JP2016111060A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ボンディングパッドを際限なく厚くすれば、荷重や超音波をボンディングパッドで緩和して、下層に対するダメージを軽減できるかもしれない。しかし、この対策は、ボンディングパッドのパターン不良を招くおそれがあるため、採用することが困難である。複数のメタル層を積層してボンディングパッドを厚くすることによって、パターン不良の問題は解決できるものの、メタル層を一つ増やすごとに(1)メタル材料の堆積工程および(2)当該メタル材料のエッチング工程の2工程が増え、製造コストの上昇が避けられない。
本発明の半導体装置は、前記補助メタル層と前記下部メタル層との間に形成され、前記第1容量膜と同一層に配置された第2容量膜をさらに含んでいてもよい(請求項2)。
本発明の半導体装置は、前記第2層間膜に形成され、前記補助メタル層を露出させる開口をさらに含み、前記トップメタル層は、前記開口に入り込んで前記補助メタル層に接していてもよい(請求項3)。
前記開口は、前記補助メタル層に向かってテーパしていてもよい(請求項5)。
前記トップメタル層が、平面視において前記補助メタル層の外側に引き出された引き出し部を有する場合、本発明の半導体装置は、前記第2層間膜を貫通し、前記引き出し部と前記下部メタル層とを接続するビアをさらに含んでいてもよい(請求項6)。
前記ビアは、前記補助メタル層を取り囲むように複数配列されていてもよい(請求項7)。
本発明の半導体装置の製造方法は、第1領域および第2領域を有する第1層間膜を形成する工程と、前記第2領域上に下部電極を形成すると共に、前記下部電極の材料を用いて前記第1領域上に下部メタル層を形成する工程と、前記下部電極上に第1容量膜を形成する工程と、前記第1容量膜上に上部電極を形成すると共に、前記上部電極の材料を用いて前記下部メタル層に対向する位置に補助メタル層を形成する工程と、前記上部電極および前記補助メタル層を覆うように、前記第1層間膜上に第2層間膜を形成する工程と、前記第2層間膜を貫通し、前記補助メタル層に接するトップメタル層を形成する工程とを含む(請求項9)。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記第1容量膜の形成時、前記第1容量膜の材料を用いて前記下部メタル層上に第2容量膜を形成する工程を含んでいてもよい(請求項10)。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記下部電極および前記下部メタル層の形成後、前記第1容量膜の材料および前記上部電極の材料を連続して積層し、これらの材料を同一パターンで連続してエッチングすることによって、前記上部電極、前記補助メタル層、前記第1容量膜および前記第2容量膜を形成する工程を含んでいてもよい(請求項11)。
図1は、本発明の一実施形態を示す半導体装置1の模式的な平面図である。
半導体装置1は、たとえば、四角形状を有している。半導体装置1の周縁部には、本発明のトップメタル層の一例としての複数の電極パッド2が配列されている。この実施形態では、複数の電極パッド2は、半導体装置1の四辺のそれぞれに沿って、互いに等しい間隔を空けて配列されている。
図2は、図1の破線IIで囲まれた部分の拡大図である。図3は、図1の半導体装置1の模式的な断面図である。図4は、図3の電極パッド2の近傍の拡大図である。
多層配線構造6は、この実施形態では、半導体基板5上に積層された第1〜第5層間膜8〜12と、第1〜第5層間膜8〜12上にそれぞれ形成された第1〜第5メタル13〜17と、第1〜第5層間膜8〜12をそれぞれ貫通する第1〜第5ビア18〜22とを含む。なお、この実施形態では、特許請求の範囲に記載された本発明の第1層間膜および第2層間膜は、それぞれ、最上層直下の第4層間膜11および最上層の第5層間膜12として定義されている。
第4配線層を形成するパッド下配線26は、パッド領域3に配置されている。パッド下配線26は、たとえば図2に示すように、平面視四角形状に形成されている。パッド下配線26上には、本発明の第2容量膜の一例としてのパッド下容量膜29と、本発明の補助メタル層の一例としての埋め込みパッド30とがこの順に積層されている。これにより、電極パッド2の直下には、パッド下配線26(Metal)/パッド下容量膜29(Insulator)/埋め込みパッド30(Metal)の積層構造からなるパッド下MIM構造31が形成されている。
一方、下部電極28は、第4配線層において素子領域4に配置されている。下部電極28上には、本発明の第1容量膜の一例としてのキャパシタ容量膜33と、上部電極34とがこの順に積層されている。これにより、電極パッド2から離れた位置において、下部電極28(Metal)/キャパシタ容量膜33(Insulator)/上部電極34(Metal)の積層構造からなるMIMキャパシタ27が構成されている。この実施形態では、MIMキャパシタ27の下部電極28、キャパシタ容量膜33および上部電極34は、それぞれ、パッド下配線26、パッド下容量膜29および埋め込みパッド30と同じ形状かつ同じ厚さで形成されている。また、下部電極28は、図3に示すように、第4ビア21によって第3配線25と電気的に接続されている。
この実施形態では、コンタクトホール35は、図3に示すように、埋め込みパッド30とほぼ同じ径の開口端36から埋め込みパッド30に向かってテーパしていて、底部37において埋め込みパッド30よりも小さな径を有している。これにより、コンタクトホール35は、埋め込みパッド30の周縁部38が第5層間膜12で覆われるように、埋め込みパッド30の中央部39を選択的に露出させている。
埋め込み部40およびオーバーラップ部42が同じ厚さに形成されていることから、埋め込み部40の上面とオーバーラップ部42の上面との間には、第5層間膜12の厚さによって段差が生じている。これにより、電極パッド2は、オーバーラップ部42に対して凹んだ本発明の凹部の一例としてのボンディング領域43を埋め込み部40の上方位置に有している。この実施形態では、オーバーラップ部42がコンタクトホール35の周縁部41の全周に亘って環状に形成されており、この構成が、オーバーラップ部42で取り囲まれたボンディング領域43を形成している。
なお、図3では示していないが、第5層間膜12上には、電極パッド2を選択的に露出させるパッド開口を有する表面保護膜(たとえば、窒化シリコン(SiN)膜)が形成されていてもよい。
第3および第4層間膜10,11は、たとえば、酸化シリコン(SiO2)からなり、7500Å〜9500Åの厚さを有している。この構成は、第1および第2層間膜8,9にも適用できる。
第3配線25は、たとえば、下側から順にTi層45、TiN層46、AlCu層47、Ti層48およびTiN層49を備えている。各層の厚さは、Ti層45が50Å〜150Å、TiN層46が50Å〜150Å、AlCu層47が4500Å〜5500Å、Ti層48が50Å〜150Å、TiN層49が350Å〜450Åである。この構成は、第1および第2配線23,24にも適用できる。
埋め込みパッド30は、たとえば、下側から順にAlCu層55、Ti層56およびTiN層57を備えている。各層の厚さは、AlCu層55が800Å〜1200Å、Ti層56が50Å〜150Å、TiN層57が350Å〜450Åである。この構成は、上部電極34にも適用できる。
電極パッド2は、たとえば、下側から順にTi層58、TiN層59、AlCu層60およびTiN層61を備えている。各層の厚さは、Ti層58が50Å〜150Å、TiN層59が50Å〜150Å、AlCu層60が9000Å〜9500Å、TiN層61が350Å〜450Åである。
図5A〜図5Gは、図1〜図4の半導体装置1の製造工程の一部を工程順に示す図である。
半導体装置1を製造するには、図5Aに示すように、半導体基板5上に、第4層間膜11まで形成された後、たとえばスパッタ法によって、第4層間膜11の表面全域に第4メタル16の材料(たとえばAlCu層52等)が順に積層される。次に、第4メタル16が選択的にエッチングされて、パッド下配線26および下部電極28が同時に形成される。次に、たとえばCVD法によって容量膜材料62が積層され、これに連続して、たとえばスパッタ法によって上部電極材料63が積層される。次に、上部電極材料63上に所定パターンのマスク64が形成され、このマスク64を使用して、上部電極材料63および容量膜材料62が連続してエッチングされる。これにより、図5Bに示すように、パッド下容量膜29、埋め込みパッド30、キャパシタ容量膜33および上部電極34が同時に形成される。つまり、MIMキャパシタ27が形成され、同時に、パッド下MIM構造31が形成される。この工程では、共通のマスク64を使用して、MIMキャパシタ27およびパッド下MIM構造31を同時に形成できるので、製造コストの上昇を抑制することができる。
次に、図5Eに示すように、たとえばスパッタ法によって、第5層間膜12の表面全域にビア材料66(たとえばタングステン膜)が積層される。これにより、コンタクトホール65およびコンタクトホール35は、ビア材料66で埋め戻される。
以上の工程を経て、半導体装置1が得られる。
以上、この半導体装置1によれば、図3に示すように、電極パッド2(トップメタル)の下方に埋め込みパッド30が配置されて、埋め込みパッド30/電極パッド2の積層構造が構成されている。これにより、電極パッド2の表面から下方のメタル膜厚を、電極パッド2の単一層に比べて、埋め込みパッド30の厚さによって厚くすることができる。つまり、ボンディング領域43の下方のメタル膜厚を、電極パッド2と埋め込みパッド30の合計厚さにすることができる。その結果、電極パッド2にワイヤを接合する際に比較的大きな荷重および超音波がワイヤに印加されても、その衝撃を当該積層メタル構造によって緩和することができる。そのため、電極パッド2の下方領域でクラックが発生することを防止することができる。
たとえば、ボンディング領域43に接合される接合部材は、銅ワイヤに限らず金ワイヤであってもよい。
また、ボンディング領域43に対する接合は、板状のクリップを用いるクリップボンディングによって行ってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2 電極パッド
3 パッド領域
4 素子領域
11 第4層間膜
12 第5層間膜
16 第4メタル
17 第5メタル
22 第5ビア
26 パッド下配線
27 MIMキャパシタ
28 下部電極
29 パッド下容量膜
30 埋め込みパッド
31 パッド下MIM構造
32 コンタクト領域
33 キャパシタ容量膜
34 上部電極
35 コンタクトホール
42 オーバーラップ部
43 ボンディング領域
62 容量膜材料
63 上部電極材料
64 マスク
Claims (11)
- 第1領域および第2領域を有する第1層間膜と、
前記第2領域上に形成された下部電極、前記下部電極上に形成された第1容量膜および前記第1容量膜上に形成された上部電極を備えるMIM構造と、
前記第1領域上に形成され、前記下部電極と同一層に配置された下部メタル層と、
前記上部電極と同一層に配置され、前記下部メタル層に対向する補助メタル層と、
前記第1層間膜上に形成され、前記補助メタル層および前記MIM構造を覆う第2層間膜と、
前記第2層間膜上に形成され、前記第2層間膜を貫通して前記補助メタル層に接するトップメタル層とを含む、半導体装置。 - 前記補助メタル層と前記下部メタル層との間に形成され、前記第1容量膜と同一層に配置された第2容量膜をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2層間膜に形成され、前記補助メタル層を露出させる開口をさらに含み、
前記トップメタル層は、前記開口に入り込んで前記補助メタル層に接している、請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記トップメタル層は、前記開口の上方位置に形成された凹部を有している、請求項3に記載の半導体装置。
- 前記開口は、前記補助メタル層に向かってテーパしている、請求項3または4に記載の半導体装置。
- 前記トップメタル層は、平面視において前記補助メタル層の外側に引き出された引き出し部を有し、
前記第2層間膜を貫通し、前記引き出し部と前記下部メタル層とを接続するビアをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記ビアは、前記補助メタル層を取り囲むように複数配列されている、請求項6に記載の半導体装置。
- 前記ビアが、タングステンからなり、
前記トップメタル層は、タングステンとは異なる材料からなる、請求項6または7に記載の半導体装置。 - 第1領域および第2領域を有する第1層間膜を形成する工程と、
前記第2領域上に下部電極を形成すると共に、前記下部電極の材料を用いて前記第1領域上に下部メタル層を形成する工程と、
前記下部電極上に第1容量膜を形成する工程と、
前記第1容量膜上に上部電極を形成すると共に、前記上部電極の材料を用いて前記下部メタル層に対向する位置に補助メタル層を形成する工程と、
前記上部電極および前記補助メタル層を覆うように、前記第1層間膜上に第2層間膜を形成する工程と、
前記第2層間膜を貫通し、前記補助メタル層に接するトップメタル層を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 - 前記第1容量膜の形成時、前記第1容量膜の材料を用いて前記下部メタル層上に第2容量膜を形成する工程を含む、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下部電極および前記下部メタル層の形成後、前記第1容量膜の材料および前記上部電極の材料を連続して積層し、これらの材料を同一パターンで連続してエッチングすることによって、前記上部電極、前記補助メタル層、前記第1容量膜および前記第2容量膜を形成する工程を含む、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
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