JP2008294127A - 半導体装置、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定用パッドの表面がＵＢＭ層エッチングによって損傷を受けても、半導体基板に設けられたＴＥＧの電気的特性の測定が可能な半導体装置及びその半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板の上に形成される層間絶縁膜と、層間絶縁膜の上に形成され、電極であるダミー電極６と、層間絶縁膜の上に形成され、半導体基板に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極８と、ダミー電極６と測定用電極８とを電気的に接続する第１配線２６とを備える。第１コンタクト１６が、測定用電極８の下であって、層間絶縁膜を貫通するように設けられ、第１コンタクト１６は、測定用電極８と電気的に接続される。第１コンタクト１６は半導体基板と電気的に接続される。
【選択図】図８

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体基板の回路の電気的特性を測定するためのＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）を有する半導体装置に関する。

半導体装置において、半導体基板に形成されたトランジスタの電気的特性を測定するためのモニタ用トランジスタが、半導体装置の半導体基板に形成されることがある。このようなモニタ用トランジスタは、ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）と呼ばれ、製造した半導体装置が所定の仕様を満たしているか否かを確認するために形成され、半導体装置の良否や性能の評価、半導体装置の製造工程の異常検知に用いられる。

図１は、従来技術に係る半導体装置の拡散工程後の上面図を示す。拡散工程後とは、パッシベーション膜形成後パッド部を開口した後を意味する。図１に示すように、半導体装置の半導体基板２には、複数の通常パッド４と呼ばれる電極と、半導体基板２の四隅に半導体基板２の回路に接続せずに単独で形成されたダミーパッド６と呼ばれる電極が形成される。また、ＴＥＧの電極となる複数の測定用パッド８が、形成される。この測定用パッド８に、測定用針を当てて、モニタ用トランジスタの電気的特性を測定する。通常パッド４やダミーパッド６、測定用パッド８は、下層がＴｉＮ膜で上層がＴｉの積層膜か、ＴｉＮの単層膜の上にＡｌＣｕ膜を形成したものが用いられる。

図３は、図１のＸ部拡大図を示す。また、図４は、図３のＡ−Ａ’断面図を示す。図４に示すように、測定用パッド８の下層には、例えばタングステン等で作られたコンタクト１６が形成される。測定用パッド８は、コンタクト１６から、さらに下層のコンタクトや配線を経由してモニタ用トランジスタと通電可能となっている。

なお、ダミーパッド６及び測定用パッド８の下層には層間絶縁膜１４が形成されている。さらに、ダミーパッド６及び測定用パッド８の周囲には、パッシベーション膜１２が形成されている。パッシベーション膜１２は、ＳｉＯＮ膜や、下層がＳｉＯ_２膜で上層がＳｉＯＮ膜の積層膜である。つまり、図４は、パッシベーション膜１２を形成した後に、ダミーパッド６あるいは測定用パッド８が露出するように開口処理を行った後の状態を示している。

特許文献１に、外部との電気信号伝達の為の電極を有するＩＣチップにおいて、バンプ形成用の電極とは別に電気的に導通している電極を有することを特徴とする半導体装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２８４３８３号公報

図５は、バンプ電極形成後の断面図を示す。図４に示すような、半導体装置が形成された後、ＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐｉｎｇ Ｍｅｔａｌ）層１８を形成し、ダミーパッド６の上方にバンプ２０を形成する。

ＵＢＭ層１８は、例えば、下層がＴｉ膜で上層がＡｕ層からなる積層膜で、Ｔｉ膜及びＡｕ膜は、各々、スパッタリングによって形成される。そして、全体にフォトレジストをかけて、バンプ２０を形成する部分のフォトレジストを開口して、Ａｕメッキによって、バンプ２０を形成する。その後、不要なＡｕメッキとフォトレジストを除去する。

そして、バンプ２０の下層のＵＢＭ層１８を除くＵＢＭ層１８を除去するために、ＵＢＭ層エッチングを行う。ＵＢＭ層エッチングの工程は、上層のＡｕ層を王水、またはヨウ素とヨウ化カリウムを含む水溶液によってエッチングし、下層のＴｉ層を過酸化水素とアンモニアと純水の混合液によってエッチングするものである。Ｔｉ層をエッチングする際、測定用パッド８の表面が、エッチングされてしまう。図６は、ＵＢＭ層エッチング後の断面図を示している。その測定用パッド８の表面のエッチング程度が大きく、測定用パッド８の表面が、図６に示すような損傷２２を受けていると、測定用針を測定用パッド８に当てて、モニタ用トランジスタ等の電気的特性を測定することが困難となる。

本発明の目的は、測定用パッドの表面がＵＢＭ層エッチングによって損傷を受けても、半導体基板に設けられたＴＥＧの電気的特性の測定が可能な半導体装置及びその半導体装置の製造方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による半導体装置は、半導体基板（２）の上に形成される層間絶縁膜（１４）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、電極であるダミー電極（６）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、半導体基板（２）に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極（８）と、ダミー電極（６）と測定用電極（８）とを電気的に接続する第１配線（２６）と、測定用電極（８）の下であって、層間絶縁膜（１４）を貫通するように設けられ、測定用電極（８）と電気的に接続された第１コンタクト（１６）とを備え、第１コンタクト（１６）は半導体基板（２）と電気的に接続される。

本発明による半導体装置は、層間絶縁膜（１４）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、電極であるダミー電極（６）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、半導体基板に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極（８）と、層間絶縁膜（１４）の下であって半導体基板（２）の上に形成された下側層間絶縁膜（１４‘）と、測定用電極（８）の下であって、層間絶縁膜（１４）を貫通するように設けられ、測定用電極（８）と電気的に接続された第１コンタクト（１６）と、ダミー電極（６）の下であって、層間絶縁膜（１４）を貫通するように設けられ、ダミー電極（６）と電気的に接続された第３コンタクト（３４）と、第１コンタクト（１６）及び第３コンタクト（３４）の下であって、下側層間絶縁膜（１４’）の一部に形成され、第１コンタクト（１６）及び第３コンタクト（３４）と電気的に接続する第３配線（３６）とを具備し、第３配線（３６）は、半導体基板（２）と電気的に接続される。

本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板（２）の上に形成される層間絶縁膜（１４）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、電極であるダミー電極（６）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、半導体基板（２）に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極（８）と、ダミー電極（６）と測定用電極（８）とを電気的に接続する第１配線（２６）とを具備する半導体装置の製造方法であって、層間絶縁膜（１４）を形成するステップと、測定用電極（８）の下に相当する位置において、層間絶縁膜（１４）を貫通するように第１コンタクト（１６）を開け、第１コンタクト（１６）に金属を埋めるステップと、ダミー電極（６）と測定用電極（８）と第１配線（２６）を形成するステップとを備えている。

本発明による半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜（１４）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、電極であるダミー電極（６）と、層間絶縁膜（１４）の上に形成され、半導体基板（２）に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極（８）と、層間絶縁膜（１４）の下であって半導体基板（２）の上に形成された下側層間絶縁膜（１４’）と、測定用電極（８）の下であって、層間絶縁膜（１４）を貫通するように設けられ、測定用電極（８）と電気的に接続された第１コンタクト（１６）と、ダミー電極（６）の下であって、層間絶縁膜（１４）を貫通するように設けられ、ダミー電極（６）と電気的に接続された第３コンタクト（３４）と、第１コンタクト（１６）及び第３コンタクト（３４）の下であって、下側層間絶縁膜（１４’）の一部に形成され、第１コンタクト（１６）及び第３コンタクト（３４）と電気的に接続する第３配線（３６）とを具備する半導体装置の製造方法であって、下側層間絶縁膜（１４’）を形成するステップと、第３配線（３６）を形成するステップと、測定用電極（８）の下に相当する位置において、層間絶縁膜（１４）を貫通するように第１コンタクト（１６）を開け、第１コンタクト（１６）に金属を埋め、ダミー電極（６）の下に相当する位置において、層間絶縁膜（１４）を貫通するように第３コンタクト（３４）を開け、第３コンタクト（３４）に金属を埋めるステップと、ダミー電極（６）と測定用電極（８）とを形成するステップとを備えている。

本発明によれば、測定用パッドの表面がＵＢＭ層エッチングによって損傷を受けても、半導体基板に設けられたＴＥＧの電気的特性の測定が可能な半導体装置及びその半導体装置の製造方法が提供される。

添付図面を参照して、本発明による半導体装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図２に、本発明に係る半導体装置の拡散工程後の上面図を示す。拡散工程後とは、パッシベーション膜形成後パッド部を開口した後を意味する。図２に示すように、半導体装置の半導体基板２には、複数の通常パッド４と呼ばれる電極と、半導体基板２の四隅に半導体基板２の回路に接続せずに単独で形成されたダミーパッド６と呼ばれる電極が形成される。また、ＴＥＧの電極となる複数の測定用パッド８が、形成される。このダミーパッド６と測定用パッド８が、配線１０によって接続される。なお、通常パッド４やダミーパッド６、測定用パッド８は、下層がＴｉＮ膜で上層がＴｉの積層膜か、ＴｉＮの単層膜の上にＡｌＣｕ膜を形成したものが用いられる。

図７は、図２のＸ’部拡大図を示す。また、図８は、第１の実施形態に係る半導体装置の図７のＢ−Ｂ’断面図を示す。半導体装置は、半導体基板の上に層間絶縁膜１４を形成し、さらに層間絶縁膜１４を貫通するようにコンタクト１６が設けられている。層間絶縁膜１４及びコンタクト１６の上に、ダミーパッド６及び測定用パッド８を形成し、それらと同一の層に、配線２６を形成している。したがって、ダミーパッド６と測定用パッド８が、配線２６を介して電気的に接続される。なお、配線２６の材質は、ＡｌＣｕである。また、従来の半導体装置と同様に、パッシベーション膜１２が、ダミーパッド６及び測定用パッド８の上に形成され、開口部が設けられる。コンタクト１６は、半導体基板と電気的に接続する。

図８に示す半導体装置の製造方法を説明する。半導体基板の上に、図示しない層間絶縁膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜する。次に、図示しない下層金属層をスパッタリングによって成膜する。そして、再度、層間絶縁膜１４をＣＶＤにより成膜する。ここで、フォトレジスト技術を用い、層間絶縁膜１４にコンタクト１６を開け、コンタクト１６に例えばタングステンを埋め込む。その後、ダミーパッド６及び測定用パッド８と配線２６を同時にスパッタリングにより成膜する。そして、パッシベーション膜１２をＣＶＤにより成膜する。

以上のように、配線２６を設けることによって、測定用パッド８の表面が、ＵＢＭ層エッチングの際に損傷を受けても、ダミーパッド６は、配線２６からコンタクト１６を経由し、コンタクト１６の下層に配置されたＴＥＧである図示しないモニタ用トランジスタと導通しているので、ダミーパッド６の上に形成されたバンプ２０に測定針を当てることで電気的特性の測定が可能となる。

（第２の実施形態）
図９に、第２の実施形態に係る半導体装置の図７のＢ−Ｂ’断面図を示す。ダミーパッド６と測定用パッド８を電気的に接続する配線２８を有する点は、第１の実施形態と同様である。配線２８の下層に、コンタクト３０が層間絶縁膜１４を貫通して形成され、配線２８とコンタクト３０とが電気的に接続され、さらに下層に下側層間絶縁膜１４’を設け、その下側層間絶縁膜１４’の一部に配線３２を設けている。配線３２が、２つのコンタクト（コンタクト３０及びコンタクト１６）と電気的に接続している点が第１の実施形態と異なる。配線３２は、半導体基板と電気的に接続する。

図９に示す半導体装置の製造方法を説明する。半導体基板の上に、下側層間絶縁膜１４’をＣＶＤによって成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術を用い、配線３２を形成するための空間を作り、金属層をスパッタリングによって成膜後、研磨処理により配線３２を形成する。その後、層間絶縁膜１４をＣＶＤにより成膜する。ここで、フォトレジスト技術を用い、層間絶縁膜１４にコンタクト１６及びコンタクト３０を開け、スパッタリングによってコンタクト１６及びコンタクト３０に例えばタングステンを埋め込む。その後、ダミーパッド６及び測定用パッド８と配線２６とを同時にスパッタリングにより成膜する。そして、パッシベーション膜１２をＣＶＤにより成膜する。

図１０に、第２の実施形態に係る半導体装置のＵＢＭ層エッチング後の断面図を示す。ＵＢＭ層エッチングの際に、測定用パッド８が損傷２２を受け、配線２８と測定用パッド８の下層に形成されたコンタクト１６との導通が寸断されることが起き得る。つまり、第１の実施形態の場合、測定用パッド８が、ＵＢＭ層エッチングの際に過度に損傷を受けると、配線２６を設けたにも係わらず、バンプ２０から図示しないモニタ用トランジスタへの導通が図れないことが起き得るのである。したがって、第２の実施形態のように、コンタクト３０及び配線３２を追加することで、バンプ２０から図示しないモニタ用トランジスタへの導通が図れることになる。

以上のように、配線２８及び配線３２、コンタクト３０を設けることによって、測定用パッド８が、ＵＢＭ層エッチングの際に損傷を受けても、ダミーパッド６は、配線２８からコンタクト３０を経由し、配線３２をさらに経由し、配線３２は半導体基板に配置された図示しないモニタ用トランジスタと導通しているので、ダミーパッド６の上に形成されたバンプ２０に測定針を当てることで電気的特性の測定が可能となる。

（第３の実施形態）
図１１に、第３の実施形態に係る図７のＢ−Ｂ’断面図を示す。第１の実施形態及び第２の実施形態においては、ダミーパッド６と測定用パッド８とを接続する配線を、ダミーパッド６と測定用パッド８と同一の層に設けた。第３の実施形態においては、ダミーパッド６の下層にコンタクト３４が層間絶縁膜１４を貫通して形成され、２つのコンタクト（コンタクト３４及びコンタクト１６）の下層に下側層間絶縁膜１４’を設けるとともにその一部に配線３６を形成している。配線３６は、それら２つのコンタクト（コンタクト３４及びコンタクト１６）と電気的に接続している。配線３６は、半導体基板と電気的に接続する。

第３の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。下側層間絶縁膜１４’をＣＶＤによって成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術を用い、配線３６を形成するための空間を作り、金属層をスパッタリングによって成膜後、研磨処理により配線３６を形成する。その後、層間絶縁膜１４をＣＶＤにより成膜する。ここで、フォトレジスト技術を用い、層間絶縁膜１４にコンタクト１６及びコンタクト３４を開け、スパッタリングによってコンタクト１６及びコンタクト３４に例えばタングステンを埋め込む。その後、ダミーパッド６及び測定用パッド８とを同時にスパッタリングにより成膜する。そして、パッシベーション膜１２をＣＶＤにより成膜する。

以上のように、コンタクト３４及び配線３６を設けることによって、測定用パッド８がＵＢＭ層エッチングの際に損傷を受けても、ダミーパッド６は、コンタクト３４を経由し、さらにコンタクト３４の下層に形成された配線３６を経由し、コンタクト１６の下層に配置された図示しないモニタ用トランジスタと導通しているので、ダミーパッド６の上に形成されたバンプ２０に測定針を当てることで電気的特性の測定が可能となる。

図１は、従来技術に係る半導体装置の拡散工程後の上面図を示す。 図２は、本発明に係る半導体装置の拡散工程後の上面図を示す。 図３は、図１のＸ部拡大図を示す。 図４は、図３のＡ−Ａ’断面図を示す。 図５は、バンプ電極形成後の断面図を示す。 図６は、ＵＢＭ層エッチング後の断面図を示す。 図７は、図２のＸ’部拡大図を示す。 図８は、第１の実施形態に係る半導体装置の図７のＢ−Ｂ’断面図を示す。 図９は、第２の実施形態に係る半導体装置の図７のＢ−Ｂ’断面図を示す。 図１０は、第２の実施形態に係る半導体装置のＵＢＭ層エッチング後の断面図を示す。 図１１は、第３の実施形態に係る図７のＢ−Ｂ’断面図を示す。

符号の説明

２ ：半導体基板
４ ：通常パッド
６ ：ダミーパッド
８ ：測定用パッド
１０ ：配線
１２ ：パッシベーション膜
１４ ：層間絶縁膜
１４’：下側層間絶縁膜
１６ ：コンタクト
１８ ：ＵＢＭ層
２０ ：バンプ
２２ ：損傷
２４ ：配線
２６ ：配線
２８ ：配線
３０ ：コンタクト
３２ ：配線
３４ ：コンタクト
３６ ：配線

Claims (6)

1. 半導体基板の上に形成される層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、電極であるダミー電極と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、前記半導体基板に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極と、
   前記ダミー電極と前記測定用電極とを電気的に接続する第１配線と、
   前記測定用電極の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記測定用電極と電気的に接続された第１コンタクトと
   を具備し、
   前記第１コンタクトは前記半導体基板と電気的に接続される
   半導体装置。
2. 更に、前記層間絶縁膜の下であって前記半導体基板の上に形成された下側層間絶縁膜と、
   前記第１配線の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記第１配線と電気的に接続された第２コンタクトと、
   前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトの下であって、前記下側層間絶縁膜の一部に形成され、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトと電気的に接続された第２配線と
   を具備し、
   前記第２配線は、前記半導体基板と電気的に接続される
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、電極であるダミー電極と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、前記半導体基板に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極と、
   前記層間絶縁膜の下であって半導体基板の上に形成された下側層間絶縁膜と、
   前記測定用電極の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記測定用電極と電気的に接続された第１コンタクトと、
   前記ダミー電極の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記ダミー電極と電気的に接続された第３コンタクトと、
   前記第１コンタクト及び前記第３コンタクトの下であって、前記下側層間絶縁膜の一部に形成され、前記第１コンタクト及び前記第３コンタクトと電気的に接続する第３配線と
   を具備し、
   前記第３配線は、前記半導体基板と電気的に接続される
   半導体装置。
4. 半導体基板の上に形成される層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、電極であるダミー電極と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、前記半導体基板に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極と、
   前記ダミー電極と前記測定用電極とを電気的に接続する第１配線と
   を具備する半導体装置の製造方法であって、
   前記層間絶縁膜を形成するステップと、
   前記測定用電極の下に相当する位置において、前記層間絶縁膜を貫通するように第１コンタクトを開け、前記第１コンタクトに金属を埋めるステップと、
   前記ダミー電極と前記測定用電極と前記第１配線を形成するステップと
   を具備する
   半導体装置の製造方法。
5. 更に、前記層間絶縁膜の下であって前記半導体基板の上に形成された下側層間絶縁膜と、
   前記第１配線の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記第１配線と電気的に接続された第２コンタクトと、
   前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトの下であって、前記下側層間絶縁膜の一部に形成され、前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトと電気的に接続された第２配線と
   を具備する半導体装置の製造方法であって、
   前記下側層間絶縁膜を形成するステップと、
   前記第２配線を形成するステップと、
   前記第１配線の下に相当する位置において、前記層間絶縁膜を貫通するように第２コンタクトを開け、前記第２コンタクトに金属を埋めるステップと
   を具備する
   請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、電極であるダミー電極と、
   前記層間絶縁膜の上に形成され、前記半導体基板に形成された回路の電気的特性を測定するために設けられた電極である測定用電極と、
   前記層間絶縁膜の下であって半導体基板の上に形成された下側層間絶縁膜と、
   前記測定用電極の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記測定用電極と電気的に接続された第１コンタクトと、
   前記ダミー電極の下であって、前記層間絶縁膜を貫通するように設けられ、前記ダミー電極と電気的に接続された第３コンタクトと、
   前記第１コンタクト及び前記第３コンタクトの下であって、前記下側層間絶縁膜の一部に形成され、前記第１コンタクト及び前記第３コンタクトと電気的に接続する第３配線と
   を具備する半導体装置の製造方法であって、
   前記下側層間絶縁膜を形成するステップと、
   前記第３配線を形成するステップと、
   前記測定用電極の下に相当する位置において、前記層間絶縁膜を貫通するように第１コンタクトを開け、前記第１コンタクトに金属を埋め、前記ダミー電極の下に相当する位置において、前記層間絶縁膜を貫通するように第３コンタクトを開け、前記第３コンタクトに金属を埋めるステップと、
   前記ダミー電極と前記測定用電極とを形成するステップと
   を具備する
   半導体装置の製造方法。

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