JP2886909B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、CCB方
式を採用する多層配線構造の半導体集積回路装置に適用
した有効な技術に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to an effective technique applied to a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure employing a CCB method.
多層配線構造を有する半導体集積回路装置(半導体ペ
レット)はチップキャリア基板の実装面上にCCB(Contr
olled Collapse Bonding)方式で実装されている。つま
り、CCB方式は、チップキャリア基板にバンプ電極(半
田電極)を介在させて半導体集積回路装置を実装すると
共に、両者の電気的な接続を行う方式である。この種の
CCB方式は、ボンディングワイヤー方式に比べて、実装
密度を高めることができる。The semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure (semiconductor pellet) are CCB (C ontr on the mounting surface of the chip carrier substrate
It is implemented in olled C ollapse B onding) scheme. That is, the CCB method is a method in which a semiconductor integrated circuit device is mounted with a bump electrode (solder electrode) interposed on a chip carrier substrate, and both are electrically connected. This kind of
The CCB method can increase the mounting density as compared with the bonding wire method.
前記半導体集積回路装置は、これに限定されないがゲ
ートアレイ方式が採用され、回路間を接続する信号配線
の本数を増加して回路の使用率を高めるために、例えば
4層配線構造のアルミニウム配線で形成されている。最
上層配線(第4層目の配線)形成工程で形成されている
外部端子(ボンディングパッド)は、その下地の層間絶
縁膜に形成された接続孔を通して第3層目の配線と電気
的に接続されている。前記外部端子の主面上にはこの外
部端子を覆う最終保護膜に形成されたボンディング開口
を通してスパッタ法で堆積したバリアメタル層(又はBL
M:Ball LimitingMetallization)、バンプ電極の夫々を
順次積層している。The semiconductor integrated circuit device employs, but is not limited to, a gate array system. In order to increase the number of signal wirings connecting the circuits and increase the use rate of the circuits, for example, aluminum wiring having a four-layer wiring structure is used. Is formed. The external terminals (bonding pads) formed in the uppermost layer wiring (fourth layer wiring) forming step are electrically connected to the third layer wiring through connection holes formed in the underlying interlayer insulating film. Have been. On the main surface of the external terminal, a barrier metal layer (or BL) deposited by a sputtering method through a bonding opening formed in a final protective film covering the external terminal.
M: Ball Limiting Metallization) and bump electrodes are sequentially laminated.
前記バリアメタル層はクロム(Cr)膜、銅(Cu)膜、
金(Au)膜の夫々を外部端子の表面側から順次堆積した
構成になっている。前記Cr膜は前記Cu膜と外部端子との
反応を抑えるバリアの役目をする。前記Cu膜はバンプ電
極との漏れ性を確保する。前記Au膜は前記Cu膜の酸化を
防止する。つまり、このバリアメタル層は外部端子と前
記バンプ電極との被着性(ボンダビリティ)を良くする
特徴がある。The barrier metal layer is a chromium (Cr) film, a copper (Cu) film,
Each of the gold (Au) films is sequentially deposited from the surface side of the external terminal. The Cr film serves as a barrier for suppressing a reaction between the Cu film and an external terminal. The Cu film ensures the leak property with the bump electrode. The Au film prevents oxidation of the Cu film. That is, this barrier metal layer has a feature of improving the adhesion (bondability) between the external terminal and the bump electrode.
前記外部端子の主面上には前記最終保護膜との間にス
パッタ法で堆積した窒化珪素膜が形成されている。この
窒化珪素膜は、第4層目の配線特に外部端子の耐湿性を
高めると共に、前記ボンディング開口を形成するドライ
エッチング時のエッチングストッパとして使用される。On the main surface of the external terminal, a silicon nitride film deposited by a sputtering method between the external terminal and the final protective film is formed. This silicon nitride film is used as an etching stopper at the time of dry etching for forming the bonding opening, while improving the moisture resistance of the fourth layer wiring, particularly the external terminal.
なお、CCB方式を採用する半導体集積回路装置について
は、例えば特開昭63−318742号公報(特願昭62−156346
号)に記載されている。A semiconductor integrated circuit device adopting the CCB method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-318742 (Japanese Patent Application No. 62-156346).
No.).
本発明者は、前述のCCB方式を採用する半導体集積回
路装置について検討した結果、次の問題点を見出した。The present inventor has studied the semiconductor integrated circuit device adopting the above-described CCB method, and has found the following problem.
前記外部端子は、第3層目の配線上に形成された接続
孔の段差上に配置されているので、この外部端子の表面
は前記接続孔の段差に相当する段差形状になっている。
この外部端子の主面上にスパッタ法で堆積するバリアメ
タル層は段差部でのステップカバレッジが低下し、外部
端子の表面上に部分的にバリアメタル層が堆積されな
い。このバリアメタル層の被着不良が生じた部分を核と
し、バンプ電極中にボイドが発生する。このため、バン
プ電極の電流経路がボイドにより減少するので、耐マイ
グレーション性が低下するという問題があった。また、
バンプ電極の放熱経路の熱抵抗が大きくなるので、半導
体集積回路装置の回路特性が変化し、電気的信頼性が低
下するという問題があった。Since the external terminal is arranged on the step of the connection hole formed on the third layer wiring, the surface of the external terminal has a step shape corresponding to the step of the connection hole.
The barrier metal layer deposited on the main surface of the external terminal by the sputtering method has reduced step coverage at the step, and the barrier metal layer is not partially deposited on the surface of the external terminal. A void is generated in the bump electrode with a portion where the poor adhesion of the barrier metal layer occurs as a nucleus. For this reason, the current path of the bump electrode is reduced due to the void, and there is a problem that the migration resistance is reduced. Also,
Since the thermal resistance of the heat radiation path of the bump electrode increases, there is a problem that the circuit characteristics of the semiconductor integrated circuit device change and the electrical reliability decreases.
また、前記外部端子の主面上にスパッタ法で堆積する
窒化珪素膜もバリアメタル層と同様に段差部でのステッ
プカバレッジが低下する。ボンディング開口はHF:NH4F
系等、緩衝作用を有するHF系エッチング液で形成され
る。エッチングが終了した後は水洗処理が行われるが、
この種のエッチング液は水洗で希釈されるとペーハー
(pH)が下がり酸性が強くなる。このため、窒化珪素膜
の被着不良が生じた部分を通して、外部端子の表面に酸
性度の強いエッチング液の希釈液が浸透し、外部端子自
体がエッチングされてしまう。最悪の場合、外部端子や
下層の第3層目の配線が断線し、電気的信頼性(或は製
造上の歩留り)が低下するという問題があった。Further, the silicon nitride film deposited on the main surface of the external terminal by the sputtering method also has reduced step coverage at the stepped portion, similarly to the barrier metal layer. Bonding opening is HF: NH 4 F
It is formed of an HF-based etchant having a buffering action, such as a system. After the etching is completed, a washing process is performed,
When this type of etchant is diluted by washing with water, the pH (pH) decreases and the acidity increases. For this reason, the diluent of the highly acidic etchant penetrates into the surface of the external terminal through the portion where the poor deposition of the silicon nitride film occurs, and the external terminal itself is etched. In the worst case, there is a problem that the external terminals and the lower third-layer wiring are disconnected, and the electrical reliability (or the production yield) is reduced.
本発明の目的は、CCB方式を採用する多層配線構造の
半導体集積回路装置の電気的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。An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the electrical reliability of a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure employing a CCB method.
本発明の他の目的は、前記半導体集積回路装置の製造
上の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。Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the production yield of the semiconductor integrated circuit device.
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。The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本題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、下記のとおりである。The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present subject matter.
(1)層間絶縁膜に形成された接続孔を通して前記層間
絶縁膜下の配線と層間絶縁膜上の外部端子とを電気的に
接続し、前記外部端子上を覆う最終保護膜に形成された
ボンディング開口を通して前記外部端子上にスパッタ法
で堆積したバリアメタル層、半田で形成されるバンプ電
極層の夫々を順次積層した半導体集積回路装置におい
て、前記層間絶縁膜下の配線をアルミニウム膜又はアル
ミニウム合金膜で構成し、前記層間絶縁上の外部端子を
銅膜又は金膜で構成し、前記外部端子の表面をレーザ照
射によりリフローを施す。(1) A wiring formed under the interlayer insulating film is electrically connected to an external terminal on the interlayer insulating film through a connection hole formed in the interlayer insulating film, and a bonding formed on a final protective film covering the external terminal. In a semiconductor integrated circuit device in which a barrier metal layer deposited by sputtering on the external terminal through an opening and a bump electrode layer formed of solder are sequentially laminated, a wiring under the interlayer insulating film is formed of an aluminum film or an aluminum alloy film. The external terminals on the interlayer insulation are made of a copper film or a gold film, and the surface of the external terminals is reflowed by laser irradiation.
(2)前記外部端子と最終保護膜との間にはスパッタ法
で堆積した窒化珪素膜を設ける。(2) A silicon nitride film deposited by a sputtering method is provided between the external terminal and the final protective film.
上述した手段(1)によれば、前記外部端子と下層の
配線とを接続する接続孔の段差で外部端子の表面に成長
する段差形状をレーザ照射により平坦化し、この外部端
子の表面上に形成されるバリアメタル層のステップカバ
レッジが向上するので、バリアメタル層とバンプ電極層
とのボンダビィリティを向上し、ボイドの発生を低減す
ることができる。According to the above-mentioned means (1), the step formed on the surface of the external terminal at the step of the connection hole connecting the external terminal and the lower wiring is flattened by laser irradiation and formed on the surface of the external terminal. Since the step coverage of the barrier metal layer is improved, bondability between the barrier metal layer and the bump electrode layer can be improved, and the generation of voids can be reduced.
また、前記層間絶縁膜下の配線をエッチングで微細加工
することができるので、前記半導体集積回路装置の集積
度を向上させることができる。Further, since the wiring under the interlayer insulating film can be finely processed by etching, the integration degree of the semiconductor integrated circuit device can be improved.
上述した手段(2)によれば、手段(1)により外部
端子上に形成される窒化珪素膜のステップカバレッジが
向上するので、ボンディング開口の形成時、エッチング
液が水洗処理で希釈され酸性度が強くなっても外部端子
がエッチングされず、外部端子や下層の配線の断線を防
止することができる。According to the means (2) described above, the step coverage of the silicon nitride film formed on the external terminal is improved by the means (1), so that the etching solution is diluted by washing with water to reduce the acidity when forming the bonding opening. Even if it becomes stronger, the external terminals are not etched, and disconnection of the external terminals and the underlying wiring can be prevented.
以下、本発明の構成について、CCB方式を採用する多
層配線構造の半導体集積回路装置に本発明を適用した一
実施例とともに説明する。Hereinafter, the configuration of the present invention will be described together with an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure employing the CCB method.
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。In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.
本発明の一実施例であるCCB方式を採用する半導体装
置の構成を第2図(断面図)で示す。FIG. 2 (cross-sectional view) shows a configuration of a semiconductor device adopting the CCB method according to one embodiment of the present invention.
第2図に示すように、CCB方式を採用する半導体装置1
00は、例えばピングリッドアレイ(PGA)型パッケージ
で構成される。この半導体装置100はチップキャリア基
板(ベース基板)101にバンプ電極(半田電極)30を介
在させて半導体集積回路装置(半導体チップ)1を実装
する。前記半導体集積回路装置1の裏面(素子が形成さ
れていない面)上には半田のろう材103を介してキャッ
プ102が設けられている。これは半導体集積回路装置1
からキャップ102への熱放散を効果的に行うことができ
るようになっている。この半導体集積回路装置1は樹脂
104によって気密封止されている。前記バンプ電極30
は、チップキャリア基板101に形成されている入出力端
子と半導体集積回路装置1の外部端子(25C)との間に
設けられ、両者を電気的に接続している。前記チップキ
ャリア基板101の入出力端子は、チップキャリア基板101
の配線、スルーホールの夫々を通して、チップキャリア
基板101の入出力ピン105に接続されている。As shown in FIG. 2, the semiconductor device 1 adopting the CCB method
Reference numeral 00 denotes a pin grid array (PGA) type package, for example. In this semiconductor device 100, a semiconductor integrated circuit device (semiconductor chip) 1 is mounted on a chip carrier substrate (base substrate) 101 with a bump electrode (solder electrode) 30 interposed therebetween. A cap 102 is provided on the back surface (the surface on which no elements are formed) of the semiconductor integrated circuit device 1 via a solder brazing material 103. This is a semiconductor integrated circuit device 1
The heat can be effectively dissipated from the cover 102 to the cap 102. This semiconductor integrated circuit device 1 is made of resin
It is hermetically sealed by 104. The bump electrode 30
Is provided between an input / output terminal formed on the chip carrier substrate 101 and an external terminal (25C) of the semiconductor integrated circuit device 1, and is electrically connected to both. The input / output terminals of the chip carrier substrate 101 are
Are connected to the input / output pins 105 of the chip carrier substrate 101 through respective wirings and through holes.
次に、前記半導体集積回路装置(半導体ペレット)1
の具体的な構成について、第1図(要部断面図)を用い
て簡単に説明する。Next, the semiconductor integrated circuit device (semiconductor pellet) 1
The specific configuration will be briefly described with reference to FIG.
本発明の一実施例の半導体集積回路装置1は4層配線
構造で構成されている。The semiconductor integrated circuit device 1 according to one embodiment of the present invention has a four-layer wiring structure.
第1図に示すように、半導体集積回路装置1は単結晶
珪素からなるp-型半導体基板1Aを主体として構成されて
いる。このp-型半導体基板1Aの主面上にはn-型エピタキ
シャル層3が積層されている。前記p-型半導体基板1Aの
主面には活性領域(素子形成領域)が設けられている。
この活性領域には前記p-型半導体基板1Aとn-型エピタキ
シャル層3との間に埋込型のn+型半導体領域2が形成さ
れている。前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。素子分離領域
は主にp-型半導体基板1A、素子間分離絶縁膜(例えば酸
化珪素膜)4及びp+型半導体領域5で構成されている。As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated circuit device 1 is mainly composed of a p - type semiconductor substrate 1A made of single crystal silicon. An n − -type epitaxial layer 3 is stacked on the main surface of the p − -type semiconductor substrate 1A. An active region (element formation region) is provided on the main surface of the p − type semiconductor substrate 1A.
In this active region, a buried n + type semiconductor region 2 is formed between the p − type semiconductor substrate 1A and the n − type epitaxial layer 3. The active region is electrically separated from other surrounding active regions by an element isolation region. The element isolation region mainly includes a p − type semiconductor substrate 1A, an element isolation insulating film (for example, a silicon oxide film) 4 and a p + type semiconductor region 5.
前記活性領域にはバイポーラトランジスタが形成され
ている。この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型エミッタ領域の夫々を順次配
列した縦構造で構成されている。n型コレクタ領域はn-
型エピタキシャル層3、埋込型のn+型半導体領域2及び
コレクタ電位引上用n+型半導体領域6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7および真性ベース領域であるp型半導体領域
8で構成されている。n型エミッタ領域はn+型半導体領
域9で構成されている。A bipolar transistor is formed in the active region. This bipolar transistor has a vertical structure in which an n-type collector region, a p-type base region, and an n-type emitter region are sequentially arranged. n-type collector region is n -
The semiconductor device includes an epitaxial layer 3, a buried n + -type semiconductor region 2, and an n + -type semiconductor region 6 for raising a collector potential. The p-type base region includes a p + -type semiconductor region 7 that is a graft base region and a p-type semiconductor region 8 that is an intrinsic base region. The n-type emitter region is constituted by an n + -type semiconductor region 9.
前記コレクタ電位引上用n+型半導体領域6には、素子
間分離絶縁膜4に形成されたコレクタ開口4aを通してア
ルミニウム配線16aが接続されている。前記p+型半導体
領域7には素子間分離絶縁膜4に形成されたベース開口
4bを通してベース引出用電極11の一端が接続されてい
る。ベース引出用電極11の他端は絶縁膜13に形成された
接続孔14を通してアルミニウム配線16bが接続されてい
る。このベース引出用電極11はp型不純物(B)が導入
された多結晶珪素膜で形成されている。前記n+型半導体
領域9には素子間分離絶縁膜4に形成されたエミッタ開
口4cを通してエミッタ引出用電極12が接続されている。
エミッタ引出電極には絶縁膜13に形成された接続孔15を
通してアルミニウム配線16cと電気的に接続されてい
る。このエミッタ引出用電極12はn型不純物(As)が導
入された多結晶珪素膜で形成されている。前記アルミニ
ウム配線16a、16b、16cの夫々は第1層目の配線形成工
程で形成されている。アルミニウム配線16a〜16c及びこ
れ以外に説明するアルミニウム配線は、純アルミニウ
ム、又はSi若しくはCu或は両者が添加されたアルミニウ
ム合金で形成されている。Siはアロイスパイクを低減
し、Cuはマイグレーションを低減する作用がある。絶縁
膜10、13の夫々は酸化珪素膜で形成されている。An aluminum wiring 16 a is connected to the collector potential raising n + -type semiconductor region 6 through a collector opening 4 a formed in the element isolation insulating film 4. A base opening formed in the element isolation insulating film 4 is formed in the p + type semiconductor region 7.
One end of the base extraction electrode 11 is connected through 4b. The other end of the base extraction electrode 11 is connected to an aluminum wiring 16b through a connection hole 14 formed in the insulating film 13. The base extraction electrode 11 is formed of a polycrystalline silicon film into which a p-type impurity (B) has been introduced. An emitter extraction electrode 12 is connected to the n + type semiconductor region 9 through an emitter opening 4c formed in the element isolation insulating film 4.
The emitter extraction electrode is electrically connected to an aluminum wiring 16c through a connection hole 15 formed in the insulating film 13. The emitter extraction electrode 12 is formed of a polycrystalline silicon film into which an n-type impurity (As) has been introduced. Each of the aluminum wirings 16a, 16b, and 16c is formed in a first-layer wiring forming step. The aluminum wirings 16a to 16c and the aluminum wiring described other than this are made of pure aluminum or aluminum alloy to which Si or Cu or both are added. Si has the effect of reducing alloy spikes and Cu has the effect of reducing migration. Each of the insulating films 10 and 13 is formed of a silicon oxide film.
前記アルミニウム配線16a〜16cの夫々は層間絶縁膜17
で覆われている。この層間絶縁膜17上には第2層目の配
線形成工程で形成されるアルミニウム配線19が形成され
ている。アルミニウム配線19は前記層間絶縁膜17に形成
された接続孔18を通して第1層目のアルミニウム配線16
aと接続されている。この接続孔18は段面が階形状で形
成されており、前記アルミニウム配線19のステップカバ
レッジの向上を図っている。Each of the aluminum wirings 16a to 16c is an interlayer insulating film 17.
Covered with. On this interlayer insulating film 17, an aluminum wiring 19 formed in a second-layer wiring forming step is formed. The aluminum wiring 19 passes through a connection hole 18 formed in the interlayer insulating film 17 to form a first-layer aluminum wiring 16.
Connected to a. The connection hole 18 has a stepped surface formed in a floor shape to improve the step coverage of the aluminum wiring 19.
前記アルミニウム配線19は層間絶縁膜20で覆われてい
る。この層間絶縁膜20上には第3層目の配線形成工程で
形成されるアルミニウム配線22a、22b及び22cが形成さ
れている。アルミニウム配線22a前記層間絶縁膜20に形
成された接続孔21を通して第2層目のアルミニウム配線
19と接続されている。The aluminum wiring 19 is covered with an interlayer insulating film 20. On this interlayer insulating film 20, aluminum wirings 22a, 22b and 22c formed in the wiring forming step of the third layer are formed. Aluminum wiring 22a a second-layer aluminum wiring through connection hole 21 formed in interlayer insulating film 20;
Connected to 19.
前記アルミニウム配線22a〜22Cの夫々は層間絶縁膜23
で覆われている。この層間絶縁膜23上には第4層目の配
線形成工程で形成される配線25a、25b及び外部端子(ボ
ンディングパッド)25cが形成されている。第4層目の
配線は例えば銅(Cu)で形成されている。外部端子25c
は前記層間絶縁膜23に形成された接続孔24を通して第3
層目のアルミニウム配線22bと電気的に接続されてい
る。前記外部端子25cの表面は、前記接続孔24の段差に
より段差形状になるが、レーザ照射による表面のリフロ
ーで平坦化されている。Each of the aluminum wirings 22a to 22C is an interlayer insulating film 23.
Covered with. On this interlayer insulating film 23, wirings 25a and 25b and external terminals (bonding pads) 25c formed in the fourth-layer wiring forming step are formed. The wiring of the fourth layer is formed of, for example, copper (Cu). External terminal 25c
Represents a third through a connection hole 24 formed in the interlayer insulating film 23.
It is electrically connected to the aluminum wiring 22b of the layer. The surface of the external terminal 25c has a stepped shape due to the step of the connection hole 24, but is flattened by reflow of the surface by laser irradiation.
前記第4層目の配線形成工程で形成される配線25a、2
5b及び外部端子25c上にはスパッタ法で堆積した窒化珪
素膜26が形成されている。この窒化珪素膜26は、前記配
線25a、25b及び外部端子25cの耐湿性を向上すると共
に、それらを覆う最終保護膜27に形成されるボンディン
グ開口28形成時のエッチングのエッチングストッパとし
て使用される。Wirings 25a, 2 formed in the fourth-layer wiring forming step
A silicon nitride film 26 deposited by a sputtering method is formed on 5b and the external terminals 25c. The silicon nitride film 26 is used as an etching stopper for improving the moisture resistance of the wirings 25a and 25b and the external terminals 25c and for etching when forming the bonding openings 28 formed in the final protective film 27 covering them.
前記外部端子25cは、ボンディング開口28を通し、バ
リアメタル層29を介在させてバンプ電極30と電気的に接
続されている。このバリアメタル層29はバンプ電極30の
被着性を良くする。The external terminal 25c is electrically connected to the bump electrode 30 through the bonding opening 28 with the barrier metal layer 29 interposed therebetween. The barrier metal layer 29 improves the adhesion of the bump electrode 30.
次に、前記外部端子25cの形成後、この外部端子25cに
バリアメタル層29を介在させてバンプ電極30が形成され
るまでの形成方法について、第3図乃至第6図(各製造
工程毎に示す要部断面図)を用いて簡単に説明する。Next, after the external terminals 25c are formed, a method of forming the bump electrodes 30 with the barrier metal layer 29 interposed between the external terminals 25c will be described with reference to FIGS. This will be briefly described with reference to FIG.
まず、層間絶縁膜20上に形成された第3層目のアルミ
ニウム配線22bを覆う層間絶縁膜23を所定のマスクパタ
ーンによりエッチングして接続孔24を形成する。なお、
前記第3層目の配線22及びこれよりも下層の配線や素子
は、微細化を図る目的で、大半をドライエッチングで加
工する。First, a connection hole 24 is formed by etching the interlayer insulating film 23 covering the third-layer aluminum wiring 22b formed on the interlayer insulating film 20 using a predetermined mask pattern. In addition,
Most of the third-layer wirings 22 and wirings and elements under the third-layer wirings are processed by dry etching for the purpose of miniaturization.
次に、前記層間絶縁膜23上に例えば銅(Cu)をスパッ
タ法で堆積して導電膜25を形成する。この時、前記接続
孔24上の導電膜25の表面は接続孔24の段差で段差形状と
なり、第3図に示すようにオーバーハング形状31が形成
される。Next, a conductive film 25 is formed by depositing, for example, copper (Cu) on the interlayer insulating film 23 by a sputtering method. At this time, the surface of the conductive film 25 on the connection hole 24 has a stepped shape due to the step of the connection hole 24, and an overhang shape 31 is formed as shown in FIG.
次に、前記導線膜25の全面(又、外部端子25cとなる
領域のみも可能)にレーザー照射を行い、導電膜25をリ
フローする。レーザーは銅の表面でのレーザ光の吸収率
が高い例えばキセノン(Xe)−塩素(C1)系レーザを使
用する。このレーザーは308nmの単波長のレーザー光を
出力するので、約20ns間スポット照射にて導電膜25の表
面を照射することで、充分なリフローを行うことができ
る。前記銅はアルミニウムに比べてレーザー光の吸収性
が良く又レーザー光のエネルギーは銅の表面層に集中さ
せることができるので、導電膜25のみのリフローが可能
となり、下層の配線及び下層に配置されている素子に熱
の影響を与えない特徴がある。このリフローにより、前
記オーバーハング形状31は第4図に示すように緩和さ
れ、導電膜25の表面は平坦化される。Next, laser irradiation is performed on the entire surface of the conductive film 25 (and only the region that becomes the external terminal 25c), and the conductive film 25 is reflowed. As the laser, for example, a xenon (Xe) -chlorine (C1) laser having a high absorptivity of laser light on the surface of copper is used. Since this laser outputs laser light of a single wavelength of 308 nm, sufficient reflow can be performed by irradiating the surface of the conductive film 25 with spot irradiation for about 20 ns. The copper has good laser light absorption compared to aluminum, and the energy of the laser light can be concentrated on the surface layer of the copper, so that only the conductive film 25 can be reflowed, and the copper is disposed in the lower wiring and the lower layer. There is a characteristic that does not affect the effect on the element. By this reflow, the overhang shape 31 is relaxed as shown in FIG. 4, and the surface of the conductive film 25 is flattened.
次に、平坦化された導電膜25を所定のマスクパターン
によりウエットエッチングして外部端子25cを形成す
る。第4層目の配線層は、通常、電源配線層として使用
され、微細加工の必要性はないので、ウエットエッチン
グにて加工される。Next, the flattened conductive film 25 is wet-etched with a predetermined mask pattern to form external terminals 25c. The fourth wiring layer is usually used as a power supply wiring layer and does not require fine processing, and is therefore processed by wet etching.
次に、前記外部端子25c上及び露出している層間絶縁膜2
3上にスパッタ法で堆積する窒化珪素膜26、最終保護膜2
7の酸化珪素膜の夫々を第5図に示すように順次積層す
る。前記外部端子25c上に堆積された窒化珪素膜26は、
外部端子25cの表面が平坦化されているので、ステップ
カバレッジが向上されている。Next, the interlayer insulating film 2 exposed on the external terminals 25c and exposed
3 silicon nitride film 26 deposited by sputtering method, final protective film 2
Each of the silicon oxide films 7 is sequentially laminated as shown in FIG. The silicon nitride film 26 deposited on the external terminals 25c
Since the surface of the external terminal 25c is flattened, the step coverage is improved.
次に、前記最終保護膜27を所定のマスクパターンによ
りウエットエッチングでボンディング開口28を形成す
る。ウエットエッチングは、緩衝作用を有するHF:NH4F
系等、HF系エッチング液で行う。この時、前記窒化珪素
膜26はエッチングストッパ層として使用される。ウエッ
トエッチング後、水洗処理が行われる。この水洗処理
は、ボンディング開口28の内壁等にしみ込んだHF系エッ
チング液を希釈させ、HF系エッチング液の酸性度を強く
する。ところが、外部端子25cの表面がリフローで平坦
化され、この外部端子25cの表面上に被着不良のない窒
化珪素膜26が存在するので、外部端子25cはエッチング
されない。Next, a bonding opening 28 is formed in the final protective film 27 by wet etching using a predetermined mask pattern. HF: NH 4 F having a buffer action
This is performed using an HF-based etchant such as a system. At this time, the silicon nitride film 26 is used as an etching stopper layer. After the wet etching, a water washing process is performed. This washing process dilutes the HF-based etchant that has permeated the inner wall of the bonding opening 28 and the like, and increases the acidity of the HF-based etchant. However, the surface of the external terminal 25c is flattened by reflow, and the silicon nitride film 26 free from poor adhesion exists on the surface of the external terminal 25c, so that the external terminal 25c is not etched.
次に、前記ボンディング開口28が形成された最終保護
膜27をエッチングマスクとして、露出している窒化珪素
膜26をエッチングで除去する。Next, the exposed silicon nitride film 26 is removed by etching using the final protective film 27 in which the bonding openings 28 are formed as an etching mask.
次に、前記最終保護膜27上及び露出している外部端子
25c上にバリアメタル層29をスパッタ法で積層する。こ
のバリアメタル層29は、クロム(Cr)膜29a、銅(Cu)
膜29b、金(Au)膜29cの夫々を順次積層した構成になっ
ている。前記外部端子25c上のバリアメタル層29は外部
端子25cの表面が平坦化されているので、ステップカバ
レッジが向上し、被着不良がない。このバリアメタル層
29はエッチングにより加工する。Next, external terminals on the final protective film 27 and exposed
A barrier metal layer 29 is laminated on 25c by a sputtering method. The barrier metal layer 29 is made of a chromium (Cr) film 29a, copper (Cu)
The film 29b and the gold (Au) film 29c are sequentially laminated. Since the surface of the external terminal 25c of the barrier metal layer 29 on the external terminal 25c is flattened, the step coverage is improved and there is no poor attachment. This barrier metal layer
29 is processed by etching.
次に、リフトオフ法によりバリアメタル層29の表面上
に半田層を堆積し、バリアメタル層29の表面上以外の不
要な半田層をウエットバック法により除去する。この
後、前記半田層にリフローを施すことにより、第6図に
示すようにバンプ電極30が形成される。Next, a solder layer is deposited on the surface of the barrier metal layer 29 by a lift-off method, and unnecessary solder layers other than on the surface of the barrier metal layer 29 are removed by a wet back method. Thereafter, the bump layer 30 is formed by performing reflow on the solder layer as shown in FIG.
このように、CCB方式を採用する半導体集積回路装置
1の外部端子25cに銅を使用し、この外部端子25cの表面
をレーザー照射でリフローして平坦化することにより、
前記外部端子25c上に形成される窒化珪素膜26のステッ
プカバレッジが向上する。これにより、ボンディング開
口28を形成するエッチング液の希釈に基づく外部端子25
cのエッチングを防止し、外部端子25cの断線を防止でき
るので、電気的信頼性を向上することができる。また、
半導体集積回路装置1の製造上の歩留りを向上すること
ができる。As described above, copper is used for the external terminals 25c of the semiconductor integrated circuit device 1 employing the CCB method, and the surface of the external terminals 25c is reflowed by laser irradiation and flattened.
The step coverage of the silicon nitride film 26 formed on the external terminal 25c is improved. Thereby, the external terminals 25 based on the dilution of the etching solution for forming the bonding openings 28 are formed.
Since etching of c can be prevented and disconnection of the external terminal 25c can be prevented, electrical reliability can be improved. Also,
The production yield of the semiconductor integrated circuit device 1 can be improved.
また、前記外部端子25c上に形成されるバリアメタル
層29のステップカバレッジが向上する。これにより、バ
リアメタル層29とバンプ電極30とのボンダビリティを向
上し、ボイドの発生を低下することができるので、バン
プ電極30の電流経路を増加し、バンプ電極30の耐マイグ
レーション性を向上させ、電気的信頼性を向上すること
ができる。また、バンプ電極30の放熱経路の熱抵抗を低
減することができ、半導体集積回路装置1の回路動作で
発生する熱を外部に充分に放出できるので、前記回路特
性の変動を低減し、電気的信頼性を向上することができ
る。Further, the step coverage of the barrier metal layer 29 formed on the external terminal 25c is improved. As a result, the bondability between the barrier metal layer 29 and the bump electrode 30 can be improved, and the occurrence of voids can be reduced, so that the current path of the bump electrode 30 is increased and the migration resistance of the bump electrode 30 is improved. , Electrical reliability can be improved. Further, the thermal resistance of the heat radiation path of the bump electrode 30 can be reduced, and the heat generated by the circuit operation of the semiconductor integrated circuit device 1 can be sufficiently released to the outside, so that the fluctuation of the circuit characteristics can be reduced, Reliability can be improved.
また、第3層目の配線以下をアルミニウム膜又はアル
ミニウム合金膜で構成することにより、ドライエッチン
グで形成することができるので、微細化ができ、前記半
導体集積回路装置1の集積度を向上させることができ
る。Further, since the third and lower wirings can be formed by dry etching by being formed of an aluminum film or an aluminum alloy film, miniaturization can be achieved and the degree of integration of the semiconductor integrated circuit device 1 can be improved. Can be.
また、第4層目の配線に低抵抗材料である銅を使用す
ることにより、第4層目の配線の膜厚を薄く形成するこ
とができるので、最終保護膜27を平坦化する製造工程数
を低減することができる。Further, by using copper, which is a low-resistance material, for the fourth-layer wiring, the thickness of the fourth-layer wiring can be reduced, so that the number of manufacturing steps for flattening the final protective film 27 is reduced. Can be reduced.
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例
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に
おいて種々変更可能であることは勿論である。As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Of course.
例えば、本発明は、2層配線又は3層配線の配線層で
構成されるCCB方式を採用する半導体集積回路装置に適
用することができる。For example, the present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit device adopting the CCB method configured by a wiring layer of two-layer wiring or three-layer wiring.
また、本発明は、最上層配線に銅に変えて金(Au)を使
用してもよい。In the present invention, gold (Au) may be used instead of copper for the uppermost layer wiring.
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。The effects obtained by the representative inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
CCB方式を採用する多層配線構造の半導体集積回路装
置において、電気的信頼性を向上すると共に、集積度を
向上する。In a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure employing a CCB method, electrical reliability is improved and the degree of integration is improved.
また、前記半導体集積回路装置の製造工程数を低減す
ることができる。Further, the number of manufacturing steps of the semiconductor integrated circuit device can be reduced.
第1図は、本発明の一実施例であるCCB方式を採用する
半導体集積回路装置の要部断面図、 第2図は、前記半導体集積回路装置を搭載した半導体装
置の断面図、 第3図乃至第6図は、前記半導体集積回路装置の形成方
法を各工程毎に示す要部断面図である。 図中、1…半導体集積回路装置、22a,22b,22c…第3層
目のアルミニウム配線、25a,25b,…第4層目の配線、25
c…外部端子、26…窒化珪素膜、29…バリアメタル層、3
0…バンプ電極である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor integrated circuit device adopting the CCB method according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device mounted with the semiconductor integrated circuit device. FIG. 6 to FIG. 6 are cross-sectional views of main parts showing a method of forming the semiconductor integrated circuit device in each step. In the drawing, 1 ... semiconductor integrated circuit device, 22a, 22b, 22c ... a third-layer aluminum wiring, 25a, 25b, ... a fourth-layer wiring, 25
c: external terminal, 26: silicon nitride film, 29: barrier metal layer, 3
0 ... Bump electrodes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/768 H01L 21/60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/768 H01L 21/60
Claims (3)
記層間絶縁膜下の配線と層間絶縁膜上の外部端子とを電
気的に接続し、前記外部端子上を覆う最終保護膜に形成
されたボンディング開口を通じて前記外部端子上にスパ
ッタ法で堆積したバリアメタル層、半田電極層の夫々を
順次積層する半導体集積回路装置において、前記層間絶
縁膜下の配線をアルミニウム膜又はアルミニウム合金膜
で構成し、前記層間絶縁膜上の外部端子を表面にリフロ
ーが施された銅又は金で構成したことを特徴とする半導
体集積回路装置。A first protective film that electrically connects a wiring under the interlayer insulating film and an external terminal on the interlayer insulating film through a connection hole formed in the interlayer insulating film and covers the external terminal; In a semiconductor integrated circuit device in which a barrier metal layer and a solder electrode layer each deposited by sputtering on the external terminal through the bonding opening are sequentially laminated, the wiring under the interlayer insulating film is made of an aluminum film or an aluminum alloy film. A semiconductor integrated circuit device, wherein the external terminals on the interlayer insulating film are made of copper or gold having a reflowed surface.
射で行われたことを特徴とする請求項1に記載の半導体
集積回路装置。2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the reflow of the surface of the external terminal is performed by laser irradiation.
タ法で堆積した窒化珪素膜が構成されたことを特徴とす
る請求項1又は請求項2に記載の半導体集積回路装置。3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a silicon nitride film deposited by a sputtering method is formed between the external terminal and the final protective film.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1279693A JP2886909B2 (en) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP1279693A JP2886909B2 (en) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH03142834A JPH03142834A (en) | 1991-06-18 |
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