(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された銅電極層と、
前記銅電極層上に接して形成され、その外周部よりも内側に前記銅電極層を露出した開口部を有し、前記銅電極層の酸化を防止する金属薄膜層と、
前記開口部内にある島状金属薄膜層と、
少なくとも前記開口部を覆い、前記開口部内の前記銅電極層の上面および前記島状金属薄膜層の上面から前記開口部の周辺の前記金属薄膜層の上面にかけての接合領域において前記銅電極層および前記金属薄膜層と接合する銅を主成分とする配線部材と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された銅電極層と、
前記銅電極層上に接して形成され、その外周部よりも内側に前記銅電極層を露出した開口部を有し、前記銅電極層の酸化を防止する金属薄膜層と、
少なくとも前記開口部を覆い、前記開口部内の前記銅電極層の上面から前記開口部の周辺の前記金属薄膜層の上面にかけての接合領域において前記銅電極層および前記金属薄膜層と接合する銅を主成分とする配線部材と、
を備えた半導体装置。
【請求項３】
前記金属薄膜層は、２層以上の積層構造である、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記配線部材は、前記接合領域の前記開口部内で前記銅電極層の複数の凸部と接合している請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属薄膜層は、前記接合領域において膜厚の異なる領域を備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属薄膜層の合計の厚さは、１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満である請求項１から請求項５のいずれかに１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属薄膜層は、金、銀、パラジウム、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン、窒化チタン、チタン・タングステン合金のいずれかを含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記銅電極層は、無電解めっき、電解めっき、スパッタ、焼結のいずれかで形成された膜である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、
前記半導体基板上に銅電極層を形成する銅電極層形成工程と、
前記銅電極層上に金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成工程と、
前記金属薄膜層に開口部を形成し、少なくとも前記開口部を覆い、前記開口部内の前記銅電極層の上面から前記開口部の周辺の前記金属薄膜層の上面にかけての接合領域において前記銅電極層および前記金属薄膜層とする銅を主成分とする配線部材を形成する配線部材接合工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記銅電極層のおもて面に凹凸を形成する銅電極層加工工程と、を備えた請求項９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】
この発明は、銅電極を用いた半導体装置、及び銅電極を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置では、半導体素子上に銅バンプを設け、銅バンプ上に銅ワイヤを用いて接続する半導体装置が開示されている。また、銅バンプの酸化防止のために銅バンプ上に酸化防止膜を形成した半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６９２号公報（第６頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体装置では、銅バンプに対して、銅ワイヤを接合しているが、銅ワイヤの接合時に銅バンプ上に形成した酸化防止膜が銅ワイヤとの接合領域以外でも除去される場合があり、接合領域以外の酸化防止膜が除去され露出した銅バンプ表面が酸化されることで銅バンプと銅ワイヤとの接合不良が発生する場合があった。【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、銅を用いた電極と銅を用いたワイヤとの接合部における接合不良の発生を抑制した半導体装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された銅電極層と、
銅電極層上に接して形成され、その外周部よりも内側に銅電極層を露出した開口部を有し、銅電極層の酸化を防止する金属薄膜層と、開口部内にある島状金属薄膜層と、少なくとも開口部を覆い、開口部内の銅電極層の上面および島状金属薄膜層の上面から開口部の周辺の金属薄膜層の上面にかけての接合領域において銅電極層および金属薄膜層と接合する銅を主成分とする配線部材と、を備えた半導体装置。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、銅電極層と金属薄膜層とに接合する接合領域を有する配線部材を設けたので、銅電極層と配線部材とを接合することができ、接合不良の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体装置を示す平面構造模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における半導体装置を示す平面構造模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面構造模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１４】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１６】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１７】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１８】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１９】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図２０】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図２１】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。
【図２２】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程に使用する他の冶具の断面構造模式図である。
【図２３】この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程に使用する他の冶具の断面構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
はじめに、本発明の半導体装置の全体構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。
【００１０】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１の半導体装置１００の構成について説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態１における半導体装置を示す平面構造模式図である。図２は、この発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１中の一点鎖線ＡＡにおける断面構造模式図が図２である。図において、半導体装置１００は、半導体基板１、銅電極層２、金属薄膜層３、銅を含む配線部材であるワイヤ４を備える。また、図１において、点線で挟まれた内側はワイヤ４の接合領域２０を示す。２点鎖線で挟まれた内側はワイヤ４と銅電極層２との接合領域２１を示す。点線と２点鎖線とで挟まれた内側はワイヤ４と金属薄膜層３との接合領域２２を示す。
【００１２】
半導体基板１には、半導体素子（半導体デバイス）が作製される。半導体デバイスの種類は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。半導体基板１の材料は、珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）などである。なお、半導体デバイスは、本実施の形態の電極形状が形成できればよく、構造、材料、形状は問わない。具体的には、半導体デバイスの構造は、ダイオードなどでも良い。また、半導体デバイスの材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）などでも良い。
【００１３】
銅（Cu）電極層２は、半導体基板１上（上面）に形成される。銅電極層２の膜質としては、密度、表面粗さ、電気伝導率等の特性は特に限定されない。銅電極層２の形状は、ワイヤボンディングが可能な領域が確保できれば、形状、面積は特に限定されない。また、ワイヤ４が接合される面に銅電極層２が形成されていればよく、電極構成として半導体基板１側からアルミニウム（Ａｌ）／銅の積層構造でも構わない。ワイヤ４が、銅電極層２と接合される電極構造であれば適用可能である。
【００１４】
銅電極層２の膜厚は、任意に設定可能であるが、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。銅電極層２の厚さは、電極の下地構造へのワイヤボンディング時のダメージ軽減の目的もあり、ワイヤボンディング時に発生するダメージを軽減できる１μｍ以上の膜厚に設定することが好ましい。一方、銅電極層３の厚さが厚くなりすぎると発生する応力が課題となるため、５０μｍ以下であることが好ましい。また、ワイヤボンディング処理条件に合わせて適宜選択が可能である。さらに、他の材料との積層構造の場合でも、電極の下地構造へのダメージの影響を緩和できる膜厚であれば良く、特に、半導体基板１上に他の電極材料を形成後、半導体装置１００の表面側へ銅電極層２を形成した構造が良い。
【００１５】
金属薄膜層３は、銅電極層２上（半導体基板１と接する面の反対面である上面）に形成される。金属薄膜層３は、一層である必要はなく、二層以上の積層構造であっても構わない。金属薄膜層３の材料としては、銅電極層２に対して酸化防止効果のある材料であれば、特に限定されず、材料として、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Pｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン・タングステン合金（ＴｉＷ）等が考えられる。
【００１６】
金属薄膜層３の膜厚は、任意に設定可能であるが、１ｎｍから１０００ｎｍ未満であることが好ましい。金属薄膜層３は、ワイヤボンディング処理時にボンディングエネルギーによって、ワイヤ４との接合領域２０における金属薄膜層３の一部が排斥された開口部３１を備えている。開口部３１は、ワイヤ４の接合領域２０内に形成されるため、金属薄膜層３の外周部よりも内側に形成される。ワイヤボンディング処理後、金属薄膜層３は、銅電極層２とワイヤ４との接合領域２１において、完全に排斥されている必要はなく、破砕された金属薄膜層３の一部が島状に接合領域２１に残存していても良い。この場合は、ワイヤ４と銅電極層２とが一つの開口部３１内で複数箇所で接合することになる。銅電極層２とワイヤ４との接合領域２１は、銅電極層２とワイヤ４との接合が十分に行える領域が確保されていれば良く、例えば、ワイヤ４と銅電極層２との接合領域２１は、ワイヤ４が接合されている接合領域２０の面積のうち、平面視にて２割以上であることが望ましい。ワイヤ４と銅電極層２とは接合が形成されている箇所においては、直接接合されている。
【００１７】
金属薄膜層３の形成目的は、銅電極層２のワイヤボンディング実施面への酸化膜形成防止のためである。そのため、金属薄膜層３の膜厚は、銅電極層２の表面に対して酸化防止効果を得られる厚みが必要である。また、金属薄膜層３の膜厚が厚すぎると、ワイヤボンディング時に、金属薄膜層３を排斥することができず、銅電極層２とワイヤ４と直接接合する領域が確保できないため、金属薄膜層３の膜厚を適切に選択する必要がある。
【００１８】
ワイヤ４は、金属薄膜層３上にボンディングされる。ワイヤ４の材料としては、銅（Cu）が用いられる。しかし、本実施の形態１においては、これに限定されるのではなく、本構造に適用可能な材料、形状、大きさ、ボンディング手法を用いることができ、ワイヤ４以外にリボン等を用いても良い。例えば、ワイヤ４の径としては、１０μｍから６００μｍ程度のものが使用可能である。また、ワイヤ４は、銅を主成分とする材料であれば良く、形状、大きさ等により最適なボンディング処理条件によりボンディングを実施することができる。例えば、Ｃｕワイヤ表面に酸化防止膜を形成したものを用いても良い。
【００１９】
ワイヤ４は、ボンディング時のボンディングエネルギーによって、金属薄膜層３の一部を排斥し、ワイヤ４の接合領域２０内で、金属薄膜層３を介さずに銅電極層２と直接接合されている領域を備える。つまり、ワイヤ４の接合領域２０は、ワイヤ４が、銅電極層２と直接接合される接合領域２１と金属薄膜層３を介して銅電極層２と接合される接合領域２２とが存在している。ワイヤ４は、金属薄膜層３の開口部３１を覆って配置される。ワイヤ４は、金属薄膜層３の開口部３１周辺の接合領域２０において、金属薄膜層３の上面と開口部３１の内面である金属薄膜層３の側面と銅電極層２の上面とに接合している。
【００２０】
金属薄膜層３の有無による接合形成状態、金属薄膜層３の厚さの依存性を検証するために、銅電極層２上に膜厚の異なる金属薄膜層３を形成したサンプルを用いて、ワイヤボンディング実験を実施した。
【００２１】
ワイヤボンディング後、ワイヤ４の接合領域において、断面形状観察を実施し、ワイヤ４と銅電極層２との接合状態を観察、評価した。金属薄膜層３としては、Ｎｉを用い、膜厚は５０ｎｍとした。ワイヤ４の径は４００μｍとした。ワイヤボンディング処理条件としては、銅ワイヤを用いて荷重１Ｎで実施した。ワイヤボンディング処理条件は、使用するボンディング冶具の形状や、金属薄膜層３の膜厚、材料によって適宜選択可能で、荷重としては１Ｎ以下であることが望ましい。
【００２２】
【表１】
0006501044.tif 000002
【００２３】
表１は、金属薄膜層３の有無による接合状態を評価した結果を示す。接合状態の評価としては、断面形状評価において、銅電極層２とワイヤ４との界面が見られた場合は接合不良「有」、銅電極層２とワイヤ４との界面が見られない場合は接合不良「無」として判定した。表１より、銅電極層２上に金属薄膜層３を形成したことによりワイヤ４と銅電極層２との接合が形成されていることが判る。また、銅電極層２上に金属薄膜層３を形成しない場合は、銅電極層２とワイヤ４との接合界面が存在することで良好な界面が形成できていない。この原因としては、ワイヤ４形成前の銅電極層２の表面状態の差異が起因していると考えられる。
【００２４】
一般的に、銅は非常に酸化されやすい材料であるため、銅電極層２の表面が露出している金属薄膜層３無しの場合は、銅電極層２の表面が酸化されている。そのため、ワイヤ４を形成した場合は、銅の酸化物を介して銅電極層２との接合を形成するので、ワイヤ４と銅電極層２とが直接接合されにくい。
【００２５】
一方、銅電極層２の表面に金属薄膜層３を形成した場合は、酸化防止効果のある金属薄膜層３を形成しているため、銅電極層２の表面には銅の酸化物は形成されてない。そして、ワイヤボンディング時には、銅電極層２上に形成した金属薄膜層３はボンディング処理により、ボンディング冶具からのエネルギーが伝播（伝わる）領域の金属薄膜層３は排斥される。そのため、この領域にワイヤ４を形成した場合は、金属薄膜層３が除去された酸化物が形成されていない表面でワイヤ４と銅電極層２とが接合を形成するので、ワイヤ４と銅電極層２とが連続し直接接合される。また、銅電極層２とワイヤ４との接合領域２１（開口部３１）以外の銅電極層２の表面は金属薄膜層３で覆われているため、接合領域２１以外の銅電極層２の表面が酸化されることがない。そのため、銅電極層２とワイヤ４との接合領域２１に対して接合領域２１以外からの酸化等の影響を与えることがなく、良好な接合が形成、維持できる。さらに、半導体素子１を樹脂部材等で封止する場合においても、銅電極層２の表面が金属薄膜層３で覆われているため、銅電極層２の表面酸化による樹脂部材の剥離を抑制することができる。
【００２６】
【表２】
0006501044.tif 000003
【００２７】
表２は、金属薄膜層３の膜厚を変化させたときの銅ワイヤ４と銅電極層２との接合状態を評価した結果を示す。金属薄膜層３の膜厚は、１、１０、５０、１００、５００、１０００ｎｍとして評価サンプルを作製し、ワイヤボンディングを実施した。評価サンプル作製、評価方法としては、表１の場合と同様である。
【００２８】
表２より、金属薄膜層３の膜厚が１ｎｍから１００ｎｍの場合には、接合形成条件によらず、接合不良は発生しておらず、良好な接合が形成されていた。金属薄膜層３の膜厚が５００ｎｍの場合は、１００ｎｍまでの膜厚の場合と同様の接合形成条件でも、接合不良が発生する場合と発生しない場合との両方が存在している。しかし、金属薄膜層３の膜厚が１０００ｎｍの場合は、接合形成上面によらず接合不良が発生していたため、金属薄膜層３の膜厚の上限は１０００ｎｍ未満とした。
【００２９】
また、金属薄膜層３の下限値は、銅電極層２の酸化を抑制できる膜厚であれば構わないが、膜厚が薄い場合、均一に膜が形成されずに膜にピンホールを生じることがある。ピンホールが生じると、ピンホールから銅電極層２の表面と酸素が触れ合うことで、銅電極層２が局所的に酸化されてしまう可能性がある。金属薄膜層３による酸化防止効果がうすれてしまい良好な接合が形成できない可能性があるため、金属薄膜層３の膜厚としては、膜として均一に形成される膜厚以上に設定することが望ましい。そして、その膜厚としては、１ｎｍ以上とした。
【００３０】
さらに、金属薄膜層３として金等の銅と反応（拡散）しやすい材料を用いる場合、銅電極層２形成からワイヤ４をワイヤボンディング処理するまでの実装プロセスにおいて、熱処理が加わり、金属薄膜層３が銅電極層２中に拡散することで、最表面から金属薄膜層３の一部消失し、銅電極層２の酸化防止効果が薄れることがある。その結果、ワイヤ４は、銅電極層２上へのワイヤボンディング性が阻害される可能性がある。このため、ワイヤ４の銅電極層２上へのワイヤボンディング性を改善するために、銅と相互拡散しやすい材料の実装プロセスでの銅電極への拡散を防止するため、金属薄膜層３を酸化防止効果のある膜（第１金属薄膜）と拡散防止効果のある膜（第２金属薄膜）とを含む積層構造とし、銅電極層２上に形成される一層目を酸化防止効果のある膜と銅との拡散防止効果のある膜とすることで、実装時の熱処理でも酸化防止効果のある膜と銅電極層２とが相互拡散せず、酸化防止効果を維持することができる。銅電極層２への拡散防止効果がある膜としては、金属薄膜層３の酸化防止効果に影響を与えない材料であれば良く、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、パラジウム（Ｐｄ）などが考えられる。金属薄膜層３として積層される拡散防止効果のある膜の厚さとしては、酸化防止効果のある膜と拡散防止効果のある膜とを含む総厚みとなる１０００ｎｍを超えず（未満で）、酸化防止効果に影響を与えなければ、いずれの膜厚でも良い。
【００３１】
半導体基板１と銅電極層２、銅電極層２と金属薄膜層３との密着性向上、あるいは、半導体基板１上への銅電極層２の形成を安定させる目的のために、半導体基板１と銅電極層２、銅電極層２と金属薄膜層３との間に中間層を形成（成膜）し、積層構造とすることもできる。
【００３２】
半導体基板１と銅電極層２との間に形成する中間層の材料は、銅電極層２や金属薄膜層３の形成に影響を与えない材料であれば、形成する目的に応じて適宜選択可能である。半導体基板１と銅電極層２との密着性向上や銅電極層２の形成を安定させる目的で、半導体基板１と銅電極層２との間（半導体基板１上）に中間層を形成する場合には、例えば、形成する材料としてチタン（Ｔｉ）、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、亜鉛（Ｚｎ）などが考えられる。
【００３３】
半導体基板１と銅電極層２との間に形成する中間層の膜厚は、その後に形成する銅電極層２の形成に影響を与えない範囲であれば、いずれの膜厚でも実施可能である。
【００３４】
半導体基板１と銅電極層２との密着性向上目的で半導体基板１上に中間層であるＴｉを形成する場合には、形成するＴｉの膜厚として５ｎｍから５０ｎｍ程度が考えられる。密着層として機能させるためには、半導体基板１上全面にわたって膜として形成する必要がある。中間層の膜厚が５ｎｍ以下では膜として半導体基板１上全面に形成できず、半導体基板の一部に密着層のない領域が形成されることが考えられる。また、中間層の膜厚が５０ｎｍ以上では、密着層としての機能を果たすことができるが、必要以上に厚い膜を形成する必要はなく、厚すぎると抵抗成分の増大を招き、半導体デバイスの特性に影響を与える。そのため、半導体デバイスの種類に応じて適宜上限値を設定すれば良く、例えば膜厚の上限値として５０ｎｍが考えられる。
【００３５】
また、半導体基板１と銅電極層２との間に銅電極層２の析出を安定化させるために、シード層としてＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎを形成する場合には、形成するＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎの膜厚としては、５ｎｍから２０μｍ程度が考えられる。
【００３６】
銅電極層２の析出を安定させる目的として機能させるためには、中間層であるシード層を半導体基板１上全面にわたって膜として形成する必要がある。シード層の膜厚が５ｎｍ以下では、膜として半導体基板１上全面に形成できず、銅電極層２が一部で析出が安定しない領域が出ることが考えられる。
【００３７】
半導体基板１上へ銅電極層２の析出を安定させるためには、十分にシード層の膜厚が厚いことが望ましい。シード層の膜厚が２０μｍ以上では、銅電極層２の析出を安定化させる機能を果たすことができるが、厚すぎると抵抗成分の増大を招き、半導体デバイスの特性に影響を与える。また、シード層の膜厚が厚すぎると、シード層、銅電極層２、金属薄膜層３の総膜厚が厚くなり、膜応力が増大するため、半導体基板１に大きな応力がかかり、半導体デバイスの特性劣化を招く可能性がある。シード層や銅電極層２の種類・膜厚に応じて適宜上限値を設定すれば良く、例えば、シード層の膜厚の上限値は２０μｍが考えられる。
【００３８】
銅電極層２と金属薄膜層３との密着性向上、あるいは、金属薄膜層３の形成を安定させる目的で、銅電極層２と金属薄膜層３との間（銅電極層２上）に中間層を形成する場合には、例えば、形成する中間層の材料としてＴｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎなどが考えられる。
【００３９】
銅電極層２と金属薄膜層３との間に成膜する中間層の膜厚は、金属薄膜層３の形成に影響を与えない範囲であれば、いずれの膜厚でも実施可能である。
【００４０】
銅電極層２と金属薄膜層３との間に密着性向上、金属薄膜層３の析出安定化の目的で銅電極層２上に中間層（シード層）であるＴｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎを形成する場合には、形成するＴｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎの膜厚として５ｎｍから１００ｎｍ程度が考えられる。密着向上、膜析出安定化の目的で機能さえる場合は、銅電極層２上全面にわたって膜として形成する必要がある。中間層としての膜厚が５ｎｍ以下では、膜として銅電極層２上全面に形成できず、銅電極層２上の一部に中間層の形成されない領域が形成されることが考えられる。また、中間層の膜厚が１００ｎｍ以上では、中間層としての機能を果たすことができるが、必要以上に厚い膜を形成する必要はなく、厚すぎると抵抗成分の増大を招き、半導体デバイスの特性に影響を与える。そのため、半導体デバイスの種類に応じて適宜上限値を設定すれば良く、例えば、中間層の膜厚は１００ｎｍが考えられる。
【００４１】
なお、半導体基板１と銅電極層２、銅電極層２と金属薄膜層３との間に形成する中間層は、銅電極層２、金属薄膜層３の形成に影響を与えなければ何層でも成膜可能である。
【００４２】
次に、半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００４３】
図３から図９は、この発明の実施の形態１における半導体装置の各製造工程を示す断面構造模式図である。図３は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図４は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図５は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図６は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図７は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図８は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図９は、この発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図３から図９までの製造工程を経ることで、半導体装置１００を作製することができる。
【００４４】
はじめに、図３に示すように、半導体基板１を準備する（半導体基板準備工程）。半導体基板１には、半導体デバイスとして、必要な処理を施してある。例えば、半導体基板１中に目的の導電型となるように不純物を導入する処理や、所定の形状成形のためのエッチング処理等が考えられる。
【００４５】
次に、図４に示すように、所定の処理が施された半導体基板１上（おもて面）に銅電極層２を形成する（銅電極層形成工程）。銅電極層２の形成方法は、電気化学成膜法（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＥＣＤ法）、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）や物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ法）、銅ペーストの適用が考えられる。
【００４６】
ＥＣＤ法は、例えば、めっき法が考えられる。めっき法には、無電解めっきと電解めっきの２種類があるが、銅電極層２の形成に影響を与えない範囲であれば、いずれの形成方法でも実施可能である。また、めっき工程内の詳細なプロセスについては、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのような工程・手法・形成条件でも可能である。
【００４７】
ＣＶＤ法は、例えば、プラズマＣＶＤ法が考えられる。ＣＶＤ法の種類として、熱、光、アトミックレイヤ等があるが、銅電極層２の形成に影響を与えない範囲であれば、いずれの形成方法でも実施可能である。
【００４８】
ＰＶＤ法は、例えば、スパッタ成膜が考えられる。スパッタ成膜の種類として、マグネトロンスパッタ、蒸着、イオンビームスパッタ等、数多くのスパッタ方法があるが、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのようなスパッタ方法でも実施可能である。また、スパッタ時の電源の種類も、直流型と交流型があるが、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのようなスパッタ方法でも形成可能である。
【００４９】
銅ペーストとしては、電極として形成できる銅を主成分とした材料組成であれば、どのような材料組成でも適用可能である。銅ペーストの形成方法としては、ディスペンスや印刷等が考えられ、後工程であるワイヤボンディングや金属薄膜層３形成に影響を与えなければ、どのような方法でも実施可能である。
【００５０】
なお、成膜条件は、加熱の有無、アシスト成膜の有無、投入電力や流量の数値など設定パラメータは多くあるが、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのような成膜条件でも実施可能である。
【００５１】
また、めっき形成を行う場合には、無電解めっき、電解めっきのいずれの場合にも、めっき析出を可能にするために半導体基板１上に下地層や、必要に応じて密着層の形成が必要となる。
【００５２】
下地層や密着層の形成方法は、上記のＥＣＤ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法が考えられる。下地層や密着層の形成方法としては、めっき膜の形成に影響を与えず、目的とする膜が形成できればいずれの形成方法を用いても構わない。デバイスの構成やシード層、及び密着層形成に必要な膜厚の点から、下地層と密着層の形成にはスパッタ成膜を行うことが望ましい。
【００５３】
次に、図５に示すように、銅電極層２上（おもて面）に金属薄膜層３を形成する（金属薄膜層形成工程）。金属薄膜層３の形成方法は、銅電極層２の形成方法として挙げたＥＣＤ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法が適用可能である。金属薄膜層３の形成方法としては、次工程のワイヤ４のボンディングに影響を与えず、目的とする膜が形成できればいずれの形成方法を用いても構わない。
【００５４】
銅電極層２のおもて面に酸化膜が形成されないよう、金属薄膜層形成工程は、銅電極層形成工程から連続して行うことが望ましく、銅電極層２の形成方法にＥＣＤ法を用いた場合には、金属薄膜層３の形成もＥＣＤ法を、銅電極層２の形成方法にＣＶＤ法を用いた場合には、金属薄膜層３の形成もＣＶＤ法を、銅電極層２の形成方法にＰＶＤ法を用いた場合には、金属薄膜層３の形成もＰＶＤ法を用いることが望ましい。
【００５５】
また、銅電極層形成工程と金属薄膜層形成工程とで異なる形成方法を用いる場合や、銅電極層形成工程と金属薄膜層形成工程とで同様の成膜方法を用いる場合でも、一度大気に曝したり、水中に長く置くなど、成膜した銅電極層２が酸化される懸念がある環境に置かれる場合には、金属薄膜形成工程の前に、銅電極層２に形成された酸化膜を除去する工程を挟むことをできる。
【００５６】
銅電極層２に形成された酸化膜を除去する処理としては、ドライエッチングやウェットエッチングが考えられるが、目的とする酸化膜が除去可能であれば、どのようなエッチング方法でも構わない。ウェットエッチングの場合には、銅電極層２上に形成された酸化膜を除去する除去液か、銅電極層２の最表面をエッチングし、酸化膜をリフトオフする方法が考えられる。ドライエッチングを行う場合には、プラズマ処理で表面を薄く削る方法が考えられる。使用ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスなどが考えられる。
【００５７】
次に、図６、図７、図８に示すように、銅電極層２上に形成された金属薄膜層３に対してワイヤをボンディングする（配線部材接合工程）。ワイヤ４のボンディング方法としては、目的とする接合を行うことができればどのような方法でも構わない。この場合、ワイヤ４の金属薄膜層３上への接合時に金属薄膜層３の一部を排斥するためのエネルギーを加えることが必要であり、目的とする接合形状を得るには、ワイヤボンディング時に超音波を印加することによる圧着が望ましい。ワイヤボンディング時の超音波による圧着の場合でも、熱を印加してワイヤ先端を溶かしボール状にして接合するボールボンディング等様々な方法が考えられ、ワイヤ径や材料・目的に応じて適宜選択することが可能である。
【００５８】
本実施の形態では、ワイヤボンディング時に超音波を印加する圧着によるボンディング方法について説明する。図７中の一点鎖線ＢＢにおける断面構造模式図が図８である。図６、図７、図８において、銅電極層２と金属薄膜層３とを形成した半導体基板１の上部にワイヤ４が装着されたボンディング用の冶具５を配置する。冶具５を配置後、ワイヤ４を金属薄膜層３と銅電極層２とに圧着するために、冶具５をワイヤ４を介して金属薄膜層３へ押し当てる。冶具５の加重方向を矢印７で示した。冶具５には、ワイヤ４を金属薄膜層３へ押し当てるために、ワイヤ４の上部から半導体基板１側ヘ向かう矢印７の方向へ所定の圧力が印加される。矢印７の方向へ印加される圧力は、弱い場合は金属薄膜層３が排斥されず良好な接合が得られない。一方、強い場合は、金属薄膜層３だけではなく銅電極層２を突き破り、デバイスにダメージを与える可能性が有るため、ボンディングに適切な条件が選択される必要があり、例えば、０.１Ｎから１Ｎが考えられる。このとき、圧力印加と同時に冶具５へ所定の周波数の超音波も印加する。冶具５への超音波印加方向を両矢印６で示した。冶具５には、冶具５の加重方向７に対して直交する方向に超音波が印加される。例えば、超音波の周波数は０から５００Hｚが考えられる。図７において、冶具５の周囲に点線で示した領域は、冶具５への超音波の印加による振動のイメージである。このように圧力と超音波を印加することで、冶具５の下部となる領域（図１における接合領域２０）にワイヤ４を接合する。
【００５９】
冶具５に、圧力と同時に超音波を印加したことで、冶具５から超音波のエネルギーが伝わった領域の金属薄膜層３が銅電極層２上から排斥され、銅電極層２の新生面が露出する。この新生面は図２における開口部３１に該当し、この開口部３１において、銅電極層２とワイヤ４とが接合される。これにより、銅電極層２とワイヤ４との間に酸化膜等の界面が存在しない良好な接合が形成される。
【００６０】
これらの工程を経ることで、図９に示すような半導体装置１００を作製することができる。
【００６１】
以上のように構成された半導体装置においては、ワイヤ４の接合領域において、銅電極層２と金属薄膜層３とに接合したので、ワイヤ４と銅電極層２との良好な接合が形成できる。
【００６２】
また、良好な接合が形成できたので、半導体装置１００の信頼性を向上することができる。
【００６３】
実施の形態２．
本実施の形態２においては、実施の形態１で用いた銅電極層２と金属薄膜層３の形状において、銅電極層２と金属薄膜層３との膜厚が均一ではなく、銅電極層２とワイヤ４とが接合する部分の金属薄膜層３の膜厚を薄くした点が異なる。このように、ワイヤ４と接合する部分の金属薄膜層３の膜厚を薄くしたので、ワイヤ４と銅電極層２との接合形成時に金属薄膜層３が排斥されやすくなり、良好な接合を形成しやすくなる。なお、その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００６４】
まず、本発明の実施の形態２の半導体装置２００の構成について説明する。
【００６５】
図１０は、この発明の実施の形態２における半導体装置を示す平面構造模式図である。図１１は、この発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面構造模式図である。図１０中の一点鎖線ＣＣにおける断面構造模式図が図１１である。図において、半導体装置２００は、半導体基板１、銅電極層２、金属薄膜層３、銅を含む配線部材であるワイヤ４を備える。また、図１０において、点線で挟まれた内側はワイヤ４の接合領域２０、２点鎖線と１点鎖線で挟まれた内側はワイヤ４と銅電極層３との接合領域２１、点線と２点鎖線とで挟まれた内側はワイヤ４と金属薄膜層３との接合領域２２、１点鎖線で挟まれた内側はワイヤ４と金属薄膜層３との接合領域２３を示す。さらに、図１１において、銅電極層２の上面には凹凸（凹部１１と凸部１２と）が形成されている。金属薄膜層３は、銅電極層２の凹凸に対応した（反対形状となる）凹凸が形成されている。
【００６６】
銅電極層２は、上面（表面）に凹凸（凹部１１と凸部１２と）が形成されている。銅電極層２に凹部１１と凸部１２とを形成することで、銅電極層２の厚さが異なる領域が形成される。また、銅電極層２に凹部１１と凸部１２とを形成したことで、銅電極層２上に形成される金属薄膜層３の膜厚も銅電極層２に形成した凹部１１と凸部１２とに応じて変化する。さらに、金属薄膜層３の膜厚が、凹部１１、凸部１２の大きさに対して薄い場合は、凹部１１が金属薄膜層３で埋め込まれない場合もある。また、金属薄膜層３の膜厚が、凹部１１、凸部１２の大きさに対して薄い場合は、凹部１１、凸部１２対して均一な膜厚で形成される場合もある。
【００６７】
具体的には、銅電極層２の凹部１１では、金属薄膜層３の膜厚が厚くなるため、ワイヤボンディング時に金属薄膜層３が排斥されにくくなる。しかし、銅電極層２の凸部１２では、金属薄膜層３の膜厚が薄くなるため、ワイヤボンディング時に金属薄膜層３が排斥されやすくなり、ワイヤ４と銅電極層２との接合形成が容易になる。
【００６８】
銅電極層２に形成される凹部１１と凸部１２との間隔は、任意の間隔に設定可能である。銅電極層２とワイヤ４とが接合する領域が増加すれば良好な接合性を得ることが容易となる。ただし、ワイヤ４との接合を形成する領域が必要以上に狭くなると、半導体デバイスとしての動作時の抵抗増大の原因となるので、半導体デバイスとして特性に影響を与えない領域を確保する必要がある。そのため、ワイヤ４の接合後、開口部３１における銅電極層２の凹部１１と凸部１２との割合は、平面視において開口部３１の２割以上で銅電極層２とワイヤ４との接合領域が確保できていれば、どのような凹部１１と凸部１２との割合でも構わない。このような接合領域を確保するためには、銅電極層２の凸部１２が開口部３１において２割以上であることが望ましい。この場合、ワイヤ４は、銅電極層２の複数の凸部１２と接合する。すなわち、ワイヤ４は、銅電極層２と複数箇所で接合している。
【００６９】
次に、実施の形態２の半導体装置の製造方法について説明する。
【００７０】
本実施の形態２の製造方法においては、実施の形態１で用いた製造方法に対して銅電極層２に凹凸部（凹部１１と凸部１２と）を形成する工程を追加した点が異なる。
【００７１】
図１２から図２１は、この発明の実施の形態２における半導体装置の各製造工程を示す断面構造模式図である。図１２は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１３は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１４は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１５は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１６は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１７は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１８は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１９は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図２０は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図２１は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図１２から図２１までの製造工程を経ることで、半導体装置２００を作製することができる。なお、図１８の形状を用いた場合は、図１８以降の工程における形状は図１８に記載の形状となる。
【００７２】
はじめに、図１２に示すように、半導体基板１を準備する（半導体基板準備工程）。半導体基板１には、半導体デバイスとして、必要な処理を施してある。例えば、半導体基板１中に目的の導電型となるように不純物を導入する処理や、形状成形のためのエッチング処理等が考えられる。
【００７３】
次に、図１３に示すように、所定の処理が施された半導体基板１のおもて面に銅電極層２を形成する（銅電極層形成工程）。銅電極層２の形成方法は、銅電極層２の形成方法は、電気化学成膜法（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＥＣＤ法）化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）や物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ法）が考えられる。銅ペーストの適用が考えられる。
【００７４】
ＥＣＤ法は、例えば、めっき法が考えられる。めっき法には、無電解めっきと電解めっきの２種類があるが、銅電極層２の形成に影響を与えない範囲であれば、いずれの形成方法でも実施可能である。また、めっき工程内の詳細なプロセスについては、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのような工程・手法・形成条件でも可能である。
【００７５】
ＣＶＤ法は、例えば、プラズマＣＶＤ法が考えられる。ＣＶＤ法の種類として、熱、光、アトミックレイヤ等があるが、銅電極層２の形成に影響を与えない範囲であれば、いずれの形成方法でも実施可能である。
【００７６】
ＰＶＤ法は、例えば、スパッタ成膜が考えられる。スパッタ成膜の種類として、マグネトロンスパッタ、蒸着、イオンビームスパッタ等、数多くのスパッタ方法があるが、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのようなスパッタ方法でも実施可能である。また、スパッタ時の電源の種類も、直流型と交流型があるが、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのようなスパッタ方法でも形成可能である。
【００７７】
銅ペーストの形成は、電極として効果のある材料であれば、どのような材料でも適用可能である。形成方法は、ディスペンスや印刷等が考えられ、ワイヤボンディングや金属薄膜形成に影響を与えなければ、どのような方法でも実施可能である。
【００７８】
なお、成膜条件は、加熱の有無、アシスト成膜の有無、投入電力や流量の数値など設定パラメータは多くあるが、目的とする銅電極層２が形成できれば、どのような成膜条件でも実施可能である。
【００７９】
また、めっき形成を行う場合には、無電解めっき、電解めっきのいずれの場合にも、めっき析出を可能にするために半導体基板１上に下地層や、必要に応じて密着層の形成が必要となる。
【００８０】
下地層や密着層の形成方法は、上記のＥＣＤ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法が考えられる。下地層や密着層の形成方法としては、めっき膜の形成に影響を与えず、目的とする膜が形成できればいずれの形成方法を用いても構わない。デバイスの構成やシード層、及び密着層形成に必要な膜厚の点から、下地層と密着層の形成にはスパッタ成膜を行うことが望ましい。
【００８１】
次に、図１４に示すように、銅電極層２を加工するための加工用マスク材１０を形成する（加工マスク形成工程）。本工程で作成するパターニングされたマスク材１０は、次工程である加工（エッチング）処理後に、銅電極層２が目的とする形状に加工できれば、どのようなマスク材１０でも使用可能である。
【００８２】
具体的には、半導体基板１とは別に準備した金属マスク、銅電極層２上に直接形成するレジストマスク等が考えられる。金属マスクを使用して銅電極層２を加工する場合は、目的とする加工形状が得られれば、どのような金属を用いても良い。また、目的とする加工形状が得られれば、金属以外の材料を用いても良い。
【００８３】
マスク材１０としてフォトレジストを用いる場合は、レジストの種類として、例えば、ポジレジスト、ネガレジスト等がある。銅電極層２の加工形状に影響を与えなければ、どの種類のレジストでも使用可能である。
【００８４】
フォトレジストを用いた場合の銅電極層２上へのフォトレジストパターンの形成について説明する。フォトレジストが銅電極層２上に塗布する。レジスト塗布後、スピンコーターにより、銅電極層２上全面に均一にフォトレジストを拡げる。均一に濡れ広がったレジスト付の半導体基板１上に、フォトマスクが置かれ、露光機で紫外線が当てられる。その後、紫外線が照射されたレジスト付の半導体基板１が現像液に浸されて、硬化しなかったレジストが除去される。この時のフォトマスクは、形成されるレジストパターンが電極と同サイズとなる形状とする。
【００８５】
なお、目的とする加工形状が得られれば、マスク材１０の材料は、レジストでなくても良い。塗布方法、不要部分の除去方法は、用いるマスク材料１０の特性に応じて任意に選択することが可能である。
【００８６】
次に、図１５に示すように、加工マスク形成工程で作製したマスク材１０を用いて銅電極層２の加工を行う（銅電極層加工工程）。銅電極層２のエッチングによって除去された部分が凹部１１となり、その凹部１１の両側が凸部１２となる。銅電極層２のエッチング方法は、目的とするエッチングが行えればどのようなエッチングでも可能で、例えば、ドライエッチングや、ウェットエッチングが考えられる。また、これらのエッチング処理には、等方性エッチングと異方性エッチングがある。目的とする形状が形成できればいずれのエッチング方法でも実施可能だが、より目的とする形状に近い構造を作るには、ドライエッチングによる異方性エッチングを用いることが望ましい。
【００８７】
銅電極層２のエッチングにウェットエッチングの場合には、ウェットエッチングに用いる薬品の種類は目的とする銅電極層２の形状が形成できれば、どのような薬品でも実施可能である。また、銅電極層２のエッチングにドライエッチングの場合には、ドライエッチングに用いる原理、装置の種類は、目的とする銅電極層２の形状が形成できれば、どのような形成手法でも実施可能である。
【００８８】
次に、図１６に示すように、マスク材１０の除去を行う（加工マスク材除去工程）。マスク材１０の除去方法は、加工マスク形成工程で試料とは別の金属等のマスクを使用した場合には、使用したマスク材１０を取り外せば良い。また、銅電極層２上に直接密着させるように形成したレジスト等のマスク材１０を使用した場合には、除去方法としては、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング等を用いることができる。前工程の銅電極層加工工程で形成した銅電極層２の凹部１１と凸部１２の形状を維持したままレジスト等のマスク材１０を除去するためには、ウェットエッチングで選択的にレジスト等のマスク材のみを除去する方法が望ましい。ウェットエッチングで用いるエッチング液については、目的とする銅電極層２の形状を維持したままレジスト等のマスク材が除去できれば、どのようなエッチング液を用いても良い。
【００８９】
次に、図１７に示すように、銅電極層２上に金属薄膜層３を形成する（金属薄膜層形成工程）。金属薄膜層３の形成方法は、銅電極層２の形成方法として挙げたＣＶＤ法、ＰＶＤ法が適用可能である。金属薄膜層３の形成方法としては、次工程のワイヤ４のボンディングに影響を与えず、目的とする膜が形成できればいずれの形成方法を用いても構わない。
【００９０】
本実施の形態では、銅電極層２を形成後、銅電極層２を加工処理しているため、銅電極層２と金属薄膜層３とを連続して形成することができない。そのため、一度大気に曝したり、水中に長く置くなど、成膜した銅電極層２が酸化される懸念がある環境に置かれる場合と同様に、金属薄膜層形成工程の前に、銅電極層２に形成された酸化膜を除去する工程が必要となる。
【００９１】
銅電極層２に形成された酸化膜を除去する処理としては、ドライエッチングやウェットエッチングが考えられるが、目的とする酸化膜が除去可能であれば、どのようなエッチング方法でも構わない。ウェットエッチングの場合には、銅電極層２上に形成された酸化膜を除去する除去液か、銅電極層２の最表面をエッチングし、酸化膜をリフトオフする方法が考えられる。ドライエッチングを行う場合には、プラズマ処理で表面層を薄く削る（エッチング）方法が考えられる。例えば、使用ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスなどが考えられる。
【００９２】
また、銅電極層２の加工形状によって金属薄膜層３の厚さを効果的に変えるには、エッチング成分を含む処理であるスパッタに比べ埋め込み性の高いめっきで形成することが望ましい。また、金属薄膜層３形成後に、金属薄膜層３の銅電極層２に形成された凹部１１への埋め込み性を改善し平坦化する処理を行ってもよく、例えば、熱処理が考えられる。金属薄膜層３の形成方法としては、ワイヤ４のボンディング性が確保できれば、処理の方法、熱処理の場合はその温度や時間、雰囲気は、どのような方法でも構わない。なお、図１８に示すように、金属薄膜層３の膜厚が、凹部１１、凸部１２の大きさに対して薄い場合は、凹部１１が金属薄膜層３で埋め込まれずに、凹部１１、凸部１２対して均一な膜厚で形成される場合もある。
【００９３】
次に、図１９、図２０に示すように、銅電極層２上に形成された金属薄膜層３に対してワイヤをボンディングする（配線部材接合工程）。ワイヤ４のボンディング方法としては、目的とする接合を行うことができればどのような方法でも構わない。この場合、ワイヤ４の金属薄膜層３上への接合時に金属薄膜層３の一部を排斥するためのエネルギーを加えることが必要であり、目的とする接合形状を得るには、ワイヤボンディング時に超音波を印加することによる圧着が望ましい。ボンディング時の超音波による圧着の場合でも、熱を印加してワイヤ先端を溶かしボール状にして接合するボールボンディング等様々な方法が考えられ、ワイヤ径や材料・目的に応じて適宜選択することが可能である。
【００９４】
本実施の形態では、ワイヤボンディング時に超音波を印加する圧着によるボンディング方法について説明する。図１９、図２０において、銅電極層２と金属薄膜層３とを形成した半導体基板１の上部にワイヤ４が装着されたボンディング用の冶具５を配置する。冶具５を配置後、ワイヤ４を金属薄膜層３と銅電極層２とに圧着するために、冶具５をワイヤ４を介して金属薄膜層３へ押し当てる。冶具５の加重方向を矢印７で示した。冶具５には、ワイヤ４を金属薄膜層３へ押し当てるために、ワイヤ４の上部から半導体基板１側ヘ向かう矢印７の方向へ所定の圧力が印加される。矢印７の方向へ印加される圧力は、弱い場合は金属薄膜層３が排斥されず良好な接合が得られない。一方、強い場合は、金属薄膜層３だけではなく銅電極層２を突き破り、デバイスにダメージを与える可能性が有るため、ボンディングに適切な条件が選択される必要があり、例えば、０.１Ｎから１Ｎが考えられる。このとき、圧力印加と同時に冶具５へ所定の周波数の超音波も印加する。冶具５への超音波印加方向を両矢印６で示した。冶具５には、冶具５の加重方向７に対して直交する方向に超音波が印加される。例えば、超音波の周波数は０から５００Hｚが考えられる。図２０において、冶具５の周囲に点線で示した領域は、冶具５への超音波の印加による振動のイメージである。このように圧力と超音波を印加することで、冶具５の下部となる領域（図１における接合領域２０）にワイヤ４を接合する。
【００９５】
冶具５に、圧力と同時に超音波を印加したことで、冶具５から超音波のエネルギーが伝わった領域の金属薄膜層３が銅電極層２上から排斥され、銅電極層２の新生面が露出する。この新生面は図１０における開口部３１に該当し、この開口部３１において、銅電極層２とワイヤ４とが接合される。これにより、銅電極層２とワイヤ４との間に酸化膜等の界面が存在しない良好な接合が形成される。
【００９６】
これらの工程を経ることで、図２１に示すような半導体装置２００を作製することができる。
【００９７】
図２２は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程に使用する他の冶具の断面構造模式図である。図２３は、この発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程に使用する他の冶具の断面構造模式図である。
【００９８】
配線部材接合工程で用いる冶具としては、図１９等に示した冶具５を用いることで行えるが、金属薄膜層３（銅電極層２）の形状効果を有効に得るためには、図２２、図２３に示すような形状の冶具５１，５２を用いて、ワイヤボンディング処理を行うことで、銅電極層２（金属薄膜層３）の形状に合わせて金属薄膜層３を効果的に除去でき、良好な銅電極層３とワイヤ４との接合を形成することが可能となる。また、冶具５１，５２はワイヤ４に対して多点接触となることで低加重で均一に加圧することができ、良好な接合形成が可能となる。
【００９９】
以上のように構成された半導体装置においては、ワイヤ４の接合領域において、銅電極層２と金属薄膜層３とに接合したので、ワイヤ４と銅電極層２との良好な接合が形成できる。
【０１００】
また、良好な接合が形成できたので、半導体装置２００の信頼性を向上することができる。
【０１０１】
さらに、銅電極層２と金属薄膜層３とに凹凸部を形成し、ワイヤボンディング処理をおこなったので、ワイヤ４と銅電極層２との接合する領域を任意に設定でき、良好な接合を容易に形成できる。
【符号の説明】
【０１０２】
1  半導体基板、２  銅電極層、３  金属薄膜層、４  ワイヤ、５，５１，５２  冶具、６  冶具への超音波印加方向、７  冶具の加重方向、１０マスク材、１１  凹部、１２  凸部、２０  ワイヤの接合領域、２１  ワイヤと銅電極層との接合領域、２２，２３  ワイヤと金属薄膜層との接合領域、３１  開口部、１００，２００  半導体装置。
【要約】
銅を用いた電極と銅を用いたワイヤとの接合形成における銅電極とワイヤとの接合不良の発生を抑制した半導体装置を得る。半導体基板（１）と、半導体基板（１）上に形成された銅電極層（２）と、銅電極層（２）上に形成され外周部よりも内側に銅電極層（２）を露出した開口部（３１）を有し、銅電極層（２）の酸化を防止する金属薄膜層（３）と、開口部（３１）を覆う接合領域（２０）を有し金属薄膜層（３）と開口部（３１）で銅電極層（２）とに接合する銅を主成分とする配線部材（４）と、を備えた半導体装置。【図１】
0006501044.tif 000004
【図２】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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