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JP5589907B2 - Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing electronic device - Google Patents
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Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing electronic device Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置、電子デバイス及び電子デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, an electronic device, and an electronic device manufacturing method.

半導体装置同士を電気的に接続したり、半導体装置を回路基板上に実装したりするため、互いに向き合って配置されるパッド、バンプ等を接合させている。   In order to electrically connect semiconductor devices or to mount a semiconductor device on a circuit board, pads, bumps, and the like that are arranged to face each other are bonded.

基板上の金バンプをチップ上の接合パッドに接合するために、チップ側の接合パッドの上に中間部材を重ねて形成する構造が知られている。その中間部材は、内面にテーパ状段差を有し、中央に貫通孔を有するガラス基材等から形成されている。   In order to bond the gold bump on the substrate to the bonding pad on the chip, a structure is known in which an intermediate member is formed on the bonding pad on the chip side. The intermediate member is formed of a glass substrate or the like having a tapered step on the inner surface and a through hole in the center.

そのような構造では、基板上の金バンプをチップ上の中間部材の貫通孔に通して接合パッドに接触させ、さらに重荷と熱をかけている。これにより、金バンプと接合パッドが接合され、さらに中間部材内に金バンプが広がるので、接合された金バンプと接合パッドの水平方向の荷重による位置変異が中間部材により防止される。   In such a structure, the gold bumps on the substrate are passed through the through holes of the intermediate member on the chip and brought into contact with the bonding pads, and further, a heavy load and heat are applied. As a result, the gold bump and the bonding pad are bonded, and the gold bump spreads in the intermediate member. Therefore, the intermediate member is prevented from being displaced due to the horizontal load of the bonded gold bump and bonding pad.

特開2009−184070号公報JP 2009-184070 A

上記のような中間部材を有するチップ構造によれば、基板上の金バンプがチップ上の中間部材の貫通孔から僅かにでも外れると、金バンプが中間部材を押圧して破損させるおそれがある。従って、金バンプと中間部材は高い精度の位置合わせが要求される。   According to the chip structure having the intermediate member as described above, if the gold bump on the substrate is slightly removed from the through hole of the intermediate member on the chip, the gold bump may press the intermediate member to be damaged. Therefore, the gold bump and the intermediate member are required to be aligned with high accuracy.

また、金バンプの体積が大きい場合には、溶融した金バンプが中間部材の貫通孔から溢れて横に流れるおそれがある。従って、金バンプの体積を高い精度で形成する必要がある。   Further, when the volume of the gold bump is large, the molten gold bump may overflow from the through hole of the intermediate member and flow laterally. Therefore, it is necessary to form the gold bump volume with high accuracy.

さらに、接合パッドとバンプの接続のためには加熱処理が必要となるので、その加熱温度が高い場合にはチップ内に形成される半導体素子や配線に損傷を与えるおそれがある。   Furthermore, since heat treatment is required to connect the bonding pads and the bumps, there is a risk of damaging the semiconductor elements and wirings formed in the chip when the heating temperature is high.

本発明の目的は、対向するバンプ、パッド等を良好に接続し、接続部分の水平強度を高めることができる半導体装置、電子デバイス及び電子デバイスの製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device, an electronic device, and a method for manufacturing the electronic device, which can satisfactorily connect opposing bumps, pads, and the like and increase the horizontal strength of the connection portion.

1つの観点によれば、半導体基板の上方に形成され第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜内に形成され導電パターンと、前記第1絶縁膜上に形成され第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜内に形成され、前記導電パターンに接続るビアプラグと、前記ビアプラグの上に形成され、前記ビアプラグに接続し、開口部を有する電極パッドと、前記電極パッドの下の前記第2絶縁膜内で前記ビアプラグの周辺に形成され内部空間と、を有する半導体装置が提供される。
別の観点によれば、第1基板の上方に形成され第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜内に形成され導電パターンと、前記第1絶縁膜上に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜に形成され、前記導電パターンに接続するビアプラグと、前記ビアプラグの上に形成され、前記ビアプラグに接続し、開口部を有する電極パッドと、前記電極パッドの下の前記第2絶縁膜内で前記ビアプラグの周辺に形成された内部空間と、第2基板の上方と下方のいずれかに形成され、前記電極パッドの上面と前記開口部内に接合る突起状電極と、を有する電子デバイスが提供される。
さらに別の観点によれば、第第1基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜に導電パターンを形成する工程と、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜に、前記導電パターンに接続するビアプラグと、前記ビアプラグに接続し、開口部を有する電極パッドを形成する工程と、前記ビアプラグ及び前記電極パッドを形成する工程の後に、前記電極パッドの下の前記第2絶縁膜を除去して前記ビアプラグの周辺に内部空間を形成する工程と、前記電極パッドを、第2基板の上方と下方のいずれかに形成された突起状電極に対向させる工程と、前記第1基板と前記第2基板を互いに近づく方向に押圧し、前記突起状電極を前記電極パッドに接合させる工程と、を有する電子デバイスの製造方法が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解される。
According to one aspect, a first insulating film formed over a semiconductor substrate, a conductive pattern formed in the first insulating film, a second insulating film formed on the first insulating film, , is formed on the second insulating lining, and a via plug that connects to the conductive pattern, formed on the via plug, connected to the via plug, and an electrode pad having an opening, the lower of the electrode pad There is provided a semiconductor device having an internal space formed around the via plug in a second insulating film.
According to another aspect, a first insulating film formed above the first substrate, a conductive pattern formed in the first insulating film, and a second insulating film formed on the first insulating film A via plug formed in the second insulating film and connected to the conductive pattern; an electrode pad formed on the via plug and connected to the via plug and having an opening; and the first electrode under the electrode pad. 2 and the inner space formed in the periphery of the via plug in the insulating film, is formed on one of upper and lower second substrate, and a protruding electrode that be joined to the upper surface and in the opening of the electrode pad An electronic device is provided.
According to another aspect, a step of forming a first insulating film on the first substrate, a step of forming a conductive pattern on the first insulating film, and a second insulating film on the first insulating film Forming a via plug connected to the conductive pattern on the second insulating film; forming an electrode pad connected to the via plug and having an opening; and forming the via plug and the electrode pad. A step of removing the second insulating film under the electrode pad to form an internal space around the via plug ; and a protrusion formed on the electrode substrate on the upper or lower side of the second substrate. There is provided a method of manufacturing an electronic device comprising: a step of facing an electrode-like electrode; and a step of pressing the first substrate and the second substrate toward each other to join the protruding electrode to the electrode pad. .
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims. It is understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention.

電極パッドに開口部を形成しているので、電極パッドに別の素子の突起状電極を押圧して接続すると、電極パッドの上面と開口部内に突起状電極を接合することができる。このため、電極パッドと突起状電極にズレが生じても、開口部内に突起状電極がめり込むことに変わりがないので、接続部分の水平強度を高く保持できる。しかも、突起状電極を開口部内に入り込ませることにより、突起状電極が横方向に溢れることを防止することができる。   Since the opening is formed in the electrode pad, when the protruding electrode of another element is pressed and connected to the electrode pad, the protruding electrode can be bonded to the upper surface of the electrode pad and the opening. For this reason, even if the electrode pad and the protruding electrode are misaligned, the protruding electrode remains in the opening, so that the horizontal strength of the connecting portion can be kept high. In addition, it is possible to prevent the protruding electrode from overflowing in the lateral direction by allowing the protruding electrode to enter the opening.

図1は、第1実施形態に係る電子デバイスを形成するための第1、第2の半導体装置の接続前の状態の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a state before connection of first and second semiconductor devices for forming an electronic device according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の電極パッドの一例を示す斜視断面図である。FIG. 2 is a perspective sectional view showing an example of an electrode pad of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態に係る電子デバイスの一例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the electronic device according to the first embodiment. 図4(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第1の平面図及び断面図である。4A and 4B are a first plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図5(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第2の平面図及び断面図である。FIGS. 5A and 5B are a second plan view and a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図6(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第3の平面図及び断面図である。6A and 6B are a third plan view and a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図7(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第4の平面図及び断面図である。7A and 7B are a fourth plan view and a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図8(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第5の平面図及び断面図である。8A and 8B are a fifth plan view and a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図9(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第6の平面図及び断面図である。9A and 9B are a sixth plan view and a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図10(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第7の平面図及び断面図である。FIGS. 10A and 10B are a seventh plan view and a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図11(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第8の平面図及び断面図である。11A and 11B are an eighth plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図12(a)、(b)は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1の半導体装置の製造工程の一例を示す第9の平面図及び断面図である。12A and 12B are a ninth plan view and a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the first semiconductor device included in the electronic device according to the first embodiment. 図13は、第2実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1、第2の半導体装置の接続前の状態の一例を示す断面である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a state before connection of the first and second semiconductor devices included in the electronic device according to the second embodiment. 図14は、第2実施形態に係る電子デバイスの一例を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an example of an electronic device according to the second embodiment. 図15は、第3実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1、第2の半導体装置の接続前の状態の一例示す断面である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a state before connection of the first and second semiconductor devices included in the electronic device according to the third embodiment. 図16は、第3実施形態に係る電子デバイスの一例を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating an example of an electronic device according to the third embodiment. 図17(a)、(b)は、第4実施形態に係る電子デバイスに含まれる半導体装置の一例を示す断面図である。17A and 17B are cross-sectional views illustrating an example of a semiconductor device included in the electronic device according to the fourth embodiment. 図18は、第5実施形態に係る電子デバイスに含まれる半導体装置の一例を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device included in an electronic device according to the fifth embodiment.

以下に、図面を参照して好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。   Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.

(第1の実施の形態)
図1は、第1実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1、第2の半導体装置を互いに接続する前の状態の一例を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a state before the first and second semiconductor devices included in the electronic device according to the first embodiment are connected to each other.

第1の半導体装置1は半導体基板、例えばシリコン基板2を有し、シリコン基板2の表面にはPウエル4を囲む素子分離絶縁層3が形成されている。また、Pウエル4内とその上の領域にはn型MOSトランジスタ5が形成されている。   The first semiconductor device 1 has a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate 2, and an element isolation insulating layer 3 surrounding the P well 4 is formed on the surface of the silicon substrate 2. An n-type MOS transistor 5 is formed in the P well 4 and in the region above it.

n型MOSトランジスタ5は、Pウエル4上にゲート絶縁膜5aを介して形成されるゲート電極5gと、ゲート電極5gの両側領域のシリコン基板2内に形成されたn型ソース/ドレイン領域5s、5dとを有している。また、n型ソース/ドレイン領域5s、5dのうちゲート電極5g寄りの領域にはn型エクステンション領域5e、5fが形成されている。ゲート電極5gの側壁には絶縁性サイドウォール6が形成されている。   The n-type MOS transistor 5 includes a gate electrode 5g formed on the P-well 4 via a gate insulating film 5a, n-type source / drain regions 5s formed in the silicon substrate 2 on both sides of the gate electrode 5g, 5d. In addition, n-type extension regions 5e and 5f are formed in regions near the gate electrode 5g among the n-type source / drain regions 5s and 5d. An insulating side wall 6 is formed on the side wall of the gate electrode 5g.

図1においては、n型MOSトランジスタ5が1つ例示されているが、複数形成されてもよい。また、シリコン基板2には、p型MOSトランジスタ(不図示)、その他の素子が併せて形成されてもよい。   Although one n-type MOS transistor 5 is illustrated in FIG. 1, a plurality of n-type MOS transistors 5 may be formed. Further, a p-type MOS transistor (not shown) and other elements may be formed on the silicon substrate 2 together.

n型MOSトランジスタ5、素子分離絶縁層3及びシリコン基板2の上には、第1層間絶縁膜7が形成されている。また、第1層間絶縁膜7内には、n型MOSトランジスタ5のソース/ドレイン領域5s、5dのそれぞれに接続される第1、第2のコンタクトプラグ8、9が形成されている。   A first interlayer insulating film 7 is formed on the n-type MOS transistor 5, the element isolation insulating layer 3, and the silicon substrate 2. Further, in the first interlayer insulating film 7, first and second contact plugs 8 and 9 connected to the source / drain regions 5 s and 5 d of the n-type MOS transistor 5 are formed.

第1の層間絶縁膜7の上には、第2層間絶縁膜11が形成されている。第2層間絶縁膜11内には、第1、第2のコンタクトプラグ8、9のそれぞれに個別に接続される第1、第2の配線12、13が形成されている。第1、第2の配線12、13はダマシン構造を有している。   A second interlayer insulating film 11 is formed on the first interlayer insulating film 7. In the second interlayer insulating film 11, first and second wirings 12 and 13 that are individually connected to the first and second contact plugs 8 and 9 are formed. The first and second wirings 12 and 13 have a damascene structure.

第1、第2の配線12、13及び第2層間絶縁膜11の上には、第1の金属バリア絶縁膜14、第3層間絶縁膜15が順に形成されている。第3層間絶縁膜15内の下部には、第1の金属バリア絶縁膜14を貫通して第1、第2の配線12、13に個別に接続される第1、第2のビアプラグ16、17が形成されている。さらに、第3層間絶縁膜15内の上部には第1、第2のビアプラグ16、17のそれぞれに個別に接続される第3、第4の配線18、19が形成されている。第4の配線19である導電パターンには、後述の電極パッド25が形成される領域に重なる領域が広く形成されている。   A first metal barrier insulating film 14 and a third interlayer insulating film 15 are sequentially formed on the first and second wirings 12 and 13 and the second interlayer insulating film 11. In the lower part of the third interlayer insulating film 15, first and second via plugs 16, 17 that penetrate the first metal barrier insulating film 14 and are individually connected to the first and second wirings 12, 13. Is formed. Further, third and fourth wirings 18 and 19 connected individually to the first and second via plugs 16 and 17 are formed in the upper portion of the third interlayer insulating film 15. The conductive pattern which is the fourth wiring 19 has a wide area overlapping with an area where an electrode pad 25 described later is formed.

第1のビアプラグ16と第3の配線18は一体的に形成されるデュアルダマシン構造を有している。同様に、第2のビアプラグ17と第4の配線19もデュアルダマシン構造を有している。   The first via plug 16 and the third wiring 18 have a dual damascene structure formed integrally. Similarly, the second via plug 17 and the fourth wiring 19 also have a dual damascene structure.

第3、第4の配線18、19及び第3層間絶縁膜15の上には、第2の金属バリア絶縁膜20と第4層間絶縁膜21が順に形成されている。第4層間絶縁膜21内の下部には、第2の金属バリア絶縁膜20を貫通して第3の配線18に達する第3のビアプラグ22が形成されている。さらに、第4層間絶縁膜21内の上部には、第3のビアプラグ22に繋
がる第5の配線23が形成されている。第3のビアプラグ22と第5の配線23はデュアルダマシン構造を有している。
A second metal barrier insulating film 20 and a fourth interlayer insulating film 21 are sequentially formed on the third and fourth wirings 18 and 19 and the third interlayer insulating film 15. A third via plug 22 that penetrates through the second metal barrier insulating film 20 and reaches the third wiring 18 is formed in the lower portion of the fourth interlayer insulating film 21. Furthermore, a fifth wiring 23 connected to the third via plug 22 is formed in the upper part of the fourth interlayer insulating film 21. The third via plug 22 and the fifth wiring 23 have a dual damascene structure.

さらに、第4層間絶縁膜21内の下部には、第2の金属バリア絶縁層20を貫通して第4の配線19に達する複数の第4のビアプラグ24が形成されている。第4のビアプラグ24は少なくとも1つであってもよい。また、第4層間絶縁膜21内の上部には、第4のビアプラグ24に接続される金属製の電極パッド25が形成されている。第4のビアプラグ24及び電極パッド25は一体的に形成されるデュアルダマシン構造を有している。   Furthermore, a plurality of fourth via plugs 24 that penetrate the second metal barrier insulating layer 20 and reach the fourth wiring 19 are formed in the lower portion of the fourth interlayer insulating film 21. There may be at least one fourth via plug 24. A metal electrode pad 25 connected to the fourth via plug 24 is formed in the upper part of the fourth interlayer insulating film 21. The fourth via plug 24 and the electrode pad 25 have a dual damascene structure formed integrally.

電極パッド25において、図2に例示するように、第4のビアプラグ24の周囲にはマトリクス状の複数の開口部25aが上下方向に貫通して形成されている。さらに、電極パッド25の下であって第4のビアプラグ24の周囲には、電極パッド25の開口25aに繋がる格子状の内部空間21aが形成されている。電極パッド25及び第4のビアプラグ24の形成方法については後述する。なお、開口部25aは1つ形成されてもよい。   In the electrode pad 25, as illustrated in FIG. 2, a plurality of matrix-shaped openings 25 a are formed around the fourth via plug 24 so as to penetrate in the vertical direction. Further, a lattice-like internal space 21 a connected to the opening 25 a of the electrode pad 25 is formed below the electrode pad 25 and around the fourth via plug 24. A method for forming the electrode pad 25 and the fourth via plug 24 will be described later. One opening 25a may be formed.

次に、第2の半導体装置31について説明する。
第2の半導体装置31は半導体基板、例えばシリコン基板32を有している。シリコン基板32内には、シリコン基板32の表面に形成される素子分離絶縁層33、例えばシリコン酸化層に囲まれるPウエル34が形成されている。また、Pウエル34内とその上の領域にはn型MOSトランジスタ35が形成されている。
Next, the second semiconductor device 31 will be described.
The second semiconductor device 31 has a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate 32. In the silicon substrate 32, an element isolation insulating layer 33 formed on the surface of the silicon substrate 32, for example, a P well 34 surrounded by a silicon oxide layer is formed. An n-type MOS transistor 35 is formed in the P well 34 and in the region above it.

n型MOSトランジスタ35は、Pウエル34上にゲート絶縁膜35aを介して形成されるゲート電極35gを有し、ゲート電極35gは、ゲート絶縁膜35a上に形成されたポリシリコン膜をパターニングすることにより形成成される。
The n-type MOS transistor 35 has a gate electrode 35g formed on the P well 34 via a gate insulating film 35a. The gate electrode 35g is formed by patterning a polysilicon film formed on the gate insulating film 35a. Formed by.

Pウエル34内には、ゲート電極35gをマスクに使用する不純物イオン注入によりn型エクステンション領域35e、35fが形成されている。さらに、ゲート電極35gの側壁には絶縁性サイドウォール36が形成されている。また、ゲート電極35g、サイドウォール36をマスクに使用するイオン注入により、Pウエル34内にはn型ソース/ドレイン領域35s、35dが形成されている。   In the P well 34, n-type extension regions 35e and 35f are formed by impurity ion implantation using the gate electrode 35g as a mask. Furthermore, an insulating sidewall 36 is formed on the side wall of the gate electrode 35g. Further, n-type source / drain regions 35 s and 35 d are formed in the P well 34 by ion implantation using the gate electrode 35 g and the sidewall 36 as a mask.

図1に例示する第2の半導体装置31おいては、n型MOSトランジスタ35が1つ例示されているが、複数形成されてもよい。また、シリコン基板32には、p型MOSトランジスタ(不図示)、その他の素子が形成されてもよい。   In the second semiconductor device 31 illustrated in FIG. 1, one n-type MOS transistor 35 is illustrated, but a plurality of n-type MOS transistors 35 may be formed. Further, a p-type MOS transistor (not shown) and other elements may be formed on the silicon substrate 32.

n型MOSトランジスタ35及びシリコン基板32の上には、第1層間絶縁膜37として例えばシリコン酸化膜が気相成長(CVD)法により形成されている。また、第1層間絶縁膜37内には、n型MOSトランジスタ35のn型ソース/ドレイン領域35s、35dのそれぞれに達する第1、第2のコンタクトプラグ38、39が形成されている。   On the n-type MOS transistor 35 and the silicon substrate 32, for example, a silicon oxide film is formed as a first interlayer insulating film 37 by a vapor deposition (CVD) method. In the first interlayer insulating film 37, first and second contact plugs 38 and 39 reaching the n-type source / drain regions 35s and 35d of the n-type MOS transistor 35 are formed.

第1の層間絶縁膜37の上には、第2層間絶縁膜41として例えばシリコン酸化膜がCVD法により形成されている。第2層間絶縁膜41の中には、第1、第2のコンタクトプラグ38、39のそれぞれに個別に接続される第1、第2の配線42、43が形成されている。第1、第2の配線42、43のそれぞれは、チタン、タンタルの積層構造を有するバリア層とその上に形成される銅の主導体膜を有するダマシン構造に形成されている。   On the first interlayer insulating film 37, for example, a silicon oxide film is formed as the second interlayer insulating film 41 by the CVD method. In the second interlayer insulating film 41, first and second wirings 42 and 43 that are individually connected to the first and second contact plugs 38 and 39 are formed. Each of the first and second wirings 42 and 43 is formed in a damascene structure having a barrier layer having a laminated structure of titanium and tantalum and a copper main conductor film formed thereon.

第1、第2の配線42、43と第2層間絶縁膜41の上には、第1の金属バリア絶縁膜44と第3層間絶縁膜45が順に形成されている。第1の金属バリア絶縁膜44として、例えばシリコン窒化膜がCVD法により形成され、第3層間絶縁膜45として例えばシリコン酸化膜がCVD法により形成されている。   A first metal barrier insulating film 44 and a third interlayer insulating film 45 are sequentially formed on the first and second wirings 42 and 43 and the second interlayer insulating film 41. As the first metal barrier insulating film 44, for example, a silicon nitride film is formed by the CVD method, and as the third interlayer insulating film 45, for example, a silicon oxide film is formed by the CVD method.

第3層間絶縁膜45内の下部には、第1の金属拡散防止絶縁膜44を貫通して第1、第2の配線42、43のそれぞれに接続される第1、第2のビアホールが形成されている。さらに、第3層間絶縁膜45内の上部には、第1、第2のビアホールに個別に重なる第3、第4の配線溝が形成されている。   In the lower part of the third interlayer insulating film 45, first and second via holes are formed through the first metal diffusion preventing insulating film 44 and connected to the first and second wirings 42 and 43, respectively. Has been. Furthermore, third and fourth wiring trenches that individually overlap the first and second via holes are formed in the upper portion of the third interlayer insulating film 45.

第1のビアホール内と第3の配線溝内にはそれぞれ第1のビアプラグ46と第3の配線48が形成されている。第1のビアプラグ46及び第3の配線48は、バリアメタル層と主導体層を有するデュアルダマシン構造に形成されている。同様に、第2のビアホール内と第4の配線溝内にはそれぞれ第2のビアプラグ47と第4の配線49が形成され、第2のビアプラグ47及び第4の配線49はデュアルダマシン構造を有している。この場合、バリアメタル層としてチタンとタンタルの積層構造が形成され、主導体層として例えば銅層が形成される。   A first via plug 46 and a third wiring 48 are formed in the first via hole and the third wiring groove, respectively. The first via plug 46 and the third wiring 48 are formed in a dual damascene structure having a barrier metal layer and a main conductor layer. Similarly, a second via plug 47 and a fourth wiring 49 are formed in the second via hole and the fourth wiring groove, respectively. The second via plug 47 and the fourth wiring 49 have a dual damascene structure. doing. In this case, a laminated structure of titanium and tantalum is formed as the barrier metal layer, and a copper layer, for example, is formed as the main conductor layer.

第3、第4の配線48、49及び第3層間絶縁膜45の上には第2の金属バリア絶縁膜50と第4層間絶縁膜51が順に形成されている。第2の金属バリア絶縁膜50として、例えばシリコン窒化膜がCVD法により形成され、第3層間絶縁膜45として例えばシリコン酸化膜がCVD法により形成されている。   A second metal barrier insulating film 50 and a fourth interlayer insulating film 51 are sequentially formed on the third and fourth wirings 48 and 49 and the third interlayer insulating film 45. As the second metal barrier insulating film 50, for example, a silicon nitride film is formed by the CVD method, and as the third interlayer insulating film 45, for example, a silicon oxide film is formed by the CVD method.

第4層間絶縁膜51内の下部には、第2の金属拡散防止絶縁膜50を貫通して第3、第4の配線48、49のそれぞれに個別に達する第3、第4のビアホールが形成されている。さらに、第4層間絶縁膜51内の上部には、第3、第4のビアホールのそれぞれに繋がる第5、第6の配線溝が形成されている。第3、第4のビアホールのそれぞれの中には第3、第4のビアプラグ52、53が形成され、さらに、第5、第6の配線溝のそれぞれの中には第5、第6の配線54、55が形成されている。
第5、第6の配線54、55及び第4層間絶縁膜51の上には、カバー絶縁膜56として例えばシリコン窒化膜がCVD法により形成されている。
In the lower part of the fourth interlayer insulating film 51, third and fourth via holes that penetrate the second metal diffusion preventing insulating film 50 and reach the third and fourth wirings 48 and 49 individually are formed. Has been. Furthermore, fifth and sixth wiring trenches connected to the third and fourth via holes are formed in the upper portion of the fourth interlayer insulating film 51. Third and fourth via plugs 52 and 53 are formed in the third and fourth via holes, respectively, and fifth and sixth wirings are formed in the fifth and sixth wiring grooves, respectively. 54 and 55 are formed.
For example, a silicon nitride film is formed as a cover insulating film 56 on the fifth and sixth wirings 54 and 55 and the fourth interlayer insulating film 51 by a CVD method.

いに接続される第3のビアプラグ52及び第5の配線54と、互いに接続される第4のビアプラグ53と第6の配線55は、それぞれデュアルダマシン構造を有している。デュアルダマシン構造のバリアメタル層としてチタンとタンタルの積層構造が形成され、主導体層として例えば銅層が形成される。
A third via plug 52 and the fifth wiring 54 connected to each other physician, the fourth via plugs 53 and the sixth wiring 55 which are connected to one another each have a dual damascene structure. A laminated structure of titanium and tantalum is formed as the barrier metal layer of the dual damascene structure, and a copper layer, for example, is formed as the main conductor layer.

シリコン基板32内であって第2の配線43の下方には基板側ビアホール32aが形成されている。また、第1層間絶縁膜37内には基板側ビアホール32aに繋がる一層目のビアホール37aが形成されている。基板側ビアホール32a及び一層目のビアホール37aの内周面には金属拡散防止用の絶縁保護膜57、例えばシリコン窒化膜が形成されている。   A substrate-side via hole 32 a is formed in the silicon substrate 32 and below the second wiring 43. In the first interlayer insulating film 37, a first-layer via hole 37a connected to the substrate-side via hole 32a is formed. An insulating protective film 57 for preventing metal diffusion, such as a silicon nitride film, is formed on the inner peripheral surfaces of the substrate-side via hole 32a and the first-layer via hole 37a.

基板側ビアホール32aは、例えばドライエッチング、ウェットエッチング、レーザドリルリング等を利用して形成される。また、一層目のビアホール37aは、例えば保護絶縁膜57を形成した後に、基板側ホール32aを通して第1層間絶縁膜37をエッチングすることにより形成される。
The substrate-side via hole 32a is formed using, for example, dry etching, wet etching, laser drilling, or the like. The first via hole 37a is formed, for example, by forming the protective insulating film 57 and then etching the first interlayer insulating film 37 through the substrate side hole 32a.

さらに、基板側ビアホール32a及び一層目のビアホール37a内には、絶縁保護膜57に囲まれる突起状電極58が第2の配線43の下面からシリコン基板32の下方に突出して形成されている。突起状電極58は、例えば、直径が約5μm以上に形成され、シリコン基板32の下面から例えば約1μmの量で突出されている。
Further, in the substrate-side via hole 32 a and the first- layer via hole 37 a, a protruding electrode 58 surrounded by the insulating protective film 57 is formed so as to protrude below the silicon substrate 32 from the lower surface of the second wiring 43. The protruding electrode 58 has a diameter of, for example, about 5 μm or more and protrudes from the lower surface of the silicon substrate 32 in an amount of, for example, about 1 μm.

以上のような構造を有する第1の半導体装置1と第2の半導体装置31は次の方法によ
り接続される。
The first semiconductor device 1 and the second semiconductor device 31 having the above structure are connected by the following method.

まず、第1の半導体装置1の上面の全体にスペーサ絶縁膜28として例えばエポキシ、ポリイミド等の有機樹脂を例えば約200nmの厚さに塗布する。これにより、第1の半導体装置1と第2の半導体装置31の間に空孔が発生することが防止される。この場合、スペーサ絶縁膜28のうち電極パッド25の上に開口を形成する。   First, an organic resin such as epoxy or polyimide is applied to the entire upper surface of the first semiconductor device 1 to a thickness of, for example, about 200 nm as the spacer insulating film 28. As a result, the generation of voids between the first semiconductor device 1 and the second semiconductor device 31 is prevented. In this case, an opening is formed on the electrode pad 25 in the spacer insulating film 28.

続いて、突起状電極58を電極パッド25の直上に配置した状態で、第1の半導体装置1の上面と第2の半導体装置31の下面を対向させる。さらに、第1の半導体装置1と第2の半導体装置31を近づけて荷重を加えると、図3に例示するように、突起状電極58がスペーサ絶縁膜28を貫通し、続いて図2に例示する電極パッド25に接続し、さらに開口25a内にめり込む。これにより、突起状電極58と電極パッド25は、電極パッド25の面方向と厚さ方向に接合する。この場合、加熱の処理をせずに良好な接続が得られる。なお、加熱処理してもよい。   Subsequently, the upper surface of the first semiconductor device 1 and the lower surface of the second semiconductor device 31 are made to face each other in a state where the protruding electrode 58 is disposed immediately above the electrode pad 25. Further, when a load is applied by bringing the first semiconductor device 1 and the second semiconductor device 31 close to each other, as illustrated in FIG. 3, the protruding electrode 58 penetrates the spacer insulating film 28, and subsequently illustrated in FIG. It is connected to the electrode pad 25 to be cut and further recessed into the opening 25a. Thereby, the protruding electrode 58 and the electrode pad 25 are joined in the surface direction and the thickness direction of the electrode pad 25. In this case, a good connection can be obtained without heating treatment. Note that heat treatment may be performed.

また、突起状電極58を電極パッド25に接合する際に、少なくとも突起状電極58は変形して電極パッド25の開口部25a内に入り込む。さらに、余分な荷重がかかって、突起状電極58が開口部25aの下から内部空間21a内にはみ出させることができるので、電極パッド25の上面での横方向への広がりやはみ出しを抑制することができる。従って、突起状電極58の体積の誤差を開口部25a、内部空間21aによって吸収することができる。   Further, when the protruding electrode 58 is bonded to the electrode pad 25, at least the protruding electrode 58 is deformed and enters the opening 25 a of the electrode pad 25. Furthermore, since an excessive load is applied, the protruding electrode 58 can be protruded into the internal space 21a from below the opening 25a, so that it is possible to suppress lateral expansion and protrusion on the upper surface of the electrode pad 25. Can do. Therefore, the volume error of the protruding electrode 58 can be absorbed by the opening 25a and the internal space 21a.

以上により、突起状電極58と電極パッド25の位置合わせが僅かにずれても、突起状電極58は電極パッド25の開口部25a内に入り込むので、電極パッド25と突起状電極58の接続部分の水平強度を高めることができる。   As described above, even if the alignment between the protruding electrode 58 and the electrode pad 25 is slightly shifted, the protruding electrode 58 enters the opening 25a of the electrode pad 25. Therefore, the connection portion between the electrode pad 25 and the protruding electrode 58 is not affected. The horizontal strength can be increased.

次に、第1の半導体装置1の形成方法を図4〜図12に基づいて説明する。図4〜図12のそれぞれにおいて、(a)には平面の一例を示し、(b)には(a)のI−I線から見た側断面の一例を示している。
まず、図4に例示する構造を形成するまでの工程を説明する。
Next, a method for forming the first semiconductor device 1 will be described with reference to FIGS. In each of FIGS. 4 to 12, (a) shows an example of a plane, and (b) shows an example of a side cross section as viewed from line II in (a).
First, steps required until a structure illustrated in FIG. 4 is formed will be described.

図4(b)に示すように、シリコン基板2の素子分離領域に素子分離溝を形成した後に素子分離溝内にシリコン酸化膜を埋め込むことにより、素子分離絶縁層3としてシャロートレンチアイソレーションを形成する。なお、素子分離絶縁層3はLOCOS法により形成されてもよい。その後に、素子形成領域にp型不純物イオン、例えばホウ素イオンを注入することによりPウエル4を形成する。   As shown in FIG. 4B, a shallow trench isolation is formed as an element isolation insulating layer 3 by forming an element isolation groove in the element isolation region of the silicon substrate 2 and then embedding a silicon oxide film in the element isolation groove. To do. The element isolation insulating layer 3 may be formed by a LOCOS method. Thereafter, p-type impurity ions such as boron ions are implanted into the element formation region to form the P well 4.

その後に、シリコン基板2及び素子分離絶縁層3の上にゲート絶縁膜5a、ポリシリコン膜をCVD法により順に形成した後にそれらの膜をパターニングし、Pウエル4上にストライプ状に残されたポリシリコン膜をゲート電極5gとして使用する。さらに、ゲート電極5g及び素子分離絶縁層3をマスクにしてPウエル4内にn型不純物イオン、例えばリンイオンを注入してn型エクステンション領域5e、5fを形成する。   Thereafter, a gate insulating film 5a and a polysilicon film are sequentially formed on the silicon substrate 2 and the element isolation insulating layer 3 by the CVD method, and then these films are patterned. A silicon film is used as the gate electrode 5g. Further, n-type extension regions 5e and 5f are formed by implanting n-type impurity ions, for example, phosphorus ions, into the P well 4 using the gate electrode 5g and the element isolation insulating layer 3 as a mask.

さらに、シリコン基板2上に例えばシリコン酸化膜をCVD法により形成し、これを垂直方向に異方性ドライエッチングすることによりゲート電極5gの側壁に絶縁性サイドウォール6を形成する。その後に、ゲート電極5g、絶縁性サイドウォール6及び素子分離絶縁層3をマスクにしてPウエル4内にn型不純物イオンを注入する。これにより、ゲート電極5gの両側のPウエル4内にn型ソース/ドレイン領域5s、5dを形成する。以上によりn型MOSトランジスタ5の基本的な構造が形成される。   Further, for example, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 2 by the CVD method, and this is subjected to anisotropic dry etching in the vertical direction to form the insulating sidewall 6 on the side wall of the gate electrode 5g. Thereafter, n-type impurity ions are implanted into the P well 4 using the gate electrode 5g, the insulating sidewall 6 and the element isolation insulating layer 3 as a mask. Thus, n-type source / drain regions 5s and 5d are formed in the P well 4 on both sides of the gate electrode 5g. Thus, the basic structure of the n-type MOS transistor 5 is formed.

その後に、シリコン基板2及びn型MOSトランジスタ5の上に第1層間絶縁膜7としてシリコン酸化膜をプラズマ気相成長(PCVD)法により形成する。さらに、第1層間絶縁膜7をパターニングすることにより、ソース/ドレイン領域5s、5dに達する第1、第2のコンタクトホール7a、7bを形成する。その後に、第1、第2のコンタクトホール7a、7b内面に例えば窒化チタン膜を形成し、さらに第1、第2のコンタクトホール7a、7b内にタングステンを埋め込む。これにより、第1、第2のコンタクトホール7a、7b内のそれぞれに第1、第2のコンタクトプラグ8、9が形成される。この場合、第1層間絶縁膜7上に形成された窒化チタン膜、タングステン膜は、例えば化学機械研磨(CMP)法により除去される。   Thereafter, a silicon oxide film is formed as a first interlayer insulating film 7 on the silicon substrate 2 and the n-type MOS transistor 5 by a plasma vapor deposition (PCVD) method. Further, by patterning the first interlayer insulating film 7, first and second contact holes 7a and 7b reaching the source / drain regions 5s and 5d are formed. Thereafter, for example, a titanium nitride film is formed on the inner surfaces of the first and second contact holes 7a and 7b, and tungsten is embedded in the first and second contact holes 7a and 7b. As a result, first and second contact plugs 8 and 9 are formed in the first and second contact holes 7a and 7b, respectively. In this case, the titanium nitride film and the tungsten film formed on the first interlayer insulating film 7 are removed by, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) method.

次に、第1層間絶縁膜7の上に第2層間絶縁膜11として例えば酸化シリコン膜等をPCVD法により形成する。続いて、第2層間絶縁膜11をパターニングすることにより、第1、第2のコンタクトプラグ8、9のそれぞれに一部が重なる第1、第2の配線溝11a、11bを形成し、それぞれの配線溝11a、11b内に、タンタル、窒化チタンの積層構造のバリアメタル層と銅の主導体層を順に形成する。第2層間絶縁膜11上のバリアメタル層及び主導体層はCMP法により除去される。第1、第2の配線溝11a、11b内にそれぞれ残されたバリアメタル層と主導体層はそれぞれダマシン構造の第1、第2の配線12、13として使用される。   Next, for example, a silicon oxide film or the like is formed as the second interlayer insulating film 11 on the first interlayer insulating film 7 by the PCVD method. Subsequently, the second interlayer insulating film 11 is patterned to form first and second wiring grooves 11a and 11b partially overlapping each of the first and second contact plugs 8 and 9, respectively. A barrier metal layer having a laminated structure of tantalum and titanium nitride and a copper main conductor layer are formed in this order in the wiring grooves 11a and 11b. The barrier metal layer and the main conductor layer on the second interlayer insulating film 11 are removed by the CMP method. The barrier metal layer and the main conductor layer left in the first and second wiring grooves 11a and 11b are used as the first and second wirings 12 and 13 having a damascene structure, respectively.

次に、第1、第2の配線12、13及び第2層間絶縁膜11の上に第1の金属バリア絶縁膜14、第3層間絶縁膜15をPCVD法により順に形成する。第1の金属バリア絶縁膜14として例えばシリコン窒化膜をPCVD法により形成する。また、第3層間絶縁膜としてシリコン酸化膜をPCVD法により形成する。   Next, a first metal barrier insulating film 14 and a third interlayer insulating film 15 are sequentially formed on the first and second wirings 12 and 13 and the second interlayer insulating film 11 by a PCVD method. For example, a silicon nitride film is formed as the first metal barrier insulating film 14 by PCVD. Further, a silicon oxide film is formed as a third interlayer insulating film by a PCVD method.

第3層間絶縁膜15及び第1の金属バリア絶縁膜14をパターニングして、第1、第2の配線12、13に達する深さの第1、第2のビアホール15a、15bを形成する。その後、第1、第2のビアホール15a、15bのそれぞれに一部が重なる第3、第4の配線溝15c、15dを第3層間絶縁膜15の上部に形成する。続いて、第1、第2のビアホール15a、15b、第3、第4の配線溝15c、15d内に、タンタル、窒化チタンの積層構造のバリアメタル層と銅の主導体層を順に形成する。   The third interlayer insulating film 15 and the first metal barrier insulating film 14 are patterned to form first and second via holes 15a and 15b having a depth reaching the first and second wirings 12 and 13, respectively. Thereafter, third and fourth wiring trenches 15 c and 15 d partially overlapping the first and second via holes 15 a and 15 b are formed on the third interlayer insulating film 15. Subsequently, a barrier metal layer having a laminated structure of tantalum and titanium nitride and a copper main conductor layer are sequentially formed in the first and second via holes 15a and 15b and the third and fourth wiring grooves 15c and 15d.

続いて、第3層間絶縁膜15上のバリアメタル層、主導体層をCMP法により除去する。これにより、第1のビアホール15a及び第3の配線溝15c内のバリアメタル層と主導体層をデュアルダマシン構造の第1のビアプラグ16、第3の配線18として使用する。さらに、第2のビアホール15b及び第4の配線溝15d内のバリアメタル層と主導体層をデュアルダマシン構造の第2のビアプラグ17、第4の配線19として使用する。   Subsequently, the barrier metal layer and the main conductor layer on the third interlayer insulating film 15 are removed by the CMP method. Thereby, the barrier metal layer and the main conductor layer in the first via hole 15a and the third wiring groove 15c are used as the first via plug 16 and the third wiring 18 having a dual damascene structure. Further, the barrier metal layer and the main conductor layer in the second via hole 15 b and the fourth wiring groove 15 d are used as the second via plug 17 and the fourth wiring 19 having a dual damascene structure.

第4の配線19は、図4(a)に示すように、後の工程で形成される電極パッド25と同じ又はそれ以上の面積で重なるパッド部19aを有している。パッド部19aは、例えば1辺が10μm以上の四角形の平面形状を有している。   As shown in FIG. 4A, the fourth wiring 19 has a pad portion 19 a that overlaps with an electrode pad 25 formed in a later process in the same area or more. The pad portion 19a has, for example, a square planar shape with one side of 10 μm or more.

次に、第3、第4の配線18、19及び第3層間絶縁膜15の上に第2の金属バリア絶縁膜20、第4層間絶縁膜21を順に形成する。第2の金属バリア絶縁膜20として例えばシリコン窒化膜をPCVD法により形成し、さらに、第4層間絶縁膜21としてシリコン酸化膜をPCVD法により1450nm〜1550nmの厚さに形成する。さらに、第4層間絶縁膜21上に、下地絶縁膜29として窒化シリコン膜をPCVD法により45nm〜55nmの厚さに形成する。   Next, a second metal barrier insulating film 20 and a fourth interlayer insulating film 21 are sequentially formed on the third and fourth wirings 18 and 19 and the third interlayer insulating film 15. For example, a silicon nitride film is formed as the second metal barrier insulating film 20 by PCVD, and a silicon oxide film is formed as the fourth interlayer insulating film 21 to a thickness of 1450 nm to 1550 nm by PCVD. Further, a silicon nitride film is formed as a base insulating film 29 on the fourth interlayer insulating film 21 to a thickness of 45 nm to 55 nm by the PCVD method.

次に、図5(a)、(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、下地絶縁膜29上に第1フォトレジスト61を塗布し、これを露光、現像するこ
とにより、第3の配線23に重なる位置に第3のビア用開口61aを形成するとともに、第4の配線19のパッド部19aの上に複数の第4のビア用開口61bを形成する。第3、第4のビア用開口61a、61bのそれぞれは、例えば350nm〜450nmの直径を有している。
フォトレジストとして、本実施形態において、例えば、有機ポリマー、架橋剤、光酸発生剤を含む化学増幅レジストを使用する。
Next, steps required until a structure shown in FIGS.
First, a first photoresist 61 is applied on the base insulating film 29, and this is exposed and developed to form a third via opening 61a at a position overlapping the third wiring 23, and the fourth via A plurality of fourth via openings 61 b are formed on the pad portion 19 a of the wiring 19. Each of the third and fourth via openings 61a and 61b has a diameter of 350 nm to 450 nm, for example.
In this embodiment, for example, a chemically amplified resist containing an organic polymer, a crosslinking agent, and a photoacid generator is used as the photoresist.

次に、図6(a)、(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第1フォトレジスト61をマスクに使用し、第3、第4のビア用開口61a、61bを通してプラズマエッチングにより下地絶縁膜29、第4層間絶縁膜21をエッチングする。エッチング用の反応ガスとして、例えばCO、Ar、Cを含むガスを使用する。
Next, steps required until a structure shown in FIGS.
First, using the first photoresist 61 as a mask, the base insulating film 29 and the fourth interlayer insulating film 21 are etched by plasma etching through the third and fourth via openings 61a and 61b. For example, a gas containing CO, Ar, and C 4 F 8 is used as a reactive gas for etching.

これにより、第1フォトレジスト61の第3、第4のビア用開口61a、61bのそれぞれの下には、開口径が300nm〜400nmの大きさの第3、第4のビアホール21d、21eが形成される。れにより、第3、第4のビアホール21d、21eは、第3、第4の配線18、19の一部に重なる位置に形成される。続いて、残存した第1フォトレジスト61を除去する。
As a result, third and fourth via holes 21d and 21e having an opening diameter of 300 nm to 400 nm are formed below the third and fourth via openings 61a and 61b of the first photoresist 61, respectively. Is done. This ensures that the third, fourth via hole 21d, 21e, the third, is formed at a position overlapping a portion of the fourth wiring 18, 19. Subsequently, the remaining first photoresist 61 is removed.

その後に、図7(b)に示すように、下地絶縁膜29上と第3、第4ビアホール21d、21e内に第2フォトレジスト62を塗布し、さらに、第2フォトレジスト62を露光、現像する。これにより、第2フォトレジスト62において、第3のビアホール21dに一部が重なる第5の配線溝用開口部62aを形成するとともに、図7(a)、(b)に示すように、第4のビアホール21eを含む領域にメッシュ状のパッド用開口部62bを形成する。パッド用開口部62bの平面状の外形は、一辺が400nm以上の四角形に形成されている。   After that, as shown in FIG. 7B, a second photoresist 62 is applied on the base insulating film 29 and in the third and fourth via holes 21d and 21e, and the second photoresist 62 is exposed and developed. To do. As a result, in the second photoresist 62, a fifth wiring groove opening 62a partially overlapping the third via hole 21d is formed, and as shown in FIGS. A mesh-shaped pad opening 62b is formed in a region including the via hole 21e. The planar outer shape of the pad opening 62b is formed in a quadrangle having a side of 400 nm or more.

これにより、第5の配線溝用開口部62aからは、第2フォトレジスト62に埋め込まれた第3ビアホール21dの上端が露出する。また、第2フォトレジスト62のパッド用開口部62bの中では、第2フォトレジスト62に埋め込まれた複数の第4のビアホール21eの上端が露出するとともに、複数の第4ビアホール21eに挟まれる領域のそれぞれに島状レジスト62cが形成される。   Thus, the upper end of the third via hole 21d embedded in the second photoresist 62 is exposed from the fifth wiring groove opening 62a. Further, in the pad opening 62b of the second photoresist 62, the upper ends of the plurality of fourth via holes 21e embedded in the second photoresist 62 are exposed, and the region sandwiched between the plurality of fourth via holes 21e. In each case, an island resist 62c is formed.

次に第5の配線溝用開口部62a、パッド用開口部62bを通して下地絶縁膜29をエッチングし、さらに第4層間絶縁膜21を途中の深さまでエッチングする。これにより、図8(a)、(b)に示すように、第4層間絶縁膜21内において、第3のビアホール21dに一部が重なる第5の配線溝21fが形成され、さらに複数の第4のビアホール21eに一部が重なるメッシュ状のパッド用溝21gが形成される。第5の配線溝21f、パッド用溝21gの深さは、例えば上面から700nm〜800nmとする。
Next , the base insulating film 29 is etched through the fifth wiring groove opening 62a and the pad opening 62b, and further, the fourth interlayer insulating film 21 is etched to an intermediate depth. As a result, as shown in FIGS. 8A and 8B, a fifth wiring groove 21f partially overlapping with the third via hole 21d is formed in the fourth interlayer insulating film 21, and a plurality of second A mesh-shaped pad groove 21g partially overlapping the four via holes 21e is formed. The depth of the fifth wiring groove 21f and the pad groove 21g is, for example, 700 nm to 800 nm from the upper surface.

この場合、第2のフォトレジスト62が残存しないエッチング条件とし、第3、第4のビアホール21d、21eを通して第2の金属バリア絶縁膜20をエッチングし、第3、第4の配線18、19の一部を露出させる。また、島状のレジスト62cの下の第4層間絶縁膜21及び下地絶縁膜29は突起21tとして残される。   In this case, the second metal barrier insulating film 20 is etched through the third and fourth via holes 21d and 21e under the etching conditions in which the second photoresist 62 does not remain, and the third and fourth wirings 18 and 19 are etched. Expose part. Further, the fourth interlayer insulating film 21 and the base insulating film 29 under the island-shaped resist 62c are left as protrusions 21t.

続いて、図9(a)、(b)に示すように、下地絶縁膜29及び第4層間絶縁膜21の表面と第3、第4のビアホール21d、21e、第5の配線溝21f及びパッド用溝21gの内面の上にバリアメタル膜63を例えば40nm〜50nmの厚さに形成する。バリアメタル膜63とし、例えばチタンとタンタルをスパッタ法により順に形成する。続いて、バリアメタル膜63上に銅膜64を電解メッキ処理により2000nm〜2500nm
の厚さに形成する。電解メッキの前にバリアメタル膜63の上に薄い銅シード層を形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIGS. 9A and 9B, the surface of the base insulating film 29 and the fourth interlayer insulating film 21, the third and fourth via holes 21d and 21e, the fifth wiring groove 21f, and the pad. A barrier metal film 63 is formed on the inner surface of the groove 21g to a thickness of 40 nm to 50 nm, for example. As the barrier metal film 63, for example, titanium and tantalum are sequentially formed by sputtering. Subsequently, a copper film 64 is deposited on the barrier metal film 63 by electroplating to 2000 nm to 2500 nm.
The thickness is formed. A thin copper seed layer may be formed on the barrier metal film 63 before the electrolytic plating.

次に、砥粒、分散剤、キレート材を含むスラリーが供給された研磨パッド(不図示)に銅膜64上面を押し当てながら、例えばシリコン基板2を回転させて銅膜64、バリアメタル膜63及び下地絶縁膜29を順に研磨する。これにより、図10(a)、(b)に示すように、銅膜64、バリアメタル膜63、下地絶縁膜29を第4層間絶縁膜21の上面上から除去する。さらに研磨を続けて、第4層間絶縁膜21を上面から45nm〜55nmの深さまで削り込み、第4層間絶縁膜21、銅膜64及びバリアメタル膜63の上面を平坦化する。   Next, for example, the silicon substrate 2 is rotated while pressing the upper surface of the copper film 64 against a polishing pad (not shown) to which a slurry containing abrasive grains, a dispersant, and a chelating material is supplied, thereby the copper film 64 and the barrier metal film 63. Then, the base insulating film 29 is polished in order. Thereby, as shown in FIGS. 10A and 10B, the copper film 64, the barrier metal film 63, and the base insulating film 29 are removed from the upper surface of the fourth interlayer insulating film 21. Further, the polishing is continued and the fourth interlayer insulating film 21 is etched from the upper surface to a depth of 45 nm to 55 nm, and the upper surfaces of the fourth interlayer insulating film 21, the copper film 64, and the barrier metal film 63 are planarized.

これにより、第3、第4のビアホール21d、21e内の銅膜64、バリアメタル膜63はそれぞれ第3、第4のビアプラグ22、24となり、また、第5の配線溝21f内の銅膜64、バリアメタル膜63は第5の配線23として使用される。さらに、パッド用溝21g内の銅膜64、バリアメタル膜63は電極パッド25として使用される。   As a result, the copper film 64 and the barrier metal film 63 in the third and fourth via holes 21d and 21e become the third and fourth via plugs 22 and 24, respectively, and the copper film 64 in the fifth wiring groove 21f. The barrier metal film 63 is used as the fifth wiring 23. Further, the copper film 64 and the barrier metal film 63 in the pad groove 21 g are used as the electrode pad 25.

図2に例示したように、電極パッド25の平面形状はメッシュ状になり、内部から第4層間絶縁膜21の複数の島状の突起21tの上面が露出する。また、電極パッド25の銅膜24、バリアメタル膜23のそれぞれは第4のビアプラグ24と一体になってデュアルダマシン構造となる。同様に、第3のビアプラグ22及び第5の配線23もデュアルダマシン構造となる。   As illustrated in FIG. 2, the planar shape of the electrode pad 25 is a mesh shape, and the upper surfaces of the plurality of island-shaped protrusions 21 t of the fourth interlayer insulating film 21 are exposed from the inside. Each of the copper film 24 and the barrier metal film 23 of the electrode pad 25 is integrated with the fourth via plug 24 to form a dual damascene structure. Similarly, the third via plug 22 and the fifth wiring 23 also have a dual damascene structure.

この後に、図11(a)、(b)に示すように、第5の配線23、電極パッド25及び第4層間絶縁膜21の上に、窒化シリコン、炭化シリコンなどからなる保護絶縁膜26をPCVD法により65nm〜75nmの厚さに形成する。   Thereafter, as shown in FIGS. 11A and 11B, a protective insulating film 26 made of silicon nitride, silicon carbide, or the like is formed on the fifth wiring 23, the electrode pad 25, and the fourth interlayer insulating film 21. It is formed to a thickness of 65 nm to 75 nm by the PCVD method.

その後に、保護絶縁膜26上に第3フォトレジスト66を塗布し、これを露光、現像することにより、電極パッド25の上に開口66aを形成する。開口66aは、電極パッド25の外周縁部を覆うことにより、電極パッド25の平面形状よりも狭く形成してもよい。   Thereafter, a third photoresist 66 is applied on the protective insulating film 26, and this is exposed and developed to form an opening 66a on the electrode pad 25. The opening 66 a may be formed narrower than the planar shape of the electrode pad 25 by covering the outer peripheral edge of the electrode pad 25.

続いて、図12(a)、(b)に示すように、第3のフォトレジスト66の開口66aを通して保護絶縁膜26をエッチングすることにより、電極パッド25を露出する開口部27を形成する。保護絶縁膜26のエッチングは、例えばフッ酸、リン酸を用いるウェットエッチング法、又は、フッ素含有ガスを用いるプラズマエッチング法を使用し、電極パッド25の銅膜に対してエッチング選択比が高くなる条件とする。   Subsequently, as shown in FIGS. 12A and 12B, the protective insulating film 26 is etched through the opening 66 a of the third photoresist 66 to form the opening 27 exposing the electrode pad 25. For the etching of the protective insulating film 26, for example, a wet etching method using hydrofluoric acid or phosphoric acid, or a plasma etching method using a fluorine-containing gas is used, and the etching selectivity is higher than the copper film of the electrode pad 25. And

これにより、電極パッド25内に現れる複数の島状の突起21tもエッチングされて複数箇所に開口25aが形成され、さらに、それらの開口25aを通して第4のビアプラグ24の周囲の第4層間絶縁膜21もエッチングされる。これにより、電極パッド25の下に内部空間21aが形成される。   As a result, the plurality of island-shaped protrusions 21t appearing in the electrode pad 25 are also etched to form openings 25a at a plurality of locations, and the fourth interlayer insulating film 21 around the fourth via plug 24 through the openings 25a. Are also etched. Thereby, an internal space 21 a is formed under the electrode pad 25.

保護絶縁膜26をエッチングする際に、第4層間絶縁膜21のエッチングレートが遅い条件を選択する場合には、保護絶縁膜26に開口部27を形成した後に緩衝フッ酸溶液を用いて第4層間絶縁膜21を等方性エッチングする。この後に、第3のフォトレジスト65を溶剤により除去することにより、図1に例示した第1の半導体装置1が形成される。   In the case of etching the protective insulating film 26, when selecting a condition in which the etching rate of the fourth interlayer insulating film 21 is slow, the fourth insulating film 26 is formed by using a buffered hydrofluoric acid solution after forming the opening 27 in the protective insulating film 26. The interlayer insulating film 21 is isotropically etched. Thereafter, the third photoresist 65 is removed with a solvent, whereby the first semiconductor device 1 illustrated in FIG. 1 is formed.

(第2の実施の形態)
図13は、第2実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1、第2の半導体装置を互いに接続する前の状態の一例を示す断面図である。図13において、図1と同一符号は同一
要素を示している。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a state before the first and second semiconductor devices included in the electronic device according to the second embodiment are connected to each other. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements.

図13において、第1の半導体装置1は、第1実施形態に示した構造を有し、また、第2の半導体装置71は、第1実施形態に示す第2の半導体装置31と外部端子を除いてほぼ同じ構造を有している。   In FIG. 13, the first semiconductor device 1 has the structure shown in the first embodiment, and the second semiconductor device 71 includes the second semiconductor device 31 shown in the first embodiment and an external terminal. Except for this, it has almost the same structure.

第2の半導体装置71に含まれるシリコン基板32には、第1実施形態と同様に、基板側ビアホール32aが形成され、基板側ビアホール32aの上の第1層間絶縁膜37には第5のビアホール37aが形成されている。互いに重ねて形成される第5のビアホール37aと基板側ビアホール32aの内周面には、金属拡散防止用の絶縁保護膜57、例えばシリコン窒化膜が形成されている。   Similar to the first embodiment, a substrate side via hole 32a is formed in the silicon substrate 32 included in the second semiconductor device 71, and a fifth via hole is formed in the first interlayer insulating film 37 on the substrate side via hole 32a. 37a is formed. An insulating protective film 57 for preventing metal diffusion, such as a silicon nitride film, is formed on the inner peripheral surfaces of the fifth via hole 37a and the substrate-side via hole 32a that are formed to overlap each other.

基板側ビアホール32aは、例えばドライエッチング、ウェットエッチング、レーザドリルリング等を利用して形成される。また、第5のビアホール37aは、例えば基板側ホール32aを通して第1層間絶縁膜37を垂直方向に異方性エッチングすることにより形成される。   The substrate-side via hole 32a is formed using, for example, dry etching, wet etching, laser drilling, or the like. The fifth via hole 37a is formed, for example, by anisotropically etching the first interlayer insulating film 37 in the vertical direction through the substrate side hole 32a.

さらに、基板側ビアホール32a及び第5のビアホール37a内には、絶縁保護膜57に囲まれる基板側ビアプラグ68が第2の配線43の下面からシリコン基板32の裏面に達する高さに形成されている。基板側ビアプラグ68は、例えば、直径が約5μm以上に形成されている。   Further, in the substrate side via hole 32 a and the fifth via hole 37 a, a substrate side via plug 68 surrounded by the insulating protective film 57 is formed so as to reach the back surface of the silicon substrate 32 from the lower surface of the second wiring 43. . For example, the substrate side via plug 68 is formed to have a diameter of about 5 μm or more.

シリコン基板32の下面には、基板側ビアプラグ68の下面に接続される表面配線66が形成され、表面配線66のパッド領域の上には、突起状電極の一種であるバンプ67が接合されている。バンプ67として、例えば、鉛、スズ、ニッケル、金、銀、銅等、又はそれらの合金などの金属が使用される。   A surface wiring 66 connected to the lower surface of the substrate side via plug 68 is formed on the lower surface of the silicon substrate 32, and a bump 67, which is a kind of protruding electrode, is bonded on the pad region of the surface wiring 66. . As the bump 67, for example, a metal such as lead, tin, nickel, gold, silver, copper, or an alloy thereof is used.

そのような構造の第2の半導体装置71のバンプ67と第1の半導体装置1の電極パッド25を接続する際には次の方法による。   When the bump 67 of the second semiconductor device 71 having such a structure is connected to the electrode pad 25 of the first semiconductor device 1, the following method is used.

まず、第1の半導体装置1の上面の全体にスペーサ絶縁膜28として例えばエポキシ、ポリイミド等の有機樹脂を約200nmの厚さに塗布する。スペーサ絶縁膜28には、電極パッド25を露出する開口を形成する。これにより、第1の半導体装置1と第2の半導体装置71の間に空孔が発生することが防止される。   First, an organic resin such as epoxy or polyimide is applied to the entire upper surface of the first semiconductor device 1 as a spacer insulating film 28 to a thickness of about 200 nm. An opening for exposing the electrode pad 25 is formed in the spacer insulating film 28. As a result, the generation of voids between the first semiconductor device 1 and the second semiconductor device 71 is prevented.

続いて、バンプ67を電極パッド25の直上に位置させるために、第1の半導体装置1の上面と第2の半導体装置71の下面を対向させ、スペーサ絶縁膜28を介して合わせる。さらに、第2の半導体装置71から第1の半導体装置1に向けて相対的に荷重を加えると、図14に例示するように、バンプ67がスペーサ絶縁膜28を貫通し、続いて電極パッド25に接続する。   Subsequently, in order to position the bump 67 directly above the electrode pad 25, the upper surface of the first semiconductor device 1 and the lower surface of the second semiconductor device 71 are opposed to each other and are aligned via the spacer insulating film 28. Further, when a load is relatively applied from the second semiconductor device 71 toward the first semiconductor device 1, the bump 67 penetrates the spacer insulating film 28 and then the electrode pad 25 as illustrated in FIG. Connect to.

これにより、バンプ67と電極パッド25は、電極パッド25の面方向と厚さ方向に接合する。この場合、加熱の処理をせずに良好な接続が得られる。なお、加熱処理してもよい。   Thereby, the bump 67 and the electrode pad 25 are joined in the surface direction and the thickness direction of the electrode pad 25. In this case, a good connection can be obtained without heating treatment. Note that heat treatment may be performed.

また、バンプ67が電極パッド25にめり込む際に、少なくともバンプ67が変形して電極パッド25の開口部25a内に入り込む。これにより、バンプ67と電極パッド25の位置合わせがわずかにずれても、電極パッド25とバンプ67の接合の水平強度を高めることができる。さらに、バンプ67の体積に形成誤差が生じても、バンプ67が開口部25a、内部空間21a内に入り込むので、電極パッド25の上面での広がりやはみ出し
、或いは接合不足を解消することができる。
Further, when the bump 67 sinks into the electrode pad 25, at least the bump 67 is deformed and enters the opening 25 a of the electrode pad 25. Thereby, even if the alignment of the bump 67 and the electrode pad 25 is slightly shifted, the horizontal strength of the bonding between the electrode pad 25 and the bump 67 can be increased. Furthermore, even if a formation error occurs in the volume of the bump 67, the bump 67 enters the opening 25a and the internal space 21a, so that it is possible to eliminate the spread or protrusion on the upper surface of the electrode pad 25 or insufficient bonding.

(第3の実施の形態)
図15は、第3実施形態に係る電子デバイスに含まれる第1、第2の半導体装置を互いに接続する前の状態の一例を示す断面図である。図15において、図1と同一符号は同一要素を示している。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a state before the first and second semiconductor devices included in the electronic device according to the third embodiment are connected to each other. 15, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements.

図15において、第1の半導体装置1は第1実施形態に示したと同じ構造を有し、また、第2の半導体装置72は、第1実施形態に示す第2の半導体装置31と外部端子を除いてほぼ同じ構造を有している。ただし、第2の半導体装置72は、図1とは上下の向きが反対になる状態に記載されている。   In FIG. 15, the first semiconductor device 1 has the same structure as that shown in the first embodiment, and the second semiconductor device 72 includes the second semiconductor device 31 shown in the first embodiment and an external terminal. Except for this, it has almost the same structure. However, the second semiconductor device 72 is described in a state in which the vertical direction is opposite to that in FIG.

第2の半導体装置72の第5、第6の配線54、55及び第4層間絶縁膜51の上には、第5層間絶縁膜74として例えば炭化酸化シリコン膜がCVD法により形成されている。また、第5層間絶縁膜74内には、第6の配線55に接続されるビアプラグ75が形成されている。ビアプラグ75は、例えばチタン、窒化チタンのバリアメタル膜上にタングステン膜が形成される構造を有している。   On the fifth and sixth wirings 54 and 55 and the fourth interlayer insulating film 51 of the second semiconductor device 72, for example, a silicon carbide oxide film is formed as the fifth interlayer insulating film 74 by the CVD method. A via plug 75 connected to the sixth wiring 55 is formed in the fifth interlayer insulating film 74. The via plug 75 has a structure in which, for example, a tungsten film is formed on a barrier metal film of titanium or titanium nitride.

第5層間絶縁膜74の上には、ビアプラグ75上面に接続されるアルミニウムの最上配線76が形成されている。また、最上配線76及び第5層間絶縁膜74の上にはカバー保護膜56としてシリコン窒化膜がCVD法により形成されている。また、カバー保護膜56のうちビアプラグ75の上方には、最上配線76の一部に重なる開口が形成されている。最上配線76上にはカバー保護膜56の開口を通してバンプ77が接合されている。バンプ77として、例えば、鉛、スズ、ニッケル、金、銀、銅等の金属が使用される。   On the fifth interlayer insulating film 74, an aluminum uppermost wiring 76 connected to the upper surface of the via plug 75 is formed. A silicon nitride film is formed as a cover protective film 56 on the uppermost wiring 76 and the fifth interlayer insulating film 74 by the CVD method. Further, an opening that overlaps a part of the uppermost wiring 76 is formed above the via plug 75 in the cover protective film 56. A bump 77 is bonded onto the uppermost wiring 76 through the opening of the cover protective film 56. As the bump 77, for example, a metal such as lead, tin, nickel, gold, silver, or copper is used.

そのような構造の第2の半導体装置72のバンプ77と第1の半導体装置1の電極パッド25を接続する際には次の方法による。   When the bump 77 of the second semiconductor device 72 having such a structure is connected to the electrode pad 25 of the first semiconductor device 1, the following method is used.

まず、第1の半導体装置1の上面の全体にスペーサ絶縁膜28として例えばエポキシ、ポリイミド等の有機樹脂を約200nmの厚さに塗布する。これにより、第1の半導体装置1と第2の半導体装置72の間に空孔が発生することが防止される。さらにスペーサ絶縁膜28には、電極パッド25を露出する開口部を形成する。   First, an organic resin such as epoxy or polyimide is applied to the entire upper surface of the first semiconductor device 1 as a spacer insulating film 28 to a thickness of about 200 nm. As a result, the generation of voids between the first semiconductor device 1 and the second semiconductor device 72 is prevented. Further, an opening for exposing the electrode pad 25 is formed in the spacer insulating film 28.

続いて、バンプ77を電極パッド25の直上に位置させた状態で、第1の半導体装置1の上面と第2の半導体装置72の上面を対向させ。さらに、第2の半導体装置72から第1の半導体装置1の方向に相対的に荷重を加えると、図16に例示するように、バンプ77がスペーサ絶縁膜28を貫通し、続いて電極パッド25に接続する。   Subsequently, the upper surface of the first semiconductor device 1 and the upper surface of the second semiconductor device 72 are made to face each other with the bump 77 positioned immediately above the electrode pad 25. Further, when a load is applied in the direction from the second semiconductor device 72 to the first semiconductor device 1, the bump 77 penetrates the spacer insulating film 28 and then the electrode pad 25 as illustrated in FIG. Connect to.

これにより、バンプ77と電極パッド25は、電極パッド25の面方向と厚さ方向に接合する。この場合、加熱の処理をせずに良好な接続が得られる。なお、加熱処理してもよい。   Thereby, the bump 77 and the electrode pad 25 are joined in the surface direction and the thickness direction of the electrode pad 25. In this case, a good connection can be obtained without heating treatment. Note that heat treatment may be performed.

また、バンプ77が電極パッド25にめり込む際に、少なくともバンプ77が変形して電極パッド25の開口部25a内に入り込む。これにより、バンプ77と電極パッド25の位置合わせがわずかにずれても、電極パッド25とバンプ77の接合の水平強度を高めることができる。さらに、バンプ77の体積に形成誤差が生じても、バンプ77が開口部25a、内部空間21a内に入り込むので、電極パッド25の上面での広がりやはみ出し、或いは接合不足を解消することができる。   Further, when the bump 77 sinks into the electrode pad 25, at least the bump 77 is deformed and enters the opening 25 a of the electrode pad 25. Thereby, even if the alignment of the bump 77 and the electrode pad 25 is slightly shifted, the horizontal strength of the bonding between the electrode pad 25 and the bump 77 can be increased. Furthermore, even if a formation error occurs in the volume of the bump 77, the bump 77 enters the opening 25a and the internal space 21a, so that it is possible to eliminate the spread and protrusion on the upper surface of the electrode pad 25 or insufficient bonding.

(第4の実施の形態)
図17(a)は、第4実施形態に係る電子デバイスに使用される半導体装置の電極パッド及びその周辺の一例を示す平面図、図17(b)は、第4実施形態に係る電子デバイスに使用される第1の半導体装置の一例であって図17(a)のI−I線に沿う断面図である。図17(a)、(b)において、図1と同じ符号は同じ要素を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 17A is a plan view showing an example of an electrode pad of a semiconductor device used in the electronic device according to the fourth embodiment and its periphery, and FIG. 17B shows the electronic device according to the fourth embodiment. It is an example of the 1st semiconductor device used, Comprising: It is sectional drawing which follows the II line | wire of Fig.17 (a). 17A and 17B, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements.

図17(a)、(b)に示す第4層間絶縁膜21内において、電極パッド25の周囲には間隔をおいて平面形状が環状のガード溝21hが形成され、さらに、ガード溝21h内にはダマシン構造のガードリングパターン69が形成されている。なお、環状の金属膜であるカードリング69は、電極パッドの周囲に間隔をおいて幾重にも横方向に広がる多重位置に形成されてもよい。   In the fourth interlayer insulating film 21 shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b), a guard groove 21h having an annular shape is formed around the electrode pad 25 at an interval, and the guard groove 21h is further formed in the guard groove 21h. A guard ring pattern 69 having a damascene structure is formed. The card ring 69, which is an annular metal film, may be formed at multiple positions that extend several times in the lateral direction at intervals around the electrode pad.

ガード溝21hは、第1実施形態の説明で例示した図8における配線溝21gと同時に形成される。さらに、ガード溝21h内には、図9、図10に例示するバリアメタル層63と主導体層64が埋め込まれ、それらの層63、64はCMPにより残されてガードリングパターン69となる。   The guard groove 21h is formed simultaneously with the wiring groove 21g in FIG. 8 illustrated in the description of the first embodiment. Furthermore, the barrier metal layer 63 and the main conductor layer 64 illustrated in FIGS. 9 and 10 are embedded in the guard groove 21h, and these layers 63 and 64 are left by CMP to form a guard ring pattern 69.

以上のように、ガードリングパターン69を電極パッド25の周囲に設けることにより、第1の半導体装置1と上記実施形態の第2の半導体装置31、71、72を接続するために、電極パッド25に接続用突起58又はバンプ67、77を押圧する。その際、電極パッド25に加わる応力により第4層間絶縁膜21にクラックが発生したとしても、クラックの拡散はガードリングパターン69により防止される。従って、第1の半導体装置1の損傷を防止できる。   As described above, the guard ring pattern 69 is provided around the electrode pad 25 to connect the first semiconductor device 1 and the second semiconductor devices 31, 71, 72 of the above embodiment. The connection projection 58 or the bumps 67 and 77 are pressed. At this time, even if a crack is generated in the fourth interlayer insulating film 21 due to the stress applied to the electrode pad 25, the diffusion of the crack is prevented by the guard ring pattern 69. Therefore, damage to the first semiconductor device 1 can be prevented.

(第5の実施の形態)
図18は、第5実施形態に係る電子デバイスに使用される半導体装置の一例を示す断面図である。なお、図18において、図1と同じ符号は同じ要素を示している。
(Fifth embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device used in the electronic device according to the fifth embodiment. In FIG. 18, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements.

シリコン基板2の上方の第4層間絶縁膜21内には、第1実施形態と同様に、デュアルダマシン構造を有する第3のビアプラグ22及び第5の配線23と、デュアルダマシン構造を有する第4のビアプラグ24及び電極パッド25が形成されている。   In the fourth interlayer insulating film 21 above the silicon substrate 2, as in the first embodiment, the third via plug 22 and the fifth wiring 23 having a dual damascene structure and the fourth damascene structure having a dual damascene structure are provided. A via plug 24 and an electrode pad 25 are formed.

第5、第6の配線23、25及び第4層間絶縁膜21の上には、第3の金属用バリア絶縁膜80と第5層間絶縁膜81が順にPCVD法により形成されている。第3の金属バリア用絶縁膜80として例えばシリコン窒化膜を形成し、第5層間絶縁膜81としてシリコン酸化膜が形成される。   A third metal barrier insulating film 80 and a fifth interlayer insulating film 81 are sequentially formed on the fifth and sixth wirings 23 and 25 and the fourth interlayer insulating film 21 by the PCVD method. For example, a silicon nitride film is formed as the third metal barrier insulating film 80, and a silicon oxide film is formed as the fifth interlayer insulating film 81.

第5層間絶縁膜81内の下部には第3の金属用バリア絶縁層80を貫通して第5の配線23に達する複数の第5のビアプラグ82が形成され、さらに第5層間絶縁膜81内の上部には第5のビアプラグ82に接続される第6の配線83が形成されている。第5のビアプラグ82は、電極パッド25の下のビアプラグ24に重なる位置に形成されている。第5のビアプラグ82と第6の配線83は、第3のビアプラグ22及び第5の配線23と同様に、デュアルダマシン構造を有している。   A plurality of fifth via plugs 82 are formed in the lower portion of the fifth interlayer insulating film 81 so as to penetrate the third metal barrier insulating layer 80 and reach the fifth wiring 23. A sixth wiring 83 connected to the fifth via plug 82 is formed on the upper portion of the first wiring plug 82. The fifth via plug 82 is formed at a position overlapping the via plug 24 below the electrode pad 25. The fifth via plug 82 and the sixth wiring 83 have a dual damascene structure, like the third via plug 22 and the fifth wiring 23.

また、第5層間絶縁膜81内の下部には第3の金属用バリア絶縁層80を貫通して電極パッド25に達する第6のビアプラグ84が形成され、さらに第5層間絶縁膜81内の上部には第6のビアプラグ84に接続される上側電極パッド85が形成されている。第6のビアプラグ84と上側電極パッド85は、図2に例示する第4のビアプラグ24及び電極パッド25と同様に、デュアルダマシン構造を有している。   A sixth via plug 84 that penetrates the third metal barrier insulating layer 80 and reaches the electrode pad 25 is formed in the lower portion of the fifth interlayer insulating film 81, and further, the upper portion in the fifth interlayer insulating film 81 is formed. The upper electrode pad 85 connected to the sixth via plug 84 is formed. The sixth via plug 84 and the upper electrode pad 85 have a dual damascene structure, similar to the fourth via plug 24 and the electrode pad 25 illustrated in FIG.

さらに、上側電極パッド85のうち複数の第6のビアプラグ84に挟まれる領域の上に
は上下方向に貫通する開口部85aが形成されている。さらに、電極パッド25の上であって第6のビアプラグ84の周囲には、上側電極パッド85の開口部85aに繋がる格子状の内部空間81aが形成されている。なお、上側電極パッド85の周辺にも第4実施形態に記載のガードリングを形成してもよい。
Further, an opening 85 a penetrating in the vertical direction is formed on a region of the upper electrode pad 85 sandwiched between the plurality of sixth via plugs 84. Further, a lattice-like internal space 81 a connected to the opening 85 a of the upper electrode pad 85 is formed on the electrode pad 25 and around the sixth via plug 84. Note that the guard ring described in the fourth embodiment may also be formed around the upper electrode pad 85.

以上のような本実施形態における第1の半導体装置1においては、電極パッド25の上に同一構造又は類似構造の上側電極パッド85を重ねて形成している。これにより、電極パッド25及び上側電極パッド85の開口部25a、85a及び内部空間81a、21aによって電極パッド領域の空間が広くなるので、上記実施形態の接続用突起58又はバンプ67、77を受け入れる容量が多くなる。   In the first semiconductor device 1 in the present embodiment as described above, the upper electrode pad 85 having the same structure or a similar structure is formed on the electrode pad 25 so as to overlap. As a result, the space of the electrode pad region is widened by the openings 25a and 85a and the internal spaces 81a and 21a of the electrode pad 25 and the upper electrode pad 85, so that the capacity for receiving the connection protrusion 58 or the bumps 67 and 77 of the above embodiment. Will increase.

また、第1〜第4実施形態と同様に、接続用突起58等と上側電極パッド85を接合する際に、僅かなズレが生じても開口部25a、85a内に接続用突起58等を入り込ませることができ、水平方向の接合強度が高まる。さらに、バンプ67、77又は接続用突起58の突出量が多くても内部空間21a、81a内に入り込ませることにより側方へのはみ出しを防止することができる。   Similarly to the first to fourth embodiments, when the connection protrusion 58 and the upper electrode pad 85 are joined, the connection protrusion 58 and the like enter the openings 25a and 85a even if a slight deviation occurs. This increases the bonding strength in the horizontal direction. Furthermore, even if the bumps 67 and 77 or the protrusions 58 for connection are large, the protrusion to the side can be prevented by entering the internal spaces 21a and 81a.

ところで、上記の各実施形態では、第1の半導体装置1に接続するデバイスとして第2の半導体装置31、71、72について説明したが、プリント基板に突起電極を設けたプリント基板を電極パッド25、85に接合させてもよい。また、上記の各実施形態における電極パッド25、85の開口部25a、85aは少なくとも1つあればよい。   By the way, in each of the above embodiments, the second semiconductor devices 31, 71, 72 have been described as devices connected to the first semiconductor device 1. However, a printed circuit board provided with a protruding electrode on the printed circuit board is referred to as an electrode pad 25, 85 may be joined. In addition, at least one opening 25a, 85a of the electrode pads 25, 85 in each of the above embodiments is sufficient.

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。   All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It is to be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it will be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.

次に、実施形態を付記する。
(付記1)半導体基板の上方に形成される第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜内に形成される導電パターンと、前記第1絶縁膜上に形成される第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜内に形成され、前記導電パターンに接続されるビアプラグと、前記ビアプラグの上に接続され、開口部を有する電極パッドと、前記第2絶縁膜内で前記ビアプラグの周辺に形成される内部空間と、を有する半導体装置。
(付記2)前記ビアプラグと前記電極パッドは一体に形成されている付記1に記載の半導体装置。
(付記3)前記電極パッドの周囲に間隔をおいて形成されるガードリングを有する付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4)前記電極パッドと前記導電パターンの間に形成され、開口部を有する下側の電極パッドを含む付記1乃至付記3のいずれか1つに記載の半導体装置。
(付記5)第1基板の上方に形成される第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜内に形成される導電パターンと、前記第1絶縁膜の上方に形成され、前記導電パターンに電気的に接続され、開口部を有する電極パッドと、第2基板の上方と下方のいずれかに形成され、前記電極パッドの上面と前記開口部内に接合される突起状電極と、を有する電子デバイス。
(付記6)前記第1絶縁膜上に形成される第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜内に形成され、前記電極パッドの下面側と前記導電パターンに接続されるビアプラグと、前記第2絶縁膜内で前記ビアプラグの周辺に形成される内部空間と、を有する付記5に記載の電子デバイス。
(付記7)前記突起状電極が前記内部空間内に入り込む構造を有する付記6に記載の電子
デバイス。
(付記8)前記突起状電極はバンプである付記5乃至付記7のいずれか1つに記載の電子デバイス。
(付記9)第1基板の上方に形成され、開口部を有する電極パッドを、第2基板の上方と下方のいずれかに形成された突起状電極に対向させる工程と、前記第1基板と前記第2基板を互いに近づく方向に押圧し、前記突起状電極を前記電極パッドに接合させる工程と、を有する電子デバイスの製造方法。
Next, an embodiment is appended.
(Appendix 1) A first insulating film formed above a semiconductor substrate, a conductive pattern formed in the first insulating film, a second insulating film formed on the first insulating film, and the first A via plug formed in the insulating film and connected to the conductive pattern; an electrode pad connected to the via plug and having an opening; and an interior formed around the via plug in the second insulating film. And a semiconductor device.
(Supplementary note 2) The semiconductor device according to supplementary note 1, wherein the via plug and the electrode pad are integrally formed.
(Additional remark 3) The semiconductor device of Additional remark 1 or 2 which has a guard ring formed at intervals around the said electrode pad.
(Supplementary note 4) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, including a lower electrode pad formed between the electrode pad and the conductive pattern and having an opening.
(Supplementary Note 5) A first insulating film formed above the first substrate, a conductive pattern formed in the first insulating film, and formed above the first insulating film and electrically connected to the conductive pattern And an electrode pad having an opening, and a protruding electrode formed on either the upper side or the lower side of the second substrate and bonded to the upper surface of the electrode pad and the opening.
(Appendix 6) A second insulating film formed on the first insulating film, a via plug formed in the second insulating film and connected to the lower surface side of the electrode pad and the conductive pattern, and the second The electronic device according to appendix 5, further comprising an internal space formed around the via plug in the insulating film.
(Additional remark 7) The electronic device of Additional remark 6 which has a structure where the said protruding electrode penetrates in the said interior space.
(Supplementary note 8) The electronic device according to any one of supplementary notes 5 to 7, wherein the protruding electrode is a bump.
(Supplementary Note 9) A step of causing an electrode pad formed above the first substrate and having an opening to face a protruding electrode formed on either the upper side or the lower side of the second substrate, the first substrate, Pressing the second substrate in a direction approaching each other and bonding the protruding electrode to the electrode pad.

1 半導体装置
2 シリコン基板
5 n型MOSトランジスタ
8、9 コンタクトプラグ
7、11、15、21 層間絶縁膜
21a 内部空間
14、20 金属バリア絶縁膜
12、13、18、19、23 配線
16、17、22、24 ビアプラグ
25 電極パッド
25a 開口部
31 半導体装置
32 シリコン基板
35 n型MOSトランジスタ
38、39 コンタクトプラグ
37、41、45、51、81 層間絶縁膜
44、50、80 金属バリア絶縁膜
42、43、48、49、54、55、83 配線
46、47、52、53、82、84 ビアプラグ
58、85 突起状電極
67、77 バンプ
69 ガードリングパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Silicon substrate 5 N-type MOS transistor 8, 9 Contact plug 7, 11, 15, 21 Interlayer insulating film 21a Internal space 14, 20 Metal barrier insulating film 12, 13, 18, 19, 23 Wirings 16, 17, 22, 24 Via plug 25 Electrode pad 25a Opening 31 Semiconductor device 32 Silicon substrate 35 N-type MOS transistor 38, 39 Contact plugs 37, 41, 45, 51, 81 Interlayer insulating films 44, 50, 80 Metal barrier insulating films 42, 43 48, 49, 54, 55, 83 Wiring 46, 47, 52, 53, 82, 84 Via plug 58, 85 Protruding electrode 67, 77 Bump 69 Guard ring pattern

Claims (4)

半導体基板の上方に形成され第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜内に形成され導電パターンと、
前記第1絶縁膜上に形成され第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜内に形成され、前記導電パターンに接続るビアプラグと、
前記ビアプラグの上に形成され、前記ビアプラグに接続し、開口部を有する電極パッドと、
前記電極パッドの下の前記第2絶縁膜内で前記ビアプラグの周辺に形成され内部空間と、
を有する半導体装置。
A first insulating film formed above a semiconductor substrate,
A conductive pattern formed in the first insulating film;
A second insulating film formed on said first insulating film,
It is formed on the second insulating lining, and a via plug that connects to the conductive pattern,
An electrode pad formed on the via plug, connected to the via plug and having an opening;
An internal space formed around the via plug in the second insulating film under the electrode pad ;
A semiconductor device.
第1基板の上方に形成され第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜内に形成され導電パターンと、
前記第1絶縁膜上に形成された第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜に形成され、前記導電パターンに接続するビアプラグと、
前記ビアプラグの上に形成され、前記ビアプラグに接続し、開口部を有する電極パッドと、
前記電極パッドの下の前記第2絶縁膜内で前記ビアプラグの周辺に形成された内部空間と、
第2基板の上方と下方のいずれかに形成され、前記電極パッドの上面と前記開口部内に接合る突起状電極と、
を有する電子デバイス。
A first insulating film formed over the first substrate,
A conductive pattern formed in the first insulating film;
A second insulating film formed on the first insulating film;
A via plug formed in the second insulating film and connected to the conductive pattern;
An electrode pad formed on the via plug, connected to the via plug and having an opening;
An internal space formed around the via plug in the second insulating film under the electrode pad;
Is formed in either the upper and lower second substrate, and the projecting electrodes you joined in an upper surface and the opening of the electrode pad,
An electronic device.
前記突起状電極は、前記内部空間に入り込んで前記電極パッドと接合する、請求項2に記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 2, wherein the protruding electrode enters the internal space and joins the electrode pad. 第1基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜に導電パターンを形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜に、前記導電パターンに接続するビアプラグと、前記ビアプラグに接続し、開口部を有する電極パッドを形成する工程と、
前記ビアプラグ及び前記電極パッドを形成する工程の後に、前記電極パッドの下の前記第2絶縁膜を除去して前記ビアプラグの周辺に内部空間を形成する工程と、
前記電極パッドを、第2基板の上方と下方のいずれかに形成された突起状電極に対向させる工程と、
前記第1基板と前記第2基板を互いに近づく方向に押圧し、前記突起状電極を前記電極パッドに接合させる工程と、
を有する電子デバイスの製造方法。
Forming a first insulating film on the first substrate;
Forming a conductive pattern on the first insulating film;
Forming a second insulating film on the first insulating film;
Forming a via plug connected to the conductive pattern and an electrode pad connected to the via plug and having an opening in the second insulating film;
After the step of forming the via plug and the electrode pad, removing the second insulating film under the electrode pad to form an internal space around the via plug; and
A step of making the electrode pad face a protruding electrode formed on either the upper side or the lower side of the second substrate;
Pressing the first substrate and the second substrate toward each other, and bonding the protruding electrode to the electrode pad; and
Manufacturing method of electronic device having
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