(57)【要約】【課題】銅配線を利用しつつも、パッド部での不良を低減することが可能な半導体装置を提供すること。【解決手段】銅を主成分とする銅配線を有する配線構造１１において、銅配線の一部として接続電極１２が形成される。配線構造１１上には、接続電極１２の少なくとも一部を露出させる開口部２０ａが形成され、その開口部２０ａを介してアルミニウムを主成分とする接続電極３０が接続電極１２に接続された状態で形成される。また、接続電極３０の膜厚は、絶縁膜２０の膜厚よりも薄く形成されるので、銅の酸化や腐食を防止しつつ、良好な耐湿性を有する半導体装置を低コストで得ることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とする銅配線を有する半導体装置であって、
前記銅配線の一部として形成される第１の接続電極と、
前記第１の接続電極の少なくとも一部を露出させる開口部が形成された絶縁膜と、
アルミニウムを主成分とし、前記開口部を介して前記第１の接続電極に接続され、前記絶縁膜よりも薄い膜厚で凹面状に形成される第２の接続電極と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜はシリコン窒化膜を備え、前記シリコン窒化膜の膜厚を２００ｎｍ以上に形成することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを備え、前記シリコン酸化膜は前記シリコン窒化膜上に積層されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜に前記銅配線の一部を露出させるヒューズ用開口部が形成され、前記ヒューズ用開口部を介して前記銅配線の一部に接続されるヒューズをさらに備える半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第２の接続電極の凹部に皿状の窪みが形成され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、
前記第１の接続電極の上端面にディッシングが形成され、前記第１の接続電極のディッシング面に沿って前記第２の接続電極が形成されることにより、前記皿状の窪みが形成される半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に銅配線を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置において、配線遅延を軽減して高速動作を可能にするために銅配線が利用されており、パッド部にも銅が利用されているものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅は酸化しやすい性質を有するため、パッド部に銅が利用されると、酸化による腐食が原因でワイヤボンディングやバンプ処理等を行った際に、ピンコンタクト不良、ボンディング剥がれ、バンプ剥がれ等のような接触不良が発生する。
【０００４】
また、銅は比較的軟らかい材料であるため、テスト時にテスト用針を使用するとパッド部が破損する可能性が高い。
【０００５】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、銅配線を利用しつつ、パッド部での不良を低減することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、銅を主成分とする銅配線を有する半導体装置であって、前記銅配線の一部として形成される第１の接続電極と、前記第１の接続電極の少なくとも一部を露出させる開口部が形成された絶縁膜と、アルミニウムを主成分とし、前記開口部を介して前記第１の接続電極に接続され、前記絶縁膜よりも薄い膜厚で凹面状に形成される第２の接続電極と、を備えて構成される。
【０００７】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記絶縁膜がシリコン窒化膜を備え、前記シリコン窒化膜の膜厚を２００ｎｍ以上に形成することで構成される。
【０００８】
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の半導体装置において、絶縁膜がシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを備え、前記シリコン酸化膜が前記シリコン窒化膜上に積層されて構成される。
【０００９】
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の半導体装置において、前記絶縁膜に前記銅配線の一部を露出させるヒューズ用開口部が形成され、前記ヒューズ用開口部を介して前記銅配線の一部に接続されるヒューズをさらに備えて構成される。
【００１０】
請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、前記第２の接続電極の凹部に皿状の窪みが形成されることを特徴としている。
【００１１】
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載の半導体装置において、前記第１の接続電極の上端面にディッシングが形成され、前記第１の接続電極のディッシング面に沿って前記第２の接続電極が形成されることにより、前記皿状の窪みが形成されて構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施形態にかかる半導体装置１の構造を示す断面図である。なお、図１においては基板１０上に形成されるトランジスタ等のデバイス構造は省略している。
【００１４】
半導体装置１は基板１０上に配線構造１１を有する。配線構造１１は、銅を主成分とする銅配線と、絶縁膜１３とを有し、例えば多層構造によってデバイス間等を電気的に接続するための配線が形成されている。配線構造１１の最上層には、銅配線の一部として、外部との電気接続を行うための接続電極１２が形成される。このため、接続電極１２は銅を主成分として構成され、配線構造１１の上端面に露出する。
【００１５】
配線構造１１の上部にはシリコン酸化膜（Ｓｉ０２）又はシリコン窒化膜（ＳｉＮ）で構成される絶縁膜（パッシベーション膜）２０が形成される。絶縁膜２０は、接続電極１２の少なくとも一部（図１では中央部）が露出するように開口部２０ａが形成される。
【００１６】
そして、開口部２０ａより露出する接続電極１２上には、アルミニウムを主成分とする接続電極３０が形成される。接続電極３０は、絶縁膜２０の開口部２０ａを介して接続電極１２に接続され、絶縁膜２０よりも薄い膜厚で凹面状に形成される。そして半導体装置１の最上層には接続電極３０の凹部が露出するように絶縁膜４０が被覆される。
【００１７】
以上のように構成される半導体装置１では、接続電極３０の凹部がボンディングワイヤを接続するための接続部、すなわちパッド部となる。図２は、半導体装置１にボンディングワイヤを接続した状態を示す図である。図２に示すように、接続電極３０の凹部に対し、ボンディングワイヤ８がはんだ９によって固定されることになる。このように接続電極１２の直上に形成される接続電極３０の凹部をパッド部とすることにより、パッド部を形成するための面積を最小限に抑えることができるので、半導体装置１の小型化を図ることが可能になる。
【００１８】
次に、半導体装置１を製造する工程について説明する。図３は、半導体装置１の製造工程を示す図である。ただし、図３では基板１０の図示は省略している。
【００１９】
まず、配線構造１１に銅を主成分とする銅配線が埋め込まれ、ＣＭＰ法等によって配線構造１１の上端面の平坦化が行われる（図３（ａ））。これにより、銅を主成分とする接続電極１２が上端面より露出した状態となる。そして配線構造１１上に絶縁膜２０を形成する（図３（ｂ））。このとき、絶縁膜２０の膜厚は、半導体装置１に良好な耐湿性が得られる膜厚とする。そして接続電極１２の少なくとも一部が露出するように、絶縁膜２０に開口部２０ａを形成する（図３（ｃ））。次に、アルミニウムを主成分とする金属膜をスパッタリング法等により堆積させ、堆積した金属膜をエッチングしてパターニングを行うことで、接続電極３０を形成する（図３（ｄ））。そして絶縁膜４０を形成して、パッド部に対応して開口を設けることで、半導体装置１が形成される（図３（ｅ））。
【００２０】
このような半導体装置１では、銅を主成分とする接続電極１２がアルミニウムを主成分とする接続電極３０及び絶縁膜２０によって被覆されるので、接続電極１２の銅が酸化若しくは腐食されることを防止することができる。また、パッド部として銅よりも硬質の材料であるアルミニウムが使用されているため、テスト評価時にテスト用針を使用しても、パッド部が破損する可能性を低くすることができる。したがって、上記のような構造により、銅配線を利用しつつも、パッド部での不良が低減され、信頼性の高い半導体装置１を形成することが可能である。
【００２１】
また、半導体装置１において良好な耐湿性を得るためには、絶縁膜２０をある一定以上の膜厚で構成する必要があるのに対し、パッド部を形成する接続電極３０はテスト評価時の針当てに耐えられる程度の膜厚で構成すればよい。このため、接続電極３０の膜厚を絶縁膜２０よりも薄く形成することができるので、製造時のコスト低廉化を図ることができる。
【００２２】
なお、接続電極３０の下面側及び上面側に対して、アルミニウムの腐食を防止するために、ＴｉＮ／Ｔｉ又はＴａＮで構成されるバリアメタル層を形成してもよい。
【００２３】
実施の形態２．
本実施形態では、良好な耐湿性を得るための具体的な絶縁膜２０の一構成例について説明する。
【００２４】
図１の半導体装置１において、絶縁膜２０の膜厚が必要以上に厚くなると、寄生容量が増加するので問題となる。そこで、本実施形態では、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を備えて絶縁膜２０を構成し、そのシリコン窒化膜の膜厚を２００ｎｍ以上とする。シリコン窒化膜を２００ｎｍ以上に構成すれば、良好な耐湿性を得ることが可能になる。この結果、２００ｎｍ以上のシリコン窒化膜を具備しない絶縁膜を採用する場合に比べて、絶縁膜２０の膜厚を薄くすることができ、寄生容量を低く抑えることが可能になる。
【００２５】
実施の形態３．
本実施形態では絶縁膜２０の上記とは異なる構成例について説明する。半導体装置１の耐湿性を良好な状態に維持するために、シリコン窒化膜単層で絶縁膜２０を形成すると、その上層に形成される接続電極３０のエッチングを行う際に、シリコン窒化膜が剥がれてしまう問題が生ずる。これは、シリコン窒化膜のエッチング選択比が低いことに起因するものである。
【００２６】
そこで、本実施形態では絶縁膜２０を図４に示すような構造とする。なお、図４では、図１に示した部材と同一部材については同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００２７】
図４に示すように、本実施形態の半導体装置１ａにおいて、絶縁膜２０は、配線構造１１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２１が形成され、かつ、シリコン窒化膜２１の上層にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２２が積層されて構成される。シリコン酸化膜２２はシリコン窒化膜２１よりもエッチング選択比が大きく、その上層に形成される接続電極３０のエッチングを行う際に、シリコン酸化膜２２が剥がれる可能性は低い。
【００２８】
このため、シリコン窒化膜単層で絶縁膜２０を形成する場合には、エッチング時の剥がれ量を考慮して絶縁膜形成を行う必要があるのに対し、本実施形態のように、シリコン窒化膜２１上にシリコン酸化膜２２を形成することにより、シリコン窒化膜２１の膜厚を、例えば良好な耐湿性が得られる２００ｎｍ程度に形成することができる。したがって、シリコン窒化膜単層で構成する場合よりも、絶縁膜２０の膜厚を薄くすることができ、半導体装置１ａの寄生容量を低減することが可能になる。
【００２９】
また、シリコン窒化膜単層で絶縁膜を構成する場合と、本実施形態のようにシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを備えた二重構造の絶縁膜２０を構成する場合とを比べると、同一膜厚であれば、一般的に後者の方が寄生容量は低減される。
【００３０】
したがって、図４のような絶縁膜２０を形成することにより、銅の酸化や腐食を防止しつつも、良好な耐湿性を維持し、かつ、寄生容量の低い半導体装置１ａを形成することが可能になる。
【００３１】
実施の形態４．
本実施形態では、半導体装置のテスト評価時にテスト用針の位置調整を容易に行うことのできる構成例について説明する。
【００３２】
図５は、本実施形態にかかる半導体装置１ｂの構造を示す断面図である。なお、図５では、図１に示した部材と同一部材については同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００３３】
半導体装置１ｂでは、銅配線の一部として構成される接続電極１２の上端面にディッシングが形成され、そのディッシング面に沿ってアルミニウムを主成分とする接続電極３０が一定膜厚で形成される。この結果、接続電極３０の凹部には、皿状（すりばち状）の窪みが形成され、その窪みの深さは凹部の中心に向かう程、深くなる。
【００３４】
接続電極３０に対して皿状の窪みが形成されることにより、パッド部に対するテスト評価を行う際、テスト用針の位置調整が容易になる。図６は、半導体装置１ｂにテスト用針５０を接触された状態を示す図である。接続電極３０の凹部に対して皿状の窪みが形成されているため、テスト用針５０がパッド部の縁部に当接したとしても、図６の矢印Ｒに示すように、テスト用針５０は中央部にずれ込むので、テスト用針５０の位置調整を簡単に行うことが可能になる。
【００３５】
このような半導体装置１ｂを製造する工程について説明する。図７は、半導体装置１ｂの製造工程を示す図である。ただし、図７では基板１０の図示は省略している。
【００３６】
まず、配線構造１１に銅を主成分とする銅配線が埋め込まれ、ＣＭＰ法等によって配線構造１１の平坦化が行われる。このとき、ＣＭＰ法による研磨処理を通常よりも過度に行うことで、銅配線の一部である接続電極１２の表面にディッシングを形成する（図７（ａ））。なお、テスト用針５０を適切に凹部中心に位置ずれさせるためには、ディッシングの深さＨは５０μｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
そして配線構造１１上に絶縁膜２０を形成する（図７（ｂ））。このとき、絶縁膜２０の膜厚は、半導体装置１に良好な耐湿性が得られる膜厚とし、上述したように、シリコン窒化膜を２００ｎｍ以上の膜厚で形成してもよいし、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を積層してもよい。そして接続電極１２の少なくとも一部が露出するように、絶縁膜２０に開口部２０ａを形成する（図７（ｃ））。
【００３８】
次に、アルミニウムを主成分とする金属膜をスパッタリング法等により、接続電極１２のディッシング面に沿って堆積させる。その後、堆積した金属膜をエッチングしてパターニングを行うことで、接続電極３０を形成する（図７（ｄ））。そして絶縁膜４０を形成して、パッド部に対応して開口を設けることで、半導体装置１ｂが形成される（図７（ｅ））。
【００３９】
上記のようにして半導体装置１ｂを製造することにより、特別な工程を設けることなく、接続電極３０の凹部に対して皿上の窪みを形成することが可能であり、低コストで半導体装置１ｂを得ることができる。
【００４０】
このような半導体装置１ｂでは、銅配線を利用しつつも、パッド部での不良が低減されるとともに、テスト評価時のテスト用針５０を簡単にアライメントすることが可能である。この結果、テスト評価を効率的かつ正確に行うことが可能になる。
【００４１】
また、実施の形態２及び３で説明した絶縁膜を、本実施形態における半導体装置１ｂの絶縁膜２０に適用することにより、耐湿性及び寄生容量の観点からも良好な半導体装置１ｂを得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態においても、アルミニウムの腐食を防止するために、接続電極３０に対してＴｉＮ／Ｔｉ又はＴａＮで構成されるバリアメタル層を形成してもよい。
【００４３】
実施の形態５．
上記実施の形態３において説明した技術は、最上層の銅配線上にヒューズを形成するのに特に有効なものとなる。以下、これについて説明する。
【００４４】
図８は、銅配線上にヒューズ３１が形成される半導体装置１ｃを示す図であり、絶縁膜２０がシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との二重構造で形成される。なお、図８でも、上述した部材と同一部材については同一符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００４５】
図８に示すように、配線構造１１上に絶縁膜２０として、シリコン窒化膜２１を形成し、さらにシリコン窒化膜の上層にシリコン酸化膜２２を積層することにより、絶縁膜２０の膜厚を薄くすることができる。そして銅配線の一部を露出させるように、絶縁膜２０に対して開口部が形成される。この開口部がヒューズ３１を接続するためのヒューズコンタクトを規定することになる。
【００４６】
絶縁膜２０は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との二重構造により、薄く形成されるので、ヒューズ３１を形成するための開口部の深さを比較的浅くすることができる。したがって、ヒューズコンタクトを低くすることができ、ダマシン法等による、アルミニウムを主成分とするヒューズ３１の開口部に対する埋め込み処理を比較的容易に行うことができ、半導体装置１ｃの製造コスト低廉化を図ることが可能になる。
【００４７】
この結果、絶縁膜２０をシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との二重構造とすることにより、実施の形態３にて説明した効果に加えて、銅配線１４上にヒューズ３１を形成する際、ヒューズ３１を容易に形成することが可能になる。
【００４８】
以上、本発明にかかる実施形態を説明したが、本発明は上述した内容に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能であることは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる半導体装置は、アルミニウムを主成分とする第２の接続電極が、絶縁膜の開口部を介して、銅配線の一部として構成される第１の接続電極に接続されるとともに、絶縁膜よりも薄い膜厚で凹面状に形成されるため、低い製造コストで銅の酸化や腐食を良好に防止することができ、銅配線を利用しつつも、パッド部での不良を低減することができる。
【００５０】
請求項２の発明にかかる半導体装置では、絶縁膜がシリコン窒化膜を備え、シリコン窒化膜の膜厚が２００ｎｍ以上に形成されるため、良好な耐湿性を備えた半導体装置を得ることができる。
【００５１】
請求項３の発明にかかる半導体装置では、絶縁膜がシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを備え、シリコン酸化膜がシリコン窒化膜上に積層されるので、良好な耐湿性を維持しつつ、絶縁膜の膜厚を薄くすることが可能である。この結果、半導体装置の寄生容量を低く抑えることが可能であり、信頼性の高い半導体装置が実現される。
【００５２】
請求項４の発明にかかる半導体装置では、絶縁膜に銅配線の一部を露出させるヒューズ用開口部が形成され、ヒューズがヒューズ用開口部を介して銅配線の一部に接続されるので、容易にヒューズ形成を行うことのできる半導体装置が実現される。
【００５３】
請求項５の発明にかかる半導体装置では、第２の接続電極の凹部に皿状の窪みが形成されるので、テスト評価時に使用されるテスト用針のアライメントを容易に行うことができ、テスト評価を効率的かつ正確に行うことが可能である。
【００５４】
請求項６の発明にかかる半導体装置では、第１の接続電極の上端面にディッシングが形成され、第１の接続電極のディッシング面に沿って第２の接続電極が形成されることにより、皿状の窪みが形成されるので、特別な工程を行うことなく皿上の窪みを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】半導体装置にボンディングワイヤを接続した状態を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】実施の形態３にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【図５】実施の形態４にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】半導体装置にテスト用針を接触された状態を示す図である。
【図７】実施の形態４にかかる半導体装置の製造工程を示す図である。
【図８】実施の形態５にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ　半導体装置、１０　基板、１１　配線構造、１２　接続電極、１４　銅配線、２０　絶縁膜、２０ａ　開口部、３０　接続電極、３１
配線部、４０　絶縁膜。
【図１】
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【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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