JP4136053B2 - 多層パッドを具備した半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に係り、特に、ボンディングパッドの構造を最適化してクラック発生を最小化させ得る多層パッドを具備した半導体素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディ−サブミクロン(deep submicron)時代においては、半導体製造の際に、W−プラグ、Al−フロー、及びCMP(chemical mechanical polishing )工程を組み合わせた多層配線工程の適用が必然的に要求されてくる。
【0003】
このように多層配線工程にW−プラグ工程を適用する場合、W−プラグのCMP工程1の適用のため、半導体素子の製造に際して、コンタクトホール又はビアコンタクトホールのサイズを一元化するのが望ましい。そのためには、既存のワイド(wide)ビアコンタクトホールを有するボンディングパッドとは異った構造のボンディングパッドを形成する必要がある。
【0004】
これは、ボンディングパッドを既存構造と同様にした状態でタングステン(W)をCMP処理すると、パッド領域境界部位に食刻副産物(byproduct )及びスラリー(slurry)などのような多量の粒子(particle)が残存して、ワイヤボンディングのときにパッド境界面でコールドボールが接着不良によりパッド表面から剥離されてミシング(missing )される現象、及びボンディングパッドの電気的抵抗が増加する等の不良を防止するためである。
【0005】
図30は、Wプラグ工程の適用と関連する従来の多層パッドを具備した半導体素子の構造を示した断面図である。この断面図は便宜上、本発明と直接関連するパッド形成部の構造だけを図示し、これを参照してその製造方法を大きく3段階に区分して簡単に説明する。
【0006】
第1段階は、フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板上のパッド形成部に第1層間絶縁膜22を形成し平坦化する。ついで絶縁膜22上のパッド形成部にAl合金又はCu合金材質の第1導電性パッド24を形成し、第1導電性パッド24を包含した第1層間絶縁膜22上に酸化膜材質の第2層間絶縁膜28を形成した後これを平坦化する。ついで、以後形成される第2導電性パッドとの連結のため第1導電性パッド24表面の所定部分が露出されるように第2層間絶縁膜28を選択食刻して複数個の第1ビアホール26を形成する。ついで、後続工程であるW 材質の導電性膜蒸着工程が円滑に行われるようにするため、ビアホール26内のみに選択的にチタン/窒化チタン(Ti/TiN)積層構造の障壁金属膜(図示せず)を形成する。ついで、第1ビアホール26を包含した第2層間絶縁膜28上にCVD工程を施してW材質の導電性膜を形成し、CMP工程によりこの導電性膜を平坦化させて第1ビアホール26内に第1Wプラグ27を形成する。
【0007】
第2段階は、第1Wプラグ27と電気的に連結されるように、第2層間絶縁膜28上の所定部分にAl合金材質又はCu合金材質の第2導電性パッド30を形成し、第1段階で示した工程と同様な方法により、第2導電性パッド30の有する第2層間絶縁膜28上に第2ビアホール32が具備された第3層間絶縁膜34を形成する。その後、第2ビアホール32内に第2Wプラグ33を形成する。
【0008】
第3段階は、第2Wプラグ33と電気的に連結されるように、第3層間絶縁膜34上の所定部分にAl合金材質又はCu合金材質の第3導電性パッド36を形成し、パッド窓領域(ワイヤボンディングのときにAuボール又はAuバンプが形成される部分)40に使用される部分の第3導電性パッド36の表面が露出されるように第3導電性パッド36の所定部分と第3層間絶縁膜34上に保護膜38を形成して、半導体素子の多層パッドの製造工程を終了する。
【0009】
図31は、前記工程により製造された多層パッドを有する半導体素子を上から見た平面図である。
即ち、パッド窓領域40下部に形成された第1乃至第3導電性パッド24、30、36が、第2、第3層間絶縁膜28、34内のビアホール26、32内に形成されたWプラグ27、33を通じて電気的に連結されるようになって、第3導電性パッド36上に定義されたパッド窓領域40を通じて導電性パッドとリードとがワイヤボンディングされるように半導体素子が形成されていることがわかる。
【0010】
ここで、図30は図31のI−I部分を切断した断面図で、符号10aとのはパッド形成部を示し、符号10bはセルとパッド形成部10aとの間の連結部を示す。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような工程により図30に示す断面構造を有するように半導体素子の多層パッドを形成する場合、ワイヤボンディングのときパッド境界面でゴールドボールがパッド表面から剥離し紛失する現象及びボンディングパッドの電気的抵抗が増加するなどの現象はある程度までは防ぐことができるが、半導体パッケージ製造過程で次に提示される問題が発生する。
【0012】
最終的に製造された半導体製品の電気的特性テストに際して、プロービング(probing )により導電性パッドがメカニカルストレス(mechanical stress )を受けるため、層間絶縁膜にクラック42が発生する。このような現象は、パッド窓で上部導電性パッドとリード(図示せず)とを相互電気的に連結させるためのワイヤボンディング工程を施すときも同様に発生する。
【0013】
これは、堅固な層間絶縁膜間に相対的に軟性のよいAl合金材質の導電性パッドが挟まれていて、図30の矢印方向にストレスが加えられる場合、一次的に導電性パッドに変形(distortion)が発生し、このためパッド及び層間絶縁膜のクラック42が発生する。これはまるで二つの座布団の間にガラスを置き踏んだ時にガラスが壊れることと同様な理といえる。
【0014】
このように層間絶縁膜にクラック42が発生した場合、ワイヤボンディング不良及び半導体パッケージのアセンブリ特性低下などのような深刻な問題が惹起されるため、これに対する改善策が要望されている。
【0015】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、多層配線を有する半導体素子のパッド構造を変更することにより、ワイヤボンディング又は電気的特性の評価時にプロービングにより惹起される層間絶縁膜のクラックを防止し、半導体パッケージのアセンブリ特性改善及び素子単品の信頼性を確保できる多層パッドを具備した半導体素子及びその製造方法を提供しようとするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様では、半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜と、この第1層間絶縁膜上の所定部分に形成されパッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第1導電性パッドと、第1導電性パッドを包含した第1層間絶縁膜上に形成され第1導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜と、第1ビアホール内に形成された第1導電性プラグと、第1導電性プラグと連結されるように第2層間絶縁膜上の所定部分に形成され、パッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第2導電性パッドと、第2導電性パッドを包含した第2層間絶縁膜上に形成され、第2導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜と、第2ビアホール内に形成された第2導電性プラグと、第2導電性プラグと連結されるように第3層間絶縁膜上の所定部分に形成された第3導電性パッドと、を備えた多層パッドを具備した半導体素子が提供される。
【0017】
このとき、多層パッドを具備した半導体素子は、パッド窓領域下部の第1、第2層間絶縁膜の中で少なくとも何れか一つの膜上にモザイク配列を有する任意個のバッファ層がさらに形成された構造を有するように形成することもできる。
【0018】
また、本発明の第2の態様では、半導体基板上の第1領域であるパッド形成部、第2領域であるセル形成部とパッド形成部とを連結する連結部、及び第3領域であるセル形成部の全面に形成された第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜上の第2領域に形成された第1導電性パッドと、第1導電性パッドを包含した第1層間絶縁膜上に形成され、第1導電性パッド表面の所定部分が露出されるようにバー形状の第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜と、第1ビアホール内に形成された第1導電性プラグと、第1導電性プラグと連結されるように第2層間絶縁膜上の第2領域に形成された第2導電性パッドと、第2導電性パッドを包含した第2層間絶縁膜上に形成され、第2導電性パッド表面の所定部分が露出されるようにバー形状の第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜と、第2ビアホール内に形成された第2導電性プラグと、第2導電性プラグと連結されるように第3層間絶縁膜上の第1、第2領域の所定部分に亘って形成された第3導電性パッドと、を備えた多層パッドを具備した半導体素子が提供される。
【0019】
また、本発明の第3の態様では、半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜上に形成され、中央部に複数個の貫通ホールが具備された第1導電性パッドと、第1導電性パッドを包含した第1層間絶縁膜上に形成され、パッド窓領域外郭の第1導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜と、第1ビアホール内に形成された第1導電性プラグと、第1導電性プラグと連結されるように第2層間絶縁膜上に形成され、中央部にワイド貫通ホールが形成された閉曲線形の第2導電性パッドと、第2導電性パッドを包含した第2層間絶縁膜上に形成され、第2導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜と、第2ビアホール内に形成された第2導電性プラグと、第2導電性プラグと連結されるように第3層間絶縁膜上の所定部分に形成された第3導電性パッドとを備えた多層パッドを具備した半導体素子が提供される。
【0020】
また、本発明の第4の態様では、半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、第1層間絶縁膜上の所定部分にパッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第1導電性パッドを形成する工程と、第1導電性パッドを包含した第1層間絶縁膜上に第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜を形成する工程と、第1ビアホール内に第1導電性プラグを形成する工程と、第1導電性プラグと連結されるように第2層間絶縁膜上の所定部分にパッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第2導電性パッドを形成する工程と、第2導電性パッドを包含した第2層間絶縁膜上に第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜を形成する工程と、第2ビアホール内に第2導電性プラグを形成する工程と、第2導電性プラグと連結されるように第3層間絶縁膜上の所定部分に第3導電性パッドを形成する工程とを含む半導体素子の製造方法が提供される。
【0021】
また、本発明の第5の態様では、半導体基板上の第1領域であるパッド形成部、第2領域であるセル形成部とパッド形成部とを連結する連結部、及び第3領域であるセル形成部の全面に第1層間絶縁膜を形成する工程と、第1層間絶縁膜上の第2領域に第1導電性パッドを形成する工程と、第1導電性パッドを包含した第1層間絶縁膜上にバー形状の第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜を形成する工程と、第1ビアホール内に第1導電性プラグを形成する工程と、第1導電性プラグと連結されるように第2層間絶縁膜上の第2領域に第2導電性パッドを形成する工程と、第2導電性パッドを包含した第2層間絶縁膜上にバー形状の第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜を形成する工程と、第2ビアホール内に第2導電性プラグを形成する工程と、第2導電性プラグと連結されるように第3層間絶縁膜上の第1、第2領域の所定部分に第3導電性パッドを形成する工程とを含む半導体素子の製造方法が提供される。
【0022】
また、本発明の第6の態様では、半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、第1層間絶縁膜上の所定部分に中央部に複数個の貫通ホールが具備された第1導電性パッドを形成する工程と、第1導電性パッドを包含した第1層間絶縁膜上に第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜を形成する工程と、第1ビアホール内に第1導電性プラグを形成する工程と、第1導電性プラグと連結されるように第2層間絶縁膜上に中央部にワイド貫通ホールが形成された閉曲線形の第2導電性パッドを形成する工程と、第2導電性パッドを包含した第2層間絶縁膜上に第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜を形成する工程と、第2ビアホール内に第2導電性プラグを形成する工程と、第2導電性プラグと連結されるように第3層間絶縁膜上の所定部分に第3導電性パッドを形成する工程とを含む半導体素子の製造方法が提供される。
【0023】
上記のような構造を有するように多層パッドを具備した半導体素子を製造した結果、ワイヤボンディングのとき、あるいは製品の特性評価のためのプロービングのとき、導電性パッドにストレスが加えられてもこれを適切に分散させることが可能になって、層間絶縁膜でのクラック発生を最小化することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
本発明は、Wプラグ工程及びCMP工程を適用した半導体素子のボンディングパッド構造を最適化させることにより、ボンディングパッドをなす導電性パッド下の層間絶縁膜のクラック発生を最小化したものである。以下詳しく説明する。
【0025】
本発明によるボンディングパッドの最適化された構造は、大きく5つに分類出来る。図1は本発明の第1の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示した断面図、図6は本発明の第2の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示した断面図、図8は本発明の第3の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示した断面図、図10は本発明の第4の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示した断面図、図13は本発明の第5の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示した断面図である。
【0026】
(I)第1の実施形態
まず、図1の断面図を参照して第1の実施形態を説明する。
図1によると、本発明の第1の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子は大きく次のように構成されている。
【0027】
フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板120上に第1層間絶縁膜122が形成される。この第1層間絶縁膜122上のパッド形成部(例えば、フィールド酸化膜上方部の第1層間絶縁膜上の所定部分)にはパッド窓領域140の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第1導電性パッド124が形成され、この第1導電性パッド124を包含した第1層間絶縁膜122上に第1導電性パッド124表面の所定部分が露出されるように第1ビアホール126が具備された第2層間絶縁膜128が形成される。
【0028】
第1ビアホール126内に第1導電性プラグ127が形成される。第2層間絶縁膜128上の所定部分に第1導電性プラグ127と連結されるようにパッド窓領域140の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第2導電性パッド130が形成される。第2導電性パッド130を包含した第2層間絶縁膜128上に第2導電性パッド130の表面の所定部分が露出されるように第2ビアホール132が具備された第3層間絶縁膜134が形成される。前記第2ビアホール132内に第2導電性プラグ133が形成される。
【0029】
第3層間絶縁膜134上の所定部分に第2導電性プラグ133と連結されるように第3導電性パッド136が形成され、この第3導電性パッド136を包含した第3層間絶縁膜134上に第3導電性パッド136の表面の所定部分が露出されるように保護膜138が形成される。ここで、第3導電性パッド136の表面露出部は以後パッケージの製造時に導電性パッドとリードとがワイヤボンディングされるパッド窓領域140となる。
【0030】
図2乃至図5は、図1に示す多層パッドが具備された半導体素子を上から見た平面図である。
パッド窓領域140は矩形に形成され、第3導電性パッド136を除いてはパッド窓領域140下部に導電性パッドは形成されていないことがわかる。
【0031】
各平面図で第1、第2導電性パッド124、130の構造に少しずつ差がでる。これは、第1、第2導電性パッド124、130を図2に示したようにパッド窓領域140の一面側に沿って長く延長されるように形成するか、図4に示すようにパッド窓領域140の一面側に沿って長く延長し、その両端がパッド窓領域140の他面側を所定部分だけ囲む構造を有するように形成することもできるからである。
【0032】
このとき、第1乃至第3導電性パッド124、130、136を電気的に連結させる第1、第2ビアホール126、132の表面上のレイアウト配置はいろんな形態が適用可能であるが、図2及び図4に示すようにエッジアレイ(edge array)構造を有するように形成することもできるし、図3及び図5に示すようにバー(bar )形態を有するように形成することもできる。
【0033】
図では第1、第2ビアホール126、132は第2層間絶縁膜128と第3層間絶縁膜134内で、ジグザグに相互にずれるように形成されているが、場合によっては第2及び第3層間絶縁膜128、134内で第1乃至第2ビアホール126、132が相互一直線上に位置するように形成しても構わない。
【0034】
ここで、図1は図2乃至図5のI−I部分を切断した断面構造を示したもので、符号100aはパッド形成部を示し、符号100bはセルとパッド形成部との間の連結部を示す。
そして、前記構造の多層パッドを具備した半導体素子は次の3段階を経て製造される。これを図15乃至図17に示した工程別断面図を参照して説明する。
【0035】
第1段階として、図15に示すように、フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板120上に9000〜12000オングストロームの厚さの第1層間絶縁膜122を形成し平坦化した後、その全面にAl合金又はCu合金材質の導電性膜を5500〜6500オングス1ロームの厚さに形成する。ついで、この導電性膜上にTiN又はTi/TiN積層構造の反射防止膜(図示されず)を200〜350オングストロームの厚さに形成し、パッド窓領域140の一面側外郭部を限定する食刻マスクを用いて導電性膜を選択食刻する。その結果、パッド窓領域140の一面側外郭部に沿って長手方向に長く延長された2〜5μmの幅(w)を有する第1導電性パッド124が形成される。
【0036】
ついで、第1導電性パッド124を包含した第1層間絶縁膜122上に酸化膜材質の第2層間絶縁膜128を15000〜17000オングストロームの厚さに形成しこれを平坦化した後、光食刻工程により第1導電性パッド124表面の所定部分が露出されるように第2層間絶縁膜128を選択食刻し、絶縁膜128内に第1ビアホール126を形成する。
【0037】
以後、第1ビアホール126を包含した第2層間絶縁膜128上にW(タングステン)、Al合金、Cu合金などの導電性物質をCVD法により形成した後、これをCMP工程により平坦化させて第1ビアホール126内に第1導電性プラグ127を形成する。このとき、導電性プラグ127がWで形成された場合は、膜質蒸着特性を向上させるため第1ビアホール126内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するとよい。
【0038】
第2段階として、図16に示すように、第1導電性プラグ127と連結されるように第2層間絶縁膜128上の所定部分に第1段階と同様な方法によりパッド窓領域140の一面側外郭部に沿って長手方向に延長された構造の第2導電性パッド130を形成する。この場合も第2導電性パッド130は2〜5μmの幅(w)を有するように形成され、第2導電性パッド130上に反射防止膜(図示せず)が形成されている。
【0039】
ついで、第2導電性パッド130を包含した第2層間絶縁膜128上に酸化膜材質の第3層間絶縁膜134を14000〜16000オングストロームの厚さに形成し、光食刻工程により第2導電性パッド130表面の所定部分が露出されるように第3層間絶縁膜134を選択食刻し、絶縁膜134内に第2ビアホール132を形成する。
【0040】
ついで、第2ビアホール132を包含した第3層間絶縁膜134上にCVD法を用いてW、Al合金、Cu合金からなる導電性物質を形成し、これをCMP工程により平坦化させて第2ビアホール132内に第2導電性プラグ133を形成する。この場合も導電性プラグ133がWで形成されたときは膜質蒸着特性を向上させるために第2ビアコンタクトホール132内部にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するとよい。
【0041】
第3段階として、図17に示すように、第2導電性プラグ133と連結されるように第3層間絶縁膜134上の所定部分に第1段階で示した工程と同様な方法により反射防止膜が具備された第3導電性パッド136を形成する。ついで、第3導電性パッド136表面の所定部分が露出されるように第3導電性パッド136を包含した第3層間絶縁膜134上に保護膜138を形成して、多層配線を有する半導体素子の多層パッド100の製造を終了する。
【0042】
このような構造では、ワイヤボンディングに際して、ボールがパッド窓領域140の中央地点に正確に整列されずに一方に片寄る状態にボンディングされても、パッド窓領域の四面を基準とするとき第1、第2導電性パッドがパッド窓領域104の一面側のみに形成されるので、導電性パッド124、130がストレスを受ける確率が1/4程度に少し、層間絶縁膜のクラック発生率も1/4に減少する。
【0043】
(II)第2の実施形態
以下、図6に示す断面図を参照して第2の実施形態を説明する。
この実施形態で示される多層パッドを具備した半導体素子は、パッド窓領域240下部の第1、第2層間絶縁膜222、228の中で少なくとも何れか一つの膜上にモザイク配列を有する任意個のバッファ層224aがさらに形成されていることを除いては構造的にも製造工程的にも全てが第1の実施形態と同様であるから、ここでは第1の実施形態と異なる点だけを簡略に説明する。
【0044】
図6には、便宜上、第1層間絶縁膜222上のみに任意個のバッファ層224aがさらに形成された構造が図示されているが、既に説明したようにバッファ層224aは第2層間絶縁膜228上にも形成することが可能である。
【0045】
このとき、バッファ層224aは第1、第2層間絶縁膜222,228上に相互に同一のモザイク配列構造を有するように形成することもできる。また、第1、第2層間絶縁膜222、228上で相互にジグザグにずれて位置する配列構造を有するように形成することもできる。
【0046】
この場合、バッファ層224aは相互に隣接した2つのバッファ層224a間の間隔bが0.7〜0.8μmで、それぞれは0.4〜0.6μmの幅aを有するように形成され、第1乃至第3層間絶縁膜222、228、234と区別される異種の物質、例えばAl合金、Cu合金、ポリシリコンで形成される。
【0047】
図7は図6に示す多層パッドが具備された半導体素子を上から見た平面図である。
図7を参照して説明すると、パッド窓領域240は矩形に形成され、パッド窓領域240下部には第3導電性パッド236と任意個のバッファ層224aと形成されていることがわかる。この場合も、第1、第2ビアホール232、226はエッジアレイ構造及びバー形態とすることが可能である。
【0048】
ここで、図6は図7のI−I部分を切断した断面構造を示したもので、符号220aはパッド形成部を示し、符号200bはセルとパッド形成部との間の連結部を示す。
【0049】
そして、前記構造の多層パッドを具備した半導体素子は次の3段階を経て製造される。これを図18乃至図20に示した工程別断面図を参照して説明する。ここでは一例として第1層間絶縁膜222上のみにバッファ層が形成されるという前提で工程を説明する。
【0050】
第1段階として、図18に示したように、フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板220上に9000〜12000オングストロームの厚さの第1層間絶縁膜222を形成し平坦化した後、その上にパッド窓領域240の一面側外郭部に沿って長手方向に延長された形状の第1導電性パッド224と任意個のバッファ層224aとを形成する。このとき、バッファ層224aと第1導電性パッド224とは上述したデザインルールに基づき形成される。第1導電性パッド224と同様な材質でバッファ層224aを形成しようとする場合は、第1導電性パッド224と同時に形成するのが良く、第1層間絶縁膜222と区別される材質、例えばポリシリコンのような導電性物質で形成しようとする場合は、別途の膜蒸着工程と光食刻工程とを経て形成するのが良い。ついで、第1導電性パッド224を包含した第1層間絶縁膜222上に導電性パッド224表面の所定部分が露出されるように第1ビアホール226が具備された第2層間絶縁膜228を15000〜17000オングストロームの厚さに形成し、第1ビアホール226内にW、Al合金、Cu合金材質の第1導電性プラグ227を形成する。このとき、第1導電性プラグ227がWで形成される場合は膜質蒸着特性を向上させるために第1ビアコンタクトホール126内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するのが良い。
【0051】
第2段階として、図19に示すように、第1導電性プラグ227と連結されるように、第2層間絶縁膜228上の所定部分に前記第1段階で示した工程と同様な方法によりパッド窓領域240の一面側外郭部に沿って長手方向に延長された形状の第2導電性パッド230を形成する。ついで、第2導電性パッド230を包含した第2層間絶縁膜228上に第2導電性パッド230表面の所定部分が露出されるように第2ビアホール232が具備された第3層間絶縁膜234を14000〜16000オングストロームの厚さに形成し、第2ビアホール232内にW、Al合金、Cu合金材質の第2導電性プラグ233を形成する。この場合も導電性プラグ233がWで形成されたとき膜質蒸着特性を向上させるために第2ビアコンタクトホール232内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するのが良い。
【0052】
第3段階として、図20に示すように、第2導電性プラグ233に連結されるように第3層間絶縁膜234上の所定部分に第3導電性パッド236を形成し、導電性パッド236表面の所定部分が露出されるように第3導電性パッド236の所定部分と第3層間絶縁膜234との上に保護膜238を形成して、半導体素子の多層パッド200の製造を終了する。
【0053】
このような構造を有するように工程を進行する場合、外部から加えられるストレスをバッファ層224aで分散させることができるから、クラック発生を減らすことが出来る。これは層間絶縁膜とバッファ層とが相互に媒質の異なる物質であってストレスの吸収程度が異なり、これがストレスを緩和させる役割を行うからである。
【0054】
(III )第3の実施形態
以下、図8に示した断面図を参照して第3の実施形態を説明する。
本実施形態はパッド形成部(以下、第1領域という)300aとセル形成部(以下、第3領域という)(図示せず)と連結する連結部(以下、第2領域という)300b上に多層パッドを形成するという点で第1、第2の実施形態と差別化される技術である。このように連結部に多層パッドを形成するのは、ボンディングパッドをなす導電性パッドと層間絶縁膜とをワイヤボンディング時又は電気的な特性の評価時に外部ストレスから開放するためである。
【0055】
図8によると、本発明の第3の実施形態の多層パッドを具備した半導体素子は大きく次のように構成される。
フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板320上の第1乃至第3領域に第1層間絶縁膜322が形成され、第1層間絶縁膜322上の第2領域300bには第1導電性パッド324が形成される。第1導電性パッド324を包含した第1層間絶縁膜322上に導電性パッド324表面の所定部分が露出されるように第1ビアホール326が具備された第2層間絶縁膜328が形成され、第1ビアホール326内に第1導電性プラグ327が形成される。第2層間絶縁膜328上の第2領域300bには第1導電性プラグ327と電気的に連結されるように第2導電性パッド330が形成される。第2導電性パッド330を包含した第2層間絶縁膜328上に第2導電性パッド330表面の所定部分が露出されるように第2ビアホール332が具備された第3層間絶縁膜334が形成される。第3層間絶縁膜334上の第1、第2領域にわたって、第2導電性プラグ333と電気的に連結される第3導電性パッド336が形成され、第3導電性パッド336を包含した第3層間絶縁膜334上に第3導電性パッド336表面の所定部分が露出されるように保護膜338が形成される。ここで、第3導電性パッド336表面の露出部は以後のパッケージ製造時に、導電性パッドとリードとがワイヤボンディングされるパッド窓領域340を示す。
【0056】
図9は、図8の多層パッドが具備された半導体素子を上から見た平面図である。
即ち、半導体基板上の第1領域300aにはパッド窓領域340が正方向に形成され、半導体基板上の第2領域300bで導電性プラグにより第1、第2導電性パッド324、330が電気的に連結されていることがわかる。
【0057】
このとき、第1、第2ビアホール326、332は、図9からわかるようにバー形態を有するように製作されるが、このようにビアコンタクトホールをバー形態に製作するのはビアコンタクトホールのコンタクト面積を増加させてコンタクト抵抗を減少させるためである。
【0058】
そして、前記平面図では、第1、第2ビアコンタクトホール326、332が第2層間絶縁膜328と第3層間絶縁膜334内でジグザグ方向に相互にずれて形成されているが、場合によっては第2、第3層間絶縁膜328、334内で第1、第2ビアホール326、332が相互に一直線上に位置するように形成しても構わない。
【0059】
ここで、図8は図9のI−I部分を切断した断面構造を示し、符号300aは第1領域のパッド形成部、符号300bは第2領域のセルとパッド形成部との間の連結部を示す。
そして、前記構造の多層パッドを具備した半導体素子は次の3段階を経て製造される。これを図21乃至図23に示した工程別断面図を参照して説明する。
【0060】
第1段階として、図21に示すように、フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板320上の第1乃至第3領域上に9000〜12000オングストロームの厚さの第1層間絶縁膜322を形成し平坦化した後、その全面にAl合金又はCu合金材質の導電性膜を5500〜6500オングストロームの厚さに形成する。そして、この導電性膜上にTiN又はTi/ TiN積層構造の反射防止膜(図示せず)を200〜350オングストロームの厚さに形成する。ついで、第1領域(パッド形成部)300aの第1層間絶縁膜322表面が露出されるように導電性膜を選択食刻する。その結果、第1層間絶縁膜322上の第2領域のみに第1導電性パッド324が形成される。ついで、第1導電性パッド324を包含した第1層間絶縁膜322上に酸化膜材質の第2層間絶縁膜328を15000〜17000オングストロームの厚さに形成し平坦化した後、光食刻工程を施して前記第1導電性パッド324表面の所定部分が露出されるように第2層間絶縁膜328を選択食刻して絶縁膜328内に第1ビアホール326を形成する。以後、第1ビアホール326を包含した第2層間絶縁膜328上にW、Al合金、Cu合金などの導電性物質をCVD法により形成し、これをCMP工程を施して平坦化させて、第1ビアホール326内に第1導電性プラグ327を形成する。このとき、前記導電性プラグ327がWで形成された場合、膜質蒸着特性を向上させるため前記第1ビアコンタクトホール326内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するのが良い。
【0061】
第2段階として、図22に示すように、第1導電性プラグ327と電気的に連結されるように第2層間絶縁膜328上の第2領域300bに第1段階で示された工程と同様な方法により第2導電性パッド330を形成する。ついで、第2導電性パッド330を包含した第2層間絶縁膜328上に酸化膜材質の第3層間絶縁膜334を14000〜16000オングストロームの厚さに形成し平坦化した後、光食刻工程を施して第2導電性パッド330表面の所定部分が露出されるように第3層間絶縁膜334を選択食刻して絶縁膜334内に第2ビアホール332を形成し、この第2ビアホール332内にW、Al合金、Cu合金材質の第2導電性プラグ333を形成する。この場合も導電性プラグ333がWで形成される時は膜質蒸着特性を向上させるため、第2ビアコンタクトホール332 内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するのが良い。
【0062】
第3段階として、図23に示すように、第2導電性プラグ333と電気的に連結されるように、第3層間絶縁膜334上の第1乃至第3領域にAl合金又はCu合金材質の導電性膜を5500〜6500オングストロームの厚さに形成し、その上にTiN又はTi/TiN積層構造の反射防止膜(図示せず)を200〜350オングストロームの厚さに形成する。ついで、第1領域300aの第3層間絶縁膜334と第2領域300bの第3層間絶縁膜334表面の所定部分とが露出されるように反射防止膜と導電性膜とを選択食刻する。その結果、第3層間絶縁膜334上の第1、第2領域300a、300bの所定部分にわたって導電性膜材質の第3導電性パッド336が形成される。その後、第3導電性パッド336表面の所定部分が露出されるように第3導電性パッド336を包含した第3層間絶縁膜334上に保護膜338を形成して、多層配線を有する半導体素子の多層パッド300の製造を終了する。
【0063】
このような工程を有するように進行する場合、ワイヤボンディング時又は製品の特性評価のためのプロービング時、パッド形成部が外部ストレスから開放されてクラック発生を最小化出来、しかも、第1、第2ビアコンタクトホール326、332のコンタクト面積が大きくなってコンタクト抵抗を減少し得るという利点がある。
【0064】
(IV)第4の実施形態
以下、図10に示した断面図を参照して第4の実施形態を説明する。
即ち、図示されたように、本発明の第4の実施形態の多層パッドを具備した半導体素子は大きく次のように構成される。
【0065】
フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板420上に第1層間絶縁膜422が形成され、この第1層間絶縁膜422上のパッド形成部には中央部に複数個の貫通ホールhが具備された第1導電性パッド424が形成される。この第1導電性パッド424を包含した第1層間絶縁膜422上にパッド窓領域440外郭の第1導電性パッド424表面の所定部分が露出されるように第1ビアホール426が具備された第2層間絶縁膜428が形成され、第1ビアホール426内に第1導電性プラグ427が形成される。
【0066】
第2層間絶縁膜428上には中央部にワイド貫通ホールの形成された閉曲線形の第2導電性パッド430が第1導電性プラグ427と連結されるように形成され、第2導電性パッド430を包含した第2層間絶縁膜428上に第2導電性パッド430表面の所定部分が露出されるように第2ビアホール432が具備された第3層間絶縁膜434が形成される。第2ビアホール432内には第2導電性プラグ433が形成される。第3層間絶縁膜434上の所定部分には第2導電性プラグ433と電気的に連結される第3導電性パッド436が形成され、第3導電性パッド436を包含した第3層間絶縁膜434上に第3導電性パッド436表面の所定部分が露出されるように保護膜438が形成される。ここで、第3導電性パッド436の表面露出部はパッド窓領域440を示す。
【0067】
このとき、第1導電性パッド424内に形成された貫通ホールhは相互隣接した二つの貫通ホールh間の導電性膜424a間隔cが1〜2μmで、それぞれは2〜6μmの幅dを有するように形成され、第1導電性プラグ427と連結された部分の第1導電性パッド424は2〜5μmの幅wを有するように形成される。
【0068】
図11、図12は、図10の多層パッドが具備された半導体素子を上から見た平面図である。ここで、図11は第1導電性パッド424と第2層間絶縁膜428の形成工程が終了した状態での半導体素子構造を示した平面図で、図12は第2導電性パッド430と第3層間絶縁膜434の形成工程が終了された状態での半導体素子構造を示した平面図である。
【0069】
前記平面図を参照して説明すると、ワイヤボンディング領域440は矩形に形成され、前記パッド窓領域440下部に第3導電性パッド436と第1導電性パッド424aとが形成される。この場合も第1、第2ビアホール426、432はエッジアレイ構造及びバー形態の全てが適用可能である。
【0070】
このようにパッド窓領域440下部に符号424aで表示された導電性パッドが置かれるように第1導電性パッド424を形成するのは、層間絶縁膜の平坦化工程の進行時に金属デンシティ(metal density )が高い部分とそうでない部分とで発生される段差問題に起因して導電性パッドの間で惹起される層間絶縁膜のディーシング(dishing )現象を防止するためである。
そして、前記平面図では第1、第2ビアホール426、432が第2層間絶縁膜428と第3層間絶縁膜434内でジグザグに相互にずれて形成されているが、場合によっては第2、第3層間絶縁膜428、434内で第1、第2ビアホール426、432が相互に一直線上に位置するように形成しても構わない。
【0071】
ここで、図8は図11及び図12のI−I部分を切断した断面構造を示したもので、符号400aはパッド形成部を示し、符号400bはセルとパッド形成部との間の連結部を示す。
【0072】
そして、前記構造の多層パッドを具備した半導体素子は次の第3段階を経て製造される。これを図24乃至図26に示した工程別断面図を参照して説明する。
【0073】
第1段階として、図24に示すように、フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板420上に9000〜12000オングストロームの厚さの第1層間絶縁膜422を形成し平坦化した後、その全面にAl合金又はCu合金材質の導電性膜を5500〜6500オングストロームの厚さに形成する。次いで、この導電性膜上にTiN又はTi/TiN積層膜構造の反射防止膜(図示せず)を200〜350オングストロームの厚さに形成し、光食刻工程を施して反射防止膜と導電性膜とを所定部分選択食刻して導電性膜の中央部に複数個の貫通ホールhを形成する。その結果、中央部に複数個の貫通ホールhが形成された構造の第1導電性パッド424が形成される。次いで、第1導電性パッド424を包含した第1層間絶縁膜422上に酸化膜材質の第2層間絶縁膜428を15000〜17000オングストロームの厚さに形成し、第1導電性パッド424のエッジ部(パッド窓領域440の外郭部)表面の所定部分が露出されるように第2層間絶縁膜428を選択食刻して絶縁膜428内に第1ビアホール426を形成する。以後、第1ビアホール426を包含した第2層間絶縁膜428上にW、Al合金、Cu合金などの導電性物質をCVD法により形成した後、これをCMP工程により平坦化させて第1ビアホール426内に第1導電性プラグ427を形成する。このとき、導電性プラグ427がWで形成された場合には膜質蒸着特性を向上させるため、第1ビアコンタクトホール426内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するのが良い。
【0074】
第2段階として、図25に示すように、第2層間絶縁膜428上の所定部分に中央部にワイド貫通ホールが具備された閉曲線形の第2導電性パッド430を第1導電性プラグ427と連結されるように形成する。ついで第2導電性パッド430を包含した第2層間絶縁膜428上に第3層間絶縁膜434を14000〜16000オングストロームの厚さに形成し平坦化した後、第2導電性パッド430表面の所定部分が露出されるように第3層間絶縁膜434を選択食刻して絶縁膜434内に第2ビアホール432を形成し、前述した工程と同様な方法により第2ビアホール432内に第2導電性プラグ433を形成する。 第3段階として、図26に示すように、第3層間絶縁膜434上の所定部分に第2導電性プラグ432と連結されるようにAl合金又はCu合金材質の第3導電性パッド436を形成し、第3導電性パッド436表面の所定部分が露出されるように第3導電性パッド436を包含した第3層間絶縁膜434上に保護膜438を形成して、多層配線を有する半導体素子の多層パッド400の製造を終了する。
【0075】
このような構造を有するように工程を進行する場合も、ワイヤボンディング時又は製品の特性を評価するためのプロービング時、外部から加えられるストレスを分散させることができて、クラック発生を顕著に減らし得るようになる。
【0076】
(V)第5の実施形態
以下、図13に示した断面図を参照して第5の実施形態を説明する。
図13によると、本発明の第5の実施形態の多層パッドを具備した半導体素子は大きく次の構成を有する。
【0077】
フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板520上に第1層間絶縁膜522が形成され、この第1層間絶縁膜522上のパッド形成部に第1導電性パッド524が形成され、この第1導電性パッド524を包含した第1層間絶縁膜522上に導電性パッド524表面の所定部分が露出されるようにビアホール526が具備された第2層間絶縁膜528が形成され、ビアホール526内に導電性プラグ527が形成される。ついで、第2層間絶縁膜528上の所定部分に導電性プラグ527と連結されるように第2導電性パッド530が形成され、この第2導電性パッド530を包含した第2層間絶縁膜528上に第2導電性パッド530表面の所定部分が露出されるようにワイドビアホール532が形成された第3層間絶縁膜534が形成される。ワイドビアホール532を包含した第3層間絶縁膜534上の所定部分には第3導電性パッド536が形成され、第3導電性パッド536を包含した第3層間絶縁膜534上に第3導電性パッド536表面の所定部分が露出されるように保護膜538が形成される。ここで、第3導電性パッド536の表面露出部は以後パッケージ製造時に導電性パッドとリードとがワイヤボンディングされるパッド窓領域540を示す。
【0078】
図14は、図13の多層パッドが具備された半導体素子の平面図である。
即ち、図14に示すように、パッド窓領域540は第3導電性パッド536の中央部に正方向に形成され、その下部には第1乃至第3導電性パッド524、530、536が形成される。
【0079】
このとき、第1、第2導電性パッド524、530を電気的に連結させるビアホール526、532の表面上のレイアウト配置はいろんな形態に適用可能であるが、図14に示すようにエッジアレイ構造を有するように形成することもでき、図示されていないがバー形態を有するように形成することもできる。
【0080】
ここで、図13は図14のI−I部分を切断した断面図で、符号500aはパッド形成部、符号500bはセルとパッド形成部との間の連結部を示す。
【0081】
そして、前記構造の多層パッドを具備した半導体素子は次の第3段階を経て製造される。これを図27乃至図29に示した工程別断面図を参照して説明する。
【0082】
第1段階として、図27に示すように、フィールド酸化膜、トランジスタ、及びキャパシタが具備された半導体基板520上に9000〜11000オングストロームの厚さの第1層間絶縁膜522を形成し平坦化した後、その全面にAl合金又はCu合金材質の導電性膜を5500〜6500オングストロームの厚さに形成する。ついで、導電性膜上にTiN又はTi/TiN積層膜構造の反射防止膜(図示せず)を200〜350オングストロームの厚さに形成し、光食刻工程により第1層間絶縁膜522表面の所定部分が露出されるように反射防止膜と導電性膜とを食刻して第1導電性パッド524を形成する。次いで、第1導電性パッド524を包含した第1層間絶縁膜522上に酸化膜材質の第2層間絶縁膜528を15000〜17000オングストロームの厚さに形成し平坦化した後、光食刻工程により第1導電性パッド524のエッジ部(パッド窓領域540の外郭部)表面の所定部分が露出されるように第2層間絶縁膜528を選択食刻して第2層間絶縁膜内にビアホール526を形成する。
【0083】
ついで、ビアホール526を包含した第2層間絶縁膜528上にCVD法によりW、Al合金、Cu合金などの導電性物質を形成し、これをCMP工程を施して平坦化させてビアホール526内に導電性プラグ527を形成する。このとき、導電性プラグ527がWで形成された場合には膜質蒸着特性を向上させるためビアホール526内にTi/TiN積層膜構造の障壁金属膜(図示せず)をさらに形成するのが良い。
【0084】
第2段階として、図28に示すように、第2層間絶縁膜528上の所定部分に導電性プラグ527と連結されるようにAl合金又はCu合金材質の第2導電性パッド530を形成し、その全面に酸化膜材質の第3層間絶縁膜534を14000〜16000オングストロームの厚さに形成し平坦化した後、第2導電性パッド530の中央部が所定部分露出されるように第3層間絶縁膜534を食刻して絶縁膜534内にワイドビアホール532を形成する。このとき、第2導電性パッド530は第1導電性パッド524と同様なサイズに形成される。なお、他の工程条件は第1段階と同様である。
【0085】
第3段階として、図29に示すように、ワイドビアホール532を包含した第3層間絶縁膜534上の所定部分に第1段階と同様な工程条件にAl合金又はCu合金材質の第3導電性パッド536を形成し、導電性パッド536の中央部表面の所定部分が露出されるようにその全面に保護膜538を形成して、多層配線を有する半導体素子の多層パッド500の製造を終了する。
【0086】
このような構造を有するように工程を進行する場合、第3導電性パッド536下部に形成された第2導電性パッド530に起因して、ワイヤボンディングがなされる部分のパッド厚さを充分に厚くさせ得る効果が得られて、製品の特性評価のためのプロービング時又はワイヤボンディング時にパッドにストレスが加えられてもパッドの変形及び層間絶縁膜にクラックが発生することを最小化し、第1乃至第4の実施形態の場合よりも工程進行が容易で費用が節減されるという効果がある。
【0087】
このとき、本発明の第1乃至第5の実施形態で示された半導体素子の多層パッド構造は既に説明した3層配線構造を有する半導体素子の外に4層及び5層配線構造を要する半導体素子の製造時にも同様に適用可能である。
【0088】
そして、第1乃至第5の実施形態の一変形例として、本発明で示した多層パッドはそれぞれの実施形態において、第3導電性パッドを包含した第3層間絶縁膜上に導電性パッドの表面が所定部分露出されるようにワイドビアホールが具備された第4層間絶縁膜と、ワイドビアホールを通じて第3導電性パッドと連結される第4導電性パッドと、がさらに形成された構造を有するように製造することもできる。
【0089】
この場合、保護膜形成工程の以前に実施されるワイドビアホールが具備された第4層間絶縁膜形成工程及び第4導電性パッド形成工程は上述の工程(例えば、第5の実施形態の第2、第3段階工程)と同様に進行されるから、その説明は省略する。
【0090】
以上、実施の形態に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識によりその変形及び改良が可能であることは勿論である。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、第1、第2ビアコンタクトホールがワイヤボンディング領域の一面側外郭部のみに形成されるので、ワイヤボンディングのときゴールドボールがボンディング領域の中央地点に正確に整列されずに一方に片寄る状態にボンディングされても絶縁層でのクラック発生の頻度を既存よりも1/4ほど減らすことができる。
【0092】
また、セル形成部とパッド形成部との連結ラインにビアコンタクトホールが形成されるから、外部ストレスからボンディングパッドが開放されてクラック発生を最小化し得ると共に、バー形態のビアホールによりコンタクト抵抗減少の効果が得られる。
【0093】
また、ワイヤボンディング時又は製品の特性を評価するためのプロービング時に外部からパッドに加えられるストレスを分散させることが可能になって絶縁膜のクラック発生を顕著に減らすことができる。
【0094】
また、第2、第3導電性パッドの積層効能により工程進行上の困難を伴うことなくワイヤボンディング領域のファイナルパッド(final pad )の厚さを充分に厚くさせる効果を得ることができ、しかも、層間絶縁膜のクラック発生の最小化及び費用節減効果を同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示す断面図である。
【図2】第1の実施形態に適用可能な図1の平面図である。
【図3】第1の実施形態に適用可能な図1の平面図である。
【図4】第1の実施形態に適用可能な図1の平面図である。
【図5】第1の実施形態に適用可能な図1の平面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子を示す断面図である。
【図7】図3の断面図である。
【図8】本発明の第3の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示す断面図である。
【図9】図5の平面図である。
【図10】本発明の第4の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示す断面図である。
【図11】図7の平面図である。
【図12】図7の平面図である。
【図13】本発明の第5の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の構造を示す断面図である。
【図14】図9の平面図である。
【図15】本発明の第1の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図16】本発明の第1の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図17】本発明の第1の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図18】本発明の第2の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図19】本発明の第2の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図20】本発明の第2の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図21】本発明の第3の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図22】本発明の第3の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図23】本発明の第3の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図24】本発明の第4の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図25】本発明の第4の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図26】本発明の第4の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図27】本発明の第5の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図28】本発明の第5の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図29】本発明の第5の実施形態による多層パッドを具備した半導体素子の製造方法を示す図である。
【図30】従来の多層パッドを具備した半導体素子の構造を示す断面図である。
【図31】図30の平面図である。
【符号の説明】
120,221,320,420,520 半導体基板
122,222,322,422,522 第1層間絶縁膜
124,224,324,424,524 第1導電性パッド
126,226,326,426,526 第1ビアホール
127,227,327,427,527 第1導電性プラグ
128,228,328,428,528 第2層間絶縁膜
130,230,330,430,530 第2導電性パッド
132,232,332,432,532 第2ビアホール
133,233,333,433,533 第2導電性プラグ
134,234,334,434,534 第3層間絶縁膜
136,236,336,436,536 第3導電性パッド
138,238,338,438,538 保護膜
140,240,340,440,540 パッド窓領域
Claims (45)
- 半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜と、
この第1層間絶縁膜上の所定部分に形成され、パッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第1導電性パッドと、
この第1導電性パッドを包含した前記第1層間絶縁膜上に形成され、前記第1導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜と、
前記第1ビアホール内に形成された第1導電性プラグと、
この第1導電性プラグと連結されるように前記第2層間絶縁膜上の所定部分に形成され、パッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第2導電性パッドと、
この第2導電性パッドを包含した前記第2層間絶縁膜上に形成され、前記第2導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜と、
前記第2ビアホール内に形成された第2導電性プラグと、
この第2導電性プラグと連結されるように前記第3層間絶縁膜上の所定部分に形成された第3導電性パッドと、を備え、
前記パッド窓領域下部の前記第1、第2層間絶縁膜の中で少なくとも何れか一つの膜上にモザイク配列を有する任意個のバッファ層をさらに形成することを特徴とする多層パッドを具備した半導体素子。 - 前記第1乃至第3導電性パッドは、アルミニウム合金又は銅合金からなることを特徴とする請求項1に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2ビアホールは、エッジアレイ構造を有するか、又はバー形態を有することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2導電性プラグは、タングステン、アルミニウム合金又は銅合金の中で選択された何れか一つからなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2導電性プラグをタングステンで形成する場合、前記第1、第2ビアホール内に第1、第2障壁金属膜をさらに形成することを特徴とする請求項4に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2障壁金属膜は、チタン/窒化チタン積層構造を有することを特徴とする請求項5に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1乃至第3導電性パッド上に、窒化チタン又はチタン/窒化チタン積層構造の反射防止膜をさらに形成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2導電性パッドは、2〜5μmの幅を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記多層パッドを具備した半導体素子は、前記第3導電性パッドの表面が前記パッド窓領域より広く露出されるようにワイドビアホールが具備された第4層間絶縁膜と第4導電性パッドとをさらに包含し、
前記ワイドビアホールが具備された前記第4層間絶縁膜は、前記第3導電性パッドを包含した前記第3層間絶縁膜上に形成され、
前記第4導電性パッドは、前記ワイドビアホールを介して前記第3導電性パッドに接続されるように、前記ワイドビアホールを包含した前記第4層間絶縁膜上の所定部分に形成されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。 - 前記バッファ層は、前記第1、第2層間絶縁膜上で相互同様なモザイク配列構造を有するか、又はジグザグ方式にずれて位置する配列構造を有するように形成されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記バッファ層は、相互隣接した二つのバッファ層間の間隔が0.7〜0.8μmで、それぞれは0.4〜0.6μmの幅を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記バッファ層は、前記第1乃至第3層間絶縁膜と異種の物質からなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記異種の物質は、アルミニウム合金、銅合金、ポリシリコンの中で選択された何れか一つであることを特徴とする請求項12に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 半導体基板上に形成された第1層間絶縁膜と、
この第1層間絶縁膜上に形成され、パッド窓領域に対応する中央部に複数個の貫通ホールが具備された第1導電性パッドと、
この第1導電性パッドを包含した前記第1層間絶縁膜上に形成され、前記パッド窓領域外郭の前記第1導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜と、
前記第1ビアホール内に形成された第1導電性プラグと、
この第1導電性プラグと連結されるように前記第2層間絶縁膜上に形成され、前記パッド窓領域より広いワイド貫通ホールが中央部に形成された閉曲線形の第2導電性パッドと、
この第2導電性パッドを包含した前記第2層間絶縁膜上に形成され、前記第2導電性パッド表面の所定部分が露出されるように第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜と、
前記第2ビアホール内に形成された第2導電性プラグと、
この第2導電性プラグと連結されるように前記第3層間絶縁膜上の所定部分に形成された第3導電性パッドと、
を備えたことを特徴とする多層パッドを具備した半導体素子。 - 前記第1乃至第3導電性パッドは、アルミニウム合金又は銅合金からなることを特徴とする請求項14に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2導電性プラグは、タングステン、アルミニウム合金又は銅合金の中で選択された何れか一つからなることを特徴とする請求項14又は15のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2導電性プラグをタングステンで形成する場合、前記第1、第2ビアホール内に第1、第2障壁金属膜をさらに形成することを特徴とする請求項16に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1、第2障壁金属膜は、チタン/窒化チタン積層構造を有することを特徴とする請求項17に記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1乃至第3導電性パッド上に、窒化チタン又はチタン/窒化チタン積層構造の反射防止膜をさらに形成することを特徴とする請求項14乃至18のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記第1導電性パッドに具備された前記貫通ホールは、相互隣接した二つの貫通ホール間の第1導電性パッド間隔が1〜2μmで、それぞれは2〜6μmの幅を有することを特徴とする請求項14乃至19のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記第1導電性プラグと連結された部分の前記第1導電性パッドは、2〜5μmの幅を有することを特徴とする請求項14乃至20のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。
- 前記多層パッドを具備した半導体素子は、前記第3導電性パッド表面が前記パッド窓領域より広く露出されるようにワイドビアホールが具備された第4層間絶縁膜と第4導電性パッドとをさらに包含し、
前記ワイドビアホールの具備された前記第4層間絶縁膜は、前記第3導電性パッドを包含した前記第3層間絶縁膜上に形成され、
前記第4導電性パッドは、前記ワイドビアホールを介して前記第3導電性パッドに接続されるように、前記ワイドビアホールを包含した前記第4層間絶縁膜上の所定部分に形成されることを特徴とする請求項14乃至21のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子。 - 半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
この第1層間絶縁膜上の所定部分にパッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第1導電性パッドを形成する工程と、
この第1導電性パッドを包含した前記第1層間絶縁膜上に第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ビアホール内に第1導電性プラグを形成する工程と、
この第1導電性プラグと連結されるように前記第2層間絶縁膜上の所定部分にパッド窓領域の一面側外郭部に沿って長く延長された形状の第2導電性パッドを形成する工程と、
この第2導電性パッドを包含した前記第2層間絶縁膜上に第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2ビアホール内に第2導電性プラグを形成する工程と、
この第2導電性プラグと連結されるように前記第3層間絶縁膜上の所定部分に第3導電性パッドを形成する工程と、を含み、
前記パッド窓領域下部の前記第1、第2層間絶縁膜の中で少なくとも何れか一つの膜上にモザイク配列を有する任意個のバッファ層をさらに形成することを特徴とする多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。 - 前記第1乃至第3導電性パッドは、アルミニウム合金又は銅合金で形成することを特徴とする請求項23に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2ビアホールは、エッジアレイ構造又はバー形態に形成することを特徴とする請求項23又は24のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2導電性プラグは、タングステン、アルミニウム合金又は銅合金の中で選択された何れか一つで形成することを特徴とする請求項23乃至25のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2導電性プラグをタングステンで形成する場合、前記第1、第2ビアホール内に第1、第2障壁金属膜を形成する工程をさらに包含することを特徴とする請求項26に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2障壁金属膜は、チタン/窒化チタン積層構造に形成することを特徴とする請求項27に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1乃至第3導電性パッドの形成の前、前記それぞれの第1乃至第3導電性パッド上に窒化チタン又はチタン/窒化チタン積層構造の反射防止膜を形成する工程をさらに包含することを特徴とする請求項23乃至28のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2導電性パッドは、2〜5μmの幅に形成することを特徴とする請求項23乃至29のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第3導電性パッドを形成する工程の以後、前記第3導電性パッドを包含した前記第3層間絶縁膜上に、前記パッド窓領域より広いワイドビアホールが具備された第4層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ワイドビアホールを介して前記第3導電性パッドと連結されるように前記ワイドビルホールを包含した前記第4層間絶縁膜上の所定部分に第4導電性パッドを形成する工程と、
をさらに包含することを特徴とする請求項23乃至30のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。 - 前記バッファ層は、前記第1、第2層間絶縁膜上で同様なモザイク配列構造を有するか又はジグザグ方式にずれて位置するモザイク配列構造を有するように形成することを特徴とする請求項23乃至31のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記バッファ層は、相互隣接した二つのバッファ層間の間隔が0.7〜0.8μmで、それぞれは0.4〜0.6μmの幅を有するように形成することを特徴とする請求項23乃至32のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記バッファ層は、前記第1乃至第3層間絶縁膜と異種の物質で形成することを特徴とする請求項23乃至33のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記異種の物質は、アルミニウム合金、銅合金、ポリシリコンの中で選択された何れか一つであることを特徴とする請求項34に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1導電性プラグは、前記第1ビアホールを包含した前記第2層間絶縁膜の全面に導電性膜を形成する工程と、CMP工程を施して前記導電性膜を平坦化する工程と、を経て形成することを特徴とする請求項23乃至35のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
この第1層間絶縁膜上の所定部分に、パッド窓領域に対応する中央部に複数個の貫通ホールが具備された第1導電性パッドを形成する工程と、
この第1導電性パッドを包含した前記第1層間絶縁膜上に、前記パッド窓領域外郭で第1ビアホールが具備された第2層間絶縁膜を形成する工程と、
この第1ビアホール内に第1導電性プラグを形成する工程と、
前記パッド窓領域より広いワイド貫通ホールが中央部に形成された閉曲線形の第2導電性パッドを、前記第1導電性プラグと連結されるように前記第2層間絶縁膜上に形成する工程と、
この第2導電性パッドを包含した前記第2層間絶縁膜上に第2ビアホールが具備された第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2ビアホール内に第2導電性プラグを形成する工程と、
この第2導電性プラグと連結されるように前記第3層間絶縁膜上の所定部分に第3導電性パッドを形成する工程と、
を含むことを特徴とする多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。 - 前記第1乃至第3導電性パッドを、アルミニウム合金又は銅合金で形成することを特徴とする請求項37に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2導電性プラグを、タングステン、アルミニウム合金と銅合金の中で選択された何れか一つで形成することを特徴とする請求項37又は38のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2導電性プラグをタングステンで形成する場合、前記第1、第2ビアホール内に第1、第2障壁金属膜を形成する工程をさらに包含することを特徴とする請求項39に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1、第2障壁金属膜は、チタン/窒化チタン積層構造に形成することを特徴とする請求項40に記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1乃至第3導電性パッド形成の前、前記それぞれの第1乃至第3導電性パッド上に窒化チタン又はチタン/窒化チタン積層構造の反射防止膜を形成する工程をさらに包含することを特徴とする請求項37乃至41のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1導電性パッドに具備される前記貫通ホールを、相互隣接された二つの貫通ホール間の第1導電性パッド間隔が1〜2μmで、それぞれが2〜6μmの幅を有するように形成することを特徴とする請求項37乃至42のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第1導電性プラグと連結された部分の前記第1導電性パッドを、2〜5μmの幅を有するように形成することを特徴とする請求項37乃至43のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
- 前記第3導電性パッドを形成する工程の後、前記第3導電性パッドを包含した前記第3層間絶縁膜上に、前記パッド窓領域より広いワイドビアホールが具備された第4層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ワイドビアホールを介して前記第3導電性パッドと連結されるように前記ワイドビアホールを包含した前記第4層間絶縁膜上の所定部分に第4導電性パッドを形成する工程と、
をさらに包含することを特徴とする請求項37乃至44のいずれかに記載の多層パッドを具備した半導体素子の製造方法。
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