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技術 半導体装置の製造方法

出願人 ローム株式会社
発明者 松本宗之
出願日 1999年4月12日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 1999-104314
公開日 2000年10月24日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2000-299349
状態 特許登録済
技術分野 ボンディング
主要キーワード 金属堆積層 パターニング膜 残留部分 薬液成分 アルミニウム系合金 表面全域 CMP用 製造工程数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年10月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

少ない工程数接続用薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供すること。

解決手段

図1(a)に示すように、表面保護膜12の表面に凹部15を形成した後、図1(c)に示すように、凹部15が形成された表面保護膜12上にボンディングパッド13の材料からなる金属堆積層17を形成し、さらに図1(d)に示すように、金属堆積層17の表面上に接続用薄膜14の材料からなる金属薄膜18を積層する。そして、この金属堆積層17および金属薄膜18の不要部分をCMP処理によって除去することにより、図1(e)に示すように、ボンディングパッド13および接続用薄膜14を同時に得ることができる。

概要

背景

半導体チップリードフレームとの電気的な接続は、半導体チップの表面に形成されたボンディングパッドとリードフレームに設けられたリード電極とを、たとえば金細線で接続することにより達成されるのが一般的である。銅を配線材料として用いた場合、ボンディングパッドの材料としては、銅などの金属材料を用いることができる。銅は電気抵抗が小さいので、銅をボンディングパッドの材料として用いた場合、半導体チップにおける消費電力を小さくすることができるうえに、半導体チップの処理速度も速くすることができる。また、半導体チップに大電流が供給された場合に、ボンディングパッドが発熱して、機能素子などに悪影響を及ぼすおそれを抑制できる。

しかしながら、ボンディングパッドの材料として銅を用いると、ボンディングパッドと金細線との密着性が悪いために、ボンディングパッドと金細線との接続不良を生じるおそれがある。そこで、ボンディングパッドの材料に銅を用いた場合、ボンディングパッド上にアルミニウム系合金からなる接続用薄膜を設け、この接続用薄膜に金細線がボンディングされる。これにより、銅からなるボンディングパッドと金細線との接続不良が生じることを防止できる。

概要

少ない工程数で接続用薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供すること。

図1(a)に示すように、表面保護膜12の表面に凹部15を形成した後、図1(c)に示すように、凹部15が形成された表面保護膜12上にボンディングパッド13の材料からなる金属堆積層17を形成し、さらに図1(d)に示すように、金属堆積層17の表面上に接続用薄膜14の材料からなる金属薄膜18を積層する。そして、この金属堆積層17および金属薄膜18の不要部分をCMP処理によって除去することにより、図1(e)に示すように、ボンディングパッド13および接続用薄膜14を同時に得ることができる。

目的

そこで、この発明の目的は、少ない工程数で接続用薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

表面保護膜の表面に形成されたボンディングパッド上に、ボンディングワイヤを接続するための接続用薄膜を有する半導体装置を製造する方法であって、表面保護膜の表面に凹部を形成する工程と、この凹部が形成された表面保護膜の表面上に、上記ボンディングパッドの材料からなる金属堆積層を形成する工程と、この形成された金属堆積層の表面上に、上記接続用薄膜の材料からなる金属薄膜を形成する工程と、この金属薄膜の形成後に、上記金属堆積層および金属薄膜を研磨して不要な部分を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項2

上記金属堆積層は、上記凹部内に入り込んだ部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さよりも低くなるような厚みに形成され、上記金属薄膜は、上記凹部に対向する部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さ以上となるような厚みに形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。

請求項3

上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分を除去する工程は、上記金属堆積層および金属薄膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程であり、その表面が上記表面保護膜の上記凹部外の表面とほぼ面一になるまで行われることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。

請求項4

上記金属堆積層は、上記凹部に対向する部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さ以上となるような厚みに形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。

請求項5

上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分を除去する工程は、上記金属堆積層および金属薄膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程であり、上記化学的機械的研磨法による上記金属堆積層の研磨レートは、上記金属薄膜の研磨レートよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、ボンディングパッド上にボンディングワイヤとの接続用薄膜を有する半導体装置の製造方法に関する。

背景技術

0002

半導体チップリードフレームとの電気的な接続は、半導体チップの表面に形成されたボンディングパッドとリードフレームに設けられたリード電極とを、たとえば金細線で接続することにより達成されるのが一般的である。銅を配線材料として用いた場合、ボンディングパッドの材料としては、銅などの金属材料を用いることができる。銅は電気抵抗が小さいので、銅をボンディングパッドの材料として用いた場合、半導体チップにおける消費電力を小さくすることができるうえに、半導体チップの処理速度も速くすることができる。また、半導体チップに大電流が供給された場合に、ボンディングパッドが発熱して、機能素子などに悪影響を及ぼすおそれを抑制できる。

0003

しかしながら、ボンディングパッドの材料として銅を用いると、ボンディングパッドと金細線との密着性が悪いために、ボンディングパッドと金細線との接続不良を生じるおそれがある。そこで、ボンディングパッドの材料に銅を用いた場合、ボンディングパッド上にアルミニウム系合金からなる接続用薄膜を設け、この接続用薄膜に金細線がボンディングされる。これにより、銅からなるボンディングパッドと金細線との接続不良が生じることを防止できる。

発明が解決しようとする課題

0004

ボンディングパッド上にアルミニウム系合金からなる接続用薄膜を形成するには、たとえば、ボンディングパッドが形成された表面保護膜上に、ボンディングパッドに対向する開口部を有するパターニング膜を積層し、このパターニング膜の開口部を介して露出したボンディングパッド上にアルミニウム系合金を堆積させることにより形成することができる。ところが、この方法で接続用薄膜を形成したのでは、半導体チップの製造工程数が多くなり、その結果、半導体装置の製造工程数が多くなってしまう。

0005

そこで、この発明の目的は、少ない工程数で接続用薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することである。

0006

上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、面保護膜の表面に形成されたボンディングパッド上に、ボンディングワイヤを接続するための接続用薄膜を有する半導体装置を製造する方法であって、表面保護膜の表面に凹部を形成する工程と、この凹部が形成された表面保護膜の表面上に、上記ボンディングパッドの材料からなる金属堆積層を形成する工程と、この形成された金属堆積層の表面上に、上記接続用薄膜の材料からなる金属薄膜を形成する工程と、この金属薄膜の形成後に、上記金属堆積層および金属薄膜を研磨して不要な部分を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

0007

上記接続用薄膜の材料としては、上記ボンディングパッドと上記ボンディングワイヤとの両方に対する良好な密着性を有する材料が用いられることが好ましい。たとえば、ボンディングパッドが銅からなり、ボンディングワイヤが金からなる金細線である場合には、上記接続用薄膜の材料としては、アルミニウム、アルミニウムおよびシリコン合金、アルミニウムおよび銅の合金、アルミニウム、シリコンおよび銅の合金など、アルミニウムを含む金属を用いることが好ましい。

0008

また、上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分とは、上記ボンディングパッドを他のボンディングパッドから孤立させるために除去すべき部分であり、たとえば、平面視における上記凹部外の金属堆積層および金属薄膜をいう。この方法によれば、表面保護膜の表面に凹部を形成し、その後、凹部が形成された表面保護膜上にボンディングパッドの材料からなる金属堆積層を積層し、さらに金属堆積層の表面上に接続用薄膜の材料からなる金属薄膜を積層した後、金属堆積層および金属薄膜の不要部分を除去することにより、ボンディングパッドおよび接続用薄膜が形成される。ゆえに、表面保護膜の表面にボンディングパッドを形成した後に、たとえばフォトリソグラフィ技術により接続用薄膜を形成する方法に比べて、少ない工程数で接続用薄膜を形成することができ、半導体装置の製造工程数を少なくすることができる。

0009

なお、請求項2のように、上記金属堆積層は、上記凹部内に入り込んだ部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さよりも低くなるような厚みに形成され、上記金属薄膜は、上記凹部に対向する部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さ以上となるような厚みに形成されてもよい。この場合には、請求項3のように、上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分を除去する工程は、上記金属堆積層および金属薄膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程であり、その表面が上記表面保護膜の上記凹部外の表面とほぼ面一になるまで行われることが好ましい。こうすることにより、表面保護膜の凹部外の表面が露出した時点で、凹部内に埋め込まれた状態のボンディングパッドおよび接続用薄膜を得ることができる。

0010

また、請求項4のように、上記金属堆積層は、上記凹部に対向する部分の表面の高さが上記表面保護膜の上記凹部外の表面の高さ以上となるような厚みに形成されてもよい。この場合には、請求項5のように、上記金属堆積層および金属薄膜の不要な部分を除去する工程は、上記金属堆積層および金属薄膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程であり、上記化学的機械的研磨法による上記金属堆積層の研磨レートは、上記金属薄膜の研磨レートよりも大きく設定されていることが好ましい。こうすることにより、表面保護膜の凹部外の表面が露出するまで金属堆積層および金属薄膜を研磨しても、凹部に対向する部分に金属薄膜を残すことができ、凹部上に盛り上がった状態のボンディングパッドおよび接続用薄膜を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。この図1に示す製造方法は、半導体チップ1の基体をなす半導体基板11上の表面保護膜12の表面に、たとえば銅からなるボンディングパッド13を形成し、このボンディングパッド13上に接続用薄膜14を形成するための方法である。

0012

まず、図1(a)に示すように、半導体基板11上に形成された表面保護膜12の表面において、ボンディングパッド13を形成すべき領域に対応する部分に、たとえばフォトリソグラフィ技術により、ボンディングパッド埋め込み用の凹部15を形成する。この凹部15は、たとえば、平面視において1辺が約70〜100μmの長さを有するほぼ正方形であり、表面保護膜12の表面からの深さが約0.5〜2μmであるように形成される。

0013

次に、図1(b)に示すように、凹部15が形成された表面保護膜12の表面上に、たとえばスパッタ法によってバリアメタル膜16を形成する。このバリアメタル膜16は、ボンディングパッド13を構成する金属が表面保護膜12中に拡散することを防止するためのものであり、たとえば、ボンディングパッド13が銅で構成される場合、バリアメタル膜16は窒化チタン窒化タンタル窒化タングステンで構成することができる。

0014

次いで、図1(c)に示すように、バリアメタル膜16の表面上に、ボンディングパッド13の材料である銅を堆積させることにより、金属堆積層17を形成する。この金属堆積層17は、凹部15内に入り込んだ部分の表面が表面保護膜12の凹部15外の表面よりも低くなるような厚みに形成される。たとえば、凹部15の深さが約1μmに形成されている場合、金属堆積層17の厚みは約1μm未満に形成されるとよく、好ましくは約0.6〜0.7μmに形成されるとよい。

0015

なお、金属堆積層17を形成する具体的な方法としては、たとえば、メッキ法、スパッタ法またはCVD(Chemical Vapor Deposition )法を挙げることができる。つづいて、図1(d)に示すように、金属堆積層17の表面上に、たとえばスパッタ法で接続用薄膜14の材料を堆積させることにより、金属薄膜18を形成する。この金属薄膜18は、凹部15に対向する部分の表面の高さが表面保護膜12の凹部15外の表面の高さ以上となるような厚みに形成される。たとえば、凹部15の深さが約1μm、金属堆積層17の厚みが約0.7μmに形成されている場合には、金属薄膜18の膜厚は約0.8μmに形成される。

0016

接続用薄膜14の材料としては、ボンディングパッド13およびボンディングパッド13とリード電極とを接続するためのボンディングワイヤ(図示せず)の両方に対して良好な密着性を発揮する材料が用いられる。たとえば、ボンディングワイヤが金細線である場合には、アルミニウム、アルミニウムおよびシリコンの合金、アルミニウムおよび銅の合金、アルミニウム、シリコンおよび銅の合金など、アルミニウムを含む金属を用いることが好ましい。

0017

その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing :化学的機械的研磨)処理を行うことによって、金属堆積層17および金属薄膜18を平坦化しつつ、金属堆積層17および金属薄膜18の凹部15外の不要な部分を削り取っていく。そして、図1(e)に示すように、凹部15外の不要な金属堆積層17および金属薄膜18が除去され、さらに凹部15外の不要なバリアメタル膜16が除去されて、表面保護膜12の凹部15外の表面が露出し、その表面保護膜12の表面と凹部15内の金属堆積層17および金属薄膜18の表面とがほぼ面一になると、CMP処理を終了する。これにより、凹部15内に、金属堆積層17の残留部分からなるボンディングパッド13と、このボンディングパッド13の表面を覆う接続用薄膜14とを得ることができる。

0018

なお、接続用薄膜14は、ボンディングワイヤをボンディングするのに必要な面積を有していればよく、ボンディングパッド13の表面全域を覆っている必要はない。たとえば、ボンディングパッド13が平面視において1辺が約70〜100μmの長さを有するほぼ正方形に形成されている場合、接続用薄膜14は、図1(e)に示すように、ボンディングパッド13の周縁から約1〜3μmだけ内側の領域を覆うように形成されるとよい。

0019

以上のように、この実施形態に係る製造方法によれば、表面保護膜12の表面に凹部15を形成し、その後、凹部15が形成された表面保護膜12上にボンディングパッド13の材料からなる金属堆積層17を積層し、さらに金属堆積層17の表面上に接続用薄膜14の材料からなる金属薄膜18を積層した後、金属堆積層17および金属薄膜18の不要部分をCMP処理によって除去することにより、ボンディングパッド13と接続用薄膜14とが同時に形成される。ゆえに、表面保護膜12の表面にボンディングパッド13を形成した後に、たとえばフォトリソグラフィ技術により接続用薄膜14を形成する方法に比べて、少ない工程数で接続用薄膜14を形成することができる。これにより、半導体チップ1の製造工程数を少なくすることができ、ひいては、この半導体チップ1を用いた半導体装置の製造工程数を少なくすることができる。

0020

また、この方法により製造された半導体チップ1は、ボンディングパッド13の表面に、ボンディングパッド13およびボンディングワイヤの両方と良好な密着性を発揮する金属材料からなる接続用薄膜14が形成されているので、リード電極との接続不良を生じるおそれがない。ゆえに、この半導体チップ1を用いた半導体装置は、半導体チップ1とリードフレームとの間で接続不良を生じるおそれがない良質なものとなる。

0021

図2は、この発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。この図2において、図1に示す各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。上述した図1に示す製造方法では、金属堆積層17および金属薄膜18が、CMP処理によって平坦化されつつ削り取られることにより、ボンディングパッド13および接続用薄膜14が凹部15内に埋め込まれた状態に形成される。これに対し、この実施形態に係る製造方法では、CMP処理における金属堆積層17および金属薄膜18の研磨レートを相互に調整することにより、ボンディングパッド13および接続用薄膜14が凹部15上に盛り上がった状態に形成される。

0022

まず、上述の実施形態の場合と同様にして、図2(a)に示すように、半導体基板11上に形成された表面保護膜12の表面に凹部15を形成する。そして、図2(b)に示すように、凹部15が形成された表面保護膜12の表面上に、たとえばスパッタ法によってバリアメタル膜16を形成する。次に、図2(c)に示すように、バリアメタル膜16の表面上に、ボンディングパッド13の材料である銅を堆積させることにより、金属堆積層17を形成する。この金属堆積層17は、上述の実施形態に係る製造方法とは異なり、凹部15内に入り込んだ部分の表面の高さが、表面保護膜12の凹部15外の表面の高さ以上になるような厚みに形成される。たとえば、凹部15の深さが約1μmに形成されている場合、金属堆積層17の厚みは約1μm以上に形成される。

0023

つづいて、図2(d)に示すように、金属堆積層17の表面上に、たとえばスパッタ法で接続用薄膜14の材料からなる金属薄膜18を形成する。たとえば、金属堆積層17の厚みが約1.2μmに形成されている場合、金属薄膜18の膜厚は約0.3μmに形成される。その後、金属堆積層17および金属薄膜18にCMP処理が施される。このCMP処理では、金属薄膜18の研磨レートよりも金属堆積層17の研磨レートの方が大きくなるように薬液成分が調整されたCMP用薬液が用いられる。したがって、金属薄膜18が研磨されていき、図2(e)に示すように、金属堆積層17の凹部15外の表面が露出した後は、金属薄膜18よりも金属堆積層17の研磨が大きく進む。その結果、図2(f)に示すように、凹部15外のバリアメタル膜16が除去されて、凹部15外の表面保護膜12の表面が露出した時点で、凹部15上に盛り上がった状態のボンディングパッド13と、そのボンディングパッド13の頂部を覆う接続用薄膜14とを得ることができる。

0024

以上のように、この実施形態に係る製造方法によれば、図1に示す製造方法で製造した場合とは異なる形状のボンディングパッド13および接続用薄膜14を得ることができる。この発明の2つの実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、上述の各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述の実施形態では、ボンディングパッド13は銅で構成されるとしたが、銅以外にも、たとえば銀(Ag)がボンディングパッド13の材料として用いられてもよい。この場合、接続用薄膜14の材料としては、たとえばアルミニウム系合金などを用いることができる。

0025

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で、種々の変更を施すことができる。

図面の簡単な説明

0026

図1この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
図2この発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

--

0027

1半導体チップ
11半導体基板
12表面保護膜
13ボンディングパッド
14接続用薄膜
15 凹部
17金属堆積層
18 金属薄膜

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