JPS6175542A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体装置におけるアルミニウム配線の耐食防
止技術に関する。

〔背景技術〕

半導体装置（以下ＩＣとも称す。）の高性能化、低消費
電力化、低コスト化は高度な微細加工技術の開発により
実現されつつある。しかし、微細化されたＩＣＫ要求さ
れる信頼度を確保することは極めて難しい。

たとえば、半導体素子の表面特性安定化の保護膜として
工業調査会発行、エレクトロニクス技術全書［：３］「
ＭＯｓデバイス」、発行日１９７３年８月２０日Ｐ３２
８〜Ｐ３３１にも記載されているような、硅リン酸ガラ
ス（リンガラス、又はＰｈｏｓｐｈｏ　−５ｉｌｉｃａ
ｔｅ　Ｇａ５５以下頭文字をとってＰＳＧと称す。）膜
が形成されている。また、微細化されたＩＣの多くは多
層配線構造となっているため、層間絶縁膜として膜表面
の平坦化ができ下地の段差の影響が現れないポリイミド
系樹脂膜を使用し、配線の断線を防止することが行なわ
れている。さらに、樹脂封止する際、インジスクシ１ン
モールド技術によって行なわれるが、この時にＩＣ自体
及び多層配線に圧力が加わらないように最終保護膜とし
て前記ポリイミド系樹脂膜が形成されている。さらには
、パッケージ、リードフレーム形状を工夫して耐湿性を
向上する技術、また、シリコン入りアルミニウム配線ヲ
用い配線自体の耐湿性を向上する技術等が開発されてい
る。

しかし、上記の様な種々の工夫が施されているにもかか
わらず、ＩＣの信頼性、特に耐湿性の確保は十分でない
のが現状である。

本発明者らは、その原因について検討した結果、耐湿性
の劣る原因の一つを見い出した。すなわち、前記した表
面特性安定化保睦膜であるＰ　Ｓ　ＧＭ（リンガラス膜
）が原因となるのである。詳しく説明すれば次の様であ
る。外部端子となるポンディングパッド上の最終保護膜
はワイヤボンディングのため取除かれるので、外部から
浸入する水分がポンディングパッド近傍に達してしまう
ことがある。この水分がポンディングパッドの形成され
ているＰＳＧ膜上に達する。その際、水とＰＳＧ膜とが
反応してＰＳ（Ｊ！がとけてリンが溶出する。

そして、このリンと水分が反応し、リン酸が生成される
。このリン酸により、ポンディングパッド及びポンディ
ングパッド近傍のアルずニクム配線の腐食が促進され、
アルミニウム配線の断線不良等が発生してしまう。

以上）ようにポンディングパッド近傍の配線の断線不良
が多発したことにかんがみた対策の一つとして、本発明
はなされたものである。

〔発明の目的〕

本発明は上記した問題に対拠するために半導体装置の構
造に改良を加えたものであり、その目的とするところは
、表面特性の安定化を計りつつポンディングパッド部分
からの水の浸入によるアルミニウム配線の断線不良を防
止することにある。

本発明の前記ならびに他の目的と新規な特徴は、本明細
書の記述及び添付図面よりあきらかになるでおろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記のとお夛である。

すなわち、半導体酸化膜表面にリンを含む半導体酸化膜
及びまたは、ＰＳＧ膜を形成して、表面安定化を行なう
半導体装置において、アルミニウム配線の外部端子であ
るポンディングパッド直下及びその周辺部のリン成分有
する膜を除去することにより、リンの溶出によるアルミ
ニウム配線の腐食をなくし、アルミニウム配線の断線不
良を防止するものである。

〔実施例１〕 第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図はＩＣにおけるパッシペイシｉＩ／膜を取シ
除いた状態の一部平面図、第２図はパッシベイション膜
を有する第１図におけるＡ　−Ａ　切断断面図である。

１はシリコン結晶基板、２は半導体素子、たとえばトラ
ンジスタのベース、３は表面酸化膜＜　８１０．膜）、
４はリンガラス膜又はＰＳＧ膜である。５はアルミニウ
ム配線、６はアルミニウム配線の端子であるポンディン
グパッド、７はポリイミド系樹脂よｐなるパッシベイシ
ョン膜、８はボンディングされたワイヤである。

同図に示すように、リンガラス膜又はＰＳＧ膜４は表面
酸化膜３の表面上に形成されるが、ポンディングパッド
６と配線５の一部を含めてその周辺部のリンガラス又は
Ｐ　Ｓ　ＧＭが取り除かれており、少なくともパッシベ
イション膜の窓一部（鎖線で示す）近傍では、リンガラ
ス又はＰＳＧ膜が存在しないことにより、ポンディング
パッド部を通じて水が浸入しても、リンの溶出がなくな
り、リン酸が生成されないことによりアルミニウム配線
の腐食を防止することができる。一方他の部分には、リ
ンガラス膜やＰＳＧ膜が在存するため、表面の安定化は
十分に行なわれる。

第３図乃至第８図は本発明の他の一実施例を示す吃ので
あって、たとえば、リンガラス膜を有するバイポーラＩ
Ｃの製造プロセスの工程断面図である・以下、各工程に
したがって述べる。

（１）第３図に示すように、Ｐ−型シリコン基板（サブ
ストレート）９上の一部にｎ　型埋込層１０を埋め込み
、次にｎ−型シリコン層１１をエピタキシャル成長させ
る。ｎ−型シリコン層１１の一部には表面からＰ−型基
板９に接続するアイソレージｌンＰ型層１２を形成し、
表面を酸化膜（ｓｉｏ、膜）１３で種う。

（２）ホトエツチング技術により酸化膜１３の一部を窓
開し、この窓開部を通してＢ（ボロン）を導入すること
により、第４図に示すｎｐｎ　）ランジスタのベースと
なるＰ型領域１４を形成し、さらに別の窓開部を通して
Ｐ（リン）を導入することによりコレクタ取出し部とな
るｎ　型領域１５をｎ＋型埋込層１０に接続するように
形成する。

（３）次いでベースの上の酸化膜を一部窓開し、０゜雰
囲気中でＰ（リン）をデポジットすることにより、全面
にリンガラス膜１６を形成し、第５図に示すように、こ
のリンガラス中のリンの一部は前記窓開部を通して拡散
されてエミッタｎ　型領域１７をつくる。

（４）コンタクトホトエツチングを行いベース、エミッ
タ及びコレクタ取出し部の酸化膜１３をエツチングしで
コンタクト部を露出する。このとき、第６図に示すよう
にポンディングパッドを含む領域において厚い酸化膜１
３の表面層であるリンガラス層を同時に除去し、リンガ
ラスの々い酸化膜。

１３ａとする。

（５）全面にアルミニウムを蒸着又はスパッタリングし
アルミニウム膜ヲ形成し、このアルミニウム膜のバター
ニングΦホトエツチングを行って、第７図に示すように
アルミニウム電極（配線）１８を形成し、同時にリンガ
ラスを取除いた部分にポンディングパッド１９を形成す
る。ホトエッチ後アニールを行ってシリコン基体とのコ
ンタクトをとる。

（６）最後に、パッシベイションとしてポリイミド系樹
脂のフェノをスピンナ塗布し、ベークすることによりポ
リイミド膜２０を全面に形成した後、ホトエツチングを
行ってポンディングパッドとなるアルミニウム膜１９の
上を窓開し、第８図に示す構造を得る。

この実施例によれば、ポンディングパッド１９近傍にお
ける酸化膜上のリンガラスは、コンタクトホトエッチの
際に取り除くことができ、特に新たな工程を付加するこ
となく、又、プロセスを変更することなくアルミニウム
腐食防止を実現することができる。

なお、酸化膜表面のリンガラスを取り除いた部分では、
この上にアルミニウム配線を形成することによるＭＯ８
構造ではＶＴＲ（Ｌきい電圧）が低下し、酸化膜直下の
半導体層表面の導電形が反転してチャネル部をつくるお
それがあるが、同図のようにこの領域と素子の形成され
た領域との間にｎ　型エピタキシャル層表面とＰ　型基
板との間を接続するＰ型アイソレーション層２を形成し
ておくことにより、素子への電流リーク障害を防止する
ことができる。

〔実施例２〕 第９図及び第１０図に本発明の他の実施例を示すＯ 本実施例は、本発明を多層配線技術に適用した場合につ
いて示す。

第９図は、第１層目アルミニウム配線及び、第１層目ポ
ンディングパッドを形成した状態全売し、第１０図は、
第９図に示す半導体装置に層間絶縁膜、第２層目アルミ
ニウム配線を形成した状態全売す。第９図において１は
半導体基体、３は半導体酸化膜、４はリンガラス又はＰ
ＳＧ膜、５は１層目アルミニウム配線（以下ＡＬＩとも
称する。）２１は１層目ポンディングパッドを示す。同
図に示される１層目ポンディングパッド２１は、上層に
リンガラス層（又はＰＳＧ膜）４のないＳｉｎ。

膜３上に形成される。同図に示すｄは、たとえば３０μ
ｍ以上とし、Ｄはたとえば４０μｍ以上として形成され
ている。この値は、本発明者の検討によシ導出された値
であり、従来のパッド回りのアルミニウム配線腐食の多
発する領域から計算されている。

第１０図は、ポリイはド系樹脂の如き有機層間絶縁膜２
２を形成し１層目ポンディングパッド上の層間絶縁膜２
２をエツチングしてスルホール２４を形成した後、２層
目ポンディングパッド２３を形成した状態を示す。この
あと図示されないが、ポリイミド系樹脂の如き最終パッ
シベイション膜が形成される。

ここで注目すべきは、１層目ポンディングパッド２１直
下及び周辺のリンガラス層４が除去されているというこ
とである。さらに、もし、１層目ポンディングパッド２
１付近より水分が浸入してきても、１層目パッド２１近
傍に形成された１層目アルミニウム配線下のリンガラス
層４も取り除かれていることより、該１層目アルミニウ
ム配線５は腐食されがたいということである。これによ
り、信頼性の高いＩＣを提供することができる。

なお、第９図、第１０図に示される矢印３０は、素子形
成領域を示す。

〔実施例３〕 第１１図は本発明の他の実施例を示す。

ｌは半導体シリコン基板、４はリンガラス膜又はＰＳＧ
膜、５はアルミニウム配線、６はポンディングパッド、
３１は素子形成領域を示す。

本実施例において注目すべきは、半導体シリコン基板の
周縁部において、リンガラス膜又はＰＳＧ膜が形成され
ていないことである。このような構成としても本発明の
前記実施例同様の効果かえられるばかシでなく半導体シ
リコン基板周縁部のＰ　Ｓ　Ｇｍ等をエツチングにより
除去する場合に精度の高いエツチング用マスクを使用せ
ずに除去できるため、製造が容易となる。

なお、同図においてポンディングパッドからの配線は図
面の簡単化のため記載されていない。

〔効果〕

本発明によれば下記の理由により効果が得られる。

（１）ポンディングパッド近傍の表面酸化膜上のリンガ
ラス膜又は、ＰＳＧ膜を選択的に取り除いであることよ
り、ポンディングパッドより浸入してくる水分又はパッ
シベーション膜、層間絶縁膜と表面酸化膜の間を進入し
てくる水分が存在してもリン成分が存在しないことより
ポンディングパッド及びポンディングパッドまわ）に形
成されたアルミニウム配線の腐食が起こらないことより
、耐湿性の向上が図れる。

（２）表面安定化のために形成したリンガラス膜。

Ｐ２Ｏ膜のポンディングパッド近傍だけを取り除くため
、基板上のリンガラス膜、ＰＳＧ膜が存在する場所は表
面の安定化が十分に達成でき、信頼性の高い半導体装置
が提供できる。

（３１（１）、（２）より表面安定化を行ないつつ耐湿
性の向上が計れることよシ、半導体装置の信頼性の向上
が計れるという相乗効果が得られる。

以上発明者によってなされた発明を実施例にもとづき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
である。

〔利用分野〕

本発明は酸化膜の表面にリンガラス膜、又はＰＳＧ膜を
有する絶縁膜を用いたＩＣ全てに適用することができる
。

本発明はアルミニウム単層配線以外にアルミニウム多層
配線構造であって、ボンティングパッドの全部又は一部
が第１層アルミニウム配線により形成されている場合に
も同様に応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示し、第１図はバ
イポーラＩＣの一部平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ　
　切断断面図である。 第３図乃至第８図は本発明の他の一実施例を示すバイポ
ーラＩＣプロセスの工程断面図である。 第９図は、本発明の他の実施例を示すもので、１層目ポ
ンディングパッドを形成した状態を示す平面図、 第１０図は同じく２層目ポンディングパッドを形成した
状態を示す平面図、 第１１図は本発明のさらに他の実施例を示す平面図であ
る。 ■・・・半導体シリコン基板、２・・・素子、３・・・
半導体酸化膜、４・・・リンガラス膜又はＰＳＧ膜、５
・・・アルミニウム配線、６・・・ボンディングパット
、７・・・ポリイミド膜、８・・・ワイヤ、９・・・シ
リコン基板、１０・・・ｎ　型埋込層、１１・・・エピ
タキシャルｎ−型シリコン層、１２・・・アイソレージ
１７Ｐ型層、１３・・・酸化膜（Ｓｉｎｇ　）、１４・
・・ベースＰ型層、１５・・・コレクタ取出し部ｎ　型
層、１６・・・リンガラス、１７・・・エミッタｎ　型
層、１８・・・アルミニウム電極、１９・・・ポンディ
ングパッド、２０・・・ポリイミド膜、２１・・弓層目
ポンディングパッド、２２・・・層間絶縁膜、２３・・
・２層目ポンディングパッド、２４・・・スルーホール
。 ′ 女」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基体一主面に半導体素子と、前記半導体素子
   と電気的に接続された複数の外部端子と、前記半導体基
   板上に順次半導体酸化膜、リンを含む絶縁膜を有する半
   導体装置であって、前記複数の外部端子下部及び近傍は
   半導体酸化膜が露出していることを特徴とする半導体装
   置。 ２、前記複数の外部端子下部及び近傍のみ半導体酸化膜
   が露出している特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。 ３、前記複数の外部端子は前記半導体基体周縁部に配し
   てなる半導体装置であって、該複数の外部端子下部及び
   近傍の半導体酸化膜の露出部は前記半導体基体周縁部全
   体である特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ４、前記リンを含む絶縁膜は、リンガラス膜又は、フオ
   スフォシリケートガラスである特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置。