(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に配線層を形成する工程と、該配線層上に、凹凸表面を有する検査用電極パッドを形成する工程と、前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面に形成された酸化膜を、カルボン酸またはその塩を含む洗浄液により除去する工程と、その後に、当該表面にプローブ用の針を接触させて特性検査する工程と、その後、当該表面にハンダを付着させ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２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、酸化膜を除去した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面を、防食剤により処理した後に、当該防食処理した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面に前記プローブ用の針を接触させて特性検査することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、特性検査した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面を、防食剤により処理した後に、当該防食処理した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面に前記ハンダを付着させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記凹凸表面を有する電極パッドを形成する工程は、前記配線層上にバリアメタル層を形成した後、その上にコンタクト層を形成し、次いで前記コンタクト層表面を、酸を含有する薬液を用いてウエット処理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５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記バリアメタル層は、ニッケルまたはニッケル合金からなる半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法において、前記コンタクト層は、銅または銅合金からなる半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記凹凸表面を有する電極パッドの表面粗さＲａを０．０１μｍ以上０．１５μｍ以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記カルボン酸は、多価カルボン酸であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、前記多価カルボン酸は、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸およびマロン酸からなる群から選択される少なくとも一種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、検査用電極パッドを備えた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェー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、被測定デバイスに検査用の電極パッドを形成しておき、この電極パッドに探針プローブを接触させ、検査を行う方法が一般的に採用される。以下、検査用の電極パッドを形成した半導体装置の製造方法の例（以下、従来例１と称する）について説明する。
【０００３】
図１および図２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。まず、シリコン基板１０上に、配線層及び層間絶縁膜等が積層した多層膜１１を形成する。最上層の層間絶縁膜上に、ＴｉＮ／Ｔｉ膜１３、Ａｌ配線１２およびＴｉＮ／Ｔｉ膜１３がこの順で積層した配線層を形成する。次いで、ＳｉＯＮ及びＳｉＯ2を含む２層構造の層間絶縁膜１４を形成し、配線層表面から開口するヴィアホール２２を形成する（図１（ａ））。
【０００４】
つづいて層間絶縁膜１４上に密着Ｔｉ層（又はＴｉＷ層）１５、銅膜１７およびＴｉＷ膜２１を順次形成した後、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１（ｂ））。
【０００５】
次いで、パッド電極を覆うようにポリイミド膜１８を形成した後、ポリイミド膜１８をパターニングして開口を設け、パッド電極の一部を露出する（図１（ｃ））。その後、開口部底部のＴｉＷ膜２１を、過酸化水素水を用いたウェットエッチングによって除き、図１（ｄ）に示した構造を得る。
【０００６】
この状態で半導体ウェーハに形成された半導体デバイスの電気的特性検査が行われる。このとき、銅膜１７表面に銅の酸化膜２３が形成される（図２（ａ））。その後、開口１９内にハンダボール２０が形成される（図２（ｂ））。
【０００７】
一方、特開２００１−１７４５１４号公報には、パッド電極表面に凹凸を設けた構成の半導体集積回路が開示されている（以下、従来例２と称する）。同公報記載の技術においては、プローブをウェーハ面に対し垂直に並行して配置する検査方法に対応した半導体集積回路が開示されている。電極パッドの表面に凹凸を形成することにより、プローブが電極パッド表面の凸部に接触してからウェーハステージを更に上昇させることにより、電極パッド表面の凸部金属をプローブにより押しつぶすことができ、この結果、凸部金属表面に存在した金属酸化膜は破壊され、その下に存在する清浄な金属面とプローブが接触することにより低抵抗な接触が得られるとされている。プロービングにより押しつぶされる凹凸の大きさとしては０．２μｍ程度が適当であると記載されている。また、凹凸を大きくすることは部分的に薄い電極パッド領域を作ることに繋がるため、膜厚の１／５程度が限度であると記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１のプロセスにおいては、図１（ｄ）の状態で、ボンディングパッドにプローブ用の針をあて特性検査をする際、プローブ用の針とパッドの接触抵抗がばらつくという課題を有していた。これは、銅膜１７の表面が平坦なため、探針時に針が滑ることによるものである。針が滑る結果、パッドと針との接触が安定せず接触抵抗が測定の度に変化し、抵抗値がばらつくのである。また、測定後、針跡の確認が困難であるため、探針の位置ずれ確認が困難となっていた。これは、銅膜１７の表面が平坦なため、探針用の針によるひっかき傷がつきにくいことによるものである。
【０００９】
更に従来例１のプロセスにおいては、図２（ａ）のように、開口１９における銅膜１７の表面が酸化膜２３により覆われるため、その後、図２（ｂ）のようにハンダボール２０を形成する際、ハンダの濡れ性が不良となり、ハンダボール２０を良好に形成することができない場合があった。例えば、ハンダボール２０中にボイドが発生したり、極端な場合には、銅膜１７上にハンダが付着しない場合があった。また、ハンダボール２０と銅膜１７との間に酸化膜２３が介在するため抵抗が上昇するという課題を有していた。
【００１０】
また、従来例２のプロセスによれば、接触抵抗の安定化を図ることができるが、同公報記載の技術は、電極パッド表面の凸部金属をプローブにより押しつぶす原理によって抵抗安定化を図るものであるから、より安定した抵抗値を得るためには、針の押し込み量を増大させること、すなわち、より大きい加重を与えることが必要となる。この場合、加重による素子の損傷が懸念される。最近では半導体素子の層間絶縁膜として、いわゆるｌｏｗ−ｋ膜が広く用いられるようになってきているが、このｌｏｗ−ｋ膜は膜の硬度が低くクラックが入りやすいため、加重による素子の損傷がより懸念される状況となってきている。
【００１１】
一方、検査に用いられる電極パッドは、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場合がある。このハンダボールを含む外部電極構造によって、半導体素子は外部回路と電気的に接続されると共に、配線基板に機械的に支持される。ハンダボールを形成する際、電極パッド表面に位置する層は、ハンダに対する濡れ性が良好であることが求められる。また、電極パッドが全体として高いハンダ耐熱性を有することも要求される。
【００１２】
さらに、ハンダボールは、最近では、鉛フリーの組成のものが広く利用されるようになってきている。この鉛フリーハンダはスズの含有率が非常に高い。従来、電極パッドを構成する金属として、低抵抗の銅または銅合金が用いられてきたが、スズはこれらの金属を容易に拡散し、素子の信頼性を低下させる原因となる。このため、電極パッドの構成も鉛フリーハンダに対応したものとし、上記スズの拡散を抑制する構造を採用することが必要となる。
【００１３】
こうしたパッド構造として、ハンダボールに含まれるスズ等の拡散を防止する役割を果たすバリアメタル層、および、ハンダと接触するコンタクト層の積層構造が好適である。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、
(i)探針プローブを電極パッドに接触させて特性検査を行う際、安定な抵抗が得られ、探針プローブを接触させたことが顕微鏡観察等により容易に視認することができるようにし、さらに、
(ii)ハンダに対する濡れ性が良好で、電極パッド上にハンダバンプを好適に形成することができる、
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る製造方法によれば、以下の半導体装置が得られる。すなわち、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検査用電極パッドと、を備え、前記検査用電極パッドは、バリアメタル層およびコンタクト層が積層した構造を有し、前記検査用電極パッドの表面に凹凸が設けられたことを特徴とする半導体装置が得られる。
【００１６】
本発明を用いて被評価素子の電気的特性を検査する際、検査用電極パッドに検査用プローブを接触させる。ここで、検査用電極パッドが凹凸形状を有するため、プローブ用の針をあてた場合、針とパッド間の位置関係が安定し、良好な接触状態となり、接触抵抗のバラつきが抑制される。また、プローブ用の針跡の確認が容易であるため、探針の位置ずれ確認が容易となり、特性検査の効率を向上させることができる。
【００１７】
上記半導体装置において、検査用電極パッドがバリアメタル層およびコンタクト層が積層した構造を有する構成としてもよい。これにより、パッド上に鉛フリーハンダを形成した場合においてもスズ等の拡散がバリアメタル層によって有効に抑制される。この結果、ハンダボール形成による素子の信頼性低下を防止することができる。
【００１８】
本発明において、検査用電極パッドの表面が防食剤により防食処理された構成とすることができる。電極パッドを備えた半導体装置を形成した後、実際に検査を行うまで、一定時間、放置される。このとき、電極パッド表面に自然酸化膜が発生し、プローブ針の接触抵抗が不安定化する原因となる。こうした放置時間に起因する課題に対し、電極パッド表面に防食剤により防食処理された構成を採用することにより、自然酸化膜の発生を抑制することが有効となる。防食剤の種類としては、ベンゾトリアゾールやその誘導体等を挙げることができる。
【００１９】
本発明において、検査用電極パッドの上部に接してハンダバンプが設けられた構成とすることもできる。この場合、検査用電極パッドを利用した電気的特性検査を実施した後、ハンダバンプの形成が行われる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に配線層を形成する工程と、該配線層上に、凹凸表面を有する検査用電極パッドを形成する工程と、前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面に形成された酸化膜を、カルボン酸またはその塩を含む洗浄液により除去する工程と、その後に、当該表面にプローブ用の針を接触させて特性検査する工程と、その後、当該表面にハンダを付着させる工程を含むことを特徴とする。この半導体装置の製造方法において、酸化膜を除去した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面を、防食剤により処理した後に、当該防食処理した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面に前記プローブ用の針を接触させて特性検査する構成としてもよい。また、特性検査した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面を、防食剤により処理した後に、当該防食処理した前記凹凸表面を有する検査用電極パッドの表面に前記ハンダを付着させる構成としてもよい。
【００２１】
本発明においては、
（ｉ）カルボン酸またはその塩を含む洗浄液により洗浄すること、および
（ｉｉ）洗浄対象となる電極パッドの表面が凹凸を有すること
が特徴となっている。
【００２２】
本発明においては、電極パッドの表面に凹凸が形成されるため、プローブ用の針をあてた場合、針とパッド間の位置関係が安定し、良好な接触状態となる。しかし、プローブ針とパッド間の位置関係が安定し、かつ、針跡の視認性が良好となるような適度な凹凸をパッド表面に設けた場合、平坦なパッド表面やマクロなサイズの凹凸が設けられたパッド表面に酸化膜が形成された場合に比べて、パッド表面に生じる自然酸化膜の影響がより深刻となる場合がある。このため、上記のように適度な凹凸をパッド表面に設けた場合、酸化膜の影響を排除することが特に重要な技術的課題となる。
【００２３】
そこで本発明においては、凹凸表面を有する電極パッドを形成した後、検査用電極パッドの表面を、カルボン酸またはその塩を含む洗浄液により洗浄する。カルボン酸は、パッド電極表面に形成された金属酸化膜と効果的にキレート錯体を形成する能力を有する。一方、パッドを構成する金属膜自体は金属結合しているためカルボン酸と錯体を形成しにくくエッチングされない。したがって、パッド電極の劣化をもたらすことなく、自然酸化膜が選択的に除去される。 また、上記のようにカルボン酸はキレート作用を有するため、いったん除去した金属酸化物がパッド電極に再付着することが抑制される。
【００２４】
以上のように、本発明によれば、凹凸表面を有する電極パッド表面をカルボン酸またはその塩を含む洗浄液により洗浄を行うことにより、パッド電極表面の酸化膜が除去され、特性検査実施時の抵抗値が安定になる。また、パッド上にハンダボールを形成した際の接触抵抗を低減することができる。また、金属酸化膜が除去されることによって接触抵抗が安定になることから、従来技術のように、針の押し込み量を増大させることなく特性検査を行うことが可能となり、検査の際、金属膜にダメージを与えることを防止することができる。
【００２５】
本発明において、上記凹凸表面を有する電極パッドは以下の工程で形成することができる。すなわち、金属膜を形成した後、酸を含有する薬液を用いて金属膜表面をウエット処理することにより形成することができる。このようにすれば、酸の濃度の調整等により凹凸の程度を制御でき、プローブ針とパッド間の位置関係が安定し、かつ、針跡の視認性が良好となるような適度な凹凸を、良好な製造安定性で製造することができる。
【００２６】
また、凹凸表面を有する電極パッドを形成する工程は、配線層上にバリアメタル層を形成した後、その上にコンタクト層を形成し、次いでコンタクト層表面を、酸を含有する薬液を用いてウエット処理する工程を含む構成とすることができる。かかる構成によれば、電極パッドが、バリアメタル層およびコンタクト層の積層構造により構成されることとなり、スズ等を多量に含有する鉛フリーハンダ等に対応可能な半導体装置とすることができる。
【００２７】
本発明において、上記検査用電極パッドの表面を、上記カルボン酸またはその塩を含む洗浄液により洗浄する工程の後、さらに、上記検査用電極パッドの表面を防食剤により処理する工程を含む構成とすることができる。こうすることにより、電極パッド表面を露出させた状態で一定時間経過しても、表面の酸化が進行せず、特性検査実施時の抵抗値安定性が良好に維持される。また、パッド上にハンダボールを形成した際、ハンダとパッドの間に酸化膜が介在せず接触抵抗を低減することができる。さらに、ハンダ濡れ性が向上し、ハンダボールが所望の形状に好適に形成することができる。特に鉛フリーハンダを用いた場合、酸化膜が残存した場合のハンダ塗れ性の低下が顕著であるため、このようなハンダに上記構成のプロセスを適用すると、より効果的である。
【００２８】
本発明において、検査用電極パッドの表面をカルボン酸またはその塩を含む洗浄液により洗浄する工程の後、さらに、検査用電極パッドの上部に接してハンダバンプを形成する工程を含む構成とすることができる。洗浄工程の後、防食剤による防食処理を実施後、ハンダバンプを形成するようにしてもよい。
【００２９】
本発明において、凹凸表面を有する電極パッドを形成後、その表面を洗浄する洗浄液は、カルボン酸またはその塩を含むものとする。電極パッド上に形成された金属酸化膜に対して、カルボン酸の有するカルボキシル基が吸着し、キレート作用が発現する。これにより金属酸化膜が効果的に除去される。
【００３０】
カルボン酸は、分子中に２以上のカルボキシル基を有することが好ましい。こうすることにより、カルボン酸の有するキレート作用がより顕著となり、洗浄能力が向上する。カルボン酸は、具体的には、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸およびマロン酸からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００３１】
このうちシュウ酸は、酸化銅（ＣｕＯx）と効果的にキレート錯体を形成する能力を有する。一方、銅膜は金属結合しているため錯体を形成しにくくエッチングされない。したがって、パッド電極表面に銅含有金属を配置する場合等、カルボン酸としてシュウ酸を用いることが特に好適である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［第一の実施形態］
【００３３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、まず、図１（ａ）〜（ｄ）と同じ工程を実施し、次いで図３のプロセスを行う。
【００３４】
はじめに、図１（ｄ）のように、開口１９において銅膜１７の表面を露出させた後、表面処理液を用いてウェット処理を行い、銅膜１７の表面に凹凸を付与する。図３（ａ）は、表面処理液による表面処理を行った後の状態を示すものである。表面処理液としては、銅膜１７の表面を適度に溶解する能力を有する液を用いる。この液は、銅の表面を適度に荒らし、適度な凹凸を形成するものが好ましい。ここで、適度な凹凸とは、特性検査時においては、プローブ針とパッド間の位置関係が安定させ、測定安定性をもたらし、かつ、針跡の視認性を良好にするとともに、ハンダボール形成時においては、ハンダとパッドの密着性を良好にする程度の凹凸をいう。このような凹凸は、たとえば表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）により表した場合、下限については、好ましくは０．０１μｍ以上、より好ましくは０．０３μｍ以上とする。また、上限については、好ましくは０．１５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下とする。凹凸が小さすぎると検査時の抵抗が不安定になるとともにハンダとパッドの密着性の改善効果が得られない。一方、凹凸が大きすぎると、充分な抵抗安定性が得られない場合がある。また、鉛フリーハンダに対応してバリアメタル層およびコンタクト層の積層構造を採用した場合において、コンタクト層に極端な薄膜部が生じる等、パッド電極の層構成によっては構造的な不具合が生じる場合がある。
【００３５】
上記のような適度な凹凸を形成するためには、たとえば、銅膜１７のエッチングレートが３００ｎｍ／分以下の処理液を用いるのが適当である。たとえば希硫酸と過酸化水素の混合液などが好ましく用いられる。この混合液は、いわゆるＳＰＭとよばれる硫酸−過酸化水素混合液とは濃度が大きく異なるものである。いわゆるＳＰＭは、硫酸：過酸化水素：水＝４：１：０（体積基準）程度であるのに対し、本実施形態において用いる希硫酸と過酸化水素の混合液は、硫酸：過酸化水素：水＝１：Ｘ：Ｙ（体積基準）として、
Ｘ＝０．５〜２０
Ｙ＝１０〜１００００
の範囲とするのが好ましい。
このような処理液を用いることにより、銅膜１７を過度に侵食することなく、適度な凹凸が形成される。この処理の後、図３（ｂ）のように銅膜１７上に酸化膜２４が形成される。
【００３６】
次に、この酸化膜２４を除去するため、洗浄液による洗浄を行う。この洗浄液に要求される特性としては、第一に酸化膜２４を効率的に除去できること、第二に銅膜１７の表面に損傷を与えないこと、第三に溶解除去した酸化膜２４の再付着を防止できること、があげられる。このような要求を満たす洗浄液として、カルボン酸をあげることができる。カルボン酸の具体例としては、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸およびマロン酸からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。このうちシュウ酸が特に好ましく用いられる。
【００３７】
上記のように洗浄液で処理することにより、図３（ｂ）の酸化膜２４が除去され、図３（ｃ）の状態となる。続いて銅膜１７表面に対し防食処理を施す。これにより、銅膜１７の酸化を防ぎ、ハンダボールとの接触抵抗の上昇を防止することができる。防食処理は、ベンゾトリアゾールなどの処理液を用いることにより行うことができる。
【００３８】
防食処理のための処理液は、防食剤溶液を用いることができる。防食剤としては、トリアゾール系化合物およびその誘導体系化合物を用いることができる。具体的には、ベンゾトリアゾール、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、ニトロベンゾトリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、およびジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾールを単独で使用、または２種以上を併用することができる。これらの化合物を用いることにより、少量で充分な防食効果が得られる。
【００３９】
また、ベンゾトリアゾール系以外の複素環式化合物を用いることもできる。複素環式化合物の具体例としては、
プリン、６−アミノプリン、２−アミノ−６−オキソプリン、６−フルフリルアミノプリン、２，６−（１Ｈ．３Ｈ）−プリンジオン、２−アミノ−６−ヒドロキシ−８−メルカプトプリン、アロプリノール、尿酸、カイネチン、ゼアチン、グアニン、キサンチン、ヒポキサンチン、アデニン、テオフェリン、カフェイン、テオプロミン等のプリンおよびその誘導体；
８−アザグアニン等のアザグアニンおよびその誘導体；
プテリジン、プテリン、２−アミノ−４，６−ジヒドロキシプテリジン、２−アミノ−４，７−ジヒドロキシプテリジン、２−アミノ−４，６，７−トリヒドロキシプテリジン等のプテリジン、プテリンおよびそれらの誘導体；
シアヌル酸、イソシアヌル酸、トリスカルボキシメチルシアヌル酸、トリスカルボキシエチルシアヌル酸、トリスカルボキシメチルイソシアヌル酸、トリスカルボキシエチルイソシアヌル酸等のシアヌル酸、イソシアヌル酸およびそれらの誘導体；
ヒダントイン、ジメチルヒダントイン、アラントイン（５−ウレイドヒダントイン）等のヒダントイン、アラントインおよびそれらの誘導体；
バルビツール酸およびそれらの誘導体；
イソニコチン酸、シトラジン酸等のニコチン酸およびそれらの誘導体；
等が挙げられ、これらを単独で使用、または２種以上を併用することができる。上記のうち、プリンおよびその誘導体や、シアヌル酸、イソシアヌル酸およびそれらの誘導体、および、ニコチン酸およびそれらの誘導体が好ましく用いられる。このような複素環式化合物は、生分解性に優れる上、銅等の金属に対して優れた防食効果を発揮する。
【００４０】
本発明の防食剤は、水や後述する水溶性有機溶媒に分散させて用いることができる。この場合、アルカノールアミン類をさらに添加することもできる。このようにすれば、防食剤の溶解性を改善できる。ここで、生分解性の良好なアルカノールアミンを選択すれば、特に安全性、生分解性に優れた防食液とすることができる。
【００４１】
アルカノールアミン類の具体例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−エチルアミノエタノール、Ｎ−メチルアミノエタノール、Ｎ−メチルジエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、２−（２−アミノエトキシ）エタノール、１−アミノ−２−プロパノール、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジブタノールアミン等が例示される。このうち、モノエタノールアミン、Ｎ−メチルアミノエタノールが特に好ましい。これらの化合物は単独で用いてもよく、あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４２】
防食処理液中のベンゾトリアゾール等の防食成分の含有率は、特に制限がないが、たとえば０．００１〜１０質量％とする。このような混合比にすることによって、より高い防食性能を発揮することが可能になる。
【００４３】
本実施形態では、この状態で電気的特性検査を行う。図３（ｃ）の状態では、銅膜１７の表面が凹凸形状を有し、かつ酸化膜が除去された清浄な状態となっている。このため、ボンディングパッドにプローブ用の針をあてた場合、針とパッド間の位置関係が安定し、良好な接触状態となり、接触抵抗のバラつきが抑制される。また、プローブ用の針跡の確認が容易であるため、探針の位置ずれ確認が容易となり、特性検査の効率を向上させることができる。さらに、次工程のハンダボール形成時において、ハンダ塗れ性が良好となり、ハンダ密着性も改善される。
【００４４】
防食処理後、開口１９にハンダを付着させハンダボール２０を形成する（図４）。本実施形態では、銅膜１７の表面に凹凸が付与されるため、ハンダの濡れ性が改善し、ハンダボール２０を良好に形成することができる。また、ハンダボール２０と銅膜１７の間に酸化膜が介在しないため、接触抵抗の低減が図られる。
【００４５】
［第二の実施形態］
【００４６】
第一の実施形態は、電極パッドを銅膜１７によって構成した例について説明した。本実施形態では、電極パッドを、ニッケル含有する金属からなるバリアメタル層と銅を含有するコンタクト層の積層構造により構成する。これにより、鉛フリーハンダに対応可能なパッド構造となる。以下、図５を参照して説明する。まず、シリコン基板１０上に、配線層及び層間絶縁膜等が積層した多層膜１１を形成する。最上層の層間絶縁膜上に、ＴｉＮ／Ｔｉ膜１３、Ａｌ配線１２およびＴｉＮ／Ｔｉ膜１３がこの順で積層した配線層を形成する。次いで、ＳｉＯＮ及びＳｉＯ２を含む２層構造の層間絶縁膜１４を形成し、配線層表面から開口するヴィアホール２２を形成する（図５（ａ））。
【００４７】
つづいて層間絶縁膜１４上に密着Ｔｉ層（又はＴｉＷ層）１５、ニッケル−バナジウム合金膜１６、銅膜１７およびＴｉＷ膜２１を順次形成した後、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５（ｂ））。
【００４８】
次いで、パッド電極を覆うようにポリイミド膜１８を形成した後、ポリイミド膜１８をパターニングして開口を設け、パッド電極の一部を露出する（図５（ｃ））。その後、開口部底部のＴｉＷ膜２１を、過酸化水素水を用いたウェットエッチングによって除いた後、銅膜１７表面に凹凸を付与するためのウエット処理および酸化膜を除去するためのカルボン酸処理を行う。これらの処理に用いる薬液は第一の実施形態で述べたとおりである。その後、適宜、防食剤により銅膜１７の表面を防食処理した後、開口１９内にハンダボール２０を形成する（図５（ｄ））。
【００４９】
鉛フリーハンダに対応する電極パッドとするには、電極パッドを、ハンダ中のスズ等の拡散を防止する材料によって構成することが望ましい。このような材料としてニッケルやニッケル合金が挙げられる。しかしながらこれらの材料は酸化しやすく、ハンダ塗れ性も良好ではない。そこで本実施形態では、ニッケルやニッケル合金からなるバリアメタル層と、その上に形成されるコンタクト層の２層構造からなる電極パッドを形成している。
【００５０】
本実施形態では、ニッケル−バナジウム合金膜１６がバリアメタル層に該当し、ハンダボールに含まれるスズ等の拡散を防止する役割を果たす。バリアメタル層としては、ニッケル合金が好ましく用いられる。ニッケルは、鉛フリーハンダに含まれるスズの拡散に対するバリア性能に優れるからである。ニッケルを単独で用いるよりもバナジウム等を少量添加することにより、たとえばスパッタリング法による成膜が容易となる。なお、本実施形態ではニッケル−バナジウム合金を用いたが、他に、添加成分としてタングステン、タンタル、シリコン、銅等を選択することもできる。
【００５１】
本実施形態では、銅膜１７がハンダボール２０と直接接触するコンタクト層に該当する。コンタクト層はハンダ塗れ性が良好で、低抵抗材料が好ましく用いられる。本実施形態では銅を用いたが、他にたとえば、銅−アルミ合金等を用いることができる。コンタクト層は、バリアメタル層を覆う形態となっていれば充分であり、その厚みは０．５μｍ以下とすることが好ましい。あまり厚くするとスズ等の拡散防止能が低下することがある。なお、コンタクト層を銅または銅合金により構成する場合、成膜方法としてはメッキ法、スパッタリング法等を用いることができるが、このうち、適度な凹凸を制御性良く形成する観点から、メッキ法を用いることが好ましい。
【００５２】
【実施例】
［実施例１］
【００５３】
本実施例では、ボンディングパッドを利用した電気的特性検査結果を、処理液の有無によって比較した。本実施例では、ウエハ上に配線層と銅膜からなるパッド電極を設けた予備的な構造体を作製した。パッド電極に対し以下の処理を行った後、評価を行った。
試料Ａ：処理なし
試料Ｂ：凹凸を付与するための希硫酸と過酸化水素の混合液により処理を行った。
試料Ｃ：凹凸付与のための希硫酸と過酸化水素の混合液による処理およびシュウ酸水溶液による処理を行った。
【００５４】
希硫酸と過酸化水素の混合液は、硫酸：過酸化水素：水＝１：１：１０００（体積基準）を用いた。シュウ酸水溶液は、０．０３質量％のものを用いた。
【００５５】
以上のように処理した各サンプルについて、測定数を１２８として特性検査を実施した。特性検査は、パッド電極にプローブ用の針をあて、特性検査を行った。評価結果を図６に示す。図中、棒グラフは接触抵抗の平均値（相対値）、折れ線グラフは測定値の３σ値（相対値）を示す。電極パッドに凹凸を付与したり、電極パッド表面を希硫酸と過酸化水素の混合液等により形成することによって、接触抵抗値が顕著に安定化することが確認された。また、試料Ｃは試料Ｂに比べ、３σ値がより改善していることが確認された。
【００５６】
［実施例２］
【００５７】
実施例１と同様にして、ウエハ上に配線層と銅膜からなるパッド電極を設けた予備的な構造体を作製した。パッド電極に対し以下の処理を行った後、ハンダ濡れ性を評価した。
試料１：処理なし
試料２：凹凸を付与するための希硫酸と過酸化水素の混合液により処理を行った後、シュウ酸水溶液による処理を行った。
試料３：凹凸を付与するための希硫酸と過酸化水素の混合液により処理を行った後、シュウ酸水溶液による処理を行い、次いでパッド電極表面に対し防食剤により防食剤を行った。
【００５８】
希硫酸と過酸化水素の混合液は、硫酸：過酸化水素：水＝１：１：１０００（体積基準）を用いた。シュウ酸水溶液は、０．０３質量％のものを用いた。防食剤は、ベンゾトリアゾール水溶液（０．０５質量％）を用いた。
【００５９】
評価結果を図７に示す。図７の縦軸は、ハンダ濡れ不良の発生したサンプルの数を相対値で表したものである。この数値が小さい程、ハンダ濡れ性が良好である。図示した結果より、試料２および試料３は、未処理のものに比べてハンダ濡れ性が顕著に改善されていることがわかる。
【００６０】
［実施例３］
【００６１】
本実施例では、図１および図３と同様のプロセスを実施し、その際、電極パッドの表面処理方法を変えて試料を作製し、特性検査を行った際の針跡視認性および接触抵抗安定性を評価した。各試料における電極パッドの表面処理は以下のとおりである。
試料ａ：過酸化水素水処理を行った。
試料ｂ：過酸化水素水処理後、凹凸を付与するための希硫酸と過酸化水素の混合液により処理を行った。
試料ｃ：過酸化水素水処理後、凹凸を付与するための希硫酸と過酸化水素の混合液により処理を行い、次いでシュウ酸水溶液による処理を行った。
試料ｄ：過酸化水素水処理後、シュウ酸水溶液による処理を行った。
なお、各試料の過酸化水素水処理は、図１（ｄ）におけるＴｉＷ膜除去のための処理に相当する。
【００６２】
結果を表１および表２に示す。
【００６３】
表１に示すように、希硫酸と過酸化水素の混合液により処理を行ったものは、針跡視認性が改善された。この液の処理により、電極パッド表面に適度な凹凸が付与されたことによるものと考えられる。また、この液の処理後、シュウ酸処理を行うことにより接触抵抗の安定性が改善されることが確認された。
【００６４】
表２は、各試料の接触抵抗の平均値および３σの値である。シュウ酸処理を行うことにより接触抵抗の安定性が改善されることが確認された。この処理により、電極パッド表面の酸化膜が除去されたことによるものと考えられる。
【００６５】
【表１】
0003761461.tif 000002
【００６６】
針跡視認性
○・・・良好
×・・・不良
接触抵抗
○・・・安定
△・・・やや不安定
×・・・不安定
【００６７】
【表２】
0003761461.tif 000003
＊接触抵抗の平均値および３σの値を、試料ｃの値を１．０として規格化した。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図２】従来の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】本発明に係る半導体装置を示す図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】実施例の結果を示す図である。
【図７】実施例の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０  シリコン基板
１１  多層膜
１２  Ａｌ配線
１３  ＴｉＮ／Ｔｉ膜
１４  層間絶縁膜
１５  密着Ｔｉ層
１６  ニッケル−バナジウム合金膜
１７  銅膜
１８  ポリイミド膜
１９  開口
２０  ハンダボール
２１  ＴｉＷ密着層
２２  ヴィアホール
２３  酸化膜
２４  酸化膜
【図１】
0003761461.tif 000004
【図２】
0003761461.tif 000005
【図３】
0003761461.tif 000006
【図４】
0003761461.tif 000007
【図５】
0003761461.tif 000008
【図６】
0003761461.tif 000009
【図７】
0003761461.tif 000010