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半導体装置 - 株式会社日立製作所
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発明の名称 半導体装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−53270
公開日 平成6年(1994)2月25日
出願番号 特願平3−234449
出願日 平成3年(1991)9月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 小野沢 和徳
要約 目的
半導体装置の信頼性を向上する。歩留りを向上する。

構成
2層構造のボンディングパッド10を構成する上層の配線9を下層の配線3より小さく構成し、下層の配線3上の領域に設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】 下層の配線上に、スパッタリング法又はCVD法で形成した絶縁膜、塗付後硬化させて形成した絶縁膜、スパッタリング法又はCVD法で形成した絶縁膜の夫々を積層した層間膜を設け、該層間膜上に上層の配線を設けた半導体装置において、前記上層の配線を下層の配線より小さく構成し、前記下層の配線上の領域内に設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】 下層の配線上に層間膜を介して上層の配線を設け、該上層の配線上に絶縁膜を設けた半導体装置において、前記上層の配線を下層の配線より小さく構成し、前記下層の配線上の領域内に設けたことを特徴とする半導体装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特に、下層の配線上に層間膜を介して上層の配線を設けた半導体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】半導体装置のボンディングパッドを、上層及び下層の2層の配線で構成した半導体装置が使用されている。前記2層の配線の夫々は、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウムに銅及び珪素が添加されたアルミニウム合金膜で構成されている。この2層の配線間には、層間膜が設けられている。この層間膜の接続孔を通して、前記2層の配線間は接続されている。
【0003】前記層間膜は、例えば、酸化珪素膜、SOG(pin n lass)膜、酸化珪素膜の夫々を積層して構成されている。前記SOG膜の上層及び下層の酸化珪素膜は、例えば、CVD法で形成される。
【0004】上層の配線上には、表面保護膜が設けられている。この表面保護膜には、前記上層の配線まで達する接続孔が設けられている。この接続孔を通して、上層の配線にボンディングワイヤが接続される。前記表面保護膜は、PSG(hosphoilicate lass)膜、窒化珪素膜及びポリイミド系の樹脂膜との積層膜で構成されている。前記窒化珪素膜は、例えば、プラズマCVD法で形成される。
【0005】この様に、ボンディングパッドを2層の配線を接続して構成することにより、ボンディングの信頼性(ボンダビリティ)を向上することができる。また、上層または下層の配線のみでボンディングパッドを構成した場合には電流集中が発生するが、2層の配線でボンディングパッドを構成した場合には、電流集中を低減し、配線の信頼性を向上することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題点を見出した。
【0007】半導体装置の動作速度の高速化を図る場合、配線の厚みを厚くして配線の電流密度を低減し、配線での電位降下を低減する方法がある。このように、配線の膜厚を厚くした際に発生する問題点を、図4及び図5(従来技術の問題点を説明するための要部断面図)を用いて説明する。
【0008】図4及び図5に示すように、ボンディングパッド10を構成する上層の配線9及び下層の配線3の夫々は、その端部が同一領域に配置されている。すなわち、平面的に見た場合、上層の配線9及び下層の配線3の夫々は、その端部が重なって設けられている。
【0009】前記上層の配線9を形成した後、PSG膜11、窒化珪素膜15及びポリイミド系の樹脂膜16の夫々を堆積する。ボンディング領域においては、ポリイミド系の樹脂膜16を選択的にエッチングして、ボンディング穴17を開口した後、窒化珪素膜15及びPSG膜11を選択的にエッチングし、ボンディング穴12を開口する。
【0010】前述のように、配線3及び9の膜厚を厚くした場合には、ボンディングパッド10の端部において、配線3及び9の膜厚が厚くなった分、表面保護膜11及び15の下地段差は大きくなる。この表面保護膜11及び15は、プラズマCVD法によって形成された窒化珪素膜15と常圧CVD法で形成されたPSG膜11で構成されているため、被覆率が低い。この結果、窒化珪素膜を形成後の自然冷却工程において、図4に示すように、表面保護膜11及び15にクラック(亀裂)13が発生し、半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。
【0011】また、前記表面保護膜11に接続孔12を形成する工程では、窒化珪素膜15は、ドライエッチングで開口する。しかし、上層の配線9を銅及び珪素が添加されたアルミニウム合金膜で構成した場合、ドライエッチング時にエッチングされにくい珪素が、アルミニウム合金膜の表面近傍に多量に残存する。珪素の抵抗率はアルミニウム膜よりも大きいため、上層の配線9の表面近傍に珪素が残存した状態でボンディングをすると、ボンディングワイヤと上層の配線9との間の抵抗値が増大するという問題がある。そこで、ウェットエッチングでPSG膜11を除去することにより、同時に、上層の配線9を構成するアルミニウム合金膜の表面近傍の珪素を除去している。この際、ウェットエッチング液が前記クラック13を介して上層の配線9に達し、この上層の配線9が腐食するという問題があった。
【0012】また、上層の配線9を形成した後、膜質を向上し、上層の配線9と下層の配線3との電気的接続の信頼性を向上するためにアニールを行なう必要がある。また、このアニールを行なうことにより、MOSFETのゲート絶縁膜中にトラップされている電荷を逃がすことができる。このアニールは、例えば、水素雰囲気中で行なわれる。このアニールを行なった際に、上層の配線9を構成するアルミニウム膜またはアルミニウム合金膜が結晶化し、緻密化、縮少する。この結果、この上層の配線9の縮少に伴う引っ張り応力が、図5の矢印に示すように、層間膜7にかかる。この層間膜7を構成するSOG膜5は、半導体基板の全面に設けられるが、上層の配線9間の間隔が大きい領域、すなわち、ボンディングパッドを構成する上層の配線9の周囲に溜り易い。このため、層間膜7を構成する積層膜のうち、SOG膜5の強度が一番弱いため、引っ張り応力によって図4及び図5に示すようにSOG膜5にクラック14が発生し、半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。
【0013】なお、下層の配線3のアニールは、前記SOG膜の平坦化のための熱処理工程で同時に行なわれているので、この下層の配線3から応力によって、SOG膜5にクラックが発生することはない。
【0014】本発明の目的は、下層の配線上に層間膜を介して上層の配線を設けた半導体装置において、信頼性を向上することが可能な技術を提供することにある。
【0015】本発明の他の目的は、前記半導体装置において、歩留りを向上することが可能な技術を提供することにある。
【0016】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0017】
【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、以下のとおりである。
【0018】(1)下層の配線上に、スパッタリング法又はCVD法で形成した絶縁膜、塗付後硬化させて形成した絶縁膜、スパッタリング法又はCVD法で形成した絶縁膜の夫々を積層した層間膜を設け、該層間膜上に上層の配線を設けた半導体装置において、前記上層の配線を下層の配線より小さく構成し、前記下層の配線上の領域内に設ける。
【0019】(2)下層の配線上に層間膜を介して上層の配線を設け、該上層の配線上に絶縁膜を設けた半導体装置において、前記上層の配線を下層の配線より小さく構成し、前記下層の配線上の領域内に設ける。
【0020】
【作用】前述した手段(1)によれば、上層の配線の端部と、塗付型酸化膜の端部との間の距離は、前記上層の配線の方を小さく構成した分長くなるので、この距離が長くなった領域にある絶縁膜で、上層の配線の引っ張り応力を吸収することができる。従って、上層の配線からの引っ張り応力によって、塗付型酸化膜にクラックが発生することは低減されるので、半導体装置の信頼性を向上し、歩留りを向上することができる。
【0021】前述した手段(2)によれば、配線の端部において、上層の配線上の絶縁膜の下地段差が緩和されるので、高段差に基づく上層の配線上の絶縁膜のクラックを【0022】低減し、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明する。
【0023】なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0024】本発明の実施例の半導体装置の構成を、図1(要部断面図)及び図2(前記図1の要部を拡大して示す要部断面図)の夫々を用いて説明する。 図1に示すように、本実施例の半導体装置が備えているボンディングパッド10は、下層の配線3及び上層の配線9の夫々から構成されている。これらの上層及び下層の配線3,9の夫々は、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜で構成されている。前記上層の配線3は、前記下層の配線9よりも小さく構成され、前記下層の配線9上の領域に設けられている。つまり、平面的に見て、下層の配線3の端部よりも、上層の配線9の端部が内側に設けられている。
【0025】前記下層の配線3は、半導体基板1の主面上の酸化珪素膜2上に設けられている。前記半導体基板1は、例えば、単結晶珪素で構成されている。前記酸化珪素膜2の下において、前記半導体基板1の主面部には、図示しない素子が設けられている。
【0026】前記上層の配線9と下層の配線3との間には、層間膜7が設けられている。この層間膜7は、下層側から、酸化珪素膜4、SOG膜5、酸化珪素膜6の夫々を積層した積層膜で構成されている。前記上層及び下層の酸化珪素膜4,6は、例えば、CVD法で形成される。
【0027】前記上層の配線9は、前記層間膜7に設けられた接続孔8を通して、前記下層の配線3に電気的に接続されている。
【0028】前記上層の配線9上には、表面保護膜11及び15が設けられている。この表面保護膜11及び15は、例えば、窒化珪素膜及びPSG膜で構成されている。この窒化珪素膜及びPSG膜は、例えば、プラズマCVD法及び常圧CVD法で夫々形成される。この表面保護膜11には、前記上層の配線まで達する接続孔12を設けられている。この接続孔12を通して、ボンディングワイヤが接続される。
【0029】前記表面保護膜15上には、ポリイミド系の樹脂膜16が設けられる。 以上、説明したように、本実施例1の構成によれば、前記上層の配線9を、下層の配線3よりも小さく構成し、下層の配線3上の領域内に設けたことにより、ボンディングパッド10の端部において、表面保護膜11及び15の下地段差が緩和される。従って、ボンディングパッド10の端部において、表面保護膜11及び15の被覆率が向上するので、表面保護膜11及び15のクラックの発生を低減することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上し、歩留りを向上することができる。
【0030】また、図2に示すように、前記上層の配線9の端部と、前記SOG膜5との間の距離は、前記上層の配線9を下層の配線3よりも小さく構成した分長くなるので、この長くなった領域にある酸化珪素膜4,6で、上層の配線9のアニール工程で発生する応力を吸収することができる。これにより、アニール時の応力によるSOG膜5のクラックを低減することができるので、半導体装置の信頼性を向上し、歩留りを向上することができる。
【0031】次に、本実施例の半導体装置が備えている電源配線の構成を、図3(要部断面図)を用いて説明する。
【0032】図3に示すように、前記電源配線は、接地電圧(Vss)を供給する下層の配線3及び電源電圧(Vcc)を供給する上層の配線9の夫々から構成されている前記上層の配線9の幅は、前記下層の配線3より細く構成され、前記下層の配線3上の領域に設けられている。下層の配線3と上層の配線9との間には、前記ボンディングパッド10と同様に、層間膜7が設けられている。また、上層の配線9上には、表面保護膜11、15及び16が設けられている。半導体装置の電源配線は、例えば、半導体チップの4辺に沿って外周部に延在させて設けられる。このため、前記ボンディングパッド10と同様に、周囲の配線との間隔が大きくなり、電源配線の周囲には、前記層間膜7を構成するSOG膜5が溜り易い。
【0033】この構成によれば、前記ボンディングパッド10と同様に、上層の配線9上の表面保護膜11及び15の被覆率を向上し、表面保護膜11及び15のクラックを低減し、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0034】また、上層の配線9を下層の配線3より小さく構成したことにより、上層の配線9の端部とSOG膜5の端部との間の距離が長くなった領域にある酸化珪素膜4,6で、層間膜7を構成するSOG膜5にかかる応力を吸収することができるので、SOG膜5のクラックの発生を低減し、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0035】以上、本発明を実施例にもと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において種々変更可能であることは言うまでもない。
【0036】
【発明の効果】本願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、下記のとおりである。
【0037】半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0038】前記半導体装置において、歩留りを向上することができる。




 

 


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