(57)【要約】  有機絶縁膜と金属配線との間のガスによる剥離を抑制して、半導体装置の信頼性を向上できるようにする。  半導体基板（１００）の上に形成された第１の金属配線（１０２）と、第１の金属配線の上に形成された第１の有機絶縁膜（１０３）と、第１の有機絶縁膜を覆うように形成され、第１の金属配線と接続されるビア（１１０ａ）を有する第２の金属配線（１１０）とを備えている。そして第１の有機絶縁膜の上に形成され、第２の金属配線を露出する開口部（１１２ａ）を有する第２の有機絶縁膜（１１２）とを備えている。さらに第２の金属配線における開口部からの露出部分の上に形成されたバンプ（１１５）と、半導体基板の主面に沿って形成され、第２の金属配線と接するように形成された隧道部（１０３ａ）とを備えている。平面視において、隧道部（１０３ａ）は、第２の金属配線と重なるように設けられている。
2015079648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された第１の配線と、
前記第１の配線を覆うように形成された第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜の上に形成され、前記第１の配線と接続される接続部を有する第２の配線と、
前記第１の有機絶縁膜の上に前記第２の配線を覆うように形成され、前記第２の配線を露出する開口部を有する第２の有機絶縁膜と、
前記第２の配線の前記開口部からの露出部分の上に形成されたバンプと、
前記第２の配線又は前記第１の有機絶縁膜と接するように形成された隧道部とを備え、
平面視において、前記隧道部は、前記第２の配線と重なるように設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記隧道部は、空洞であるか、又は該空洞の少なくとも一部に前記第１の有機絶縁膜よりも密度が低い絶縁膜が埋められて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記隧道部は、複数のライン状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記隧道部は、前記第１の有機絶縁膜の上部に前記第２の配線と接して設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記隧道部の一方の端部は、前記第２の配線の下方に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記隧道部の他方の端部は、前記第２の配線の外側の領域に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２の有機絶縁膜に、前記隧道部の他方の端部と接続され且つ前記隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記隧道部は、前記第２の配線の下側に前記第１の有機絶縁膜と接して設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記隧道部は前記第１の有機絶縁膜の下部に設けられ、前記隧道部の上端部は無機絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記隧道部の一方の端部は、前記第２の配線の端部と一致するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記隧道部は、両方の端部が前記第２の配線の内側に位置するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記隧道部は、前記第２の配線の下部に設けられた凹部であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記第２の配線を貫通し、前記隧道部の端部と接続され且つ前記隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか１項において、
前記隧道部は、複数の平行なライン状に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項において、
前記第２の配線の幅Ｗｍは、以下の式を満たす。
Ｗｍ＞２×（ａｍｅｔａｌ／ａｐｏｌｙ）×Ｔｏ
（但し、ａｍｅｔａｌは、前記第２の配線を構成する金属の比重とし、ａｐｏｌｙは、前記第１の有機絶縁膜の比重とし、Ｔｏは、前記第１の有機絶縁膜の厚さとする。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大面積の金属配線と有機膜からなる絶縁層とを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体パッケージ構造として、例えば半導体チップを樹脂により封止したパッケージである、デュアルインラインパッケージ（Dual In line Package）又はクアッドフラットパッケージ（Quad Flat Package）では、樹脂パッケージの側面に金属リード線を配置する周辺端子配置型が主流であった。一方、近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、例えばチップスケールパッケージ（Chip Scale Package：ＣＳＰ）がある。これは、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置することにより、該パッケージの面積が半導体チップの面積とほぼ等しくなる、いわゆるボールグリッドアレイ（Ball Grid Array：以下、ＢＧＡと略記する。）技術を採用している。チップスケールパッケージは、従来と同一の電極端子数を持ち且つ同一の投影面積を持つ半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板上に高密度実装することを可能にしたパッケージ構造である。【０００３】
チップスケールパッケージは、回路を形成したシリコンウエハを切断し、個々の半導体チップに対して個別にパッケージ工程を施したパッケージである。【０００４】
これに対し、一般に、ウエハレベルＣＳＰを作製する作製法においては、シリコンウエハの上に、絶縁層、再配線層及び封止層等を順次形成し、半田バンプを形成する。さらに、最終工程において、ウエハを所定のチップ寸法に切断することにより、パッケージ構造を備えた半導体チップを得る。【０００５】
従来の半導体装置においては、絶縁層に感光性有機膜、例えば、ポリイミド又はベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）等が用いられている。また、再配線層には銅（Ｃｕ）が用いられることが多い。【０００６】
図１７に従来の半導体装置の要部の断面構成を示す。図１７に示すように、従来の半導体装置は、半導体基板１の上に複数の金属配線４が形成され、該金属配線４を覆うように絶縁膜２が設けられている。絶縁膜２の上には上層の金属配線５が設けられ、該金属配線５の上には、封止樹脂３及び半田バンプ６が形成されている。【０００７】
従来の半導体装置においては、製造プロセスにおける熱処理、例えば半田バンプ６との接続時の熱により、絶縁膜２、金属配線４、５及び半導体基板１の各層間に熱応力差が生じる。この熱応力差による物理的要因及び機械的な外力から、半田バンプ６と半導体基板１との間の接続不良等が生じ、半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。【０００８】
そこで、図１８に示すように、金属配線１１と該金属配線１１の下の絶縁膜８との膜剥がれを防止するために、金属配線１１に楔部１３を設ける構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。このように、金属配線１１の下部に絶縁膜８に差し込む楔部１３を設けて、絶縁膜８と金属配線１１との密着性を向上させることにより、半田バンプ１２及び金属配線１１が応力等により剥離することを防ぎ、該半導体装置の信頼性を高めている。【０００９】
以上により、半田バンプ１２における、バンプシア（bump-shear）強度及びバンププル（bump-pull）強度を向上でき、半導体装置における熱膨張率の差異に起因する応力に対する信頼性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２０７３２４号公報
【発明の概要】
【００１１】
半導体装置の信頼性を高めるには、絶縁膜と金属配線、及び金属配線と半田バンプとのそれぞれの密着性を向上させる技術が重要である。特に、車載デバイス及び高電圧用途インバータに使用される半導体装置では、金属配線と半田バンプとの密着性を向上させるため、金属配線と半田バンプとの接続を通常より高温で行う必要がある。例えば、３００℃を超える温度がプロセス中の半導体装置に印加されることになる。また、絶縁膜は、一般にポリイミド又はＢＣＢ等の感光性有機膜が用いられており、該有機膜の膜質を化学的に安定化させるための高温のキュア（ｃｕｒｅ：硬化）プロセスが必要となる。
【００１２】
このように、半導体装置の製造工程に高温プロセスが必要となる場合は、有機膜内に残存する溶媒及び低分子量成分がガスとして膜内から発生する。この膜内から発生したガスが金属配線を持ち上げて剥離を引き起こすことが問題となる。特許文献１に記載の半導体装置に設けられた楔部は、熱膨張率の差異に起因する応力に対しては有効であっても、有機膜内から発生するガスに対しては、該膜内にガスを閉じ込める作用をするために有効でない。
【００１３】
本開示は、前記の問題を解決し、有機絶縁膜と金属配線との間のガスによる剥離を抑制して、半導体装置の信頼性を向上させることを目的とする。
【００１４】
前記の目的を達成するため、本開示は、半導体装置及びその製造方法を、有機絶縁膜の一部又は金属からなる配線の一部に有機絶縁膜から発生したガスを容易に透過させる構造を設ける構成とする。
【００１５】
具体的に、本開示に係る半導体装置の一態様は、半導体基板と、半導体基板の上に形成された第１の配線と、第１の配線を覆うように形成された第１の有機絶縁膜と、を備える。そして第１の有機絶縁膜の上に形成され、第１の配線と接続される接続部を有する第２の配線と、第１の有機絶縁膜の上に第２の配線を覆うように形成され、第２の配線を露出する開口部を有する第２の有機絶縁膜と、を備える。そして第２の配線の開口部からの露出部分の上に形成されたバンプと、第２の配線又は第１の有機絶縁膜と接するように形成された隧道部とを備え、平面視において、隧道部は、第２の配線と重なるように設けられている。
【００１６】
本半導体装置の一態様によると、半導体装置の製造プロセスにおいて、有機絶縁膜から発生したガスが隧道部を通って、直接又は間接に半導体装置の外部に排出される。これにより、面積が比較的に大きい第２の配線の下側の領域においても、第１の有機絶縁膜から発生するガスによる第１の有機絶縁膜と第２の配線との界面の圧力が高くなることがない。従って、第１の有機絶縁膜と第２の配線又はバンプとの剥離を抑制することができる。
【００１７】
一態様において、隧道部は、空洞であるか又は該空洞の少なくとも一部に第１の有機絶縁膜よりも密度が低い絶縁膜が埋められて形成されていてもよい。
【００１８】
このようにすると、第１の有機絶縁膜から発生するガスは、空洞を通って又は第１の有機絶縁膜よりも密度が低い絶縁膜を通って拡散することができる。さらに、第２の配線の周辺部又は外部から第２の有機絶縁膜を拡散して、半導体装置の外部に排出することができる。
【００１９】
一態様において、隧道部は、複数のライン状に形成されていてもよい。
【００２０】
一態様において、隧道部は、第１の有機絶縁膜の上部に第２の配線と接して設けられていてもよい。
【００２１】
一態様において、隧道部の一方の端部は、第２の配線の下方に配置されていてもよい。
【００２２】
この場合に、隧道部の他方の端部は、第２の配線の外側の領域に配置されていてもよい。
【００２３】
この場合に、第２の有機絶縁膜に、隧道部の他方の端部と接続され且つ隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていてもよい。
【００２４】
また、一態様において、隧道部は、第２の配線の下側に第１の有機絶縁膜と接して設けられていてもよい。
【００２５】
また、この場合に、隧道部は、第１の有機絶縁膜の下部に設けられ、上端部は無機絶縁膜で覆われていてもよい。
【００２６】
また、この場合に、隧道部の一方の端部は、第２の配線の端部と一致するように設けられていてもよい。
【００２７】
また、この場合に、隧道部は、両方の端部が第２の配線の内側に位置するように設けられていてもよい。
【００２８】
また、この場合に、隧道部は、第２の配線の下部に設けられた凹部であってもよい。
【００２９】
この場合に、一態様に係る半導体装置は、第２の配線を貫通し、隧道部の端部と接続され且つ隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていてもよい。
【００３０】
この場合に、隧道部は、複数の平行なライン状に設けられていてもよい。
【００３１】
一態様において、第２の配線の幅Ｗｍは、以下の式を満たしてもよい。
【００３２】
Ｗｍ＞２×（ａｍｅｔａｌ／ａｐｏｌｙ）×Ｔｏ
（但し、ａｍｅｔａｌは、第２の配線を構成する金属の比重とし、ａｐｏｌｙは、第１の有機絶縁膜の比重とし、Ｔｏは、第１の有機絶縁膜の厚さとする。）
本開示に係る半導体装置によると、有機絶縁膜と金属配線との間のガスによる剥離が抑制されるので、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは第１の実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示す半導体装置のＩＢ−ＩＢ線における断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは第１の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２Ｂ】図２Ｂは第１の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２Ｃ】図２Ｃは第１の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２Ｄ】図２Ｄは第１の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３Ａ】図３Ａは第１の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３Ｂ】図３Ｂは第１の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３Ｃ】図３Ｃは第１の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３Ｄ】図３Ｄは第１の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４Ａ】図４Ａは第１の実施形態に係る工程での半導体装置の平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは図４Ａに示す工程に係る半導体装置のIVＢ−IVＢ線における断面図である。
【図５】図５は図２Ｃ以降に示す工程における半導体装置の平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは図２Ｃに示す工程における図５の半導体装置のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図２Ｄに示す工程における図５の半導体装置のＹ−Ｙ線と対応する断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは図３Ａに示す工程における図５の半導体装置のＹ−Ｙ線と対応する断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは図３Ｂに示す工程における図５の半導体装置のＹ−Ｙ線と対応する断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは図７Ａに示す半導体装置のVIIＢ−VIIＢ線における断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは第１の実施形態に係る半導体装置を構成する隧道部の変形例を示す平面図である（半田バンプは省略）。
【図８Ｂ】図８Ｂは第１の実施形態に係る半導体装置を構成する隧道部の別の変形例を示す平面図である（半田バンプは省略）。
【図８Ｃ】図８Ｃは第１の実施形態に係る半導体装置を構成する隧道部の別の変形例を示す平面図である（半田バンプは省略）。
【図９Ａ】図９Ａは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは図９Ａに示す半導体装置のIXＢ−IXＢ線における断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは第２の実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは図１２Ａに示す半導体装置のXIIＢ−XIIＢ線における断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは第２の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１３Ｂ】図１３Ｂは第２の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１３Ｃ】図１３Ｃは第２の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１３Ｄ】図１３Ｄは第２の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１４Ａ】図１４Ａは第２の実施形態の一変形例に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは図１４Ａに示す半導体装置のXIVＢ−XIVＢ線における断面図である。
【図１５】図１５は第３の実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは第３の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１６Ｂ】図１６Ｂは第３の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１６Ｃ】図１６Ｃは第３の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１６Ｄ】図１６Ｄは第３の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１７】図１７は第１の従来例に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【図１８】図１８は第２の従来例に係る半導体装置の要部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る、層間絶縁膜に隧道部を有する半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１Ａ及び図１Ｂは第１の実施形態に係る半導体装置の要部を模式的に表している。図１Ａは半導体装置の平面図であり、図１Ｂは図１Ａに示す半導体装置のＩＢ−ＩＢ線における断面図である。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る半導体装置は、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１００の上に、複数の第１の金属配線１０２が形成されている。この第１の金属配線１０２は、半導体基板１００に対する通常の引き回し配線である。各第１の金属配線１０２は、図面に対して奥行き方向に配設されている。半導体基板１００の上には、第１の金属配線１０２を覆うように、第１の有機絶縁膜１０３が形成されている。第１の有機絶縁膜１０３の上には、ビア１１０ａを介して第１の金属配線１０２と接続された、パッド電極等を有する比較的に面積が大きい第２の金属配線１１０が形成されている。第１の有機絶縁膜１０３及び第２の金属配線１１０の上には、第２の金属配線１１０の上面に開口部１１２ａを有する第２の有機絶縁膜１１２が形成されている。第２の金属配線１１０の開口部１１２ａからの露出部分の上には、半田バンプ１１５が形成されている。なお、第１の金属配線１０２及び第２の金属配線１１０のそれぞれ下面には、該金属配線を銅めっきにより形成するための、例えばチタン（Ｔｉ）等からなるシード層１０１、１０７が形成されていてもよい。なお、上述したように、第２の金属配線１１０はパッド電極等の幅広の部分を有しており、第１の金属配線１０２と比べて面積が大きい。
【００３７】
本実施形態においては、第１の有機絶縁膜１０３の上部に第２の金属配線１１０と接する少なくとも１つの隧道部１０３ａが形成されている。隧道部１０３ａは、第２の金属配線１１０の下面と接して設けられた空洞部である。隧道部１０３ａは、第２の金属配線１１０の下方の領域で第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスが第２の金属配線１１０の周辺領域に移動することができる空間であればよい。従って、隧道部１０３ａは、必ずしも空洞である必要はなく、ガスが通過できれば、第１の有機絶縁膜１０３よりも密度が低い多孔質膜等の疎な膜が埋め込まれて形成されていてもよい。第１の有機絶縁膜１０３よりも密度が低い多孔質膜には、例えば、ポーラス低誘電率膜又はフロロカーボン系の低誘電率膜等を用いることができる。
【００３８】
隧道部１０３ａは、複数のライン状であって、互いに並行して配置されていてもよい。各隧道部１０３ａにおける一方の端部は、第２の金属配線１１０の下方の領域に位置し、他方の端部は、第２の金属配線１１０の下方の領域の外側に位置するように設けられている。さらに、各隧道部１０３ａにおける他方の端部は、第２の有機絶縁膜１１２を半導体基板１００の上方に延びる上方隧道部１１２ｂとそれぞれ接続されている。すなわち、各隧道部１０３ａは、それぞれ接続された上方隧道部１１２ｂを介して半導体装置の外部と接続されている。従って、プロセス中の熱処理に起因して第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスは、各隧道部１０３ａ及び各上方隧道部１１２ｂを通して半導体装置の外部に排出される。このため、複数の隧道部１０３ａの少なくとも１つは、第１の有機絶縁膜１０３における第２の金属配線の１１０の中央部分の下側の領域に設けられることが好ましい。
【００３９】
ここで、第２の金属配線１１０の下に配置される第１の有機絶縁膜１０３の厚さをＴｏとし、第１の有機絶縁膜１０３の比重をａｐｏｌｙとし、第２の金属配線１１０の幅をＷｍとし、第２の金属配線１１０を構成する金属の比重をａｍｅｔａｌとすると、下記の式（１）を満たしてもよい。
【００４０】
２×（ａｍｅｔａｌ／ａｐｏｌｙ）×Ｔｏ＜Ｗｍ  ・・・（１）
式（１）を満たす場合には、隧道部１０３ａ及び上方隧道部１１２ｂを設けることにより、金属配線の下層に配置された有機絶縁膜からの膜剥がれをより確実に防止することができる。
【００４１】
一般に、金属配線が、パッド領域のような比較的に大きい面積を持つ金属パターンとして形成されている場合に、金属は緻密な材料であるため、熱処理により金属配線の下層に配された有機絶縁膜から発生するガスは、外部への逃げ道がない。このため、面積が比較的に大きい金属パターンの直下において、該金属パターンと有機絶縁膜との界面に溜まるガスは、高圧となり、その結果、金属配線と有機絶縁膜との間で剥離を生じる。
【００４２】
そこで、本実施形態においては、熱処理に伴って有機絶縁膜から発生するガスの逃げ道として、有機絶縁膜の上部に金属配線の下面と接するように隧道部を設ける。例えば、有機絶縁膜として、膜厚が１０μｍのポリイミドとし、金属配線として、銅からなる配線を考える。この場合、ポリイミドの比重が約１．５であり、銅の比重が約９であることから、上記の式（１）により、Ｗｍが約１２０μｍ以上の場合に、金属配線の膜剥がれを防止するための隧道部１０３ａを設ける。
【００４３】
（製造方法）
以下、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ、図４Ｂを参照しながら説明する。なお、図４Ａは工程での半導体装置の平面図を示し、図４Ｂは図４Ａに示す工程に係る半導体装置のIVＢ−IVＢ線における断面図を示す。
【００４４】
まず、図２Ａに示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１００の上に、絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、形成した絶縁膜の上に、例えば、スパッタ法により、厚さが約３００ｎｍの第１のシード層１０１を堆積する。続いて、リソグラフィ法により、第１のシード層１０１の上に、第１の金属配線１０２の複数の形成領域を開口するレジストパターン（図示せず）を形成する。その後、めっき法により、厚さが約５μｍの第１の金属配線１０２を形成する。続いて、レジストパターンを除去し、ウェットエッチングにより、第１のシード層１０１の第１の金属配線１０２から露出する部分を除去する。ここで、第１のシード層１０１にはチタンを用い、第１の金属配線１０２には銅を用いることができる。なお、第１のシード層１０１は、窒化チタン（ＴｉＮ）等であってもよい。また、第１の金属配線１０２は、銅に限られず、導電体であるアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）若しくは銀（Ａｇ）又はこれらの合金等を用いることができる。
【００４５】
次に、図２Ｂに示すように、半導体基板１００及び第１の金属配線１０２の上に、第１の有機絶縁膜１０３を塗布する。例えば、第１の有機絶縁膜１０３には、感光性シロキサン樹脂を用いることができる。スピンコート法により、厚さが１２μｍの感光性シロキサン樹脂を塗布し、１２０℃の温度でポストベーク（Post Apply Bake：ＰＡＢ）を行う。その後、水銀灯によるｉ線露光を選択的に行う。続いて、濃度が２．３８％の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）現像液を用いたパドル現像法により現像を行って、被露光部を除去する。これにより、少なくとも１本の第１の金属配線１０２の上面を露出する、幅が約１５μｍの開口部１０３ｂを得る。その後、キュア炉にて、温度が約３２０℃で６０分間程度のキュアを行って、第１の有機絶縁膜１０３を硬化する。ここで、感光性有機樹脂は、シロキサン樹脂に代えて、ポリイミド、フェノール、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）又はＢＣＢ等の有機樹脂であってもよい。
【００４６】
次に、図２Ｃに示すように、第１の有機絶縁膜１０３の上であって、第２の金属配線のパッド形成領域を含む領域に、ｉ線露光によりレジストパターン１０５を形成する。当該レジストパターンは、それぞれの幅が約１μｍの複数の開口部１０５ａを有する。なお、ここでは、複数の開口部１０５ａを第１の金属配線１０２の上側に形成したが、開口部１０５ａは、必ずしも第１の金属配線１０２の上側に形成する必要はない。その後、形成したレジストパターン１０５から露出する第１の有機絶縁膜１０３の表面を約１μｍだけアッシングする。これにより、第１の有機絶縁膜１０３におけるレジストパターン１０５の各開口部１０５ａから露出する領域に、幅がそれぞれ約１μｍの溝部１０３ｃを形成する。この後、形成された各溝部１０３ｃの少なくとも一部に、第１の有機絶縁膜１０３よりも密度が低い疎な膜を埋め込んでもよい。
【００４７】
ここで、図５に図２Ｃの工程以降における半導体装置の平面構成を示す。図５のＸ−Ｘ線における断面が図２Ｃ、図２Ｄ及び図３Ａ〜図３Ｄに相当する。また、図６Ａ〜図６Ｄに図５のＹ−Ｙ線における断面構成を示す。なお、図６Ａ〜図６Ｄは、順に図２Ｃ、図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂの各工程に対応する図５のＹ−Ｙ線における断面構成である。図２Ｃ、図５及び図６Ａに示すように、幅が約１μｍの複数の溝部１０３ｃを互いに平行に形成する。
【００４８】
レジストパターン１０５を除去した後、図２Ｄ及び図６Ｂに示すように、スパッタ法により、厚さが３００ｎｍのＴｉからなる第２のシード１０７層を堆積する。このとき、スパッタ角度に約１５°の傾きを持たせる。図２Ｄに対しては奥行き方向、すなわち溝部１０３ｃの長辺方向に対して垂直な方向に傾きを持たせる。このようにすると、アッシングによって開口部１０５ａを通して形成した溝部１０３ｃの幅は、それぞれ１μｍと微細にできる。そのため、幅が小さい溝部１０３ｃに対して斜めの方向からスパッタを行うことにより、各溝部１０３ｃの底部にまで、第２のシード層７が堆積されることがない。従って、後工程で行う銅めっきによって、溝部１０３ｃに金属配線が形成されることがない。
【００４９】
次に、図３Ａ及び図６Ｃに示すように、リソグラフィ法により、第２のシード層１０７の上に、第２の金属配線の形成領域に開口部１０８ａを有するレジストパターン１０８を形成する。
【００５０】
次に、図３Ｂ及び図６Ｄに示すように、電解めっき法により、レジストパターン１０８の開口部１０８ａに銅を埋め込み、厚さが約５μｍの銅からなる第２の金属配線１１０を得る。その後、レジストパターン１０８を除去する。
【００５１】
次に、図３Ｃに示すように、酸性溶液を用いたウェットエッチング法により、第２のシード層１０７の第２の金属配線１１０から露出する部分を除去する。これにより、銅が埋め込まれていない各溝部１０３ｃから、それぞれ隧道部１０３ａを形成することができる。ここで、各隧道部１０３ａは空洞としているが、該隧道部１０３ａには、例えば、多孔質膜のような疎な膜が埋め込まれていてもよい。すなわち、隧道部１０３ａの一部に疎な膜が埋め込まれていたとしても、複数の隧道部１０３ａの全体が第１の有機絶縁膜１０３に対して疎な膜であればよい。このようにすることで、複数の隧道部１０３ａに、第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスを半導体装置の外部に排出する機能を持たせることができる。
【００５２】
次に、図３Ｄに示すように、スピンコート法により、第１の有機絶縁膜１０３の上に第２の金属配線１１０を覆うように、厚さが約１２μｍの第２の有機絶縁膜１１２を塗布する。第２の有機絶縁膜１１２には、例えば、感光性シロキサン樹脂を用いる。その後、第２の有機絶縁膜１１２に対して約１２０℃の温度でポストベークを行い、続いて、ｉ線露光を選択的に行う。その後、濃度が２．３８％のＴＭＡＨ現像液を用いて、パドル現像法により露光領域を除去する。このようにして、第２の金属配線１１０を露出する開口部１１２ａと、各隧道部１０３ａと接続され、かつ径が約５μｍの上方隧道部１１２ｂとが形成される。第２の金属配線１１０の開口部１１２ａからの露出領域は、半田バンプとの接続用のパッド領域であって、例えばその幅は約６００μｍ×６００μｍである。
【００５３】
続いて、パターニングされた第２の有機絶縁膜１１２に、温度が約３２０℃で６０分間程度のキュアを行って、第２の有機絶縁膜１１２を硬化させる。ここで、第２の有機絶縁膜１１２に高温のキュアを行うと、第１の有機絶縁膜１０３中の低分子成分及び残留している溶媒が揮発してガスが発生する。図３Ｄに示すように、第２の金属配線１１０を半田バンプとの接続パッドとして用いる場合は、上述したように、該パッド領域の面積は、他の金属配線と比較して大きい。従って、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の下側の第１の有機絶縁膜１０３から発生したガスは逃げ場がなく、第２の金属配線１１０の下側に溜まる。このため、第２の金属配線１１０と第１の有機絶縁膜１０３との界面では、溜まったガスの圧力が高まる。その結果、金属配線１１０下の有機膜１０３と金属配線１１０で剥離が生じる。本実施形態においては、第１の有機絶縁膜１０３における第２の金属配線１１０の下側の領域に複数の隧道部１０３ａを設け、且つ第２の有機絶縁膜１１２における第２の金属配線１１０の外側に複数の上方隧道部１１２ｂを設けている。これにより、第１の有機絶縁膜１０３から発生したガスが第２の金属配線１１０の下側の領域から各隧道部１０３ａ及び各上方隧道部１１２ｂを通って外部に排出される。これにより、第２の金属配線１１０と第１の有機絶縁膜１０３との剥離が生じにくくなって、半導体装置の信頼性を確保することができる。
【００５４】
次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第２の有機絶縁膜１１２の開口部１１２ａから露出する領域の上に、半田バンプ１１５を形成する。ここで、高い信頼性が要求される車載用の半導体装置及び産業向けの高耐圧インバータ装置等の場合は、半田バンプの形成に、例えば約３５０℃の温度で６０分間程度の熱処理を行う高温半田プロセスが用いられる。このとき、半導体基板１００が第２の有機絶縁膜１１２のキュア温度以上の温度にさらされることによって、第２の金属配線１１０の下側の第１の有機絶縁膜１０３からガスがさらに発生する。この高温半田プロセスにおいて発生したガスは、第２の金属配線１１０の下側に接して設けられた複数の隧道部１０３ａ及び上方隧道部１１２ｂを通して、第２の有機絶縁膜１１２の上面から半導体装置の外部に排出される。このため、本実施形態に係る半導体装置において、第１の有機絶縁膜１０３と第２の金属配線１１０との剥離が抑制された信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００５５】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態の第１変形例を図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７Ａは半導体装置の平面図であり、図７Ｂは図７Ａに示す半導体装置のVIIＢ−VIIＢ線における断面図である。
【００５６】
本変形例においては、第１の実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより、その説明を簡略化する。これは、第２の実施形態及び第３の実施形態においても同様である。図７Ｂに示すように、半導体装置に設ける複数の隧道部１０３ａは、第２の金属配線１１０の下側の領域にのみ形成されていてもよい。すなわち、各隧道部１０３ａの両端部が、平面視で、第２の金属配線１１０の下側の領域に収まるように内側に設けられていてもよい。従って、各隧道部１０３ａには、上方隧道部１１２ｂが設けられていなくてもよい。このような構成であっても、各隧道部１０３ａは空洞であるか、又は第１の有機絶縁膜１０３よりも疎な膜を用いて形成されているため、各隧道部１０３ａの内部にガスを溜めることができる。また、第１の有機絶縁膜１０３から発生したガスは、各隧道部１０３ａを通って第２の金属配線１１０の端部の方向に移動する。移動したガスは、第１の有機絶縁膜１０３及び第２の有機絶縁膜１１２の内部を拡散して通過することができるので、半導体装置の外部に排出することができる。
【００５７】
このように、第１変形例に係る半導体装置においては、各隧道部１０３ａの内部にガスを一時的に溜めることができる。そのため、例えば、第１の有機絶縁膜１０３と面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０との界面に溜まるガスが高圧とはならない。それにより、第１の有機絶縁膜１０３の上に形成された、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の膜剥がれを抑制することができる。
【００５８】
（隧道部の他の変形例）
図８Ａ〜図８Ｃは第１の実施形態に係る半導体装置を構成する隧道部の変形例を示す平面図である。なお、図８Ａ〜Ｃにおいて半田バンプは省略している。
【００５９】
図８Ａ〜図８Ｃに示すように、隧道部１０３ａの平面形状は、直線状のストライプに限られず、任意の形状であってもよい。なお、図８Ａ〜図８Ｃにおいては、半田バンプは図示していない。また、各隧道部１０３ａの幅は約１μｍである。
【００６０】
例えば、図８Ａに示すように、複数の隧道部１０３ａは、第２の金属配線１１０の下側の領域においてそれぞれ分断されていてもよい。
【００６１】
また、図８Ｂに示すように、複数の隧道部１０３ａは、互いに交差していてもよい。さらに、複数の隧道部１０３ａのうちの少なくとも１本は、第２の金属配線１１０の下側の領域の外側にまで延びて形成されていてもよい。
【００６２】
また、図８Ｃに示すように、各隧道部１０３ａは、第２の金属配線１１０の下方領域において、同心で環状に配置されていてもよい。
【００６３】
各変形例に係る隧道部１０３ａは、いずれの場合も、第１の有機絶縁膜１０３よりも密度が低い疎な膜か又は空洞であり、第２の金属配線１１０の下面と接して形成される。このため、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の中央部付近の下方において、第１の有機絶縁膜１０３から発生したガスは、各隧道部１０３ａを通って第２の金属配線１１０の端部に拡散することができる。第２の金属配線１１０の端部に拡散したガスは、第１の有機絶縁膜１０３及び第２の有機絶縁膜１１２を拡散して半導体装置の外部に排出される。なお、複数の隧道部１０３ａは、平面視において、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の内側の領域を通るように配置するとよい。より好ましくは、複数の隧道部１０３ａのうちの少なくとも１本は、第２の金属配線１１０の中央部の下側の領域を通るように配置するとよい。
【００６４】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体装置について図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら説明する。図９Ａは半導体装置の平面図であり、図９Ｂは図９Ａに示す半導体装置のIXＢ−IXＢ線における断面図である。
【００６５】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第２変形例に係る半導体装置においては、複数の隧道部１０３ａが第１の金属配線１０２同士の間の領域に設けられている。また、複数の隧道部１０３ａは、第１の有機絶縁膜１０３を半導体基板１００の主面に垂直な方向に貫通するように設けられている。また、各隧道部１０３ａの両端部は、第２の金属配線１１０の内側の領域に留まるように配置されている。
【００６６】
さらに、本変形例においては、第１の有機絶縁膜１０３と複数の隧道部１０３ａを覆うように、無機絶縁膜１０４が形成されている。該無機絶縁膜１０４には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いることができる。後述するように、無機絶縁膜１０４は、各隧道部１０３ａの上端の開口部をそれぞれ塞ぐことができる程度の膜厚であればよい。
【００６７】
無機絶縁膜１０４の上には、第１の有機絶縁膜１０３と同等の材料からなる第３の有機絶縁膜１０６が形成されている。従って、第３の有機絶縁膜１０６は、第１の有機絶縁膜１０３の一部と見なすことができる。第３の有機絶縁膜１０６において、第２の金属配線１１０のビア１１０ａと第１の金属配線１０２との接続部分は除去されている。
【００６８】
なお、本変形例に係る複数の隧道部１０３ａの延伸方向は、図１Ａに示した複数の隧道部１０３ａの延伸方向に対して９０°ずれているが、図１Ａと同一の方向に配設されていてもよい。また、複数の隧道部１０３ａは、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の下側の領域のどの位置に形成されていてもよい。また、各隧道部１０３ａの形状は、図８Ａ〜図８Ｃに示したように、任意の平面形状であってもよい。
【００６９】
第２変形例に係る半導体装置によると、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の中央部付近で、且つその下側の領域に位置する第１の有機絶縁膜１０３及び第３の有機絶縁膜１０６から発生するガスは、各隧道部１０３ａを通って、第２の金属配線１１０の端部の方向に拡散する。その結果、第２の金属配線１１０の端部から、第１の有機絶縁膜１０３、第３の有機絶縁膜１０６及び第２の有機絶縁膜１１２を拡散して半導体装置の外部にガスを排出することができる。これにより、第３の有機絶縁膜１０６と第２の金属配線１１０との界面に存在するガスが高圧とはならず、第３の有機絶縁膜１０６の直上に形成された面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の膜剥がれを防止することができる。
【００７０】
（製造方法）
以下、第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法について図１０Ａ〜図１０Ｄ及び図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら説明する。
【００７１】
まず、図１０Ａに示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１００の上に、絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、第１の実施形態と同様に、形成した絶縁膜の上に、例えば、Ｔｉからなる複数の第１のシード層１０１と、Ｃｕからなる複数の第１の金属配線１０２とを順次形成する。
【００７２】
次に、図１０Ｂに示すように、スピンコート法により、半導体基板１００の上に第１の金属配線１０２を覆うように第１の有機絶縁膜１０３を塗布する。続いて、リソグラフィ法により、少なくとも１本の第１の金属配線１０２を露出するための開口部１０３ｂと、互いに隣接する第１の金属配線１０２同士の間の領域に位置する複数の開口部１０３ｄとを設けるためのレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、形成したレジストパターンをマスクとして第１の有機絶縁膜１０３をエッチングする。このエッチングにより、第１の有機絶縁膜１０３に、少なくとも１本の第１の金属配線１０２を露出する開口部１０３ｂと、第１の金属配線１０２同士の間に互いに並行して延びる複数の開口部１０３ｄとを設ける。ここで、第１の金属配線１０２を露出する開口部１０３ｂは、幅が約１５μｍの方形状である。また、第１の有機絶縁膜１０３における第１の金属配線１０２同士の間の領域に設けた複数の開口部１０３ｄのそれぞれの幅は、約１μｍのライン状である。その後、温度が３２０℃で６０分間程度のキュアを行って、第１の有機絶縁膜１０３を硬化させる。
【００７３】
次に、図１０Ｃに示すように、スパッタ角度として半導体基板１００の主面の角度を１５°だけ傾けたスパッタ法により、複数の開口部１０３ｄが形成された第１の有機絶縁膜１０３の上に、例えば３０ｎｍの厚さの酸化シリコンからなる無機絶縁膜１０４を堆積する。このとき、スパッタ角度を付与する方向は、ライン状の各開口部１０３ｄの長手方向に対して垂直な方向とする。このように、スパッタに角度を付与することにより、各開口部１０３ｄは、それぞれ開口幅が十分に小さいため、無機絶縁膜１０４にピンチオフが生じる。すなわち、各開口部１０３ｄの上端部は、無機絶縁膜１０４によって塞がれるため、無機絶縁膜１０４は各開口部１０３ｄの内部に進入しない。なお、無機絶縁膜１０４は、酸化シリコンに代えて、例えば、窒化シリコン等を用いることができる。
【００７４】
次に、図１０Ｄに示すように、堆積した無機絶縁膜１０４の上に、第３の有機絶縁膜１０６を堆積する。このとき、第１の有機絶縁膜１０３の複数の開口部１０３ｄは、無機絶縁膜１０４によって塞がれているため、各開口部１０３ｄに第３の有機絶縁膜１０６が充填されることはない。これにより、第１の金属配線１０２を覆う第１の有機絶縁膜１０３を上下方向に貫通する複数の隧道部１０３ａを、その上方に比較的に幅が広い第２の金属配線１１０の形成領域に設けることができる。その後、リソグラフィ法及びその後の現像により、第３の有機絶縁膜１０６における第１の有機絶縁膜１０３の開口部１０３ｂが形成された位置に、ビア１１０ａを設けるための開口部１０６ａを形成する。
【００７５】
次に、図１１Ａに示すように、無機絶縁膜１０４における開口部１０６ａから露出する部分をアッシングにより除去する。これにより、無機絶縁膜１０４には、第１の金属配線１０２を露出する開口部１０４ａが形成される。
【００７６】
図１１Ｂに示すように、この後は、第１の実施形態と同様に、第２のシード層１０７及び第２の金属配線１１０を形成し、続いて、図１１Ｃに示すように、開口部１１２ａを有する第２の有機絶縁膜１１２を形成する。
【００７７】
次に、第２の金属配線１１０における第２の有機絶縁膜１１２の開口部１１２ａから露出する領域の上に、半田バンプ１１５を形成して、図９Ａおよび図９Ｂに示す半導体装置を得る。
【００７８】
図１１Ｃにおいては、第２の有機絶縁膜１１２に対して、例えば、温度が約３２０℃で６０分間程度のキュアを行う。このとき、第１の有機絶縁膜１０３及び第３の有機絶縁膜１０６からガスが発生する。各隧道部１０３ａは空洞であるか、又は有機絶縁膜よりも疎な膜によって形成されている。そのため、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の中央部付近において各有機絶縁膜１０３、１０６から発生するガスは、各隧道部１０３ａを通って第２の金属配線１１０の端部の方向に拡散する。さらに、第２の金属配線１１０の端部に拡散したガスは、第２の金属配線１１０の端部から各有機絶縁膜１０３、１０６及び１１２を拡散して半導体装置の外部に排出することができる。これにより、第３の有機絶縁膜１０６と第２の金属配線１１０との界面に溜まるガスは高圧とはならず、従って、第３の有機絶縁膜１０６の直上に形成された面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の膜剥がれを防止することができる。
【００７９】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る、金属配線に隧道部を有する半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８０】
図１２Ａ及び図１２Ｂは第２の実施形態に係る例示的半導体装置の要部を模式的に表している。図１２Ａは半導体装置の平面図であり、図１２Ｂは図１２Ａに示す半導体装置のXIIＢ−XIIＢ線における断面図である。
【００８１】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、第２の実施形態に係る半導体装置の第１の実施形態に係る半導体装置との違いは、第２の実施形態に係る隧道部１１０ｂが、第１の有機絶縁膜１０３と第２の金属配線１１０との間の領域に設けられている点である。より具体的には、第２の金属配線１１０の下部に、該第２の金属配線１１０の凹部として設けられている点である。複数の隧道部１１０ｂは、互いに並行して延びるライン状に設けられている。
【００８２】
さらに、各隧道部１１０ｂは、その一方の端部が平面視で第２の金属配線１１０の内側に位置すると共に、その他方の端部が第２の金属配線１１０の端部（側部）と一致するように配置されている。すなわち、隧道部１１０ｂの他方の端部（開口端）は、第２の金属配線１１０の内部で終端せずに、第２の有機絶縁膜１１２と対向している。
【００８３】
なお、上述したように、各隧道部１１０ｂの両端部が共に、第２の金属配線１１０の対向する側面と一致している必要はない。すなわち、各隧道部１１０ｂの一端部が第２の金属配線１１０のいずれか一方の側面と一致していればよい。また、図１２Ａに示すように、複数の隧道部１１０ｂの開口端が、第２の金属配線１１０に交互に設けられていてもよい。
【００８４】
第２の実施形態に係る半導体装置によると、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の下側の領域であって、プロセス中の第１の有機絶縁膜１０３から発生したガスは、各隧道部１１０ｂを通って、第２の金属配線１１０の両端部の方向に拡散する。すなわち、第２の金属配線１１０の両端部から第１の有機絶縁膜１０３を拡散して半導体装置の外部に排出することができる。このため、第１の有機絶縁膜１０３と第２の金属配線１１０との界面に存在するガスが高圧とはならないので、第１の有機絶縁膜１０３の直上に形成され、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０の膜剥がれを防止することができる。
【００８５】
（製造方法）
以下、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図１３Ａ〜図１３Ｄを参照しながら説明する。
【００８６】
まず、図１３Ａに示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１００の上に、絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、第１の実施形態と同様に、形成した絶縁膜の上に、例えば、Ｔｉからなる複数の第１のシード層１０１と、Ｃｕからなる複数の第１の金属配線１０２とを順次形成する。続いて、スピンコート法により、半導体基板１００の上に第１の金属配線１０２を覆うように第１の有機絶縁膜１０３を塗布する。続いて、リソグラフィ法により、少なくとも１本の第１の金属配線１０２を露出する開口部１０３ｂを設けるためのレジストパターン（図示せず）を形成する。レジストパターンには、必要なキュアを施す。続いて、形成したレジストパターンをマスクとして第１の有機絶縁膜１０３をエッチングして、第１の有機絶縁膜１０３に少なくとも１つの開口部１０３ｂを設ける。その後、レジストパターンを除去する。
【００８７】
続いて、第１の有機絶縁膜１０３の上の開口部１０３ｂを除く領域で、且つ、第２の金属配線１１０の形成領域に、ライン状に延びる酸化シリコンからなる複数の犠牲膜１１１を形成する。具体的には、スパッタ法により、第１の有機絶縁膜１０３の上の全面にシリコン酸化膜を形成する。続いて、公知のリソグラフィ工程及びエッチング工程により、シリコン酸化膜から、隧道部形成領域に形成パターンを持つ犠牲膜１１１を形成する。ここで、犠牲膜１１１の厚さは約１００ｎｍである。なお、犠牲膜１１１は、酸化シリコンに限られず、例えば、窒化シリコン等の絶縁膜であってもよい。
【００８８】
次に、図１３Ｂに示すように、犠牲膜１１１を含む第１の有機絶縁膜１０３の上に、Ｔｉからなる第２のシード層１０７を堆積する。続いて、リソグラフィ法により、堆積した第２のシード層１０７の上に、第２の金属配線形成領域を開口部に持つレジストパターン（図示せず）を形成する。その後、めっき法により、レジストパターンをマスクとして、Ｃｕからなる第２の金属配線１１０を形成する。その後、不要となったレジストパターンをアッシング等によって除去する。さらに、第２の金属配線１１０を除く領域に残存する第２のシード層１０７を除去する。
【００８９】
次に、図１３Ｃに示すように、ウェットエッチング法により、第１の有機絶縁膜１０３の上で、且つ第２の金属配線１１０の下部に形成された犠牲膜１１１を除去する。これにより、第２の金属配線１１０の下部に、それぞれが隧道部１１０ｂとなる複数の凹部を形成する。ここで、酸化シリコンからなる犠牲膜１１１の除去には、濃度が約０．０６％のフッ酸（ＨＦ）水溶液を用いる。このとき、第２の金属配線１１０と各隧道部１１０ｂとの間に存在する第２のシード層１０７は除去されずに、第２の金属配線１１０の下面に残存する。
【００９０】
次に、図１３Ｄに示すように、スピンコート法により、第２の金属配線１１０を含む第１の有機絶縁膜１０３の上に、第２の有機絶縁膜１１２を堆積する。続いて、リソグラフィ法により、第２の金属配線１１０におけるパッド形成領域を露出する開口部１１２ａを形成する。その後、第２の有機絶縁膜１１２に必要なキュアを施す。続いて、第２の金属配線１１０における第２の有機絶縁膜１１２の開口部１１２ａから露出する領域の上に、半田バンプ１１５を形成する。
【００９１】
本製造方法においては、第２の有機絶縁膜１１２をキュアする際、及び半田バンプ１１５を形成する際に、半導体装置に加わる熱によって、第１の有機絶縁膜１０３及び第２の有機絶縁膜１１２からガスが発生する。該有機絶縁膜１０３及び１１２から発生したガスは、各隧道部１１０ｂを通して外部に排出される。そのため、第２の金属配線１１０の下側に位置する第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスに起因する第２の金属配線１１０の第１の有機絶縁膜１０３からの剥離を抑制することができる。
【００９２】
（第２の実施形態の一変形例）
以下、第２の実施形態の一変形例に係る半導体装置について図１４Ａ及び図１４Ｂを参照しながら説明する。図１４Ａは半導体装置の平面図であり、図１４Ｂは図１４Ａに示す半導体装置のXIVＢ−XIVＢ線における断面図である。
【００９３】
図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、本変形例に係る半導体装置を構成する隧道部１１０ｂは、その両端部が、平面視で第２の金属配線１１０の内側の領域に位置するように配置される。第２の実施形態に係る半導体装置の場合は、犠牲膜１１１をウェットエッチングによって除去する際に、該犠牲膜１１１が第２の金属配線１１０の側面から露出している必要がある。
【００９４】
これに対し、犠牲膜１１１が第２の金属配線１１０の側面から露出しない本変形例においては、例えば、第２の金属配線１１０の上面から犠牲膜１１１に達するピンホールを形成し、犠牲膜１１１を該ピンホールから露出させる方法を採る。ピンホールは、例えばレーザ法又はリソグラフィ法により形成することができる。このように、犠牲膜１１１を第２の金属配線１１０に設けたピンホールから露出することによって、該犠牲膜１１１をウェットエッチングによって除去することができる。また、形成されたピンホールは、隧道部１１０と垂直な方向に接続される上方隧道部１１０ｃとなる。
【００９５】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る、金属配線に隧道部を有する半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００９６】
図１５は第３の実施形態に係る半導体装置の要部を模式的に表している。
【００９７】
図１５に示すように、第３の実施形態に係る半導体装置の第２の実施形態に係る半導体装置との違いは、隧道部１１０ｂの形状及び形成位置である。すなわち、本実施形態に係る複数の隧道部１１０ｂは、第２の金属配線１１０を上下方向（半導体基板１００の主面に垂直な方向）に貫通して設けられている。
【００９８】
さらに、第２の金属配線１１０に設けられた複数の隧道部１１０ｂは、平面視で、半田バンプ１１５と重なる領域に配置されており、各隧道部１１０ｂには、半田バンプ１１５を形成する材料が埋め込まれている。後述するように、本実施形態に係る隧道部１１０ｂは、半田バンプの製造プロセスよりも前の工程において、第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスを外部に排出することができる。
【００９９】
（製造方法）
以下、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図１６Ａ〜図１６Ｄを参照しながら説明する。
【０１００】
まず、図１６Ａに示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１００の上に、絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、第１の実施形態と同様に、形成した絶縁膜の上に、例えば、Ｔｉからなる複数の第１のシード層１０１と、Ｃｕからなる複数の第１の金属配線１０２とを順次形成する。続いて、スピンコート法により、半導体基板１００の上に第１の金属配線１０２を覆うように第１の有機絶縁膜１０３を塗布する。続いて、リソグラフィ法により、少なくとも１本の第１の金属配線１０２を露出する開口部１０３ｂを設けるためのレジストパターン（図示せず）を形成する。レジストパターンには、必要なキュアを施す。続いて、形成したレジストパターンをマスクとして第１の有機絶縁膜１０３をエッチングして、第１の有機絶縁膜１０３に少なくとも１つの開口部１０３ｂを設ける。その後、レジストパターンを除去する。続いて、第１の有機絶縁膜１０３の上に、厚さが約３０ｎｍのＴｉからなる第２のシード層１０７を堆積する。続いて、リソグラフィ法により、堆積した第２のシード層１０７の上に、厚さが約７μｍのレジストパターン１０９を形成する。ここで、レジストパターン１０９は、第２の金属配線１１０の形成領域を開口する開口パターンを含み、該開口パターンの内側のバンプ形成領域には、複数の隧道部１１０ｂを形成するためのドット状パターンを含む。
【０１０１】
次に、図１６Ｂに示すように、レジストパターン１０９をマスクとして、Ｃｕめっきを行って、Ｃｕからなる第２の金属配線１１０を形成する。
【０１０２】
次に、図１６Ｃに示すように、不要となったレジストパターン１０９を除去し、その後、第１の有機絶縁膜１０３上に露出する第２のシード層１０７を除去する。このとき、第２の金属配線１１０におけるバンプ形成領域には、該第２の金属配線１１０を上下方向に貫通する複数の隧道部１１０ｂが形成される。各隧道部１１０ｂの径は、それぞれ約３μｍである。
【０１０３】
本実施形態においては、各隧道部１１０ｂを、めっき法によって第２の金属配線１１０と同時に形成したが、これに限られない。例えば、第２の金属配線１１０を形成した後に、形成された第２の金属配線１１０に対してレーザエッチングにより各隧道部１１０ｂを形成してもよい。また、第２の金属配線１１０を形成した後に、通常のリソグラフィ工程と、ドライエッチング又はウェットエッチング工程とによって各隧道部１１０ｂを形成してもよい。
【０１０４】
次に、図１６Ｄに示すように、第１の有機絶縁膜１０３の上に、第２の金属配線１１０を覆う第２の有機絶縁膜１１２を形成する。続いて、第２の有機絶縁膜１１２のパッド形成領域に開口部１１２ａを形成する。その後、第２の有機絶縁膜１１２に必要なキュアを施す。続いて、第２の金属配線１１０の上のパッド形成領域に半田バンプ１１５を形成する。このとき、半田バンプ１１５の形成材料が各隧道部１１０ｂを充填する。但し、半田バンプ１１５の形成材料は、必ずしも隧道部１１０ｂを充填しなくてもよい。
【０１０５】
第３の実施形態に係る構成では、半田バンプ１１５を形成した後に加熱プロセスによって第１の有機絶縁膜１０３からガスが発生しても、発生したガスを排出する経路である各隧道部１１０ｂは半田バンプ１１５の形成材料によって埋められており、ガスの排出経路がない。しかしながら、半田バンプ１１５を形成する前工程の第２の有機絶縁膜１１２に対するキュア工程では、第２の金属配線１１０に形成された各隧道部１１０ｂには、半田バンプ１１５の形成材料が埋められていない。このため、第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスを各隧道部１１０ｂから排出することができる。
【０１０６】
具体的には、第２の有機絶縁膜１１２に対するキュア温度を、半田バンプ１１５の形成温度よりも高くすることにより、第２の有機絶縁膜１１２のキュア工程において第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスを、各隧道部１１０ｂを通してあらかじめ排出しておくことが可能となる。これにより、半田バンプ１１５の形成時における第１の有機絶縁膜１０３と第２の金属配線１１０との膜剥がれを防ぐことが可能となる。
【０１０７】
なお、通常の半田バンプ形成工程においては、半導体基板の上に半田バンプを熱によって順次密着させる方法が採られる場合が多い。このような場合、半導体基板のすべての半田バンプの形成が完了するには、６０分以上の時間を要することがある。この間、例えば、各有機絶縁膜は３５０℃程度の高温にさらされることになる。
【０１０８】
従って、本実施形態のように、半田バンプ１１５を形成した後に、複数の隧道部１１０ｂのほぼすべてが埋まるとしても、第２の有機絶縁膜１１２のキュア時に第１の有機絶縁膜１０３から発生するガスをあらかじめ外部に排出しておくことができる。したがって、面積が比較的に大きい第２の金属配線１１０と第１の有機絶縁膜１０３との剥離を抑制することができる。
【０１０９】
なお、第１の有機絶縁膜１０３から発生したガスが各隧道部１１０ｂを通過するには、第２の金属配線１１０に設ける各隧道部１１０ｂは、第１の有機絶縁膜１０３に開口端を持つ必要がある。また、各隧道部１１０ｂの平面形状はホール状としたが、任意の形状を採ることができる。
【０１１０】
以上説明したように、第１の実施形態及びその変形例においては、有機絶縁膜に隧道部を設け、第２の実施形態及びその変形例並びに第３の実施形態においては、金属配線に隧道部を設けたが、隧道部は有機絶縁膜及び金属配線の少なくとも一方に設ければよい。本開示の隧道部は、空洞であるか又は有機絶縁膜よりも密度が低い疎な膜により形成されており、該隧道部を介して有機絶縁膜から発生するガスが外部に排出される。このため、有機絶縁膜から金属配線が剥離することを抑止することができる。
【０１１１】
一般に、ポリイミド、ＢＣＢ、シロキサン、フェノール及びＰＢＯ等の有機絶縁膜は、キュア温度以上の温度が加わると、低分子量成分及び架橋剤の一部等が揮発する。有機絶縁膜から発生するガスは、該有機絶縁膜の上に配置された金属膜のような密度が高い膜を透過することができない。このため、金属膜と有機絶縁膜との間でガスの圧力が高まることにより、金属膜と有機膜との間で剥離が生じる。
【０１１２】
本開示は、上述したように、金属配線と有機絶縁膜との界面に隧道部を形成することにより、該隧道部を通して有機絶縁膜から発生するガスを排出できることから、有機絶縁膜を用い、熱処理にさらされる半導体装置の全般に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本開示に係る半導体装置は、有機絶縁膜がプロセス中の高温にさらされる半導体装置の信頼性を高めることができ、車載用途等の高信頼性が求められる半導体装置、又はインバータ装置等の高耐圧向け半導体装置等に有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００    半導体基板
１０１    第１のシード層
１０２    第１の金属配線（第１の配線）
１０３    第１の有機絶縁膜
１０３ａ  隧道部
１０３ｂ  開口部
１０３ｃ  溝部
１０３ｄ  開口部
１０４    無機絶縁膜
１０４ａ  開口部
１０５    レジストパターン
１０５ａ  開口部
１０６    第３の有機絶縁膜
１０６ａ  開口部
１０７    第２のシード層
１０８    レジストパターン
１０８ａ  開口部
１０９    レジストパターン
１１０    第２の金属配線（第２の配線）
１１０ａ  ビア（接続部）
１１０ｂ  隧道部
１１０ｃ  上方隧道部
１１１    犠牲膜
１１２    第２の有機絶縁膜
１１２ａ  開口部
１１２ｂ  上方隧道部
１１５    半田バンプ
【図１Ａ】
2015079648.tif 000003
【図１Ｂ】
2015079648.tif 000004
【図２Ａ】
2015079648.tif 000005
【図２Ｂ】
2015079648.tif 000006
【図２Ｃ】
2015079648.tif 000007
【図２Ｄ】
2015079648.tif 000008
【図３Ａ】
2015079648.tif 000009
【図３Ｂ】
2015079648.tif 000010
【図３Ｃ】
2015079648.tif 000011
【図３Ｄ】
2015079648.tif 000012
【図４Ａ】
2015079648.tif 000013
【図４Ｂ】
2015079648.tif 000014
【図５】
2015079648.tif 000015
【図６Ａ】
2015079648.tif 000016
【図６Ｂ】
2015079648.tif 000017
【図６Ｃ】
2015079648.tif 000018
【図６Ｄ】
2015079648.tif 000019
【図７Ａ】
2015079648.tif 000020
【図７Ｂ】
2015079648.tif 000021
【図８Ａ】
2015079648.tif 000022
【図８Ｂ】
2015079648.tif 000023
【図８Ｃ】
2015079648.tif 000024
【図９Ａ】
2015079648.tif 000025
【図９Ｂ】
2015079648.tif 000026
【図１０Ａ】
2015079648.tif 000027
【図１０Ｂ】
2015079648.tif 000028
【図１０Ｃ】
2015079648.tif 000029
【図１０Ｄ】
2015079648.tif 000030
【図１１Ａ】
2015079648.tif 000031
【図１１Ｂ】
2015079648.tif 000032
【図１１Ｃ】
2015079648.tif 000033
【図１２Ａ】
2015079648.tif 000034
【図１２Ｂ】
2015079648.tif 000035
【図１３Ａ】
2015079648.tif 000036
【図１３Ｂ】
2015079648.tif 000037
【図１３Ｃ】
2015079648.tif 000038
【図１３Ｄ】
2015079648.tif 000039
【図１４Ａ】
2015079648.tif 000040
【図１４Ｂ】
2015079648.tif 000041
【図１５】
2015079648.tif 000042
【図１６Ａ】
2015079648.tif 000043
【図１６Ｂ】
2015079648.tif 000044
【図１６Ｃ】
2015079648.tif 000045
【図１６Ｄ】
2015079648.tif 000046
【図１７】
2015079648.tif 000047
【図１８】
2015079648.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月29日(2016.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された第１の配線と、
前記第１の配線を覆うように形成された第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜の上に形成され、前記第１の配線と接続される接続部を有する第２の配線と、
前記第１の有機絶縁膜の上に前記第２の配線を覆うように形成され、前記第２の配線を露出する開口部を有する第２の有機絶縁膜と、
前記第２の配線の前記開口部からの露出部分の上に形成されたバンプと、
前記第２の配線又は前記第１の有機絶縁膜と接するように形成された隧道部とを備え、
平面視において、前記隧道部は、前記第２の配線と重なるように設けられており、
前記隧道部は、前記第１の有機絶縁膜の上部に前記第２の配線と接して設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記隧道部は、空洞であるか、又は該空洞の少なくとも一部に前記第１の有機絶縁膜よりも密度が低い絶縁膜が埋められて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記隧道部は、複数のライン状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記隧道部の一方の端部は、前記第２の配線の下方に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記隧道部の他方の端部は、平面視において前記第２の配線の外側の領域に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２の有機絶縁膜に、前記隧道部の他方の端部と接続され且つ前記隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された第１の配線と、
前記第１の配線を覆うように形成された第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜の上に形成され、前記第１の配線と接続される接続部を有する第２の配線と、
前記第１の有機絶縁膜の上に前記第２の配線を覆うように形成され、前記第２の配線を露出する開口部を有する第２の有機絶縁膜と、
前記第２の配線の前記開口部からの露出部分の上に形成されたバンプと、
前記第２の配線又は前記第１の有機絶縁膜と接するように形成された隧道部とを備え、
平面視において、前記隧道部は、前記第２の配線と重なるように設けられており、
前記隧道部は、前記第２の配線の下側に前記第１の有機絶縁膜と接して設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記隧道部は前記第１の有機絶縁膜の下部に設けられ、前記隧道部の上端部は無機絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記隧道部の一方の端部は、平面視において前記第２の配線の端部と一致するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記隧道部は、平面視において両方の端部が前記第２の配線の内側に位置するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、
前記隧道部は、前記第２の配線の下部に設けられた凹部であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記第２の配線を貫通し、前記隧道部と接続され且つ前記隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか１項において、
前記隧道部は、複数の平行なライン状に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項において、
前記第２の配線の幅Ｗｍは、以下の式を満たすことを特徴とする半導体装置。
Ｗｍ＞２×（ａｍｅｔａｌ／ａｐｏｌｙ）×Ｔｏ
（但し、ａｍｅｔａｌは、前記第２の配線を構成する金属の比重とし、ａｐｏｌｙは、前記第１の有機絶縁膜の比重とし、Ｔｏは、前記第１の有機絶縁膜の厚さとする）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
この場合に、隧道部の他方の端部は、平面視において第２の配線の外側の領域に配置されていてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、この場合に、隧道部の一方の端部は、平面視において第２の配線の端部と一致するように設けられていてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、この場合に、隧道部は、平面視において両方の端部が第２の配線の内側に位置するように設けられていてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
この場合に、一態様に係る半導体装置は、第２の配線を貫通し、隧道部と接続され且つ隧道部から上方に向かって形成された上方隧道部をさらに備えていてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
Ｗｍ＞２×（ａｍｅｔａｌ／ａｐｏｌｙ）×Ｔｏ
（但し、ａｍｅｔａｌは、第２の配線を構成する金属の比重とし、ａｐｏｌｙは、第１の有機絶縁膜の比重とし、Ｔｏは、第１の有機絶縁膜の厚さとする。）
本開示に係る半導体装置によると、有機絶縁膜と金属配線との間のガスによる剥離が抑制されるので、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
以下、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ〜図３Ｄ、図４Ａ、図４Ｂ、図５及び図６Ａ〜図６Ｄを参照しながら説明する。なお、図４Ａは工程での半導体装置の平面図を示し、図４Ｂは図４Ａに示す工程に係る半導体装置のIVＢ−IVＢ線における断面図を示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、図２Ｃに示すように、第１の有機絶縁膜１０３の上であって、第２の金属配線のパッド形成領域を含む領域に、ｉ線露光によりレジストパターン１０５を形成する。当該レジストパターンは、それぞれの幅が約１μｍの複数の線状の開口部１０５ａを有する。なお、ここでは、複数の開口部１０５ａを第１の金属配線１０２の上側に形成したが、開口部１０５ａは、必ずしも第１の金属配線１０２の上側に形成する必要はない。その後、形成したレジストパターン１０５から露出する第１の有機絶縁膜１０３の表面を深さ約１μｍだけアッシングする。これにより、第１の有機絶縁膜１０３におけるレジストパターン１０５の各開口部１０５ａから露出する領域に、幅がそれぞれ約１μｍの溝部１０３ｃを形成する。この後、形成された各溝部１０３ｃの少なくとも一部に、第１の有機絶縁膜１０３よりも密度が低い疎な膜を埋め込んでもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
次に、図３Ｄに示すように、スピンコート法により、第１の有機絶縁膜１０３の上に第２の金属配線１１０を覆うように、厚さが約１２μｍの第２の有機絶縁膜１１２を塗布する。第２の有機絶縁膜１１２には、例えば、感光性シロキサン樹脂を用いる。その後、第２の有機絶縁膜１１２に対して約１２０℃の温度でポストベークを行い、続いて、ｉ線露光を選択的に行う。その後、濃度が２．３８％のＴＭＡＨ現像液を用いて、パドル現像法により露光領域を除去する。このようにして、第２の金属配線１１０を露出する開口部１１２ａと、各隧道部１０３ａと接続され、かつ径が約５μｍの上方隧道部１１２ｂとが形成される。第２の金属配線１１０の開口部１１２ａからの露出領域は、半田バンプとの接続用のパッド領域であって、例えばその面積は約６００μｍ×６００μｍである。
【国際調査報告】
2015079648.tif 000049
2015079648.tif 000050
2015079648.tif 000051