JP5445439B2 - 半導体ウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
近年、各種電子機器の高機能化、小型化、薄厚化に伴い、半導体装置に磁気センサ、温度センサ、圧力センサ等の機能を付加した複合半導体装置が提案され実用化されている。
この複合半導体装置の一種に集積回路(IC)に巨大磁気抵抗効果(GMR)素子を付加した磁気センサ付半導体装置がある(例えば、特許文献1参照)。
図において、符号1はシリコンウェーハであり、シリコン基板(半導体基板)2上にスクライブライン3が格子状に形成されることにより複数の集積回路形成領域がマトリックス状に形成され、これらの集積回路形成領域それぞれには集積回路(IC)部4が形成さ
れている。
このIC部4の周囲にはシールリング部11が形成され、このシールリング部11の外側には、隣接する集積回路形成領域との間に形成された所定の幅を有する帯状の領域であるスクライブライン3が形成されている。
このスクライブライン3には、その中心線に沿って半導体チップ分離用の溝13が形成されている。
このパッシベーション膜28の下端部はシールリング部11内に収まる様にパターニングされ、このパッシベーション膜28に覆われずに露出しているp−Si基板21上の領域がスクライブライン3とされている。
また、図9は、従来のシリコンウェーハのさらに他の一例を示す断面図であり、このシールリング部41は、絶縁層23、配線層24aと同一層からなる金属層42a、絶縁層25a、配線層24bと同一層からなる金属層42b、絶縁層25b、配線層24cと同一層からなる金属層42cが積層され、これら金属層42a〜42cはヴィアホールに充填された金属により相互に電気的に接続され、GMR素子6〜9、配線層24c及び金属層42cの一端部を覆う様に平坦化絶縁層32が形成され、この平坦化絶縁層32及び金属層42cの上部、及び絶縁層23、25a、25bの端部を覆う様にパッシベーション膜33が形成され、このパッシベーション膜33の下端部がシールリング部41内に収まる様にパターニングされた構成である。
これらの磁気センサ付半導体チップは、ICに磁気抵抗効果素子を組み込んだ構成であるから、各種電子機器の高機能化、小型化、薄厚化に対して対応可能なものとなっている。
しかしながら、これらチップ領域を区画するスクライブライン3においては、p−Si基板21の表面が露出した状態になっているので、段差が大きく、このIC部4、31の上に薄膜素子を形成するためのレジスト形成領域においてレジストの塗布ムラ(ストライエーション)が発生し、結果として、薄膜素子の形状、寸法が不安定になる虞があった。また、薄膜素子に起因する汚染物質によって露出したSiに影響を及ぼす虞もあった。
すなわち、本発明の半導体ウェーハは、半導体基板上にスクライブ領域により区画された複数の集積回路形成領域を有し、これらの集積回路形成領域に多層構造の集積回路部を形成し、これらの集積回路部の周囲にシールリング部が形成されてなる半導体ウェーハであって、前記多層構造の集積回路部には、前記半導体基板を覆う第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に配置された第1配線層と、前記第1配線層及び前記第1絶縁層を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に配置された第2配線層と、前記第2配線層及び前記第2絶縁層を覆う第3絶縁層と、前記第3絶縁層上に配置された第3配線層と、が備えられ、前記シールリング部には、前記第1配線層と同一材料からなるものであって当該シールリング部における前記半導体基板の中央部分を覆う第1金属層と、前記第2配線層と同一材料からなるものであって前記第2絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第1金属層に接する第2金属層と、前記第3配線層と同一材料からなるものであって前記第3絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第2金属層に接する第3金属層とが備えられ、窪んだ形状の前記第3金属層、前記集積回路形成領域及び前記スクライブ領域を覆うように表面が平坦化された平坦化絶縁層が形成され、該平坦化絶縁層上に保護絶縁層が形成されてなることを特徴とする。
この半導体ウェーハでは、前記平坦化絶縁層を、前記第3金属層の窪みが露出するように選択除去し、前記第3金属層及び前記平坦化絶縁層の表面に前記保護絶縁層を形成することにより、水分の浸入経路となる平坦化絶縁層がシールリング部にて切断され、前記集積回路部へ水分が浸入する虞が無くなる。
この半導体ウェーハでは、前記平坦化絶縁層を、前記第3金属層の平坦部が露出するように選択除去し、前記第3金属層及び前記平坦化絶縁層の表面に前記保護絶縁層を形成することにより、集積回路形成領域及びスクライブ領域とシールリング部との間の段差が小さくなる。
この半導体ウェーハでは、前記第3金属層上に形成された前記平坦化絶縁層を全面除去して前記第3金属層の表面と前記平坦化絶縁層の表面を面一とし、これらの表面上に前記保護絶縁層を形成したことにより、集積回路形成領域、シールリング部及びスクライブ領域全体が平坦化され、集積回路形成領域とスクライブ領域との間の段差が無くなる。
また、第3金属層上の平坦化絶縁層を全面除去したことにより、水分の浸入経路となる平坦化絶縁層がシールリング部にて切断され、前記集積回路部へ水分が浸入する虞が無くなる。
この半導体ウェーハでは、前記平坦化絶縁層上または前記保護絶縁層上に、薄膜素子を形成したことにより、集積回路部と薄膜素子とが一体化され、集積回路としての機能と薄膜素子としての機能を併せ持ったデバイスのさらなる高機能化、小型化、薄厚化が可能となる。
この半導体ウェーハでは、前記薄膜素子を磁気抵抗効果素子としたことにより、集積回路部と磁気抵抗効果素子とが一体化され、集積回路としての機能と磁気センサとしての機能を併せ持ったデバイスのさらなる高機能化、小型化、薄厚化が可能となる。
また、前記平坦化絶縁層はSiO 2 からなることが好ましい。
この半導体ウェーハの製造方法では、少なくとも前記薄膜素子を覆うように第2の保護絶縁層を形成することにより、第2の保護絶縁層により薄膜素子を外部環境から保護する。
この半導体ウェーハの製造方法では、前記平坦化絶縁層の表面を化学機械研磨により平坦化することにより、ナノメートルオーダーの光学的な平坦度を有する平坦化絶縁層が容易に得られる。
また、前記平坦化絶縁層はSiO 2 からなることが好ましい。
また、第3金属層上の平坦化絶縁層を全面除去したので、水分の浸入経路となる平坦化絶縁層をシールリング部にて切断することができ、前記集積回路部への水分の浸入を防止することができる。
「第1の実施形態」
図1は本発明の第1の実施形態の磁気センサ付半導体チップ(半導体装置)が複数個形成されたシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)の要部を示す断面図であり、この図においては、図7と同一の構成要素については同一の符号を付してある。
p−Si基板21上のIC部51及びスクライブライン53を覆うように酸化ケイ素(SiO2)からなる絶縁層23が形成され、この絶縁層23上には所定の配線パターンを有し金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属からなる配線層24a(第1配線層)が形成されるとともに、シールリング部52の中心部分を覆うように配線層24aと同一の材料からなる金属層54a(第1金属層)が形成され、この配線層24aを含む絶縁層23上にはSiO2からなる絶縁層25a(第1絶縁層)が金属層54aの両端部を覆う様に形成されている。
通常の薄膜技術を用いて、p−Si基板21上に、絶縁層23、配線層24a(第1配線層)、金属層54a(第1金属層)、絶縁層25a(第1絶縁層)、配線層24b(第2配線層)、金属層54b(第2金属層)、絶縁層25b(第2絶縁層)、GMR素子6〜9、配線層24c(第3配線層)及び金属層54c(第3金属層)を形成する。
例えば、プラズマCVD法の場合では、SiH4−NH3(N2)あるいはSiH4−N2Oを原料として300℃程度の成長温度で成膜することができる。
次いで、パッシベーション膜56上にGMR素子6〜9を形成する。
その後、このGMR素子6〜9を覆うように第2の保護絶縁層(図示略)を形成する。
また、配線層24c及び金属層54cを覆うように、ペルヒドロポリシラザンを主成分とする塗布液を塗布し、その後、大気中、450℃程度にて焼成し、高純度のSiO2からなる平坦化絶縁層55とすることで、表面の平坦度に優れた平坦化絶縁層55が容易に得られる。
また、IC部51、シールリング部52及びスクライブライン53全体を覆うように、ペルヒドロポリシラザンを主成分とする塗布液を塗布し、その後、大気中、450℃程度にて焼成し、高純度のSiO2からなる平坦化絶縁層55とするので、表面の平坦度に優れた平坦化絶縁層55を容易に得ることができる。
本発明の第2の実施形態のシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)の製造方法について説明する。
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法は、上述した第1の実施形態のシリコンウェーハを製造する方法であるから、図1を参照して説明することとする。
次いで、配線層24c及び金属層54cを覆うように、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法により、SiH4−O2を原料としてSiO2からなる平坦化絶縁層55を成膜する。
このCMPは、研磨用ヘッドに研磨すべきシリコンウェーハを装着し、SiO2、酸化セリウム(CeO2)等の微粒子を水酸化カリウム(KOH)やアンモニア水(NH4OH)等のアルカリ性水溶液中に分散させたスラリーを定盤に装着された研磨パッド上に滴下し、上記のシリコンウェーハを所定の圧力の下で所定の角速度で自転させつつ、同時に異なる角速度で回転する定盤上を公転することにより行われる。
これにより、表面が研磨されてナノメートルオーダーの光学的な平坦度を有する平坦化絶縁層55を得ることができる。
例えば、プラズマCVD法の場合では、SiH4−NH3(N2)あるいはSiH4−N2Oを原料として300℃程度の成長温度で成膜することができる。
以上により、IC部51とスクライブライン53との間の段差の無いシリコンウェーハを得ることができる。
また、この平坦化絶縁層55の全面をCMPにより研磨し、この表面を平坦化するので、ナノメートルオーダーの光学的な平坦度を有する平坦化絶縁層55を容易に得ることができる。したがって、IC部51とスクライブライン53との間に段差の無いシリコンウェーハを容易に作製することができる。
この様な場合であっても、IC部51とスクライブライン53との間に段差の無いシリコンウェーハを容易に作製することができる。
図2は本発明の第1の参考形態の磁気センサ付半導体チップ(半導体装置)が複数個形成されたシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)の要部を示す断面図であり、本参考形態のシリコンウェーハが上述した第1の実施形態のシリコンウェーハと異なる点は、第1の実施形態のシリコンウェーハでは、金属層54cの全面を覆うように平坦化絶縁層55を形成し、この平坦化絶縁層55の全面にパッシベーション膜56を成膜したのに対し、本参考形態のシリコンウェーハでは、ドライエッチング等により金属層54c上の平坦化絶縁層55を選択除去して窓57を形成し、この窓57により金属層54cのスクライブ領域に相当する窪み部分を露出させ、残った平坦化絶縁層55及び露出された金属層54cを覆うようにパッシベーション膜56を成膜した点である。
平坦化絶縁層55を形成するまでは、上述した第1の実施形態の製造方法と全く同様である。
その後、ドライエッチング等により金属層54c上の平坦化絶縁層55をエッチング(選択除去)し、金属層54cのスクライブ領域に相当する窪み部分を露出させる。
次いで、プラズマCVD法等により、平坦化絶縁層55及び露出された金属層54cの表面を覆うようにパッシベーション膜56を成膜する。
以上により、IC部51とスクライブライン53との間の段差の無いシリコンウェーハを得ることができる。
また、金属層54c上の平坦化絶縁層55を選択除去し、露出された金属層54cの表面に直接パッシベーション膜56を成膜したので、水分の浸入経路となる平坦化絶縁層55がシールリング部52にて切断され、IC部51への水分の浸入を防止することができる。
図3は本発明の第2の参考形態の磁気センサ付半導体チップ(半導体装置)が複数個形成されたシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)の要部を示す断面図であり、本参考形態のシリコンウェーハが上述した第1の実施形態のシリコンウェーハと異なる点は、第1の実施形態のシリコンウェーハでは、金属層54cの全面を覆うように平坦化絶縁層55を形成し、この平坦化絶縁層55の全面にパッシベーション膜56を成膜したのに対し、本参考形態のシリコンウェーハでは、ドライエッチング等により金属層54cの比較的平坦な部分に形成された平坦化絶縁層55を選択除去して窓58を形成し、この窓58により金属層54cの表面の比較的平坦な部分を露出させ、残った平坦化絶縁層55及び露出された金属層54cを覆うようにパッシベーション膜56を成膜した点である。
ここで、「金属層54cの比較的平坦な部分」とは、金属層54cのスクライブ領域との集積回路形成領域との境界部分をさし、ここでは、金属層が平坦な状態となっている。
また、金属層54cの比較的平坦な部分に形成された平坦化絶縁層55を選択除去し、露出された金属層54cの表面に直接パッシベーション膜56を成膜したので、水分の浸入経路となる平坦化絶縁層55がシールリング部52にて切断され、IC部51への水分の浸入を防止することができる。
図4は本発明の第3の実施形態の磁気センサ付半導体チップ(半導体装置)が複数個形成されたシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)の要部を示す断面図であり、本実施形態のシリコンウェーハが上述した第1の実施形態のシリコンウェーハと異なる点は、第1の実施形態のシリコンウェーハでは、金属層54cの全面を覆うように平坦化絶縁層55を形成し、この平坦化絶縁層55の全面にパッシベーション膜56を成膜したのに対し、本実施形態のシリコンウェーハでは、金属層54cの表面が露出するまで、ドライエッチング等により平坦化絶縁層55を所定の深さまでエッチバックして金属層54cの表面と平坦化絶縁層55の表面が面一になるようにし、残された平坦化絶縁層55及び金属層54cを覆うように、この平坦面上にパッシベーション膜56を成膜した点である。
また、金属層54cの部分で平坦化絶縁層55を切断したので、水分の浸入経路となる平坦化絶縁層55がシールリング部52にて切断され、IC部51への水分の浸入を防止することができる。
Claims (9)
- 半導体基板上にスクライブ領域により区画された複数の集積回路形成領域を有し、これらの集積回路形成領域に多層構造の集積回路部を形成し、これらの集積回路部の周囲にシールリング部が形成されてなる半導体ウェーハであって、
前記多層構造の集積回路部には、前記半導体基板を覆う第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に配置された第1配線層と、前記第1配線層及び前記第1絶縁層を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に配置された第2配線層と、前記第2配線層及び前記第2絶縁層を覆う第3絶縁層と、前記第3絶縁層上に配置された第3配線層と、が備えられ、
前記シールリング部には、前記第1配線層と同一材料からなるものであって当該シールリング部における前記半導体基板の中央部分を覆う第1金属層と、前記第2配線層と同一材料からなるものであって前記第2絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第1金属層に接する第2金属層と、前記第3配線層と同一材料からなるものであって前記第3絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第2金属層に接する第3金属層とが備えられ、
窪んだ形状の前記第3金属層、前記集積回路形成領域及び前記スクライブ領域を覆うように表面が平坦化された平坦化絶縁層が形成され、
該平坦化絶縁層上に保護絶縁層が形成されてなることを特徴とする半導体ウェーハ。 - 半導体基板上にスクライブ領域により区画された複数の集積回路形成領域を有し、これらの集積回路形成領域に多層構造の集積回路部を形成し、これらの集積回路部の周囲にシールリング部が形成されてなる半導体ウェーハであって、
前記多層構造の集積回路部には、前記半導体基板を覆う第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に配置された第1配線層と、前記第1配線層及び前記第1絶縁層を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に配置された第2配線層と、前記第2配線層及び前記第2絶縁層を覆う第3絶縁層と、前記第3絶縁層上に配置された第3配線層と、が備えられ、
前記シールリング部には、前記第1配線層と同一材料からなるものであって当該シールリング部における前記半導体基板の中央部分を覆う第1金属層と、前記第2配線層と同一材料からなるものであって前記第2絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第1金属層に接する第2金属層と、前記第3配線層と同一材料からなるものであって前記第3絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第2金属層に接する第3金属層とが備えられ、
前記第3金属層のうちの窪んだ部分、前記集積回路形成領域及び前記スクライブ領域を覆うように表面が平坦化された平坦化絶縁層が形成され、
前記平坦化絶縁層の前記表面が、前記第3金属層のうち前記集積回路形成領域側及び前記スクライブ領域側にある平坦部分の上面と面一とされており、
前記第3金属層の前記平坦部分及び前記平坦化絶縁層の上に保護絶縁層が形成されてなることを特徴とする半導体ウェーハ。 - 前記平坦化絶縁層上または前記保護絶縁層上に、薄膜素子を形成してなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体ウェーハ。
- 前記薄膜素子は、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項3記載の半導体ウェーハ。
- 前記平坦化絶縁層がSiO 2 からなることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の半導体ウェーハ。
- 半導体基板上にスクライブ領域により区画された複数の集積回路形成領域を有し、これらの集積回路形成領域に多層構造の集積回路部を形成し、これらの集積回路部の周囲にシールリング部を形成してなる半導体ウェーハの製造方法であって、
前記多層構造の集積回路部を形成する際に、前記半導体基板を覆う第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に配置する第1配線層と、前記第1配線層及び前記第1絶縁層を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に配置する第2配線層と、前記第2配線層及び前記第2絶縁層を覆う第3絶縁層と、前記第3絶縁層上に配置する第3配線層と、を順次形成するとともに、
前記シールリング部を形成する際に、前記第1配線層と同一材料からなるものであって当該シールリング部における前記半導体基板の中央部分を覆う第1金属層を形成し、前記第2配線層と同一材料からなるものであって前記第2絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第1金属層に接する第2金属層を形成し、前記第3配線層と同一材料からなるものであって前記第3絶縁層の斜面に形成されて窪み、底部が前記第2金属層に接する第3金属層を前記第3配線層と同時に形成し、
窪んだ形状の前記第3金属層、前記集積回路形成領域及び前記スクライブ領域を覆うように平坦化絶縁層を形成し、
この平坦化絶縁層上に直接、または該平坦化絶縁層上に保護絶縁層を介して薄膜素子を形成することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。 - 少なくとも前記薄膜素子を覆うように第2の保護絶縁層を形成することを特徴とする請求項6記載の半導体ウェーハの製造方法。
- 前記平坦化絶縁層の表面を化学機械研磨により平坦化することを特徴とする請求項6または7記載の半導体ウェーハの製造方法。
- 前記平坦化絶縁層がSiO 2 からなることを特徴とする請求項6〜請求項8の何れか一項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
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