專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，尤其涉及在元件形成區(qū)域上具備輸入輸出焊盤(外部連接用電極)的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息技術(shù)的擴展，作為計算機以及便攜式電話等電子設(shè)備的能力，高速化的要求日益提高。伴隨于此，作為對電子設(shè)備的性能產(chǎn)生很大影響的系統(tǒng)LSI (LargeScale Integration)所代表的半導(dǎo)體元件的性能,必然要求更加高速化。但是,對半導(dǎo)體元件的高速化造成成為很大妨礙的是MOS晶體管自身的延遲和位于其上層的布線自身以及 布線間的寄生電容所導(dǎo)致的布線延遲。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過縮短柵極長度的微細(xì)化技術(shù)，來降低MOS晶體管自身的延遲。但是，隨著因微細(xì)化技術(shù)的開發(fā)引起的MOS晶體管自身的延遲變小，布線延遲的問題逐漸表面化。因此，為了減小布線間延遲，通過埋入布線與布線之間的絕緣膜采用介電常數(shù)較低的絕緣膜(低介電常數(shù)膜)，來減小布線延遲。但是，低介電常數(shù)膜，與一直以來所采用的硅氧化膜相比機械強度大幅下降。這在擔(dān)當(dāng)由半導(dǎo)體形成電路的擴散工序完成，且在擔(dān)當(dāng)半導(dǎo)體元件的封裝的組裝工序、尤其是絲焊工序中成為問題。具體來說，由于層間絕緣膜的機械強度不足，因此若在形成于半導(dǎo)體元件的焊盤上進行絲焊，則絲焊時的沖擊負(fù)重通過焊盤傳遞到焊盤正下方的層間絕緣膜，使層間絕緣膜大幅變形。該變形使層間絕緣膜產(chǎn)生裂紋，對半導(dǎo)體元件自身的品質(zhì)的可靠性產(chǎn)生很大影響。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中通過在焊盤的正下方隔著層間絕緣膜而形成金屬層，并由連接插頭來連接所形成的金屬層和焊盤，從而金屬層擋住通過焊接而施加給層間絕緣膜的沖擊。并且，由通孔進行支撐使金屬層不會由于所施加的沖擊而在沖擊的施加方向上發(fā)生變形，使在焊盤的正下方成膜的層間絕緣膜的機械強度提高(例如，參照專利文獻I)。其結(jié)果，由于焊接而傳遞給層間絕緣膜的沖擊被緩和，層間絕緣膜的剝離以及裂紋等損壞減小。但是，在上述構(gòu)成中，在層間絕緣膜的接合面設(shè)置的焊盤與層間絕緣膜的應(yīng)力較大，在層間絕緣膜使用了介電常數(shù)較低的、所謂的low-k膜的情況下，在檢驗(probing)、絲焊或切割時等在層間絕緣膜中產(chǎn)生裂紋。針對該課題，在現(xiàn)有技術(shù)中提出了以下這樣的構(gòu)造(例如，參照專利文獻2)。圖6 示出了現(xiàn)有例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面構(gòu)成。如圖6所示，現(xiàn)有例所涉及的半導(dǎo)體裝置具有在由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板101上依次形成的層間絕緣膜102、層間絕緣膜103、層間絕緣膜104、層間絕緣膜105以及層間絕緣膜106 ;和在該層間絕緣膜106上形成的焊接焊盤107。在此，在各層間絕緣膜102 106中的焊接焊盤107的下側(cè)的區(qū)域分別按照格子狀地貫通的方式設(shè)置多個通孔132、通孔142、通孔152以及通孔162，從而將焊接焊盤107的下 側(cè)的區(qū)域和其外側(cè)的區(qū)域之間的各層間絕緣膜102 106間的接合面切斷，并且，在焊接焊盤107的下側(cè)的區(qū)域中，對各層間絕緣膜102 106間的接合面進行分割。像這樣，提出了通過設(shè)置各通孔132 162，來支撐焊接焊盤107的構(gòu)造。在此，從層間絕緣膜102到層間絕緣膜106中的至少I個，使用了低介電常數(shù)膜。根據(jù)該構(gòu)造，由于各通孔132 162將各層間絕緣膜102 106的接合面分割為多個，因此各層間絕緣膜間102 106的應(yīng)力被緩和，能夠防止各層間絕緣膜102 106的剝離。在先技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I JP特開2000-114309號公報 專利文獻2 JP特開2005-116788號公報發(fā)明要解決的課題但是，在所述現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置中，存在下述這樣的問題。即，伴隨柵極長度的顯著微細(xì)化的進展，層間絕緣膜的低介電常數(shù)化加劇，層間絕緣膜更加脆弱化。另一方面，在組裝工序中，在焊接焊盤107上受到拉伸應(yīng)力。例如，在絲焊法或者倒裝片法中的釘頭凸點(stud bump)形成工序中，將金屬絲球形化，并壓接于焊接焊盤107，之后將金屬絲提起。此時，在焊接焊盤107上施加較大的拉伸應(yīng)力。此外，將例如由焊錫材料、金或銅等構(gòu)成的突起狀的凸點形成于焊接焊盤107上,之后,在晶圓背面研磨(wafer back grind)工序中，在將凸點的前端部粘貼于切割膠帶(dicing tape)的狀態(tài)下對晶圓的背面進行背面研磨加工。之后，在剝離切割膠帶時，在焊接焊盤107上受到較大的拉伸應(yīng)力。像這樣，在組裝工序中，若對在脆弱即強度低的各層間絕緣膜103 106上形成的焊接焊盤107施加較大的拉伸應(yīng)力，則應(yīng)力集中于在與半導(dǎo)體基板101的基板面垂直的方向上配置的各通孔132 162。例如，存在如下問題應(yīng)力集中在通孔132與阻擋膜121的界面，以脆弱的層間絕緣膜102或者層間絕緣膜103為起點，在層間絕緣膜102或?qū)娱g絕緣膜103產(chǎn)生破壞或剝離。此外，在半導(dǎo)體封裝的組裝后，在向母板的安裝工序中，在回流后的冷卻過程(例如，從240°C 260°C冷卻到20°C 30°C )中，針對拉伸方向在焊接焊盤107上產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，與上述情況同樣地，也存在以脆弱的層間絕緣膜102或?qū)娱g絕緣膜103為起點而產(chǎn)生破壞或剝離的問題。并且，即使在反復(fù)高溫狀態(tài)以及低溫狀態(tài)的使用環(huán)境下，也存在通過反復(fù)施加拉伸應(yīng)力，在脆弱的層間絕緣膜的界面上，產(chǎn)生龜裂破壞或剝離的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決所述問題，即使在設(shè)置焊盤電極的層間絕緣膜使用了低介電常數(shù)膜的情況下，也能夠不產(chǎn)生該層間絕緣膜的破壞以及界面剝離地確保高連接可靠性。解決課題的手段為了達成所述目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置采用如下構(gòu)成使在焊接焊盤(外部連接用電極)與在該焊接焊盤的下方隔著絕緣膜而設(shè)置的金屬層之間形成的多個通孔彼此間的最大的間隔大于焊接焊盤的寬度。具體來說，本發(fā)明所涉及的第I半導(dǎo)體裝置具備在半導(dǎo)體基板上隔著至少2層的層間絕緣膜而形成的外部連接用電極，外部連接用電極具有露出上表面的第I金屬層；形成于第I金屬層與半導(dǎo)體基板之間的第2金屬層；形成于第I金屬層與第2金屬層之間的第3金屬層；和貫通第2金屬層與第3金屬層之間的第I層間絕緣膜，將第2金屬層和第3金屬層電連接的至少2個第I通孔，第I通孔彼此間的最大的間隔大于第I金屬層的寬度尺寸。根據(jù)本發(fā)明的第I半導(dǎo)體裝置，第I金屬層所受到的拉伸應(yīng)力在第2金屬層的上方的至少2個通孔中分散并傳播從而被緩和。此外，由于在施加拉伸應(yīng)力的第2金屬層的上方形成的通孔彼此間的最大的間隔大于第I金屬層的寬度尺寸，因此第2金屬層所受到的拉伸應(yīng)力被緩和。由此，例如能夠防止位于第2金屬層的上方的脆弱的層間絕緣膜的剝離以及龜裂破壞，因此在組裝后也能夠確保較高的連接可靠性。在本發(fā)明的第I半導(dǎo)體裝置中，外部連接用電極還具有貫通第I金屬層與第3金屬層之間的第2層間絕緣膜并將第I金屬層和第3金屬層電連接的至少2個第2通孔，第I通孔彼此間的最大的間隔優(yōu)選大于第2通孔彼此間的最大的間隔。這樣一來，第I金屬層所受到的拉伸應(yīng)力，在其間隔較寬的第I通孔向基板側(cè)傳播并分散從而進一步被緩和。此外，施加拉伸應(yīng)力的第2金屬層的面積形成為大于第I金屬層的面積，因此第2金屬層所受到的拉伸應(yīng)力被緩和。并且，由于各金屬層的受到拉伸應(yīng)力的區(qū)域全部被層間絕緣膜按壓，因此第2金屬層所受到的拉伸應(yīng)力被緩和，因而能夠有效地實現(xiàn)層間絕緣膜的剝離以及龜裂防止。并且，由于能夠?qū)⒗鞈?yīng)力集中于第3金屬層中，因此例如只要與第I金屬層相接的層間絕緣膜使用較硬的絕緣膜，則能夠緩和傳遞給第3金屬層的下側(cè)的脆弱的層間絕緣膜的拉伸應(yīng)力，因此能夠有效地實現(xiàn)層間絕緣膜的剝離以及龜裂防止。在此情況下，第I層間絕緣膜的介電常數(shù)低于第2層間絕緣膜的介電常數(shù)。這樣一來，由于設(shè)置于介電常數(shù)較低的第I層間絕緣膜的第I通孔彼此間的最大間隔變大，因此能夠緩和第I金屬層所受到的拉伸應(yīng)力，因而能夠防止第I層間絕緣膜的破壞以及層間剝離。在此情況下，第I層間絕緣膜的厚度也可以為第2層間絕緣膜的厚度以上。像這樣，即使將介電常數(shù)較低的第I層間絕緣膜增厚到第2層間絕緣膜的厚度以上，第I層間絕緣膜所受到的拉伸應(yīng)力也不會超過膜的破壞強度，能夠防止破壞以及剝離。因此，在第I層間絕緣膜較厚的構(gòu)成中，因為能夠降低層間絕緣膜的介電常數(shù)，所以能夠使布線延遲成為最小限度。此外，在此情況下，第I層間絕緣膜的厚度也可以為第2層間絕緣膜的厚度以下。這樣一來，能夠可靠地提高半導(dǎo)體裝置的強度。此外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有第2通孔的情況下，第2通孔也可以被二維地設(shè)置3個以上。這樣一來，通過3個以上的通孔能夠緩和第I金屬層的正下方的應(yīng)力，因此能夠更有效地實現(xiàn)層間絕緣膜的剝離以及龜裂防止。此外，在第I半導(dǎo)體裝置中，也可以不在第I金屬層中直接設(shè)置通孔。這樣一來，由于在第I金屬層的正下方的層間絕緣膜的整個面受到施加于第I焊盤金屬的拉伸應(yīng)力，因此能夠進一步緩和第2金屬層所受到的應(yīng)力。其結(jié)果，因為第2金屬、層所受到的拉伸應(yīng)力被緩和，所以能夠防止例如位于第2金屬層的上方的脆弱的層間絕緣膜的剝離以及龜裂破壞，因此在組裝后也能夠確保較高的連接可靠性。本發(fā)明所涉及的第2半導(dǎo)體裝置，具備在半導(dǎo)體基板上隔著至少2層的層間絕緣膜而形成的外部連接用電極，外部連接用電極具有露出上表面的第I金屬層；形成于第I金屬層與半導(dǎo)體基板之間的第2金屬層；形成于第I金屬層與第2金屬層之間的第3金屬層；形成于第I金屬層與第3金屬層之間的第4金屬層；形成于第3金屬層與第2金屬層之間的第5金屬層；貫通形成于第5金屬層與第2金屬層之間的第I層間絕緣膜，將第5金屬層和第2金屬層電連接的至少2個第I通孔；貫通第I金屬層與第4金屬層之間的第2層 間絕緣膜，將第I金屬層和第4金屬層電連接的至少2個第2通孔；貫通第4金屬層與第3金屬層之間的第3層間絕緣膜，將第4金屬層和第3金屬層電連接的至少2個第3通孔；和貫通第3金屬層與第5金屬層之間的第4層間絕緣膜，將第3金屬層和第5金屬層電連接的至少2個第4通孔，第I通孔彼此間的最大的間隔大于第I金屬層的寬度尺寸以及第2通孔彼此間的最大的間隔，第3通孔彼此間的最大的間隔小于第2通孔彼此間的最大的間隔，并且，第I通孔彼此間的最大的間隔大于第4通孔彼此間的最大的間隔。根據(jù)本發(fā)明的第2半導(dǎo)體裝置，在第3金屬層的下側(cè)設(shè)置了低介電常數(shù)的層間絕緣膜的情況下，能夠進一步緩和傳遞給該脆弱的層間絕緣膜的拉伸應(yīng)力，因此能夠有效地實現(xiàn)層間絕緣膜的剝離以及龜裂防止。此外，在本發(fā)明的第I或第2半導(dǎo)體裝置中，第I層間絕緣膜的介電常數(shù)也可以為3. O以下。此外，在本發(fā)明的第I或第2半導(dǎo)體裝置中，半導(dǎo)體基板具有形成了半導(dǎo)體元件的元件形成區(qū)域，外部連接用電極也可以形成于元件形成區(qū)域的上方。在本發(fā)明的第I或第2半導(dǎo)體裝置中，將形成于同一平面上的至少2個各通孔彼此間連接的中間點，也可以在與半導(dǎo)體基板的主面垂直的方向上形成于同心上。此外，在本發(fā)明的第I或第2半導(dǎo)體裝置中，各金屬層也可以在與半導(dǎo)體基板的主面垂直的方向上形成于同心上。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，即使在設(shè)置焊盤電極的層間絕緣膜使用了低介電常數(shù)膜的情況下，也不會產(chǎn)生該層間絕緣膜的破壞以及界面剝離，在組裝后也能夠確保較高的連接可靠性。


圖I (a)以及圖I (b)表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置，圖I (a)是俯視圖，圖I (b)是圖I (a)的Ib-Ib線處的剖面圖。圖2(a)是表示本發(fā)明的第I實施方式的第I變形例所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖2(b)是表示本發(fā)明的第I實施方式的第2變形例所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖3是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖4是表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖5是表示本發(fā)明的第4實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖6是表示現(xiàn)有例所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
具體實施例方式(第I實施方式)參照附圖對本發(fā)明的第I實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置進行說明。如圖1(a)以及圖1(b)所示，構(gòu)成第I實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的多層布線構(gòu)造，形成在例如由硅(Si)構(gòu)成的半導(dǎo)體基板I上。多層布線構(gòu)造是外部連接用電極，依次層疊了層間絕緣膜11、金屬層2、層間絕緣膜21、金屬層3、層間絕緣膜31、金屬層4、層間絕緣膜41、金屬層5、層間絕緣膜51、金屬層6、層間絕緣膜61、金屬層7以及焊盤金屬層8而形成。另外，多層布線構(gòu)造也可以形成在半導(dǎo)體基板I上的元件形成區(qū)域上。 在層間絕緣膜21、層間絕緣膜31、層間絕緣膜41、層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61中，按照將金屬層2與金屬層3、金屬層3與金屬層4、金屬層4與金屬層5、金屬層5與金屬層6、以及金屬層6與金屬層7之間分別電連接的方式，各形成有至少2個通孔22、通孔32、通孔42、通孔52以及通孔62。在此，各通孔22、32、42、52以及62，按照越是形成于接近半導(dǎo)體基板I的層的通孔，則同一層內(nèi)的最大間隔越大的方式來配置。各層間絕緣膜11、21、31以及41，使用介電常數(shù)低于3.0的絕緣膜。例如，在各層間絕緣膜11、21、31以及41中，分別使用膜厚為IOOnm 200nm，介電常數(shù)為2. 4的ELK (Extreme low-k)膜。與此相對，在層間絕緣膜51、61中，例如，使用膜厚為500nm IOOOnm,介電常數(shù)為 4. 3 的 TEO S (Tetra-ethyl-ortho-silicate)膜。各金屬層2、3、4、5、6以及7由包含由鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)等構(gòu)成的勢壘金屬(barrier metal)在內(nèi)的銅(Cu)或者Cu合金膜構(gòu)成。各通孔22、32、42、52以及62主要埋入Cu或Cu合金而形成。露出上表面的焊盤金屬層8通過例如由鋁(Al)構(gòu)成且包含由氮化鈦(TiN)/鈦(Ti)構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Al層疊膜而形成。以下，說明第I實施方式所涉及的多層布線構(gòu)造的特征。如圖1(a)所示，焊盤金屬層8具有平面圓形狀，用a表示其直徑(=寬度)。另一方面，在最接近半導(dǎo)體基板I的金屬層2上形成的通孔22，在層間絕緣膜21中以等間隔配置于同心圓上。用b表示該通孔22的最大間隔。在此，焊盤金屬層8的直徑a形成為比通孔22的最大間隔b小。此外，在金屬層7的下側(cè)形成的通孔62的最大間隔，形成為比焊盤金屬層8的直徑a小。并且，在金屬層6到下層中，各通孔52、42以及32，隨著形成它們的層越靠近下層而增大各通孔的最大間隔，并且形成為不超過b。例如，假設(shè)a為50ym，b為ΙΟΟμπι，各通孔62、52、42以及32的最大間隔分別為40 μ m、60 μ m、80 μ m以及90 μ m。像這樣，焊盤金屬層8的直徑a小于最下層的通孔22的最大間隔b，并且按照隨著接近下層而最大間隔擴大的方式階梯狀地形成了各層的通孔。因此，在組裝時等，即使在焊盤金屬層8中受到拉伸應(yīng)力，該應(yīng)力也通過在階梯狀地形成的各通孔依次向下方傳播并分散，從而被緩和。此外，各金屬層2、3、4以及5所受到的拉伸應(yīng)力，被與焊盤金屬層8密接的較硬的層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61抑制從而被緩和。因此，由于與構(gòu)成層間絕緣膜11等的、脆弱的ELK膜相接的金屬層2等所受到的拉伸應(yīng)力被緩和，因此能夠防止脆弱的層間絕緣膜的剝離以及龜裂破壞。其結(jié)果，在組裝后也能夠確保較高的連接可靠性。例如，在焊盤金屬層8上，形成由鈦(Ti)、鎢(W)或銅(Cu)等構(gòu)成的晶種層(seedlayer),之后，在晶種層上形成由鎳(Ni)、銅(Cu)或金(Au)等構(gòu)成的凸點下金屬(underbump metal)。接下來,在所形成的凸點下金屬上通過焊錫材料形成突起狀的焊錫凸點。之后，在將所形成的焊錫凸點側(cè)粘貼于切割膠帶，并對半導(dǎo)體基板I進行背面研磨之后，即使通過聚焦離子束(FIB)對位于焊盤金屬層8下的多層布線部進行切斷加工，也具有能夠抑制脆弱的ELK膜的剝離以及龜裂的產(chǎn)生的效果。并且，例如，在背面研磨工序之后將半導(dǎo)體裝置切割為片狀，之后，將半導(dǎo)體芯片搭載于涂敷了焊劑的由環(huán)氧玻璃構(gòu)成的多層基板上，通過回流爐使焊錫凸點熔融，并通過焊錫材料將半導(dǎo)體芯片和多層基板接合。接下來，注入密封樹脂，并使所注入的密封樹脂固化，來制作半導(dǎo)體封裝。像這樣制作的半導(dǎo)體封裝，即使投入到周期性地反復(fù)高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)的溫度循環(huán)試驗中，也具有能夠抑制打開缺陷 等異常的效果。這樣，第I實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置，即使經(jīng)過像背面研磨工序、回流工序以及溫度循環(huán)試驗等那樣、在焊盤金屬層8中受到拉伸應(yīng)力的工序，在層間絕緣膜11等那樣的、脆弱的ELK膜中也看不到剝離或龜裂。另外，在本實施方式中，示出了層疊了 4層作為ELK膜的各層間絕緣膜11、21、31以及41的構(gòu)造，但不限于此。即，只要為由介電常數(shù)較低的脆弱的膜構(gòu)成的層疊構(gòu)造，則與其層疊數(shù)無關(guān)，只要能夠在其所有的層中設(shè)置通孔即可。此外，脆弱的層間絕緣膜也不限于ELK膜，通過使用ULK(Ultra low-k)膜或含碳氧化硅(SiOC)膜等介電常數(shù)較低的膜，能夠抑制脆弱的層間絕緣膜的剝離以及龜裂的產(chǎn)生。尤其是，在介電常數(shù)為3. O以下的層間絕緣膜中能夠得到上述效果。在第I實施方式中，示出了焊盤金屬層8以及其下方的各金屬層2、3、4、5、6以及7全都為平面圓形狀的構(gòu)造，但不限于此。例如，各金屬層也可以全部為平面四角形、平面六角形、平面八角形或平面橢圓形等，并且，焊盤金屬層8和其下方的各金屬層2、3、4、5、6以及7的平面形狀也可以不同。(第I實施方式的第I變形例)在圖2中示出第I實施方式的第I變形例所涉及的半導(dǎo)體裝置。如圖2(a)所示，焊盤金屬層8以及其下方的各金屬層2、3、4、5以及6全都是平面八角形狀的構(gòu)成，并且各通孔22以及32等設(shè)置于八角形的各頂點附近。即使為這樣的構(gòu)成，由于金屬2的上方的通孔22的最大間隔b大于焊盤金屬8的寬度尺寸a，因此也能夠得到與第I實施方式同樣的效果。(第I實施方式的第2變形例)如圖2(b)所示，第2變形例所涉及的半導(dǎo)體裝置，焊盤金屬層8的平面形狀為八角形，其下方的各金屬層2、3、4、5以及6的平面形狀為四角形。在該構(gòu)成中，通孔22的最大間隔b大于焊盤金屬層8的寬度尺寸a，其差比圖2 (a)的第I變形例情況更大，因此能夠有效地應(yīng)用于介電常數(shù)極低的膜(例如2. 2等)。(第2實施方式)以下，參照附圖對本發(fā)明的第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置進行說明。如圖3所示，構(gòu)成第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的多層布線構(gòu)造，形成于例如由硅(Si)構(gòu)成的半導(dǎo)體基板I上。多層布線構(gòu)造是外部連接用電極，依次層疊了層間絕緣膜11、金屬層2、層間絕緣膜21、金屬層3、層間絕緣膜31、金屬層4、層間絕緣膜41、金屬層5、層間絕緣膜51、金屬層6、層間絕緣膜61、金屬層7以及焊盤金屬層8而形成。另外，多層布線構(gòu)造也可以形成于半導(dǎo)體基板I上的元件形成區(qū)域上。在層間絕緣膜21、層間絕緣膜31、層間絕緣膜41、層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61中，按照分別將金屬層2與金屬層3、金屬層3與金屬層4、金屬層4與金屬層5、金屬層5與金屬層6、以及金屬層6與金屬層7之間電連接的方式，各形成有至少2個通孔22、通孔32、通孔42、通孔52以及通孔62。各層間絕緣膜11、21、31以及41使用介電常數(shù)低于3. O的絕緣膜。各層間絕緣膜11、21以及31例如分別是膜厚為IOOnm 160nm且介電常數(shù)為2. 4的ELK膜，層間絕緣膜41例如是膜厚為16011111 25011111且介電常數(shù)為2.8的見1(膜。此外，層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61，例如是膜厚為800nm 1200nm且介電常數(shù)為3. 8的FSG(fIuorosilicate、glass film)膜。各金屬層2、3、4、5、6以及7，由包含由Ta或TaN等構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Cu或Cu合金膜構(gòu)成。各通孔22、32、42、52以及62主要埋入Cu或Cu合金而形成。露出上表面的焊盤金屬層8，例如通過由Al構(gòu)成且包含由TiN/Ti構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Al層疊膜而形成。以下，說明第2實施方式所涉及的多層布線構(gòu)造的特征。露出上表面的焊盤金屬層8具有例如平面八角形狀，用a表示其直徑(最大寬度)。與焊盤金屬層8下表面相接而形成的金屬層7，形成為比焊盤金屬層8直徑小的四角形狀。并且，形成于金屬層7的下方的金屬層6，在比金屬層7小的平面四角形狀的區(qū)域中形成為布線。另一方面，比金屬層6更靠近的下層的金屬層5 2，按照越是接近半導(dǎo)體基板I的層則其直徑(最大寬度)越大的方式形成。伴隨于此，連接各金屬層2 7的同一層中的通孔彼此間的最大間隔，從焊盤金屬層8到金屬層5，越靠近下層則通孔彼此間的最大間隔越小。與此相對，從金屬層5到下層，越靠近下層則通孔彼此間的最大間隔越大。即，若假設(shè)焊盤金屬層8的最大尺寸為a，通孔52的最大間隔為c,通孔42的最大間隔為b,則它們的關(guān)系表現(xiàn)為c < a < b。例如，a =70 μ m, b = 90 μ m, ^ΙΜ c = 55 μ m。像這樣，根據(jù)第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置，在作為介電常數(shù)較低且脆弱的ULK膜的層間絕緣膜41中形成的通孔42的最大間隔b，比在作為較硬的FSG膜的層間絕緣膜51中形成的通孔52的最大間隔c大。因此，形成于FSG膜的通孔52所受到的拉伸應(yīng)力被緩和，低于ULK膜的破壞應(yīng)力以及膜的界面應(yīng)力。其結(jié)果，能夠防止在層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61中產(chǎn)生的龜裂或剝離、和在層間絕緣膜51與層間絕緣膜41的界面產(chǎn)生的龜裂或剝離。并且，除了減輕金屬層5所受到的應(yīng)力的效果之外，由于各通孔42、32以及22越接近下層則越階梯狀地擴大而配置，因此脆弱的ULK膜以及該ULK膜所受到的應(yīng)力被大幅緩和，因此能夠有效地防止在作為ULK膜的各層間絕緣膜11 31中產(chǎn)生的剝離以及龜裂。(第3實施方式)以下，參照附圖對本發(fā)明的第3實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置進行說明。如圖4所示，構(gòu)成第3實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的多層布線構(gòu)造，形成于例如由硅(Si)構(gòu)成的半導(dǎo)體基板I上。多層布線構(gòu)造是外部連接用電極，依次層疊了層間絕緣膜11、金屬層2、層間絕緣膜21、金屬層3、層間絕緣膜31、金屬層4、層間絕緣膜41、金屬層5、層間絕緣膜51、金屬層6、層間絕緣膜61、金屬層7以及焊盤金屬層8而形成。另外，多層布線構(gòu)造也可以形成于半導(dǎo)體基板I上的元件形成區(qū)域上。在層間絕緣膜21、層間絕緣膜31、層間絕緣膜41、層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61中，按照將金屬層2與金屬層3、金屬層3與金屬層4、金屬層4與金屬層5、金屬層5與金屬層6、以及金屬層6與金屬層7之間分別電連接的方式，各形成有至少2個通孔22、通孔32、通孔42、通孔52以及通孔62。各層間絕緣膜11、21、31以及41使用介電常數(shù)低于3. O的絕緣膜。例如，在各層間絕緣膜11、21、31以及41中，分別使用膜厚為IOOnm 160nm，介電常數(shù)為2. 7的ULK膜。與此相對，在層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61中，使用例如膜厚為800nm 1200nm，介電常數(shù)為4. 7的SiOC膜。各金屬層2、3、4、5、6以及7由包含由Ta或TaN等構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Cu或Cu合金膜構(gòu)成。各通孔22、32、42、52以及62，主要埋入Cu或Cu合金而形成。露出上表面的焊盤金屬層8，通過例如由Al構(gòu)成且包含由TiN/Ti構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Al層疊膜而形成。以下，說明第3實施方式所涉及的多層布線構(gòu)造的特征。露出上表面的焊盤金屬層8例如具有平面圓形狀，用a表示其直徑。與焊盤金屬層8的下表面接觸而形成的金屬層7，形成為比焊盤金屬層8直徑小的圓形狀。并且，形成于金屬層7的下方的金屬層6，在比金屬層7大的平面四角形狀的區(qū)域中形成為布線。此外，比金屬層6更靠近下層的金屬層5 2，按照越是接近半導(dǎo)體基板I的層則其直徑越大的方式而形成。伴隨于此，從金屬層6到下層，越靠近下層則通孔之間的最大間隔越大。并且，形成于金屬層6與金屬層7之間的通孔62，按照覆蓋金屬層7的整個下表面的方式，二維等間隔地配置有多個通孔62。在此，例如，若假設(shè)金屬層7的直徑為50 μ m,則通孔62的直徑為5 μ m且通孔彼此間的間隔為10 μ m。此外，在金屬層6的下側(cè)形成的通孔52，不配置于通孔62的正下方的區(qū)域。像這樣，根據(jù)第3實施方式，通過在與焊盤金屬層8的下表面相接而形成的金屬層7的下側(cè)二維地設(shè)置多個通孔62，從而焊盤金屬層8所受到的應(yīng)力集中于金屬層6與層間絕緣膜51的界面之中配置了通孔62的區(qū)域的下方而受力。另外，由于層間絕緣膜51是由SiCO構(gòu)成的強固的膜，因此不會由于在組裝工序中產(chǎn)生的應(yīng)力而產(chǎn)生剝離以及龜裂。并且，由于通孔52比通孔62更配置于外側(cè)，因此即使通孔52受到拉伸應(yīng)力，該拉伸應(yīng)力也被強固的層間絕緣膜51抑制，因而能夠抑制在層間絕緣膜51中產(chǎn)生的龜裂以及剝離。例如，在焊盤金屬層8上使用釘頭凸點焊接法，使直徑為25 μ m的金線放電而形成金球，一邊進行加熱以及加壓一邊施加超聲波，將金球與由Al構(gòu)成的焊盤金屬層8相互壓接。接下來，在通過真空吸附而固定了半導(dǎo)體基板I的狀態(tài)下，提起金線并切斷該金線。通過以上的工序，即使形成釘頭凸點，也具有能夠抑制在層間絕緣膜51等中產(chǎn)生的剝離以及龜裂的效果。(第4實施方式)以下，參照附圖對本發(fā)明的第4實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置進行說明。如圖5所示，構(gòu)成第4實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的多層布線構(gòu)造，形成于例如由硅(Si)構(gòu)成的半導(dǎo)體基板I上。多層布線構(gòu)造是外部連接用電極，依次層疊了層間絕緣膜11、金屬層2、層間絕緣膜21、金屬層3、層間絕緣膜31、金屬層4、層間絕緣膜41、金屬層5、層間絕緣膜51、金屬層6、層間絕緣膜61、金屬層7以及焊盤金屬層8而形成。另外，多層布線構(gòu)造也可以形成于半導(dǎo)體基板I上的元件形成區(qū)域上。各層間絕緣膜11、21、31以及41使用介電常數(shù)低于3. O的絕緣膜，例如，各層間絕緣膜11、21、31以及41，分別使用膜厚為150nm 200nm，介電常數(shù)為2.4的ELK膜。與此相對，層間絕緣膜51以及層間絕緣膜61，使用例如膜厚為700nm 800nm，介電常數(shù)為4. 3的TEOS膜。各金屬層2、3、4、5、6以及7由包含由Ta或TaN等構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Cu或Cu合金膜構(gòu)成。露出上表面的焊盤金屬層8通過例如由Al構(gòu)成且包含由TiN/Ti構(gòu)成的勢壘金屬在內(nèi)的Al層疊膜而形成。 作為第4實施方式的特征，在層間絕緣膜21、層間絕緣膜31以及層間絕緣膜41中，按照將金屬層2與金屬層3、金屬層3與金屬層4以及金屬層4與金屬層5之間分別電連接的方式，各形成有至少2個主要埋入了 Cu或Cu合金的通孔22、通孔32以及通孔42。與此相對，在金屬層5與金屬層6、以及金屬層6與金屬層7之間，沒有設(shè)置通孔，分別只形成了層間絕緣膜51和層間絕緣膜61。 通孔42中的最大間隔b設(shè)置為大于焊盤金屬層8的尺寸a，其下層的通孔32以及通孔22的各自的最大間隔設(shè)置為大于它們的上層。這樣，根據(jù)第4實施方式，在層間絕緣膜51的整個面受到在焊盤金屬層8上所受到的拉伸應(yīng)力，因此在從該層間絕緣膜51到下方的層中應(yīng)力被緩和并傳遞。并且，形成于層間絕緣膜41的通孔42的最大間隔b，大于焊盤金屬層8的尺寸a。因此，作為層間絕緣膜41的脆弱的ELK膜自身所受到的應(yīng)力以及其界面所受到的應(yīng)力被緩和，低于膜強度以及界面強度。其結(jié)果，看不見在脆弱的層間絕緣膜41中產(chǎn)生的剝離以及龜裂。同樣，即使在作為ELK膜的層間絕緣膜31以及層間絕緣膜21中也防止了膜破壞以及界面破壞的產(chǎn)生。另外，在上述的第I 第4各實施方式中，說明了從半導(dǎo)體基板I越靠近上層，則層間絕緣膜的膜厚越厚，但不限于此。在各實施方式中，由于通過擴大通孔彼此間的最大間隔，從而拉伸應(yīng)力被緩和，因此只要低于膜的破壞應(yīng)力，則可以增厚脆弱的層間絕緣膜的膜厚。例如，在從脆弱的ELK膜到下方的層中，層間絕緣膜的膜厚也可以較厚。例如，也可以采用如下構(gòu)成各層間絕緣膜11、21以及31是ELK膜，各絕緣膜的膜厚為250nm，另一方面，層間絕緣膜41以及層間絕緣膜51是FSG膜，各層的膜厚為150nm。此外，在各實施方式中，連接形成于同一層間絕緣膜的至少2個各通孔彼此間的中間點，也可以在與半導(dǎo)體基板I的主面垂直的方向上形成于同心上。此外，各金屬層2 7也可以在與半導(dǎo)體基板I的主面垂直的方向上相互形成于同心上。工業(yè)實用性本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，即使設(shè)置焊盤電極的層間絕緣膜使用了低介電常數(shù)膜的情況下，也不會產(chǎn)生該層間絕緣膜的破壞以及界面剝離，在元件形成區(qū)域上具備輸入輸出焊盤的半導(dǎo)體裝置等中有用。符號說明
I半導(dǎo)體基板2金屬層3金屬層4金屬層5金屬層6金屬層7金屬層8焊盤金屬層 11層間絕緣膜21層間絕緣膜31層間絕緣膜41層間絕緣膜51層間絕緣膜61層間絕緣膜22 通孔32 通孔42 通孔52 通孔62 通孔a焊盤金屬層的尺寸b通孔的最大間隔c通孔的最大間隔
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其具備在半導(dǎo)體基板上隔著至少2層層間絕緣膜而形成的外部連接用電極， 所述外部連接用電極具有 露出上表面的第I金屬層； 形成于所述第I金屬層與所述半導(dǎo)體基板之間的第2金屬層； 形成于所述第I金屬層與所述第2金屬層之間的第3金屬層；和貫通所述第2金屬層與所述第3金屬層之間的第I層間絕緣膜且將所述第2金屬層和所述第3金屬層電連接的至少2個第I通孔， 所述第I通孔彼此間的最大的間隔，大于所述第I金屬層的寬度尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述外部連接用電極還具有至少2個第2通孔，所述第2通孔貫通所述第I金屬層與所述第3金屬層之間的第2層間絕緣膜，并將所述第I金屬層和所述第3金屬層電連接，所述第I通孔彼此間的最大的間隔，大于所述第2通孔彼此間的最大的間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I層間絕緣膜的介電常數(shù)，低于所述第2層間絕緣膜的介電常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I層間絕緣膜的厚度為所述第2層間絕緣膜的厚度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第2通孔被二維地設(shè)置了 3個以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I層間絕緣膜的介電常數(shù)為3. O以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述半導(dǎo)體基板具有形成了半導(dǎo)體元件的元件形成區(qū)域， 所述外部連接用電極形成于所述元件形成區(qū)域的上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 將形成于同一平面上的至少2個各所述通孔彼此間連接的中間點，在與所述半導(dǎo)體基板的主面垂直的方向上形成于同心上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述各金屬層在與所述半導(dǎo)體基板的主面垂直的方向上形成于同心上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I層間絕緣膜的厚度為所述第2層間絕緣膜的厚度以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述第I金屬層中沒有直接設(shè)置通孔。
12.—種半導(dǎo)體裝置，其具備在半導(dǎo)體基板上隔著至少2層層間絕緣膜而形成的外部連接用電極， 所述外部連接用電極具有 露出上表面的第I金屬層； 形成于所述第I金屬層與所述半導(dǎo)體基板之間的第2金屬層； 形成于所述第I金屬層與所述第2金屬層之間的第3金屬層；形成于所述第I金屬層與所述第3金屬層之間的第4金屬層； 形成于所述第3金屬層與所述第2金屬層之間的第5金屬層； 貫通所述第5金屬層與所述第2金屬層之間的第I層間絕緣膜且將所述第5金屬層和所述第2金屬層電連接的至少2個第I通孔； 貫通所述第I金屬層與所述第4金屬層之間的第2層間絕緣膜且將所述第I金屬層和所述第4金屬層電連接的至少2個第2通孔； 貫通所述第4金屬層與所述第3金屬層之間的第3層間絕緣膜且將所述第4金屬層和所述第3金屬層電連接的至少2個第3通孔；和 貫通所述第3金屬層與所述第5金屬層之間的第4層間絕緣膜且將所述第3金屬層和所述第5金屬層電連接的至少2個第4通孔， 所述第I通孔彼此間的最大的間隔，大于所述第I金屬層的寬度尺寸以及所述第2通孔彼此間的最大的間隔， 所述第3通孔彼此間的最大的間隔小于所述第2通孔彼此間的最大的間隔，并且所述第I通孔彼此間的最大的間隔大于所述第4通孔彼此間的最大的間隔。
全文摘要
具備在半導(dǎo)體基板(1)的上方隔著層間絕緣膜(11)、(21)等而形成的外部連接用電極。外部連接用電極具有露出上表面的焊盤金屬層(8)；形成于該焊盤金屬層(8)與半導(dǎo)體基板(1)之間的第1金屬層(2)；貫通層間絕緣膜(21)而將焊盤金屬層(8)和第1金屬層(2)電連接，并且，形成于層間絕緣膜(21)的至少2個第1通孔(22)。第1通孔(22)彼此間的最大的間隔b，大于焊盤金屬層(8)的寬度尺寸a。
文檔編號H01L23/52GK102668047SQ20108005234
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者櫻井大輔 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社