JP2001217243A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485—Material
    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48599—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
    • H01L2224/486—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48617—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダマシン法によって配線層が形成される半導
体装置の製造方法において、工程数の増加を伴うことな
く、簡易な方法によって多層構造のボンディングパッド
部を形成できる製造方法、および半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 半導体装置の製造方法は、少なくともボ
ンディングパッド部８０を含む層がダマシン法によって
形成され、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む。（ａ）最
上層の絶縁層３０にボンディングパッド部のための開口
領域８０ａを形成する工程であって、該開口領域は、さ
らに所定パターンの絶縁層２２ａによって分割されて複
数の部分開口部８１を有し、（ｂ）絶縁層上に、異なる
材質からなる複数の導電層８２０，８４０を順次成膜す
る工程、および（ｃ）複数の導電層８２０，８４０およ
び絶縁層３０の余分な部分を除去して、該複数の導電層
および該絶縁層を平坦化することにより、開口領域８０
ａの各部分開口部８１内に、異なる材質からなる複数の
導電層８２，８４が露出したボンディングパッド部８０
を形成する工程。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に、ボンディングパッド部（外
部接続用電極）の構造に特徴を有する半導体装置および
その製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】近年、半導体装置の微細化に伴い、配線層
が多層にわたって形成されるようになってきている。こ
のため、半導体装置の製造プロセスにおいて、配線層間
を電気的に接続するコンタクト層と配線層とを形成する
ためのプロセス数が、半導体装置の全製造プロセス数に
対して占める割合が大きくなっている。したがって、現
在、配線層およびコンタクト層の形成方法は、半導体装
置の製造プロセスにおいて重要な位置を占める。この配
線層およびコンタクト層を簡易に形成する技術として、
いわゆるダマシン（Damascene）法がある。
【０００３】このダマシン法では、あらかじめ絶縁層に
所定の配線溝を形成し、この配線溝にアルミニウム合金
や銅などの配線材料を堆積させた後、化学機械的研磨
（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polish）によって余
分な配線材料を研磨して除去し、配線溝内に配線材料を
埋め込み、配線層を形成する。特に、配線材料として銅
を用いた場合には、反応性イオンエッチングを適用する
ことが困難であるため、ダマシン法の適用が有望視さ
れ、多くの技術が提案されている。例えば、特開平１１
−１３５５０６号公報には、ダマシン法を適用した配線
構造におけるボンディングパッド部の製造方法が開示さ
れている。
【０００４】この製造方法においては、以下のようにボ
ンディングパッド部が形成される。すなわち、最上の絶
縁層に銅配線をダマシン法によって形成する。その後、
絶縁層および銅配線上に絶縁保護層を全面的に形成し、
この絶縁保護層をパターニングして、ボンディングパッ
ド部の形成領域に開口領域を形成する。次いで、レジス
ト層の除去工程あるいはフォトエッチング工程で銅配線
の表面に形成された酸化銅の被膜をドライエッチングに
よって除去する。その後、アルミニウム層を堆積し、ア
ルミニウム層が前記開口領域を覆うように選択エッチン
グによってパターニングする。このようにして、銅配線
上にアルミニウム層が積層されたボンディングパッド部
が形成される。また、この公報には、アルミニウム層を
選択エッチングによってパターニングする代わりに、ア
ルミニウム層を堆積させた後に、ＣＭＰによって余分な
アルミニウム層を除去して開口領域にアルミニウム層を
埋め込む方法も開示されている。
【０００５】ボンディングパッド部の表面にアルミニウ
ム層があることにより、金などに対するボンディング性
を高めることができる。
【０００６】しかし、この技術においては、以下のよう
な問題を有する。
【０００７】銅配線の形成後にアルミニウム層を選択エ
ッチングによってパターニングする場合には、ダマシン
工程に加えて、アルミニウム層の成膜、フォトリソグラ
フィーおよびエッチング工程を必要とし、工程数が増加
する。さらに、選択エッチングによる場合には、ダマシ
ン工程で用いないアルミニウムのエッチャーなどが必要
となる。また、銅配線の形成後にアルミニウム層をＣＭ
Ｐで平坦化する場合には、ＣＭＰ工程が追加され、工程
数が増加する。そして、この技術においては、露出した
銅配線の表面に形成された酸化銅を酸素プラズマとフッ
酸を含むガスによって除去する工程が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ダマ
シン法によってボンディングパッド部を含む層が形成さ
れる半導体装置の製造方法において、工程数の増加を伴
うことなく、簡易な方法によって、複数の異なる材質の
導電層が露出するボンディングパッド部を形成できる製
造方法、および半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】（半導体装置の製造方
法）本発明に係る半導体装置の製造方法は、少なくとも
ボンディングパッド部を含む層がダマシン法によって形
成され、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む。
【００１０】（ａ）最上層の絶縁層にボンディングパッ
ド部のための開口領域を形成する工程であって、該開口
領域は、さらに所定パターンの絶縁層によって分割され
て複数の部分開口部を有し、（ｂ）前記絶縁層上に、異
なる材質からなる複数の導電層を順次成膜する工程、お
よび（ｃ）前記複数の導電層および前記絶縁層の余分な
部分を除去して、該複数の導電層および該絶縁層を平坦
化することにより、前記開口領域の各前記部分開口部内
に、異なる材質からなる複数の導電層が露出したボンデ
ィングパッド部を形成する工程。
【００１１】本発明の製造方法においては、最上層の絶
縁層に、ボンディングパッド部のための開口領域が形成
される。そして、ボンディングパッド部のための開口領
域は、所定パターンの絶縁層によって分割された複数の
部分開口部を有する。前記絶縁層上に、異なる材質から
なる複数の導電層が前記開口領域を埋める状態で順次堆
積される。さらに、ＣＭＰなどによって前記複数の導電
層および前記絶縁層を平坦化することにより、前記開口
領域の各前記部分開口部内に、異なる材質からなる複数
の導電層が露出した、ボンディングパッド部を形成す
る。
【００１２】この製造方法によれば、異なる材質からな
る複数の導電層が露出した部分が、複数所定パターンで
配列したボンディングパッド部を形成できる。このボン
ディングパッド部は、前記複数の導電層の材質を選択す
ることで、例えばアルミニウム、金、銅、もしくはこれ
らの金属の合金、ハンダなどの多様な材料を用いたワイ
ヤあるいはバンプによるボンディングに適用でき、これ
らのボンディングに対して汎用性の高いボンディングパ
ッド部を形成できる。
【００１３】この製造方法においては、前記工程（ｂ）
において、前記複数の導電層は、前記工程（ｃ）の平坦
化の後に前記開口領域に残るような膜厚で形成されるこ
とが望ましい。複数の導電層の膜厚をこのように設定す
ることで、前記開口領域の各前記部分開口部内に、異な
る材質からなる複数の導電層を確実に露出した状態でボ
ンディングパッド部を形成することができる。
【００１４】さらに、前記工程（ａ）において、前記最
上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部のための開
口領域とともに、最上層の配線層のための配線溝が形成
される工程を含むことが望ましい。そして、前記工程
（ｂ）において、前記配線溝に主として前記配線層のた
めの導電層を堆積することができる。
【００１５】この態様によれば、ボンディングパッド部
を形成するためのダマシン工程で、ボンディングパッド
部とともに最上層の配線層を同時に形成することができ
る。したがって、ダマシン工程の工程数を増加させるこ
となく、また、ダマシン工程後の他の成膜工程およびパ
ターニング工程を付加させることなく、簡易なプロセス
で配線層とともにボンディングパッド部を形成でき、歩
留まりの向上およびコストの削減を図れる。
【００１６】この態様の場合には、前記配線層のための
導電層は、前記複数の導電層のうちの最も下層の導電層
であることが望ましい。また、前記ボンディングパッド
部のための開口部領域では、前記配線層のための導電層
より上に、さらに少なくとも１層の導電層が堆積され
る。前記配線層のための導電層より上の導電層は、各種
の導電材料を用いたバンプあるいはワイヤなどによるボ
ンディングに対応できるように、材質が選択されること
が望ましい。
【００１７】本発明にかかる製造方法においては、以下
の態様をとることができる。
【００１８】（１）前記工程（ｃ）の後に、さらに、絶
縁性の保護層を形成し、該保護層は前記ボンディングパ
ッド部の少なくとも一部が露出する開口領域を有するよ
うにパターニングされる工程を含むことができる。この
工程を含むことにより、最上層に形成された保護層にボ
ンディングのための開口領域を形成できる。
【００１９】（２）前記ボンディングパッド部を含む層
は、公知のシングルダマシン法またはデュアルダマシン
法で形成することができる。
【００２０】（３）前記工程（ａ）の後に、前記ボンデ
ィングパッド部のための開口領域の表面にバリア層およ
び密着層の少なくとも一方を形成する工程を含むことが
できる。前記バリア層は、配線層の材質によって適切な
材料が選択される。例えば、ボンディングパッド部の最
下層の導電層が銅系材料で構成される場合には、バリア
層としては、タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チ
タンなどの高融点金属またはそれらの化合物を用いるこ
とができる。密着層としては、チタン、タンタル、ニオ
ブおよびタングステンなどの金属またはこれらの合金を
用いることができる。
【００２１】（４）前記配線層のための導電層の材料は
主として配線層としての機能から選択され、また、前記
配線層のための導電層より上の導電層の材料は主として
ボンディングパッド部としての機能から、それぞれ選択
することができる。これらの機能を考慮すると、以下に
記載する組合せが例示される。
【００２２】前記配線層のための導電層は、アルミニウ
ム、銅、銀あるいはこれらの金属の合金から選択される
少なくとも１種の金属層からなり、前記配線層のための
導電層より上の導電層は、前記配線層のための材質と異
なり、アルミニウム、金あるいはこれらの金属の合金か
ら選択される少なくとも１種の金属層からなる。
【００２３】（５）前記工程（ｃ）において、前記平坦
化はＣＭＰによって行うことができる。
【００２４】（半導体装置）本発明に係る半導体装置
は、複数の配線層と、該配線層の相互間に存在する層間
絶縁層とを含み、かつ、最上層の絶縁層にボンディング
パッド部を有し、前記ボンディングパッド部は、絶縁層
によって分割された複数の部分開口部を有する開口領域
と、該部分開口部内に異なる材質からなる複数の導電層
が露出して配置される。
【００２５】この半導体装置によれば、ボンディングパ
ッド部は、異なる材質からなる複数の導電層が露出した
部分が複数所定パターンで配列されている。したがっ
て、このボンディングパッド部は、上述したように、前
記複数の導電層の材質を選択することで、多様な材料を
用いたワイヤまたはバンプによるボンディングに適用で
き、ボンディングに対して汎用性の高いボンディングパ
ッド部を構成できる。
【００２６】また、導電層の材質のみならす、導電層の
材質の種類および各導電層の面積比などを選択すること
で、各種態様のボンディングパッド部を構成できる。
【００２７】また、ボンディングパッド部に部分開口部
を構成するための所定パターンの絶縁層を有すること
で、ＣＭＰ工程でのディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）の
発生を防止すること、バリア層もしくは密着層に対する
導電層の接触面積を大きくして導電層の密着性を向上で
きること、さらにボンディング時でのボンディングパッ
ド部に作用するストレスを分散すること、などの利点を
有する。
【００２８】さらに、この半導体装置においては、前記
最上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部とともに
最上層の配線層が配置されることが望ましい。この態様
の半導体装置では、前記配線層のための導電層は、前記
複数の導電層のうちの最も下層の導電層である。したが
って、配線層のための導電層は、主として配線層として
の機能から選択され、前記配線層のための導電層より上
の導電層は、主としてボンディングパッド部としての機
能から選択することができる。このように導電層の材質
を選択することで、配線層およびボンディングパッド部
の高度な最適化が図れる。
【００２９】例えば、配線層のための導電層として銅あ
るいは銅合金（これを「銅系材料」という）などを用い
た場合に、ボンディングパッド部の他の導電層としてア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金（これを「アルミ
ニウム系材料」という）を用いれば、バンプあるいはワ
イヤなどとして、金、アルミニウムもしくはこれらの金
属の合金、ハンダ、などを用いたボンディングを良好に
できる。
【００３０】このように、複数の導電層の材料は、配線
層およびボンディングパッド部の機能、成膜方法、デバ
イスの組立方法および実装方法などを考慮して選択され
ることが望ましい。
【００３１】この態様の半導体装置においては、前記開
口領域を構成する前記部分開口部には、異なる導電層が
同心状に配置され、最も外側には前記配線層のための導
電層が存在し、該導電層より内側には、例えば前記ボン
ディングパッド部に好適な導電層が存在する。この内側
の導電層は、単数であっても複数であってもよい。
【００３２】さらに、最上の絶縁層、ボンディングパッ
ド部を含む層の上に絶縁性の保護層が形成されることが
望ましい。該保護層は、前記ボンディングパッド部の少
なくとも一部が露出する開口領域を有する。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】（デバイスの構造）本実施の形態にかかる
半導体装置について説明する。図５は、本実施の形態に
かかる半導体装置１００を模式的に示す断面図である。
図５では、最上の金属配線層およびボンディングパット
部を有する半導体装置の例を示している。
【００３５】半導体装置１００は、層構造として、シリ
コン基板１０上に、中間領域１２が形成されている。こ
の中間領域１２上には、最上の層間絶縁層２０および最
上の絶縁層２２が、順次積層されている。
【００３６】最上の層間絶縁層２０には、ビアコンタク
ト層６０が形成されている。そして、最上の絶縁層２２
には、最上の配線層６２とともに、後に詳述するボンデ
ィングパッド部８０が形成されている。
【００３７】この例では、最上の層間絶縁層２０と最上
の絶縁層２２との間には、マスク層４２が形成されてい
る。最上の層間絶縁層２０とそれにより下位の絶縁層
（図示せず）との間には、層間バリア層４０が形成され
ている。すなわち、下層がビアコンタクト層を有する層
間絶縁層であって、上層が配線層を有する絶縁層の場合
には、両者の間にマスク層が形成される。そして、下層
が配線層を有する絶縁層であって、上層がビアコンタク
ト層を有する層間絶縁層の場合には、両者の間に層間バ
リア層が形成される。
【００３８】層間バリア層は、主として配線層およびビ
アコンタクト層を構成する物質が層間絶縁層などの絶縁
層中に拡散するのを防止する機能を有する。マスク層
は、主としてデュアルダマシン法によってビアホールを
形成する際のマスクおよびエッチングストッパとして機
能する。
【００３９】層間バリア層は、配線層およびビアコンタ
クト層の材質によって、必要に応じて設けられる。例え
ば、層間バリア層は、配線層およびビアコンタクト層の
少なくとも一方が、銅系材料のように酸化シリコンから
なる絶縁層中に拡散しやすい材料で構成される場合に設
けられる。層間バリア層の材料としては、銅などの拡散
を防止できる材料、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シ
リコン、炭化シリコンなどを用いることができる。ま
た、配線層およびビアコンタクト層がアルミニウム系材
料などのように酸化シリコンからなる絶縁層中に拡散し
にくい材料で構成される場合には、層間バリア層は必ず
しも必要でない。ただし、層間バリア層は、エッチング
ストッパとしても機能するので、この場合でも加工上形
成されることが望ましい。
【００４０】以下、主な各層についてより詳細に説明す
る。
【００４１】シリコン基板１０および中間領域１２；シ
リコン基板１０の表面には、ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラ
トランジスタなどの半導体素子、配線層および素子分離
領域（図示せず）が形成されている。
【００４２】中間領域１２は、図示しないが、半導体素
子などが形成されたシリコン基板１０上に、ビアコンタ
クト層などの層間コンタクト層が形成された層間絶縁
層、および配線層が形成された絶縁層などが１組以上積
層された、公知の層構造を有する。
【００４３】最上の層間絶縁層２０；中間領域１２上に
は、層間バリア層４０を介して、最上の層間絶縁層２０
が形成されている。最上の層間絶縁層２０には、ビアコ
ンタクト層６０が形成されている。ビアコントクト層６
０は、最上の層間絶縁層２０の下位に形成された、中間
領域１２の配線層（図示せず）と、最上の配線層６２と
を接続する。ビアコンタクト層６０は、その側面および
底面がバリア層５０によって覆われている。
【００４４】最上の絶縁層２２；最上の層間絶縁層２０
の上には、マスク層４２を介して、最上の絶縁層２２が
形成されている。最上の絶縁層２２の所定の位置に、最
上の配線層６２と、ボンディングパッド部８０とが形成
されている。
【００４５】ビアコンタクト層６０と最上の配線層６２
とは、所定のパターンの開口部に一体的に充填された導
電材から構成されている。最上の配線層６２の表面（配
線層６２の上面を除く）には、バリア層５２が形成され
ている。ビアコンタクト層６０の表面に形成されたバリ
ア層５０と、最上の配線層６２の表面に形成されたバリ
ア層５２とは、同一の成膜工程で形成され、一体的に連
続している。同様に、ビアコンタクト層６０およびボン
ディングパッド部８０の表面（ボンディングパッド部８
０の上面を除く）には、それぞれバリア層５０および５
２が連続的に形成されている。この例では、ボンディン
グパッド部８０は、ビアコンタクト層６０を介して下層
の配線層（図示せず）に接続されている。
【００４６】バリア層は、配線層およびビアコンタクト
層の材質によって、必要に応じて設けられる。例えば、
バリア層は、配線層およびビアコンタクト層が銅系材料
のように酸化シリコン層からなる絶縁層中に拡散しやす
い材料で構成される場合に設けられる。バリア層の材料
としては、銅などの拡散を防止できる材料、例えば、タ
ンタル、チタン、タングステンなどの高融点金属あるい
はその窒化物、もしくはそれらの積層体を用いることが
できる。
【００４７】配線層およびビアコンタクト層がアルミニ
ウム系材料などの酸化シリコン層からなる層間絶縁層中
に拡散しにくい材料で構成される場合には、バリア層は
必ずしも必要でない。しかし、この場合でも、配線材料
の埋め込み性や接触抵抗を改善する目的で、高融点金属
あるいはその化合物からなる層を配線層およびビアコン
タクト層の表面に形成することが望ましい。
【００４８】バリア層および配線層の積層構造の具体例
としては、アルミニウム合金層を主体とする配線層の場
合、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｔ
ａ／ＴａＮ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｎｂ／Ａｌ−Ｃｕなどの積層
構造を挙げられ、銅を主体とする配線層の場合、Ｔｉ／
ＴｉＮ／Ｃｕ，Ｔａ／ＴａＮ／Ｃｕ，ＷＮ／Ｃｕなどの
積層構造を挙げることができる。
【００４９】ボンディングパッド部８０；ボンディング
パッド部８０は、バリア層５２と、このバリア層５２の
内壁に沿って形成された第１の導電層８２と、第１の導
電層８２の内側に形成された第２の導電層８４と、を含
む。つまり、ボンディングパッド部８０は、第１の導電
層８２と、第２の導電層８４との多層構造を有する。そ
して、第１の導電層８２は、最上の配線層６２と同一工
程で形成され、したがって、配線層６２と同じ材質を有
する。
【００５０】図６に、ボンディングパッド部８０の平面
を模式的に示す。なお、図２では、図面を分かりやすく
するために、部分開口部８１は図６と異なるパターンで
記載されている。
【００５１】図６に示すように、ボンディングパッド部
８０は、絶縁層２２ａによってマトリクス状に分割され
た複数の部分開口部８１を有する。各部分開口部８１に
は、外側から、バリア層５２（図６には図示せず），第
１の導電層８２および第２の導電層８４が同心状に配列
された平面構造を有する単位部分８６が配置されてい
る。そして、後述する保護層３０の開口領域３２内にボ
ンディングパッド部８０が位置している。このボンディ
ングパッド部８０の露出面がボンディング領域となる。
【００５２】本実施の形態では、第２の導電層８４は、
第１の導電層８２と異なる材質を有し、主としてボンデ
ィング性，第１の導電層との密着性，耐腐食性，耐湿
性，組立実装性などを考慮して、選択される。
【００５３】例えば、最上の配線層６２として銅系材料
などを用いた場合には、第２の導電層８４としてアルミ
ニウム系材料あるいは金系材料を用いれば、金、アルミ
ニウムなどを用いたワイヤボンディング、あるいは金、
銀、鉛、ハンダなどを用いたバンプによるボンディング
を良好にできる。
【００５４】保護層３０；最上層には、絶縁性の保護層
３０が形成されている。保護層３０は、半導体装置１０
０の内部の機能が保護されればよく、公知の保護層、例
えば窒化シリコン層，酸化シリコン層，あるいは酸化窒
化シリコン層などから構成できる。保護層３０には、ボ
ンディングパッド部８０の所定領域が露出するように、
開口部３２が形成されている。保護層３０は、必要に応
じて、酸化シリコン層および窒化シリコン層などの複数
の層が積層されていてもよく、さらに、前述した各種の
シリコン化合物の層の上に、応力緩和のためにポリイミ
ド樹脂などの樹脂層が積層されていてもよい。
【００５５】（デバイスの作用・効果）半導体装置１０
０においては、最上の配線層６２は第１の導電層からな
り、かつ、ボンディングパッド部８０は、第１の導電層
８２と、この第１の導電層８２と異なる第２の導電層８
４とを有する単位部分８６を含む。そして、ボンディン
グパッド部８０は、異なる材質からなる複数の導電層８
２，８４が露出した単位部分８６が、マトリクス状に配
列されている。したがって、このボンディングパッド部
８０は、複数の導電層８２，８４の材質を選択すること
で、多様な材料を用いたワイヤまたはバンプによるボン
ディングに適用でき、ボンディングに対して汎用性の高
いボンディングパッド部を構成できる。
【００５６】また、導電層の材質のみならす、導電層の
材質の種類および各導電層の面積比などを選択すること
で、各種態様のボンディングパッド部を構成できる。
【００５７】本実施の形態では、第１の導電層８２の材
料は主として配線層としての機能から、第２の導電層８
４の材料は主としてボンディングパッド部としての機能
から、それぞれ最適な材料を選択することができ、した
がって、最上の配線層６２およびボンディングパッド部
８０の高度な最適化が図れる。
【００５８】また、ボンディングパッド部８０に部分開
口部８１を構成するための所定パターンの絶縁層２２ａ
を有することで、ＣＭＰ工程でのディッシングの発生を
防止すること、バリア層５２もしくは密着層に対する第
１の導電層８２の接触面積を大きくして導電層の密着性
を向上できること、さらにボンディング時でのボンディ
ングパッド部８０に作用するストレスを分散すること、
などの利点を有する。
【００５９】（製造プロセス）次に、本実施の形態にか
かる半導体装置１００の製造方法について説明する。図
１〜図５は、半導体装置１００の製造工程を模式的に示
す断面図である。
【００６０】（１）まず、図１を参照して説明する。図
１は、中間領域１２上に最上の層間絶縁層２０および最
上の絶縁層２２を形成する工程を示している。各配線層
およびビアコンタクト層は、公知のダマシン工程、この
例の場合には、デュアルダマシン工程によって形成する
ことができる。
【００６１】（半導体素子および中間領域１２の形成）
まず、まず公知の方法により、シリコン基板１０の表面
に、ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタなどの半導
体素子、配線層および素子分離領域（図示せず）を形成
する。
【００６２】ついで、半導体素子などが形成されたシリ
コン基板１０上に、ビアコンタクト層などの層間コンタ
クト層が形成された層間絶縁層、および配線層が形成さ
れた絶縁層などを公知の方法により１組以上積層して、
中間領域１２を形成する。中間領域１２の各配線層およ
びビアコンタクト層は、ダマシン工程によって形成する
ことができる。
【００６３】（最上の層間絶縁層２０および最上の絶縁
層２２の形成）まず、ＣＭＰなどで、中間領域１２にお
ける最上の絶縁層（図示せず）およびこの絶縁層に形成
された配線層（図示せず）を平坦化した後、層間バリア
層４０を形成する。層間バリア層の構成物質としては、
前述したようにバリア層として機能できれば特に限定さ
れないが、たとえば窒化シリコン、窒化酸化シリコン、
炭化シリコンなどを挙げることができる。さらに、層間
バリア層の構成物質としては、ビアホールのエッチング
においてボトムのエッチングストッパ層として機能し得
る物質が好ましい。層間バリア層の成膜方法としては、
スパッタ法、ＣＶＤ法などを挙げることができる。ま
た、層間バリア層の膜厚は、その機能が達成される範囲
で選択される。
【００６４】ついで、層間バリア層４０上に最上の層間
絶縁層２０を形成する。この最上の層間絶縁層２０は、
公知の酸化シリコンを主体とする層によって構成され
る。層間絶縁層２０の形成方法としては、たとえば高密
度プラズマＣＶＤ法，熱ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，
常圧ＣＶＤ法，スピンコート法などの塗布法，スパッタ
法，熱蒸着法などを挙げることができる。層間絶縁層２
０の膜厚は、デバイスの設計により選択される。
【００６５】ついで、最上の層間絶縁層２０上に、マス
ク層４２を形成する。マスク層の構成物質としては、マ
スク層として機能できれば特に限定されないが、たとえ
ば窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコンなど
を挙げることができる。さらに、マスク層は、ビアホー
ルを形成する際のエッチングストッパ層として機能し得
る物質から構成されることが望ましい。マスク層４２の
成膜方法としては、たとえばＣＶＤ法などを挙げること
ができる。また、マスク層の膜厚は、その機能が達成さ
れる範囲で選択される。
【００６６】ついで、マスク層４２上に、最上の絶縁層
２２を形成する。この最上の絶縁層２２は、公知の酸化
シリコンを主体とする層によって構成される。絶縁層２
２の形成方法としては、前述した最上の層間絶縁層２０
の成膜方法と同じ方法を挙げることができる。
【００６７】各層の膜厚は設計ルールなどによって設定
される。以下に、各層の膜厚を例示する。
【００６８】層間バリア層４０；数十〜２００ｎｍ最上
の層間絶縁層２０；数百〜１５００ｎｍマスク層４２；
数十〜２００ｎｍ最上の絶縁層２２；５００〜２０００
ｎｍ（２）図２に示すように、最上のビアホール６０
ａ、配線溝６２ａおよびボンディングパッド部のための
開口領域８０ａを形成する。
【００６９】この工程では、たとえば、最上の絶縁層２
２をフォトリソグラフィーおよびエッチング（フォトエ
ッチング）によってパターニングして配線溝６２ａを形
成する。続いて、マスク層４２の所定位置（ビアホール
の形成位置）にフォトエッチングによって開口部を形成
し、このマスク層４２をマスクとして最上の層間絶縁層
２０をエッチングしてビアホール６０ａを形成する。そ
して、この工程では、配線溝６２ａの形成時に、ボンデ
ィングパッド部のための開口領域８０ａを同時に形成す
る。
【００７０】この工程で、ビアホール６０ａと配線溝６
２ａとが連続した開口部、ならびにビアホール６０ａと
ボンディングパッド部のための開口領域８０ａとが連続
した開口部を形成することができる。そして、開口領域
８０ａには、図６に示すように、所定パターン（この例
では格子状）の絶縁層２２ａが残るようにパターニング
されて、マトリクス状に配列する複数の部分開口部８１
が形成される。
【００７１】配線溝およびビアホールを形成するための
エッチングとしては、好ましくはドライエッチング法、
さらに好ましくは高密度プラズマエッチング法を用いる
ことができる。ドライエッチング法によれば、エッチン
グ条件（たとえばエッチャント，プラズマ密度，圧力，
温度）を調整することにより、絶縁層のエッチングレー
トとマスク層のエッチングレートとを独立に変えること
ができる。
【００７２】デュアルダマシン法による配線溝およびビ
アホールの形成は、上述の方法に限定されず、他の方法
を用いることができる。たとえば、上述の方法の代わり
に、いわゆるビアファースト法を用いることができる。
ビアファースト法では、まず、最上の絶縁層２２および
最上の層間絶縁層２０を貫通するビアホール６０ａを形
成し、その後、絶縁層２２に配線溝６２ａを形成する。
【００７３】（３）図３および図４に示すように、最上
のビアコンタクト層６０および最上の配線層６２を形成
する。
【００７４】まず、図３に示すように、ビアホール６０
ａ、配線溝６２ａおよびボンディングパッド部のための
開口領域８０ａの内壁に沿って、バリア層５００を形成
する。このバリア層５００は、スパッタ法、ＣＶＤ法な
どによって形成できる。バリア層５００の膜厚は、その
機能が達成される範囲で選択され、例えば、１０〜１０
０ｎｍである。
【００７５】ついで、バリア層５００上にビアコンタク
ト層および配線層のための第１の導電層８２０を形成
し、さらに、ボンディングパッド部のための第２の導電
層８４０を形成する。
【００７６】具体的には、まず、第１の導電層８２０を
形成する。このとき、第１の導電層８２０は、この導電
層８２０によって少なくともビアホール６０ａおよび配
線溝６２ａが埋まるように形成される。したがって、第
１の導電層８２０の膜厚は、ビアホール６０ａの径およ
び配線溝６２ａの幅に依存して設定される。ここで、第
１の導電層８２０の膜厚とは、たとえば、最上の絶縁層
２２上にある導電層の膜厚をいう。
【００７７】また、第１の導電層８２０の膜厚は、ボン
ディングパッド部８０（図４参照）の厚さ、すなわち、
最終的に得られる最上の絶縁層２２（図４参照）の膜
厚、より小さいことが必要である。第１の導電層８２０
の膜厚が最終的に得られる最上の絶縁層２２より大きい
と、ボンディングパッド部８０に第１の導電層８２と異
なる材質の第２の導電層８４（図４参照）を残すことが
できない。
【００７８】第１の導電層８２０を形成する方法として
は、たとえばＣＶＤ法，メッキを利用した方法，スパッ
タリング法，蒸着法，塗布法あるいはこれらの方法を組
み合わせる方法などを挙げることができる。
【００７９】第１の導電層８２０として銅系材料を用い
る場合には、スパッタ法、メッキ法、ＣＶＤ法などによ
って成膜できる。例えば、メッキ法を用いる場合には、
バリア層５００の表面に、スパッタによってシード層と
して銅を数十〜数百ｎｍの膜厚で堆積した後、メッキに
よって銅を所定の膜厚（例えば３００〜１０００ｎｍ）
で形成することができる。
【００８０】ついで、必要に応じて、チタン，タンタ
ル，ニオブおよびタングステンなどの金属またはこれら
の合金の層（図示せず）をスパッタによって数十ｎｍの
膜厚で形成する。この層は、密着層およびフロー層とし
て機能する。
【００８１】ついで、第１の導電層８２０上に、第２の
導電層８４０を形成する。第２の導電層８４０の成膜方
法としては、第１の導電層８２０と同様の方法を用いる
ことができる。
【００８２】第２の導電層８４０は、ボンディングパッ
ド部８０の第２の導電層８４を構成するので、既に述べ
たようにボンディング性などに優れた金属から選択され
ることが望ましい。第２の導電層８４０としてアルミニ
ウム系材料を用いる場合には、この導電層８４０はスパ
ッタによって数百ｎｍの膜厚で成膜することができる。
【００８３】第１の導電層８２０および第２の導電層８
４０の膜厚比、ボンディングパッド部８０のための開口
領域８０ａのサイズなどを制御することによって、ボン
ディングパッド部８０における第１の導電層８２と第２
の導電層８４の上面の面積比を設定できる。
【００８４】以下に、配線溝６２ａの幅、ボンディング
パッド部８０のための開口領域８０ａの径、第１の導電
層８２０の膜厚、および第２の導電層８４０の膜厚を例
示する。
【００８５】配線溝の幅；０．１５〜１０μｍ ボンディングパッド部のための開口部の径；３０〜１５
０μｍ 第１の導電層の膜厚；３００〜１０００ｎｍ 第２の導電層の膜厚；１００〜５００ｎｍ （４）図３および図４に示すように、第２の導電層８４
０、第１の導電層８２０、バリア層５００および最上の
絶縁層２２の余分な部分を平坦化し、最上の絶縁層２
２、最上の配線層６２およびボンディングパッド部８０
を形成する。ボンディングパッド部８０は、前述したよ
うに、第１の導電層８２上に第２の導電層８４が積層さ
れた構造、具体的には、各単位部分８６において、第２
の導電層８４の周囲を囲むように第１の導電層８２が配
置される。
【００８６】平坦化の方法としては、たとえばＣＭＰ
法，ドライエッチバック法，ウエット除去法などを挙げ
ることができ、ＣＭＰ法が好ましい。
【００８７】（５）図５に示すように、最上層、すなわ
ち、最上の絶縁層２２上に、絶縁性の保護層３０を形成
する。保護層３０の材料としては、前述したように、例
えば窒化シリコン層，酸化シリコン層，酸化窒化シリコ
ン層などを用いることができる。保護層３０には、ボン
ディングパッド部８０の所定領域が露出するように、フ
ォトリソグラフィーおよびエッチングによって開口部３
２を形成する。
【００８８】こうして、本実施の形態にかかる半導体装
置１００が完成する。
【００８９】この製造方法においては、図２に示すよう
に、最上の絶縁層２０に、最上の配線層６２のための配
線溝６２ａとともに、ボンディングパッド部８０のため
の開口領域８０ａが形成される。そして、図３に示すよ
うに、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０
ａの部分開口部８１には、配線層６２のための第１の導
電層８２０と、第２の導電層８４０とが該部分開口部８
１を埋める状態で堆積される。さらに、図４に示すよう
に、ＣＭＰなどによって第２の導電層８４０、第１の導
電層８２０および絶縁層３０を平坦化することにより、
配線溝に６２ａ第１の導電層８２０からなる配線層６２
を形成し、かつ、ボンディングパッド部８０のための開
口領域８０ａの部分開口部８１内に、第１の導電層８２
と、第２の導電層８４とが同時に形成される。
【００９０】（製造方法の作用・効果）この製造方法に
よれば、ボンディングパッド部８０のための開口領域８
０ａを所定パターンの絶縁層２２ａによって分割して複
数の部分開口部８１を形成する。そして、各部分開口部
８１内に第１の導電層８２と第２の導電層８４とを形成
することで、このような複数の導電層が露出した部分が
マトリクス状に配列されたボンディングパッド部８０を
一回のダマシン工程で形成することができる。
【００９１】さらに、この製造方法によれば、ボンディ
ングパッド部８０を形成するためのダマシン工程（本実
施の形態ではデュアルダマシン工程）で、ボンディング
パッド部８０とともに配線層６２を同時に形成すること
ができる。したがって、ダマシン工程の工程数を増加さ
せることなく、また、ダマシン工程後の他の成膜工程お
よびパターニング工程を付加させることなく、簡易なプ
ロセスでボンディングパッド部８０および配線層６２を
形成でき、歩留まりの向上およびコストの削減を図れ
る。
【００９２】上記実施の形態では、配線層は銅系あるい
はアルミニウム系材料を用いた例について述べたが、他
の材料、例えば、銀系材料、金系材料などを用いること
もできる。また、異なるレベルの配線層は、それぞれ同
一の材料で構成してもよいし、異なる材料によって構成
してもよい。例えば、シリコン基板に近い配線層にはア
ルミニウム系材料を用い、より大きな電流が流れる上層
には銅系材料を用いることができる。
【００９３】ボンディングパッド部の部分開口部のパタ
ーンもマトリクスパターンに限定されず、ボンディング
パッド部が分割できればよく、リング状などの各種の形
態をとりうる。
【００９４】ボンディングパッド部の平面形状は正方形
に限定されず、長方形などの矩形、六角形などの多角
形、円形など、各種の形状をとりうる。
【００９５】さらに、上記実施の形態では、ボンディン
グパッド部は２層の導電層から構成されているが、必要
に応じて３層以上の導電層から構成してもよい。
【００９６】要するに、本発明は、ボンディングパッド
部がダマシン工程で形成される半導体装置に適用でき、
好ましくは最上層の配線層とボンディングパッド部とを
同一の工程で形成できればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程
を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程
を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程
を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程
を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程
および半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に示す半導体装置のボンディングパッド部
を模式的に示す部分平面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン基板 １２ 中間領域 ２０ 最上の層間絶縁層 ２２ 最上の絶縁層 ４０ 層間バリア層 ４２ マスク層 ６０ 最上のビアコンタクト層 ６２ 最上の配線層 ８０ ボンディングパッド部 ８０ａ 開口領域 ８１ 部分開口部 ８２ 第１の導電層 ８４ 第２の導電層 ３０ 保護層 ３２ 開口部 ８２０ 第１の導電層 ８４０ 第２の導電層
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH09 HH11 HH13 HH14 HH17 HH18 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ09 JJ11 JJ14 JJ17 JJ18 JJ21 JJ32 JJ33 JJ34 MM02 MM05 MM12 MM13 MM21 NN06 NN07 PP06 PP15 PP19 PP26 PP27 PP28 QQ08 QQ12 QQ25 QQ28 QQ31 QQ48 RR01 RR04 RR06 RR08 RR22 SS08 SS10 SS11 SS12 SS15 SS21 TT02 TT04 VV07 XX01 XX13 XX19 XX33

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともボンディングパッド部を含む
    層がダマシン法によって形成され、以下の工程（ａ）〜
    （ｃ）を含む、半導体装置の製造方法。 （ａ）最上層の絶縁層にボンディングパッド部のための
    開口領域を形成する工程であって、該開口領域は、さら
    に所定パターンの絶縁層によって分割されて複数の部分
    開口部を有し、 （ｂ）前記絶縁層上に、異なる材質からなる複数の導電
    層を順次成膜する工程、および （ｃ）前記複数の導電層および前記絶縁層の余分な部分
    を除去して、該複数の導電層および該絶縁層を平坦化す
    ることにより、前記開口領域の各前記部分開口部内に、
    異なる材質からなる複数の導電層が露出したボンディン
    グパッド部を形成する工程。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記工程（ｂ）において、前記複数の導電層は、前記工
    程（ｃ）の平坦化の後に前記開口領域に残るような膜厚
    で形成される、半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、 さらに、前記工程（ａ）において、前記最上層の絶縁層
    に、前記ボンディングパッド部のための開口領域ととも
    に、最上層の配線層のための配線溝が形成される、半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項３において、 前記工程（ｂ）において、前記複数の導電層は、主とし
    て前記配線層のための導電層を含む、半導体装置の製造
    方法。
  5. 【請求項５】 請求項４において、 前記配線層のための導電層は、前記複数の導電層のうち
    の最も下層の導電層であり、該導電層は前記配線溝内に
    堆積される、半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記配線層のための導電層より上にある導電層は、少な
    くとも前記ボンディングパッド部のための前記開口領域
    内に堆積される、半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、 前記工程（ｃ）の後に、さらに、絶縁性の保護層を形成
    する工程を含み、該保護層は、前記ボンディングパッド
    部が露出する開口領域を有するようにパターニングされ
    る、半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかにおいて、 前記ボンディングパッド部を含む層は、シングルダマシ
    ン法またはデュアルダマシン法で形成される、半導体装
    置の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項４〜６のいずれかにおいて、 前記配線層のための導電層は、アルミニウム、銅、銀あ
    るいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１
    種の金属層からなり、 前記配線層のための導電層より上の導電層は、前記配線
    層のための導電層と異なる材質からなり、アルミニウ
    ム、金あるいはこれらの金属の合金から選択される少な
    くとも１種の金属層からなる、半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかにおいて、 前記工程（ａ）の後に、前記ボンディングパッド部のた
    めの開口領域の表面にバリア層および密着層の少なくと
    も一方を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかにおいて、 前記工程（ｃ）において、前記平坦化は化学機械的研磨
    によって行われる、半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 複数の配線層と、該配線層の相互間に
    存在する層間絶縁層とを含み、かつ、最上層の絶縁層に
    ボンディングパッド部を有し、 前記ボンディングパッド部は、絶縁層によって分割され
    た複数の部分開口部を有する開口領域と、該部分開口部
    内に異なる材質からなる複数の導電層が露出して配置さ
    れる、半導体装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２において、 前記最上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部とと
    もに最上層の配線層が配置される、半導体装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３において、 前記配線層のための導電層は、前記複数の導電層のうち
    の最も下層の導電層からなる、半導体装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１３または１４において、 前記開口領域を構成する前記部分開口部には、異なる導
    電層が同心状に配置され、最も外側には前記配線層のた
    めの導電層が存在する、半導体装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１５において、 前記配線層のための導電層より内側には、単数もしくは
    複数の導電層が存在する、半導体装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１２〜１６のいずれかにおい
    て、 さらに、最上層に絶縁性の保護層が形成され、該保護層
    には前記ボンディングパッド部が露出する開口領域を有
    する、半導体装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１３〜１７のいずれかにおい
    て、 前記配線層のための導電層は、アルミニウム、銅、銀あ
    るいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１
    種の金属層からなり、 前記配線層のための導電層より上の導電層は、前記配線
    層のための導電層と異なる材質からなり、アルミニウ
    ム、金あるいはこれらの金属の合金から選択される少な
    くとも１種の金属層からなる、半導体装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１２〜１８のいずれかにおい
    て、 前記ボンディングパッド部の前記部分開口部の表面にバ
    リア層および密着層の少なくとも一方が形成された半導
    体装置。
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