(57)【要約】【課題】パッド領域上での堆積物の生成を抑制することのできる、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】パッド領域を有する配線層群を形成するステップと、前記配線層群が被覆されるように、絶縁性のカバー層を形成するステップと、前記パッド領域が露出するように、前記カバー層をプラズマエッチングにより除去するステップとを具備し、前記パッド領域は、アルミニウムにより形成され、前記プラズマエッチングにより除去するステップは、炭素ラジカル及びフッ素ラジカルを発生させるＣＦ系ガスを用いて、前記パッド領域を露出させるステップと、前記露出させるステップの後に、塩素ラジカル又は塩素イオンを発生させるＣｌ２系ガスを用いて、前記パッド領域の表面に生成した堆積物を除去するステップとを備える。【選択図】図９Ａ
2010016233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッド領域を有する配線層群を形成するステップと、
前記配線層群が被覆されるように、絶縁性のカバー層を形成するステップと、
前記パッド領域が露出するように、前記カバー層をプラズマエッチングにより除去するステップと、
を具備し、
前記パッド領域は、アルミニウムにより形成され、
前記プラズマエッチングにより除去するステップは、
炭素ラジカル及びフッ素ラジカルを発生させるＣＦ系ガスを用いて、前記パッド領域を露出させるステップと、
前記露出させるステップの後に、塩素ラジカル又は塩素イオンを発生させるＣｌ２系ガスを用いて、前記パッド領域の表面に生成した堆積物を除去するステップとを備える
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記Ｃｌ２系ガスは、Ｃｌ２ガス、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、及びＣＣｌ４からなる集合から選ばれる少なくとも一のガスを含んでいる
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記ＣＦ系ガスは、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、及びＮ２ガスを含む混合ガスである
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
前記カバー層は、酸素原子とシリコン原子とを含む化合物からなる酸化シリコン系の膜により形成される
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記酸化シリコン系の膜は、ＳｉＯＮ膜である
半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
更に、
前記カバー層を形成するステップの後に、前記カバー層上に、樹脂製の絶縁保護層を形成するステップと、
前記プラズマエッチングするステップの前に、前記パッド領域の上方において前記絶縁保護層を除去するステップと、
を具備する
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁保護層は、ポリイミド樹脂を含んでいる
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
前記配線層群を形成するステップは、
下層露出部を有する下部配線層を形成するステップと、
前記下部配線層上に、層間絶縁膜を介して、前記パッド領域を有する上部配線層を形成するステップとを備え、
前記パッド領域を露出させるステップは、前記パッド領域と前記下層露出部との双方が露出するように、前記カバー層及び前記層間絶縁膜をエッチングするステップを含んでいる
半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記下層露出部は、ヒューズ素子部分である
半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記層間絶縁膜は、ＳｉＯＮ膜を含んでいる
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、半導体装置の製造方法に関し、特に、アルミニウム製のパッド領域を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板（例えばシリコン基板）上に半導体集積回路が形成された、半導体装置が知られている。半導体装置は、半導体チップとして製造される。半導体装置を製造する場合、まず、基板として半導体ウエハが用意される。そして、その半導体ウエハ上に、半導体集積回路が形成される。その半導体集積回路は、配線層を含む。半導体集積回路が形成された後、半導体ウエハは、複数の半導体チップに切り分けられる。
【０００３】
図１には、半導体ウエハを示す上面図と、その半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップのうちの一つを示す拡大図とが例示されている。
【０００４】
図１の拡大図に示されるように、複数の半導体チップの各々には、その表面にパッド領域が設けられる。パッド領域は、配線層のうちの一部である。パッド領域は、各チップの配線層をチップ外の装置（以下、外部装置）と電気的に接続する為に設けられる。
【０００５】
図２は、各チップの表面部分を示す断面図である。各チップの表面部分には、パッド領域以外に、カバー層と、絶縁樹脂層（例えば、ポリイミド）が設けられている。カバー層としては、例えば、ＳｉＯＮ膜などの酸化シリコン系の膜（酸素原子とシリコン原子とを含む化合物からなる膜）が用いられる。カバー層及び絶縁樹脂層は、各チップ内の半導体集積回路を保護する為に設けられている。各チップの表面部分において、パッド領域以外の部分は、カバー層及び絶縁樹脂層により覆われている。一方、パッド領域上では、カバー層及び絶縁樹脂層に開口が設けられており、パッド領域が露出している。
【０００６】
図２に示した半導体装置の製造方法について説明する。
【０００７】
まず、基板（図示せず）上に、パッド領域を含む配線層が形成される。その配線層を被覆するように、カバー層、ポリイミド（絶縁樹脂層）、及びレジストがこの順で積層される。さらに、パッド領域の上部において、レジストに開口が設けられる。そして、レジストをマスクとしてポリイミドが除去される。図３Ａには、ポリイミドが除去された状態を示す断面図が示されている。また、図３Ｂは、パッド領域の上面図である。
【０００８】
その後、ポリイミドをマスクとして、パッド領域が露出するように、カバー層がエッチングされる。カバー層は、通常、プラズマエッチングにより、エッチングされる。カバー層として、酸化シリコン系の膜が用いられる場合、エッチングガスとしては、ＣＦ系ガス（炭素ラジカルとフッ素ラジカルを発生させるガス）が用いられる。
【０００９】
図４Ａは、カバー層がエッチングされた後の状態を示す断面図である。また、図４Ｂは、その上面図である。カバー層をエッチングした後に、パッド領域上に堆積物などが残ることがある。パッド領域上に堆積物が残っていると、パッドを外部装置と信頼性良く接続することが困難になる。従って、パッド領域上に堆積物が残らないように、カバー層をエッチングすることが望まれる。
【００１０】
関連技術として、特許文献１（特開平９−１１５８７８号公報）が挙げられる。特許文献１には、導電材料層上の有機高分子系絶縁膜に、導電材料層に臨む接続孔を開口するプラズマエッチング方法において、その有機高分子系絶縁膜を、ＣＦ系ガス、及び酸化系化学種を発生しうるガスのうちの少なくとも一種のガスと、塩素系化学種を発生しうるガスと、を含むエッチングガスを用いてパターニングすることを特徴とするプラズマエッチング方法が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１１５８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
各チップ内に設けられる配線層の材料として、アルミニウムが採用されることがある。この場合、パッド領域にもアルミニウムが用いられる。
【００１３】
アルミニウムをパッド領域に用いた場合、ＣＦ系ガスを用いてカバー層をエッチングすると、露出したパッド領域のアルミニウムと、ＣＦ系ガス由来のフッ素ラジカルとが反応し、ＡｌＦ３が生成される。すなわち、堆積物として、ＡｌＦ３が生成される。
【００１４】
生成されたＡｌＦ３は、大気中の水分（Ｈ２Ｏ）などと反応し、水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３を生成することがある。具体的には、下記式１により、水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３が生成される。
（式１）；ＡｌＦ３＋３Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ（ＯＨ）３＋３ＨＦ
【００１５】
また、式１により副生成物として発生するＨＦは、下記式２により再びＡｌＦ３を生成する。
（式２）；３ＨＦ＋Ａｌ  →  ＡｌＦ３＋３／２Ｈ２
【００１６】
式２により生成したＡｌＦ３は、再び式１の反応を促進させる。すなわち、ＡｌＯＨ３の生成が促進される。
【００１７】
パッド領域上に生成したＡｌＯＨ３は、パッド領域と外部装置との電気的な接続を妨げる。
【００１８】
また、生成されたＡｌＯＨ３は、パッド領域が変色する原因ともなり、外観上も好ましくない。半導体装置の製造過程では、カバー層がエッチングされた後に、ウエハテストが行われる。ウエハテストの際には、各チップの電気的特性を調べるために、針がパッド領域に接触される。このとき、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、パッド領域上に針跡が残る。ＡｌＯＨ３の生成が促進されると、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、針跡の周囲にＡｌＯＨ３による変色部が形成されてしまう。
【００１９】
ＡｌＦ３の生成を抑制する為に、カバー層をエッチングした後に、水洗工程やベーク（加熱）工程を実施することが考えられる。しかし、水洗工程を実施した場合、水洗時間によっては、パッド領域でアルミニウムが溶出してしまうことがある。また、ベーク工程を実施した場合、ベーク時間によっては、パッド領域上にアルミニウム酸化膜が生成してしまうことがある。
【００２０】
また、ＡｌＯＨ３の生成を抑制する為に、水分が少ない環境下で半導体装置（チップまたはウエハ）を保管することが考えられる。水分が少ない環境下で保管するために、半導体装置を包装する包装部材として特別な部材（例えば、プロトス及びアルミドライパック）を用意することなどが考えられる。しかし、特別な部材を用意するため、製造コスト増加の原因となる。
【００２１】
従って、本発明の目的は、パッド領域上での堆積物の生成を抑制することのできる、半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［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］の記載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り、［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。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、パッド領域（１）を有する配線層群を形成するステップと、その配線層群を被覆するように、絶縁性のカバー層（２）を形成するステップと、パッド領域（１）が露出するように、カバー層（２）をプラズマエッチングにより除去するステップとを具備する。パッド領域（１）は、アルミニウムにより形成される。プラズマエッチングにより除去するステップは、炭素ラジカル及びフッ素ラジカルを発生させるＣＦ系ガスを用いて、パッド領域（１）を露出させるステップと、その露出させるステップの後に、塩素ラジカル又は塩素イオンを発生させるＣｌ２系ガスを用いて、パッド領域（１）の表面に生成した堆積物（５）を除去するステップとを備える。
【００２４】
この発明によれば、ＣＦ系ガスを用いたプラズマエッチングにより、カバー層（２）を精度良くエッチングすることができる。ＣＦ系ガスを用いることにより、パッド領域（１）が露出したときに、パッド領域（１）上に堆積物（５）としてＡｌＦ３が生成する。生成したＡｌＦ３は、Ｃｌ２系ガスを用いることにより、エッチングされる。ＡｌＦ３がＣｌ２系ガスにより除去されるので、Ａｌ（ＯＨ）３が生成することもなく、パッド領域（１）と外部装置との電気的接続が妨げられることも無い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、パッド領域上での堆積物の生成を抑制することのできる、半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
まず、半導体ウエハを用意する。半導体ウエハ上に、配線層群を含む半導体集積回路を形成する。配線層群には、アルミニウムによる配線パターンが含まれる。また、配線層群の一部には、パッド領域１が形成される。その後、配線層群が被覆されるように、絶縁性のカバー層２が形成される。更に、カバー層２上に、絶縁樹脂層３として、ポリイミド膜が形成される。カバー層２は、酸化シリコン系の膜（酸素原子とシリコン原子とを含む化合物からなる膜）により形成されるものとする。カバー層２として、具体的には、ＳｉＯＮ膜が挙げられる。その後、絶縁樹脂層３をパターニングする為、樹脂製のレジスト４が絶縁樹脂層３上に形成される。レジスト４をマスクとして、パッド領域１上の絶縁樹脂層３がパターニングされる。
【００２８】
図７Ａには、絶縁樹脂層３が除去された状態における、半導体ウエハの表面部分の断面図が示されている。また、図７Ｂには、図７Ａの状態における上面図が示されている。絶縁樹脂層３が除去されることにより、パッド領域１のカバー層２が露出する。
【００２９】
次に、図８Ａに示されるように、絶縁樹脂層３及びレジスト４をマスクとして、カバー層２をエッチングする。図８Ｂは、パッド領域１部分の上面図である。カバー層２がエッチングされることにより、パッド領域１が露出する。
【００３０】
カバー層２は、プラズマエッチングにより、エッチングされる。エッチングガスとしては、ＣＦ系ガスが用いられる。
【００３１】
ＣＦ系ガスは、炭素ラジカルとフッ素ラジカルを発生させるガスである。ＣＦ系ガスとして、具体的には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、及びＮ２ガスを含む混合ガスが例示される。ＣＦ系ガスは、酸化シリコン系の膜であるカバー層２をエッチングするにあたり、好適に用いられる。ＣＦ系ガス由来の炭素ラジカルは、カバー層２の酸素原子と反応する。ＣＦ系ガス由来のフッ素ラジカルは、カバー層２のシリコン原子と反応する。これにより、カバー層２が除去される。
【００３２】
ここで、露出したパッド領域１は、ＣＦ系ガスに曝されることになる。既述のように、露出したパッド領域１のアルミニウムと、ＣＦ系ガス由来のフッ素ラジカルとが反応し、堆積物５としてＡｌＦ３が生成する。
【００３３】
ＣＦ系ガスを用いたプラズマエッチングが終了した後に、堆積物５を除去するために、Ｃｌ２系ガスを用いたプラズマエッチングが行われる。
【００３４】
Ｃｌ２系ガスは、塩素ラジカル又は塩素イオンを発生させるガスである。Ｃｌ２系ガス由来の塩素ラジカル又は塩素イオンは、ＡｌＦ３と反応し、ＡｌＣｌ３を生成する。ＡｌＣｌ３は昇華性が高く、昇華によりパッド領域１表面から取り除かれる。これにより、パッド領域１上から堆積物５が除去される。図９Ａには、堆積物５が取り除かれた後の半導体ウエハ表面部分を示す断面図が示されており、図９Ｂには、その上面図が示されている。
【００３５】
Ｃｌ２系ガスとして、具体的には、Ｃｌ２ガス、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４、及びＣＣｌ４からなる集合から選ばれる少なくとも一種類のガスが例示される。
【００３６】
続いて、図１０Ａに示されるように、レジスト４が取り除かれる。図１０Ｂに示されるように、絶縁樹脂層３が露出する。
【００３７】
その後、半導体集積回路の電気的特性を検査する為、ウエハテストが行われる。ウエハテスト時には、プローブ（針）をパッド領域１に接触させることにより、半導体集積回路の電気的特性が測定される。図１１Ａは、ウエハテスト後の半導体ウエハ表面部分の断面図であり、図１１Ｂはその上面図である。ウエハテスト後には、プローブ（針）跡６が、パッド領域１上に残る。この際、パッド領域１上からＡｌＦ３（堆積物５）が取り除かれているために、Ａｌ（ＯＨ）３が生成されることもなく、針跡６の周囲が変色することは無い。
【００３８】
その後、半導体ウエハが複数の半導体チップに切り分けられる。複数のチップの各々は、パッド領域１で外部装置と電気的に接続される。この際、パッド領域１上にＡｌ（ＯＨ）３などの残留物が存在しない為、信頼性良く外部装置と接続を行うことができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＦ系ガスを用いてカバー層がエッチングされた後に、Ｃｌ２系ガスを用いてＡｌＦ３（堆積物５）がエッチングされる。ＣＦ系ガスによるエッチングによりＡｌＦ３が生成したとしても、Ｃｌ２系ガスによるエッチングによりＡｌＦ３が除去されるので、パッド領域１上にＡｌ（ＯＨ）３が生成することは無い。これにより、外部装置と各半導体チップを信頼性良く接続することができる。
【００４０】
また、半導体ウエハは、ウエハテストの終了後に、長期間にわたり保管されることがある。本実施形態では、ＡｌＦ３がパッド領域１上から取り除かれている為に、Ａｌ（ＯＨ）３の生成が抑制される。従って、長期間にわたる保管時においても、特別な包装部材（例えば、プロトス及びアルミドライパック）などを準備する必要がなく、保管時に要するコストを低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、ＡｌＦ３を除去する為に、水洗工程やベーク工程を設ける必要がなく、製造工程を短縮することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図１２は、本実施形態に係る半導体装置の表面部分を示す断面図である。本実施形態では、配線層群に、ヒューズ素子７（下層露出部）が追加されている。ヒューズ素子７は、パッド領域１よりも下部に設けられている。すなわち、配線層群は、複数層の配線層（下部配線層と上部配線層）を備えており、下部配線層にヒューズ素子７が設けられており、上部配線層にパッド領域１が設けられている。下部配線層と上部配線層とは、層間絶縁膜を介して積層されている。層間絶縁膜としては、カバー層２と同様の材料（例えば酸化シリコン系の膜）が用いられる。
【００４３】
第１の実施形態と同様に、パッド領域１上には開口が設けられている。これにより、パッド領域１は露出している。
【００４４】
また、ヒューズ素子７上にも、わずかに層間絶縁膜を残して、開口が設けられている。これにより、ヒューズ素子７は実質的に露出している。
【００４５】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００４６】
まず、基板（図示せず）上に、ヒューズ素子７を有する下部配線層を形成する。その後、層間絶縁膜を介して、パッド領域１を有する上部配線層を積層する。その後、第１の実施形態と同様に、上部配線層上に、カバー層２、ポリイミド３、及びレジスト４をこの順で積層する。その後、パッド領域１及びヒューズ素子７の上方にあたる位置において、ポリイミド３に開口を設ける。ポリイミド３に開口が設けられた後の状態が、図１３に示されている。
【００４７】
続いて、カバー層２及び層間絶縁膜をエッチングし、パッド領域１に達する開口及びヒューズ素子７に達する開口を同時に形成する。この際、ＣＦ系ガスを用いたプラズマエッチングにより、カバー層２及び層間絶縁膜を除去する。
【００４８】
ここで、パッド領域１は上部配線層に設けられている。一方、ヒューズ素子７は下部配線層に設けられている。ヒューズ素子７に達する開口を形成するためには、パッド領域１に達する開口を形成する場合よりも、長時間エッチングを行わなければならない。すなわち、パッド領域１上の層よりも、図１２中で高さｈで示される量だけ、余分にエッチングが行われる。このとき、パッド領域１は、露出してからも長時間、ＣＦ系ガスに曝されることになる。
【００４９】
ＣＦ系ガスを用いたプラズマエッチングの終了後、第１の実施形態と同様に、Ｃｌ２系ガスを用いて、パッド領域１上の堆積物５をエッチングする。これ以降の処理も、第１の実施形態と同様である。
【００５０】
パッド領域１では、露出した状態でＣＦ系ガスに曝されている時間が長くなるほど、ＡｌＦ３が生成し易くなる。すなわち、本実施形態のように、下部配線層に設けられた下層露出部と、上部配線層に設けられたパッド領域１とを同時に露出させる場合、パッド領域１上に堆積物５が生成し易い。
【００５１】
しかし、本実施形態では、Ｃｌ２系ガスにより、パッド領域１上の堆積物５が除去される。すなわち、本実施形態によれば、下層露出部とパッド領域１とを同時に露出させる場合でも、パッド領域１上をクリアな状態に保つことができる。これにより、パッド領域１における電気的信頼性を高めることができる。また、パッド領域１の変色を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】半導体ウエハを示す平面図である。
【図２】半導体ウエハの表面部分を示す断面図である。
【図３Ａ】半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図３Ｂ】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図４Ａ】半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図４Ｂ】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図５Ａ】半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図５Ｂ】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図６Ａ】半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図６Ｂ】半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図７Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図８Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図８Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図９Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図９Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図１０Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図１０Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図１１Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図１１Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  パッド領域
２  カバー層
３  ポリイミド（絶縁樹脂層）
４  レジスト
５  堆積物
６  ウエハテスト針跡
７  ヒューズ素子（下層露出部）
【図１】
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【図２】
2010016233.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2010016233.tif 000016
【図９Ａ】
2010016233.tif 000017
【図９Ｂ】
2010016233.tif 000018
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2010016233.tif 000020
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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