JPH08124929A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPH08124929A
JPH08124929A JP6256538A JP25653894A JPH08124929A JP H08124929 A JPH08124929 A JP H08124929A JP 6256538 A JP6256538 A JP 6256538A JP 25653894 A JP25653894 A JP 25653894A JP H08124929 A JPH08124929 A JP H08124929A
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semiconductor integrated
silicon oxide
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日出 山口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パッシベーション膜を平坦化することができ
る半導体集積回路装置の製造方法を提供する。 【構成】 パッシベーション膜を5層の絶縁膜29〜3
3で構成する。第1層目の絶縁膜29は、プラズマCV
D法で堆積した酸化シリコン膜であり、第2層目の絶縁
膜30は、スピンオングラス膜である。この絶縁膜30
はその表面がエッチバックにより平坦化され、絶縁膜2
9の凹部に埋め込まれる。第3層目の絶縁膜31はプラ
ズマCVD法で堆積した酸化シリコン膜であり、第4層
目の絶縁膜32はプラズマCVD法で堆積した窒化シリ
コン膜である。また、第5層目の絶縁膜33はプラズマ
CVD法で堆積した酸化シリコン膜である。この絶縁膜
33は、パッシベーション膜の耐圧を確保するために、
第1〜第4層目の絶縁膜29〜32に比べて厚い膜厚で
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置お
よびその製造技術に関し、特に、多層配線構造を有する
半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】半導体チップを配線基板に実装する方式
として、CCB(Controlled CollapseBonding) 方式お
よびワイヤボンディング方式が知られている。
【0003】CCB方式は、半導体チップの主面に蒸着
した半田薄膜をリフトオフ法でパターニングして電極パ
ッド上にのみ半田薄膜を残し、これを加熱溶融してボー
ル状の半田バンプを形成した後、この半田バンプを介し
て半導体チップを配線基板上にフェイスダウンボンディ
ングする方式であり、例えば「日本金属学会会報第23
巻第12号(1984年)」 P1004〜P1013 や、特開昭62
−249429号公報などに記載がある。また、ワイヤ
ボンディング方式は、半導体チップと配線基板上の配線
とをワイヤを介して電気的に接続する方式である。
【0004】上記した2つの実装方式のうち、CCB方
式では、半導体チップの最上層配線と半田バンプとの接
着性を向上させるために、最上層配線の上にBLM(Bal
l Limiting Metallization) と称されるバリアメタル層
を設けている。このBLM層は、例えばクロム(C
r)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)など
の金属薄膜を積層した複合膜で構成される。
【0005】一方、ワイヤボンディング方式では、半導
体チップの表面保護膜(パッシベーション膜)の一部を
開孔して最上層配線を露出させ、この露出した配線(ボ
ンディングパッド)上にワイヤを直接接続する方式を採
用している。
【0006】しかしながら、ワイヤボンディング方式に
おいては、ワイヤボンディング時の衝撃による半導体素
子のダメージを低減するために、ボンディングパッド表
面に対するワイヤの圧着力を抑える必要があるため、ボ
ンディングパッドとワイヤとの接着力(ボンダビリテ
ィ)の不足が懸念されるという問題や、ボンディングパ
ッドのレイアウトに合わせて最上層配線をレイアウトし
なければならないという制約が生じることから、前記C
CB方式で用いられているBLM層を引出しパッドとし
て利用することが検討されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記CCB方式やワイ
ヤボンディング方式において、半導体チップの表面にB
LM層を形成する場合は、半導体チップの表面を覆うパ
ッシベーション膜の平坦性を如何にして確保するかが重
要な課題となる。
【0008】通常、最上層配線は、電源配線やGND配
線として利用されるため、2μm程度の厚い膜厚で形成
される。そのため、最上層配線の有る箇所と無い箇所と
の間に大きな段差が生じる。その結果、パッシベーショ
ン膜の上に堆積した金属膜をエッチングしてBLM層を
形成する際、段差部にエッチ残りが生じ、隣り合ったB
LM層同士がこのエッチ残りを介してショートするとい
う問題が生じる。
【0009】上記パッシベーション膜の平坦性を確保す
る方法として、例えば最上層配線の配線スペースを広く
(例えば8μm以上)設定することも考えられるが、こ
のようにすると、配線のレイアウトに大きな制約が生
じ、配線層数を増加しなければならなくなるといった不
具合が生じる。
【0010】本発明の目的は、パッシベーション膜を良
好に平坦化することのできる技術を提供することにあ
る。
【0011】本発明の他の目的は、パッシベーション膜
を平坦化することにより、その上に歩留り良くBLM層
を形成することのできる技術を提供することにある。
【0012】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
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。
【0013】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0014】(1).本発明の半導体集積回路装置は、半導
体基板の表面を覆うパッシベーション膜を、少なくとも
CVD法で堆積された第1の酸化シリコン膜と、前記第
1の酸化シリコン膜の上層に堆積され、その表面がエッ
チバックにより平坦化されたスピンオングラス膜と、前
記スピンオングラス膜の上層にCVD法で堆積された第
2の酸化シリコン膜との積層膜で構成するものである。
【0015】(2).また、本発明の半導体集積回路装置
は、前記積層膜で構成されたパッシベーション膜の上に
BLM層を形成し、前記パッシベーション膜に開孔した
接続孔を通じて前記BLM層と最上層配線とを接続する
ものである。
【0016】(3).さらに、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、前記パッシベーション膜をエッチングし
て接続孔を形成する際、前記第2の酸化シリコン膜をウ
ェットエッチングで等方的にエッチングし、その下層の
絶縁膜をドライエッチングで異方的にエッチングするこ
とにより、前記接続孔をテーパ状に加工するものであ
る。
【0017】
【作用】上記した本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、パッシベーション膜を平坦化することができるの
で、パッシベーション膜上に形成されるBLM層の加工
歩留りを向上させることができる。また、パッシベーシ
ョン膜が平坦化されることにより、最上層配線の配線ス
ペースを狭くすることができる。
【0018】上記した本発明の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、接続孔をテーパ状に加工することによ
り、接続孔内部でのBLM層の被着性(カバレージ)が
向上するので、BLM層の断線を防止することができ
る。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0020】(実施例1)図1は、本発明の一実施例で
ある半導体集積回路装置を示す半導体基板の要部断面図
である。
【0021】この半導体集積回路装置は、高抵抗の単結
晶シリコンからなる支持基板1上に酸化シリコン膜から
なる接着層2を介して単結晶のシリコン薄膜3を貼り合
わせたSOI(Silicon On Insulator)基板を有するバイ
ポーラデバイスである。
【0022】バイポーラトランジスタは、上記SOI基
板のシリコン薄膜3の上に成長させたn型のエピタキシ
ャル層4の活性領域に形成されている。この活性領域の
下部には、シリコン薄膜3にn型の不純物をドープして
形成した埋込み層5が設けられている。
【0023】上記活性領域は素子分離領域によって周囲
の他の活性領域と電気的に分離されている。この素子分
離領域は、エピタキシャル層4の主面に形成された酸化
シリコン膜からなるフィールド絶縁膜6とその下部のシ
リコン薄膜3に形成されたU溝7とで構成されている。
【0024】上記活性領域の主面に形成されたバイポー
ラトランジスタは、n型コレクタ領域、p型ベース領
域、n型エミッタ領域の各々を上下方向に配置した縦型
構造で構成されている。n型コレクタ領域はエピタキシ
ャル層4、埋込み層5およびコレクタ引出し用のn型半
導体領域8で構成されている。p型ベース領域はグラフ
トベース領域であるp型半導体領域9と真性ベース領域
であるp型半導体領域10とで構成されている。n型エ
ミッタ領域はn型半導体領域11で構成されている。
【0025】上記コレクタ引出し用のn型半導体領域8
には、フィールド絶縁膜6の一部に開孔された接続孔1
2を通じて第1層目の配線13が接続されている。グラ
フトベース領域であるp型半導体領域9には、フィール
ド絶縁膜6の一部に開孔された接続孔14を通じてベー
ス引出し電極15の一端が接続されている。このベース
引出し電極15は、p型不純物(B)が導入された多結
晶シリコン膜で構成されている。ベース引出し電極15
の他端には、酸化シリコンからなる絶縁膜16に開孔さ
れた接続孔17を通じて第1層目の配線18が接続され
ている。
【0026】n型エミッタ領域であるn型半導体領域1
1には、フィールド絶縁膜6の一部に開孔された接続孔
19を通じてエミッタ引出し電極20が接続されてい
る。このエミッタ引出し電極20は、n型不純物(Pま
たはAs)が導入された多結晶シリコン膜で構成されて
いる。エミッタ引出し電極20には、絶縁膜16に開孔
された接続孔21を通じて第1層目の配線22が接続さ
れている。
【0027】上記第1層目の配線13,18,22は、
W(タングステン)/Al(アルミニウム)/W(タン
グステン)の積層膜で構成されている。ここで、下層の
Wはスパッタ法とCVD法との連続処理で形成され、下
地の絶縁膜16に対して良好な接着性を維持している。
また、Alは純AlまたはSiもしくはCuあるいはこ
の両者が添加されたアルミニウム合金で構成され、配線
抵抗を下げることを目的として用いられている。Cuは
マイグレーションを低減する作用がある。上層のWは、
反射防止膜としての作用を有している。
【0028】上記第1層目の配線13,18,22は、
層間絶縁膜23,24,25で覆われている。ここで、
層間絶縁膜23,25はプラズマCVD法で堆積した酸
化シリコン膜であり、層間絶縁膜24はスピンオングラ
ス膜である。この層間絶縁膜24はその表面がエッチバ
ックにより平坦化され、層間絶縁膜23の凹部に埋め込
まれている。
【0029】上記層間絶縁膜25の上には、第2層目の
配線26,27が形成されている。配線26は、層間絶
縁膜23,24,25にほぼ垂直に開孔された接続孔2
8を通じて第1層目の配線13に接続されている。第2
層目の配線26,27は、第1層目の配線13,18,
22と同じく、W/Al/Wの積層膜で構成されてい
る。
【0030】上記第2層目の配線26,27は、パッシ
ベーション膜で覆われている。本実施例のパッシベーシ
ョン膜は、5層の絶縁膜29〜33からなる積層膜で構
成されている。第1層目(最下層)の絶縁膜29は、プ
ラズマCVD法で堆積した酸化シリコン膜であり、下層
の配線26,27に対して良好な被着性を有している。
第2層目の絶縁膜30は、塗布法で堆積したスピンオン
グラス膜である。この絶縁膜30はその表面がエッチバ
ックにより平坦化され、絶縁膜29の凹部に埋め込まれ
ることにより、絶縁膜30の表面を平坦化している。
【0031】第3層目の絶縁膜31はプラズマCVD法
で堆積した酸化シリコン膜であり、第4層目の絶縁膜3
2はプラズマCVD法で堆積した窒化シリコン膜であ
る。また、第5層目(最上層)の絶縁膜33はプラズマ
CVD法で堆積した酸化シリコン膜である。この絶縁膜
33は、パッシベーション膜の耐圧を確保するために、
第1〜第4層目の絶縁膜29〜32に比べて厚い膜厚で
形成される。また、この絶縁膜33は、パッシベーショ
ン膜の平坦性をより向上させるために、必要に応じてそ
の表面がエッチバックされる。
【0032】上記パッシベーション膜の上には、外部端
子用引出し配線としてのBLM層34が形成されてい
る。このBLM層34は、一例としてクロム(Cr)
膜、銅(Cu)膜、金(Au)膜を順次積層した構造と
なっている。BLM層34の上には、外部端子であるC
CBバンプ35が形成されている。
【0033】上記BLM層34を構成するCr膜、Cu
膜、Au膜は、スパッタ法で堆積される。ここで、Cr
膜はCu膜とCCBバンプ35との反応を抑えるバリア
の役目をし、Cu膜はCCBバンプ35の濡れ性を確保
する役目をする。また、最上層のAu膜はCu膜の酸化
を防止する役目をする。
【0034】上記BLM層34は、パッシベーション膜
に開孔された接続孔36を通じて第2層目の配線26に
接続されている。この接続孔36は、その断面がテーパ
状となるように加工されている。接続孔36をテーパ状
に加工するには、例えばパッシベーション膜の最上層の
絶縁膜33(酸化シリコン膜)をウェットエッチングで
等方的にエッチングした後、残りの絶縁膜29〜32を
ドライエッチングで異方的にエッチングする。このと
き、第4層目の絶縁膜32である窒化シリコン膜が絶縁
膜33をウェットエッチングする際のエッチングストッ
パとして利用される。また、この窒化シリコン膜は、酸
化シリコン膜に比べて膜質が緻密であることから、パッ
シベーション膜の表面から異物が侵入するのを防止する
役目もしている。
【0035】このように、本実施例によれば、パッシベ
ーション膜の表面を良好に平坦化することができるの
で、このパッシベーション膜の上にスパッタ法で堆積し
たCr膜、Cu膜、Au膜をエッチングしてBLM層3
4を形成する際、パッシベーション膜の表面に不要なエ
ッチ残りが生じることがない。これにより、隣り合った
BLM層34同士がエッチ残りを介してショートする不
良を確実に防止することができる。
【0036】また、パッシベーション膜を平坦化するこ
とにより、最上層の配線26,27の配線スペースを狭
くすることができるので、配線レイアウトの自由度が向
上し、配線設計工数を低減することができる。また、最
上層の配線層に電源配線と信号配線を混在させて配置す
るようなことも可能となるので、配線層数を低減するこ
とができ、これにより、デバイスの製造工数の低減や、
デバイスの微細化を実現することができる。
【0037】さらに、本実施例によれば、BLM層34
と配線26とを接続する接続孔36をテーパ状に加工す
ることにより、パッシベーション膜を5層の絶縁膜29
〜33で厚く形成した場合でも、接続孔36の内部にお
けるCr膜、Cu膜、Au膜(BLM層34)の被着性
(カバレージ)が良好になるので、接続孔36の内部で
のBLM層34の断線が確実に防止され、BLM層34
と配線26との接続信頼性を向上させることができる。
【0038】本実施例のパッシベーション膜と従来のパ
ッシベーション膜の成膜仕様の詳細を下記の表1に示
す。また、本実施例のパッシベーション膜に形成した接
続孔(36)と従来のパッシベーション膜に形成した接
続孔のそれぞれの形状についても表1に示す。
【0039】ここで、本実施例のパッシベーション膜
は、絶縁膜29,30,31,32,33の膜厚をそれ
ぞれ0.78μm、0.295μm、0.4μm、0.5μm、
1.2μmとした。他方、従来のパッシベーション膜は、
プラズマCVD法で堆積した窒化シリコン膜(膜厚0.5
μm)とプラズマCVD法で堆積した酸化シリコン膜
(膜厚2.2μm)との積層膜で構成されたものを使用し
た。また、接続孔は、本実施例ではウェットエッチング
とドライエッチングとを組み合わせで開孔し、従来仕様
ではドライエッチングのみで開孔した。
【0040】
【表1】
【0041】表1から明らかなように、最上層配線の配
線スペースを1.5μmとした場合、この配線スペース領
域の上部におけるパッシベーション膜の表面段差のテー
パ角は、従来仕様では50°であったのに対し、本実施
例では20°まで平坦化された。また、上記配線スペー
スを3.0μmとした場合、従来仕様では上記テーパ角が
42°であったのに対し、本実施例では21°まで平坦
化された。さらに、最上層配線の端部(段差部)の直上
におけるパッシベーション膜の表面段差のテーパ角は、
従来仕様では50°であったのに対し、本実施例では2
0°〜30°まで平坦化された。
【0042】他方、接続孔は、ウェットエッチングとド
ライエッチングの組み合わせで形成した本実施例の場
合、側壁のテーパ角が73°であったのに対し、ドライ
エッチングのみにより形成した従来仕様では76°であ
った。また、これらの接続孔の内部におけるBLM層の
カバレージは、従来仕様では0.33であったものが、本
実施例では0.5に向上し、かつ窒化シリコン膜(絶縁膜
32)とその上下の酸化シリコン膜(絶縁膜31,3
3)との間に段差が生じることもなかった。なお、接続
孔近傍での絶縁膜同士の接着性は、本実施例、従来仕様
共良好であった。
【0043】(実施例2)図2は、本実施例の半導体集
積回路装置を示す半導体基板の要部断面図である。
【0044】前記実施例では、パッシベーション膜の上
に形成したBLM層34の上に外部端子であるCCBバ
ンプ35を接続したが、本実施例では、パッシベーショ
ン膜上に引き出されたこのBLM層34をボンディング
パッドとして利用し、その上にAuのワイヤ37をボン
ディングしている。なお、その他の構成は前記実施例1
と同じである。
【0045】本実施例によれば、前記実施例1と同様、
パッシベーション膜の表面を良好に平坦化することがで
きるので、このパッシベーション膜の上にBLM層34
を歩留り良く形成することができる。
【0046】これにより、半導体素子が形成されていな
い領域にBLM層34を引出し、その上にワイヤ37を
ボンディングすることが可能となるので、ワイヤボンデ
ィング時の衝撃による半導体素子のダメージを低減し、
かつボンディングパッド(BLM層34)とワイヤ37
との接着力(ボンダビリティ)を向上させることができ
る。
【0047】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施
例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いうまでもない。
【0048】前記実施例では、パッシベーション膜を5
層の絶縁膜で構成したが、これに限定されるものではな
く、少なくともCVD法で堆積された第1の酸化シリコ
ン膜と、この第1の酸化シリコン膜の上層に堆積され、
その表面をエッチバックで平坦化したスピンオングラス
膜と、このスピンオングラス膜の上層にCVD法で堆積
された第2の酸化シリコン膜とを有するパッシベーショ
ン膜であれば、その表面を平坦化することが可能であ
る。
【0049】前記実施例では、2層配線構造のバイポー
ラデバイスに適用した場合について説明したが、これに
限定されるものではなく、3層ないしそれ以上の配線層
を有するバイポーラデバイスや、CMOSデバイスに広
く適用することができる。
【0050】
【発明の効果】本発明において開示される発明のうち代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0051】本発明によれば、パッシベーション膜を平
坦化することができるので、パッシベーション膜上にB
LM層を歩留り良く形成することができる。
【0052】また、パッシベーション膜を平坦化するこ
とにより、最上層配線の配線スペースを狭くすることが
できるので、配線レイアウトの自由度が向上し、配線設
計工数を低減することができる。また、配線層数を低減
することができるので、デバイスの製造工数の低減や、
デバイスの微細化を実現することができる。
【0053】本発明によれば、半導体素子が形成されて
いない領域にBLM層を引出し、その上にワイヤをボン
ディングすることが可能となるので、ワイヤボンディン
グ時の衝撃による半導体素子のダメージを低減し、かつ
ボンディングパッド(BLM層)とワイヤとの接着力
(ボンダビリティ)を向上させることができる。
【0054】本発明によれば、接続孔をテーパ状に加工
することにより、接続孔内部でのBLM層の被着性(カ
バレージ)が向上するので、BLM層の断線を防止する
ことができ、BLM層と配線との接続信頼性を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示す半導体基板の要部断面図である。
【図2】本発明の他の実施例である半導体集積回路装置
を示す半導体基板の要部断面図である。
【符号の説明】
1 支持基板 2 接着層 3 シリコン薄膜 4 エピタキシャル層 5 埋込み層 6 フィールド絶縁膜 7 U溝 8 n型半導体領域 9 p型半導体領域 10 p型半導体領域 11 n型半導体領域 12 接続孔 13 配線 14 接続孔 15 ベース引出し電極 16 絶縁膜 17 接続孔 18 配線 19 接続孔 20 エミッタ引出し電極 21 接続孔 22 配線 23 層間絶縁膜 24 層間絶縁膜 25 層間絶縁膜 26 配線 27 配線 28 接続孔 29 絶縁膜 30 絶縁膜 31 絶縁膜 32 絶縁膜 33 絶縁膜 34 BLM層 35 CCBバンプ 36 接続孔 37 ワイヤ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面を覆うパッシベーショ
    ン膜を、少なくともCVD法で堆積された第1の酸化シ
    リコン膜と、前記第1の酸化シリコン膜の上層に堆積さ
    れ、その表面をエッチバックで平坦化したスピンオング
    ラス膜と、前記スピンオングラス膜の上層にCVD法で
    堆積された第2の酸化シリコン膜とからなる積層膜で構
    成したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 2層またはそれ以上の配線層を有してい
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装
    置。
  3. 【請求項3】 前記パッシベーション膜の一部を開孔し
    て最上層配線に達する接続孔を形成し、前記接続孔の底
    部に露出した前記最上層配線の表面を含む前記接続孔の
    内部と前記接続孔の近傍の前記パッシベーション膜の表
    面とにBLM層を形成したことを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記BLM層の上にバンプ電極またはワ
    イヤを接続したことを特徴とする請求項3記載の半導体
    集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記スピンオングラス膜とその上層の前
    記第2の酸化シリコン膜との間に窒化シリコン膜を設け
    たことを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体
    集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記第2の酸化シリコン膜の表面をエッ
    チバックにより平坦化したことを特徴とする請求項1、
    2、3、4または5記載の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 前記パッシベーション膜に開孔された接
    続孔の断面をテーパ状に加工したことを特徴とする請求
    項3記載の半導体集積回路装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の半導体集積回路装置の製
    造方法であって、前記パッシベーション膜をエッチング
    して前記接続孔を形成する際、前記第2の酸化シリコン
    膜をウェットエッチングで等方的にエッチングし、その
    下層の前記スピンオングラス膜と前記第1の酸化シリコ
    ン膜とをドライエッチングで異方的にエッチングするこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977641A (en) * 1997-05-14 1999-11-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method for manufacturing the same
US8507965B2 (en) 2003-04-24 2013-08-13 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2018190774A (ja) * 2017-04-28 2018-11-29 東北マイクロテック株式会社 外部接続機構、半導体装置及び積層パッケージ

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