(57)【要約】【課題】エッチング工程を終了した時点でパッド電極（露出目的層）の表面状態を最適化できるようにした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】保護膜（ＳｉＮ）を選択的にエッチングして当該保護膜２０下からパッド電極の表面（Ａｌ）を露出させるエッチング工程を含み、当該エッチング工程では、パッド電極の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、保護膜下からＡｌが露出した後も当該エッチング工程と反射光の強度測定とを継続して行い、反射光の強度が所定値Ａに達したら当該エッチング工程を終了する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング膜をエッチングして当該被エッチング膜下から露出目的層の表面を露出させるエッチング工程を含み、
当該エッチング工程では、
前記露出目的層の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、
前記被エッチング膜下から前記露出目的層の表面が露出した後も当該エッチング工程と前記反射光の強度測定とを継続して行い、
前記反射光の強度が所定値に達したら当該エッチング工程を終了する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
保護膜を選択的にエッチングして当該保護膜下からパッド電極の表面を露出させるエッチング工程を含み、
当該エッチング工程では、
前記パッド電極の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、
前記保護膜下から前記パッド電極の表面が露出した後も当該エッチング工程と前記反射光の強度測定とを継続して行い、
前記反射光の強度が所定値に達したら当該エッチング工程を終了する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
保護膜を選択的にエッチングして当該保護膜下からパッド電極の表面を露出させるエッチング工程を含み、
当該エッチング工程では、
前記保護膜下から前記パッド電極の表面が露出した後も当該エッチング工程を継続して行うと共に、前記パッド電極の表面が露出した後で当該パッド電極の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、
前記反射光の強度が所定値に達したら当該エッチング工程を終了する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングはドライエッチングであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記光は紫外線であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造分野では、層間絶縁膜上にパッド電極（「ボンディングパッド」とも呼ばれている。）を形成し、このパッド電極を覆うように保護膜（「パッシベーション膜」とも呼ばれている。）を形成した後で、パッド電極上の保護膜をドライエッチングで除去することによって開口部を形成し、その後、開口部から露出しているパッド電極の表面にボンディングワイヤー等を接続することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。上記開口部を形成するためのドライエッチング工程（以下、「開口エッチング工程」ともいう。）では、多くの場合、プラズマ発光波長でエンドポイントを検出している。即ち、チャンバ内のプラズマ発光の波長を測定し、この測定値が所定値に達してから一定時間経過した後でエッチング処理を止めている。
【特許文献１】特開２００３−１７４９２号公報
【特許文献２】特開平９−１４３７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、パッド電極とボンディングワイヤーとの接続強度に関する性能（以下、ボンディング性能ともいう。）は、開口部から露出しているパッド電極の表面状態に依存するところが大きい。本発明者の知見では、パッド電極が主にアルミニウム（Ａｌ）で構成され、ボンディングワイヤーが金線で構成されている場合には、パッド電極の表面の粗さが小さいほどボンディング性能が高くなる傾向がある。
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、ボンディング条件（熱圧着の温度や圧力等）を最適化することによって上記ボンディング性能の向上が図られていた。ボンディング性能を高めるために、開口エッチング工程を終了した時点でパッド電極の表面粗さを小さくしておくことについては何ら行われてこなかった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、エッチング工程を終了した時点でパッド電極（露出目的層）の表面状態を最適化できるようにした半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の半導体装置の製造方法は、被エッチング膜をエッチングして当該被エッチング膜下から露出目的層の表面を露出させるエッチング工程を含み、当該エッチング工程では、前記露出目的層の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、前記被エッチング膜下から前記露出目的層の表面が露出した後も当該エッチング工程と前記反射光の強度測定とを継続して行い、前記反射光の強度が所定値に達したら当該エッチング工程を終了する、ことを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、反射光の強度（または、反射光の強度を測定することによって算出される光の反射率）と、露出目的層の表面粗さとの間には相関がある。即ち、反射光の強度（または、光の反射率）が大きいほど露出目的層の表面粗さは小さく、反射光の強度が最大値のとき露出目的層の表面粗さは最小となっている。露出目的層の表面粗さが大きいほど反射光は散乱してその光強度が低下する。
【０００７】
発明１の半導体装置の製造方法によれば、エッチング中に露出目的層の表面粗さの大小を把握することができ、パッド電極の表面粗さが小さくなったときにエッチング工程を終了することができる。従って、例えば、被エッチング膜が保護膜で露出目的層がパッド電極である場合には、パッド電極の表面粗さを小さくした状態で次工程のボンディング工程へ進むことができる。
【０００８】
〔発明２、３〕  発明２の半導体装置の製造方法は、保護膜を選択的にエッチングして当該保護膜下からパッド電極の表面を露出させるエッチング工程を含み、当該エッチング工程では、前記パッド電極の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、前記保護膜下から前記パッド電極の表面が露出した後も当該エッチング工程と前記反射光の強度測定とを継続して行い、前記反射光の強度が所定値に達したら当該エッチング工程を終了する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、「保護膜」はパッシベーション膜（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）とも呼ばれ、応力や不純物の侵入等からＩＣを保護するための膜である。また、「パッド電極」はボンディングパッドとも呼ばれ、基板上に形成されたＩＣの配線パターンを基板の外側へ引き出すための電極である。
発明３の半導体装置の製造方法は、保護膜を選択的にエッチングして当該保護膜下からパッド電極の表面を露出させるエッチング工程を含み、当該エッチング工程では、前記保護膜下から前記パッド電極の表面が露出した後も当該エッチング工程を継続して行うと共に、前記パッド電極の表面が露出した後で当該パッド電極の表面に向けて光を照射してその反射光の強度を測定し、前記反射光の強度が所定値に達したら当該エッチング工程を終了する、ことを特徴とするものである。
【００１０】
発明２、３の半導体装置の製造方法によれば、エッチング中にパッド電極の表面粗さの大小を把握することができ、パッド電極の表面粗さが小さくなったときにエッチング工程を終了することができる。ボンディング性能はパッド電極の表面粗さの大小に依存するところが大きく、ボンディング工程での条件最適化のみによるボンディング性能の向上には限界があったが、本発明では、保護膜のエッチング工程を終了した時点でパッド電極の表面状態を最適化することが可能であるため、ボンディング性能のさらなる向上が可能である。
【００１１】
〔発明４、５〕  発明４の半導体装置の製造方法は、発明１から発明３の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記エッチングはドライエッチングであることを特徴とするものである。
発明５の半導体装置の製造方法は、発明１から発明４の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記光は紫外線であることを特徴とするものである。発明５の半導体装置の製造方法によれば、例えば、ドライエッチングによるプラズマ発光の波長領域と、反射光の波長領域とがほとんど重ならないので、反射光の強度をノイズ少なく測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。ここでは、保護膜（パッシベーション膜）２０を選択的にエッチングしてパッド電極１０の真上に開口部２５を形成する場合について説明する。
図１（Ａ）では、まず始めに、下側から窒化チタン（ＴｉＮ）膜１１、アルミニウム（Ａｌ）膜１３、窒化チタン（ＴｉＮ）膜１５で構成される積層構造のパッド電極１０を図示しない絶縁膜上に形成する。ここで、Ａｌ膜１３は、例えばアルミニウム１００％の膜、またはＡｌ−Ｃｕ膜（組成比の一例として、アルミニウム９９％、銅１％）である。
【００１３】
次に、図示しない絶縁膜上の全面に保護膜２０を形成してパッド電極１０を覆う。保護膜２０は例えばシリコン窒化（ＳｉＮ）膜である。そして、図１（Ｂ）に示すように、上記の開口部２５を形成する領域を露出し、それ以外の領域を覆うレジストパターン３０を保護膜２０上に形成する。そして、このレジストパターン３０をマスクに保護膜２０をエッチングして上記開口部２５を形成する。このエッチング工程では、例えば図２に示すようなドライエッチング装置５０を用いる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態に係るドライエッチング装置５０の構成例を示す概念図である。図２に示すように、このドライエッチング装置５０は枚葉式であり、チャンバ５１と、チャンバ５１内でウエーハＷを固定するためのステージ５３と、ステージ５３に固定されたウエーハＷに向けて所定の光を照射する発光源５５と、ウエーハＷ表面で反射した光を受光部５９に導くスプリッター５７と、スプリッター５７を介して導入された反射光の強度を測定する受光部５９と、を含んだ構成となっている。図２に示すように、本実施の形態では、チャンバ５１の外側（または、内側でもよい。）に発光源５５と受光部５９とが設けられており、エッチングを行っている間は受光部５９にて反射光の強度（即ち、反射強度）を測定し続ける。
【００１５】
図３は、開口エッチング工程におけるエッチング時間と反射率との関係を示す図である。図３の横軸はエッチング時間（即ち、エッチングを開始してからの時間）を示し、縦軸は光の反射率を示す。ここで、光の反射率は下記の（１）式で求められるため、図３の縦軸は反射率ではなく反射強度としてもよい。また、図３の横軸に沿って記載されたＳｉＮ、ＴｉＮ、Ａｌは、点線で区切られている各エッチング時間において主にエッチングされる膜を示している。
【００１６】
反射率＝反射強度÷発光源５５での光の強度×１００…（１）
【００１７】
図３に示すように、ＳｉＮ（保護膜）２０をエッチングしてＴｉＮ膜１５が露出すると表面反射率は一旦低下する。さらにエッチングを進めるとＡｌ膜１３の表面が露出するが、Ａｌ膜１３が露出した直後はその表面粗さが大であり（図４（Ａ）参照。）、その影響により反射率は低い値を示す。しかしながら、Ａｌ膜１３のエッチングを進めるとその表面粗さは小さくなり（図４（Ｂ）参照。）、これに伴って反射率は急激に上昇する。
【００１８】
ここで、ボンディング性能が所望の性能値以上となるときの反射率（＝Ａ）を予め実験で求めておく。そして、各ウエーハＷにおける開口エッチング工程では、ＴｉＮ膜１５下からＡｌ膜１３の表面が露出した後も反射率の測定を継続して行い、反射率が所定値Ａとなったときにエッチングの終点を検出するようにしておく。即ち、反射率が所定値Ａとなったときに開口エッチング工程を終了させる。これにより、全てのウエーハＷにおいて、エッチング工程を終了した時点でのＡｌ膜１３の表面粗さを小さくすることができる。
【００１９】
なお、図３に示すように、反射率が所定値Ａに到達した後もＡｌ膜１３のエッチングを続けて行うと、反射率はやがて最大値に到達し、Ａｌ膜１３の表面粗さが最も小さく、表面状態がもっとも滑らかな状態となる。しかしながら、さらにＡｌ膜１３のエッチングを続けて行うとＡｌがグレイン単位でエッチングされ、滑らかな表面の所々にグレインが削られた後（即ち、凹部）１４ができてしまう（図４（Ｃ）参照）。そのため、図３に示すように、反射率は最大値に到達した後、緩やかに低下する傾向が見られる。
【００２０】
図１（Ｂ）に戻って、開口エッチング工程でＡｌ膜１３の表面を露出させた後は、ボンディング工程へ進む。そして、図１（Ｃ）に示すように、Ａｌ膜１３の表面に金線等からなるボンディングワイヤー４０を接合する。ここで、Ａｌ膜１３表面の粗さは上記の反射率測定によって小さい状態となっているので、Ａｌ膜１３とボンディングワイヤー４０とを接合強度高く接合することができる。
【００２１】
このように、本発明の実施の形態によれば、エッチング中にＡｌ膜１３の表面の粗さの大小を把握することができ、Ａｌ膜１３の表面の粗さが小さくなったときに開口エッチング工程を終了することができる。従って、ロット内の全てのウエーハＷにおいて、Ａｌ膜１３表面の粗さを小さくすることができ、この状態で次工程のボンディング工程へ進捗させることができる。
【００２２】
ボンディング性能はＡｌ膜１３の表面粗さの大小に依存するところが大きく、ボンディング工程の条件最適化のみを頼りにしたボンディング性能の向上には限界があったが、本実施の形態では、保護膜２０のエッチング工程を終了した時点でＡｌ膜１３の表面状態をボンディング性能の向上に寄与するよう最適化することが可能であるため、ボンディング性能のさらなる向上が可能である。
この実施の形態では、保護膜２０が本発明の「被エッチング膜」または「保護膜」に対応し、Ａｌ膜１３が本発明の「露出目的層」または「パッド電極」に対応している。
【００２３】
なお、この実施の形態では、ドライエッチング装置５０において、開口エッチング工程を開始してから終了するまで反射率を常に測定し続ける場合について説明したが、開口エッチング工程の途中から反射率の測定を開始するようにしても良い。例えば、プラズマ発光波長の変化によってＴｉＮ膜１５下からのＡｌ膜１３の露出を検出した直後から、反射率の測定を開始するようにしてもよい（即ち、プラズマ発光波長の変化を反射率測定開始のトリガーとする。）。このような構成であっても、Ａｌ膜１３の表面の粗さが小さくなったときに開口エッチング工程を終了することができるので、ボンディング性能のさらなる向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図。
【図２】実施の形態に係るドライエッチング装置５０の構成例を示す概念図。
【図３】開口エッチング工程におけるエッチング時間と反射率との関係を示す図。
【図４】Ａｌ膜１３の表面状態の変化を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１０  パッド電極、１１、１５  ＴｉＮ膜、１３  Ａｌ膜、２０  保護膜（ＳｉＮ）、２５  開口部、３０  レジストパターン、４０  ボンディングワイヤー、５０  ドライエッチング装置、５１  チャンバ、５３  ステージ、５５  発光源、５７  スプリッター、５９  受光部、Ｗ  ウエーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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