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JP2003347338A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JP2003347338A
JP2003347338A JP2002156066A JP2002156066A JP2003347338A JP 2003347338 A JP2003347338 A JP 2003347338A JP 2002156066 A JP2002156066 A JP 2002156066A JP 2002156066 A JP2002156066 A JP 2002156066A JP 2003347338 A JP2003347338 A JP 2003347338A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring layer
bonding pad
film
insulating film
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002156066A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehiro Suzuki
岳洋 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2002156066A priority Critical patent/JP2003347338A/en
Publication of JP2003347338A publication Critical patent/JP2003347338A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device excellent in the adhesiveness of a bonding pad to a second wiring layer and an insulation film while preventing the generation of cracks in the insulation film between the bonding pad and the second wiring layer or the disconnection of the second wiring layer due to a force impressed on the bonding pad. <P>SOLUTION: The semiconductor device is provided with a semiconductor substrate 1 on which an operation region is formed; a first wiring layer 3 formed on the semiconductor substrate 1; a second wiring layer 5 formed on the first wiring layer 3 via an interlayer insulation film 4; and a bonding pad 6 formed so as to be superposed on the operation region. The second wiring layer 5 is provided with a plurality of wirings below the bonding pad 6, and a part of the wirings is connected to the bonding pad 6 while an inorganic insulation film 8 is formed between other wirings and the bonding pad. A coated silicon oxide film 10 for burying and flattening a recess 8a of the inorganic insulation film 8, which is produced by the section wiring layer 5, is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板表面の
活性領域上部に形成されたボンディングパッドを備える
半導体装置に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device having a bonding pad formed above an active region on a surface of a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【課題を解決するための手段】携帯電話、携帯情報端末
等の、電子機器の小型軽量化に伴い、それらの機器に搭
載される電子部品の高密度化が進んでいる。それに伴
い、半導体装置の集積度が増大し、個々の半導体装置の
チップサイズが大きくなる傾向にある。一方では、半導
体装置の軽薄短小化を図るために、加工寸法の微細化が
求められ、デザインルールの縮小化が行われている。
As electronic devices such as portable telephones and personal digital assistants have become smaller and lighter, the density of electronic components mounted on those devices has been increasing. As a result, the degree of integration of semiconductor devices increases, and the chip size of each semiconductor device tends to increase. On the other hand, miniaturization of processing dimensions is required in order to reduce the size and size of semiconductor devices, and design rules are being reduced.

【0003】半導体装置は、内部の動作領域(活性領
域)と、半導体装置表面に形成されるパッド領域とに大
別できる。動作領域は、トランジスタやダイオード等の
半導体素子が形成された領域(いわゆる活性領域)及び
それら半導体素子間を結ぶ金属配線、例えばアルミニウ
ム(Al)配線等の領域(配線領域)である。パッド領
域は、半導体素子と外部の端子とを接続するためのボン
ディングパッドが形成されている領域である。半導体装
置は、例えば液晶ドライバである場合、IC(Integrat
ed Circuit;集積回路)チップをフレキシブルプリント
回路(FPC;Flexible Printed Circuit)上に実装す
る実装方式、いわゆるCOF(Chip On FPC)実装方式で
主に用いられる。液晶ドライバの場合、パッド領域は、
液晶駆動用の信号の入出力を行う領域である。
[0003] Semiconductor devices can be broadly classified into internal operating regions (active regions) and pad regions formed on the surface of the semiconductor device. The operation region is a region (so-called active region) in which semiconductor elements such as transistors and diodes are formed, and a region (wiring region) such as a metal wiring connecting these semiconductor elements, for example, an aluminum (Al) wiring. The pad region is a region where bonding pads for connecting the semiconductor element to external terminals are formed. When the semiconductor device is, for example, a liquid crystal driver, an IC (Integrat
It is mainly used in a mounting method for mounting an ed circuit (integrated circuit) chip on a flexible printed circuit (FPC), a so-called COF (Chip On FPC) mounting method. In the case of LCD driver, the pad area is
This is an area for inputting and outputting signals for driving the liquid crystal.

【0004】ここで、COF実装方式に関して、図4を
用いて説明する。
Here, the COF mounting method will be described with reference to FIG.

【0005】図4(a)では、半導体素子(ICチッ
プ)301、半導体素子301の表面に形成された入出
力用の端子電極302、入出力用の端子電極302上に
設けられたボンディングパッド303、絶縁性フィルム
基板304、絶縁性フィルム基板304の表面に形成さ
れた金属配線パターン305、およびボンディングツー
ル306を示している。
In FIG. 4A, a semiconductor element (IC chip) 301, an input / output terminal electrode 302 formed on the surface of the semiconductor element 301, and a bonding pad 303 provided on the input / output terminal electrode 302 , An insulating film substrate 304, a metal wiring pattern 305 formed on the surface of the insulating film substrate 304, and a bonding tool 306.

【0006】半導体素子301は、一般に、その表面に
アルミニウムパッド等の入出力用の端子電極302が形
成されており、さらに入出力用の端子電極302上に厚
さ10μm〜18μm程度のボンディングパッド303
が形成されている。一方、半導体素子301が実装され
るフレキシブルプリント配線板は、ポリイミド樹脂やポ
リエステル等のプラスチック絶縁材料を主材料とした絶
縁フィルム基板(フィルム基板)304上に金属配線パ
ターン305が形成された構造となっている。
The semiconductor element 301 generally has an input / output terminal electrode 302 such as an aluminum pad formed on the surface thereof, and further has a bonding pad 303 having a thickness of about 10 μm to 18 μm on the input / output terminal electrode 302.
Are formed. On the other hand, the flexible printed wiring board on which the semiconductor element 301 is mounted has a structure in which a metal wiring pattern 305 is formed on an insulating film substrate (film substrate) 304 mainly made of a plastic insulating material such as polyimide resin or polyester. ing.

【0007】まず、COF実装方式では、このボンディ
ングパッド303が形成された半導体素子301を、図
4(a)に示すように、絶縁フィルム基板304上に形
成された金属配線パターン305に対して、位置合わせ
する。即ち、ボンディングパッド303が金属配線パタ
ーン305上の所定の位置と合致するように位置合わせ
を行う。
First, in the COF mounting method, the semiconductor element 301 on which the bonding pads 303 are formed is connected to a metal wiring pattern 305 formed on an insulating film substrate 304 as shown in FIG. Align. That is, positioning is performed so that the bonding pad 303 matches a predetermined position on the metal wiring pattern 305.

【0008】ここで、金属配線パターン305は、主体
が銅(Cu)等の導電性物質からなり、該導電性物質の
表面には錫(Sn)メッキや金(Au)メッキ等のメッ
キが施されている。なお、金属配線パターン305に
は、インナーリード、アウターリード、中間リードなど
の種別があるが、本発明にはその種別は関係ないので詳
細な説明は省略する。
Here, the metal wiring pattern 305 is mainly made of a conductive material such as copper (Cu), and the surface of the conductive material is plated with tin (Sn) or gold (Au). Have been. The metal wiring pattern 305 includes types such as an inner lead, an outer lead, and an intermediate lead. However, since the type is not related to the present invention, a detailed description is omitted.

【0009】また、絶縁性フィルム基板304は、帯状
の形態をしており、テープキャリアとも呼ばれている。
その両側縁には送り孔が所定の間隔であけられ、長手方
向に移動可能となっている。
[0009] The insulating film substrate 304 has a strip shape and is also called a tape carrier.
Feed holes are provided at predetermined intervals on both side edges, and are movable in the longitudinal direction.

【0010】この絶縁性フィルム基板304と半導体素
子301との位置合わせを行った後、ボンディングパッ
ド303と、絶縁性フィルム基板304の表面に形成さ
れた金属配線パターン305とを、図4(b)に示すよ
うに、ボンディングツール306を用いて熱圧着により
接合する。この接続方法は、一般に、インナーリードボ
ンディング(ILB;Inner Lead Bonding)と称されて
いる。
After the positioning of the insulating film substrate 304 and the semiconductor element 301 is performed, the bonding pads 303 and the metal wiring patterns 305 formed on the surface of the insulating film substrate 304 are connected to each other as shown in FIG. As shown in (1), bonding is performed by thermocompression bonding using a bonding tool 306. This connection method is generally called inner lead bonding (ILB).

【0011】このインナーリードボンディングを行った
後、図示しないが、半導体素子301が、エポキシ樹脂
やシリコーン樹脂等の材料で樹脂封止される。樹脂封止
は、ノズルにより半導体素子の周囲に樹脂を塗布し、リ
フロー方式等により熱を加えて樹脂を硬化させる方法で
行われる。その後、半導体素子301が実装された部分
を絶縁性フィルム基板304より打ち抜き、個別の半導
体装置(集積回路)として液晶表示パネル等に実装され
る。
After performing the inner lead bonding, the semiconductor element 301 is resin-sealed with a material such as an epoxy resin or a silicone resin (not shown). Resin sealing is performed by a method in which a resin is applied around a semiconductor element by a nozzle, and the resin is cured by applying heat by a reflow method or the like. After that, the portion on which the semiconductor element 301 is mounted is punched out of the insulating film substrate 304 and mounted on a liquid crystal display panel or the like as an individual semiconductor device (integrated circuit).

【0012】以上のように、半導体素子をパッケージン
グし半導体装置とする方法について説明した。
As described above, a method for packaging a semiconductor element to form a semiconductor device has been described.

【0013】従来の通常の半導体装置では、ボンディン
グパッドは、動作領域には形成されず、動作領域の周辺
部に設けられている。これは、Auバンプと外部接続端
子とを接合する際の機械的な圧力や、熱ストレス等によ
る応力がボンディングパッドを介して動作領域に印加さ
れないようにするためである。尚、液晶ドライバ等のボ
ンディングパッドは、現状では、典型的には50〜10
0μmのピッチ(間隔)で半導体素子周辺部に形成され
ており、ピッチにもよるが、典型的には40×90μm
の長方形である。
In a conventional ordinary semiconductor device, a bonding pad is not formed in an operation area, but is provided in a peripheral portion of the operation area. This is to prevent a mechanical pressure at the time of joining the Au bump and the external connection terminal or a stress due to thermal stress or the like from being applied to the operation region via the bonding pad. At present, the bonding pads of the liquid crystal driver and the like are typically 50 to 10
It is formed around the semiconductor element at a pitch (interval) of 0 μm, and typically depends on the pitch, but is typically 40 × 90 μm.
Is a rectangle.

【0014】現在、半導体装置は、高密度化、集積度の
増大化により、素子間を結ぶ金属パターンが複雑化する
傾向にあり、また、配線層を何層も重ねる多層配線構造
が主流となっている。それに伴い、半導体装置を外部端
子と接続するための端子数も500個に達している。そ
のため、端子であるボンディングパッドの領域(パッド
領域)が動作領域以外に存在すると、端子数の増加に従
って動作領域以外の領域の面積が増大し、半導体装置の
サイズも大きくなり、携帯電話やPDA(Personal Dig
ital Assistant;携帯情報機器)等の軽薄短小化に逆行
することとなる。
At present, a semiconductor device tends to have a complicated metal pattern connecting elements due to an increase in density and an increase in the degree of integration, and a multi-layer wiring structure in which a number of wiring layers are stacked has become mainstream. ing. Accordingly, the number of terminals for connecting the semiconductor device to external terminals has reached 500. Therefore, if the region of the bonding pad (pad region), which is a terminal, exists outside the operation region, the area of the region other than the operation region increases as the number of terminals increases, and the size of the semiconductor device also increases. Personal Dig
It goes against the miniaturization of ital Assistants (portable information devices).

【0015】そこで、半導体装置の縮小化の手法とし
て、半導体素子の動作領域にボンディングパッドを形成
する手法が提案されている。この手法は、『エリアパッ
ド』と称されている。以下、半導体素子の動作領域に形
成されたボンディングパッドを『エリアパッド』と称す
る。
Therefore, as a method of reducing the size of a semiconductor device, a method of forming a bonding pad in an operation region of a semiconductor element has been proposed. This method is called “area pad”. Hereinafter, the bonding pad formed in the operation region of the semiconductor element is referred to as “area pad”.

【0016】エリアパッドに関する従来技術について以
下に説明する。
The prior art relating to the area pad will be described below.

【0017】米国特許公開公報US2002−0043
号(2002年4月18日公開;特願2001−200
098号に対応)に開示された2層配線構造の半導体装
置におけるエリアパッドの形成例を、図5に基づいて説
明する。
US Patent Publication US2002-0043
No. (Released on April 18, 2002; Japanese Patent Application 2001-200)
An example of forming an area pad in a semiconductor device having a two-layer wiring structure disclosed in US Pat.

【0018】図5に示すように、半導体素子120が形
成された領域である活性領域(動作領域)を有するシリ
コン基板101と、シリコン基板101上に形成され、
上記活性領域と電気的に接続された第1配線層102
と、第1配線層102上に層間絶縁膜106を介して形
成された第2配線層107と、少なくとも一部が上記活
性領域と重なる位置に形成された、外部との電気的接続
のためのボンディングパッド114とを備えている。ま
た、ボンディングパッド114の下端部(第2配線層1
07との接合面の近傍部分)には、バリア膜が形成され
ている。半導体素子120は、MOS(Metal Oxide Sem
iconductor;金属酸化膜半導体)トランジスタであり、
シリコン基板101の表層に形成されたソース領域とし
て機能する不純物拡散層や、ドレイン領域として機能す
る不純物拡散層等からなっている。
As shown in FIG. 5, a silicon substrate 101 having an active region (operation region) in which a semiconductor element 120 is formed, and a silicon substrate 101 formed on the silicon substrate 101,
First wiring layer 102 electrically connected to the active region
A second wiring layer 107 formed on the first wiring layer 102 with an interlayer insulating film 106 interposed therebetween, and a second wiring layer 107 formed at a position where at least a part thereof overlaps the active region, for electrical connection to the outside. And a bonding pad 114. The lower end of the bonding pad 114 (the second wiring layer 1)
A barrier film is formed in the vicinity of the bonding surface with the layer 07). The semiconductor element 120 is a MOS (Metal Oxide Sem).
iconductor; metal oxide semiconductor
It comprises an impurity diffusion layer functioning as a source region formed on the surface layer of the silicon substrate 101, an impurity diffusion layer functioning as a drain region, and the like.

【0019】半導体素子120の構造については、本発
明の特徴部分に直接関係ないため、詳細な説明を省略
し、他の構成要素についてのみ詳細に説明する。すなわ
ち、ここでは、活性領域と電気的に接続されている第1
配線層102、およびその上に形成された各構成につい
てのみ詳細に説明する。
Since the structure of the semiconductor element 120 is not directly related to the features of the present invention, a detailed description will be omitted, and only the other components will be described in detail. That is, here, the first region electrically connected to the active region is used.
Only the wiring layer 102 and each component formed thereon will be described in detail.

【0020】第1配線層102は、アルミニウム等の導
電体からなる単層または複層からなっている。第1配線
層102は、活性領域上に絶縁膜を介して形成されてお
り、複数の配線からなっている。第1配線層102の配
線の一部は、活性領域とコンタクトホールを介して接続
されている。第1配線層102の上部には、第1配線層
102と第2配線層107とを絶縁する(電気的に未接
続とする)ために層間絶縁膜106が形成されている。
The first wiring layer 102 is a single layer or a multiple layer made of a conductor such as aluminum. The first wiring layer 102 is formed on the active region via an insulating film and includes a plurality of wirings. Part of the wiring of the first wiring layer 102 is connected to the active region via a contact hole. Over the first wiring layer 102, an interlayer insulating film 106 is formed to insulate (electrically disconnect) the first wiring layer 102 and the second wiring layer 107.

【0021】層間絶縁膜106は、シリコン基板1側よ
りシリコン酸化膜106a/SOG膜106b/シリコ
ン酸化膜106cの順番に積層されている。SOG膜1
06bは、第1配線層102により発生した表面の凹凸
を平坦化するべく形成されている。シリコン酸化膜10
6a・106cは、例えば500nm程度の厚さで形成
される。
The interlayer insulating film 106 is laminated in the order of silicon oxide film 106a / SOG film 106b / silicon oxide film 106c from the silicon substrate 1 side. SOG film 1
06b is formed to flatten the surface irregularities generated by the first wiring layer 102. Silicon oxide film 10
6a and 106c are formed with a thickness of, for example, about 500 nm.

【0022】第2配線層107も、第1配線層102と
同様、アルミニウム等の導電体により形成されており、
単層または複層からなっている。第2配線層107は、
ボンディングパッド114と重なる領域内に互いに絶縁
された複数の配線を有している。また、第2配線層10
7の配線の一部は、層間絶縁膜106のビアホールを介
して第1配線層102の一部と接続されている。
The second wiring layer 107 is also formed of a conductor such as aluminum similarly to the first wiring layer 102.
Consists of a single layer or multiple layers. The second wiring layer 107
A plurality of wires insulated from each other are provided in a region overlapping the bonding pad 114. Also, the second wiring layer 10
Part of the wiring 7 is connected to part of the first wiring layer 102 via a via hole in the interlayer insulating film 106.

【0023】第2配線層107とボンディングパッド1
14との間には、保護膜108及びポリイミド膜110
が形成されており、保護膜108およびポリイミド膜1
10には、第2配線層107の一部との接合のため開口
部が設けられている。
The second wiring layer 107 and the bonding pad 1
14, the protective film 108 and the polyimide film 110
Are formed, and the protective film 108 and the polyimide film 1
An opening is provided in 10 for joining with a part of the second wiring layer 107.

【0024】ボンディングパッド114は、これら開口
部を通して第2配線層107の一部と接続されている。
また、ボンディングパッド114と接続されている第2
配線層107の接合面はボンディングパッド114の平
面寸法(シリコン基板1上に投影した正射影の寸法)よ
りもかなり小さくなっている。このため、ボンディング
パッド114の下方領域における、第2配線層107と
ボンディングパッド114との接合面以外の領域に、第
2配線層107の配線を配置することが可能となってい
る。なお、従前のエリアパッドを備える半導体装置で
は、配線層とボンディングパッド(突起電極)との接合面
積はボンディングパッドの断面積と同程度である。これ
に対し、特願2001−200098号明細書の半導体
装置では、第2配線層107とボンディングパッド11
4との接合面積を小さくして、第2配線層107の配線
の自由度を増している。
The bonding pad 114 is connected to a part of the second wiring layer 107 through these openings.
Also, the second pad connected to the bonding pad 114
The bonding surface of the wiring layer 107 is considerably smaller than the plane size of the bonding pad 114 (the size of the orthogonal projection projected on the silicon substrate 1). For this reason, it is possible to arrange the wiring of the second wiring layer 107 in a region other than the bonding surface between the second wiring layer 107 and the bonding pad 114 in a region below the bonding pad 114. In a conventional semiconductor device having an area pad, the bonding area between the wiring layer and the bonding pad (projecting electrode) is substantially equal to the cross-sectional area of the bonding pad. On the other hand, in the semiconductor device described in Japanese Patent Application No. 2001-200098, the second wiring layer 107 and the bonding pad 11
4, the degree of freedom of wiring of the second wiring layer 107 is increased.

【0025】また、第2配線層107とボンディングパ
ッド114との接合面以外のボンディングパッド114
と第2配線層107との間には、これらを絶縁する(電
気的に未接続とする)ための保護膜108とポリイミド
膜110が形成されている。ポリイミド膜110の形状
は、第2配線層107とボンディングパッド114との
接合面からボンディングパッド114の外周に行くにつ
れ、傾斜している形状となっている。
The bonding pads 114 other than the bonding surface between the second wiring layer 107 and the bonding pads 114
A protective film 108 and a polyimide film 110 are formed between the first wiring layer 107 and the second wiring layer 107 to insulate them (electrically disconnect them). The shape of the polyimide film 110 is inclined toward the outer periphery of the bonding pad 114 from the bonding surface between the second wiring layer 107 and the bonding pad 114.

【0026】このポリイミド膜110は、第2配線層1
07とボンディングパッド114とを電気的に絶縁する
絶縁膜としての役割と、ボンディングパッド114にC
OF等に実装する際の荷重や圧力等によるストレスを軽
減し、ボンディングパッド114の下方の第1配線層1
02や第2配線層107にダメージを与えないようにす
るための緩衝材としての役割を担っている。
The polyimide film 110 is formed on the second wiring layer 1
07 as an insulating film that electrically insulates the bonding pad 114 from the bonding pad 114.
The first wiring layer 1 below the bonding pad 114 can reduce stress due to load, pressure, and the like when mounted on an OF or the like.
02 and the second wiring layer 107 as a buffer for preventing damage.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許公開公報US2002−0043号に開示された2層
配線構造の半導体装置においては、第2配線層107と
ボンディングパッド114との間の保護膜108は、第
2配線層107の形状のとおりに凹凸を形成してしま
う。そのため、保護膜108には、凹部が形成されてし
まう。保護膜108に凹部があると、上部からのストレ
スが加わったときに保護膜108に亀裂が入ることがあ
る。保護膜108に亀裂が入ると、水分が染み込み、そ
の水分が染み込んだ箇所に電流が流れることにより腐食
し、最終的には断線する可能性がある。
However, in the semiconductor device having a two-layer wiring structure disclosed in U.S. Patent Publication No. US2002-0043, the protection film 108 between the second wiring layer 107 and the bonding pad 114 is not provided. As a result, unevenness is formed according to the shape of the second wiring layer 107. Therefore, a concave portion is formed in the protective film 108. If the protective film 108 has a concave portion, the protective film 108 may be cracked when a stress is applied from above. If a crack is formed in the protective film 108, moisture penetrates, and a current flows in a portion where the moisture penetrates, so that the protection film 108 may be corroded and eventually broken.

【0028】また、第2配線層107の上部に形成され
ているポリイミド膜110は、第2配線層107とボン
ディングパッド114との接合面からボンディングパッ
ド114の外周に行くにつれて傾斜している形状となっ
ている。そのため、ポリイミド膜110の上部にあるボ
ンディングパッド114の下面の形状は外側が高く、中
心部が低くなってしまう。ボンディングパッド114の
下面が平坦でないと、ボンディングパッド114と第2
配線層107との良好な接続が不可能となる。
The polyimide film 110 formed on the second wiring layer 107 has a shape that is inclined from the bonding surface between the second wiring layer 107 and the bonding pad 114 toward the outer periphery of the bonding pad 114. Has become. Therefore, the shape of the lower surface of the bonding pad 114 above the polyimide film 110 is high at the outside and low at the center. If the lower surface of the bonding pad 114 is not flat, the bonding pad 114 and the second
Good connection with the wiring layer 107 becomes impossible.

【0029】また、ポリイミド膜110は、有機絶縁材
料であるので、バリアメタル112との密着力が低い。
そのため、ボンディングパッド114がバリアメタル1
12とポリイミド膜110の界面で、外的圧力により剥
がれてしまう可能性がある。
Since the polyimide film 110 is an organic insulating material, the polyimide film 110 has low adhesion to the barrier metal 112.
Therefore, the bonding pad 114 is
At the interface between the polyimide film 110 and the polyimide film 110, there is a possibility that the film will be peeled off by external pressure.

【0030】上記問題を回避するためにポリイミド膜1
10を形成しないことも考えられるが、上部から第2配
線層107等に加わるストレスを緩衝する緩衝材がなく
なることとなる。その結果、COF実装等の時のストレ
スにより、ボンディングパッド114の下方の第2配線
層107等にダメージが与えられ、第2配線層107等
に断線が発生する可能性がある。
In order to avoid the above problem, the polyimide film 1
Although it is conceivable that the layer 10 is not formed, there is no buffer material for buffering the stress applied to the second wiring layer 107 and the like from above. As a result, the stress at the time of COF mounting or the like may damage the second wiring layer 107 and the like below the bonding pad 114, and may cause disconnection in the second wiring layer 107 and the like.

【0031】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的は、ボンディングパッドと第2
配線層および絶縁膜との密着性が良好であり、かつ、C
OF実装等のボンディング時にボンディングパッドに加
えられる力により、ボンディングパッドと第2配線層と
の間の絶縁膜に亀裂が入ったり、第2配線層が断線した
りすることを防止できる半導体装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a bonding pad and a second pad.
Good adhesion to the wiring layer and the insulating film, and C
Provided is a semiconductor device capable of preventing a crack in an insulating film between a bonding pad and a second wiring layer and a disconnection of the second wiring layer due to a force applied to the bonding pad during bonding such as OF mounting. Is to do.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
上記の課題を解決するために、半導体素子が形成された
領域である動作領域を有する半導体基板と、上記半導体
基板上に形成され、上記動作領域と電気的に接続された
第1配線層と、上記第1配線層上に層間絶縁膜を介して
形成された第2配線層と、少なくとも一部が動作領域と
重なるように形成された、外部との電気的接続のための
ボンディングパッドとを備え、上記第2配線層が、上記
ボンディングパッドの下方空間に複数の配線を有し、上
記配線の一部がボンディングパッドと接合されている一
方、他の配線とボンディングパッドとの間に絶縁膜が形
成され、第2配線層における配線間の間隙に起因して絶
縁膜表面に凹部が形成されている半導体装置において、
上記絶縁膜表面の凹部に対し、該凹部を埋めて平坦化す
るための平坦化膜が形成されており、上記平坦化膜が、
上記絶縁膜と異なり、かつ、無機系の絶縁膜であること
を特徴としている。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
In order to solve the above problems, a semiconductor substrate having an operation region that is a region where a semiconductor element is formed, a first wiring layer formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the operation region, A second wiring layer formed on the first wiring layer via an interlayer insulating film; and a bonding pad for electrical connection to the outside, the bonding pad being formed so as to at least partially overlap the operation region. The second wiring layer has a plurality of wirings in a space below the bonding pad, and a part of the wiring is bonded to the bonding pad, while an insulating film is formed between the other wiring and the bonding pad. In a semiconductor device, wherein a recess is formed on a surface of an insulating film due to a gap between wirings in a second wiring layer,
For the recesses on the surface of the insulating film, a flattening film for filling and flattening the recesses is formed, and the flattening film is
It is characterized by being an inorganic insulating film different from the above insulating film.

【0033】絶縁膜を堆積法により略均一な厚みで形成
すると、絶縁膜表面には、ほぼ第2配線層の形状のまま
に凹凸が発生する。そのため、従来のように絶縁膜表面
全体にポリイミド膜を形成した場合、ボンディングパッ
ド下面の形状は、外側が高く、中心部が低くなってしま
うような形状となり、ボンディングパッドと第2配線層
とがより密着しにくく、ボンディングパッドと第2配線
層との接続がより良好になる。
When the insulating film is formed with a substantially uniform thickness by the deposition method, irregularities are generated on the surface of the insulating film while keeping the shape of the second wiring layer. Therefore, when a polyimide film is formed on the entire surface of the insulating film as in the conventional case, the shape of the lower surface of the bonding pad is such that the outside is high and the center is low, and the bonding pad and the second wiring layer are separated. Adhesion is more difficult, and the connection between the bonding pad and the second wiring layer becomes better.

【0034】本発明によれば、第2配線層が形成される
ことにより絶縁膜表面に発生する凹部を、第2配線層と
ボンディングパッドとを絶縁するための絶縁膜と異なる
絶縁膜である平坦化膜により埋めることで、第2配線層
とボンディングパッドとの間の膜が平坦化できる。これ
により、絶縁膜表面全体にポリイミド膜を形成した場合
と比較して、ボンディングパッドにおける第2配線層側
の面の形状が平坦化される。それゆえ、ボンディングパ
ッドと第2配線層とがより密着しやすくなり、ボンディ
ングパッドと第2配線層とのより良好な接続が可能にな
る。
According to the present invention, the recess formed on the surface of the insulating film due to the formation of the second wiring layer is formed by a flat insulating film different from the insulating film for insulating the second wiring layer and the bonding pad. By filling with the oxide film, the film between the second wiring layer and the bonding pad can be flattened. Thereby, the shape of the surface of the bonding pad on the second wiring layer side is flattened as compared with the case where the polyimide film is formed on the entire surface of the insulating film. Therefore, the bonding pad and the second wiring layer are more likely to be in close contact with each other, and better connection between the bonding pad and the second wiring layer is possible.

【0035】また、本発明によれば、凹部を埋めること
により、COF実装時等に生じるボンディングパッド上
部からのストレスによる絶縁膜のダメージを回避でき
る。これにより、ボンディングパッドと第2配線層との
間の絶縁膜に亀裂が入りにくくなるので、ストレスによ
り発生する絶縁膜の亀裂から水分が浸透し第2配線層が
断線するという不具合が軽減できる。
Further, according to the present invention, by filling the concave portion, it is possible to avoid damage to the insulating film due to stress from the upper portion of the bonding pad, which is generated at the time of COF mounting or the like. This makes it difficult for a crack to be formed in the insulating film between the bonding pad and the second wiring layer, so that the problem that moisture penetrates from the crack in the insulating film caused by stress and the second wiring layer is disconnected can be reduced.

【0036】さらに、本発明によれば、ボンディングパ
ッドと第2配線層との間に平坦化膜を介在させること
で、平坦化膜の緩衝作用により、ボンディングパッド上
部から第2配線層に加わるストレスを緩和することがで
きる。これにより、第2配線層が断線するという不具合
が軽減できる。
Further, according to the present invention, since the planarizing film is interposed between the bonding pad and the second wiring layer, the stress applied to the second wiring layer from above the bonding pad by the buffering action of the planarizing film. Can be alleviated. Thereby, the disadvantage that the second wiring layer is disconnected can be reduced.

【0037】その上、本発明によれば、平坦化膜は、無
機系の絶縁膜であるので、ポリイミド膜等の有機絶縁膜
と比較して、ボンディングパッドとの密着力が大きい。
それゆえ、ボンディングパッドと半導体装置本体との密
着力を損なうことがない。したがって、ボンディングパ
ッドと絶縁膜との密着性が良好で、ボンディングパッド
が剥離し難い半導体装置を提供できる。
In addition, according to the present invention, since the flattening film is an inorganic insulating film, the flattening film has a higher adhesion to the bonding pad than an organic insulating film such as a polyimide film.
Therefore, the adhesion between the bonding pad and the semiconductor device body is not impaired. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which the adhesion between the bonding pad and the insulating film is good and the bonding pad is hard to peel off.

【0038】なお、本願明細書において、「ボンディン
グパッドの下方」とは、半導体基板とボンディングパッ
ドとに挟まれた空間を指すものとする。また、「重な
る」とは、半導体基板上に投影した正射影が一致するこ
とを指すものとする。また、「無機系の絶縁膜」とは、
有機成分を全く含まない無機絶縁材料からなる絶縁膜に
加えて、有機基により修飾された無機成分を主体とする
絶縁材料(有機基を含むポリシロキサン等)からなる絶
縁膜を含むものとする。
In the specification of the present application, "below the bonding pad" means a space between the semiconductor substrate and the bonding pad. Further, “overlap” means that the orthogonal projections projected on the semiconductor substrate match. In addition, "inorganic insulating film"
In addition to an insulating film made of an inorganic insulating material containing no organic component, an insulating film made of an insulating material mainly composed of an inorganic component modified with an organic group (eg, polysiloxane containing an organic group) is included.

【0039】上記平坦化膜は、塗布シリコン酸化膜、す
なわちいわゆる「SOG(SiliconOn Glass)膜」である
ことが好ましい。
The flattening film is preferably a coated silicon oxide film, that is, a so-called "SOG (Silicon On Glass) film".

【0040】これにより、平坦化膜の柔軟性が高くなる
ので、COF実装時等にボンディングパッド上部から保
護膜や第2配線層等に加わるストレスに対して、より大
きな緩衝作用が得られる。それゆえ、第2配線層の断線
をより確実に防止できる。また、塗布シリコン酸化膜
は、表面張力により保護膜表面の凸部よりも凹部に厚く
形成されるため、平坦化に適している。
As a result, the flexibility of the flattening film is increased, so that a greater buffering action can be obtained against the stress applied to the protective film, the second wiring layer, and the like from above the bonding pad during COF mounting or the like. Therefore, disconnection of the second wiring layer can be more reliably prevented. Further, the coated silicon oxide film is formed to be thicker in the concave portion than in the convex portion on the surface of the protective film due to surface tension, and thus is suitable for flattening.

【0041】なお、本発明に係る半導体装置はの製造方
法の好ましい一形態は、半導体基板上に半導体素子を形
成する工程と、一部が半導体素子に接合されるように第
1配線層を形成する工程と、上記第1配線層上に、ビア
ホールを有する層間絶縁膜を形成する工程と、上記層間
絶縁膜上および上記ビアホール内に、複数の配線からな
る第2配線層を形成する工程と、上記第2配線層上に、
複数の配線を覆うように絶縁膜を形成する工程と、上記
絶縁膜で覆われた配線の一部のみが露出されるように、
絶縁膜に開口部を形成する工程と、上記絶縁膜上と上記
開口部内とに、少なくとも一部が上記半導体素子と重な
り、かつ、絶縁膜で覆われた配線の少なくとも1本と重
なるように、外部との電気的接続のためのボンディング
パッドを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法で
あって、上記ボンディングパッドを形成する工程の前
に、上記第2配線層における配線間のギャップに起因し
て絶縁膜表面に発生した凹部を埋めて平坦化するため
に、絶縁材料を溶媒に溶解させた溶液を絶縁膜上に塗布
した後、硬化させることにより、絶縁材料からなる平坦
化膜を形成する工程と、絶縁膜が露出するように絶縁膜
および平坦化膜をエッチバックする工程とをさらに含む
方法である。このエッチバックにより、絶縁膜の凹部が
平坦化膜で埋められた略平坦な絶縁膜(絶縁膜および平
坦化膜を合わせたもの)が形成される。
In a preferred embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a semiconductor element on a semiconductor substrate and a step of forming a first wiring layer so as to partially join the semiconductor element are performed. Performing, forming an interlayer insulating film having a via hole on the first wiring layer, forming a second wiring layer including a plurality of wirings on the interlayer insulating film and in the via hole, On the second wiring layer,
Forming an insulating film so as to cover the plurality of wirings, so that only a part of the wiring covered with the insulating film is exposed,
Forming an opening in the insulating film, and on the insulating film and in the opening, at least a portion overlaps the semiconductor element, and overlaps at least one of the wirings covered with the insulating film, Forming a bonding pad for electrical connection to the outside, the method comprising the step of forming a bonding pad due to a gap between wirings in the second wiring layer before the step of forming the bonding pad. A flattened film made of an insulating material is formed by applying a solution obtained by dissolving an insulating material in a solvent on the insulating film and then curing the solution so as to fill and flatten the concave portions generated on the insulating film surface. And etching back the insulating film and the planarizing film so that the insulating film is exposed. By this etch-back, a substantially flat insulating film (a combination of the insulating film and the flattening film) is formed in which the concave portion of the insulating film is filled with the flattening film.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に関して、
図1に基づいて以下に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Regarding one embodiment of the present invention,
This will be described below with reference to FIG.

【0043】図1は、本発明に係る半導体装置としての
半導体集積回路の1セル分を示す。以下、半導体集積回
路の1セル分を抜取り説明する。
FIG. 1 shows one cell of a semiconductor integrated circuit as a semiconductor device according to the present invention. Hereinafter, the extraction of one cell of the semiconductor integrated circuit will be described.

【0044】本発明に係る半導体装置としての半導体集
積回路は、半導体基板としてのシリコン基板1上に、活
性領域と言われるトランジスタを有する半導体素子2が
形成された領域を備えている。半導体集積回路は、半導
体素子2の上部に第1配線層3が形成され、さらに第1
配線層3上に層間絶縁膜4を介して第2配線層5が形成
されている。そして、第2配線層5は、少なくとも一部
が上記活性領域と重なる領域に形成された外部接続端子
としてのボンディングパッド6と接続されている。な
お、ボンディングパッド6は、先に示したCOFの金属
配線パターンと接続するための接続部である。
The semiconductor integrated circuit as a semiconductor device according to the present invention has a region in which a semiconductor element 2 having a transistor called an active region is formed on a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate. In the semiconductor integrated circuit, a first wiring layer 3 is formed on a semiconductor element 2 and
A second wiring layer 5 is formed on the wiring layer 3 with an interlayer insulating film 4 interposed therebetween. The second wiring layer 5 is connected to a bonding pad 6 as an external connection terminal formed at least in a region overlapping the active region. The bonding pad 6 is a connecting portion for connecting to the metal wiring pattern of COF described above.

【0045】また、半導体素子2は、MOSトランジス
タであり、図示しないが、シリコン基板1の表層には、
ソース領域とドレイン領域とからなる活性領域が存在す
る。半導体素子2の構成は、本発明の特徴部分には直接
関係なく、また、一般的な構成であるため、詳細な説明
を省くこととする。
The semiconductor element 2 is a MOS transistor, and although not shown, the surface of the silicon substrate 1 has
There is an active region consisting of a source region and a drain region. The configuration of the semiconductor element 2 is not directly related to the characteristic portion of the present invention, and is a general configuration, so that detailed description will be omitted.

【0046】以下の説明においては、活性領域と電気的
に接続されている第1配線層3およびその上の各構成要
素についてのみ説明する。第1配線層3は、アルミニウ
ム等の導電体からなる単層または複層からなっている。
複層の場合、例えば、シリコン基板1側から、300n
m程度のTiW層、600nm程度のAlSi層の順番
に形成されている。
In the following description, only the first wiring layer 3 electrically connected to the active region and each component thereon will be described. The first wiring layer 3 is a single layer or a multiple layer made of a conductor such as aluminum.
In the case of multiple layers, for example, 300n from the silicon substrate 1 side
A TiW layer of about m and an AlSi layer of about 600 nm are formed in this order.

【0047】また、第1配線層3では、シリコン基板1
の活性領域上に絶縁膜を介して複数の配線が形成されて
おり、その一部は、上記絶縁膜に設けられたコンタクト
ホールを介して、活性領域と、すなわち、半導体素子2
と電気的に接続されている。
In the first wiring layer 3, the silicon substrate 1
A plurality of wirings are formed on the active region through an insulating film, and a part of the wirings is connected to the active region, ie, the semiconductor element 2 through a contact hole provided in the insulating film.
Is electrically connected to

【0048】第1配線層3の上部には、第1配線層3と
第2配線層5を電気的に絶縁状態(未接続)とするため
に層間絶縁膜4が形成されている。また、層間絶縁膜4
には、第1配線層3と第2配線層5を電気的に接続させ
るためのビアホール7が設けられている。
An interlayer insulating film 4 is formed on the first wiring layer 3 in order to make the first wiring layer 3 and the second wiring layer 5 electrically insulated (not connected). Also, the interlayer insulating film 4
Is provided with a via hole 7 for electrically connecting the first wiring layer 3 and the second wiring layer 5.

【0049】層間絶縁膜4は、シリコン基板1側より、
シリコン酸化膜4a、塗布シリコン酸化膜(SOG膜)
4b、シリコン酸化膜4cの順番に積層されている。塗
布シリコン酸化膜(SOG膜)4bは、第1配線層3に
より発生した凹凸を平坦化するべく形成されている。シ
リコン酸化膜4a・4cは、CVD(Chemical VaporDep
osition;化学蒸着法)法等の堆積法により、例えば5
00nm程度の厚さで形成されている。
The interlayer insulating film 4 is formed from the silicon substrate 1 side.
Silicon oxide film 4a, coated silicon oxide film (SOG film)
4b and a silicon oxide film 4c. The coated silicon oxide film (SOG film) 4b is formed to flatten the unevenness generated by the first wiring layer 3. The silicon oxide films 4a and 4c are formed by CVD (Chemical Vapor Depth).
osition (chemical vapor deposition) method, etc.
It is formed with a thickness of about 00 nm.

【0050】第2配線層5も、アルミニウム等の導電体
により形成されており、単層または複層からなってい
る。複層の場合、例えば、シリコン基板1側から、15
0nm程度のTiW層、1000nm程度のAlSi層
の順番に形成されている。そして、第2配線層5もま
た、複数の配線を有しており、その一部は第1配線層3
と電気的にビアホール7を介して接続されている。
The second wiring layer 5 is also formed of a conductor such as aluminum and has a single layer or multiple layers. In the case of multiple layers, for example, 15
A TiW layer of about 0 nm and an AlSi layer of about 1000 nm are formed in this order. The second wiring layer 5 also has a plurality of wirings, some of which are in the first wiring layer 3.
Are electrically connected via the via holes 7.

【0051】また、第2配線層5は、ボンディングパッ
ド6と重なる領域(ボンディングパッド6の下方空間)
内に互いに絶縁された複数の配線を有している。また、
この領域内の配線の一部は、層間絶縁膜4のビアホール
を通して第1配線層3と接続されている一方、この領域
内の残りの配線は、第1配線層3と絶縁されている。
The second wiring layer 5 has a region overlapping with the bonding pad 6 (a space below the bonding pad 6).
And a plurality of wirings insulated from each other. Also,
A part of the wiring in this region is connected to the first wiring layer 3 through the via hole of the interlayer insulating film 4, while the remaining wiring in this region is insulated from the first wiring layer 3.

【0052】また、第2配線層5の一部の配線とボンデ
ィングパッド6とを電気的に未接続とするための保護膜
として、無機絶縁膜(絶縁膜)8および平坦化膜として
の塗布シリコン酸化膜(以下、SOG膜と略記する)1
0が形成されている。
An inorganic insulating film (insulating film) 8 and coated silicon as a planarizing film are used as a protective film for electrically disconnecting a part of the wiring of the second wiring layer 5 from the bonding pad 6. Oxide film (hereinafter abbreviated as SOG film) 1
0 is formed.

【0053】また、第2配線層5の上部には無機絶縁膜
8が形成されている。無機絶縁膜8は、CVD法等の堆
積法により形成される酸化シリコン膜や窒化シリコン膜
等の堆積膜である。無機絶縁膜8は、例えば、厚さ40
0nmのSiO2膜と、厚さ720nmのSiN膜との
2層で形成されている。
An inorganic insulating film 8 is formed on the second wiring layer 5. The inorganic insulating film 8 is a deposited film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film formed by a deposition method such as a CVD method. The inorganic insulating film 8 has a thickness of, for example, 40
It is formed of two layers of a 0 nm SiO 2 film and a 720 nm thick SiN film.

【0054】無機絶縁膜8におけるボンディングパッド
6との接合部には、第2配線層5の一部の配線とボンデ
ィングパッド6との接続のための開口部8bが形成され
ている。ボンディングパッド6と重なる領域に位置する
第2配線層5の複数の配線に対応する無機絶縁膜8の領
域のうち、開口部8bは、一部の配線に対応する位置だ
けに形成されており、残りの配線に対応する領域には形
成されていない。したがって、開口部8bにおける第2
配線層5側の端での断面積(シリコン基板1に平行な面
に沿った断面の面積)は、ボンディングパッド6の上面
の面積よりも小さくなっている。開口部8bにおける第
2配線層5側の端での断面積は、第2配線層5の配線幅
を2乗した値の60%〜100%の範囲内であることが
より好ましい。
An opening 8 b for connecting a part of the wiring of the second wiring layer 5 to the bonding pad 6 is formed at the bonding portion between the inorganic insulating film 8 and the bonding pad 6. In the region of the inorganic insulating film 8 corresponding to the plurality of wirings of the second wiring layer 5 located in the region overlapping with the bonding pad 6, the opening 8b is formed only at a position corresponding to a part of the wirings, It is not formed in a region corresponding to the remaining wiring. Therefore, the second in the opening 8b
The cross-sectional area (the cross-sectional area along a plane parallel to the silicon substrate 1) at the end on the wiring layer 5 side is smaller than the area of the upper surface of the bonding pad 6. The cross-sectional area of the opening 8b at the end on the second wiring layer 5 side is more preferably in the range of 60% to 100% of the square of the wiring width of the second wiring layer 5.

【0055】無機絶縁膜8の上面には、凹部8aにSO
G膜10が形成されており、更に上部にバリアメタル9
が形成されている。ボンディングパッド6は、無機絶縁
膜8の上部に形成されているバリアメタル9を介して、
第2配線層5と接合されている。バリアメタル9は、第
2配線層5を構成する材料とボンディングパッド6を構
成する金等の材料とが反応することを阻止する高融点金
属である。
On the upper surface of the inorganic insulating film 8, SO
A G film 10 is formed, and a barrier metal 9 is further formed thereon.
Are formed. The bonding pad 6 is formed via a barrier metal 9 formed on the inorganic insulating film 8.
It is joined to the second wiring layer 5. The barrier metal 9 is a refractory metal that prevents the material of the second wiring layer 5 from reacting with the material of the bonding pad 6 such as gold.

【0056】以下、図1における第2配線層5とボンデ
ィングパッド6との接合部の近傍部分11を拡大した図
2に沿って、本発明をさらに詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2, which is an enlarged view of a portion 11 near the junction between the second wiring layer 5 and the bonding pad 6 in FIG.

【0057】無機絶縁膜8は、ほぼ均一な厚みで全面に
形成されるので、無機絶縁膜8表面は、第2配線層5の
形状に従った高低差のある凹凸形状(高低差のある形
状)となってしまう。このため、無機絶縁膜8表面に
は、第2配線層5における配線間の間隙に起因して凹部
8aが形成される。この無機絶縁膜8の凹部8aは、図
3に示すように、上方からのストレスに非常に弱いの
で、凹部8a上に直接バリアメタル9が形成されている
と、COF実装等の際に上方からのストレスがかかった
時に、無機絶縁膜8の凹部8aに亀裂12が入ってしま
う。
Since the inorganic insulating film 8 is formed over the entire surface with a substantially uniform thickness, the surface of the inorganic insulating film 8 has an uneven shape having a height difference (a shape having a height difference) according to the shape of the second wiring layer 5. ). Therefore, a concave portion 8 a is formed on the surface of the inorganic insulating film 8 due to the gap between the wires in the second wiring layer 5. As shown in FIG. 3, the concave portion 8a of the inorganic insulating film 8 is very weak against stress from above. Therefore, if the barrier metal 9 is formed directly on the concave portion 8a, it will When the stress is applied, a crack 12 is formed in the concave portion 8a of the inorganic insulating film 8.

【0058】そこで、本発明に係る半導体集積回路で
は、図2に示すように、無機絶縁膜8の凹部8aをSO
G膜10により埋めて、保護膜(無機絶縁膜8およびS
OG膜10を合わせたもの)を平坦化させている。保護
膜表面を平坦化させることにより、保護膜にはストレス
に弱い部分がなくなるので、保護膜に亀裂が入りにくく
なる。また、SOG膜10は、無機絶縁膜8と比較して
柔らかい材質で形成されているため、上方から無機絶縁
膜8へのストレスに対する緩衝材としても作用する。
Therefore, in the semiconductor integrated circuit according to the present invention, as shown in FIG.
The protective film (the inorganic insulating film 8 and S
OG film 10) is planarized. By flattening the surface of the protective film, the protective film has no portions that are vulnerable to stress, so that the protective film is less likely to crack. In addition, since the SOG film 10 is formed of a material that is softer than the inorganic insulating film 8, the SOG film 10 also acts as a buffer against stress applied to the inorganic insulating film 8 from above.

【0059】SOG膜10は、有機溶媒中に溶解した絶
縁膜材料を無機絶縁膜8上に塗布した後、硬化させるこ
とにより形成される膜である。SOG膜10を形成する
SOGは、無機SOGであってもよく、有機SOGであ
ってもよい。主な無機SOGとしては、例えば、シリケ
ート系、アルコキシシリケート系、ポリシラザン系、H
SQ(Hydrogensilsesquioxane)、ポーラスシリカ等が挙
げられる。シリケート系やアルコキシシリケート系、H
SQの硬化は、350℃〜450℃程度の熱処理による
脱水縮合によって行われる。一方、ポリシラザン系の硬
化は、水蒸気を含む酸素中での熱処理による加水反応に
よって行われる。また、有機SOGは、ポリメチルシロ
キサンを代表とする、膜中にSi−C結合を持つSOG
である。
The SOG film 10 is a film formed by applying an insulating film material dissolved in an organic solvent on the inorganic insulating film 8 and then curing the applied material. The SOG forming the SOG film 10 may be an inorganic SOG or an organic SOG. The main inorganic SOG includes, for example, silicate, alkoxysilicate, polysilazane, H
SQ (Hydrogensilsesquioxane), porous silica and the like. Silicate or alkoxysilicate, H
Curing of the SQ is performed by dehydration condensation by heat treatment at about 350 ° C. to 450 ° C. On the other hand, the curing of the polysilazane-based material is performed by a hydrolytic reaction by a heat treatment in oxygen containing water vapor. Organic SOG is a SOG having a Si—C bond in a film, typically polymethylsiloxane.
It is.

【0060】次に、無機絶縁膜8の凹部8aにSOG膜
10を埋める方法を説明する。
Next, a method for burying the SOG film 10 in the recess 8a of the inorganic insulating film 8 will be described.

【0061】まず、SOG膜10を形成する材料を有機
溶媒に溶解させた溶液を無機絶縁膜8全面に回転塗布法
(スピンコーティング)等により塗布した後、硬化させ
ることによりSOG膜10を形成する。ここで形成され
るSOG膜10の表面は、下地段差形状にあまり依存し
ないで略平坦になる。SOG膜10は、表面張力により
被塗布面の凸部よりも凹部に厚く形成されるため、平坦
化に適している。次いで、SOG膜10と下地膜(無機
絶縁膜8)とのエッチング速度がほぼ等しくなる条件で
エッチング(等速エッチング)を行うエッチバック方式
により、SOG膜10および無機絶縁膜8の全面をドラ
イエッチングし、凹部8aにのみSOG膜10を残す。
これにより、無機絶縁膜8表面の凹部8aがSOG膜1
0で埋められた平坦な保護膜が形成される。
First, a solution in which a material for forming the SOG film 10 is dissolved in an organic solvent is applied to the entire surface of the inorganic insulating film 8 by a spin coating method (spin coating) or the like, and then cured to form the SOG film 10. . The surface of the SOG film 10 formed here becomes substantially flat without depending much on the shape of the underlying step. The SOG film 10 is formed to be thicker in the concave portion than in the convex portion of the surface to be coated due to surface tension, and thus is suitable for flattening. Next, dry etching is performed on the entire surface of the SOG film 10 and the inorganic insulating film 8 by an etch-back method in which etching (constant-speed etching) is performed under the condition that the etching rates of the SOG film 10 and the underlying film (the inorganic insulating film 8) become substantially equal. Then, the SOG film 10 is left only in the recess 8a.
Thereby, the concave portion 8a on the surface of the inorganic insulating film 8 is
A flat protective film filled with 0 is formed.

【0062】また、ボンディングパッド6の下の保護膜
の形状を平坦にすることにより、ボンディングパッド6
の表面も平坦化され、より良好な接合、例えば上述した
COF実装等が良好に行われる。
Further, by flattening the shape of the protective film below the bonding pad 6, the bonding pad 6
Is also flattened, and better bonding, for example, the above-described COF mounting and the like is performed favorably.

【0063】従来の技術の項で説明したように、ボンデ
ィングパッドの下の保護膜としてポリイミド膜等の有機
高分子膜を使用した場合には、最表面の凹凸を緩和させ
ることができないので、有機高分子膜表面の形状は下層
の凹凸形状そのままとなる。そのため、ボンディングパ
ッド下面の高さが外周で有機高分子膜の厚みの分だけ高
くなり、比較的大きな高低差、例えば2〜3μm程度の
高低差が発生してしまう。そのため、ボンディングパッ
ドと第2配線層との良好な接合が不可能となる。
As described in the section of the prior art, when an organic polymer film such as a polyimide film is used as a protective film under the bonding pad, the unevenness on the outermost surface cannot be reduced. The shape of the surface of the polymer film remains the same as that of the lower layer. Therefore, the height of the lower surface of the bonding pad is increased by the thickness of the organic polymer film on the outer periphery, and a relatively large height difference, for example, a height difference of about 2 to 3 μm occurs. Therefore, good bonding between the bonding pad and the second wiring layer becomes impossible.

【0064】本実施形態では、無機絶縁膜8の開口部8
bの段差によりボンディングパッド6の下面に高低差が
生じるものの、SOG膜10が凹部8aにのみ形成され
ており、ボンディングパッド6の下の保護膜が比較的薄
いので、高低差は、例えば1.12μm程度と小さい。
この程度の高低差は、ボンディングパッド6の接合時に
ボンディングパッド6が喰い込むことにより吸収される
ので、ボンディングパッド6が第2配線層5に対して十
分に密着し、密着力の問題も解決される。このように、
本実施形態では、従来の技術に対してボンディングパッ
ド6の下の保護膜の形状および材質が異なることで、ボ
ンディングパッドと第2配線層との良好な接合が可能と
なる。
In this embodiment, the opening 8 of the inorganic insulating film 8
Although the height difference occurs on the lower surface of the bonding pad 6 due to the step of b, the SOG film 10 is formed only in the concave portion 8a and the protection film under the bonding pad 6 is relatively thin. It is as small as about 12 μm.
This level difference is absorbed by the bonding pad 6 biting during the bonding of the bonding pad 6, so that the bonding pad 6 is sufficiently adhered to the second wiring layer 5, and the problem of adhesion is also solved. You. in this way,
In the present embodiment, since the shape and material of the protective film below the bonding pad 6 are different from those of the conventional technique, good bonding between the bonding pad and the second wiring layer can be achieved.

【0065】なお、SOG膜は、従来より平坦化に使用
されているが、従来技術においては1層目の配線層と2
層目の配線層との間の層間絶縁膜に使用されている。
Although the SOG film has been used for flattening conventionally, in the prior art, the first wiring layer and the second wiring layer are not used.
It is used as an interlayer insulating film between the first wiring layer and the second wiring layer.

【0066】これに対し、本実施形態においては、SO
G膜10を、最表面層に平坦化するために形成させてい
る点が従来技術のSOG膜と異なる。また、SOG膜1
0は、用途としては、表面に形成された下層膜(第2配
線層5)の影響による凹凸を緩和させるために形成され
るものである。
On the other hand, in the present embodiment, the SO
The point that the G film 10 is formed on the outermost surface layer so as to be flattened is different from the conventional SOG film. Also, SOG film 1
The number 0 is used for alleviating unevenness due to the effect of the lower film (second wiring layer 5) formed on the surface.

【0067】また、本実施形態においては、SOG膜1
0は、第1配線層3と第2配線層5の間に形成している
SOG膜4bと同じ材質および製法で形成している。そ
のため、SOG膜10の形成のために新たな装置を必要
とせず、SOG膜4bの形状に用いている既存の装置に
て形成することができる。したがって、材料費や装置コ
ストが安価となり、コストを低減できる。
In the present embodiment, the SOG film 1
0 is formed of the same material and the same manufacturing method as the SOG film 4b formed between the first wiring layer 3 and the second wiring layer 5. Therefore, a new device is not required for forming the SOG film 10, and the SOG film 10 can be formed by an existing device used for the shape of the SOG film 4b. Therefore, material costs and equipment costs are reduced, and costs can be reduced.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明の半導体装置は、以上のように、
半導体素子が形成された領域である動作領域を有する半
導体基板と、上記半導体基板上に形成され、上記動作領
域と電気的に接続された第1配線層と、上記第1配線層
上に層間絶縁膜を介して形成された第2配線層と、少な
くとも一部が動作領域と重なるように形成された、外部
との電気的接続のためのボンディングパッドとを備え、
上記第2配線層が、上記ボンディングパッドの下方空間
に複数の配線を有し、上記配線の一部がボンディングパ
ッドと接合されている一方、他の配線とボンディングパ
ッドとの間に絶縁膜が形成され、第2配線層における配
線間の間隙に起因して絶縁膜表面に凹部が形成されてい
る半導体装置において、上記絶縁膜表面の凹部に対し、
該凹部を埋めて平坦化するための平坦化膜が形成されて
おり、上記平坦化膜が、上記絶縁膜と異なり、かつ、無
機系の絶縁膜である構成である。
As described above, the semiconductor device of the present invention has the following features.
A semiconductor substrate having an operation region in which a semiconductor element is formed; a first wiring layer formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the operation region; and an interlayer insulating layer formed on the first wiring layer A second wiring layer formed through the film, and a bonding pad for electrical connection to the outside, the bonding pad being formed so as to at least partially overlap the operation region;
The second wiring layer has a plurality of wirings in a space below the bonding pad, and a part of the wiring is bonded to the bonding pad, while an insulating film is formed between another wiring and the bonding pad. In the semiconductor device in which the concave portion is formed on the surface of the insulating film due to the gap between the wirings in the second wiring layer,
A flattening film for filling and flattening the recess is formed, and the flattening film is different from the insulating film and is an inorganic insulating film.

【0069】第2配線層とボンディングパッドとの間の
絶縁膜が平坦化できることで、ボンディングパッドにお
ける第2配線層側の面の形状が平坦化される。それゆ
え、本発明は、ボンディングパッドと第2配線層とがよ
り密着しやすくなり、ボンディングパッドと第2配線層
とのより良好な接続が可能になるという効果を奏する。
Since the insulating film between the second wiring layer and the bonding pad can be flattened, the shape of the surface of the bonding pad on the second wiring layer side is flattened. Therefore, the present invention has an effect that the bonding pad and the second wiring layer are more easily brought into close contact with each other, and a better connection between the bonding pad and the second wiring layer becomes possible.

【0070】また、上記構成によれば、第2配線層とボ
ンディングパッドとの間の絶縁膜の凹部が埋められて、
絶縁膜に強度の低い部分がなくなる。それゆえ、本発明
は、COF実装等のボンディング時にボンディングパッ
ドに加えられる力によりボンディングパッドと第2配線
層との間の絶縁膜に亀裂が入ることを防止できるという
効果も奏する。その結果、ストレスにより発生する絶縁
膜の亀裂から水分が浸透し第2配線層が断線するという
不具合が軽減できる。
According to the above structure, the concave portion of the insulating film between the second wiring layer and the bonding pad is filled,
There is no portion with low strength in the insulating film. Therefore, the present invention also has an effect that it is possible to prevent the insulating film between the bonding pad and the second wiring layer from being cracked by the force applied to the bonding pad during bonding such as COF mounting. As a result, it is possible to reduce a problem that moisture penetrates from a crack in the insulating film caused by stress and the second wiring layer is disconnected.

【0071】さらに、上記構成によれば、ボンディング
パッドと第2配線層との間に平坦化膜を介在させること
で、ボンディングパッド上部から第2配線層に加わるス
トレスを緩和することができる。それゆえ、本発明は、
COF実装等のボンディング時にボンディングパッドに
加えられる力により第2配線層が断線することを防止で
きるという効果も奏する。
Further, according to the above configuration, the stress applied to the second wiring layer from above the bonding pad can be reduced by interposing the flattening film between the bonding pad and the second wiring layer. Therefore, the present invention
There is also an effect that disconnection of the second wiring layer can be prevented by a force applied to the bonding pad during bonding such as COF mounting.

【0072】その上、上記構成によれば、平坦化膜は、
無機系の絶縁膜であるので、ポリイミド膜等の有機絶縁
膜と比較して、ボンディングパッドとの密着力が大き
い。それゆえ、本発明は、ボンディングパッドと絶縁膜
との密着性が良好で、ボンディングパッドが剥離し難い
半導体装置を提供できるという効果も奏する。
In addition, according to the above configuration, the flattening film is
Since it is an inorganic insulating film, the adhesive strength with the bonding pad is larger than that of an organic insulating film such as a polyimide film. Therefore, the present invention also has the effect of providing a semiconductor device having good adhesion between the bonding pad and the insulating film and in which the bonding pad is not easily separated.

【0073】また、本発明は、上記平坦化膜が塗布シリ
コン酸化膜であれば、第2配線層の断線をより確実に防
止できるという効果も併せて奏する。
The present invention also has an effect that the disconnection of the second wiring layer can be more reliably prevented if the flattening film is a coated silicon oxide film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態に係る半導体装置の構成
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1における半導体装置の要部を拡大して示す
断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the semiconductor device in FIG. 1;

【図3】亀裂発生メカニズムを説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining a crack generation mechanism.

【図4】インナーリードボンディングを説明するための
図であり、(a)は接合前の半導体装置を示す断面図、
(b)は接合後の半導体装置を示す断面図である。
4A and 4B are diagrams for explaining inner lead bonding, in which FIG. 4A is a cross-sectional view showing a semiconductor device before bonding;
(B) is a sectional view showing the semiconductor device after bonding.

【図5】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 半導体素子 3 第1配線層 4 層間絶縁膜 4a シリコン酸化膜 4b SOG膜 4c シリコン酸化膜 5 第2配線層 6 ボンディングパッド 7 ビアホール 8 無機絶縁膜 9 バリアメタル 10 SOG膜 1 Silicon substrate 2 Semiconductor elements 3 First wiring layer 4 Interlayer insulation film 4a Silicon oxide film 4b SOG film 4c silicon oxide film 5 Second wiring layer 6 Bonding pad 7 Beer Hall 8 Inorganic insulating film 9 Barrier metal 10 SOG film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体素子が形成された領域である動作領
域を有する半導体基板と、 上記半導体基板上に形成され、上記動作領域と電気的に
接続された第1配線層と、 上記第1配線層上に層間絶縁膜を介して形成された第2
配線層と、 少なくとも一部が動作領域と重なるように形成された、
外部との電気的接続のためのボンディングパッドとを備
え、 上記第2配線層が、上記ボンディングパッドの下方空間
に複数の配線を有し、 上記配線の一部がボンディングパッドと接合されている
一方、他の配線とボンディングパッドとの間に絶縁膜が
形成され、第2配線層における配線間の間隙に起因して
絶縁膜表面に凹部が形成されている半導体装置におい
て、 上記絶縁膜表面の凹部に対し、該凹部を埋めて平坦化す
るための平坦化膜が形成されており、 上記平坦化膜が、上記絶縁膜と異なり、かつ、無機系の
絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having an operation region in which a semiconductor element is formed; a first wiring layer formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the operation region; A second layer formed on the layer via an interlayer insulating film
A wiring layer, at least a portion of which is formed so as to overlap the operation region;
A bonding pad for electrical connection to the outside, wherein the second wiring layer has a plurality of wirings in a space below the bonding pad, and a part of the wiring is bonded to the bonding pad. A semiconductor device in which an insulating film is formed between another wiring and a bonding pad, and a concave is formed on the surface of the insulating film due to a gap between the wirings in the second wiring layer; A semiconductor device, wherein a flattening film for filling and flattening the recess is formed, and the flattening film is different from the insulating film and is an inorganic insulating film. .
【請求項2】上記平坦化膜が、塗布シリコン酸化膜であ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said flattening film is a coated silicon oxide film.
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