(57)【要約】【課題】半導体装置の上面方向からの耐衝撃性を向上させる。また、最上層配線の表面の耐食性を向上させる。また、良品／不良品選別過程で電極パッドの表面にプローブを突き当てた際の配線層の上層に生じる亀裂を抑制する。また、良品／不良品選別過程で電極パッドの表面にプローブを突き当てた際の配線層の腐食を防止する。【解決手段】Ｃｕ配線１１２の上部にＴｉ膜１１６、ＴｉＮ膜１１５、パッド金属膜１１７を順次形成する。不活性ガス中で熱アニールを施し、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３を形成した後、ポリイミド膜１１８を形成し、カバースルーホールを設けてパッド金属膜１１７表面を露出させ、ハンダボール１２０を接合する。【選択図】  図１
2004296621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた配線層と、前記配線層上に設けられた保護膜と、前記保護膜上に設けられた電極パッドと、を含み、前記配線層と前記保護膜との間に、前記配線層を構成する元素と異なる異種元素を含む酸化防止層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、前記配線層が銅含有金属であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、前記異種元素は、前記配線層を構成する金属よりも酸化還元電位の低い金属であ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、前記異種元素は、長周期型周期表第４族元素または第６族元素であ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、前記異種元素がＴｉまたはＳｉであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の半導体装置において、前記保護膜がＴｉ層またはＴｉＮ層を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置において、前記酸化防止層は、前記配線層の上部が変性した層であって、前記配線層を構成する元素と前記異種元素とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に保護膜を形成する工程と、
前記配線層の表面に、前記保護膜を構成する元素であって、前記配線層を構成する元素と異なる異種元素を熱拡散させ、前記配線層と前記保護膜との間に酸化防止層を形成する工程と、
前記保護膜上に電極パッドを設ける工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に配線層を形成する工程と、
前記配線層を構成する元素と異なる異種元素を含むプラズマを前記配線層の表面に照射して、前記配線層の表面に酸化防止層を形成する工程と、
前記配線層上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上に電極パッドを設ける工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法において、配線層を形成する前記工程は、銅含有金属層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記異種元素は、前記配線層を構成する金属よりも酸化還元電位の低い金属であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法において、前記異種元素は、長周期型周期表第４族元素または第６族元素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、前記異種元素がＴｉまたはＳｉであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項８乃至１３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する前記工程は、Ｔｉ層またはＴｉＮ層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極パッドを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスにおいて、半導体基板上にパターニングされた配線構造のうち、最上層の配線に、外部との電気的接続を確保するための接続用の電極パッドが形成されることがある。以下、電極パッドを有する半導体装置の製造方法の例について説明する。
【０００３】
図１０および図１１は、従来の半導体装置を製造するプロセスの工程断面図である。図１０および図１１はプロセスの説明に用いる概略図であり、多層膜１１１等各層の厚さは実際の寸法比とは異なっている。
【０００４】
まず、図１０（ａ）に示したように、シリコン基板１１０上に、配線層及び層間絶縁膜等が積層した多層膜１１１を形成する。最上層の層間絶縁膜上にＣｕ配線１１２を形成する。次いで、ＳｉＯＮ及びＳｉＯ２を含む２層構造の層間絶縁膜１１４を形成し、Ｃｕ配線１１２から開口するビアホール１２２を形成する（図１０（ａ））。
【０００５】
つづいて層間絶縁膜１１４上にＴｉＮ膜１１５、パッド金属膜１１７およびＴｉＮ膜１２１を順次形成した後、これらをハンダボールの搭載に適した大きさにパターニングし、パッド電極を形成する（図１０（ｂ））。
【０００６】
次いで、パッド金属膜１１７を覆うようにポリイミド膜１１８を形成した後、ポリイミド膜１１８をパターニングして開口部１１９を設け、パッド金属膜１１７の一部を露出させる（図１０（ｃ））。その後、開口部１１９の底部のＴｉＮ膜１２１をウェットエッチングによって除き、図１０（ｄ）に示したパッド電極構造を得る。
【０００７】
こうして得られるパッド電極の信頼性を向上させる方法としては、従来次のような方法が用いられていた。
【０００８】
特許文献１では、銅パッド位置より少しずらしたパッシベーション絶縁膜の位置にＡｌパッドを形成することにより、また、銅配線中への酸素の透過を抑制することにより、ボンディング時のストレスを低減し、銅配線の劣化を防止する技術が提案されている。これは、図１０との対応では、Ｃｕ配線１１２の直上より少しずらした位置にパッド金属膜１１７を形成することに相当する。
【０００９】
また、特許文献２では、銅ボンド・パッド上に不活性合金としてＣｕＴｉｘ層を形成することにより金属間化合物の形成を抑制し、銅ボンド・パッド上にアルミニウムまたは金の配線を直接ボンディングする技術が提案されている。これを図１０の構成に対応させて説明すると、シリコン基板１１０、多層膜１１１、Ｃｕ配線１１２、層間絶縁膜１１４を有し、Ｃｕ配線１１２の表面にＣｕＴｉｘ層が形成された構成となる。同文献記載のプロセスでは、未反応のＴｉ層は除去され、ＣｕＴｉｘ層がＣｕ配線１１２の表面に露出している。
【００１０】
ここで、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの電気的特性検査を行う場合、被測定デバイスの電極パッドに探針プローブを接触させ、検査を行う方法が採用される。すなわち、実際の良品／不良品選別のプロセスにおいては、図１０（ｄ）の状態で、パッド金属膜１１７にプローブ用の針を突き当てる方法で特性検査を行う。このとき、従来の半導体装置では、耐衝撃性が充分ではなかったため、プローブをパッド電極の表面に突き当てた際に、パッド金属膜１１７やその下層のＴｉＮ膜１１５が剥離してしまい、Ｃｕ配線１１２が露出することがあった。
【００１１】
特許文献１に記載の半導体装置では、銅配線の上部にＴｉ膜およびＴｉＮ膜が形成されているため、ある程度の強度は確保されているが、良品／不良品選別においてプローブを突き当てた場合には銅配線の上層が損傷し、銅配線が露出してしまっていた。
【００１２】
このように、図１０（ｄ）の状態でＣｕ配線１１２が露出すると、大気中の酸素や水によって露出したＣｕ配線１１２の表面が酸化され、腐食されてしまう。すなわち、Ｃｕ配線１１２表面に銅の酸化膜１２３が形成される（図１１（ａ））。このため、配線構造が劣化してしまうことがあった。よって、Ａｌパッドの設置位置を配線層の直上から移動させるだけでは、プローブを突き当てた際の銅配線の腐食を抑制することが困難であった。
【００１３】
また、特許文献２に記載の半導体装置は、銅ボンド・パッドの表面にＣｕＴｉｘ層を有するため、Ｃｕの腐食をある程度防止する効果がある。しかし、衝撃に対する機械的強度に優れず、良品／不良品選別においてプローブを突き当てた場合には、銅ボンド・パッドの表面が損傷し、銅が露出してしまっていた。
【００１４】
このように、銅ボンド・パッドの上部にＣｕＴｉｘ層を形成しただけでは、プローブを突き当てた際に銅ボンド・パッドが損傷してしまい、また、同様に腐食が生じていた。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１５５１６号公報
【特許文献２】
特開２０００−９１３４１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の半導体装置では、良品／不良品選別のプロセスにおける基板の上面方向からの衝撃に対する耐性が充分でなかった。また、衝撃により銅配線が露出した際に、露出した表面の腐食の抑制された半導体装置が求められていた。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は半導体装置の上面方向からの耐衝撃性を向上させる技術を提供することにある。また、本発明の別の目的は、最上層配線の表面の耐食性を向上させる技術を提供することにある。また、本発明の別の目的は、良品／不良品選別過程で電極パッドの表面にプローブを突き当てた際の配線層の上層に生じる亀裂を抑制する技術を提供することにある。また、本発明のさらにまた別の目的は、良品／不良品選別過程で電極パッドの表面にプローブを突き当てた際の配線層の腐食を防止する技術を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板上に設けられた配線層と、前記配線層上に設けられた保護膜と、前記保護膜上に設けられた電極パッドと、を含み、前記配線層と前記保護膜との間に、前記配線層を構成する元素と異なる異種元素を含む酸化防止層を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１９】
本発明に係る半導体装置において、電極パッドは、その後、その上部にハンダボールが形成され、ボンディングパッドが形成されるように構成される。このハンダボールを含む外部電極構造によって、半導体装置は外部回路と電気的に接続される。
【００２０】
本発明の半導体装置では、配線層の上部に保護膜が形成されているため、機械的強度に優れ、良品／不良品選別用のプローブを突き当てた際の衝撃による損傷が抑制される。また、プローブの接触により配線層の一部が露出した場合であっても、酸化防止層の作用により、配線金属の酸化が有効に抑制される。配線層と保護膜との間に酸化防止層を有するため、プローブを突き当てた際に配線層の上層が損傷して配線層の表面が露出し、大気に接触した場合には、酸化防止層中の、配線層を構成する元素と異なる異種元素が酸化される。このため、配線層の表面に銅の腐食を防止する安定な層が形成され、半導体装置の劣化が抑制される。
【００２１】
以上のように、本発明では、保護膜と酸化防止層の相乗効果により、プローブを突き当てた際の配線層の腐食が防止される。配線層は、たとえば銅含有金属とすることができる。
【００２２】
本発明によれば、半導体基板上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に保護膜を形成する工程と、前記配線層の表面に、前記保護膜を構成する元素であって、前記配線層を構成する元素と異なる異種元素を熱拡散させ、前記配線層と前記保護膜との間に酸化防止層を形成する工程と、前記保護膜上に電極パッドを設ける工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２３】
本発明に係る製造方法は、配線層上に保護膜を形成する工程を含むため、プローブを突き当てた際の耐衝撃性に優れた半導体装置を得ることができる。このため、配線層の上層に損傷が生じ、配線層の表面が露出した際にも、配線層の酸化による腐食が抑制される半導体装置を得ることができる。また、配線層と保護膜との間に、配線層を構成する元素と異なる異種元素を含む酸化防止層を確実に形成することができる。酸化防止層は、異種元素が配線層の表面に拡散して形成された層であってもよいし、配線層を構成する元素が保護膜の表面に拡散して形成された層であってもよい。
【００２４】
また、本発明によれば、半導体基板上に配線層を形成する工程と、前記配線層を構成する元素と異なる異種元素を含むプラズマを前記配線層の表面に照射して、前記配線層の表面に酸化防止層を形成する工程と、前記配線層上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に電極パッドを設ける工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２５】
本発明に係る製造方法は、異種元素を含むプラズマを前記配線層の表面に照射する工程を含むため、配線層と保護膜との間に確実に酸化防止層が形成される。このため、プローブを突き当てた際に配線層の表面が露出した際にも、配線層の酸化による腐食を抑制することができる。
【００２６】
本発明の半導体装置の製造方法において、配線層を形成する工程は、銅含有金属層を形成する工程を含んでもよい。本発明に係る製造方法は、酸化防止層を形成する工程を含むため、銅含有金属層を配線層とした際の配線層表面の腐食が好適に抑制される。
【００２７】
本発明において、前記異種元素は、前記配線層を構成する金属よりも酸化還元電位の低い金属であってもよい。こうすることにより、プローブを突き当てた際に配線層の上層が損傷して配線層の表面が露出し、大気に接触した場合には、酸化防止層中の異種元素が優先的に酸化される。このため、配線層の表面に銅の腐食を防止する安定な層が形成され、半導体装置の劣化が抑制される。
【００２８】
本発明において、前記異種元素は、長周期型周期表第４族元素または第６族元素であってもよい。たとえば、前記異種元素がＴｉまたはＳｉであってもよい。こうすることにより、プローブを突き当てた際に配線層の上層が損傷して配線層の表面が露出し、大気に接触した場合にも、ＴｉまたはＳｉの酸化膜が優先的に形成されるため、配線層の腐食をより一層確実に抑制することができる。
【００２９】
本発明の半導体装置において、前記保護膜がＴｉ層またはＴｉＮ層である構成とすることができる。また、本発明の半導体装置の製造方法において、保護膜を形成する前記工程は、Ｔｉ層またはＴｉＮ層を形成する工程を含んでもよい。保護膜がＴｉ層またはＴｉＮ層を含むことにより、保護層の機械的強度が確保されるため、プローブを突き当てた際の配線層の損傷をさらに抑制することができる。
【００３０】
本発明の半導体装置において、前記酸化防止層は、前記配線層の上部が変性した層であって、前記配線層を構成する元素と前記異種元素とを含んでもよい。こうすれば、良品／不良品選別検査において配線層表面に露出することにより発生する配線層の腐食をより一層確実に抑制することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、最上層配線の表面に酸化防止層が設けられ、その上部に保護層が形成されたパッド構造の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、製造プロセスの説明に用いる図は概略図であり、各層の厚さは実際の寸法比に必ずしも対応していない。
【００３２】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態に係るパッド構造を示す図である。図１に示したように、パッド構造１２４では、めっき法により成膜されたＣｕ配線１１２の上部にＴｉ膜１１６およびＴｉＮ膜１１５がこの順に形成されたＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５を有している。ＴｉＮ膜１１５は機械的強度に優れる膜であるため、良品／不良品選別試験の際には、ＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５がＣｕ配線１１２の保護膜となる。このため、パッド構造１２４の良品／不良品選別の際に、プローブをパッド金属膜１１７に突き当てた際の耐衝撃性に優れた構造となっている。
【００３３】
なお、本明細書では、積層された保護膜は、「上層／下層」のように表す。たとえば、ＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５では、Ｔｉ膜１１６が下層となり、ＴｉＮ膜１１５が上層となる。
【００３４】
また、パッド構造１２４では、Ｃｕ配線１１２の上面に、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３が形成されている。このため、プローブを突き当てた際にＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５にクラックが生じてＣｕ配線１１２が露出した場合にも、Ｃｕ配線１１２の腐食が抑制される。これは、ＴｉはＣｕよりも卑な、すなわち酸化還元電位が低い金属であるため、パッド金属膜１１７が空気中に曝され酸素や水と接触した際に、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３中のＴｉがＣｕよりも優先的に酸化され、Ｃｕの酸化を防止するためである。このように、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３はＣｕ配線１１２表面の腐食を防止する酸化防止層としての役割を果たしており、Ｃｕ配線１１２を設けることにより、Ｃｕ配線１１２の表面が腐食されることによる電気的コンタクトの低下が抑制される。
【００３５】
Ｃｕ配線１１２およびＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５の厚さは所定の厚さに設計することができるが、たとえば、Ｃｕ配線１１２の厚さを１．６μｍ程度、Ｔｉ膜１１６の厚さを５０ｎｍ程度、ＴｉＮ膜１１５の厚さを２００ｎｍ程度とすることができる。こうすれば、Ｃｕ配線１１２表面に好適にＴｉ−Ｃｕ層１１３が形成されるとともに、ＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５に好適な機械強度が確保される。
【００３６】
また、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３は、ＣｕとＴｉとの合金であってもよいし、ＴｉとＣｕとを含む化合物であってもよい。また、めっき法により形成されたＣｕ配線１１２の表面のグレインのバウンダリーにＴｉが拡散した形態であってもよい。Ｔｉ−Ｃｕ層１１３中のＴｉとＣｕの割合は、Ｃｕの酸化が抑制される範囲で任意に選択することができる。好ましくは、固溶限以下の範囲とする。また、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３の厚さはたとえば１０ｎｍ以上とすることができる。こうすることにより、Ｃｕの腐食を確実に抑制することができる。また、２０ｎｍ以上とすることが好ましい。こうすれば、より一層確実にＣｕの腐食が抑制される。また、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３の厚さに特に上限はないが、たとえばＣｕ配線１１２の厚さの１／２以下とすることができる。こうすることにより、電気抵抗の上昇が好適に抑制される。
【００３７】
パッド構造１２４では、パッド金属膜１１７の材料として、たとえばＡｌ−Ｃｕ合金を用いることができる。また、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｗ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金またはＡｌとしてもよい。保護膜としてＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５を用い、パッド金属膜１１７としてＡｌ−Ｃｕ合金を用いることにより、パッド金属膜１１７中のＡｌの（１１１）面方向の配向性が良好となる。このため、パッド金属膜１１７とＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５との間の導電性が向上するともに、パッド金属膜１１７を配線として用いた場合、ＥＭ（エレクトロマイグレーション）耐性が向上する。
【００３８】
Ａｌ−Ｃｕ合金を用いる場合、ＡｌとＣｕの比率はたとえばＡｌ／Ｃｕ＝５０／５０〜９８／２（重量比）程度とすることができる。また、パッド金属膜１１７の厚さは、たとえば１μｍ〜２μｍ程度とすることができる。
【００３９】
また、パッド構造１２４において、層間絶縁膜１１４の材料としては、たとえばシリコン酸化膜や、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、各種低誘電率絶縁膜等を用いることができる。
【００４０】
次に、図１のパッド構造の製造方法について図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るパッド構造の製造方法を示す図である。
【００４１】
まず、シリコン基板１１０上に、配線層及び層間絶縁膜等が積層した多層膜１１１を形成する。最上層の層間絶縁膜上にＣｕ配線１１２を形成する。次いで、ＳｉＯＮ及びＳｉＯ２を含む２層構造の層間絶縁膜１１４を形成する。そして、パッドビアフォトリソグラフィーおよびパッドビアエッチング工程を経て、パッドビアを開口するビアホール１２２を形成する（図２（ａ））。
【００４２】
次に、層間絶縁膜１１４上にＴｉ膜１１６、ＴｉＮ膜１１５、パッド金属膜１１７およびＴｉＮ膜１２１を順次形成する。ここで、Ｔｉ膜１１６およびＴｉＮ膜１１５が積層したＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５は、たとえば反応性スパッタにより形成する。そして、パッド金属膜１１７のフォトリソグラフィーを行い、エッチングによりハンダボールの搭載に適した大きさのパッド電極となるようにパターニングし、パッド電極を形成する（図２（ｂ））。
【００４３】
つづいて、不活性ガス雰囲気中で熱アニールを行う。この工程により、Ｔｉ膜１１６中のＴｉがＣｕ配線１１２との界面からＣｕ配線１１２中に熱拡散する。このため、Ｃｕ配線１１２の表面に、Ｔｉの共存するＴｉ−Ｃｕ層１１３が形成される（図２（ｃ））。アニールに用いる不活性ガスは、たとえばＨ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガス等とすることができる。また、アニール条件は、たとえば３５０〜４５０℃の温度で３０分以上の炉アニールとする。また、炉アニールを施す時間の上限は特にないが、たとえば１２０分以下とすることができる。
【００４４】
このように、後述する電極パッドの形成に通常用いられる加熱条件を上回る条件でアニールすることにより、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３が確実に形成される。通常行われるボンディング時の加熱では、充分なアニール効果は得られないため、このようなＴｉ−Ｃｕ層１１３を安定的に得ることは困難である。
【００４５】
パッド構造１２４においては、図２（ｃ）のアニールのステップでＴｉ−Ｃｕ層１１３が形成される。このアニールに特有の効果によりＴｉ−Ｃｕ層１１３が形成され、Ｃｕ配線１１２の腐食が確実に防止される。また、Ｃｕ配線１１２の表面が腐食しないため、プローブを突き当てた際に、Ｃｕ配線１１２の上層に損傷が生じた際にも、ハンダボール１２０と露出したＣｕ配線１１２との間の密着性が向上する。
【００４６】
アニールに次いで、カバー膜を形成した後、カバーフォトリソグラフィーを経てカバースルーホールを形成する。すなわち、パッド金属膜１１７を覆うようにポリイミド膜１１８を形成した後、ポリイミド膜１１８をパターニングして開口部１１９を設け、パッド金属膜１１７の一部を露出させる（図２（ｄ））。その後、開口部１１９底部のＴｉＮ膜１２１を、ドライエッチングによって除き、アミン系有機溶剤を用いて、パッド金属膜１１７の表面の酸化膜をとりのぞき、図２（ｄ）に示したパッド電極構造を得る。
【００４７】
本実施形態では、この状態で電気的特性検査を行う。図２（ｄ）の状態では、Ｃｕ配線１１２の表面にＴｉ−Ｃｕ層１１３が形成されている。このため、ボンディングパッドにプローブを突き当てた場合、ＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５やパッド金属膜１１７にクラックが生じてＣｕ配線１１２が露出しても、Ｔｉ−Ｃｕ層１１３中のＴｉが優先的に酸化されて不活性な酸化防止層を形成するため、Ｃｕの腐食が抑制される。
【００４８】
良品／不良品選別検査後、開口部１１９にハンダを付着させ、ハンダボール１２０を形成する。こうして、図１のパッド構造１２４が得られる。開口部１１９にハンダを付着させるボンディング条件は、たとえば３８０℃にて５分程度とすることができる。
【００４９】
また、プローブを突き当てた際にＣｕ配線の上層が損傷した場合に、たとえば図３に模式的に示したパッド構造１２４が得られる。従来の装置では、たとえば図１１（ｂ）に模式的に示した構造が得られ、Ｃｕ配線１１２とハンダボール１２０との電気的コンタクトや密着性が低下してしまっていた。これに対し、図３のパッド構造では、Ｃｕ配線１１２の表面にＴｉ−Ｃｕ層１１３が形成され、Ｃｕ配線１１２表面の酸化が防止されているため、Ｃｕ配線１１２とハンダボール１２０の密着性が良好である。
【００５０】
（第二の実施形態）
第一の実施形態においては熱拡散によりＴｉ−Ｃｕ層１１３すなわち酸化防止層を形成したが、酸化防止層を構成する原子を含む物質を最上層配線表面に照射することにより、最上層配線の表面に酸化防止層を形成することもできる。
【００５１】
図４は、このような方法により形成されたパッド構造を示す図である。図４のパッド構造１２７は、図１のパッド構造１２４と基本的な構成は同様であるが、酸化防止層の構成材料および形成方法が異なる。以下、図４のパッド構造１２７について、パッド構造１２４と異なる部分を中心に説明をする。
【００５２】
パッド構造１２７においては、Ｃｕ配線１１２の表面にＳｉ−Ｃｕ層１２６が形成されている。Ｓｉは、Ｃｕより卑な金属であるため、Ｃｕ配線１１２の表面にＳｉ−Ｃｕ層１２６が形成されていれば、Ｃｕ配線１１２表面が大気中に曝された際に、Ｓｉが優先的に酸化物を形成し、Ｃｕの腐食が抑制される。
【００５３】
Ｓｉ−Ｃｕ層１２６層は、シリサイド化した層であってもよいし、ＣｕグレインのバウンダリーにＳｉが拡散していてもよい。Ｓｉ−Ｃｕ層１２６中のＳｉとＣｕの割合は、Ｃｕの酸化が抑制される範囲で任意に選択することができる。好ましくは、固溶限以下の範囲とする。また、Ｓｉ−Ｃｕ層１２６の厚さはたとえば５０ｎｍ以上とすることができる。こうすることにより、Ｃｕの腐食を確実に抑制することができる。また、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。こうすれば、より一層確実にＣｕの腐食が抑制される。また、Ｓｉ−Ｃｕ層１２６の厚さに特に上限はないが、たとえばＣｕ配線１１２の厚さの１／２以下とすることができる。こうすることにより、電気抵抗の上昇が好適に抑制される。
【００５４】
次に、Ｃｕ配線１１２の表面をシリサイド化する場合を例に、パッド構造１２７の製造方法について説明する。図５は、パッド構造１２７の製造方法を示す図である。
【００５５】
まず、図２（ａ）と同様に、シリコン基板１１０上に、多層膜１１１、Ｃｕ配線１１２、層間絶縁膜１１４およびビアホール１２２を形成する（図５（ａ））。次に、後述する方法により、Ｃｕ配線１１２の表面をシリサイド化する（図５（ｂ））。次に、図２（ｂ）と同様にして、層間絶縁膜１１４上にＴｉ膜１１６、ＴｉＮ膜１１５、パッド金属膜１１７およびＴｉＮ膜１２１を順次形成する（図５（ｃ））。そして、図２（ｄ）と同様にしてポリイミド膜１１８を形成した後開口部１１９を形成し、パッド金属膜１１７の表面を露出させ、洗浄液で処理する（図５（ｄ））。そして、開口部１１９に図１と同様にハンダボール１２０を形成すれば、図４のパッド構造が得られる。
【００５６】
Ｃｕ配線１１２の表面のシリサイド化は、プラズマ照射により行う。たとえば３５０℃、３ｔｏｒｒの圧力下で、ＳｉＨ４（ＳｉＨ４の流量５０ｓｃｃｍに対してＮ２の流量５０００ｓｃｃｍ）を２０〜９０秒程度作用させる。こうすれば、Ｃｕ配線１１２の表面にＳｉ−Ｃｕ層１２６としてＣｕシリサイド膜が確実に形成される。
【００５７】
なお、Ｃｕ配線１１２を露出させた後、防食剤で表面を保護し、その後シリサイド化を行ってもよい。このようにすれば、Ｃｕ配線１１２の表面が確実にシリサイド化される。
【００５８】
また、プローブを突き当てた際にＣｕ配線の上層が損傷した場合には、たとえば図６に模式的に示したパッド構造１２７が得られる。図６において、Ｃｕ配線１１２の表面にＳｉ−Ｃｕ層１２６が形成され、Ｃｕ配線１１２表面の酸化が防止されているため、Ｃｕ配線１１２とハンダボール１２０の密着性が良好である。
【００５９】
また、図４のパッド構造においては、保護膜をＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５としたが、ＴｉＮ膜１１５のみを形成し、これを保護膜としてもよい。
【００６０】
以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６１】
たとえば、上述の実施形態においては、最上層配線としてＣｕ配線１１２を用いているが、最上層配線の材料は、銅と他の金属との合金等、銅含有金属としてもよい。また、酸化防止層には、銅よりも酸化還元電位が低い、すなわち卑な金属を用いることができる。このような金属として、たとえば長周期型周期表第６族元素や、第４族元素を用いることができる。また、具体的にはＴｉやＳｉの他に、たとえばＷ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｇ等を用いることができる。銅または銅含有金属を最上層配線とした場合には、その表面が酸化され、腐食されやすいが、銅よりも卑な金属が酸化防止層に存在するため、大気中に最上層配線の表面が曝された場合にも、その金属が優先的に酸化され、最上層配線の腐食が防止される。
【００６２】
また、保護膜としてＴｉＮ／Ｔｉ膜１２５を用いているが、下層に銅よりも酸化されにくく、パッド金属膜１１７中に拡散する金属であればよい。たとえばＴａ／ＴａＮ、Ｗ／ＷＮ等とすることもできる。
【００６３】
また、ＴｉＮ膜１２１は、硬い、もしくは、弾性率の高い金属膜であればよく、ＴａＮ、Ｔａ、ＷＮ、Ｗ、Ｍｏ、ＴｉＷなどの膜を用いてもよい。さらに、ポリイミド膜１１８に代わり、たとえばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いてもよい。
【００６４】
また、パッド構造１２４またはパッド構造１２７を作製する際には、Ｃｕ配線１１２の表面を洗浄液で処理することにより、パッド金属膜１１７の表面の酸化膜を除去した後、つづいて、パッド金属膜１１７の表面に対し防食処理を施してもよい。こうすれば、パッド金属膜１１７表面を好適に抑制することができる。
【００６５】
【実施例】
（実施例）
本実施例では、ウェハ上に厚さ１．６μｍの銅膜、厚さ約２００ｎｍのＴｉＮ層、さらに、５０ｎｍのＴｉ層および厚さ約１．２μｍのＡｌ膜を設けた構造体を作製した。銅膜は配線層に対応し、Ａｌ膜がパッド電極に対応する。銅膜は、めっき法で作製し、Ａｌ膜はスパッタ法で形成した。ＴｉＮ層は反応性スパッタにより形成した。
【００６６】
得られた構造体を、Ｈ２雰囲気中、４００℃、３０分の条件でアニールした。そして、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察時に供するためのＰｔ／Ｃ／Ｐｔ膜および保護膜を順次形成した。Ｐｔ／Ｃ／Ｐｔ膜のうち、Ｃの下層のＰｔはＣＶＤ法、Ｃは蒸着法、Ｃの上層のＰｔはスパッタ法でそれぞれ形成した。
【００６７】
さらに、ＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線スペクトロスコピー）により、得られた構造体中の各層の元素分析を行った。
【００６８】
（比較例１）
比較として、ウェハ上に厚さ１．６μｍの銅膜、厚さ２００ｎｍのＴｉＮ層、厚さ１．２μｍのＡｌ膜を設けた構造体を作製した。得られた構造体を、実施例と同様の条件でアニールし、実施例と同様にしてＴＥＭ観察およびＥＤＸ測定を行った。
【００６９】
（比較例２）
実施例と同様の構成の構造体を作製した。そして、アニールを施さずにＰｔ／Ｃ／Ｐｔ膜および保護膜を順次形成した。そして、実施例と同様にしてＴＥＭ観察およびＥＤＸ測定を行った。
【００７０】
（比較例３）
比較例１と同様の構成の構造体を作製した。そして、アニールを施さずにＰｔ／Ｃ／Ｐｔ膜および保護膜を順次形成した。そして、実施例と同様にしてＴＥＭ観察およびＥＤＸ測定を行った。
【００７１】
（評価）
図７は、得られた構造体の断面のＴＥＭ写真である。図７（ａ）は、比較例１の構造体の断面であり、Ｃｕ配線層の表面に新たな層は形成されていない。一方、図７（ｂ）は、実施例に係る構造体の断面である。Ｃｕ配線層の表面に、Ｃｕ配線層とは異なる構造の層（図中の「Ｔｉ／ＣｕＴｉ」層）が形成されており、この層中で、Ｃｕの粒界に沿ってＴｉが浸入していることが確かめられた。実施例に係る構造体に形成されていたＣｕＴｉ層の厚さは１００ｎｍであった。
【００７２】
また、図８および図９は、実施例に係る構造体のＥＤＸ測定結果を示すスペクトルである。図８（ａ）は図７（ｂ）中のＴｉＮ層の測定結果を示し、図８（ｂ）は、図７（ｂ）中のＴｉ／ＣｕＴｉ層の測定結果を示す。さらに、図９（ｃ）は、図７（ｂ）中のＣｕ層の測定結果を示す。図８（ａ）〜図９（ｃ）より、Ｔｉ／ＣｕＴｉ層はＴｉＮ層およびＣｕ層のいずれとも構成元素の組成が異なり、ＴｉとＣｕを含む層であることが確かめられた。また、Ｔｉ／Ｃｕ＝１／１程度（原子比）であった。
【００７３】
また、比較例２および比較例３の構造体についても同様にＴＥＭ観察およびＥＤＸ測定を行ったところ、比較例１と同様に、Ｃｕ配線層の表面にＣｕＴｉ層が形成されていないことが確かめられた。
【００７４】
以上の結果から、Ｃｕ配線層の上部にＴｉ層を形成し、そして保護膜を形成した後アニールを施すことにより、Ｃｕ配線層とＴｉＮ層との間にＴｉとＣｕを含む層が形成されることが確かめられた。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体装置の上面方向からの耐衝撃性を向上させることができる。また、本発明によれば、最上層配線の表面の耐食性を向上させることができる。また、本発明によれば、良品／不良品選別過程で電極パッドの表面にプローブを突き当てた際の配線層の上層に生じる亀裂を抑制することができる。また、本発明によれば、良品／不良品選別過程で電極パッドの表面にプローブを突き当てた際の配線層の腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るパッド構造を示す図である。
【図２】本実施形態に係るパッド構造の製造工程を示す図である。
【図３】本実施形態に係るパッド構造を示す図である。
【図４】本実施形態に係るパッド構造を示す図である。
【図５】本実施形態に係るパッド構造の製造工程を示す図である。
【図６】本実施形態に係るパッド構造を示す図である。
【図７】実施例の結果を示す図である。
【図８】実施例に係る構造体のＥＤＸ測定結果を示すスペクトルである。
【図９】実施例に係る構造体のＥＤＸ測定結果を示すスペクトルである。
【図１０】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１１０  シリコン基板
１１１  多層膜
１１２  Ｃｕ配線
１１３  Ｔｉ−Ｃｕ層
１１４  層間絶縁膜
１１５  ＴｉＮ膜
１１６  Ｔｉ膜
１１７  パッド金属膜
１１８  ポリイミド膜
１１９  開口部
１２０  ハンダボール
１２１  ＴｉＮ膜
１２２  ビアホール
１２３  酸化膜
１２４  パッド構造
１２５  ＴｉＮ／Ｔｉ膜
１２６  Ｓｉ−Ｃｕ層
１２７  パッド構造
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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