(57)【要約】【課題】  銅配線上に銅ワイヤがワイヤボンディングされて構成される半導体装置において、配線剥がれや銅ワイヤ下の絶縁膜にクラックが入るといった不具合を抑止する。【解決手段】  本発明の半導体装置は、半導体基板１上に形成された銅配線８と、前記銅配線８の表面及び側面を覆うように形成されたメッキ層１０と、前記メッキ層１０を介して前記銅配線８上にワイヤボンディングされた銅ワイヤ１１とを具備することを特徴とする。【選択図】  図３
2010171386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された銅配線と、
前記銅配線の表面及び側面を覆うように形成されたメッキ層と、
前記メッキ層を介して前記銅配線上にワイヤボンディングされた銅ワイヤとを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記メッキ層は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの積層膜から成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記銅配線下にＴｉ／Ｃｕシード層の積層膜から成るバリアメタル膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に形成したレジスト膜をマスクにして、当該レジスト膜が形成されていない領域に銅配線をメッキ形成する工程と、
前記レジスト膜を除去した後に、前記銅配線の表面及び側面を覆うようにメッキ層を形成する工程と、
前記メッキ層を介して前記銅配線上に銅ワイヤをワイヤボンディングする工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に形成されたバリアメタル膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をマスクにして、当該レジスト膜が形成されていない領域に銅配線をメッキ形成する工程と、
前記レジスト膜を除去した後に、前記銅配線をマスクにして当該銅配線が形成されていない領域の前記バリアメタル膜を除去する工程と、
前記銅配線の表面及び側面を覆うようにメッキ層を形成する工程と、
前記メッキ層を介して前記銅配線上に銅ワイヤをワイヤボンディングする工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記メッキ層を形成する工程は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕを順次積層する工程であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記バリアメタル膜はＴｉ／Ｃｕシード層の積層膜から成ることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に銅配線上に銅ワイヤを形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図５及び図６において、１１は例えばシリコン基板から成る半導体基板で、１２は前記半導体基板１１上に形成された層間絶縁膜で、当該層間絶縁膜１２内にデバイス素子と接続された下層配線部１３が形成されている。
【０００４】
１４は前記下層配線部１３に接続された上層配線で、当該上層配線１４を被覆するように絶縁膜１５が形成されている。
【０００５】
そして、前記絶縁膜１５には前記上層配線１４の一部を露出するためのコンタクト孔１６が形成され、当該コンタクト孔１６内を含む絶縁膜１５上にバリアメタル膜１７を介して銅配線１８が形成されている。
【０００６】
ここで、前記銅配線１８は、図５に示すように前記絶縁膜１５上に、前記バリアメタル膜１７を形成し、レジスト膜１９をマスクにして、当該バリアメタル膜１７上にメッキ法により前記銅配線１８を形成している。そして、前記レジスト膜１９をマスクにして前記銅配線１８上にメッキ層２０を形成している。なお、前記メッキ層２０は、Ｎｉ／Ｐｄの積層膜である。
【０００７】
そして、図６に示すように、前記レジスト膜１９が除去され、前記メッキ層２０を介して前記銅配線１８上に金ワイヤ２１が形成されている。
【０００８】
このような技術文献としては、例えば以下の文献が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ２００１  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ＆  ＩＣｓ，ＯＳＡＫＡ  “Ｌｅａｄ  Ｆｒａｍｅ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ  ｏｆｆｅｒｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｕｓ  ａｎｄ  Ｂｏｎｄ  ｏｖｅｒ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”  ｐｐ．６５−６８，
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、上述の金ワイヤに代えて、低コストな材料である銅ワイヤを用いた半導体装置を実現したいという要望があった。
【００１１】
しかしながら、上述の半導体装置構造において、金ワイヤを銅ワイヤに置き換えただけでは、半導体装置の信頼性上の問題をクリアすることができなかった。
【００１２】
すなわち、銅配線上に銅ワイヤを形成する場合、銅自体が比較的硬い材料である（銅は金より３倍程度硬い）ため、ワイヤボンディングする際に接合不良が発生しないように金ボールのときよりも大きい超音波や荷重を必要とした。そのため、発明者が行った実験では、接合不良が解消されても、配線剥がれや銅ワイヤ下に形成された絶縁膜にクラックが入るといった不具合が発生することが判明した。
【００１３】
そこで本発明は、上記課題を解決する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。
【００１５】
すなわち、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された銅配線と、前記銅配線の表面及び側面を覆うように形成されたメッキ層と、前記メッキ層を介して前記銅配線上にワイヤボンディングされた銅ワイヤとを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、前記メッキ層は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの積層膜から成ることを特徴とする。
【００１７】
更に、前記銅配線下にＴｉ／Ｃｕシード層の積層膜から成るバリアメタル膜が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成したレジスト膜をマスクにして、当該レジスト膜が形成されていない領域に銅配線をメッキ形成する工程と、前記レジスト膜を除去した後に、前記銅配線の表面及び側面を覆うようにメッキ層を形成する工程と、前記メッキ層を介して前記銅配線上に銅ワイヤをワイヤボンディングする工程とを具備することを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成されたバリアメタル膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をマスクにして、当該レジスト膜が形成されていない領域に銅配線をメッキ形成する工程と、前記レジスト膜を除去した後に、前記銅配線をマスクにして当該銅配線が形成されていない領域の前記バリアメタル膜を除去する工程と、前記銅配線の表面及び側面を覆うようにメッキ層を形成する工程と、前記メッキ層を介して前記銅配線上に銅ワイヤをワイヤボンディングする工程とを具備することを特徴とする。
【００２０】
そして、前記メッキ層を形成する工程は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕを順次積層する工程であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上述したように本発明では、銅配線の表面及び側面をメッキ層で覆うことで、前記銅配線上に銅ワイヤをワイヤボンディングしても配線剥がれや銅ワイヤ下に形成された絶縁膜にクラックが入るといった不具合を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】従来技術に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】従来技術に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１乃至図３において、１は例えばシリコン基板から成る半導体基板で、２は前記半導体基板１上に形成された層間絶縁膜で、当該層間絶縁膜２内にデバイス素子と接続された下層配線部３が形成されている。なお、デバイス素子はＢＩＰトランジスタでもＭＯＳトランジスタ構造でも良く、任意のトランジスタ構造が適用される。
【００２５】
４は前記下層配線部３に接続された上層配線で、当該上層配線４上に被覆するように絶縁膜５が形成されている。尚、前記下層配線部３及び上層配線４は、例えばＡｌ合金等から成る金属膜から構成されている。なお、前記絶縁膜５の材質は、例えばシリコン酸化膜単層でもシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造でも、その他の材質のものでも良い。
【００２６】
そして、前記絶縁膜５には前記上層配線４の一部を露出するためのコンタクト孔６が形成され、当該コンタクト孔６内を含む絶縁膜５上にバリアメタル膜７を介して銅配線８が形成されている。なお、前記バリアメタル膜７はＴｉ／Ｃｕシード層をそれぞれスパッタ形成されている。ここで、前記Ｔｉ／Ｃｕシード層のそれぞれの膜厚は、例えばＴｉ膜が５００Åで、Ｃｕシード層が３０００Åである。
【００２７】
前記銅配線８は、図１に示すように前記バリアメタル膜７上に形成したレジスト膜９をマスクにして、当該バリアメタル膜７上に電解メッキ法により形成されている。
【００２８】
次に、図１０に示すように前記レジスト膜９を除去した後、前記銅配線８をマスクにして前記バリアメタル膜７を除去する。なお、本実施形態では、バリアメタル膜７を除去するため、先ずＣｕシード層を過酸化水素水と硝酸との混合液を用いて除去し、続いてＴｉ膜を過酸化水素水とアンモニアとの混合液を用いて除去している。
【００２９】
続いて、図３に示すように前記銅配線８の表面及び側面（すなわち、銅配線８の露出面全て）にメッキ層１０を形成する。なお、前記メッキ層１０は、例えばＮｉ／Ｐｄ／Ａｕから成る膜が無電解メッキ法により順次形成されて成る積層構造を有している。ここで、前記Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕのそれぞれの膜厚は、例えばＮｉ膜が３μｍで、Ｐｄ膜が０．２μｍで、Ａｕ膜が０．０２μｍである。
【００３０】
そして、銅ワイヤ１１が、前記メッキ層１０を介して銅配線８上にワイヤボンディング法により接合されることで、半導体装置が完成する。
【００３１】
ここで、メッキ層１０を構成するＰｄ膜は腐食に強いため、メッキ層１０上に保護膜を形成する必要がない。なお、メッキ層１０上に保護膜を形成するものでもよく、更には、絶縁膜５の材質として耐湿性に優れた材質のものを適用することで、メッキ層１０上への保護膜の形成を省略することも可能である。
【００３２】
以上のように構成された本発明の半導体装置を用いた実験では、銅配線８上に銅ワイヤ１１をワイヤボンディングしても、配線剥がれや銅ワイヤ１１下に形成された絶縁膜５にクラックが入るといった不具合の発生はみられなかった。
【００３３】
なお、本発明構造によれば、ワイヤボンディング後の配線剥がれや銅ワイヤ１１下の絶縁膜５にクラックが入るといった不具合を抑止できた要因について、現時点では十分には分析できていないが、発明者は以下のように考察する。
【００３４】
すなわち、従来構造では銅配線１８の表面にだけメッキ層２０が構成されているため、銅ワイヤ２１下に局所的に機械的な破壊ダメージが発生していたのに対して、本発明構造では銅配線７の側面を銅よりも硬いＮｉ膜で被覆することで銅ワイヤ１１の荷重を銅配線７（ボンディングパッド部）下の面で均等に受け止めることができ（荷重が分散され）たことにより、上記不具合の発生を抑止できたのではないかと考察する。
【００３５】
例えば、前述したメッキ層１０の形成時に、バリアメタル膜７を除去する際に、銅配線８間のショート防止用にオーバーエッチングするため、図４（Ａ）に示すように銅配線８の下部にエグレ部１２ができる。しかし、図４（Ｂ）に示すようにエグレ部１２を含めて銅配線８の表面及び側面（すなわち、銅配線８の露出面全て）にメッキ層１０が形成されるため、ワイヤボンディングの機械的な負荷に対しても耐性が増加したものと考察する。これに対して、従来構成でも本願発明と同様にエグレ部が銅配線１８の下部に形成されたとしても、そのエグレ部をメッキ層２０で被覆しないため、図６に示すように銅配線１８の表面にのみメッキ層２０が形成されるため、ワイヤボンディングの機械的な負荷に対して耐性が低いものと考える。
【００３６】
更に、従来構成における銅ワイヤ２１の接合不良の要因として、図６に示すバリアメタル膜１７を除去する工程での薬液によりメッキ層２０の表面が汚染されるためではないかと考察する。すなわち、メッキ層２０の表面が薬液によるダメージや汚染付着物があると、ワイヤボンディング時にメッキ層２０あるいは銅ワイヤ２１との間で十分な共晶反応が進まず、ボンディング特性に悪影響を与えたものと考察する。これに対して、本発明では、図２に示すように前記バリアメタル膜７を薬液により除去した後に、銅配線８を完全に被覆するようにメッキ層１０を形成するものであるため、メッキ層１０は薬液により汚染されることがなく、ボンディング特性への影響がない。
【００３７】
尚、上述した実施形態は一例であって、絶縁膜５及びメッキ層１０の材質及び膜厚は、任意に変更可能なものである。
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体基板    ５  絶縁膜    ７  バリアメタル膜    ８  銅配線    ９  レジスト膜    １０  メッキ層    １１  銅ワイヤ    １２  エグレ部
【図１】
2010171386.tif 000003
【図２】
2010171386.tif 000004
【図３】
2010171386.tif 000005
【図４】
2010171386.tif 000006
【図５】
2010171386.tif 000007
【図６】
2010171386.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月22日(2009.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図５及び図６において、Ｗａは例えばシリコン基板から成る半導体基板で、Ｓｏは前記半導体基板Ｗａ上に形成された層間絶縁膜で、当該層間絶縁膜Ｓｏ内にデバイス素子と接続された下層配線部１３が形成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2010171386.tif 000009
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2010171386.tif 000010