック５２０が断線を引き起こしている状態である。なお、クラック５２０は、温度サイクル状態における低温と高温との温度範囲が広いほど生じやすい。
このように、比較例に係る半導体装置１Ｘにおけるボンディングパッド２０Ｘの構造は、クラックが発生した場合に、クラックを伸張させやすい（クラックの伸張を抑制できない）構造であり、半導体装置１Ｘにおける接続信頼性を低下させる一因となっている。
一方、本実施の形態に係る半導体装置１におけるボンディングパッド２０は、第２金属膜２２（ＴｉＮ）に複数の貫通孔２２１が形成された構造である。図４は、第１の実施の形態に係る半導体装置のボンディングパッド上にボンディングワイヤを形成した様子を例示する図である。
図４（ａ）では、ボンディングパッド２０において、第３金属膜２３（Ａｌ）上に、ボンディングパッドに接続される被接続物の一例である金ワイヤ５００がワイヤボンディングされている。半導体装置１が上記のような温度サイクル状態に置かれると、半導体装置１Ｘの場合と同様に、第３金属膜２３（Ａｌ）と金ワイヤ５００との界面で合金化反応が起こり、ＡｕＡｌ層５１０が形成される。
しかし、ボンディングパッド２０では、ボンディングパッド２０Ｘと異なり、第２金属膜２２（ＴｉＮ）に貫通孔２２１が形成されているため、ＡｕＡｌ層５１０は貫通孔２２１内に入り込み、第２金属膜２２（ＴｉＮ）の下側（第１金属膜２１側）に回り込む。
これにより、ＡｕＡｌ層５１０が第２金属膜２２（ＴｉＮ）に噛みこむ構造となるため、アンカー効果が生じる。つまり、金ワイヤ５００を第３金属膜２３（Ａｌ）から離す方向に力が加わった場合等でも、ＡｕＡｌ層５１０が第２金属膜２２（ＴｉＮ）に噛みこんでいるため、クラック５２０が伸張して金ワイヤ５００が抜けることを抑制できる。
又、このアンカー効果に加えて、第２金属膜２２（ＴｉＮ）によるブロック効果によっても、図４（ｂ）に示すように、クラック５２０が生じた場合にクラック５２０が伸張することを抑制できる。
このように、ボンディングパッド２０では、第３金属膜２３（Ａｌ）と金ワイヤ５００との接合強度を増大することができる。又、第３金属膜２３（Ａｌ）と金ワイヤ５００との断線を防止することが可能となり、半導体装置１における接続信頼性を向上できる。
又、比較例に係るボンディングパッド２０Ｘでは、第１金属膜２１（Ａｌ）と第３金属膜２３（Ａｌ）との間に第２金属膜２２（ＴｉＮ）が存在するため、第１金属膜２１（Ａｌ）と第３金属膜２３（Ａｌ）とは直接接していない。第２金属膜２２（ＴｉＮ）は、第１金属膜２１（Ａｌ）及び第３金属膜２３（Ａｌ）よりも導電率が低いため、ボンディングパッド２０Ｘ全体の抵抗値が高くなる。
一方、本実施の形態に係るボンディングパッド２０では、第２金属膜２２（ＴｉＮ）に形成された貫通孔２２１を介して、第１金属膜２１（Ａｌ）と第３金属膜２３（Ａｌ）とが接合されて導通している。そのため、ボンディングパッド２０全体の抵抗値を、ボンディングパッド２０Ｘに比べて低減できる。
以上、第１金属膜２１及び第３金属膜２３がアルミニウム（Ａｌ）、第２金属膜２２が窒化チタン（ＴｉＮ）であるとして説明をした。しかし、第１金属膜２１、第２金属膜２２、及び第３金属膜２３が前述の他の材料である場合にも、上記と同様に、アンカー効果が生じることで、ボンディングパッド２０とボンディングパッド２０に接続される被接続物との外れを抑制可能となる。又、クラックの伸張を抑制して接続信頼性を向上できると共に、ボンディングパッド２０全体の抵抗値を低減できる。
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第２金属膜に第１の実施の形態とは異なる平面形状の貫通孔を形成する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
第１の実施の形態の変形例１では、第２金属膜に第１の実施の形態とは異なる平面形状の貫通孔を形成する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
図５は、第１の実施の形態の変形例１に係る半導体装置を例示する図であり、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は平面図である。図５（ａ）は、図５（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図５（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図５（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３の図示は省略されている。
図５を参照するに、第１の実施の形態の変形例１に係る半導体装置１Ａは、ボンディングパッド２０がボンディングパッド２０Ａに置換された点が、第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。ボンディングパッド２０Ａにおいて、第２金属膜２２には複数の貫通孔２２２が形成されており、各貫通孔２２２内に第１金属膜２１の上面が露出している。
第１の実施の形態では、第２金属膜２２に平面形状が正方形状の複数の貫通孔２２１が形成され、全体としては網目状の貫通孔となっていた（図１（ｂ）参照）。これに対し、第１の実施の形態の変形例１では、第２金属膜２２に平面形状が長方形状（短冊状）の複数の貫通孔２２２が所定間隔で略平行に形成され、全体としては筋状の貫通孔となっている（図５（ｂ）参照）
このように、第２金属膜に形成する貫通孔を網目状ではなく筋状としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
このように、第２金属膜に形成する貫通孔を網目状ではなく筋状としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、第２金属膜に第１の実施の形態とは異なる平面形状の貫通孔を形成する他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
第１の実施の形態の変形例２では、第２金属膜に第１の実施の形態とは異なる平面形状の貫通孔を形成する他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
図６は、第１の実施の形態の変形例２に係る半導体装置を例示する図であり、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は平面図である。図６（ａ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図６（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図６（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３の図示は省略されている。
図６を参照するに、第１の実施の形態の変形例２に係る半導体装置１Ｂは、ボンディングパッド２０がボンディングパッド２０Ｂに置換された点が、第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。ボンディングパッド２０Ｂにおいて、第２金属膜２２には複数の貫通孔２２３が形成されており、各貫通孔２２３内に第１金属膜２１の上面が露出している。
第１の実施の形態では、第２金属膜２２に平面形状が正方形状の複数の貫通孔２２１が形成され、全体としては網目状の貫通孔となっていた（図１（ｂ）参照）。これに対し、第１の実施の形態の変形例２では、第２金属膜２２に平面形状が長方形状（短冊状）の複数の貫通孔２２３が異なる方向に形成され、全体としては放射状の貫通孔となっている（図６（ｂ）参照）
このように、第２金属膜に形成する貫通孔を網目状ではなく放射状としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
このように、第２金属膜に形成する貫通孔を網目状ではなく放射状としても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、バリアメタル層を有する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
第１の実施の形態の変形例３では、バリアメタル層を有する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
図７は、第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置を例示する図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は平面図である。図７（ａ）は、図７（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図７（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図７（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３の図示は省略されている。
図７を参照するに、第１の実施の形態の変形例３に係る半導体装置１Ｃは、ボンディングパッド２０がボンディングパッド２０Ｃに置換された点が、第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。ボンディングパッド２０Ｃにおいて、第１金属膜２１の下側（絶縁膜１０側）には、第４金属膜２４上に第５金属膜２５が積層されたバリアメタル層が形成されている。第４金属膜２４の材料としては、例えば、Ｔｉ等を用いることができる。第５金属膜２５の材料としては、例えば、ＴｉＮ等を用いることができる。第４金属膜２４及び第５金属膜２５は、例えば、スパッタリング法等により形成できる。
このように、ボンディングパッド２０Ｃにおいて、第１金属膜２１の下層にバリアメタル層を設けることにより、第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、第１金属膜２１と絶縁膜１０との密着性を向上できると共に、第１金属膜２１に含まれる金属が絶縁膜１０に拡散することを防止できる。
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造の異なるボンディングパッドを有する半導体装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造の異なるボンディングパッドを有する半導体装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
図８は、第２の実施の形態に係る半導体装置を例示する図であり、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は平面図である。図８（ａ）は、図８（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図８（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図８（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３及び絶縁膜３０の図示は省略されている。
図８を参照するに、第２の実施の形態に係る半導体装置１Ｄは、ボンディングパッド２０がボンディングパッド２０Ｄに置換された点が、第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。
ボンディングパッド２０Ｄの第２金属膜２２上には、開口部３０１が形成された絶縁膜３０が設けられている。開口部３０１内には、第２金属膜２２、及び第２金属膜２２に設けられた貫通孔２２１内に露出する第１金属膜２１が露出している。つまり、絶縁膜３０は、ボンディングパッドとして機能する領域を除く領域を被覆している。開口部３０１の平面形状は、例えば、矩形状や円形状等とすることができる。絶縁膜３０の材料としては、例えば、ＳｉＯ２やＰＳＧ等を用いることができる。
ボンディングパッド２０Ｄの第３金属膜２３は、絶縁膜３０の縁部から開口部３０１内にかけて形成されるため、第３金属膜２３には凹部２３１が形成される。凹部２３１の平面形状は、例えば、矩形状や円形状等とすることができる。開口部３０１内において、第１金属膜２１と第３金属膜２３とが貫通孔２２１を介して接合されている。
ボンディングパッド２０Ｄは、以下のようにして製造することができる。図９は、第２の実施の形態に係るボンディングパッドの製造工程を例示する図である。まず、第１の実施の形態の図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す工程と同様にして、絶縁膜１０上に第１金属膜２１及び貫通孔２２１を有する第２金属膜２２を積層する。
そして、図９（ａ）に示す工程では、第１金属膜２１上に、第２金属膜２２を覆うように絶縁膜３０を形成する。絶縁膜３０は、貫通孔２２１を充填し、更に第２金属膜２２上にも形成される。絶縁膜３０は、例えば、ＣＶＤ法等により、第１金属膜２１上にＳｉＯ２やＰＳＧ等を積層することで形成できる。
次に、図９（ｂ）に示す工程では、ボンディングパッド２０Ｄを形成する部分の絶縁膜３０を除去して開口部３０１を形成する。開口部３０１内には、第２金属膜２２が露出し、更に第２金属膜２２の貫通孔２２１内に第１金属膜２１が露出する。開口部３０１は、例えば、所定のマスクを介して絶縁膜３０をエッチングすることにより形成できる。
次に、図９（ｃ）に示す工程では、第１金属膜２１上に、第２金属膜２２及び絶縁膜３０を覆うように第３金属膜２３を積層する。積層後、第３金属膜２３を所定の平面形状（矩形状や円形状等）にパターニングすることができる。第３金属膜２３には凹部２３１が形成される。
第３金属膜２３は、第２金属膜２２及び絶縁膜３０の縁部（開口部３０１の周囲の部分）を被覆すると共に、第２金属膜２２に形成された各貫通孔２２１内に充填されて各貫通孔２２１を介して第１金属膜２１と接合されて導通し、ボンディングパッド２０Ｄが完成する。
このように、ボンディングパッド２０Ｄの第２金属膜２２上に、層間絶縁膜となる絶縁膜３０が形成されていても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。なお、第１の実施の形態の変形例１及び２のように、第２金属膜２２に形成する貫通孔を網目状ではなく筋状や放射状等としてもよい。又、第１の実施の形態の変形例３のように、第１金属膜２１の下層にバリアメタル層を設けてもよい。
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造の異なるボンディングパッドを有する半導体装置の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
第３の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造の異なるボンディングパッドを有する半導体装置の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
図１０は、第３の実施の形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は平面図である。図１０（ａ）は、図１０（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図１０（ｂ）において、便宜上、第１金属膜２１及び第２金属膜２２を梨地模様で示している。又、図１０（ｂ）において、便宜上、第３金属膜２３の図示は省略されている。
図１０を参照するに、第３の実施の形態に係る半導体装置１Ｅは、ボンディングパッド２０がボンディングパッド２０Ｅに置換された点が、第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。
ボンディングパッド２０Ｅの第１金属膜２１上には、開口部３０１が形成された絶縁膜３０が形成されている。開口部３０１内には、第２金属膜２２、及び第２金属膜２２に設けられた貫通孔２２１内に露出する第１金属膜２１が露出している。つまり、絶縁膜３０は、ボンディングパッドとして機能する領域を除く領域を被覆している。開口部３０１の平面形状は、例えば、矩形状や円形状等とすることができる。
ボンディングパッド２０Ｅの第２金属膜２２は、開口部３０１内に露出する第１金属膜２１上に形成されると共に、絶縁膜３０の縁部（開口部３０１の壁面及び開口部３０１の周囲の部分）に延在している。つまり、絶縁膜３０において、開口部３０１内の壁面及び開口部３０１の周囲の部分は、第２金属膜２２に被覆されている。
ボンディングパッド２０Ｅの第３金属膜２３は、絶縁膜３０の縁部に延在する第２金属膜２２上から開口部３０１内にかけて形成されるため、第３金属膜２３には凹部２３１が形成される。開口部３０１内において、第１金属膜２１と第３金属膜２３とが貫通孔２２１を介して接合されている。
ボンディングパッド２０Ｅは、以下のようにして製造することができる。図１１は、第３の実施の形態に係るボンディングパッドの製造工程を例示する図である。まず、絶縁膜１０上に、スパッタリング法等により、第１金属膜２１を積層する。
そして、図１１（ａ）に示す工程では、第１金属膜２１上に、ＣＶＤ法等により、絶縁膜３０を形成する。続いて、ボンディングパッド２０Ｅを形成する部分の絶縁膜３０を除去して開口部３０１を形成する。開口部３０１内には、第１金属膜２１が露出する。開口部３０１は、例えば、所定のマスクを介して絶縁膜３０をエッチングすることにより形成できる。
次に、図１１（ｂ）に示す工程では、絶縁膜３０の開口部３０１内に露出する第１金属膜２１上から絶縁膜３０の縁部（開口部３０１の内壁面及び開口部３０１の周囲の部分）にかけて、プラズマＣＶＤ法等により、第２金属膜２２を積層する。そして、開口部３０１の底部に形成された第２金属膜２２をエッチングして、複数の貫通孔２２１を形成する。
次に、図１１（ｃ）に示す工程では、第１金属膜２１上に、第２金属膜２２を覆うように第３金属膜２３を積層する。積層後、第３金属膜２３を所定の平面形状（矩形状や円形状等）にパターニングすることができる。第３金属膜２３には凹部２３１が形成される。
第３金属膜２３は、第２金属膜２２を被覆すると共に、第２金属膜２２に形成された各貫通孔２２１内に充填されて各貫通孔２２１を介して第１金属膜２１と接合されて導通し、ボンディングパッド２０Ｅが完成する。
このように、ボンディングパッド２０Ｅの第１金属膜２１上に、層間絶縁膜となる絶縁膜３０が形成されていても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。なお、第１の実施の形態の変形例１及び２のように、第２金属膜２２に形成する貫通孔を網目状ではなく筋状や放射状等としてもよい。又、第１の実施の形態の変形例３のように、第１金属膜２１の下層にバリアメタル層を設けてもよい。
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 半導体装置
１０、３０ 絶縁膜
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ ボンディングパッド
２１ 第１金属膜
２２ 第２金属膜
２３ 第３金属膜
２４ 第４金属膜
２５ 第５金属膜
２２１、２２２、２２３ 貫通孔
２３１ 凹部
３０１ 開口部
５００ 金ワイヤ
５１０ ＡｕＡｌ層
５２０ クラック
１０、３０ 絶縁膜
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ ボンディングパッド
２１ 第１金属膜
２２ 第２金属膜
２３ 第３金属膜
２４ 第４金属膜
２５ 第５金属膜
２２１、２２２、２２３ 貫通孔
２３１ 凹部
３０１ 開口部
５００ 金ワイヤ
５１０ ＡｕＡｌ層
５２０ クラック
Claims (6)
- ボンディングパッドを備えた半導体装置であって、
前記ボンディングパッドは、
第１金属膜と、
前記第１金属膜上に形成された第２金属膜と、
前記第２金属膜上に形成された第３金属膜と、を有し、
前記第２金属膜には、前記第１金属膜の上面を露出する貫通孔が設けられ、
前記第１金属膜と前記第３金属膜とが前記貫通孔を介して接合されている半導体装置。 - 前記第２金属膜は、前記ボンディングパッドに接続される被接続物と化合物を形成しない材料により構成されている請求項１記載の半導体装置。
- 前記第１金属膜及び前記第３金属膜は、前記第２金属膜よりも導電率が高い請求項１又は２記載の半導体装置。
- 前記第１金属膜の下層に、前記第１金属膜に含まれる金属が他の層に拡散することを防止する第４金属膜が設けられた請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体装置。
- 前記第２金属膜上には、開口部が形成された絶縁膜が設けられ、
前記開口部内には、前記第２金属膜、及び前記第２金属膜に設けられた前記貫通孔内に露出する前記第１金属膜が露出し、
前記開口部内において、前記第１金属膜と前記第３金属膜とが前記貫通孔を介して接合されている請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置。 - 前記第１金属膜上には、開口部が形成された絶縁膜が設けられ、
前記開口部内には、前記第２金属膜、及び前記第２金属膜に設けられた前記貫通孔内に露出する前記第１金属膜が露出し、
前記開口部内において、前記絶縁膜の壁面は、前記第２金属膜に被覆され、
前記開口部内において、前記第１金属膜と前記第３金属膜とが前記貫通孔を介して接合されている請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2013102515A JP2014222742A (ja) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 半導体装置 |
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| JP2014222742A true JP2014222742A (ja) | 2014-11-27 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2014222742A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019110248A (ja) * | 2017-12-19 | 2019-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH07183326A (ja) * | 1993-12-24 | 1995-07-21 | Nec Corp | ボンディング用パッド及びその製造方法 |
| JPH10340920A (ja) * | 1997-06-10 | 1998-12-22 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
2013
- 2013-05-14 JP JP2013102515A patent/JP2014222742A/ja active Pending
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| JP7102723B2 (ja) | 2017-12-19 | 2022-07-20 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
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