(57)【要約】【課題】下地段差に起因するボンディングパッド膜に発生した被覆不良などによる膜はがれなどの形状異常を抑制することを目的とする。【解決手段】アッシング処理時のステージ温度を低下させてアッシング処理することで、Ｃｕ表面を酸化することなくボンディングパッドを形成することができることにより、プラズマＴＥＯＳ膜およびＣｕ配線上にボンディングパッドを開口してプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、金属膜を成膜する下地が平坦となり、ボンディングパッドを形成する金属膜の成膜時に、平坦な下地上に金属膜を成膜することができるため、下地段差に起因するボンディングパッド膜に発生した被覆不良などによる膜はがれなどの形状異常を抑制できる半導体装置および半導体装置の製造方法を実現することができる。【選択図】図１
2008078513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線金属として銅配線を用いる半導体装置であって、
ボンディングパッド部分が、
上面が配線層間膜上面と同一面となる最上層配線の銅配線と、
前記銅配線の少なくとも前記ボンディングパッド形成領域上を含んで形成される金属膜と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上に形成されるプラズマＳｉＮ膜と
を有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
配線金属として銅配線を用いた半導体装置であって、
ボンディングパッド部分が、
上面が配線層間膜上面と同一面となる最上層配線の銅配線と、
前記銅配線の少なくとも前記ボンディングパッド形成領域上を含んで形成されるＴｉＮ膜と、
前記ＴｉＮ膜上に形成される金属膜と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上に形成されるプラズマＳｉＮ膜と
を有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記金属膜が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項４】
配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、
基板にトランジスタを形成する工程と、
最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、
前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に金と合金を形成可能な金属膜を形成する工程と、
前記金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂をマスクとして前記金属膜をエッチングする工程と、
低温アッシングにて前記感光性樹脂を除去する工程と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程と
を有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属膜のエッチングとして、ドライエッチを用いることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、
基板にトランジスタを形成する工程と、
最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、
前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に金と合金を形成可能な金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、
前記感光性樹脂を除去する工程と、
前記絶縁膜および前記銅配線に対して前記金属膜の選択比が大きい薬液を用いて、前記絶縁膜をマスクとして前記金属膜をウェットエッチングする工程と、
前記絶縁膜を除去する工程と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程と
を有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属膜がアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金であり、前記金属膜をエッチングする薬液が熱燐酸または過酸化水素水であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、
基板にトランジスタを形成する工程と、
最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、
前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜の上に金と合金を形成可能な第２の金属膜を堆積する工程と、
前記第２の金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、
前記感光性樹脂を除去する工程と、
エッチバック法で露出している前記第１の金属膜を除去するまでエッチングする工程と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記第２の金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程と
を有し、前記第１の金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の金属膜がチタンまたは窒化チタンまたはチタンを含む合金のいずれかであり、前記第２の金属膜がアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金のいずれかであることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の金属膜をエッチバックする工程がフロロカーボンガスもしくはフロロカーボンガスを含む混合ガスを用いたドライエッチングであることを特徴とする請求項８または請求項９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記フロロカーボンガスがＣＦ４もしくはＣＨＦ３であることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、
基板にトランジスタを形成する工程と、
最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、
前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜の上に金と合金を形成可能な第２の金属膜を堆積する工程と、
前記第２の金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、
前記感光性樹脂を除去する工程と、
エッチバック法で露出している前記第１の金属膜を除去するまでエッチングする工程と、
アッシング処理を施して前記エッチバック法で使用したガスから生成されたポリマー堆積物を除去する工程と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記第２の金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程と
を有し、前記第１の金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記アッシング処理時の温度が１２０℃以下であることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、
基板にトランジスタを形成する工程と、
ダマシン法により配線層間膜中に最上層銅配線の上面が前記配線層間膜上面より低くなるように複数の銅配線を形成する工程と、
前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に第１の金属膜を形成する工程と、
前記最上層銅配線の上面が前記配線層間膜上面と同一面となるように前記最上層銅配線ＣＭＰ処理を行う工程と、
前記第１の金属膜および前記配線層間膜の上に第２の金属膜を堆積する工程と、
前記第２の金属膜の上に金と合金を形成可能な第３の金属膜を堆積する工程と、
前記第３の金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂をマスクとして前記第３の金属膜および前記第２の金属膜をエッチングする工程と、
前記感光性樹脂を除去する工程と、
露出している前記第２の金属膜をエッチング除去する工程と、
前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記第３の金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程と
を有し、前記第２の金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の金属膜をエッチングする時に前記第１の金属膜に対する前記第２の金属膜の選択比が大きくなる条件でエッチングすることを特徴とする請求項１４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、Ｃｕ配線の上部に他の金属、特にアルミニウムおよびチタンならびにそれらの合金によるボンディングパッドを形成する半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の配線材料として、銅もしくは銅合金が使用されている。しかし、銅は、ワイヤー線として一般的に使用される金とは合金が形成しにくく、ワイヤーボンディングパッドとしては使用できない。そのため、ボンディングパッドとしては、アルミニウムまたはその合金が使用される。
【０００３】
ダマシン法により形成された銅配線の上にアルミニウムのパッドを形成する場合、銅配線の上に一度、プラズマシリコン窒化膜を堆積し、必要な部分を開口し、その上にアルミニウムのパッドを形成して、銅配線部とパッド部の導通を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、従来技術の実施形態について、図７，図８を参照しながら説明する。
図７は従来の半導体装置の断面構造図、図８は従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０００５】
図７において、１０１は配線層間膜であるプラズマＴＥＯＳ膜、１０２はプラズマＴＥＯＳ膜１０１中の溝に形成された最上層配線であるＣｕ配線、１０３は溝を形成するＴａＮ膜、１０４はボンディングパッド領域のＣｕ配線１０２と後述のボンディングパッドとなるアルミニウム１０５の間に形成されるＴｉＮ膜、１０５はボンディングパッドとなるアルミニウム膜、１０６はボンディングパッド領域を開口して全面に形成されたプラズマＳｉＮ膜、１０７はボンディングパッド開口部、１０８はボンディングパッド領域を開口してプラズマＴＥＯＳ膜１０１上に形成されるプラズマＳｉＮ膜、１１０は被覆不良箇所である。
【０００６】
このように、プラズマＳｉＮ膜１０８上を含むボンディングパッド領域のＣｕ配線１０２上にＴｉＮ膜１０４を形成する際に、ボンディングパッド領域のＣｕ配線１０２上とプラズマＳｉＮ膜１０８の重なる部分に段差が存在するため、その段差に起因したＴｉＮ膜４の被覆不良１１０が発生しており、段差の大きさが大きくなるほど、被覆不良１１０の発生頻度は大きくなる。
【０００７】
図８に示すように、まず、トランジスタを形成した上に配線層間膜としてプラズマＴＥＯＳ膜１０１を堆積した半導体基板において、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１０１の表面に溝パターンを形成する（図８（ａ）ステップ１）。次に、Ｃｕめっき処理とＣＭＰ処理を用いて、Ｃｕ配線１０２を形成する（図８（ｂ）ステップ２）。次に、プラズマＴＥＯＳ膜１０１およびＣｕ配線１０２の上に、プラズマＳｉＮ膜１０８を堆積する（図８（ｃ）ステップ３）。さらに、プラズマＳｉＮ膜１０８の上に感光性樹脂１０９でボンディングパッドのパターンを形成し（図８（ｄ）ステップ４）、感光性樹脂１０９のパターンをマスクとして、プラズマＳｉＮ膜１０８を開口した後、感光性樹脂１０９を除去する（図８（ｅ）ステップ５）。次に、半導体基板の表面に、アルミニウム膜１０５を堆積する（図８（ｆ）ステップ６）。このとき、プラズマＳｉＮ膜１０８とＣｕ配線１０２との間に段差が存在するため、アルミニウム膜１０５が堆積させず、その段差に起因する被覆不良１１０が段差の角部に発生する。次に、アルミニウム膜１０５の上に感光性樹脂１１９にてボンディングパッド開口部のパターンを形成する（図８（ｇ）ステップ７）。次に、感光性樹脂１１９のパターンをマスクとして、アルミニウム膜１０５をドライエッチングし（図８（ｈ）ステップ８）、半導体基板を真空保持したまま、感光性樹脂１１９をアッシング処理で除去する（図８（ｉ）ステップ９）。アッシング処理の条件として、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガスを用い、マイクロ波プラズマを用いたダウンフロー型のアッシング装置にて、マイクロ波電力が２０００Ｗ、Ｏ２流量が３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量が１００ｓｃｃｍ、半導体基板を保持するステージの温度が２５０℃にて処理する。一般的にアルミニウム膜をドライエッチングする時には、塩素を含むガスを用いるが、このとき半導体基板表面に付着する塩素がそのまま残留していると、大気中の水分と反応してフッ酸を生じ、アルミニウム膜を腐食する。そのため、残留塩素を除去する必要があり、一般的には、ステップ９のような、２００℃以上のステージ上で酸素プラズマを用いたアッシング処理を実施することで塩素は除去される。また、アルミニウム膜１０５をドライエッチングした時、エッチングはアルミニウム膜１０５をエッチングした後、プラズマＳｉＮ膜１０６の上面もしくは途中まで達しているが、下地配線部になるＣｕ配線１０２までは達していない。したがって、Ｃｕ配線１０２の表面は露出していないので、次工程のアッシング処理でもＣｕ配線１０２が異常酸化することはない（酸化銅になると配線として使用できない）。したがって、アルミニウム膜のパッド形成時に、プラズマＳｉＮ膜１０６でＣｕ配線１０２の表面が覆われていることで、２５０℃の温度で酸素プラズマを用いたアッシング処理をしても、Ｃｕ配線１０２を異常酸化することなく、塩素を除去することができる。後に、洗浄処理を実施して、半導体基板の表面にプラズマＳｉＮ膜１０６を堆積し、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を実施して、ボンディングパッド開口部１０７を形成する（図８（ｊ）ステップ１０）。
【特許文献１】特開平１１−１３５５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このとき、ステップ６で発生した被覆不良などの形状異常により、ボンディングパッド部と銅配線の密着性が減少し、膜剥がれなどの形状異常が発生するという問題点があった。
【０００９】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法は、上記従来の問題点を解決するもので、下地段差に起因するボンディングパッド膜に発生した被覆不良などによる膜はがれなどの形状異常を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体装置は、配線金属として銅配線を用いる半導体装置であって、ボンディングパッド部分が、上面が配線層間膜上面と同一面となる最上層配線の銅配線と、前記銅配線の少なくとも前記ボンディングパッド形成領域上を含んで形成される金属膜と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上に形成されるプラズマＳｉＮ膜とを有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の半導体装置は、配線金属として銅配線を用いた半導体装置であって、ボンディングパッド部分が、上面が配線層間膜上面と同一面となる最上層配線の銅配線と、前記銅配線の少なくとも前記ボンディングパッド形成領域上を含んで形成されるＴｉＮ膜と、前記ＴｉＮ膜上に形成される金属膜と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上に形成されるプラズマＳｉＮ膜とを有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の半導体装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置において、前記金属膜が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、基板にトランジスタを形成する工程と、最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に金と合金を形成可能な金属膜を形成する工程と、前記金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、前記感光性樹脂をマスクとして前記金属膜をエッチングする工程と、低温アッシングにて前記感光性樹脂を除去する工程と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程とを有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、請求項４記載の半導体装置の製造方法において、前記金属膜のエッチングとして、ドライエッチを用いることを特徴とする。
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、基板にトランジスタを形成する工程と、最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に金と合金を形成可能な金属膜を形成する工程と、前記金属膜の上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、前記感光性樹脂をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、前記感光性樹脂を除去する工程と、前記絶縁膜および前記銅配線に対して前記金属膜の選択比が大きい薬液を用いて、前記絶縁膜をマスクとして前記金属膜をウェットエッチングする工程と、前記絶縁膜を除去する工程と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程とを有し、前記金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項６記載の半導体装置の製造方法において、前記金属膜がアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金であり、前記金属膜をエッチングする薬液が熱燐酸または過酸化水素水であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、基板にトランジスタを形成する工程と、最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜の上に金と合金を形成可能な第２の金属膜を堆積する工程と、前記第２の金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、前記感光性樹脂をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記感光性樹脂を除去する工程と、エッチバック法で露出している前記第１の金属膜を除去するまでエッチングする工程と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記第２の金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程とを有し、前記第１の金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項８記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の金属膜がチタンまたは窒化チタンまたはチタンを含む合金のいずれかであり、前記第２の金属膜がアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金のいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項８または請求項９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の金属膜をエッチバックする工程がフロロカーボンガスもしくはフロロカーボンガスを含む混合ガスを用いたドライエッチングであることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、前記フロロカーボンガスがＣＦ４もしくはＣＨＦ３であることを特徴とする。
請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、基板にトランジスタを形成する工程と、最上層銅配線の上面が配線層間膜上面と同一面となるようにダマシン法により前記配線層間膜中に複数の銅配線を形成する工程と、前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜の上に金と合金を形成可能な第２の金属膜を堆積する工程と、前記第２の金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、前記感光性樹脂をマスクとして前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記感光性樹脂を除去する工程と、エッチバック法で露出している前記第１の金属膜を除去するまでエッチングする工程と、アッシング処理を施して前記エッチバック法で使用したガスから生成されたポリマー堆積物を除去する工程と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記第２の金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程とを有し、前記第１の金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１２記載の半導体装置の製造方法において、前記アッシング処理時の温度が１２０℃以下であることを特徴とする。
請求項１４記載の半導体装置の製造方法は、配線金属として銅配線を用いる半導体装置の製造方法であって、基板にトランジスタを形成する工程と、ダマシン法により配線層間膜中に最上層銅配線の上面が前記配線層間膜上面より低くなるように複数の銅配線を形成する工程と、前記最上層銅配線および前記配線層間膜上全面に第１の金属膜を形成する工程と、前記最上層銅配線の上面が前記配線層間膜上面と同一面となるように前記最上層銅配線ＣＭＰ処理を行う工程と、前記第１の金属膜および前記配線層間膜の上に第２の金属膜を堆積する工程と、前記第２の金属膜の上に金と合金を形成可能な第３の金属膜を堆積する工程と、前記第３の金属膜のボンディングパッド形成領域上に感光性樹脂を形成する工程と、前記感光性樹脂をマスクとして前記第３の金属膜および前記第２の金属膜をエッチングする工程と、前記感光性樹脂を除去する工程と、露出している前記第２の金属膜をエッチング除去する工程と、前記ボンディングパッドの開口部を除いて前記配線層間膜および前記銅配線ならびに前記第３の金属膜上にプラズマＳｉＮ膜を形成する工程とを有し、前記第２の金属膜が平坦な面上に形成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項１５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１４記載の半導体装置の製造方法において、前記第２の金属膜をエッチングする時に前記第１の金属膜に対する前記第２の金属膜の選択比が大きくなる条件でエッチングすることを特徴とする。
【００２２】
以上により、下地段差に起因するボンディングパッド膜に発生した被覆不良などによる膜はがれなどの形状異常を抑制できる半導体装置および半導体装置の製造方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明は、アッシング処理時のステージ温度を低下させてアッシング処理することで、Ｃｕ表面を酸化することなくボンディングパッドを形成することができることにより、プラズマＴＥＯＳ膜およびＣｕ配線上にボンディングパッドを開口してプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、金属膜を成膜する下地が平坦となり、ボンディングパッドを形成する金属膜の成膜時に、平坦な下地上に金属膜を成膜することができるため、下地段差に起因するボンディングパッド膜に発生した被覆不良などによる膜はがれなどの形状異常を抑制できる半導体装置および半導体装置の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第一の実施形態について、図１，図２を参照しながら説明する。
図１は本発明の第一の実施形態における半導体装置の断面構造を示す図、図２は本発明の第一の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００２５】
図１において、１は配線層間膜であるプラズマＴＥＯＳ膜、２はプラズマＴＥＯＳ膜１中の溝に形成された最上層配線であるＣｕ配線、３は溝を形成するＴａＮ膜、４はボンディングパッド領域のＣｕ配線２と後述のボンディングパッドとなるアルミニウム膜５の間に形成されるＴｉＮ膜、５はボンディングパッドとなるアルミニウム膜、６はボンディングパッド領域を開口してプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成されるプラズマＳｉＮ膜、７はボンディングパッド開口部である。
【００２６】
このように、Ｃｕ配線２上およびプラズマＴＥＯＳ膜１上全面に、プラズマＳｉＮ膜を形成せずに直接ＴｉＮ膜４を形成することにより、ＴｉＮ膜４が平坦なＣｕ配線２上およびプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成されるため、ＴｉＮ膜４成膜時およびアルミニウム膜５成膜時の被覆異常は発生しない。したがって、被覆異常に起因する膜剥がれなどの形状異常の発生を抑制できる。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態における半導体装置の製造方法は、まず、トランジスタを形成した上に配線層間膜としてプラズマＴＥＯＳ膜１を堆積した半導体基板において、リソグラフィー工程とドライエッチ工程を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１の表面に溝パターンを形成する（図２（ａ）ステップ１）。次に、Ｃｕめっき工程とＣＭＰ工程を用いて、Ｃｕ配線２を形成する（図２（ｂ）ステップ２）。ここまでが、従来と同様にダマシン法により銅配線を形成する工程である。次に、プラズマＴＥＯＳ膜１および最上層配線となるＣｕ配線２の上に、アルミニウム膜５を堆積し（図２（ｃ）ステップ３）、アルミニウム膜５の上に感光性樹脂８にてボンディングパッド開口部のパターンを形成する（図２（ｄ）ステップ４）。次に、感光性樹脂８のパターンをマスクとして、アルミニウム膜５をドライエッチングし（図２（ｅ）ステップ５）、半導体基板を真空保持したまま、Ｃｕ配線２の表面を異常酸化させずに感光性樹脂８をアッシング処理で除去する（図２（ｆ）ステップ６）。アッシング処理の条件として、Ｏ２ガスを用い、平行平板型のアッシング装置にて、Ｏ２流量が５００ｓｃｃｍ、半導体基板を保持するステージの温度が３０℃にて処理する。この時、酸素プラズマにより、半導体基板表面に残留していた塩素や臭素は除去されるが、ステージ温度が低いため、プラズマ中の酸素によるＣｕ配線の異常酸化は発生しない。最後に、洗浄処理を実施して、半導体基板の表面にプラズマＳｉＮ膜６を堆積し、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を実施して、ボンディングパッド開口部７を形成する（図２（ｇ）ステップ７）。
【００２８】
以上のように、アッシング処理時のステージ温度を低下させてアッシング処理することで、Ｃｕ表面を酸化することなくボンディングパッドを形成することができることにより、Ｃｕ配線２を形成したプラズマＴＥＯＳ膜１上にプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、アルミニウム膜５を堆積する時、段差のないプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成することができるため、下地段差によるアルミニウム膜５の被覆異常の発生を抑制することができる。したがって、ボンディングパッドの形状異常を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【００２９】
以下、本発明の第二の実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本発明の第二の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３０】
図３において、１はプラズマＴＥＯＳ膜、２はＣｕ配線、５はアルミニウム膜、６はプラズマＳｉＮ膜、７はボンディングパッド開口部、８は感光性樹脂、９はプラズマＳｉＮ膜である。
【００３１】
第二の実施形態における半導体装置を製造する際に、まず、トランジスタを形成した上に配線層間膜としてプラズマＴＥＯＳ膜１を堆積した半導体基板において、リソグラフィー工程とドライエッチ工程を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１の表面に溝パターンを形成する（図３（ａ）ステップ１）。次に、Ｃｕめっき工程とＣＭＰ工程を用いて、Ｃｕ配線２を形成する（図３（ｂ）ステップ２）。ここまでが、従来と同様にダマシン法により銅配線を形成する工程である。次に、プラズマＴＥＯＳ膜１および最上層配線となるＣｕ配線２の上に、アルミニウム膜５を堆積し（図３（ｃ）ステップ３）、アルミニウム膜５の上にプラズマＣＶＤ法を用い、絶縁膜であるプラズマＳｉＮ膜９を堆積し（図３（ｄ）ステップ４）、プラズマＳｉＮ膜９の上に感光性樹脂８にてボンディングパッド開口部のパターンを形成する（図３（ｅ）ステップ５）。次に、感光性樹脂８のパターンをマスクとして、プラズマＳｉＮ膜９をエッチングしてパターン形成し（図３（ｆ）ステップ６）、感光性樹脂８を除去する（図３（ｇ）ステップ７）。次に、残ったプラズマＳｉＮ膜９のパターンをマスクとして、熱燐酸を用いて、アルミニウム膜５をウェットエッチ処理する（図３（ｈ）ステップ８）。このとき、アルミニウム膜５が除去されて、Ｃｕ配線２の一部が露出されても、その表面が酸化されることはない。次に、ドライエッチ処理を用いて、プラズマＳｉＮ膜９を除去する（図３（ｉ）ステップ９）。ドライエッチング処理の条件として、ＣＨＦ３ガスとＯ２ガスとＡｒガスの混合ガスを用い、平行平板型のドライエッチング装置にて、放電電力が１００〜３００Ｗ、ＣＨＦ３流量が１０〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量が２〜２０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量が１００〜１０００ｓｃｃｍ、ガス圧力が５〜５０Ｐａにて処理する。このとき、図３（ｉ）のエッチング後には、Ｃｕ配線２とプラズマＴＥＯＳ膜１との段差がないことが必要、すなわち、この（ｉ）の時は、できるかぎりプラズマＴＥＯＳ膜１をエッチングしないことが必要なので、プラズマＳｉＮ膜９とプラズマＴＥＯＳ膜１との選択比が大きくなるようにドライエッチングの条件を設定することが望ましい。次に、洗浄処理を実施して、半導体基板の表面にプラズマＳｉＮ膜６を堆積し、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を実施して、ボンディングパッド開口部７を形成する（図３（ｊ）ステップ１０）。
【００３２】
なお、上述の実施形態では、アルミニウム膜５をウェットエッチするのに熱燐酸を用いたが、アルミニウム膜５と銅配線２および層間絶縁膜のプラズマＴＥＯＳ膜１との選択比が大きければ、熱燐酸の代わりに、過酸化水素水などの他の薬液を用いても構わない。
【００３３】
以上のように、第二の実施形態によれば、Ｃｕ表面を酸化することなくボンディングパッドを形成することができることにより、Ｃｕ配線２を形成したプラズマＴＥＯＳ膜１上にプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、アルミニウム膜５を堆積する時、段差のないプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成することができるため、下地段差によるアルミニウム膜５の被覆異常の発生を抑制することができる。また、ＳｉＮマスクを用いたウェットエッチング処理を実施することで、塩素除去およびレジスト除去のための高温酸素アッシングが不要なため、Ｃｕ配線２の表面を酸化させずにアルミニウム膜５をパターン形成することができる。したがって、Ｃｕ配線の表面を酸化させずに、ボンディングパッドの形状異常を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【００３４】
以下、本発明の第三の実施形態について、図４を参照しながら説明する。
図４は本発明の第三の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３５】
図４において、１はプラズマＴＥＯＳ膜、２はＣｕ配線、４はＴｉＮ膜、５はアルミニウム膜、６はプラズマＳｉＮ膜、７はボンディングパッド開口部、８は感光性樹脂である。
【００３６】
トランジスタを形成した上に配線層間膜としてプラズマＴＥＯＳ膜１を堆積した半導体基板において、リソグラフィー工程とドライエッチ工程を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１の表面に溝パターンを形成する（図４（ａ）ステップ１）。次に、Ｃｕめっき工程とＣＭＰ工程を用いて、Ｃｕ配線２を形成する（図４（ｂ）ステップ２）。ここまでが、従来と同様にダマシン法により銅配線を形成する工程である。次に、プラズマＴＥＯＳ膜３および最上層配線となるＣｕ配線２の上に、金属膜であるＴｉＮ膜４を堆積し（図４（ｃ）ステップ３）、次に、ＴｉＮ膜４の上にアルミニウム膜５を堆積し（図４（ｄ）ステップ４）、アルミニウム膜５の上に感光性樹脂８にてボンディングパッドのパターンを形成する（図４（ｅ）ステップ５）。次に、感光性樹脂８のパターンをマスクとして、アルミニウム膜５をドライエッチングし（図４（ｆ）ステップ６）、半導体基板を真空保持したまま、感光性樹脂８をアッシング処理で除去する（図４（ｇ）ステップ７）。アッシング処理の条件として、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガスを用い、マイクロ波プラズマを用いたダウンフロー型のアッシング装置にて、マイクロ波電力が２０００Ｗ、Ｏ２流量が３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量が１００ｓｃｃｍ、半導体基板を保持するステージの温度が２５０℃にて処理する。一般的にアルミニウム膜をドライエッチングする時には、塩素や臭素を含むガスを用いるが、ステップ５のアッシング時に、半導体基板表面に残留していた塩素や臭素も除去される。次に、フロロカーボンガスもしくはフロロカーボンガスを含む混合ガスのプラズマを用いたドライエッチング等にて、半導体基板をエッチバック処理し、露出しているＴｉＮ膜４を除去する（図４（ｈ）ステップ８）。ドライエッチング条件として、平行平板型のドライエッチング装置にて、放電電力が２００〜５００Ｗ、ＣＦ４流量が１０〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量が１０〜２００ｓｃｃｍで、ＣＦ４流量／Ｏ２流量比が１以上となるガス流量にて処理する。このとき、塩素および臭素を含むガスを使用しないことが望ましい。次に、洗浄処理を実施して、半導体基板の表面にプラズマＳｉＮ膜６を堆積し、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を実施して、ボンディングパッド開口部７を形成する（図４（ｉ）ステップ９）。
【００３７】
なお、上述の実施例では、ＴｉＮ膜４をドライエッチングするのにＣＦ４とＯ２の混合ガスを用いたが、ＴｉＮ膜４とアルミニウム膜５およびＣｕ配線２との選択比が大きければ、ＣＨＦ３等の他のガスを用いても構わない。
【００３８】
以上のように、第三の実施形態によれば、Ｃｕ配線２を形成したプラズマＴＥＯＳ膜１上にプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、ＴｉＮ膜４およびアルミニウム膜５を堆積する時、段差のないプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成することができるため、下地段差によるＴｉＮ膜４およびアルミニウム膜５の被覆異常の発生を抑制することができる。また、感光性樹脂８を除去する時、Ｃｕ配線２の表面はＴｉＮ膜４で覆われているため、Ｃｕ配線２の表面を酸化させずにアルミニウム膜５をパターン形成することができる。したがって、Ｃｕ配線の表面を酸化させずに、ボンディングパッドの形状異常を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【００３９】
ここでは、Ｃｕ配線上に形成する金属膜としてＴｉＮ膜を例に説明したが、チタンまたはチタンを含む合金であっても、用いることができる。
以下、本発明の第四の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図５は本発明の第四の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図５において、１はプラズマＴＥＯＳ膜、２はＣｕ配線、４はＴｉＮ膜、５はアルミニウム膜、６はプラズマＳｉＮ膜、７はボンディングパッド開口部、８は感光性樹脂、１０はポリマー堆積物である。
【００４１】
トランジスタを形成した上に配線層間膜としてプラズマＴＥＯＳ膜１を堆積した半導体基板において、リソグラフィー工程とドライエッチ工程を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１の表面に溝パターンを形成する（図５（ａ）ステップ１）。次に、Ｃｕめっき工程とＣＭＰ工程を用いて、Ｃｕ配線２を形成する（図５（ｂ）ステップ２）。ここまでが、従来と同様にダマシン法により銅配線を形成する工程である。次に、プラズマＴＥＯＳ膜３および最上層配線となるＣｕ配線２の上に、ＴｉＮ膜４を堆積し（図５（ｃ）ステップ３）、次に、ＴｉＮ膜４の上にアルミニウム膜５を堆積し（図５（ｄ）ステップ４）、アルミニウム膜５の上に感光性樹脂８にてボンディングパッドのパターンを形成する（図５（ｅ）ステップ５）。次に、感光性樹脂８のパターンをマスクとして、アルミニウム膜５をドライエッチングし（図５（ｆ）ステップ６）、半導体基板を真空保持したまま、感光性樹脂８をアッシング処理で除去する（図５（ｇ）ステップ７）。アッシング処理の条件として、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガスを用い、マイクロ波プラズマを用いたダウンフロー型のアッシング装置にて、マイクロ波電力が２０００Ｗ、Ｏ２流量が３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量が１００ｓｃｃｍ、半導体基板を保持するステージの温度が２５０℃にて処理する。一般的にアルミニウム膜をドライエッチングする時には、塩素や臭素を含むガスを用いるが、ステップ５のアッシング時に、半導体基板表面に残留していた塩素や臭素も除去される。次に、フロロカーボンガスを含む混合ガスのプラズマを用いて、半導体基板をエッチバック処理し、露出しているＴｉＮ膜４を除去する（図５（ｈ）ステップ８）。ドライエッチング条件として、平行平板型のドライエッチング装置にて、放電電力が２００〜５００Ｗ、ＣＨＦ３流量が１０〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量が１０〜２００ｓｃｃｍ、Ａｒ流量が１００〜１０００ｓｃｃｍのガス流量にて処理し、塩素および臭素を含むガスを使用しないことが望ましい。このとき、ＴｉＮ膜４の側壁やアルミニウム膜５の表面やＣｕ配線２の表面にポリマー堆積物１０が残留する。次に、アッシング処理を実施して、ポリマー堆積物１０を除去する（図５（ｉ）ステップ９）。このとき、アッシング処理時の温度を１２０℃以下にすることで、Ｃｕ配線２の表面の酸化を抑制しつつ、ポリマー堆積物１０を除去することができる。次に、洗浄処理を実施して、半導体基板の表面にプラズマＳｉＮ膜６を堆積し、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を実施して、ボンディングパッド開口部７を形成する（図５（ｊ）ステップ１０）。
【００４２】
なお、上述の実施例では、ＴｉＮ膜４をドライエッチングするのにＣＨＦ３とＯ２とＡｒの混合ガスを用いたが、ＴｉＮ膜４とアルミニウム膜５およびＣｕ配線２との選択比が大きければ、他のガスを用いても構わない。
【００４３】
以上のように、第四の実施形態によれば、Ｃｕ配線２を形成したプラズマＴＥＯＳ膜１上にプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、ＴｉＮ膜４およびアルミニウム膜５を堆積する時、段差のないプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成することができるため、下地段差によるＴｉＮ膜４およびアルミニウム膜５の被覆異常の発生を抑制することができる。また、感光性樹脂８を除去する時、Ｃｕ配線２の表面はＴｉＮ膜４で覆われているため、Ｃｕ配線２の表面を酸化させずにアルミニウム膜５をパターン形成することができる。したがって、Ｃｕ配線の表面を酸化させずに、ボンディングパッドの形状異常を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【００４４】
以下、本発明の第五の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図６は本発明の第五の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００４５】
図６において、１はプラズマＴＥＯＳ膜、２はＣｕ配線、４はＴｉＮ膜、５はアルミニウム膜、６はプラズマＳｉＮ膜、７はボンディングパッド開口部、８は感光性樹脂、１１はアルミニウム膜である。
【００４６】
トランジスタを形成した上に配線層間膜としてプラズマＴＥＯＳ膜１を堆積した半導体基板において、リソグラフィー工程とドライエッチ工程を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１の表面に溝パターンを形成する（図６（ａ）ステップ１）。次に、Ｃｕめっき処理とＣＭＰ処理を用いて、プラズマＴＥＯＳ膜１の表面よりＣｕ配線２の表面が下側になるように、Ｃｕ配線２を形成する（図６（ｂ）ステップ２）。ここまでが、従来と同様にダマシン法により銅配線を形成する工程である。次に、プラズマＴＥＯＳ膜３および最上層配線となるＣｕ配線２の上に、アルミニウム膜１１を堆積し（図６（ｃ）ステップ３）、ＣＭＰ処理を用いて、アルミニウム膜１１がプラズマＴＥＯＳ膜１と表面高さが同じになるようにＣｕ配線２の表面にのみ残るように処理する（図６（ｄ）ステップ４）。次に、プラズマＴＥＯＳ膜１およびアルミニウム膜１１の上に、ＴｉＮ膜４を堆積し（図６（ｅ）ステップ５）、次に、ＴｉＮ膜４の上にアルミニウム膜５を堆積し（図６（ｆ）ステップ６）、アルミニウム膜５の上に感光性樹脂８にてボンディングパッドのパターンを形成する（図６（ｇ）ステップ７）。次に、感光性樹脂８のパターンをマスクとして、アルミニウム膜５をドライエッチングし（図６（ｈ）ステップ８）、続いて、ＴｉＮ膜４をドライエッチングし（図６（ｉ）ステップ９）、半導体基板を真空保持したまま、感光性樹脂８をアッシング処理で除去する（図６（ｊ）ステップ１０）。ＴｉＮ膜のドライエッチング条件は、ＴｉＮ膜４とアルミニウム膜１１との選択比が大きいほど望ましい。アッシング処理の条件として、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガスを用い、マイクロ波プラズマを用いたダウンフロー型のアッシング装置にて、マイクロ波電力が２０００Ｗ、Ｏ２流量が３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量が１００ｓｃｃｍ、半導体基板を保持するステージの温度が２５０℃にて処理する。一般的にアルミニウム膜をドライエッチングする時には、塩素や臭素を含むガスを用いるが、ステップ１０のアッシング時に、半導体基板表面に残留していた塩素や臭素も除去される。また、アルミニウム膜５とＴｉＮ膜４のドライエッチング処理を同時に実施することが可能となる。次に、洗浄処理を実施して、半導体基板の表面にプラズマＳｉＮ膜６を堆積し、リソグラフィー処理とドライエッチ処理を実施して、ボンディングパッド開口部７を形成する（図６（ｋ）ステップ１１）。
【００４７】
上述の実施例では、ボンディングパッドの下層部の金属膜とＣｕ配線の表面に残す膜の組み合わせとして、ＴｉＮ膜とアルミニウム膜としたが、他に同じような選択比を実現できる材料での組み合わせでも構わない。
【００４８】
以上のように、第五の実施形態によれば、Ｃｕ配線２を形成したプラズマＴＥＯＳ膜１上にプラズマＳｉＮ膜を形成する必要がないため、ＴｉＮ膜４およびアルミニウム膜５を堆積する時、段差のないプラズマＴＥＯＳ膜１上に形成することができるため、下地段差によるＴｉＮ膜４およびアルミニウム膜５の被覆異常の発生を抑制することができる。また、感光性樹脂８を除去する時、Ｃｕ配線２の表面はアルミニウム膜１１で覆われているため、Ｃｕ配線２の表面を酸化させずに、アルミニウム膜１１の膜減りを発生させることなく、アルミニウム膜５およびＴｉＮ膜４をパターン形成することができる。したがって、Ｃｕ配線の表面を酸化させずに、ボンディングパッドの形状異常を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【００４９】
以上の説明では、ボンディングパッドを形成する金属膜としてアルミニウムを用いたが、アルミニウム合金を用いることもできる。
以上の説明では、アルミニウム等の金属膜のエッチングとしてドライエッチングを用いる場合について述べたが、その他のエッチング方法を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、下地段差に起因するボンディングパッド膜に発生した被覆不良などによる膜はがれなどの形状異常を抑制でき、Ｃｕ配線の上部に他の金属、特にアルミニウムおよびチタンならびにそれらの合金によるボンディングパッドを形成する半導体装置および半導体装置の製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施形態における半導体装置の断面構造を示す図
【図２】本発明の第一の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図３】本発明の第二の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図４】本発明の第三の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図５】本発明の第四の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図６】本発明の第五の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図７】従来の半導体装置の断面構造図
【図８】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
【００５２】
１    プラズマＴＥＯＳ膜
２    Ｃｕ配線
３    ＴａＮ膜
４    ＴｉＮ膜
５    アルミニウム膜
６    プラズマＳｉＮ膜
７    ボンディングパッド開口部
８    感光性樹脂
９    プラズマＳｉＮ膜
１０    ポリマー堆積物
１１    アルミニウム膜
１０１    プラズマＴＥＯＳ膜
１０２    Ｃｕ配線
１０３    ＴａＮ膜
１０４    ＴｉＮ膜
１０５    アルミニウム膜
１０６    プラズマＳｉＮ膜
１０７    ボンディングパッド開口部
１０８    プラズマＳｉＮ膜
１０９    感光性樹脂
１１０    被覆不良
１１９    感光性樹脂
【図１】
2008078513.tif 000003
【図２】
2008078513.tif 000004
【図３】
2008078513.tif 000005
【図４】
2008078513.tif 000006
【図５】
2008078513.tif 000007
【図６】
2008078513.tif 000008
【図７】
2008078513.tif 000009
【図８】
2008078513.tif 000010