JPH0373136B2 - - Google Patents

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JPH0373136B2
JPH0373136B2 JP57164839A JP16483982A JPH0373136B2 JP H0373136 B2 JPH0373136 B2 JP H0373136B2 JP 57164839 A JP57164839 A JP 57164839A JP 16483982 A JP16483982 A JP 16483982A JP H0373136 B2 JPH0373136 B2 JP H0373136B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置、特に半導体集積回路装置
(以下ICと称する)の内部配線保護技術に関する
ものである。
近年バイポーラIC等において高集積化が進み、
配線が多層化されるに伴い層間絶縁膜やパツシベ
ーシヨン膜として耐熱性、微細加工性等にすぐれ
たポリイミド系樹脂膜などの有機高分子絶縁材料
膜が用いられることが多くなつた。ところで、半
導体基体の一主面に形成された複数個の半導体素
子とこれら半導体素子を電気的に接続するAl配
線と前述のポリイミド系樹脂を用いた層間絶縁膜
とを具備するチツプをモールド体で封止してなる
樹脂封止ICにおいてチツプの周辺近傍(周縁よ
り40〜50μm程度)で耐湿性が劣化し、特に1層
目のAl配線の水分による粒界腐食が生じやすい
ことを本願発明者が発見した。このような劣化の
原因は、ポリイミド系樹脂が下地のPSGやSiO2
との接着性がよわく、樹脂モールド時の樹脂の硬
化によりICチツプに対して大きな外部応力(例
えば60Kg/cm2)が加わり、チツプ周辺においてポ
リイミド系樹脂のはく離、すなわち軟質のポリイ
ミド系樹脂と硬いSiO2系の下地膜の界面での変
形、ずれ、はがれによる密着不良の状態が生じる
ためと考えられる。このような樹脂のはく離は半
導体チツプの寸法が大きくなる程、モールド体の
収縮による応力が大きくなり、周辺部でのはがれ
が顕著となる。
本願発明者は上記した点にかんがみ、ICチツ
プ周辺部に保護電極を形成し、内部配線が形成さ
れる領域に外部応力が加わるのを防止することに
着想した。したがつて本発明の一つの目的は多層
配線化された樹脂封止型ICの耐湿性を向上する
ことにあり、又、他の目的は樹脂封止の際の応力
によるICチツプ表面の配線の移動(ズレ)を防
止することにある。
この発明の望ましい形態の一つは、第1図に示
すようにICチツプ1上において、内部配線2a,
2b形成領域を取り囲むように、チツプ周辺の下
地半導体3に接続する金属からなる保護電極4を
多層の絶縁膜5を貫通して設けたものである。
この発明の望ましい形態の他の一つは第2図に
示すようにICチツプにおいて、内部配線2a,
2b形成領域を取り囲むようにチツプ周辺の下地
半導体3表面に形成した凹部7又は段部に接続す
る金属からなる保護用電極4を多層の絶縁膜5を
貫通して設けたものである。
以下本発明をいくつかの実施例にそつて詳述す
る。
第3図は本発明の一実施例を示すICチツプの
模式的平面図であり、第4図は第3図に示すチツ
プ1のV−V線にそつて切断した拡大断面図であ
り、又、第5図は第3図に示すチツプ1のボンデ
イングパツド部を含む−線にそつて切断した
拡大断面図である。
第4図において、3はSi半導体基体でありその
表面には図示されないが半導体素子を構成する拡
散層が形成されている。8は酸化膜(SiO2膜)
でその表面にPSG等のリン酸化膜を被覆する場
合もある。5a,5bはポリイミド系樹脂(例え
ばポリイミド・イソインドロキナゾリンジオン)
を液状で回転塗布し熱硬化させた層間絶縁膜、2
aは第1層Al配線、2bは第2層Al配線、4は
2層の保護電極で2層の層間絶縁膜5a,5bに
あけた貫通孔6に充填し下地Si基体3に接続す
る。9はボンデイングパツドで第5図に示すよう
に2層目のAl配線2aの一部として形成され、
上層の層間絶縁膜5bを大きく窓開してパツドの
表面を露出するものである。
この実施例では第3図に示されるようにチツプ
周辺に一層目のAl配線2aが走つており、かつ
ボンデイングパツド9が形成されない外部応力に
対して弱い部分に保護電極4を設けてある。第4
図で示すように保護電極4は一層目のAl配線2
a附近(チツプ周辺部分)に加わろうとする外部
応力を吸収しポリイミド樹脂膜の下地からのはく
離を防止する。第5図はボンデイングパツド近傍
では下地とコンタクトする電極が形成され、これ
が保護電極の役目をして外部応力に対し補強され
た構造となつていることを示している。
このような構成を有する本発明によれば下記の
理由により発明の目的が達成できる。
(1) 層間絶縁膜として使われている有機性のポリ
イミド系樹脂は他の無機性のガラス膜と比較し
て膜硬度が小さく応力を受けた場合特にチツプ
周辺部で変形し、下地膜から離やずれを起こす
ことは前述したごとくである。そこで本発明の
ようにチツプ周辺に絶縁膜の貫通孔(スルーホ
ール)を通して下地半導体に保護電極を設ける
ことにより、これが応力に対する堤防の役目を
して内部配線の形成される領域に応力が加わる
のを防止し、下地と層間絶縁膜との間の密着性
不良を生じにくくし、その結果耐湿性を向上
し、チツプ周辺のAl配線(特に第1層の配線)
の腐食を防止できる。
(2) 金属よりなる保護電極は配線形成時のAl蒸
着膜を重ねて形成するものでありSi等の下地半
導体表面に対する接着性は大きく、積層した金
属層は多層の絶縁膜よりも機械的強度が大きい
ため外部応力に対して充分に耐えることができ
る。
(3) 第2図で示したように下地基板周辺部にエツ
チングによる凹部又は段部(周辺側が低く内部
側が高い段部)を形成しておき、この凹部又は
段部にかかるように保護電極となる金属を設け
ることにより、外部応力による横方向の移動を
阻止する効果はより一層大となる。
(4) 保護電極はチツプの全周を完全に囲む構造と
する必要は必ずしもない。すなわちチツプ周辺
には電極を外部に取り出すためのワイヤボンデ
イングパツドが設けられており、その近傍には
第5図で示すように基板とコンタクトする金属
配線が走つているため、外部応力に対しては比
較的に補強された構造となつている。このため
層間絶縁膜のはく離は生じにくいのでボンデイ
ングパツドが形成されない外部応力に対して弱
い部分にのみ保護電極を設けても本発明の効果
を得ることができる。
上記実施例で述べた本発明によれば、チツプ周
辺の要部に設けられた保護電極が、樹脂モールド
時に外部から加えられた応力を吸収し、チツプ周
辺におけるポリイミド樹脂膜と下地(SiO2膜)
とのはく離を防止する。その結果、多層配線構造
を有するICの耐湿性の向上を図ることができる。
本発明は3層、4層、5層と配線の多層化が進む
ほどその効果が大きくあらわれるものである。
第6図〜第12図は第2図で示す構造をもつ本
発明の一実施例をその製造プロセスに沿つて示し
たICチツプの一部工程断面図である。
(1) Si半導体基体3(ウエハ)の一主面に通常の
ICプロセスに従つて第6図に示すように半導
体素子を構成するための拡散層10を形成す
る。チツプの周辺部となる半導体基体表面には
拡散マスクとして用いたフイールド酸化膜8が
残つている。
(2) 周辺部のフイールド酸化膜8の一部を除去
し、第7図に示すように酸化膜8をマスクとし
て半導体基体を選択エツチし凹部(又は段部)
7を形成する。この凹部形成のためのエツチン
グは例えばSi半導体基体の結晶面とアルカリ性
エツチ液を選ぶ異方性エツチング法を利用して
急岐な斜面をもつ凹部7を形成することが望ま
しい。
(3) コンタクトホトエツチを行なつた後、Al蒸
着、(又はスパツタ)パターニングエツチを行
なつて、第8図に示すように第1層の配線層2
aを形成すると同時に保護電極の第1層部分4
aを上記凹部(又は段部)7にかかるように形
成する。
(4) 全面にポリイミド樹脂を回転塗布法により塗
布し、第9図に示すように第1層の層間絶縁膜
5aを形成する。
(5) 層間絶縁膜5aにスルーホールエツチを行な
つた後、Alを蒸着(又はスパツタ)し、パタ
ーニングエツチして第10図に示すように、第
2層の配線層2bを形成するとともに、保護電
極の第1層部分4aに重ねてこれと接続する第
2層分4bを形成する。
(6) 全面にポリイミド樹脂を塗布し第11図に示
すように第2層の層間絶縁膜(又はパツシベー
シヨン膜)5bを形成する。
(7) 第2層の層間絶縁膜5bにスルーホールをあ
け、Al蒸着を行なつて第12図に示すように
保護電極の第2層部分4bに重ねて最上層部分
4cを形成する。図示されないがチツプ周辺の
他の部分では保護電極と同じ保護機能をもつボ
ンデイングパツドが同じAl蒸着工程により形
成される。
このように保護電極の形成はICチツプの多層
配線と同時にかつ通常の技術を用い(マスクパタ
ーンを変えるのみでよい)て行えるため特別な工
程を付加する必要がない。
本発明は前記実施例以外に多くの変形実施例を
有するものである。前記実施例ではポリイミド樹
脂膜を例にとり説明したがこれ以外の有機材料
膜、例えばシリコーン系樹脂膜等も下地と膜硬度
が異なり、外部応力の影響をうけやすいので本発
明の適用は有効となる。また有機樹脂以外のもの
(例えばSiO2膜、PSG膜、SiN膜等)を層間絶縁
膜(パツシベーシヨン膜)として用いたICにも
本発明の適用は有効である。
SiO2膜やPSG膜の場合は膜質が硬いため、樹
脂封止時等に外部応力が働いた場合、ポリイミド
樹脂のように、はく離状態にならず、クラツクが
生じたり、ICチツプ表面のAl配線ごと移動させ
て断線破壊させたりしやすくなる。
本発明を用いれば、これらを防止することも可
能となる。この場合、外部からの強い応力より内
部配線を保護する目的からチツプ周辺部に凹部を
設け、その上に保護電極を形成する構造とするこ
とが望ましい。すなわち保護電極はチツプ周辺部
に設けられた凹でしつかりと固定され横方向へ移
動しにくくなるので、外部応力吸収効果がたかめ
られる。
なお、チツプ周辺部に凹部を設ける以外に第1
3図に示すように段部11を設け、その上に保護
電極を形成する構造としても同様な効果が得られ
る。
また、保護電極をチツプの全周を完全に囲むよ
うに形成してもよいことは、いうまでもない。
また、多層ではなく一層配線構造を有するIC
にも本発明は適用できる。
本発明はSi基板を用いたバイポーラIC(又は単
体)、GaAsを用いたIC(又は単体)等に用いて有
効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一つの形態を示す要部正面断
面斜面図である。第2図は本発明の一つの形態を
示す要部正面断面図である。第3図は本発明の一
実施例を示すICチツプの模式的平面図、第4図
は第3図のチツプにおけるV−V線切断拡大断面
図、第5図は同じく−線切断拡大断面図であ
る。第6図〜第12図は本発明の他の一実施例の
ICチツプをその製造プロセスで示す工程断面図
である。第13図は本発明の他の実施例を説明す
るための断面図である。 1……ICチツプ、2a,2b……内部配線層、
3……半導体基体、4……保護電極、5,5a,
5b……層間絶縁膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基体の一主面に形成された複数個の半
    導体素子を電気的に接続する配線層と、前記半導
    体基体および配線層を覆うように形成された絶縁
    膜とを具備する半導体チツプからなる半導体装置
    において、チツプ外周とチツプ周辺に形成された
    配線層との間に前記半導体基体に接続する導体層
    を上記絶縁膜を貫通して、かつチツプ辺に沿つて
    設けたことを特徴とする半導体装置。 2 半導体装置の一主面に形成された複数個の半
    導体素子を電気的に接続する配線層と、前記半導
    体基体および配線層を覆うように形成された絶縁
    膜とを具備する半導体チツプからなる半導体装置
    において、チツプ外周とチツプ周辺に形成された
    配線層との間に前記半導体基体表面に形成した凹
    部又は段部に接続する導体層を上記絶縁膜を貫通
    して、かつチツプ辺に沿つて設けたことを特徴と
    する半導体装置。 3 上記絶縁膜は有機絶縁材料からなる特許請求
    の範囲第1項又は第2項記載の半導体装置。
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