【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディングパッドに関し、特に多層メタルから成るボンディングパッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化のために多層メタル配線が広く用いられている。図4は、2層メタル配線の半導体集積回路のボンディングパッド構造を示す断面図である。半導体基板100の表面には、内部回路(不図示)に接続された第1のAl層101が形成されている。また、第1のAl層101上にはシリコン窒化膜やSiO2膜等の絶縁膜102が形成され、この絶縁層102にビア103が形成され、この開口部103を介して上層の第2のAl層104と下層の第1のAl層101とが電気的に接続されている。そして、ビア103で露出された第2のAl層104の表面に、ボンディングマシンにより、Au等から成るボンディングワイヤー(不図示)が圧着される。
【0003】
図4では、絶縁層102に1つのビア103が形成されているが、以下の特許文献1には、絶縁層に複数のビアを形成して、これらの複数のビアを介して上層と下層の金属層を電気的に接続する技術が記載されている。
【0004】
【特許文献1】
特開昭61−59855号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図4に示した構造では、第2のAl層104の表面がほぼ平坦(ビア103のエッジ部を除く)であるために、ボンディングワイヤーとの密着性が悪く、接触不良が生じる場合があった。また、絶縁層に形成される大きなビアを1つ形成した構造では、ビア103のエッジ部で第2のAl層104の段差が大きくなり、第2のAl層104のパターニングが難しくなる。これは段差があるために、レジスト露光時に焦点深度の差が生じるためである。図4には2層メタルのボンディングパッド構造を示したが3層メタル以上のボンディングパッド構造では更に上層のメタルの段差が大きくなり、メタルのパターニングが益々難しくなる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に絶縁層と金属層とが交互に積層され、最上層の金属層上に、該最上層の金属層を露出する開口部を有した最上層の絶縁層を有し、前記最上層の金属層を除く各層の金属層は、互いに離間して配置された複数の金属層片から成り、該金属層片による段差を反映して、前記最上層の金属層の表面が凹凸を有することを特徴とする。
【0007】
これにより、最上層の金属層の表面には凹凸が形成されるので、この最上層の金属層にボンディングを行えば、ボンディングワイヤーの密着性が向上する。また、最上層の金属層に大きな段差が生じることが防止されるので、この最上層の金属層のパターニングも容易になる。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は実施形態に係るボンディングパッドを説明する図であり、図1は、このボンディングパッドの平面図であり、図2は図1のX−X線に沿った断面図である。また、図3は図1のY−Y線に沿った断面図である。
【0009】
このボンディングパッドは、図1に示すように、ボンディングワイヤーが圧着される部分であるボンディング部Aと、このボンディング部Aと配線部Cとを接続するための接続部Bから成る。配線部Cは半導体チップの入出力回路等(不図示)に接続されている。
【0010】
まず、上記のボンディング部Aについて図1,図2を参照して説明する。
【0011】
例えばSi基板等の半導体基板1上に、互いに離間された複数のLOCOS膜2が形成されている。このLOCOS膜2は、いわゆる素子分離のためのフィールド酸化膜として形成されるものであるが、この部分ではLOCOS膜段差を作り出すために形成されている。
【0012】
そして、LOCOS膜2上には、互いに離間された複数のポリシリコン膜片3が形成されている。ポリシリコン膜は、MOSトランジスタのゲートとして形成されるが、この部分ではポリシリコン膜段差を作り出すために形成されている。これらのポリシリコン膜片3上には、第1の絶縁層4を介して、互いに離間された第1の金属層片5が形成されている。
【0013】
また、これらの第1の金属層片5上には、第2の絶縁層6を介して、互いに離間された第2の金属層片7が形成されている。
【0014】
更に、これらの第2の金属層片7上には、第3の絶縁層8を介して、最上層の第3の金属層9が形成されている。ここで、第1の絶縁層4,第2の絶縁層6及び第3の絶縁層8はSiO2等から成り、膜厚は例えば800nm程度である。また、第1の金属層片5、第2の金属層片7及び、第3の金属層9は例えばAl、Al−Si、Al−Cu、Al−Si−Cu等から成り、その膜厚は1μm程度である。
【0015】
そして、第3の金属層9上には、1つの開口部11を有する第4の絶縁層10が設けられ、この開口部11において、第3の金属層片9が露出されている。上記ボンディング部の構造によれば、下層に配置されたLOCOS膜2、ポリシリコン膜片3、第1の金属層片5、第2の金属層片7による段差が、最上層の第3の金属層片9の表面に反映されるため、最上層の第3の金属層9の表面には凹凸が形成される。
【0016】
また、図1に示すように、平面的に見ると、LOCOS膜2、ポリシリコン膜片3、第1の金属層片5、第2の金属層片7は互いに重なったパターンとして行列状に多数配置されており、第3の金属層の表面の全体に渡り、多くの凹凸が形成されるように構成されている。なお、このパターン配置の形態は、行列配置のような規則的な配置には限られず、ランダムな配置であってもよい。
【0017】
次に、接続部B、配線部Cついて図1,図3を参照して説明する。半導体基板1上に第1の絶縁層4、第1の金属層20が積層されている。第1の金属層20は前記第1の金属層片5と同層である。第1の金属層20は、接続部Bから引き出され、第1の絶縁層4上を延在して不図示の入出力回路等に接続されている。
【0018】
この第1の金属層20上には複数の第1のビア12を有する第2の絶縁層6が形成され、この複数の第1のビア12に高融点金属、例えばタングステン(W)13が埋め込まれている。そして、第2の絶縁層6上には第2の金属層21が形成されている。第2の金属層21は前記第2の金属層片7と同層である。
【0019】
更に、この第2の金属層21上には複数の第2のビア14を有する第3の絶縁層8が形成され、複数の第2のビア14に高融点金属、例えばタングステン(W)15が埋め込まれている。そして、第3の絶縁層8上には第3の金属層9が形成されている。この第3の金属層9の上には、前記第4の絶縁層10が形成されている。そして、この第3の金属層9は、上述したボンディング部Aに延在している。
【0020】
このように、本実施形態によれば、LOCOS膜2、ポリシリコン膜片3、第1の金属層片5、第2の金属層片7による段差が、最上層の第3の金属層片9の表面に反映されるため、最上層の第3の金属層9の表面には凹凸が形成される。これにより、ボンディングワイヤーが密着される最上層の第3の金属層の表面積が増加するので、ワイヤボンディング時に、ボンディングワイヤーと最上層の第3の金属層9との密着性が向上し、両者の接触不良が防止される。
【0021】
なお、本実施形態では、第1の金属層片5、第2の金属層片7の下層にLOCOS膜2、ポリシリコン膜片3を配置することで、段差を増大させ、最上層の第3の金属層9の表面には、大きな凹凸を形成しているが、他の実施形態として、LOCOS膜2、ポリシリコン膜片3を設けないものがある。この場合は、第1の金属層片5、第2の金属層片7の段差により、最上層の第3の金属層9に凹凸を生じさせる。さらに他の実施形態として、LOCOS膜2を設け、ポリシリコン膜片3を設けないものがある。この場合は、LOCOS膜2、第1の金属層片5、第2の金属層片7の段差により、最上層の第3の金属層9に凹凸を生じさせる。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、最上層の金属層の表面には凹凸が形成されるので、この最上層の金属層にボンディングを行えば、ボンディングワイヤーの密着性が向上し、接触不良を防止することができる。また、最上層の金属層に大きな段差が生じることが防止されるので、この最上層の金属層のパターニングも容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るボンディングパッドを説明する平面図である。
【図2】図1のX−X線に沿った断面図である。
【図3】図1のY−Y線に沿った断面図である。
【図4】従来例のボンディングパッドを説明する断面図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bonding pad, and more particularly to a bonding pad made of a multilayer metal.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, multilayer metal wiring has been widely used for high integration of semiconductor integrated circuits. FIG. 4 is a sectional view showing a bonding pad structure of a semiconductor integrated circuit having two-layer metal wiring. On the surface of the semiconductor substrate 100, a first Al layer 101 connected to an internal circuit (not shown) is formed. An insulating film 102 such as a silicon nitride film or a SiO 2 film is formed on the first Al layer 101, a via 103 is formed in the insulating layer 102, and an upper second Al layer is formed through the opening 103. The layer 104 and the lower first Al layer 101 are electrically connected. Then, a bonding wire (not shown) made of Au or the like is pressure-bonded to the surface of the second Al layer 104 exposed by the via 103 by a bonding machine.
[0003]
In FIG. 4, one via 103 is formed in the insulating layer 102. However, in the following Patent Document 1, a plurality of vias are formed in the insulating layer, and upper and lower layers are formed through the plurality of vias. A technique for electrically connecting metal layers is described.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-61-59855 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure shown in FIG. 4, since the surface of the second Al layer 104 is almost flat (excluding the edge of the via 103), the adhesion to the bonding wire is poor, and a contact failure may occur. there were. Further, in the structure in which one large via formed in the insulating layer is formed, the step of the second Al layer 104 is large at the edge of the via 103, and it is difficult to pattern the second Al layer 104. This is because there is a step, which causes a difference in the depth of focus during resist exposure. FIG. 4 shows a bonding pad structure of a two-layer metal. However, in a bonding pad structure of a three-layer metal or more, the step of the metal in the upper layer is further increased, and the patterning of the metal becomes more and more difficult.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an insulating layer and a metal layer alternately stacked on a substrate, and having an uppermost insulating layer having an opening exposing the uppermost metal layer on the uppermost metal layer, The metal layer of each layer except the uppermost metal layer is composed of a plurality of metal layer pieces arranged apart from each other, and the surface of the uppermost metal layer is uneven due to the step due to the metal layer pieces. It is characterized by having.
[0007]
As a result, irregularities are formed on the surface of the uppermost metal layer, so that bonding to the uppermost metal layer improves the adhesion of the bonding wires. Further, since a large step is prevented from being generated in the uppermost metal layer, patterning of the uppermost metal layer is also facilitated.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a bonding pad according to an embodiment. FIG. 1 is a plan view of the bonding pad, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along the line YY in FIG.
[0009]
As shown in FIG. 1, the bonding pad includes a bonding portion A to which a bonding wire is crimped, and a connection portion B for connecting the bonding portion A and the wiring portion C. The wiring section C is connected to an input / output circuit or the like (not shown) of the semiconductor chip.
[0010]
First, the bonding portion A will be described with reference to FIGS.
[0011]
For example, a plurality of LOCOS films 2 separated from each other are formed on a semiconductor substrate 1 such as a Si substrate. The LOCOS film 2 is formed as a field oxide film for so-called element isolation. In this portion, the LOCOS film 2 is formed to create a LOCOS film step.
[0012]
On the LOCOS film 2, a plurality of polysilicon film pieces 3 separated from each other are formed. The polysilicon film is formed as a gate of the MOS transistor. In this portion, the polysilicon film is formed to create a polysilicon film step. On these polysilicon film pieces 3, first metal layer pieces 5 separated from each other are formed via a first insulating layer 4.
[0013]
Further, on these first metal layer pieces 5, second metal layer pieces 7 separated from each other are formed via a second insulating layer 6.
[0014]
Further, on these second metal layer pieces 7, an uppermost third metal layer 9 is formed via a third insulating layer 8. Here, the first insulating layer 4, the second insulating layer 6, and the third insulating layer 8 are made of SiO 2 or the like, and have a thickness of, for example, about 800 nm. The first metal layer piece 5, the second metal layer piece 7, and the third metal layer 9 are made of, for example, Al, Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu, and the like. It is about 1 μm.
[0015]
The fourth insulating layer 10 having one opening 11 is provided on the third metal layer 9, and the third metal layer piece 9 is exposed in the opening 11. According to the structure of the bonding portion, a step formed by the LOCOS film 2, the polysilicon film piece 3, the first metal layer piece 5, and the second metal layer piece 7 arranged in the lower layer causes the uppermost third metal layer Since the light is reflected on the surface of the layer piece 9, irregularities are formed on the surface of the third metal layer 9 as the uppermost layer.
[0016]
As shown in FIG. 1, when viewed in a plan view, the LOCOS film 2, the polysilicon film piece 3, the first metal layer piece 5, and the second metal layer piece 7 are arranged in a large number in a matrix as an overlapping pattern. The third metal layer is arranged so that many irregularities are formed over the entire surface of the third metal layer. The form of the pattern arrangement is not limited to a regular arrangement such as a matrix arrangement, but may be a random arrangement.
[0017]
Next, the connection portion B and the wiring portion C will be described with reference to FIGS. A first insulating layer 4 and a first metal layer 20 are stacked on a semiconductor substrate 1. The first metal layer 20 is the same layer as the first metal layer piece 5. The first metal layer 20 is drawn out from the connection portion B, extends on the first insulating layer 4, and is connected to an input / output circuit (not shown) or the like.
[0018]
A second insulating layer 6 having a plurality of first vias 12 is formed on the first metal layer 20, and a high melting point metal, for example, tungsten (W) 13 is embedded in the plurality of first vias 12. Have been. Then, a second metal layer 21 is formed on the second insulating layer 6. The second metal layer 21 is the same layer as the second metal layer piece 7.
[0019]
Further, a third insulating layer 8 having a plurality of second vias 14 is formed on the second metal layer 21, and a refractory metal, for example, tungsten (W) 15, is formed in the plurality of second vias 14. Embedded. Then, a third metal layer 9 is formed on the third insulating layer 8. On the third metal layer 9, the fourth insulating layer 10 is formed. The third metal layer 9 extends to the above-described bonding portion A.
[0020]
As described above, according to the present embodiment, the step caused by the LOCOS film 2, the polysilicon film piece 3, the first metal layer piece 5, and the second metal layer piece 7 is the uppermost third metal layer piece 9. Is formed on the surface of the third metal layer 9 as the uppermost layer. This increases the surface area of the uppermost third metal layer to which the bonding wire is adhered, so that the adhesion between the bonding wire and the uppermost third metal layer 9 is improved at the time of wire bonding. Poor contact is prevented.
[0021]
In this embodiment, the step is increased by disposing the LOCOS film 2 and the polysilicon film piece 3 under the first metal layer piece 5 and the second metal layer piece 7, so that the third layer of the uppermost layer is formed. Although large irregularities are formed on the surface of the metal layer 9, there is another embodiment in which the LOCOS film 2 and the polysilicon film piece 3 are not provided. In this case, the steps of the first metal layer piece 5 and the second metal layer piece 7 cause irregularities in the uppermost third metal layer 9. As still another embodiment, there is an embodiment in which the LOCOS film 2 is provided and the polysilicon film piece 3 is not provided. In this case, unevenness is generated in the uppermost third metal layer 9 due to a step between the LOCOS film 2, the first metal layer piece 5, and the second metal layer piece 7.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, since irregularities are formed on the surface of the uppermost metal layer, if bonding is performed on this uppermost metal layer, the adhesion of the bonding wire is improved, and poor contact can be prevented. it can. Further, since a large step is prevented from being generated in the uppermost metal layer, patterning of the uppermost metal layer is also facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a bonding pad according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line YY of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional bonding pad.