JPH08293523A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH08293523A
JPH08293523A JP8052273A JP5227396A JPH08293523A JP H08293523 A JPH08293523 A JP H08293523A JP 8052273 A JP8052273 A JP 8052273A JP 5227396 A JP5227396 A JP 5227396A JP H08293523 A JPH08293523 A JP H08293523A
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JP
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conductor layer
layer
conductor
semiconductor device
hole
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JP8052273A
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English (en)
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Hisakatsu Satou
久克 佐藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、ボンディングパッド等の外
部接続端子の接続領域を高密度に配置でき、かつ、信頼
性の高い半導体装置およびその製造方法を提供すること
にある。 【解決手段】 下層電極１１０と上層電極１００との間
に層間絶縁膜１３０の中央にスルーホールが形成され、
そのスルーホールに層間接続用の導電体１２０が埋め込
まれている。そして、ボンディングワイヤ１４０のボー
ル部分が、平面的にみて埋め込まれた導電体１２０を完
全に覆うように、上層電極１００に接続されている。本
構造によれば段差が生じない。したがって、ボンディン
グ領域の確保が容易であり、さらなる多層化も容易であ
る。また、ボンディングワイヤ１４０をつたってくる水
分の悪影響が、埋め込まれた金属１２０には及ばない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、ボンディングワイヤ等の外
部接続用の端子を接続するための電極の構造およびその
製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】図２３（ａ）は、多層配線構造を用いたボ
ンディングパッドの一般的な構造を示す図である。
【０００３】半導体基板１０の表面は酸化膜（ＳｉＯ2
膜）９１００で覆われている。層間絶縁膜９２００に
は、等方性エッチングと異方性エッチングとを併用する
ことによりスルーホールが形成されており、そのスルー
ホールを介して第１層目の電極９１００と第２層目の電
極９３００とが接続されている。
【０００４】その他に、ボンディングパッドの構造の従
来例としては、図２７（ａ），（ｂ）に示すものがあ
る。
【０００５】図２７（ａ）の構造は、特開昭６１−７８
１５１号公報に開示されているものである。第２層目の
電極６に生じる段差を軽減するために、その電極６の外
側にスルーホール７を形成し、そのスルーホールを介し
て電極６を第１層目の電極５に接続している。
【０００６】なお、図２７（ａ）において、参照番号１
は半導体基板であり、参照番号２は表面酸化膜（ＳｉＯ
2膜）であり、参照番号３は層間絶縁膜であり、参照番
号４は最終保護膜であり、参照番号１４０はボンディン
グワイヤである。
【０００７】また、図２７（ｂ）の構造は、特開平１−
１３０５４５号公報に記載されているものである。ボン
ディングワイヤ１４０が接続されるアルミニュウム電極
１４の下に、バリアメタル１３を介してバイパス用金属
層１６が設けられている。半導体装置内に進入した水分
によってアルミニュウム電極１４に腐食が生じて断線し
たとしても、バイパス用金属層１６の存在により、半導
体装置の正常な動作が維持されるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によ
り、以下の問題点が明らかとなった。
【０００９】（１）図２３（ａ）に示される技術を用い
て、３層の電極構造を形成すると図２６に示すように、
アルミニュウム配線の段切れや腐食，ボンディング領域
の減少といった問題が生じる。
【００１０】つまり、図２６のように、第１層目のアル
ミニュウム電極９０１０と、第２層目のアルミニュウム
電極９１１０と、第３層目のアルミニュウム電極９３１
０とを重ね合わせると、急激な段差のためにアルミニュ
ウムの厚みが減少し、段切れが生じ易くなる（図中、１
点鎖線で囲まれる箇所９５００を参照）。
【００１１】また、図２６中、矢印で示すように、ボン
ディングワイヤ１４０を介して、あるいは半導体チップ
の外周より水分が進入し、アルミニュウム電極の腐食が
発生しやすい。
【００１２】また、多層化に伴ってボンディング領域が
小さくなる。つまり、図２６の下側に示すように、１層
目電極９０１０のボンディング可能な領域の端部はＰ１
であり、第２層目電極９１１０のボンディング可能な領
域の端部はＰ２であり、第３層目電極９３１０のボンデ
ィング可能な領域の端部はＰ３であり、層を重ねるにつ
れてボンディング領域が小さくなっていく。したがっ
て、電極の多層化を促進した場合、ボンディング領域の
確保のためには必然的に第１層目の電極の面積を大きく
する必要があり、これにより、ボンディングパッドを高
密度に配置することが困難となる。
【００１３】（２）図２７（ａ）に示される構造では、
層間の段差は縮小されるものの、ボンディングワイヤ１
４０が接続される領域の外側に電極５が存在するため、
占有面積が大きくなり、ボンディングパッドを高密度に
配置することが困難となる。
【００１４】（３）また、図２７（ｂ）に示される構造
では、さらに電極を多層化した場合には段差が大きくな
る。また、横方向に電極を引き出しているためにボンデ
ィングパッドの占有面積が大きく、したがって、ボンデ
ィングパッドを高密度に配置することが困難となる。
【００１５】本発明の目的は、ボンディングパッド等の
外部接続端子の接続領域を高密度に配置でき、かつ、信
頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の本発明は、多層配線構造を有する
半導体装置であって、第１の層に属し、外部接続用の端
子が接続される第１の導体層と、第２の層に属する第２
の導体層と、前記第１の導体層と前記第２の導体層との
間に介在する電気的絶縁層と、前記電気的絶縁層に選択
的に設けられた貫通孔に埋め込まれ、前記第１の導体層
と第２の導体層とを電気的に接続する第３の導体層と、
を具備し、前記第３の導体層は前記貫通孔に充填されて
おり、その第３の導体層の上面および下面の位置はそれ
ぞれ、前記電気的絶縁層の上面および下面と略同一の位
置となっていることを特徴とする。
【００１７】本請求項の発明によれば、第１の導体層お
よび第２の導体層は共に平坦な形態となり、段差が生じ
ない。ゆえに、各導体層の段切れの心配がない。
【００１８】また、多層化を推進してもボンディング領
域の面積は常に一定に保たれる。したがって、ボンディ
ングパッドの高密度配置が可能となる。
【００１９】（２）請求項２の本発明は、請求項１にお
いて、前記第３の導体層が前記第１の導体層と接触する
面は、平面的にみて、前記外部接続用の端子により覆わ
れていることを特徴とする。
【００２０】例えば、ボンディングワイヤのボール部分
の直下に第３の導体層が位置することから、ボンディン
グワイヤをつたってくる水分による電極の腐食の影響
が、第３の導体層には及ばない。したがって、良好な多
層電極間の電気的接続が常に保たれ、信頼性が向上す
る。
【００２１】（３）請求項３の本発明は、請求項１にお
いて、前記第３の導体層の硬度は、前記第１の導体層お
よび第２の導体層の硬度より大きいことを特徴とする。
【００２２】柔らかい第１の導体層および第２の導体層
の間に、硬い第３の導体層が介在する。この第３の導体
層が支柱の役目をして、例えば、ワイヤボンディング時
の衝撃を吸収し、よって第１の導体層および第２の導体
層の間にある電気的絶縁膜にクラック（間隙）が生じる
ことがない。
【００２３】（４）請求項４の本発明は、請求項３にお
いて、第１および第２の導体層はアルミニュウムを主成
分とする層であり、第３の導体層はタングステンを主成
分とする層であることを特徴とする。
【００２４】第３の導体層はタングステンを主成分とす
る層を用いることにより、良好な埋め込みができる。
【００２５】（５）請求項５の本発明は、請求項１にお
いて、半導体装置は、さらに内部回路を具備し、その内
部回路は多層配線構造を用いて形成されており、前記第
１の導体層，第２の導体層，第３の導体層，電気的絶絶
縁膜および貫通孔と前記内部回路を構成する前記多層配
線構造体とは、共通の製造プロセスにより形成される。
【００２６】製造工程を共通化しているため、製造プロ
セスの複雑化を防止できる。
【００２７】（６）請求項６の本発明は、請求項１にお
いて、外部接続用の端子はボンディングワイヤであるこ
とを特徴とする。
【００２８】外部接続用の端子としては、バンプ電極や
フィルムキャリアなど種々のものが考えられ、本発明は
それらの接続技術して広く適用できる。特に、ボンディ
ングワイヤを用いた接続には、所定のボンディング面積
の確保や、大きな圧着力ならびに引き剥がし力に対する
対策が重要であり、信頼性向上の観点より、本発明は有
効である。
【００２９】（７）請求項７の本発明は、多層配線構造
を有する半導体装置であって、第１の層に属し、外部接
続用の端子が接続される第１の導体層と、第２の層に属
する第２の導体層と、前記第１の導体層と前記第２の導
体層との間に介在する電気的絶縁層と、前記電気的絶縁
層に選択的に設けられた複数の貫通孔のそれぞれに埋め
込まれ、前記第１の導体層と第２の導体層とを電気的に
接続する、複数の第３の導体層とを具備し、前記第３の
導体層は前記貫通孔に充填されており、その第３の導体
層の上面および下面の位置はそれぞれ、前記電気的絶縁
層の上面および下面と略同一の位置となっており、前記
複数の第３の導体層のうちの少なくとも一つが前記第１
の導体層と接触する面は、平面的にみて、前記外部接続
用の端子により覆われていることを特徴とする。
【００３０】複数の第３の導体層を設けることにより、
例えば、ワイヤボンディング時の衝撃を吸収する機能が
強化される。
【００３１】（８）請求項８の本発明は、請求項７にお
いて、複数の第３の導体層のそれぞれは、平面的にみて
マトリックス状に配置されていることを特徴とする半導
体装置。
【００３２】第３の導体層の配置の一例を示したもので
ある。
【００３３】（９）請求項９の本発明は、請求項７にお
いて、複数の第３の導体層のそれぞれは、平面的にみて
マトリックス状に配置されており、そのマトリックスの
偶数行の配列と奇数行の配列とは互いにずれていること
を特徴とする。
【００３４】第３の導体層の配置の他の例を示したもの
である。
【００３５】（１０）請求項１０の本発明は、請求項７
において、複数の第３の導体層のそれぞれは、平面的に
みて、円形を形成するように配置されていることを特徴
とする。
【００３６】外部接続端子の形状に合致するように第３
の導体層を配置したものであり、第３の導体層の無駄な
配置がなくなる。
【００３７】（１１）請求項１１の本発明は、多層配線
構造を有する半導体装置であって、第１の層に属し、外
部接続用の端子が接続される第１の導体層と、第２の層
に属する第２の導体層と、前記第１の導体層と前記第２
の導体層との間に介在する電気的絶縁層と、前記電気的
絶縁層に選択的に設けられた溝に埋め込まれ、前記第１
の導体層と第２の導体層とを電気的に接続する第３の導
体層と、を具備し、前記第３の導体層は前記溝に充填さ
れており、その第３の導体層の上面および下面の位置は
それぞれ、前記電気的絶縁層の上面および下面と略同一
の位置となっていることを特徴とする。
【００３８】絶縁層に選択的に設けられた溝に第３の導
体層を充填することにより、第１および第２の導体層と
の接触面積の増大を図ることができる。また、溝に埋め
込まれた第３の導体層は、半導体チップの外周から進入
する水分の進行を防止する壁の役目も果たすことにな
り、信頼性が向上する。
【００３９】（１２）請求項１２の本発明は、請求項１
１において、前記溝に埋め込まれた第３の導体層は、平
面的にみて閉じた形状を形成しており、前記電気的絶縁
層は、前記閉じた形状の内側と外側とで区分されてお
り、前記閉じた形状の内側に存在する前記電気的絶縁膜
に選択的に貫通孔が形成され、その貫通孔には前記第３
の導体層と同一の材料からなる第４の導体層が埋め込ま
れており、前記外部接続用の端子は、平面的にみて前記
第４の導体層を覆うように前記第１の導体層に接続され
ていることを特徴とする。
【００４０】溝を、平面的にみて閉じた形状とすること
により、半導体チップの外周から進入する水分の進行を
防止する機能を強化できる。また、第４の導体層は、第
３の導体層によりとり囲まれていて、さらにボンディン
グワイヤのボール部分で覆われているため、半導体チッ
プに進入してくる水分の影響をまったく受けない。した
がって、信頼性がさらに向上する。
【００４１】（１３）請求項１３の本発明は、多層配線
構造を有する半導体装置であって、第１の層に属し、外
部接続用の端子が接続される第１の導体層と、第２の層
に属する第２の導体層と、平面的にみて前記第２の導体
層と重なりを有して設けられた第３の導体層と、前記第
１の導体層と前記第２の導体層との間に介在する第１の
電気的絶縁層と、前記第２の導体層と前記第３の導体層
との間に介在する第２の電気的絶縁層と、前記第１の電
気的絶縁層に選択的に設けられた第１の貫通孔に埋め込
まれ、前記第１の導体層と第２の導体層とを電気的に接
続する第４の導体層と、前記第２の電気的絶縁層に選択
的に設けられた第２の貫通孔に埋め込まれ、前記第２の
導体層と第３の導体層とを電気的に接続する第５の導体
層と、を具備し、前記第４の導体層は前記第１の貫通孔
に充填されており、その第４の導体層の上面および下面
の位置はそれぞれ、前記第１の電気的絶縁層の上面およ
び下面と略同一の位置となっており、前記第５の導体層
は前記第２の貫通孔に充填されており、その第５の導体
層の上面および下面の位置はそれぞれ、前記第２の電気
的絶縁層の上面および下面と略同一の位置となってお
り、前記第１の貫通孔に埋め込まれた前記第４の導体層
と、前記第２の貫通孔に埋め込まれた前記第５の導体層
とは、平面的にみて、重なりを有していることを特徴と
する。
【００４２】３層以上の多層構造を有する場合に、各層
の電極を接続する第４および第５の導体層は平面的に重
なりを有している。これにより、第一の導体層を介して
加えられる応力に対して、力学的に強い構造となってい
る。
【００４３】（１４）請求項１４の本発明は、請求項１
３において、半導体装置は、さらにガードリングを有
し、このガードリングは、前記外部接続用の端子が接続
される位置よりも、さらに半導体チップの外周に近い位
置に設けられており、前記ガードリングは、前記前記外
部接続用の端子が接続される前記多層構造と同じ構造を
しており、かつ、所定の電位に接続されていることを特
徴とする。
【００４４】ガードリングは、チップ外周から進入して
くるイオン性の水分をはじいて、その進行を防止する働
きをする。よって信頼性が向上する。
【００４５】（１５）請求項１５の本発明は、半導体チ
ップに集積され、多層配線構造を用いて形成された内部
回路と、外部接続用の端子が接続される、多層電極構造
とを有する半導体装置の製造方法であって、下記の
（１）〜（４）の工程を共通に用いて、前記多層配線構
造と前記多層電極構造とを形成することを特徴とする。
【００４６】工程（１） 導体層上に電気的絶縁膜を形成する工程。
【００４７】工程（２） 前記電気的絶縁膜に選択的に貫通孔を形成する工程。
【００４８】工程（３） 前記電気的絶縁膜上および前記貫通孔の内部に導体層を
デポジットした後、全面をエッチングすることにより前
記貫通孔内に前記デポジットされた導体層を埋め込む工
程。
【００４９】工程（４） 前記貫通孔に埋め込まれた前記導体層に接するように、
導体層を前記電気的絶縁層上に形成する工程。
【００５０】微細な半導体集積回路における多層構造の
形成技術を、ボンディングパッドの形成にも使用するも
のである。
【００５１】（１６）請求項１６の本発明は、請求項１
５において、前記（１）〜（４）の工程を共用して、さ
らに、ガードリングを形成することを特徴とする。
【００５２】微細な半導体集積回路における多層構造の
形成技術を、さらに、ガードリングの形成にも使用する
ものである。
【００５３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）図１は本発明の半導体装置の第１の実施例
の構成を示す図である。
【００５４】図１に示される構造は、下層電極１１０と
上層電極１００との間に層間絶縁膜１３０の中央にスル
ーホールが形成され、そのスルーホールに層間接続用の
導電体１２０が埋め込まれている。そして、ボンディン
グワイヤ１４０のボール部分が、平面的にみて埋め込ま
れた導電体１２０を完全に覆うように、上層電極１００
に接続されている。
【００５５】本構造によれば段差が生じない。したがっ
て、ボンディング領域の確保が容易であり、さらなる多
層化も容易である。
【００５６】また、ボンディングワイヤ１４０をつたっ
てくる水分の悪影響が、埋め込まれた金属１２０には及
ばない。
【００５７】（実施例２）図２は本発明の半導体装置の
第２の実施例の構成を示す図である。
【００５８】本実施例の特徴は、図１に示される層間接
続用の導電体１２０の周囲に、さらに層間接続用の導電
体１２１，１２２が配置されていることである。
【００５９】導電体１２０〜１２２は、上層電極１００
と下層電極１１０とを電気的に接続する働きの他に、上
層電極１００と下層電極１１０との間に介在する支柱の
働きをする。したがって、ボンディング時に、層間絶縁
膜１３０にクラックが生じにくい。
【００６０】（実施例３）図３は、本発明の半導体装置
の第３の実施例の断面図である。
【００６１】半導体基板１０上にＳｉＯ2膜２０が形成
され、ＳｉＯ2膜２０上に、２層配線構造体が形成され
ている。２層配線構造体は、下層電極１１０と、上層電
極１００と、層間接続用の複数の導電体４０〜４５と、
層間絶縁膜６０と、層間絶縁膜７０とで構成されてい
る。上層電極１００には、ボンディングワイヤ１４０が
接続される。
【００６２】層間接続用の導電体４０〜４５を埋め込む
ためのスルーホールの直径は１μｍ程度の大きさで、導
電体を完全に充填できる大きさとする必要がある。
【００６３】例えば、図２１（ａ）の場合は、スルーホ
ール６０００の直径が大きすぎるため、導電体４２００
をデポジットして全面をエッチバックした場合、スルー
ホールの一部分にしか導電体４２００が残らない。
【００６４】図２１（ｂ）のように、スルーホールの直
径をある程度小さくしたものとすると、導電体４２００
が、ほぼ完全にスルーホール６０００を充填し、導電体
４２００の上面の位置が層間絶縁膜２０の上面の位置と
一致する。これにより、多層構造を形成する電極の平坦
化が可能である。
【００６５】また、スルーホールは、ＲＩＥ（Ｒｅａｃ
ｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の異方性エッチ
ングのみを使用して形成する必要がある。仮に、図２２
（ａ）のように等方性エッチングと異方性エッチングと
を組み合わせてスルーホールを（７３００，７２００）
形成した場合、図２２（ｂ）に示すように、多層構造を
作成した場合に段差が大きくなり、実用に耐えなくな
る。
【００６６】次に、図３に示す本発明の構造がボンダビ
リティに優れていることを実験で証明する。
【００６７】実験に使用したボンディングパッドの構造
は、図２３（ａ）〜（ｃ）の３種類である。
【００６８】実験は、上層電極にボンディングワイヤを
接続して所定の荷重をかけ、しかる後にボンディングワ
イヤを引っぱって剥離が生じるか否かを調べることによ
り行われた。その実験結果（剥離の発生数）を、下記の
表１に示す。
【００６９】 表１．パッド構造の違いによるパッド剥がれの発生数 ウエハＮｏ． ＃０１ ＃０２ ＃０３ ＃０４ ＴＯＴＡＬ 構造１ ２／１６ ２／１６ ３／１６ ２／１６ ９／６４ 構造２ ０／１６ ０／１６ ２／１６ ０／１６ ２／６４ 構造３ ０／１６ ０／１６ ０／１６ ０／１６ ０／６４ 表１において、構造１は図２３（ｂ）に対応する。構造
２は、図２３（ｃ）の本発明の構造に対応する。構造３
は、図２３（ａ）に対応する。
【００７０】表１から明らかなように、図２３（ａ）の
構造（表１の構造３）では、パッド剥がれが全く発生し
ておらずボンディング時の衝撃に対して最も強い。
【００７１】一方、図２３（ｂ）構造（表１の構造１）
では、全てのウェハでパッド剥がれが発生しており、最
も強度が弱くバラツキも大きい。
【００７２】これは、図２４に示すように、硬い層間絶
縁膜（例えば、ＣＶＤＳｉＯ2膜）にクラックが生じ、
よって、パッド剥がれが生じ易いものと考えられる。
【００７３】一方、図２３（ｃ）の本発明の構造（表１
の構造２）では、図２５に示すように、導電体からなる
支柱９５００ａ，９５００ｂがボンディング時の衝撃を
吸収するため、層間絶縁膜（例えば、ＣＶＤＳｉＯ
2膜）にクラックが生じにくい。ゆえに、本発明の構造
によれば、ボンダビリティーの強化が実現される。
【００７４】つまり、金属配線よりも相対的に硬度が大
きいシリコン酸化膜の歪を小さく抑えることができるた
め、シリコン酸化膜にクラックが入りにくく、パッド剥
がれに対して有効であり、ボンダビリティが強化され
る。
【００７５】次に、層間接続用の導電体の配置（平面パ
ターン例）について説明する。
【００７６】図４に示すように、層間接続用の導電体４
１〜４６などをマトリックス状に整然と配置すると、高
密度な配置が可能である。ボンディング時の衝撃を各導
電体が均等に吸収するため、層間絶縁膜にクラックが入
りにくい。
【００７７】また、図５に示すように、マトリクスにお
ける奇数行の導電体８０〜８６と、偶数行の導電体８７
〜９２とをずらして配置することにより、さらに、層間
接続用の導電体を高密度に配置することが可能である。
【００７８】また、図６に示すように、層間接続用の導
電体を、ボンディングワイヤのボール形状に合致させて
円形に配置することにより、配置の無駄を防止できる。
また、ボンディング時の衝撃は、ボンディングパッド電
極の中心部において最大であるため、中心部により多く
のスルーホールを形成することで、ボンダビリティの強
化を図れる。
【００７９】また、図７に示すように、溝を形成し、そ
の溝に導電体９４，９５，９６を埋め込む構造を採用し
てもよい。溝に埋め込まれた導電体９４，９５，９６
は、半導体チップの周囲から進入する水分の進行を阻止
する壁としての役割も果たす。したがって、その溝によ
り区画された内側の領域に位置する導電体９７，９８，
９９には横方向から進入する水分がとどかず、腐食が生
じない。また、図７に示すように、平面的にみて、ボン
ディングワイヤ１４０のボール部分により導電体９４〜
９９は覆われるため、ボンディングワイヤ１４０をつた
ってくる水分からも各導電体は保護される。
【００８０】また、図８に示すように、同心円状に溝な
らびに貫通孔を形成して、その溝や貫通孔に導電体１０
２，１０３，１０４を埋め込む構造とすることもでき
る。溝が二重になっているため、水分の進行を確実に阻
止できる。
【００８１】また、導電体を、図９（Ｃ）のように配置
とすることも可能である。図９（ｃ）の配置は、図９
（Ａ），図９（Ｂ）に示される各溝を組合せて使用する
ものである。
【００８２】（実施例４）図１０（Ａ）は本発明の半導
体装置の第４の実施例の平面図であり、図１０（Ｂ）
は、図１０（Ａ）の要部を平面からみた場合の、各部の
相対的な位置関係を示す図である。
【００８３】図１０（Ａ）の構造は、３層の電極構造を
有する。最上層の電極５１０と中間層の電極５３０と
は、層間接続用の導電体５６１〜５６３により接続され
ている。
【００８４】また、中間層の電極５３０と最下層の電極
５５０とは、層間接続用の導電体５７１〜５７３により
接続されている。
【００８５】図１０（Ａ）では、最上層の電極５１０，
中間層の電極５３０，最下層の電極５５０のいずれの電
極も所定の方向に引き出されて延在しており、これによ
り内部回路との接続用の配線としての機能をもってい
る。但し、これに限定されるものではなく、いずれか一
つの電極を引き出して配線として使用することも可能で
ある。なお、最上層の電極を引き出して配線としても使
用する場合にも、良好なボンディングを確保するために
層間接続用の導電体５６１〜５６３は必要である。
【００８６】層間接続用の導電体の数は、図１１に示す
ように、適宜に増やすことができる。
【００８７】図１１の構造の特徴は、層間絶縁膜５２０
に設けられた層間接続用の導電体６０６等と層間絶縁膜
５４０に設けられた層間接続用の導電体６１６等とが、
完全に重なって配置されていることである。力学的に
は、もっとも強い構造である。但し、場合によっては、
図１２のように、層間接続用の導電体５８６，５９６等
を少しずらして配置し、その一部が重なりを有する構造
とすることも可能である。
【００８８】ボンディングパッドは、図１４に示すよう
に、一般には半導体チップの周囲に配置される。本発明
によれば、ボンディングパッドの高密度配置が可能とな
る。
【００８９】（実施例５）次に、本発明の半導体装置の
製造方法について、図１３〜図２０を用いて説明する。
【００９０】図１３には、図１４に示されるガードリン
グ３０００，ボンディングパッド３１００，内部回路３
２００の構造例が示される。
【００９１】図１３の構造の製造工程を順をおって説明
する。
【００９２】図１５に示すように、半導体基板１０上
に、ポリシリコン等からなるゲート電極１５８０，１５
７０と、不純物の拡散層１５６０，１５５０，１５４
０，１５２０，１５００とを形成してＭＯＳトランジス
タを用いた電子回路を作成する。続いて、絶縁膜２０に
コンタクトホールを設け、チタン（Ｔｉ）膜４０００及
びチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜４１００を全面に順
次にデポジットする。
【００９３】チタン（Ｔｉ）膜はコンタクト抵抗を低く
する働きをする。チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜は、
次の工程におけるタングステン（Ｗ）のコンタクトホー
ルへの埋め込みを容易にする働きをする。なお、図１５
において、参照番号１５６１，１５３０，１５１０はチ
タンシリサイド（ＴｉＳｉ）層である。
【００９４】次に、図１６に示すように、タングステン
（Ｗ）層５０００を形成する。
【００９５】続いて、図１７に示すように、タングステ
ン層５０００をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ）を用いてエッチングする。これにより、
コンタクトホール内に埋め込まれたタングステン層４２
００ａ，４２００ｂ，４２００ｃが形成される。
【００９６】ＲＩＥによるタングステン層のエッチング
に用いられる塩素ガスは、アルミニュウム配線の腐食の
一因となるが、本発明の製造方法では、ボンディングパ
ッド部分の構造を、内部回路の多層配線構造と同時に形
成するため、塩素ガスがボンディングパッド部の電極の
腐食の原因となる心配はない。
【００９７】次に、アルミニュウム（Ａｌ），チタンナ
イトライド（ＴｉＮ）を積層形成し、通常のフォトリソ
グラフィ技術を用いて加工することにより、図１８に示
されるような電極（１２１０および１２１２，１１０お
よび１１２，１１１０および１１１２）を形成する。チ
タンナイトライド（ＴｉＮ）膜は、露光時の光の反射を
防止する役割を果たす。つまり、反射防止層として機能
する。
【００９８】次に、図１９に示すように、層間絶縁膜６
０を形成し、その層間絶縁膜６０に選択的にスルーホー
ルを形成する。そして、図１５〜図１８と同様の製造プ
ロセスを経て、第２層目の電極を形成する。図１９にお
いて、参照番号４０００ｄ，４０００ｅ，４０００ｆは
チタン（Ｔｉ）膜であり、参照番号４１００ｄ，４１０
０ｅ，４１００ｆはチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜で
あり、参照番号４２００ｄ，４２００ｅ，４２００ｈは
タングステン（Ｗ）層であり、参照番号１２００，１０
０，１１００は、アルミニュウム（Ａｌ）電極であり、
参照番号１２０２，１０２，１１０２は、チタンナイト
ライド（ＴｉＮ）膜からなる反射防止層である。
【００９９】次に、図２０に示すように、最終保護膜７
０を形成し、その一部を選択的に開口し、ボンディング
パッドを形成する。
【０１００】そして、図１３に示すように、ボンディン
グワイヤ１４０を接続する。拡散層１５００には所定電
位が印加され、これにより、ガードリング（アルミニュ
ウム電極１１１０，１１００等で形成される）が所定電
位に維持される。ガードリングはイオン性の水をはじ
き、半導体チップの外周から進入する水分（図１３中で
矢印で示される）の進入を阻止する。
【０１０１】また、ボンディングワイヤ１４０をつたっ
てくる水分（図１３中で矢印で示される）の悪影響も、
ボンディングワイヤ１４０の直下のスルーホール２００
０Ｄに埋め込まれた導電体には及ばないため、確実にボ
ンディングパッドと、他の配線層との電気的接続をとる
ことができる。
【０１０２】また、多層化を推進しても多層構造に段差
が生じない。つまり、金属電極が何層になった場合で
も、ボンディングパッドの平坦性を保つことができる。
したがって、配線の段切れが発生しない。また、ボンデ
ィング領域を確実に確保でき、ゆえに、ボンディングパ
ッドの高密度配置が可能である。
【０１０３】なお、図１３において、参照番号２０００
Ａ，２０００Ｄ，２０００Ｇはスルーホールを示し、参
照番号２０００Ｂ，２０００Ｆ，２０００Ｈはコンタク
トホールを示す。
【０１０４】本発明は、モノリシックＩＣだけでなく、
液晶装置における薄膜を用いた基板等にも広く利用でき
る。また、外部接続の形態としては、ボンディングワイ
ヤを用いたものに限定されず、テープキャリアを用いた
ものなども採用できる。
【０１０５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の第１の実施例の構造を示
す図である。
【図２】本発明の半導体装置の第２の実施例の構造を示
す図である。
【図３】本発明の半導体装置の第３の実施例の構造を示
すデバイスの断面図である。
【図４】導電体の配置の一例を示す図である。
【図５】導電体の配置の他の例を示す図である。
【図６】導電体の配置の他の例を示す図である。
【図７】導電体の配置の他の例を示す図である。
【図８】導電体の配置の他の例を示す図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、導電体の配置の他
の例を示す図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の半導体の第４の実施例の構
造を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示される構造
の各部の相対的位置関係を示す平面図である。
【図１１】第４の実施例に関する変形例の構造を示す、
デバイスの断面図である。
【図１２】第４の実施例に関する変形例の構造を示す、
デバイスの断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置のより具体的な構造を示
す、デバイスの断面図である。
【図１４】半導体チップにおける、ボンディングパッド
や内部回路の配置を説明するための図である。
【図１５】図１３の構造を形成するための、第１の製造
工程を説明するための図である。
【図１６】図１３の構造を形成するための、第２の製造
工程を説明するための図である。
【図１７】図１３の構造を形成するための、第３の製造
工程を説明するための図である。
【図１８】図１３の構造を形成するための、第４の製造
工程を説明するための図である。
【図１９】図１３の構造を形成するための、第５の製造
工程を説明するための図である。
【図２０】図１３の構造を形成するための、第６の製造
工程を説明するための図である。
【図２１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、スルーホールの
大きさと、埋め込まれる導体層の状態との関係を示す図
である。
【図２２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、等方性エッチン
グを用いてスルーホールを形成する場合の問題点を示す
図である。
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、電極構造によ
るボンダビリティの違いを説明するための図である。
【図２４】図２３（ｂ）の構造の問題点を説明するため
の図である。
【図２５】図２３（ｃ）の構造の利点を説明するための
図である。
【図２６】従来例の問題点を説明するための図である。
【図２７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来例の問題点
を説明するための図である。
【符号の説明】
１００ 上層電極 １１０ 下層電極 １２０ 層間接続用の導体層 １３０ 層間絶縁膜 １４０ ボンディングワイヤ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多層配線構造を有する半導体装置であっ
    て、 第１の層に属し、外部接続用の端子が接続される第１の
    導体層と、 第２の層に属する第２の導体層と、 前記第１の導体層と前記第２の導体層との間に介在する
    電気的絶縁層と、 前記電気的絶縁層に選択的に設けられた貫通孔に埋め込
    まれ、前記第１の導体層と第２の導体層とを電気的に接
    続する第３の導体層と、を具備し、 前記第３の導体層は前記貫通孔に充填されており、その
    第３の導体層の上面および下面の位置はそれぞれ、前記
    電気的絶縁層の上面および下面と略同一の位置となって
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第３の導体層が前記第１の導体層と接触する面は、
    平面的にみて、前記外部接続用の端子により覆われてい
    ることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１において、 前記第３の導体層の硬度は、前記第１の導体層および第
    ２の導体層の硬度より大きいことを特徴とする半導体装
    置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、 第１および第２の導体層はアルミニュウムを主成分とす
    る層であり、第３の導体層はタングステンを主成分とす
    る層であることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１において、 半導体装置は、さらに内部回路を具備し、その内部回路
    は多層配線構造を用いて形成されており、 前記第１の導体層，第２の導体層，第３の導体層，電気
    的絶縁膜および貫通孔と前記内部回路を構成する前記多
    層配線構造体とは、共通の製造プロセスにより形成され
    ることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項１において、 外部接続用の端子はボンディングワイヤであることを特
    徴とする半導体装置。
  7. 【請求項７】 多層配線構造を有する半導体装置であっ
    て、 第１の層に属し、外部接続用の端子が接続される第１の
    導体層と、 第２の層に属する第２の導体層と、 前記第１の導体層と前記第２の導体層との間に介在する
    電気的絶縁層と、 前記電気的絶縁層に選択的に設けられた複数の貫通孔の
    それぞれに埋め込まれ、前記第１の導体層と第２の導体
    層とを電気的に接続する、複数の第３の導体層とを具備
    し、 前記第３の導体層は前記貫通孔に充填されており、その
    第３の導体層の上面および下面の位置はそれぞれ、前記
    電気的絶縁層の上面および下面と略同一の位置となって
    おり、 前記複数の第３の導体層のうちの少なくとも一つが前記
    第１の導体層と接触する面は、平面的にみて、前記外部
    接続用の端子により覆われていることを特徴とする半導
    体装置。
  8. 【請求項８】 請求項７において、 複数の第３の導体層のそれぞれは、平面的にみてマトリ
    ックス状に配置されていることを特徴とする半導体装
    置。
  9. 【請求項９】 請求項７において、 複数の第３の導体層のそれぞれは、平面的にみてマトリ
    ックス状に配置されており、そのマトリックスの偶数行
    の配列と奇数行の配列とは互いにずれていることを特徴
    とする半導体装置。
  10. 【請求項１０】 請求項７において、 複数の第３の導体層のそれぞれは、平面的にみて、円形
    を形成するように配置されていることを特徴とする半導
    体装置。
  11. 【請求項１１】 多層配線構造を有する半導体装置であ
    って、 第１の層に属し、外部接続用の端子が接続される第１の
    導体層と、 第２の層に属する第２の導体層と、 前記第１の導体層と前記第２の導体層との間に介在する
    電気的絶縁層と、 前記電気的絶縁層に選択的に設けられた溝に埋め込ま
    れ、前記第１の導体層と第２の導体層とを電気的に接続
    する第３の導体層と、を具備し、 前記第３の導体層は前記溝に充填されており、その第３
    の導体層の上面および下面の位置はそれぞれ、前記電気
    的絶縁層の上面および下面と略同一の位置となっている
    ことを特徴とする半導体装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、 前記溝に埋め込まれた第３の導体層は、平面的にみて閉
    じた形状を形成しており、前記電気的絶縁層は、前記閉
    じた形状の内側と外側とで区分されており、 前記閉じた形状の内側に存在する前記電気的絶縁膜に選
    択的に貫通孔が形成され、その貫通孔には前記第３の導
    体層と同一の材料からなる第４の導体層が埋め込まれて
    おり、 前記外部接続用の端子は、平面的にみて前記第４の導体
    層を覆うように前記第１の導体層に接続されていること
    を特徴とする半導体装置。
  13. 【請求項１３】 多層配線構造を有する半導体装置であ
    って、 第１の層に属し、外部接続用の端子が接続される第１の
    導体層と、 第２の層に属する第２の導体層と、 平面的にみて前記第２の導体層と重なりを有して設けら
    れた第３の導体層と、 前記第１の導体層と前記第２の導体層との間に介在する
    第１の電気的絶縁層と、 前記第２の導体層と前記第３の導体層との間に介在する
    第２の電気的絶縁層と、 前記第１の電気的絶縁層に選択的に設けられた第１の貫
    通孔に埋め込まれ、前記第１の導体層と第２の導体層と
    を電気的に接続する第４の導体層と、 前記第２の電気的絶縁層に選択的に設けられた第２の貫
    通孔に埋め込まれ、前記第２の導体層と第３の導体層と
    を電気的に接続する第５の導体層と、を具備し、 前記第４の導体層は前記第１の貫通孔に充填されてお
    り、その第４の導体層の上面および下面の位置はそれぞ
    れ、前記第１の電気的絶縁層の上面および下面と略同一
    の位置となっており、 前記第５の導体層は前記第２の貫通孔に充填されてお
    り、その第５の導体層の上面および下面の位置はそれぞ
    れ、前記第２の電気的絶縁層の上面および下面と略同一
    の位置となっており、 前記第１の貫通孔に埋め込まれた前記第４の導体層と、
    前記第２の貫通孔に埋め込まれた前記第５の導体層と
    は、平面的にみて、重なりを有していることを特徴とす
    る半導体装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３において、 半導体装置は、さらにガードリングを有し、 このガードリングは、前記外部接続用の端子が接続され
    る位置よりも、さらに半導体チップの外周に近い位置に
    設けられており、 前記ガードリングは、前記前記外部接続用の端子が接続
    される前記多層構造と同じ構造をしており、かつ、所定
    の電位に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  15. 【請求項１５】 半導体チップに集積され、多層配線構
    造を用いて形成された内部回路と、外部接続用の端子が
    接続される、多層電極構造とを有する半導体装置の製造
    方法であって、 下記の（１）〜（４）の工程を共通に用いて、前記多層
    配線構造と前記多層電極構造とを形成することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。 工程（１） 導体層上に電気的絶縁膜を形成する工程。 工程（２） 前記電気的絶縁膜に選択的に貫通孔を形成する工程。 工程（３） 前記電気的絶縁膜上および前記貫通孔の内部に導体層を
    デポジットした後、全面をエッチングすることにより前
    記貫通孔内に前記デポジットされた導体層を埋め込む工
    程。 工程（４） 前記貫通孔に埋め込まれた前記導体層に接するように、
    導体層を前記電気的絶縁層上に形成する工程。
  16. 【請求項１６】 請求項１５において、 前記（１）〜（４）の工程を共用して、さらに、ガード
    リングを形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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