(57)【要約】【課題】Ｃｕ配線層上にＣｕワイヤを実装可能とする半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明の半導体装置は、シリコン基板１上に形成される保護層６と、前記保護層６に形成され、前記シリコン基板１に形成される半導体素子と電気的に接続するＣｕ配線層９と、前記Ｃｕ配線層９を被覆し、前記保護層６上に形成される樹脂膜１０と、前記樹脂膜１０に形成される開口領域１１を介して前記Ｃｕ配線層９と接続するパッド電極１２と、前記パッド電極１２上にワイヤボンディングされるＣｕワイヤ１４とを有し、前記Ｃｕワイヤ１４と前記Ｃｕ配線層９との間には合金層１３が配置されることを特徴とする。【選択図】図１
2011018832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、前記半導体層に形成される半導体素子と電気的に接続する銅配線層と、
前記銅配線層を被覆し、前記絶縁層上に形成される樹脂膜と、
前記樹脂膜に形成される開口領域を介して前記銅配線層と接続するパッド電極と、
前記パッド電極上にワイヤボンディングされる銅ワイヤとを有し、
前記パッド電極の一部分は、前記銅配線層との境界から合金層となり、前記銅ワイヤは、前記合金層上の前記パッド電極の他の部分に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パッド電極はアルミ膜またはアルミ合金膜から成り、前記合金層は、前記銅配線層を構成する銅と前記パッド電極を構成するアルミとを含む金属反応膜であ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】
前記パッド電極の他の部分は、前記合金層上の前記パッド電極のアルミ膜またはアルミ合金膜であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記樹脂膜は、ポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜から成ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体層に半導体素子を形成し、前記半導体層上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に前記半導体素子と電気的に接続する銅配線層を形成する工程と、
前記銅配線層を被覆するように前記絶縁層上に樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜に前記銅配線層が露出するように開口領域を形成する工程と、
前記開口領域を介して前記銅配線層と電気的に接続するパッド電極を形成した後ベーク処理を行い、前記銅配線層の境界から前記パッド電極の一部分を合金層とする工程と、
前記合金層上の前記パッド電極の他の部分に銅ワイヤをワイヤボンディング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６】
前記パッド電極はアルミ膜またはアルミ合金膜から成り、前記ベーク処理では、前記銅配線層を構成する銅を前記パッド電極へと拡散させ、前記銅と前記パッド電極を構成するアルミとを含む前記合金層を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ベーク処理は、前記合金層の他の部分が前記アルミ膜またはアルミ合金膜の状態を維持する温度にて行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂膜としてポリベンズオキサゾール膜またはポリイミド樹脂膜を用いることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項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、銅配線層とパッド電極との間に合金層を形成し、銅ワイヤとパッド電極との接合強度を向上させる半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）に示す製造方法が知られている。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、従来の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【０００３】
先ず、図１１（Ａ）に示す如く、シリコン基板３１上面に、例えば、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜等の層間絶縁膜３２を形成する。次に、例えば、ダマシン法により層間絶縁膜３２に溝３３を形成し、溝３３内をバリアメタル膜３４、Ｃｕ配線層３５により埋設する。
【０００４】
次に、図１１（Ｂ）に示す如く、層間絶縁膜３２上の全面に、例えば、スパッタリング法によりバリアメタル膜３６を形成する。そして、溝３３内のＣｕ配線層３５上面を被覆するようにバリアメタル膜３６を選択的に加工する。
【０００５】
次に、図１１（Ｃ）に示す如く、層間絶縁膜３２上の全面にＳｉＮ膜３７を形成し、バリアメタル膜３６が露出するようにＳｉＮ膜３７に開口部３８を形成する。
【０００６】
次に、図１１（Ｄ）に示す如く、開口部３８を埋設するようにＳｉＮ膜３７上の全面にＡｌ膜を堆積する。そして、Ａｌ膜を選択的に加工し、Ｃｕ配線層３５上にＡｌパッド３９を形成する（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５３２２１号公報（第３−４頁、第１−４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の半導体装置の製造方法では、Ｃｕ配線層３５のＣｕがＡｌパッド３９へと拡散し、Ａｌパッド３９全体が合金化することで、Ａｌパッド３９の硬度が増大し、金属細線がＡｌパッド３９へワイヤボンディング出来なくなることを防止するため、Ｃｕ配線層３５とＡｌパッド３９との間にバリアメタル膜３６を配置する。そして、バリアメタル膜３６を形成する際には、シリコン基板３１（半導体ウエハ）上全面にバリアメタル膜３６を堆積した後に、エッチング加工し、所望の形状に成形する。
【０００９】
このとき、前記シリコン基板３１（半導体ウエハ）とバリアメタル膜３６のそれぞれの膜特性の違いから反りが発生してしまうという問題があった。
【００１０】
また、前述したように、ＣｕがＡｌパッド３９へ拡散することを防止するため、バリアメタル膜３６を形成する。そのため、バリアメタル膜３６を堆積し、エッチング加工する工程が必要となり、製造コストや材料コストが増大するという問題があった。
【００１１】
また、Ａｌパッド３９と接続する金属ワイヤとして金ワイヤが用いられる場合、金ワイヤは銅ワイヤと比較して材料費が高く、原価コストを引き上げる問題があった。しかも、金ワイヤは銅ワイヤよりも許容電流密度が小さいため、大電流を扱う半導体素子では金ワイヤの径を太くする必要があり、材料コストが余分に掛かるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置は、半導体層上に形成される絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記半導体層に形成される半導体素子と電気的に接続する銅配線層と、前記銅配線層を被覆し、前記絶縁層上に形成される樹脂膜と、前記樹脂膜に形成される開口領域を介して前記銅配線層と接続するパッド電極と、前記パッド電極上にワイヤボンディングされる銅ワイヤとを有し、前記パッド電極の一部分は、前記銅配線層との境界から合金層となり、前記銅ワイヤは、前記合金層上の前記パッド電極の他の部分に接続されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体層に半導体素子を形成し、前記半導体層上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に前記半導体素子と電気的に接続する銅配線層を形成する工程と、前記銅配線層を被覆するように前記絶縁層上に樹脂膜を形成した後、前記樹脂膜に前記銅配線層が露出するように開口領域を形成する工程と、前記開口領域を介して前記銅配線層と電気的に接続するパッド電極を形成した後ベーク処理を行い、前記銅配線層の境界から前記パッド電極の一部分を合金層とする工程と、前記合金層上の前記パッド電極の他の部分に銅ワイヤをワイヤボンディングする工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、パッド電極の一部分を合金層とし、パッド電極の他の部分をＡｌ膜やＡｌ合金膜のまま維持し、その部分にＣｕワイヤを接続させることで、パッド電極とＣｕワイヤとの接合強度が向上される。
【００１５】
また、本発明では、Ｃｕ配線層上にパッド電極を形成することで、Ｃｕ配線層上にＣｕワイヤを接続させることができる。そして、従来のようなＡｕワイヤを用いる場合に比べ材料コストの低減を図りつつ、大電流仕様品にも対応可能となる。
【００１６】
また、本発明では、ベーク処理によりパッド電極の一部分を合金層とし、バリアメタル膜を堆積する工程を省略することで、歩留まりを改善させつつ、製造コストも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面解析図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。
【図４】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態である半導体装置について、図１〜図３を参照し説明する。図１は、半導体装置を説明する断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、パッド電極を説明する断面解析図である。図３（Ａ）は、パッド電極及びその周辺の構造を説明する断面図である。図３（Ｂ）は、パッド電極及びその周辺の構造を説明する平面図である。
【００１９】
図１に示す如く、シリコン基板１上には、絶縁処理用の絶縁層２が形成される。絶縁層２としては、例えば、シリコン酸化膜、ＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜等の少なくとも１層が選択される。尚、シリコン基板１としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、シリコン基板１としては、化合物半導体基板であってもよい。
【００２０】
配線層３が、絶縁層２上に形成され、シリコン基板１に形成された半導体素子と電気的に接続される。配線層３は、３層構造から成り、バリアメタル膜上に金属膜が形成され、その金属膜上に反射防止膜が形成される。そして、バリアメタル膜は、例えば、チタン（Ｔｉ）やチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の高融点金属から成る。また、金属膜は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜やアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）膜やアルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜等のＡｌを主体とする合金膜から成る。また、反射防止膜は、例えば、ＴｉＮ、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の高融点金属から成る。そして、配線層３の膜厚は、例えば、０．４〜３．０μｍである。
【００２１】
保護層６が、配線層３上を含め、絶縁層２上に形成される。保護層６は、平坦化膜４と、その平坦化膜４上に形成されたシリコン窒化膜５により形成される。平坦化膜４は、例えば、ＴＥＯＳ酸化膜、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜及びＴＥＯＳ酸化膜が積層されて成る。そして、シリコン窒化膜５は、半導体素子内への水分の浸入を防止し、配線層３等の腐食を防止する。そして、開口領域７が、配線層３上の保護層６に形成される。
【００２２】
メッキ用金属層８が、開口領域７を介して保護層６上にパターン配置される。メッキ用金属層８は、開口領域７内にも配置され、開口領域７内では配線層３と直接接続する。
【００２３】
このメッキ用金属層８は、例えば、バリアメタル膜とＣｕシード膜との積層構造から成る。バリアメタル膜としては、例えば、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層等が用いられる。そして、Ｃｕシード膜は、メッキ層を形成する際の種として用いられる。
【００２４】
Ｃｕ配線層９が、メッキ用金属層８上面に、例えば、電解メッキ法により形成される。Ｃｕ配線層９の膜厚は、例えば、８．０〜１０．０μｍである。
【００２５】
樹脂膜１０が、Ｃｕ配線層９上を含め、保護層６上面に形成される。樹脂膜１０は、例えば、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）膜またはポリイミド樹脂膜等から成り、スピンコート法により塗布される。尚、ＰＢＯ膜は、感光性樹脂であり、高耐熱性、応力緩和特性及び低誘電性等の特性を有する膜である。
【００２６】
そして、樹脂膜１０の膜厚は、例えば、１０．０〜１５．０μｍ程度であり、樹脂膜１０はＣｕ配線層９を完全に被覆する。そして、開口領域１１が、Ｃｕ配線層９上の樹脂膜１０に形成される。開口領域１１からはＣｕ配線層９の一部が露出する。
【００２７】
パッド電極１２が、開口領域１１内を介してＣｕ配線層９上にパターン配置される。パッド電極１２は、開口領域１１内ではＣｕ配線層９と直接接続する。そして、パッド電極１２は、Ａｌ膜や前述したＡｌ−Ｃｕ膜やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜等のＡｌ合金膜から成り、その膜厚は１．０μｍ程度である。詳細は後述するが、パッド電極１２では、Ｃｕ配線層９との境界領域から合金層１３が形成され、図示したように、合金層１３の上面には、パッド電極１２を構成するＡｌ膜等が存在する。この構造により、Ｃｕワイヤ１４は、パッド電極１２のＡｌ膜部分と接続し、その接合強度も維持される。尚、パッド電極１２の膜厚は、使用される用途に応じて任意の設計変更が可能であり、例えば、１．０〜３．５μｍの範囲で調整される。
【００２８】
Ｃｕワイヤ１４は、例えば、径が３３〜５０μｍ、９９．９〜９９．９９ｗｔ％の銅から成るものが使用される。図示したように、Ｃｕワイヤ１４は、パッド電極１２上にワイヤボンディングされる。そして、Ｃｕワイヤ１４を用いることで、材料特性としてＡｕワイヤよりも比抵抗が小さく単価も安いことから、Ａｕワイヤを用いる場合よりも材料コストが低減される。尚、Ｃｕワイヤ１４の径は、使用される用途に応じて任意の設計変更が可能である。
【００２９】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、Ｃｕメッキ層とＡｌ膜との間にベーク処理により形成される合金層を解析するための断面図である。図２（Ａ）は、ベーク処理前の断面解析図であり、図２（Ｂ）は、３００℃にてベーク処理を行った後の断面解析図であり、図２（Ｃ）は、３５０℃にてベーク処理を行った後の断面解析図である。尚、全ての断面解析図において、最表面には解析装置内にて堆積されるカーボン層が存在する。以下の場合では、Ａｌ膜として説明するが、Ａｌ合金膜の場合でも同様である。
【００３０】
先ず、図２（Ａ）に示す如く、一点鎖線上方であり、＋印０１にて示す領域は、解析時に堆積されるカーボン層である。一点鎖線と二点鎖線との間であり、＋印０２にて示す領域は、Ａｌ膜であり、図１に示すパッド電極１２のＡｌ膜部分に対応する。二点鎖線下方であり、＋印０３にて示す領域は、Ｃｕメッキ層であり、図１に示すＣｕ配線層９に対応する。
【００３１】
この場合には、Ｃｕメッキ層上面にＡｌ膜を堆積し、ベーク処理を行っていないため、Ａｌ膜は、堆積時の１．０μｍの厚みを維持している。しかしながら、図示していないが、課題の欄でも前述したように、後工程での処理熱が加わることで、Ｃｕメッキ層のＣｕがＡｌ膜へと拡散し、Ａｌ膜内のＡｌとＣｕとが金属反応し合金層となり、その膜質はＡｌ膜よりも硬くなってしまう。つまり、パッド電極１２全体が、ＡｌとＣｕとを含む合金層１３となり、その膜質が硬くなることで、パッド電極１２に対してＣｕワイヤ１４（図１参照）をワイヤボンディングすることができない。
【００３２】
次に、図２（Ｂ）に示す如く、点線上方であり、＋印０１にて示す領域は、解析時に堆積されるカーボン層である。点線と一点鎖線との間であり、＋印０２にて示す領域は、Ａｌ膜であり、図１に示すパッド電極１２のＡｌ膜部分に対応する。一点鎖線と二点鎖線との間であり、＋印０３にて示す領域は、合金層であり、図１に示すパッド電極１２の合金層１３部分に対応する。二点鎖線下方であり、＋印０４にて示す領域は、Ｃｕメッキ層であり、図１に示すＣｕ配線層９に対応する。
【００３３】
この場合には、３００℃にてベーク処理を行うことで、Ｃｕメッキ層とＡｌ膜との境界から、例えば、Ａｌ膜の一部分が前述した合金層と成る。その一方、合金層上方には、Ａｌ膜が存在することで、Ａｌ膜の表面側の膜質はワイヤボンディング可能な柔らかさを維持している。つまり、パッド電極１２の表面側はＡｌ膜の状態を維持し、Ｃｕワイヤ１４（図１参照）をワイヤボンディングすることができる。更に、パッド電極１２内に前述した合金層１３を有することで、後工程での処理熱が加わった場合でも、Ｃｕ配線層９内のＣｕがパッド電極１２へと拡散することを防止できる。ここで、本実施形態では、例えば、３００℃、２０分程度ベーク処理したものであるが、２７０℃乃至３３０℃の範囲内で行われることが好ましい。尚、パッド電極１２が完全に合金化しない範囲内でベーク処理されるものであればよい。
【００３４】
次に、図２（Ｃ）に示す如く、一点鎖線上方であり、＋印０１にて示す領域は、解析時に堆積されるカーボン層である。一点鎖線と二点鎖線との間であり、＋印０２にて示す領域は、合金層であり、図１に示すパッド電極１２の合金層１３部分に対応する。二点鎖線下方であり、＋印０３にて示す領域は、Ｃｕメッキ層であり、図１に示すＣｕ配線層９に対応する。
【００３５】
この場合には、３５０℃にてベーク処理を行うことで、全てのＡｌ膜が前述した合金層となる。つまり、パッド電極１２全体がベーク処理により合金層１３となり、その膜質が硬くなることで、Ｃｕワイヤ１４（図１参照）をワイヤボンディングすることができない。
【００３６】
前述したように、ベーク処理温度等の製造条件を調整し、パッド電極１２の一部を合金層１３とすることで、パッド電極１２の表面側にはＡｌ膜の領域を存在させる。この構造により、詳細は半導体装置の製造方法にて説明するが、パッド電極１２を構成するＡｌ膜上面にバリアメタル膜を形成する必要が無くなり、そのバリアメタル膜のスパッタリング形成時の膜応力によりシリコン基板１（半導体ウエハ）の外周領域が反り上がることも無くなる。そのため、前記樹脂膜１０へのクラックの発生を低減させ、外観不良の発生を減らし、歩留まりを向上させることができる。
【００３７】
次に、図３（Ａ）では、図３（Ｂ）に示すＡ−Ａ線方向の断面図を示す。図示の如く、Ｃｕワイヤ１４が、開口領域１１内のパッド電極１２上にワイヤボンディングされる。パッド電極１２はＣｕワイヤ１４との接合強度を向上させるために設けられ、その膜厚は、例えば、１．０μｍ程度である。このとき、前述したように、パッド電極１２の一部は合金層１３となり、合金層１３上面にパッド電極１２のＡｌ膜の領域が存在する。そして、ワイヤボンディング時の荷重により、Ｃｕワイヤ１４のＣｕボール１５は、若干、パッド電極１２のＡｌ膜内へと食い込み、Ｃｕボール１５の周囲にはスプラッシュ１６が発生する。しかしながら、パッド電極１２のＡｌ膜部分の膜厚が薄いため、スプラッシュ１６は、開口領域１１側面のパッド電極１２とＣｕボール１５との間に、若干、発生する程度である。この構造により、隣り合うパッド電極１２において、スプラッシュ１６が接触し、ショートすることはない。
【００３８】
尚、Ｃｕボール１５の大きさを小さくすることでワイヤボンディング荷重を調整し、前述したスプラッシュ１６の発生を極力抑えることもできる。また、パッド電極１２の膜厚は、前述したＣｕワイヤ１４との接合強度を向上させるため、ワイヤボンディング後にＣｕボール１５と合金層１３との間にＡｌ膜が残存する程度あれば良い。
【００３９】
次に、図３（Ｂ）に示す如く、点線で示すＣｕ配線層９の上面には樹脂膜１０が配置される。そして、一点鎖線は開口領域１１を示し、一点鎖線の内側の実線はＣｕボール１５を示し、一点鎖線の外側の実線はパッド電極１２を示す。尚、図３（Ｂ）ではスプラッシュ１６（図３（Ａ）参照）は図示していない。
【００４０】
先ず、パッド電極１２の下面に配置される前述した樹脂膜１０は、その膜上に金属膜がスパッタ形成されるとその金属膜の応力によりクラックが発生し易い膜であり、製品品質上そのクラックの発生を防止することが望ましい。しかしながら、本発明では、Ａｌ膜やＡｌ合金膜から成るパッド電極１２を樹脂膜１０上面に配置する必要がある。更に、前述したように、パッド電極１２の一部が合金層１３となり、合金層１３の一部は樹脂層１０と当接する領域にも形成される。そこで、本発明では、前述したパッド電極１２の形状を、例えば、円形、楕円形等の丸形状に形成した。そして、パッド電極１２は、その外周面に鋭角な形状を有さない構造となることで、鋭角な箇所から樹脂膜１０にクラックが発生することを抑止する。
【００４１】
同様に、開口領域１１も、例えば、円形、楕円形等の丸形状に形成される。更に、図３（Ａ）に示すように、開口領域１１の側面は外側へ広がるように緩やかな傾斜となる。そして、開口領域１１内にはパッド電極１２が形成されるが、パッド電極１２と樹脂膜１０との境界に位置する開口領域１１の形状に鋭角な箇所が配置されない構造とする。その結果、前述したように、樹脂膜１０にクラックが発生することを抑止する。
【００４２】
次に、Ｃｕ配線層９の抵抗値を低減させるため、前述したようにＣｕ配線層９の膜厚は厚くなる。そのため、Ｃｕ配線層９上に薄膜であるパッド電極１２を形成する際に、Ｃｕ配線層９による段差が問題となる。
【００４３】
具体的には、パッド電極１２は、シリコン基板１上の全面にＡｌ膜やＡｌ合金膜を堆積した後に、レジスト膜をマスクにしてエッチングによりパターニングすることで形成される。このとき、前述したＣｕ配線層９上を含むシリコン基板１上にシリコン窒化膜等から成る絶縁膜を形成した場合には、その絶縁膜ではＣｕ配線層９の側壁を埋めることができない。そして、その絶縁層によってはＣｕ配線層９の側壁による段差が解消されない状態にて、その絶縁膜上にＡｌ膜やＡｌ合金膜が堆積される。一方、レジスト膜は、Ａｌ膜やＡｌ合金膜をパターニングした後に全て除去されるが、前述したＣｕ配線層９の段差により本来除去されるべきレジスト膜が、Ｃｕ配線層９の側壁に除去されずに残ってしまう。その結果、この残ったレジスト膜に被覆され、Ｃｕ配線層９の側壁にはＡｌ膜やＡｌ合金膜の残渣が発生し、パターニング不良となる問題がある。
【００４４】
そこで、本発明では、例えば、ＰＢＯ膜から成る樹脂膜１０の膜厚を、例えば、１０．０μｍ〜１５．０μｍ程度とすることで、Ｃｕ配線層９の段差を大幅に低減させ、上述したパターニング不良を抑止している。図３（Ａ）の丸印１７で示す領域は、図３（Ｂ）の点線上面に対応する。図示したように、樹脂膜１０を用いることでＣｕ配線層９の段差はほぼ解消され、樹脂膜１０の表面は、実質、平坦化される。
【００４５】
尚、本実施の形態では、Ａｌ膜やＡｌ合金膜から構成される配線層３上にＣｕ配線層９が形成される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、シリコン基板１上にＡｌ配線層を有することなく、Ｃｕ配線層のみにより配線パターンが形成される場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００４６】
次に、本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法について、図４〜図９を参照し説明する。図４〜図９は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。尚、本実施の形態では、図１に示す構造の製造方法を説明するため、同一の構成部材には同一の符番を付している。
【００４７】
先ず、図４に示す如く、シリコン基板（半導体ウエハ）１を準備し、シリコン基板１上に絶縁層２を形成する。尚、シリコン基板１（エピタキシャル層が形成されている場合には、エピタキシャル層も含む）には、拡散領域により半導体素子が形成される。また、絶縁層２としては、シリコン酸化膜、ＮＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等の少なくとも１層が選択される。
【００４８】
次に、絶縁層２上に配線層３を形成する。具体的には、シリコン基板１上に、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜、金属膜及び反射防止膜を積層する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜、金属膜及び反射防止膜を選択的に除去し、配線層３を形成する。
【００４９】
次に、配線層３上面を含む、絶縁層２上面に保護層６を形成する。保護層６としては、例えば、ＴＥＯＳ酸化膜、ＳＯＧ膜及びＴＥＯＳ酸化膜から成る平坦化膜４と、シリコン窒化膜５とを３０００〜１００００Å程度積層する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、シリコン窒化膜５と平坦化膜４を選択的に除去し、開口領域７を形成する。
【００５０】
次に、図５に示す如く、前述した保護層６上面に、例えば、スパッタリング法により、バリアメタル膜２１とＣｕシード層２２とから成るメッキ用金属層８を堆積する。そして、メッキ用金属層８は、開口領域７を介して配線層３と電気的に接続する。その後、Ｃｕ配線層９（図６参照）を形成するため、Ｃｕ配線層９の形成領域を除いた部分にフォトレジスト層２３を形成する。
【００５１】
次に、図６に示す如く、電解メッキ法により、Ｃｕ配線層９を形成した後、フォトレジスト層２３（図５参照）を取り除く。その後、Ｃｕ配線層９をマスクとして用い、ウエットエッチングによりメッキ用金属層８を選択的に除去する。
【００５２】
前述したように、メッキ用金属層８としてのバリアメタル膜２１及びＣｕシード層２２（図５参照）上面に電解メッキ法によりＣｕ配線層９を形成する。そのため、スパッタリング法によりＣｕ配線層を形成する場合と比較して配線パターンの微細加工も容易であり、半導体素子の微細化も実現し易い。更に、電解メッキ法を用いることで、Ｃｕ配線層９の膜厚を容易に厚くすることができ、Ｃｕ配線層９の抵抗値の低減も実現される。
【００５３】
次に、図７に示す如く、Ｃｕ配線層９上を含む、絶縁層２上面に、例えば、スピンコート法により樹脂膜１０を形成する。材料としては、ＰＢＯ膜、感光性ポリイミド樹脂膜等が用いられる。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、樹脂膜１０を選択的に除去し、開口領域１１を形成する。
【００５４】
このとき、Ｃｕ配線層９上面を被覆する膜として樹脂膜１０を用いることで、Ｃｕ配線層９による段差を容易に解消でき、樹脂膜１０の表面の平坦化が実現される。そして、ウエットエッチングにより開口領域１１を形成することで、開口領域１１側面の傾斜が緩やかとなる。
【００５５】
次に、図８に示す如く、逆スパッタリング法により、開口領域１１から露出するＣｕ配線層９表面の酸化膜を除去した後、スパッタリング法により樹脂膜１０上面にＡｌ膜２４を形成する。その後、パッド電極１２（図９参照）の形成領域の上面が被覆されるようにフォトレジスト層２５を選択的に形成する。
【００５６】
最後に、図９に示す如く、例えば、ドライエッチングによりＡｌ膜２４を選択的に除去し、パッド電極１２を形成し、フォトレジスト層２５（図８参照）を除去する。そして、シリコン基板１（半導体ウエハ）に対して、例えば、３００℃のベーク処理を加えることで、Ｃｕ配線層９とパッド電極１２の境界から合金層１３を形成する。合金層１３は、Ｃｕ配線層９内のＣｕがパッド電極１２へと拡散し、ＡｌとＣｕが金属反応することで形成され、主に、Ｃｕ配線層９とパッド電極１２との当接面及びその近傍領域に形成される。尚、ベーク処理温度を３００℃程度とすることで、パッド電極１２の全体が合金層１３となることを防止できる。そして、合金層１３の膜厚に応じて、ベーク処理温度は任意の設計変更が可能である。その後、シリコン基板１の裏面側からバックグラインドし、シリコン基板１の膜厚を調整し、シリコン基板１（半導体ウエハ）を個片化し個々の半導体チップとする。そして、個片化された半導体チップをリードフレーム等の基板上にダイボンディングし、半導体チップのパッド電極１２にＣｕワイヤ１４をワイヤボンディングする。
【００５７】
前述したように、Ｃｕ配線層９上にパッド電極１２を形成する際に、Ｃｕ配線層９とパッド電極１２間にバリアメタル膜を形成することなく、ベーク処理により合金層１３を形成する。ここで、従前の技術では、Ｃｕ配線層９とパッド電極１２との接合強度の向上やＣｕの拡散防止のため、パッド電極１２下面にバリアメタル膜が配置される。そして、バリアメタル膜は、Ａｌ膜２４と同様に、先ず、スパッタリング法によりシリコン基板１（半導体ウエハ）全面に形成される。そして、バリアメタル膜のスパッタリング形成時の膜応力によりシリコン基板１（半導体ウエハ）の外周領域が反り上がり、樹脂膜１０へクラックが発生し、外観不良へと繋がる。そこで、本発明では、Ｃｕ配線層９上にはＡｌ膜２４のみを堆積し、シリコン基板１（半導体ウエハ）の外周領域の反り上がり量を低減させる。その一方で、ベーク処理によりＣｕ配線層９とパッド電極１２間に合金層１３を形成することで、Ｃｕ配線層９とパッド電極１２との接合強度を向上させ、パッド電極１２へのＣｕの拡散も防止させる。
【００５８】
また、Ｃｕ配線層９の段差が解消され、樹脂膜１０の表面が、実質、平坦化されることで、Ａｌ膜２４は均一な膜厚で堆積され易い。そして、Ａｌ膜２４をエッチング加工する際に、本来取り除くべきフォトレジスト層２５（図８参照）が全て除去され、Ｃｕ配線層９の側壁にＡｌ膜２４の残渣が発生するといったパターニング不良を防止できる。また、パッド電極１２は、Ｃｕワイヤ１４との接合強度を向上させることを目的とするため、その膜厚は、例えば、１．０μｍ程度有していれば良い。その結果、Ａｌ膜２４はドライエッチングにより加工することが可能となる。
【００５９】
尚、本実施の形態では、Ａｌ膜２４を加工する際にドライエッチングにより行う場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、Ｃｕワイヤ１４をパッド電極１２上面にワイヤボンディングする際の衝撃をより緩和するために、Ａｌ膜２４を、例えば、３．０μｍ程度堆積した場合には、ウエットエッチングによりＡｌ膜２４を加工する方がドライエッチングするよりも作業性が良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６０】
以上の説明では、従来のＡｕワイヤに代わってＣｕワイヤ１４をＣｕ配線層９上に形成する実施形態について説明したが、以下の説明では、Ｃｕワイヤ１４に代わってＣｕから成るスタッドバンプ方式を使用した実施形態について、図１０を参照しながら説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様の構成については、同符号を用いることで重複した説明を省略する。
【００６１】
図１０において、第１の実施形態と大きく異なる構成は、Ｃｕ配線層９上にパッド電極１２を介してスタッドバンプ２６が形成されていることである。なお、スタッドバンプ２６はＣｕワイヤをワイヤボンディングした後、ワイヤを引き千切ったものである。更に言えば、スタッドバンプ２６の高さは、ワイヤを引き千切った後、その上に更にワイヤボンディングを施し更にワイヤを引き千切る工程を複数回繰り返すことで、高さを任意に設定できる。このように、パッド電極１２上にスタッドバンプ２６を形成することにより、フリップチップ実装が可能になる。
【００６２】
尚、上述したスタッドバンプ２６が形成された半導体装置を回路基板に実装する場合の衝撃緩和を考慮して、前記Ｃｕ配線層９の下にスピンコート法により、ＰＢＯ膜、感光性ポリイミド樹脂膜等から成る樹脂膜２７を形成しておくことが好ましい。
【符号の説明】
【００６３】
１  シリコン基板
３  配線層
９  Ｃｕ配線層
１０  樹脂膜
１１  開口領域
１２  パッド電極
１３  合金層
１４  Ｃｕワイヤ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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