(57)【要約】【課題】  配線部とパッド電極層との付け根の部分での断線を防止しつつ、電極パッドの密着性を向上させることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体装置は、半導体層１０と、  前記半導体層１０の上方に設けられた層間絶縁層２６と、  前記層間絶縁層２６に設けられたコンタクトホール７４ａと、  前記コンタクトホール７４の内面および前記層間絶縁層の上方に設けられた第１バリアメタル層４０ａと、  前記コンタクトホール７４ａに埋めこまれたコンタクト層７４と、  少なくとも前記コンタクト層７４の上方に設けられた保護層４２と、  前記保護層４２の上方に設けられた導電層４０ｂと、  前記導電層４０ｂの上方に設けられ、パッド開口部を備えた保護絶縁層５０と、を含む。【選択図】      図１
2005191072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層の上方に設けられた層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に設けられたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールの内面および前記層間絶縁層の上方に設けられた第１バリアメタル層と、
前記コンタクトホールに埋めこまれたコンタクト層と、
少なくとも前記コンタクト層の上方に設けられた保護層と、
前記保護層の上方に設けられた導電層と、
前記導電層の上方に設けられ、パッド開口部を備えた保護絶縁層と、を含む、半導体装置。  
【請求項２】
請求項１において、
前記パッド開口部は、前記コンタクトホールの鉛直上方以外の領域に形成されている、半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記パッド開口部下方の保護層および第１バリアメタル層は除去されている、半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記保護層の材質は、前記導電層と同一である、半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記保護層の材質は、前記バリアメタル層と同一である、半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記保護絶縁層と、前記導電層との間に第２バリアメタル層が設けられている、半導体装置。
【請求項７】
（ａ）半導体層の上方に層間絶縁層を形成する工程と、
（ｂ）前記層間絶縁層に、コンタクトホールを形成する工程と、
（ｃ）前記コンタクトホールの内面および前記層間絶縁層の上方に第１バリアメタル層を形成する工程と、
（ｄ）前記コンタクトホール内にコンタクト層を形成する工程と、
（ｅ）少なくとも前記コンタクト層の上方に保護層を形成する工程と、
（ｆ）パッド開口部が形成される領域の下方に形成された前記保護層および前記第１バリアメタル層を除去する工程と、
（ｇ）前記保護層の上方に導電層を形成する工程と、
（ｈ）前記導電層の上方に、前記パッド開口部を有する保護絶縁層を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記（ｇ）の後に、
前記導電層の上方に第２バリアメタル層を形成する工程と、
前記パッド開口部が形成される領域の前記第２バリアメタル層を除去する工程と、をさらに含む、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、ボンディングパッド構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置において、配線層の信頼性（ストレスマイグレーション耐性およびエレクトロマイグレーション耐性など）を向上させるために、配線層と絶縁層との間にバリアメタルを介在させる方法がある。しかし、配線に接続される電極パッドと絶縁膜との間にもバリアメタルを介在させると、バリアメタル層と絶縁膜の密着性が悪いために、ボンディング時にパッド電極層が剥がれてしまうことがある。
【特許文献１】特開２００２―２２２８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、配線部とパッド電極層との付け根の部分での断線を防止しつつ、パッド電極層の密着性を向上させることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の半導体装置は、半導体層と、
前記半導体層の上方に設けられた層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に設けられたコンタクトホールと、
前記コンタクトホールの内面および前記層間絶縁層の上方に設けられた第１バリアメタル層と、
前記コンタクトホールに埋めこまれたコンタクト層と、
少なくとも前記コンタクト層の上方に設けられた保護層と、
前記保護層の上方に設けられた導電層と、
前記導電層の上方に設けられ、パッド開口部を備えた保護絶縁層と、をむ。
【０００５】
本発明の半導体装置によれば、コンタクトホールに埋めこまれた導電層の上に保護層が設けられている。そのため、コンタクトホールに埋めこまれている導電層の表面が露出することを防ぐことができる。その結果、抵抗の低く、ばらつきの少ない安定したコンタクトホール層を形成することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、本発明の半導体装置では、パッド開口部が形成される領域の保護層および第１バリアメタル層が除去されており、導電層が直接層間絶縁層と接している。そのため、導電層と層間絶縁層の密着性の向上を図られ、配線部とパッド電極層の密着性が向上した半導体装置を提供することができる。
【０００６】
なお、本発明において、特定の層（以下、「Ａ層」という）の上方に他の特定の層（以下、「Ｂ層」という）が設けられているとは、Ａ層上に直接、Ｂ層が設けられている場合と、Ａ層上の他の層を介して、Ｂ層が設けられている場合と、を含む。
【０００７】
本発明の半導体装置は、さらに下記の態様をとることができる。
【０００８】
本発明の半導体装置において、前記パッド開口部は、前記コンタクトホールの鉛直上方以外の領域に形成されていることができる。
【０００９】
本発明の半導体装置において、前記パッド開口部の下方の保護層および第１バリアメタル層は、除去されていることができる。
【００１０】
本発明の半導体装置において、前記保護層の材質は、前記導電層と同一であることができる。
【００１１】
本発明の半導体装置において、前記保護層の材質は、前記バリア層と同一であることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置において、前記保護絶縁層と、前記導電層との間に第２バリアメタル層が設けられていることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、
（ａ）半導体層の上方に層間絶縁層を形成する工程と、
（ｂ）前記層間絶縁層に、コンタクトホールを形成する工程と、
（ｃ）前記コンタクトホールの内面および前記層間絶縁層の上方に第１バリアメタル層を形成する工程と、
（ｄ）前記コンタクトホール内にコンタクト層を形成する工程と、
（ｅ）少なくとも前記コンタクト層の上方に保護層を形成する工程と、
（ｆ）パッド開口部が形成される領域の前記保護層および前記第１バリアメタル層を除去する工程と、
（ｇ）前記保護層の上方に導電層を形成する工程と、
（ｈ）前記導電層の上方に、前記パッド開口部を有する保護絶縁層を形成する工程と、を含む。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、コンタクトホールに導電層を埋め込んだ後に、この導電層の上面を覆うように保護層を形成している。パッド開口部では、膜剥がれを防止するために、パッド開口部のバリア層を除去する工程が行なわれる。この工程では、マスク層を形成してバリア層の除去を終えた後、このマスク層を除去することにより行なわれる。マスク層の除去の際に、導電層の上面が保護層に覆われているため、導電層の表面がエッチング液と接触することを防ぐことができる。そのため、導電層の表面が腐食されることなどを防ぐことができ、良好なコンタクト層を形成することができる。その結果、抵抗のばらつきなどが減少された信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、工程（ｆ）において、パッド開口部が形成される領域の保護層および第１バリアメタル層が除去されているため、導電層と層間絶縁層とが直接接触することができ、密着性を向上させることができる。その結果、配線層部とパッド電極層との膜剥がれを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００１５】
なお、本発明の半導体装置の製造方法において、特定の層（以下、「Ａ層」という）の上方に他の特定の層（以下、「Ｂ層」という）を形成するとは、Ａ層上に直接、Ｂ層を形成する場合と、Ａ層上の他の層を介して、Ｂ層を形成する場合と、を含む。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ）の後に、
前記導電層の上方に第２バリアメタル層を形成する工程と、
前記パッド開口部が形成される領域の前記第２バリアメタル層を除去する工程と、を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜５を参照しながら説明する。
【００１８】
１．半導体装置
図１（Ａ）は、半導体装置における配線層の平面形状を模式的に示す平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す断面図である。
【００１９】
まず、図１（Ａ）を参照しながら、半導体装置１０００の平面構造を説明する。半導体装置１０００は、図１に示すように、パッド部１００と、パッド部１００と接続され、一体となっている引出し配線部２００とを有する。引出し配線部２００は、パッド部１００よりも幅の狭い導電層で構成されている。パッド部１００では、所定の領域にパッド開口部６０が設けられている。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）を参照しながら、半導体装置の断面構造について説明する。半導体基板１０の上方には、第１層間絶縁層２０が形成されている。第１層間絶縁層２０の上には、第１配線層３０が形成され、第１配線層３０の上方には、第２層間絶縁層２２が形成されている。そして、図１（Ｂ）に示すように、第２層間絶縁層２２の上方には、第２，３の配線層３２，３４およびパッド配線層４０と、第３，４の層間絶縁層２４，２６とが交互に積層されている。本実施の形態の半導体装置では、図１（Ｂ）に示すように、第１配線層３０，３２，３４とパッド配線層４０とが、同一の平面形状を有する場合を例として説明する。このように、パッド配線層４０の下方に、同一の平面形状を有する配線層が積層されている場合、パッド配線層４０の下方の配線の積層数の変動の影響を受けることなく一つのライブラリを用いて設計を行うことができ、また、ボンディングの際の衝撃を配線層が吸収するため、ボンディング強度を高めることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
最上に設けられているパッド配線層４０の上には、保護絶縁層５０が形成されている。保護絶縁層５０は、パッド部１００において所定の領域にパッド配線層４０が露出するようにパッド開口部６０を有している。このパッド開口部６０において、外部とパッド配線層４０とを電気的に接続するために、たとえばワイヤボンディングがなされる。
【００２２】
パッド配線層４０は、バリアメタル層４０ａとパッド電極層４０ｂとバリアメタル層４０ｃとが積層された構造を有する。また、パッド配線層４０では、下方にあるバリアメタル層４０ａの上に保護層４２が設けられている。第１配線層３０は、バリアメタル層３０ａと電極層３０ｂとバリアメタル層３０ｃとが積層された構造を有する。第２，３配線層３２，３４は、第１配線層３０と同様の構造を有することができる。また、パッド配線層４０を構成するバリアメタル層４０ａ，ｃは、平面的にみて、パッド開口部６０と同一の開口を有する。すなわち、パッド開口部６０の底面には、バリアメタル層４０ａ，ｃが設けられておらず、パッド開口部６０において、パッド電極層４０ｂは、第４層間絶縁層２６と直接密着していることとなる。
【００２３】
第１〜第３配線層３０，３２，３４とパッド配線層４０との相互間は、複数のコンタクト層７０，７２，７４により電気的に接続されている。たとえば、第１配線層３０と第２配線層３２との相互間は、コンタクト層７０により電気的に接続されている。同様に、第２配線層３２と第３配線層３４との相互間は、コンタクト層７２により電気的に接続され、第３配線層３４とパッド配線層４０との相互間は、コンタクト層７４により電気的に接続されている。コンタクト層７０，７２，７４は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、平面的にみて重ならないように千鳥格子状に配置されていることができる。
【００２４】
以下に、本実施の形態の半導体装置の利点を述べる。
【００２５】
本実施の形態の半導体装置によれば、コンタクトホール７４ａに埋めこまれたコンタクト層７４の上に保護層４２が設けられている。そのため、コンタクトホール７４ａに埋めこまれているコンタクト層７４の表面が露出することを防ぐことができる。その結果、抵抗の低く、ばらつきの少ない安定したコンタクトホール層を形成することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２６】
また、本実施の形態の半導体装置では、パッド配線層４０を構成するバリアメタル層４０ａ，ｃは、平面視においてパッド開口部６０と同一の開口を有している。すなわち、パッド開口部６０におけるパッド配線層４０の上面及び底面には、バリアメタル層４０ａ，ｃが設けられておらず、パッド電極層４０ｂと第４層間絶縁層２６とが直接密着することとなる。そのため、パッド配線層４０と、第４層間絶縁層２６の密着強度を向上させることができ、膜剥がれが防止され、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２７】
２．半導体装置の製造方法
以下、図２〜５を参照しつつ、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図２〜５において、（Ａ）は、配線層の形状を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【００２８】
まず、半導体層である半導体基板１０の上に、半導体素子（たとえばＭＩＳトランジスタ，メモリトランジスタ）を形成する。次に、図２に示すように、公知の方法により、たとえば、酸化シリコンからなる第１層間絶縁層２０を形成する。第１層間絶縁層２０は、必要に応じて、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）により、平坦化される。
【００２９】
ついで、第１層間絶縁層２０の上に第１配線層３０を形成する。第１配線層３０の形成は、まず、公知の方法により、たとえば、ＴｉＮなどの高融点金属の窒化物膜を含むバリアメタル層３０ａを形成する。また、バリアメタル層３０ａとしては、Ｔｉなどの高融点金属膜や、それらの膜の積層膜を用いることができる。この場合は、たとえば、Ｔｉ／ＴｉＮや、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉの積層膜などを用いることができる。ついで、公知の方法により導電層３０ｂを形成する。導電層３０ｂとしては、たとえばアルミニウム層、アルミニウムと銅との合金層を挙げることができる。さらに、導電層３０ｂの上に、バリアメタル層３０ｃを形成する。バリアメタル層３０ｃは、上述のバリアメタル層３０ａと同様にして形成することができる。
【００３０】
ついで、バリアメタル層３０ａ、導電層３０ｂおよびバリアメタル層３０ｃの積層体を所定のパターンにパターニングすることにより、図２に示されるように、第１配線層３０を形成することができる。このとき、第１配線層３０は、後の工程で形成されるパッド電極層と同一の平面形状を有するようにパターニングしてもよい。この場合は、パッド配線層４０の下方に、同一の平面形状を有する配線層が積層されることとなり、ユーザーは、パッド配線層４０の下方の配線の積層数の変動の影響を受けることなく一つのライブラリを用いて設計を行うことができるという利点がある。
【００３１】
次に、第１配線層３０の上方において、公知の方法により、酸化シリコンからなる第２層間絶縁層２２を形成する。第２層間絶縁層２２は、必要に応じて、ＣＭＰ法により平坦化される。次に、第２層間絶縁層２２において、第１配線層３０に達するコンタクトホール７０ａを形成する。コンタクトホール７０ａは、後の工程で形成されるパッド開口部の外側の領域に形成される。本実施の形態の半導体装置では、引出し配線部２００領域に形成される。次に、コンタクトホール７０ａの内面に、公知の方法によりバリアメタル層７０ｂを形成する。なお、本実施の形態ではこのバリアメタル層７０ｂは、第２配線層３２のバリアメタル層３２ａの形成と同一の工程で形成される。コンタクトホール７０ａを埋め込むように、第１コンタクト層７０を形成する。第１コンタクト層７０は、たとえば、タングステン層を全面に形成し、そのタングステン層をエッチバックすることにより形成される。
【００３２】
次に、第１コンタクト層７０および第２層間絶縁層２２の上に、第２配線層３２を形成する。第２配線層３２は、第１配線層３０と同様の形成方法、材質を用いて形成される。そして、上述の配線層と、層間絶縁層の形成を繰り返すことにより、図２に示すように、第１〜第４層間絶縁層２０，２２，２４，２６および第１〜第３配線層３０，３２，３４を交互に順次積層する。
【００３３】
次に、第４層間絶縁層２６においては、パッド配線層４０と第３配線層３０とを電気的に接続するためのコンタクト層７４を、第４層間絶縁層２６の上には最上のパッド配線層４０を形成する。まず、引出し配線部２００の領域において、コンタクトホール７４ａを公知の一般的な技術により形成する。その後、第４層間絶縁層２６の上方には、バリアメタル層４０ａを、コンタクトホール７４ａの内面には、バリアメタル層７４ｂを形成する。バリアメタル層４０ａ，７４ｂの形成方法は、第１配線層３０のバリアメタル層の形成と同様に行なうことができる。その後、コンタクトホール７４ａを埋め込むように、導電層（図示せず）を公知の技術により形成し、コンタクト層７４を形成する。ついで、バリアメタル層４０ａおよびコンタクト層７４の表面の上に、保護層４２を形成する。保護層４２としては、バリアメタル層４０ａと同様の材質や、後述する工程で形成されるパッド電極層４０ｂと同一の材質を用いることができる。また、保護層４２は、バリアメタル層４０ａのパターニングにおいて、バリアメタル層４０ａの表面が露出することを防ぐことができる膜厚を有していればよく、特に限定はされない。ついで、保護層４２の上に、所定のパターンを有するマスク層Ｍ１を形成する。このとき、マスク層Ｍ１は、後述するパッド開口部６０を形成するためのマスク層と同様の形状のものを用いることができる。
【００３４】
このマスク層Ｍ１をマスクとして、バリアメタル層４０ａおよび保護層４２を公知の方法により除去する。これにより、図３に示すように、後の工程でパッド開口部が形成される領域には、第４層間絶縁層２６が露出することになる。その後、マスク層Ｍ１を除去する。
【００３５】
次に、図４に示すように、保護層４２と、露出した第４層間絶縁層２６の上にパッド電極層４０ｂおよびバリアメタル層４０ｃを順次積層する。パッド電極層４０ｂおよびバリアメタル層４０ｃの形成は、導電層３０ｂおよびバリアメタル層３０ａの形成と同様に行なうことができる。ついで、図４に参照されるように、最上のバリアメタル層の上に、パッド電極層を形成するためのマスク層Ｍ２を形成する。このマスク層Ｍ２をマスクとして、図５に示すように、バリアメタル層４０ａ，パッド電極層４０ｂおよびバリアメタル層４０ｃをパターニングすることにより、パッド配線層４０が形成される。
【００３６】
ついで、パッド配線層４０の上方に、公知の方法により保護絶縁層５０（図１参照）を形成する。ついで、保護絶縁層５０の上に、パッド開口部を形成するためのマスク層Ｍ３を公知の技術により形成する。このマスク層Ｍ３をマスクとして、保護絶縁層５０およびバリアメタル層４０ｃをエッチングする。このバリアメタル層４０ｃのエッチングにおいては、バリアメタル層４０ｃを除去した後、オーバーエッチングをすることにより、パッド電極層４０ｂの表面を除去することが好ましい。パッド電極層４０ｂと、バリアメタル層４０ｃとの間には、バリアメタル層４０ｃの材質によっては、変質層が生じてしまうことがある。このような変質層は、パッド配線層４０とボンディング電極の密着強度を低下させる一因となる。本実施の形態では、このようにパッド電極層４０ｂの表面をもオーバーエッチングすることにより、この変質層を除去することができ、配線層の信頼性を向上させることができる。このように、保護絶縁層５０と、バリアメタル層４０ｃのパターニングを同一のマスク層を用いて行なう場合、工程数を増加させることなく半導体装置の製造を行なうことができる。
【００３７】
これによりパッド部１００においてパッド開口部６０が形成され、図１に示す半導体装置を製造することができる。
【００３８】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、コンタクトホール７４ａにコンタクト層７４を形成した後に、このコンタクト層７４の上面を覆うように保護層４２を形成している。パッド開口部６０では、膜剥がれを防止するために、パッド開口部６０領域に形成されているバリアメタル層４０ａを除去する工程が行なわれる。この工程では、マスク層Ｍ１を形成してバリアメタル層４０ａのパターニングを終えた後、このマスク層Ｍ１を除去することにより行なわれる。マスク層Ｍ１の除去の際に、コンタクト層７４の上面が保護層に覆われているため、コンタクト層７４の表面がエッチング液と接触することを防ぐことができる。そのため、コンタクト層の表面が腐食や酸化されることなどを防ぐことができ、良好なコンタクト層を形成することができる。その結果、抵抗のばらつきなどが減少された信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００３９】
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、パッド開口部６０の領域では、パッド配線層４０を構成するバリアメタル層４０ａ，ｃを除去することができる。そのため、パッド配線層４０のパッド電極層４０ｂと、第４層間絶縁層２６とが直接接することとなる。その結果、パッド電極層４０ｂと第４層間絶縁層２６の密着強度を向上させることができ、ボンディング時の膜剥がれが防止された信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で変形が可能である。たとえば、本実施の形態では、第１〜３の配線層３０，３２，３４とパッド配線層４０の平面形状が同一の場合を例示したが、特にこの形態に限定される必要はない。また、パッド配線層４０を構成するバリアメタル層４０ａ，ｃの開口形状は、パッド開口部６０の開口形状と同一でも異なっていてもよい。また、本実施の形態の半導体装置では、パッド配線層４０は、導電層４０ｂがバリアメタル層４０ａ，ｃに挟まれた構成をとる場合を例として説明したが、特にこれに限定されず、バリアメタル層４０ａのみが設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態にかかる半導体装置を模式的に示す図。
【図２】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す図。
【図３】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す図。
【図４】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す図。
【図５】本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１０  半導体層、  ２０，２２，２４，２６  第１〜４層間絶縁層、  ３０，３２，３４  第１〜３配線層、３０ａ，３０ｃ，３２ａ，３２ｃ，３４ａ，３４ｃ  バリアメタル層、  ４２  保護層  ５０  保護絶縁層、  ６０パッド開口部、  ７０，７２，７４  コンタクト層、  １００  パッド部、  ２００  引出し配線部
【図１】
2005191072.tif 000003
【図２】
2005191072.tif 000004
【図３】
2005191072.tif 000005
【図４】
2005191072.tif 000006
【図５】
2005191072.tif 000007