(57)【要約】【課題】金ボールと銅パッドとの接合を、銅パッド表面状態の影響が小さく安定した接合をする。【解決手段】最上層の銅配線２で形成した銅パッド３の上に、Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴａＮのいずれかの部材からなるシールド薄膜４を形成する。このシールド薄膜４を形成した銅パッド３と金ボール６のワイヤーボンディング時、金ボール６からの荷重と超音波振動によって銅パッド３上に形成のシールド薄膜４を破り、銅パッド３における銅の新生面を露出させて、銅パッド３と金ボール６の接合を行う。銅パッド３表面の酸化で生じる酸化銅等の表面状態が影響することなく、銅と金の相互拡散が十分に進行し安定した銅パッド３と金ボール６の接合を得ることができる。【選択図】図１
2006120893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成した平坦な銅パッドと、前記基板上の全面に形成した絶縁膜と、前記銅パッド上で前記絶縁膜を除去した露出部分のみに形成したチタン、窒化チタンまたは窒化タンタルのいずれかからなるシールド薄膜とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板上に平坦な銅パッドを形成後、前記基板上の全面に絶縁膜を形成する工程と、前記銅パッド上で前記絶縁膜を除去した露出部分のみにチタン、窒化チタンまたは窒化タンタルのいずれかからなるシールド薄膜を形成する工程と、ワイヤーボンディングにより前記銅パッドと金属細線を接合する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ワイヤーボンディングにより銅パッドと金属細線を接合する工程において、前記銅パッドに荷重及び超音波振動を印加することによって、前記銅パッド上に形成したシールド薄膜を破り、前記銅パッド表面に銅の新生面を露出して前記金属細線と接合することを特徴とする請求項２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、絶縁膜で覆った銅パッドの拡散工程における、銅配線の形成で反射防止膜あるいはバリア膜等として用いるシールド薄膜を用いて、銅パッドに直接、金属細線を接合できる構造に特徴を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子への微細化，高速化の要求に伴い、半導体素子の配線材料として線幅０．１３μｍを用いるプロセス当たりからアルミニウムと比較して比較的低抵抗であり配線遅延も少なく、さらに、エレクトロマイグレーション耐性が向上できる銅を採用することが多くなっている。しかしながら、銅は容易に酸化し、その表面に非常に硬い酸化銅を生成する。その結果、ワイヤーボンディングの工程において、銅パッドに金ボールを押しつぶしても酸化銅を破壊することはできず銅パッドと金ボールは接合できない。
【０００３】
そこで従来の拡散工程において、銅配線と銅パッドの形成後に絶縁膜を成膜し、その後、銅パッド上の絶縁膜を除去して清浄化する。さらにその上に、金との接合性に優れた金属膜層のアルミニウムパッドを形成した構造とすることによって、安定した接合を行っている。
【０００４】
また別の方法として、半導体素子の銅パッド（電極）に拡散工程の終了後、組立工程として金スタッドバンプを形成するが、この場合の基板において、銅パッドの表面をプラズマ処理して清浄化かつ活性化し、この銅パッドの表面に金スタッドバンプの接合を行っている。
【特許文献１】特開２００１−６０６０２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９６７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術では、以下のような課題を有していた。まず、銅パッド上にアルミニウムパッドを形成して接合する手法では、銅パッドの形成後に絶縁膜を全面に形成し、その後、銅パッド上の絶縁膜を除去してアルミニウムパッドを形成後、さらに絶縁膜を形成しなければならず、銅配線形成後の工程数が非常に多い。このため近年の半導体素子微細化に伴って、拡散工程が複雑かつ増大している中で、拡散工程のリードタイムが長くなり、拡散工程のコストも増大することになって、大きな課題となっている。
【０００６】
また、半導体素子の銅パッドに金スタッドバンプを形成する手法では、銅パッド表面をプラズマ処理する工程が必要であり、この処理を行うためのプラズマ装置も必要となる。この手法においても、前述と同様に、組立工程のリードタイムが長くなり、組立コストも増大するという課題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、拡散工程における、最上層の銅配線で形成した銅パッド上に、銅配線形成において反射防止膜あるいはバリア膜等として用いるチタン（以下、Ｔｉという）、窒化チタン（以下、ＴｉＮという）または窒化タンタル（以下、ＴａＮという）のいずれかからなるシールド薄膜を形成することにより、コスト削減及び拡散工程のリードタイムを短縮化し、さらに接合時に金ボールが銅パッド上のシールド薄膜を破って、銅の新生面を露出させて接合して、銅パッドの表面状態による影響が小さく安定した接合ができ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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、基板上に形成した平坦な銅パッドと、基板上の全面に形成した絶縁膜と、銅パッド上で絶縁膜を除去した露出部分のみに形成したチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）または窒化タンタル（ＴａＮ）のいずれかからなるシールド薄膜とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記半導体装置の製造方法は、基板上に平坦な銅パッドを形成後、基板上の全面に絶縁膜を形成する工程と、銅パッド上の絶縁膜を除去した露出部分のみにＴｉ、ＴｉＮまたはＴａＮのいずれかからなるシールド薄膜を形成する工程と、ワイヤーボンディングにより銅パッドと金属細線を接合する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、ワイヤーボンディングにより銅パッドと金属細線を接合する工程において、銅パッドに荷重及び超音波振動を印加することによって、銅パッド上に形成したシールド薄膜を破り、銅パッド表面に銅の新生面を露出して金属細線と接合することを特徴とする。
【００１１】
前記構成によれば、従来の絶縁膜削除後の銅パッド上にアルミニウムパッドを形成し、さらに全面に絶縁膜を形成した後でアルミニウムパッド上の絶縁膜を削除する工程を削減し、また銅パッドの表面をプラズマ処理して清浄化かつ活性化する工程を行うことなく、コスト削減及び拡散工程のリードタイムを短縮化して、また、従来のワイヤーボンディングの装置を用いた接合処理ができることから装置に新たな構成変更や追加を一切不要として、さらに銅パッド上のシールド薄膜を破って銅の新生面を露出させ接合するため、銅パッドの表面状態の影響が少なく安定した接合ができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、拡散工程における、最上層の銅配線で形成した銅パッド上に、通常、銅配線形成において反射防止膜あるいはバリア膜等として用いるＴｉ、ＴｉＮまたはＴａＮのいずれかからなるシールド薄膜を形成することにより、従来のアルミニウムパッド等を形成する工程と絶縁膜を形成する工程を削減することができ、これによってコスト削減及び拡散リードタイム短縮を実現できる。更には銅パッド表面を清浄化かつ活性化するプラズマ処理を行うことなく、ワイヤーボンディングの接合時に金ボールが銅パッド上のシールド薄膜を破り銅の新生面を露出させて接合することで、銅パッド表面状態の影響が小さく、相互拡散が十分に進行し安定した接合ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置を示したもので、（ａ）は半導体装置のワイヤーボンディング前の半導体素子における銅パッド部分の断面図及び平面図、（ｂ）はワイヤーボンディング後の半導体素子における銅パッド部分の断面図を示す。図１において、１は各配線層の層間絶縁膜、２は最上層の銅配線、３は銅配線層に形成した銅パッド、４は露出している銅パッド３上に形成したシールド薄膜、５はチップ（半導体素子）を保護する絶縁膜、６は圧着させる金ボール、７はキャピラリー、８は金ワイヤーを示す。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態は、最上層の銅配線２で形成した銅パッド３の上に、通常、拡散工程の銅配線２の形成において用いる反射防止膜あるいはバリア膜等のＴｉ，ＴｉＮ，ＴａＮのいずれかの部材からなるシールド薄膜４を形成する。このＴｉ，ＴｉＮ，ＴａＮのシールド薄膜４を形成した銅パッド３上に金ボール６のワイヤーボンディングを行う時、金ボール６からの荷重と超音波振動によって銅パッド３上に形成したＴｉ，ＴｉＮ，ＴａＮのシールド薄膜４を破ることで、銅パッド３における銅の新生面を露出させて、銅パッド３と金ボール６の接合を行う。このことから、銅パッド３表面の酸化により生じる酸化銅等の表面状態が影響することなく、銅と金の相互拡散が十分に進行し安定した接合の半導体装置を得る。
【００１６】
また、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法を示す。図２（ａ）に示すとおり各層の銅配線２及び層間絶縁膜１を化学気相堆積法（以下、ＣＶＤという）を用いて形成する。この工程により各層に銅配線２及び銅パッド３を形成し、最上層の形成後、化学的機械研磨（以下、ＣＭＰという）を用いて銅配線２及び銅パッド３を平坦化する。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、銅パッド３を含む半導体素子上の全面にＣＶＤを用いてチップ保護用の絶縁膜５を形成し、銅パッド３上の絶縁膜５を除去する。その後、図２（ｃ）に示すように、露出している銅パッド３上のみにシールド薄膜４としてＴｉ，ＴｉＮ，ＴａＮからなる薄膜を形成する。
【００１８】
そして、従来のワイヤーボンディングと同様に、キャピラリー７の金ボール６による荷重と超音波振動によって、銅パッド３上に形成したシールド薄膜４をキャピラリー７の先端部の金ボール６によって破り、銅パッド３表面に銅の新生面を露出させて接合することで、銅パッド表面状態の影響が小さい安定した接合ができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、従来の工程を削減してコスト削減及び拡散工程のリードタイムを短縮化し、また従来のワイヤーボンディングの装置によって接合処理ができるため構成変更や追加を必要とせず、接合時に金ボールが銅パッド上のシールド薄膜を破り銅の新生面を露出させて接合するため、銅パッド表面状態の影響が小さく安定した接合ができ、銅パッドに金属細線を直接接合する構造の半導体装置及びその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の（ａ）はワイヤーボンディング前の半導体素子における銅パッド部分の断面図及び平面図、（ｂ）はワイヤーボンディング後の半導体素子における銅パッド部分の断面図
【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法の工程（ａ），（ｂ），（ｃ）を示す図
【符号の説明】
【００２１】
１  層間絶縁膜
２  銅配線
３  銅パッド
４  シールド薄膜
５  絶縁膜
６  金ボール
７  キャピラリー
８  金ワイヤー
【図１】
2006120893.tif 000003
【図２】
2006120893.tif 000004