JP2016046477A - 半導体装置 - Google Patents

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semiconductor device
slit
bonding
slt
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智朗 大槻
Tomoaki Otsuki
智朗 大槻
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Renesas Electronics Corp
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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上する。【解決手段】パッドPDには、パッドPDを貫通するスリット部SLTが形成されており、パッドPDは、平面視において、スリット部SLTよりも内側のボンディング部BUと、平面視において、スリット部SLTよりも外側の外縁部EUとを有する。このとき、平面視において、ビアVA1は、スリット部SLTを内包し、かつ、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUとに接触している。【選択図】図7

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、パッドと接続されたビアを有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特開平9−36166号公報(特許文献1)には、ボンディングパッド上にスリットを形成する技術が記載されている。
特開平9−36166号公報
例えば、パッドにスリットを形成する技術においては、ワイヤボンディングに起因してパッドに加えられるストレスを、ワイヤボンディングの後にスリットに埋め込まれたモールディング化合物で低減することができるため、ストレスによるパッドの腐蝕を抑制することができる。
ところが、スリットは、パッドを貫通するように形成されるため、スリットの内部を通って、水分が半導体チップの内部に浸入するおそれがある。したがって、パッドにスリットを形成する技術においては、半導体チップの内部への水分の浸入を抑制することにより、半導体装置の信頼性を向上することが望まれている。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態の半導体装置において、パッドは、パッドを貫通するスリット部と、平面視において、スリット部よりも内側のボンディング部と、平面視において、スリット部よりも外側の外縁部とを有する。このとき、平面視において、ビアは、スリット部を内包し、かつ、パッドのボンディング部とパッドの外縁部とに接触している。
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
QFPパッケージからなる半導体装置を上面から見た平面図である。 図1のA−A線で切断した断面図である。 半導体チップのレイアウト構成を示す図である。 関連技術におけるパッドを示す模式的な平面図である。 図4のA−A線で切断した断面図である。 実施の形態1におけるパッドを示す模式的な平面図である。 図6のA−A線で切断した断面図である。 実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図8に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図11に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図12に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図13に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図14に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図15に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態2におけるパッドを示す模式的な平面図である。 図17のA−A線で切断した断面図である。 実施の形態3におけるパッドを示す模式的な平面図である。 実施の形態4における半導体装置の構成例を示す断面図である。 実施の形態4における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図21に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図22に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図23に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図24に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図25に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図26に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図27に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図28に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態5におけるパッドの平面形状を示す平面図である。 実施の形態5におけるパッドの平面形状を示す平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
(実施の形態1)
<半導体装置(QFPパッケージ)の構成例>
半導体装置のパッケージ構造には、例えば、BGA(Ball Grid Array)パッケージやQFP(Quad Flat Package)パッケージなどのように様々な種類がある。本実施の形態1における技術的思想は、これらのパッケージに適用可能であり、以下に、一例として、QFPパッケージからなる半導体装置の構成について説明する。
図1は、QFPパッケージからなる半導体装置SA1を上面から見た平面図である。図1に示すように、半導体装置SA1は矩形形状をしており、半導体装置SA1の上面は樹脂(封止体)MRで覆われている。そして、樹脂MRの外形を規定する四辺から外側に向ってアウターリードOLが突き出ている。
続いて、半導体装置SA1の内部構造について説明する。図2は、図1のA−A線で切断した断面図である。図2に示すように、チップ搭載部TABの裏面は樹脂MRで覆われている。一方、チップ搭載部TABの上面には半導体チップCHPが搭載されており、チップ搭載部TABはインナーリードIL(リード端子)と分離されている。半導体チップCHPの主面にはパッドPDが形成されている。そして、半導体チップCHPに形成されているパッドPDは、インナーリードILとワイヤWで電気的に接続されている。これらの半導体チップCHP、ワイヤWおよびインナーリードILは樹脂MRで覆われており、インナーリードILと一体化しているアウターリードOL(リード端子)が樹脂MRから突き出ている。樹脂MRから突き出ているアウターリードOLは、ガルウィング形状に成形されており、その表面にめっき膜PFが形成されている。
チップ搭載部TAB、インナーリードIL、および、アウターリードOLは、例えば、銅材や鉄とニッケルとの合金である42アロイ(42Alloy)などから形成されており、ワイヤWは、例えば、金線から形成されている。半導体チップCHPは、例えば、シリコンや化合物半導体(GaAsなど)から形成されており、この半導体チップCHPには、MOSFETなどの複数の半導体素子が形成されている。そして、半導体素子の上方に層間絶縁膜を介して多層配線が形成されており、この多層配線の最上層に多層配線と接続されるパッドPDが形成されている。したがって、半導体チップCHPに形成されている半導体素子は、多層配線を介してパッドPDと電気的に接続されていることになる。つまり、半導体チップCHPに形成されている半導体素子と多層配線により集積回路が形成され、この集積回路と半導体チップCHPの外部とを接続する端子として機能するものがパッドPDである。このパッドPDは、ワイヤWでインナーリードILと接続され、インナーリードILと一体的に形成されているアウターリードOLと接続されている。このことから、半導体チップCHPに形成されている集積回路は、パッドPD→ワイヤW→インナーリードIL→アウターリードOL→外部接続機器の経路によって、半導体装置SA1の外部と電気的に接続することができることがわかる。つまり、半導体装置SA1に形成されているアウターリードOLから電気信号を入力することにより、半導体チップCHPに形成されている集積回路を制御することができることがわかる。また、集積回路からの出力信号をアウターリードOLから外部へ取り出すこともできることがわかる。
次に、図3は、半導体チップCHPのレイアウト構成を示す図である。図3において、半導体チップCHPは、例えば、矩形形状をしており、半導体チップCHPの端辺に沿って、複数のパッドPDが配置されている。これらの複数のパッドPDのそれぞれにおいて、図3では図示されていないが、パッドPDの表面の大部分は、表面保護膜に設けられた開口部から露出している一方、パッドPDの端部は、表面保護膜で覆われている。
以下では、関連技術におけるパッド構造について説明し、その後、関連技術に存在する改善の余地について説明する。
<関連技術におけるパッド構造>
図4は、関連技術におけるパッドPDを示す模式的な平面図である。図4において、関連技術におけるパッドPDは、矩形形状をしており、内部にスリット部SLTが形成されている。このスリット部SLTの外側領域がパッドPDの外縁部EUであり、本明細書において、外縁部EUが形成されている領域を外縁領域ERと呼ぶことにする。一方、スリット部SLTの内側領域がパッドPDのボンディング部BUであり、このボンディング部にワイヤが接続される。本明細書において、ボンディング部BUが形成されている領域をボンディング領域BRと呼ぶことにする。
図4において、関連技術におけるパッドPDでは、スリット部SLTの内部に半導体装置を封止する封止体MR(図2参照)の一部が充填されている。これにより、関連技術によれば、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で低減することができるため、ストレスによるパッドPDの腐蝕を抑制することができる利点が得られる。
なお、図4に示すように、関連技術におけるパッドPDでは、矩形形状をしたパッドPDの端辺に沿って、スリット部SLTが形成されているが、パッドPDのボンディング部BUと外縁部EUとを電気的に接続するため、パッドPDの端辺の一部に沿って、スリット部SLTが形成されていないスリット未形成領域が設けられている。
次に、図5は、図4のA−A線で切断した断面図である。図5に示すように、層間絶縁膜IL1には、例えば、ダマシン法により形成された銅配線からなる配線WLが形成されており、この配線WL上を含む層間絶縁膜IL1上に層間絶縁膜IL2が形成されている。そして、この層間絶縁膜IL2には、層間絶縁膜IL2を貫通して配線WLに達するビアVAが複数形成されている。さらに、ビアVA上を含む層間絶縁膜IL2上には、パッドPDが形成されており、このパッドPDは、ボンディング部BUと外縁部EUとを有している。すなわち、関連技術におけるパッドPDには、パッドPDを貫通するスリット部SLTが形成されており、このスリット部SLTによって、ボンディング部BUと外縁部EUとが区別されている。
図5に示すように、関連技術においては、パッドPDのボンディング部BUとビアVAが接続されている。すなわち、関連技術では、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの下層に配置される配線WLとがビアVAによって接続されている。そして、パッドPDを覆うように表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PASには、パッドPDの一部領域を露出する開口部OP1が形成されている。具体的に、開口部OP1は、パッドPDのボンディング部BU全体と外縁部EUの一部を露出するように形成されている。このとき、開口部OP1から露出するパッドPDのボンディング部BU上には、ワイヤWが接続されており、このワイヤWを覆うように封止体MRが形成されている。この封止体MRは、開口部OP1内を含む表面保護膜PAS上に形成されており、さらに、封止体MRを構成する封止材料が、開口部OP1から露出するパッドPDのスリット部SLTの内部に充填されている。
以上のようにして、関連技術におけるパッド構造が形成されているが、本発明者が、この関連技術におけるパッド構造を検討したところ、関連技術におけるパッド構造には、半導体チップの内部への水分の浸入を抑制する観点から、改善の余地が存在することが明らかとなった。そこで、以下では、関連技術に存在する改善の余地について説明する。
<関連技術に存在する改善の余地>
図5に示すように、関連技術においては、パッドPDにスリット部SLTが形成されており、このスリット部SLTがパッドPDを貫通している。したがって、図5の矢印で示すように、スリット部SLTから半導体チップの内部に水分が浸入する経路が形成されることがわかる。つまり、関連技術では、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加わるストレスを緩和するために、パッドPDを貫通するスリット部SLTを設けているが、このスリット部SLTを設ける結果、半導体チップの内部に水分が浸入しやすくなるのである。半導体チップの内部に水分が浸入すると、半導体装置の動作不良に代表される信頼性低下を招くことになる。このことから、関連技術では、半導体チップの内部への水分の浸入を抑制して、半導体装置の信頼性を向上する観点から、改善の余地が存在する。そこで、本実施の形態1では、関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態1における技術的思想について説明する。
<実施の形態1におけるパッド構造およびビア構造>
図6は、本実施の形態1におけるパッドPDを示す模式的な平面図である。図6において、本実施の形態1におけるパッドPDは、矩形形状をしており、パッドPDの端辺に沿って、半導体装置の封止材が充填されたスリット部SLTが形成されている。そして、平面視において、このスリット部SLTの外側領域が外縁領域ERであり、外縁領域ERにパッドPDの外縁部EUが形成されている。一方、平面視において、スリット部SLTの内側領域がボンディング領域BRであり、ボンディング領域BRにパッドPDのボンディング部BUが形成されている。
さらに、図6において、パッドPDの下層には、図6の破線で示すビアVA1が形成されており、このビアVA1は、平面視において、パッドPDのボンディング部BUとスリット部SLTとを内包し、かつ、パッドPDの外縁部EUとに接触している。
また、図6に示すように、パッドPDの表面領域を覆うように表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PASには、パッドPDの表面の一部領域を開口する開口部OP1が形成されている。このとき、平面視において、開口部OP1は、パッドPDのボンディング部BUおよびスリット部SLTを内包している。
続いて、図7は、図6のA−A線で切断した断面図である。図7に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板1Sの主面には、集積回路を構成する複数の電界効果トランジスタQが形成されている。そして、この電界効果トランジスタQを覆うように層間絶縁膜が形成されており、この層間絶縁膜を貫通して、電界効果トランジスタQと電気的に接続されるプラグPLGが形成されている。そして、プラグPLGを形成した層間絶縁膜上には、例えば、ダマシン法によって、銅を主成分とする配線WL1が形成されている。この配線WL1は、プラグPLGを介して、電界効果トランジスタQと電気的に接続されている。ここで、図7では、図示を省略するが、配線WL1上には、多層配線が形成されており、この多層配線を覆うように層間絶縁膜IL1が形成されている。
ここで、本明細書でいう「主成分」とは、部材を構成する構成材料のうち、最も多く含まれている材料成分のことをいい、例えば、「銅を主成分とする材料」とは、部材の材料が銅を最も多く含んでいることを意味している。本明細書で「主成分」という言葉を使用する意図は、例えば、部材が基本的に銅から構成されているが、その他に不純物を含む場合を排除するものではないことを表現するために使用している。
図7に示すように、層間絶縁膜IL1には、例えば、ダマシン法により形成された銅を主成分とする配線WLが形成されており、この配線WL上を含む層間絶縁膜IL1上に層間絶縁膜IL2が形成されている。この層間絶縁膜IL2には、接続孔CNTが形成されており、この接続孔CNTの内壁に、例えば、タングステン(W)を主成分とするタングステン膜WFが形成されている。本実施の形態1では、接続孔CNTの内部に形成されたタングステン膜WFによって、ビアVA1が形成されている。そして、このビアVA1は、層間絶縁膜IL1に形成された配線WL上に形成されており、ビアVA1と配線WLとは電気的に接続されている。そして、ビアVA1に内包されるように、パッドPDのボンディング部BUが形成されているとともに、ビアVA1の側面から層間絶縁膜IL2上にわたって、パッドPDの外縁部EUが形成されている。したがって、ビアVA1とパッドPDのボンディング部BUとが直接、電気的に接続されているとともに、ビアVA1とパッドPDの外縁部EUも直接、電気的に接続されている。以上のことから、パッドPDと配線WLとは、ビアVA1を介して、電気的に接続されていることになる。
パッドPDには、パッドPDを貫通するスリット部SLTが形成されており、このスリット部SLTによって、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUとが分離されている。そして、パッドPDに形成されているスリット部SLTの底面からビアVA1の表面が露出している。さらに、本実施の形態1では、図7に示すように、パッドPDのボンディング部BUがビアVA1に内包され、かつ、パッドPDの外縁部EUがビアVA1の側面から層間絶縁膜IL2上にわたって形成されていることから、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUとの間には、段差が生じている。すなわち、本実施の形態1におけるパッドPDは、パッドPDのボンディング部BUがビアVA1に内包されている一方、パッドPDの外縁部EUがビアVA1からはみ出しているというパッドPDとビアVA1との位置関係から、パッドPDのボンディング部BUの表面の高さは、パッドPDの外縁部EUの表面の高さよりも低くなっている。言い換えれば、本実施の形態1におけるパッドPDでは、パッドPDの外縁部EUの表面の高さは、パッドPDのボンディング部BUの表面の高さよりも高くなっている。
次に、図7に示すように、パッドPDを覆うように、表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PASには、パッドPDの表面の一部領域を開口する開口部OP1が形成されている。具体的には、表面保護膜PASに形成された開口部OP1から、パッドPDのボンディング部BU全体と、パッドPDの外縁部EUの一部とが露出している。つまり、図7に示すように、開口部OP1の端部がパッドPDの外縁部EUに位置するように、表面保護膜PASに開口部OP1が形成されている。
そして、パッドPDのボンディング部BU上には、例えば、金線からなるワイヤWが接続されており、このワイヤWと開口部OP1の内部とを覆い、かつ、表面保護膜PAS上も覆うように、例えば、樹脂(封止材料)からなる封止体MRが形成されている。したがって、本実施の形態1においても、開口部OP1から露出するパッドPDのスリット部SLTには、樹脂(封止材料)が充填されていることになる。このことから、本実施の形態1においても、関連技術と同様に、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で低減することができるため、ストレスによるパッドPDの腐蝕を抑制することができる利点が得られる。
さらに、本実施の形態1においては、図7に示すパッド構造およびビア構造によって、パッドPDにスリット部SLTを設けながらも、半導体チップの内部に水分が浸入することを抑制することができる。つまり、本実施の形態1におけるパッド構造およびビア構造によれば、パッドPDにスリット部SLTを設けることにより、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加わるストレスを緩和できるとともに、スリット部SLTに起因する半導体チップの内部への水分の浸入ポテンシャルを大幅に抑制できる。以下に、このような技術的意義を有する本実施の形態1における特徴点について説明することにする。
<実施の形態1における特徴>
本実施の形態1における特徴点は、図7に示すように、パッドPDが、スリット部SLTよりも内側のボンディング部BUと、スリット部SLTよりも外側の外縁部EUとを有することを前提として、ビアVA1が、ボンディング部BUおよびスリット部SLTを内包し、かつ、外縁部EUと接触するように形成されている点にある。
これにより、まず、スリット部SLTの底部が、ビアVA1を構成するタングステン膜WFで覆われることになる。この結果、例えば、スリット部SLTを通って外部から浸入する水分は、スリット部SLTの底部で遮断されることになる。同様に、スリット部SLTの側面にもタングステン膜WFが存在することにより、このビアVA1を構成するタングステン膜WFが水分の浸入の防護壁として機能する。したがって、本実施の形態1によれば、たとえ、パッドPDにスリット部SLTを設けたとしても、ビアVA1の底面と側面にわたって形成されているタングステン膜WFが水分の半導体チップの内部への浸入を防止する防護壁として機能する。つまり、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入経路が、ビアVA1を構成するタングステン膜WFで遮断されるため、本実施の形態1におけるパッド構造によれば、パッドPDを貫通するスリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を効果的に抑制することができる。この結果、本実施の形態1における特徴点によれば、パッドPDに封止部材を埋め込んだスリット部SLTを設けることにより、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加わるストレスを緩和できるとともに、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を防止できる。したがって、本実施の形態1によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
このように、本実施の形態1では、スリット部SLTを内包するようにビアVA1が形成されているため、スリット部SLTを通って半導体チップの内部へ向かう経路は、必ず、ビアVA1を構成するタングステン膜WFで遮断されることになる。これにより、スリット部SLTを介した半導体チップの内部への水分の浸入が生じにくくなる。
さらに、図7に示すように、本実施の形態1におけるパッド構造およびビア構造では、ビアVA1の側面にパッドPDの外縁部EUが形成されている。すなわち、本実施の形態1におけるパッド構造においては、スリット部SLTの側面と層間絶縁膜IL2との間に、ビアVA1を構成するタングステン膜WFだけでなく、パッドPDの外縁部EUを構成するアルミニウム膜も形成されていることになる。このことから、ビアVA1を構成するタングステン膜WFとパッドPDの外縁部EUを構成するアルミニウム膜とによる二重防護機能によって、特に、スリットSLTの側面を介した水分の浸入を抑制できる。
これは、スリット部SLTを内包するようにビアVA1を形成し、かつ、外縁部EUの一部がビアVA1からはみ出して形成されるという本実施の形態1における特徴点により、必然的に備わる構成である。別の表現をすれば、本実施の形態1における特徴点によって、パッドPDのボンディング部BUの表面の高さが、パッドPDの外縁部EUの表面の高さよりも低くなる段差構造が実現される。この結果、本実施の形態1におけるパッド構造によれば、この段差構造によって、スリットSLTの側面に、ビアVA1を構成するタングステン膜WFとパッドPDの外縁部EUを構成するアルミニウム膜とによる二重防護機能が実現され、スリット部SLTからの水分の浸入を確実に防止できるのである。
なお、本実施の形態1においては、図7に示すように、ビアVA1によって、パッドPDのボンディング部BUと外縁部EUとが電気的に接続されている。このことから、本実施の形態1では、図4に示す関連技術のように、矩形形状をしたパッドPDの四辺のうちの三辺に沿ってスリット部SLTを形成し、残りの一辺(内部回路領域側の辺)には、ボンディング部BUと外縁部EUとを接続するために、スリット部SLTを形成しない構造とする必要はない。このため、本実施の形態1では、矩形形状をしたパッドPDの四辺全部に沿ってスリット部SLTを形成することもできる。この場合、スリット部SLTが完全にパッドPDのボンディング部BUを囲んでいるため、パッドPDの全方位において、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で均等に低減することができる利点が得られる。そして、この場合も、本実施の形態1におけるビア構造を採用することにより、スリット部SLTからの水分の浸入を確実に防止できる。
<実施の形態1における半導体装置の製造方法>
本実施の形態1における半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
まず、例えば、シリコンからなる半導体基板を用意し、この半導体基板に複数の電界効果トランジスタを形成する。その後、複数の電界効果トランジスタを形成した半導体基板上に多層配線層を形成する。図8では、多層配線層の上層に形成されている層間絶縁膜IL1が図示されている。この層間絶縁膜IL1は、例えば、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い低誘電率膜(SiOC膜など)から形成され、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用することにより形成することができる。そして、図8に示すように、例えば、ダマシン法を使用することにより、層間絶縁膜IL1に形成された溝に、例えば、窒化タンタル膜とタンタル膜との積層膜からなるバリア導体膜と銅を主成分とする銅膜とを埋め込んだ配線WLを形成する。
次に、図9に示すように、配線WLを形成した層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2を形成する。層間絶縁膜IL2は、例えば、酸化シリコン膜や低誘電率膜から形成され、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。
その後、図10に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜IL2に接続孔CNTを形成する。この接続孔CNTは、層間絶縁膜IL2を貫通して、配線WLの表面に達するように形成される。
続いて、図11に示すように、例えば、CVD法を使用することにより、接続孔CNTの内壁を含む層間絶縁膜IL2上に、タングステンを主成分とするタングステン膜WFを形成する。そして、図12に示すように、例えば、化学的機械的研磨法(CMP法:Chemical Mechanical Polishing)を使用することにより、層間絶縁膜IL2上に形成されている不要なタングステン膜WFを除去する。これにより、図12に示すように、層間絶縁膜IL2に形成された接続孔CNTの内壁にだけタングステン膜WFを残存させることができ、これによって、接続孔CNTにタングステン膜WFからなるビアVA1を形成できる。
次に、図13に示すように、ビアVA1を形成した層間絶縁膜IL2上に、例えば、スパッタリング法を使用することにより、例えば、窒化チタン膜からなるバリア導体膜BCFを形成した後、このバリア導体膜BCF上に、アルミニウム膜やアルミニウム合金膜(AlSi膜やAlSiCu膜など)からなる導体膜ALFを形成する。その後、図14に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、導体膜ALFおよびバリア導体膜BCFをパターニングすることにより、パッドPDを形成する。このときのパターニング工程で、パッドPDを貫通するスリット部SLTも形成する。これにより、スリット部SLTにより区別されたボンディング部BUと外縁部EUとからなるパッドPDを形成することができる。
このとき、パッドPDのボンディング部BUは、ビアVA1に内包され、かつ、パッドPDの外縁部EUは、一部がビアVA1からはみ出して層間絶縁膜IL2上に配置されるように形成される。この結果、図14に示すように、スリット部SLTの底面は、ビアVA1を構成するタングステン膜WFで塞がれ、かつ、スリット部SLTの側面には、パッドPDの外縁部EUの一部を構成する導体膜ALFとビアVA1を構成するタングステン膜WFとによる二重防護壁構造が形成される。これにより、本実施の形態1によれば、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を防止できるパッド構造を実現することができ、これによって、半導体装置の信頼性を向上することができる。
続いて、図15に示すように、パッドPDを形成した層間絶縁膜IL2上に、表面保護膜PASを形成する。表面保護膜PASは、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から形成され、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。
その後、図16に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、表面保護膜PASに開口部OP1を形成する。このとき、表面保護膜PASに形成された開口部OP1からは、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUの一部とが露出する。すなわち、開口部OP1の端部は、パッドPDの外縁部EU上に形成される。以上のようにして、本実施の形態1におけるパッド構造を形成することができる。
次に、図示は省略するが、半導体基板(半導体ウェハ)をダイシングすることにより、半導体基板を複数の半導体チップに個片化した後、個々の半導体チップは、リードフレームに設けられているチップ搭載部に搭載される(ダイボンディング)。そして、半導体チップに形成されているパッドPDとリードフレームに設けられているリードとを、例えば、金線からなるワイヤで電気的に接続する(ワイヤボンディング)。このとき、本実施の形態1におけるパッドPDには、ワイヤボンディング工程に起因したストレスが加わる。
その後、例えば、金型を使用したモールド工程によって、半導体チップを樹脂からなる封止体で封止する。このとき、パッドPDに形成されているスリット部SLTの内部に封止体を構成する封止材料が充填される。この結果、本実施の形態1によれば、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で低減することができる。そして、リードを切断成形することにより、本実施の形態1における半導体装置を製造することができる。
以上のことから、本実施の形態1によれば、図7に示すように、たとえ、パッドPDにスリット部SLTを設けたとしても、ビアVA1の底面と側面にわたって形成されているタングステン膜WFが水分の半導体チップの内部への浸入を防止する防護壁として機能する。つまり、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入経路が、ビアVA1を構成するタングステン膜WFで遮断されるため、本実施の形態1におけるパッド構造によれば、パッドPDを貫通するスリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を効果的に抑制することができる。この結果、本実施の形態1によれば、パッドPDに封止部材を埋め込んだスリット部SLTを設けることにより、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加わるストレスを緩和できるとともに、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を防止できる。したがって、本実施の形態1によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
(実施の形態2)
続いて、本実施の形態2におけるパッド構造およびビア構造について説明する。図17は、本実施の形態2におけるパッドPDを示す模式的な平面図である。図17において、本実施の形態2におけるパッドPDは、図6に示す前記実施の形態1におけるパッドPDとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
図17に示すように、本実施の形態2におけるパッドPDにも、スリット部SLTが形成されており、このスリット部SLTを囲むように、パッドPDの下層にビアVA2が形成されている。すなわち、前記実施の形態1におけるビアVA1は、図6に示すように、ボンディング部BUおよびスリット部SLTを内包する大きなサイズで形成されている。これに対し、本実施の形態2におけるビアVA2は、図17に示すように、スリット部SLTを内包する一方、ボンディング部BUを内包しない小さなサイズで形成されている。つまり、本実施の形態2におけるビアVA2も、前記実施の形態1におけるビアVA1と同様に、平面視において、スリット部SLTを内包するように形成されている一方、本実施の形態2におけるビアVA2のサイズは、前記実施の形態1におけるビアVA1のサイズよりも大幅に小さくなっている。
さらに、本実施の形態2においては、図17に示すように、ビアVA2の内側に、ボンディング部BUと接続するビアVA3が複数設けられている。例えば、このビアVA3の平面サイズは、スリット部SLTを囲むビアVA2の平面サイズよりも小さい。このように、本実施の形態2では、パッドPDと接続する2種類のビアVA2とビアVA3とが設けられている。なお、図17において、ボンディング部BUと接続するビアVA3の平面形状が円形形状の円形ビア(粒状ビア)として示しているが、これに限らず、このビアVA3は、直線形状(スリット形状)をしてもよいし、複数のビアVA3が組み合わされて、格子状に配置されていてもよい。
次に、図18は、図17のA−A線で切断した断面図である。図18に示すように、本実施の形態2では、スリット部SLTを囲むビアVA2が形成されている。すなわち、本実施の形態2におけるビアVA2は、スリット部SLTを内包し、かつ、パッドPDのボンディング部BUと外縁部EUとの両方に接続するように形成されている。
これにより、本実施の形態2においても、スリット部SLTの底部が、ビアVA2を構成するタングステン膜WFで覆われることになる。この結果、例えば、スリット部SLTを通って外部から浸入する水分は、スリット部SLTの底部で遮断されることになる。同様に、スリット部SLTの側面にもタングステン膜WFが存在することにより、このビアVA2を構成するタングステン膜WFが水分の浸入の防護壁として機能する。したがって、本実施の形態2でも、たとえ、パッドPDにスリット部SLTを設けたとしても、ビアVA2の底面と側面にわたって形成されているタングステン膜WFが水分の半導体チップの内部への浸入を防止する防護壁として機能する。つまり、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入経路が、ビアVA2を構成するタングステン膜WFで遮断されるため、本実施の形態2におけるパッド構造およびビア構造によれば、パッドPDを貫通するスリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を効果的に抑制することができる。
さらに、図18に示すように、本実施の形態2においては、ビアVA2の内側に、配線WLとパッドPDのボンディング部BUとを接続する複数のビアVA3が設けられている。これにより、ビアVA2のサイズを小さくしても、パッドPDと配線WLとをビアVA2と複数のビアVA3で接続することができるため、パッドPDと配線WLとの間の接続抵抗を低減することができる。
本実施の形態2に特有の特徴は、スリット部SLTを囲む前記実施の形態1におけるビアVA1のサイズに比べて、スリット部SLTを囲む本実施の形態2におけるビアVA2のサイズを小さくしている点にある。これにより、本実施の形態2によれば、ビアVA2のサイズと、ビアVA2と同層に形成されるその他のビアとのサイズとを差を小さくすることができる。この場合、接続孔の加工工程において、ビアVA2を形成する接続孔CNTのサイズと、その他のビアを形成する接続孔のサイズとの相違に起因するエッチングレートの差を小さくすることができる。この結果、本実施の形態2によれば、サイズの小さな接続孔での過剰なオーバエッチングを抑制することができる。
(実施の形態3)
続いて、本実施の形態3におけるパッド構造およびビア構造について説明する。図19は、本実施の形態3におけるパッドPDを示す模式的な平面図である。図19において、本実施の形態3におけるパッドPDは、図17に示す前記実施の形態2におけるパッドPDとほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
図19において、本実施の形態3における特徴は、平面視において、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUとが、スリット部SLTによって分離されている点にある。すなわち、本実施の形態3におけるパッドPDでは、図19に示すように、スリット部SLTが完全にパッドPDのボンディング部BUを囲んでいる。言い換えれば、図19に示すように、本実施の形態3におけるパッドPDでも、矩形形状をしたパッドPDの端辺に沿って、スリット部SLTが形成されているが、パッドPDの端辺に沿って、スリット未形成領域が設けられていない。つまり、本実施の形態3におけるパッドPDは、四辺を有する矩形形状をしており、スリット部SLTは、パッドPDの四辺に沿って配置されている。
これにより、本実施の形態3によれば、パッドPDの全体にわたって、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で低減することができる。すなわち、パッドPDの一部領域に、スリット部SLTが形成されていないスリット未形成領域が設けられている場合には、このスリット未形成領域において、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で低減しにくくなる。これに対し、本実施の形態3によれば、図19に示すように、スリット部SLTが完全にパッドPDのボンディング部BUを囲んでいるため、パッドPDの全方位において、ワイヤボンディングに起因してパッドPDに加えられるストレスを、ワイヤボンディング工程後にスリット部SLTに埋め込まれた封止材料で均等に低減することができる利点が得られる。
このように、本実施の形態3では、スリット部SLTが、パッドPDの四辺に沿って、パッドPDのボンディング部BUを完全に囲むように配置されている。この場合、パッドPDのボンディングBUとパッドPDの外縁部EUとが電気的に接続されなくなることが懸念される。この点に関し、本実施の形態3では、スリット部SLTが、パッドPDの四辺に沿って、パッドPDのボンディング部BUを完全に囲むように配置されている場合であっても、本実施の形態3におけるビア構造によって、パッドPDのボンディングBUとパッドPDの外縁部EUとを電気的に接続することができる。
具体的に、図19のA−A線で切断した断面図は、前記実施の形態2で説明した図18と同様である。図18に示すように、スリット部SLTを囲むビアVA2は、パッドPDのボンディング部BUと接続しているとともに、パッドPDの外縁部EUとも接続している。したがって、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUとは、ビアVA2を介して電気的に接続されることになるのである。つまり、本実施の形態3のように、ボンディング部BUと外縁部EUとが、スリット部SLTによって完全に分離されている場合であっても、図18に示すように、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUとは、ビアVA2を介して電気的に接続されるのである。この結果、本実施の形態3におけるパッド構造およびビア構造によれば、例えば、図19に示すように、たとえ、ボンディング部BUと外縁部EUとが、スリット部SLTによって完全に分離されている場合であっても、パッドPDの外縁部EUから引き出された引き出し配線DWLとボンディング部BUに接続されるワイヤとを電気的に接続することができるのである。
(実施の形態4)
前記実施の形態1では、パッドPDの下層に形成されている配線WLを銅配線から構成する例について説明したが、本実施の形態4では、パッドPDの下層に形成されている配線WLをアルミニウム配線(アルミニウム合金配線)から構成する例について説明する。
<実施の形態4における半導体装置の構成>
図20は、本実施の形態4における半導体装置の構成例を示す断面図である。図20に示す本実施の形態4における半導体装置の構成は、図7に示す前記実施の形態1における半導体装置の構成とほぼ同様である。ただし、図20に示すように、本実施の形態4における半導体装置では、層間絶縁膜IL1上に、例えば、バリア導体膜(チタン膜と窒化チタン膜との積層膜)で挟まれたアルミニウム膜からなるアルミニウム配線(配線WL)が形成されている。すなわち、図20に示す本実施の形態4における半導体装置では、図7に示す銅配線からなる配線WLに替えて、アルミニウム配線からなる配線WLが形成されている点で相違する。その他の構成は、前記実施の形態1と同様である。
<実施の形態4における半導体装置の製造方法>
本実施の形態4における半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
例えば、図21に示すように、層間絶縁膜IL1に、例えば、チタン膜と窒化チタン膜との積層膜からなる第1バリア導体膜とアルミニウムを主成分とするアルミニウム膜とチタン膜と窒化チタン膜との積層膜からなる第2バリア導体膜との積層膜からなる配線WLを形成する。この配線WLは、例えば、スパッタリング法を使用することにより、層間絶縁膜IL1上に第1バリア導体膜とアルミニウム膜と第2バリア導体膜とからなる積層膜を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、この積層膜をパターニングすることにより形成することができる。
次に、図22に示すように、配線WLを形成した層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2を形成する。層間絶縁膜IL2は、例えば、酸化シリコン膜から形成され、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。
その後、図23に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜IL2に接続孔CNTを形成する。この接続孔CNTは、層間絶縁膜IL2を貫通して、配線WLの表面に達するように形成される。
続いて、図24に示すように、例えば、CVD法を使用することにより、接続孔CNTの内壁を含む層間絶縁膜IL2上に、タングステンを主成分とするタングステン膜WFを形成する。そして、図25に示すように、例えば、化学的機械的研磨法を使用することにより、層間絶縁膜IL2上に形成されている不要なタングステン膜WFを除去する。これにより、図25に示すように、層間絶縁膜IL2に形成された接続孔CNTの内壁にだけタングステン膜WFを残存させることができ、これによって、接続孔CNTにタングステン膜WFからなるビアVA1を形成することができる。
次に、図26に示すように、ビアVA1を形成した層間絶縁膜IL2上に、例えば、スパッタリング法を使用することにより、例えば、窒化チタン膜からなるバリア導体膜BCFを形成した後、このバリア導体膜BCF上に、アルミニウム膜やアルミニウム合金膜(AlSi膜やAlSiCu膜など)からなる導体膜ALFを形成する。その後、図27に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、導体膜ALFおよびバリア導体膜BCFをパターニングすることにより、パッドPDを形成する。このときのパターニング工程で、パッドPDを貫通するスリット部SLTも形成する。これにより、スリット部SLTにより区別されたボンディング部BUと外縁部EUとからなるパッドPDを形成することができる。
このとき、パッドPDのボンディング部BUは、ビアVA1に内包され、かつ、パッドPDの外縁部EUは、一部がビアVA1からはみ出して層間絶縁膜IL2上に配置されるように形成される。この結果、図27に示すように、スリット部SLTの底面は、ビアVA1を構成するタングステン膜WFで塞がれ、かつ、スリット部SLTの側面には、パッドPDの外縁部EUの一部を構成する導体膜ALFとビアVA1を構成するタングステン膜WFとによる二重防護壁構造が形成される。これにより、本実施の形態4によれば、スリット部SLTから半導体チップの内部への水分の浸入を防止できるパッド構造を実現することができ、これによって、半導体装置の信頼性を向上することができる。
続いて、図28に示すように、パッドPDを形成した層間絶縁膜IL2上に、表面保護膜PASを形成する。表面保護膜PASは、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から形成され、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。
その後、図29に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、表面保護膜PASに開口部OP1を形成する。このとき、表面保護膜PASに形成された開口部OP1からは、パッドPDのボンディング部BUとパッドPDの外縁部EUの一部とが露出する。すなわち、開口部OP1の端部は、パッドPDの外縁部EU上に形成される。以上のようにして、本実施の形態4におけるパッド構造を形成することができる。その後、前記実施の形態1と同様の工程を経ることにより、本実施の形態4における半導体装置を製造することができる。
(実施の形態5)
図30および図31は、本実施の形態5におけるパッドPDの平面形状を示す平面図である。図30および図31に示すように、本実施の形態5におけるパッドPDでは、四隅の角部に面取りが施されている。この結果、本実施の形態5におけるパッドPDは、八角形形状となり、このような多角形形状のパッドPDにも、前記実施の形態1における技術的思想を適用することができる。このとき、パッドPDに形成されているスリット部SLTは、例えば、図30に示す形状とすることもできるし、図31に示す形状とすることもできる。なお、パッドPDに形成されているスリット部SLTは、図30に示す形状に限らず、スリット未形成領域が設けられておらず、四角形形状のボンディング部BUを完全に囲む形状とすることもできる。同様に、パッドPDに形成されているスリット部SLTは、図31に示す形状に限らず、スリット未形成領域が設けられておらず、八角形形状のボンディング部BUを完全に囲む形状とすることもできる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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ことは言うまでもない。
BU ボンディング部
EU 外縁部
PD パッド
SLT スリット部
VA1 ビア

Claims (15)

  1. 半導体基板、
    前記半導体基板の上方に形成された配線、
    前記配線上に形成され、かつ、前記配線と電気的に接続される第1ビア、
    前記第1ビア上に形成され、かつ、前記第1ビアと電気的に接続されるパッド、
    前記パッドを覆う表面保護膜、
    前記表面保護膜に形成され、前記パッドの表面の一部を露出する開口部、
    を備え、
    前記パッドは、
    前記パッドを貫通するスリット部、
    平面視において、前記スリット部よりも内側のボンディング部、
    平面視において、前記スリット部よりも外側の外縁部、
    を有し、
    平面視において、前記第1ビアは、前記スリット部を内包し、かつ、前記パッドの前記ボンディング部と前記パッドの前記外縁部とに接触している、半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    平面視において、前記第1ビアは、前記パッドの前記ボンディング部および前記スリット部を内包し、かつ、前記パッドの前記外縁部と接触している、半導体装置。
  3. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記スリット部の底面から前記第1ビアの表面が露出している、半導体装置。
  4. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記スリット部には、前記半導体装置の封止材が充填されている、半導体装置。
  5. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記パッドの前記ボンディング部の表面の高さは、前記パッドの前記外縁部の表面の高さよりも低い、半導体装置。
  6. 請求項1に記載の半導体装置において、
    平面視において、前記開口部は、前記パッドの前記ボンディング部および前記スリット部を内包している、半導体装置。
  7. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記半導体装置は、さらに、前記配線と前記パッドとに接続される第2ビアを有する、半導体装置。
  8. 請求項7に記載の半導体装置において、
    前記第2ビアは、前記パッドの前記ボンディング部と接続される、半導体装置。
  9. 請求項8に記載の半導体装置において、
    平面視において、前記第2ビアは、前記パッドの前記ボンディング部に内包される、半導体装置。
  10. 請求項7に記載の半導体装置において、
    前記第2ビアは、複数存在する、半導体装置。
  11. 請求項7に記載の半導体装置において、
    前記第2ビアのサイズは、前記第1ビアのサイズより小さい、半導体装置。
  12. 請求項1に記載の半導体装置において、
    平面視において、前記パッドの前記ボンディング部と前記パッドの前記外縁部とは、前記スリット部によって分離されている、半導体装置。
  13. 請求項12に記載の半導体装置において、
    前記スリット部は、前記パッドの前記ボンディング部を囲んでいる、半導体装置。
  14. 請求項13に記載の半導体装置において、
    前記パッドは、四辺を有する矩形形状をしており、
    前記スリット部は、前記パッドの前記四辺に沿って配置されている、半導体装置。
  15. 請求項12に記載の半導体装置において、
    前記パッドの前記ボンディング部と前記パッドの前記外縁部とは、前記第1ビアによって電気的に接続されている、半導体装置。
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