JP2004296667A

JP2004296667A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2004296667A
Application number: JP2003085532A
Authority: JP
Inventors: Toru Tono; 徹東野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】パッド部表面が溶ける現象を最悪の状態に促進させることなく、信頼性上の不具合が解消されるパッド部を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁膜１０上に配線層としてアルミニウム配線１２が形成されている。ここでのアルミニウム配線１２は各配線の最上層に位置し、パッドＰＡＤに繋がる。各配線は、少なくともエレクトロマイグレーション抑制のため、ＣｕまたはＣｕ及びＳｉを含有した、アルミニウムを主成分とする各配線で構成される。各配線のうち、所定のパッド領域へと導出されるパッド領域に対応する配線層と対向する層間絶縁膜との間に吸湿バリア層１１が設けられている。吸湿バリア層１１は、例えば、シリコン窒化膜である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部接続用のパッド形成に係り、特に貴金属（主に金）との共晶を要するアルミニウムを主成分とするパッドを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路チップにおいて外部との電気的接続領域であるパッドは、接続されるボンディングワイヤやバンプ等の電気的接続の安定性を得るため、また高抵抗化を避けるために、ある程度の大きさを確保しなければならない。
【０００３】
従来のパッド部形成の一工程を説明する。集積回路内部の導電領域と接続されるパッド部は、例えば多層配線の最上層の配線端部である。一般には、ＢＰＳＧ（ボロン・リン珪化ガラス）膜やＳｉＯ_２膜などの層間絶縁膜上に形成される最上層アルミニウム配線の端部である。パッシベーション膜は上記最上層アルミニウム配線上に設けられる絶縁性シリコン化合物（Ｓｉ_３Ｎ_４膜やＳｉＯ_２膜またはその積層）であり、図示しないレジストパターンに従ってエッチング開口される。これにより、パッド部が構成される。
【０００４】
アルミニウム配線は層間絶縁膜上に図示しないＴｉ／ＴｉＮ等のバリアメタル積層が形成され、その上にアルミニウムを主成分とする実質的なアルミニウム薄膜が形成されている。アルミニウム配線のアルミニウムは、例えば、ＡｌにＣｕを僅かに含有させたＡｌ−Ｃｕ構造、さらにはＳｉを僅かに含有させたＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ構造としている。これにより、エレクトロマイグレーションを抑制し、配線寿命の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アルミニウム配線形成後の熱処理によって、Ｃｕが偏析し易い。特に、パッドなどの露出部分ではダイシングなど水分が接触し易く、Ｃｕの偏析を核として局部電池作用が起こる。すなわち、銅が＋極、アルミニウムが−極となり、銅とアルミニウムの間に電流が流れる。これにより、銅の周りのアルミニウムが溶け出す。溶けた箇所のピンホールの大きさ、深さは様々であるが、さらに時間が経過すれば、吸湿は下部の層間絶縁膜内に達する恐れがある。この結果、ピンホールの大きさ、深さはより大きくなり、層間絶縁膜吸湿によるパッド腐食、ボンディング不良の可能性が高くなる。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、パッド部表面が溶ける現象を最悪の状態に促進させることなく、信頼性上の不具合が解消されるパッド部を有する半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された複数の素子に関係する配線層が層間絶縁膜を介して所定のパッド領域へと導出される構成を含み、少なくとも前記パッド領域に対応する前記配線層と対向する前記層間絶縁膜との間に吸湿バリア層が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、半導体集積回路に構成される多層配線として少なくとも銅または銅及びシリコンを含有した、アルミニウムを主成分とする各配線と、前記各配線のうち、最上層配線の一部分のみ実質的に銅の含有を排除した、別のアルミニウムを主成分とする表面を露出させたパッド部と、前記パッド部を除いて前記最上層配線を保護する絶縁膜と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
上記それぞれ本発明に係る半導体装置によれば、パッド表面から局部電池作用でピンホールが発生しても、吸湿バリア層の存在により、パッド下の層間絶縁膜への吸湿は防ぐことができる。これにより、ピンホール促進はパッド領域で抑制される傾向になる。
なお、前記吸湿バリア層はシリコン窒化膜を含み、前記配線層は、アルミニウムを主成分とした主導電部材及び２層以上で構成されるバリアメタルで構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された複数の素子に関係する配線層が貫通孔を配した層間絶縁膜を介して所定のパッド領域へと導出される配線形成に関し、少なくとも前記パッド領域を構成する配線層が敷設される層間絶縁膜表面上においてその前記パッド領域及びその周辺に対応する領域に吸湿バリア層を形成する工程と、前記吸湿バリア層上が所定のパッド領域へと導出される配線層を形成する工程と、前記パッド領域を含む配線層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を選択的に除去し前記配線層におけるパッド領域の所定表面をパッド部として露出させる工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、パッド表面から局部電池作用でピンホールが発生したとしても、吸湿バリア層を形成しているので、パッド下の層間絶縁膜への吸湿は防ぐことができる。これにより、ピンホール促進はパッド領域で抑制される傾向になる。
なお、前記吸湿バリア層はシリコン窒化膜を含み、化学気相的に堆積、フォトリソグラフィ技術によるマスクパターンの形成に従ってのエッチングの工程を有すること特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の要部であり、パッド部の断面図である。素子が形成され半導体集積回路が構成される半導体基板上の所定層にＢＰＳＧ（ボロン・リン珪化ガラス）膜やＳｉＯ_２膜などの図示しない配線との層間の絶縁膜１０が形成されている。絶縁膜１０上に配線層としてアルミニウム配線１２が形成されている。ここでのアルミニウム配線１２は各配線の最上層に位置し、パッド部ＰＡＤに繋がる。パッド部ＰＡＤの領域におけるアルミニウム配線１２は図示しないが下層のアルミニウム配線と接続されている形態になっている場合もある。
【００１３】
上記パッド部ＰＡＤを除いて最上層を保護する絶縁膜１３はパッシベーション膜であり、例えば、ＳｉＯ_２膜１３１、ＳｉＮ膜１３２からなる。ＳｉＯ_２膜１３１は、図示しない配線ルールの最も狭い素子回路へのカバレッジまで保証するために比較的成膜速度を低くして薄く形成されるものである。ＳｉＮ膜１３２はプラズマＳｉＮ膜であり、強度、厚みを確保するため比較的厚く形成されるものである。
【００１４】
この実施形態では、各配線は、少なくともエレクトロマイグレーション抑制のため、ＣｕまたはＣｕ及びＳｉを含有した、アルミニウムを主成分とする各配線で構成される。各配線のうち、所定のパッド部ＰＡＤの領域の配線層と対向する直下の層間の絶縁膜１０との間に吸湿バリア層１１が設けられている。吸湿バリア層１１は、例えばシリコン窒化膜を含む。吸湿バリア層１１の厚さはアルミニウム配線１２またはパッド部ＰＡＤの形成に支障がないような厚さであり、シリコン窒化膜を吸湿バリアとして用いる場合、応力変形に支障がないような厚さを考慮すべきである。パッド部ＰＡＤの領域におけるアルミニウム配線１２は図示しないが下層のアルミニウム配線と接続されている形態になっている場合もあるので、その場合は下層のアルミニウム配線と対向する直下の層間の絶縁膜１０との間に吸湿バリア層１１が設けられる。
【００１５】
上記実施形態によれば、パッド部ＰＡＤ表面から局部電池作用でピンホールが発生しても、吸湿バリア層１１の存在により、パッド部下の層間の絶縁膜１０への吸湿は防ぐことができる。これにより、ピンホール促進はパッド領域で抑制される傾向になる。パッド部ＰＡＤに接触するボンディングワイヤ等の接続不良はある程度避けることが期待できる。なお、吸湿バリア層１１はシリコン窒化膜の他、シリコン酸化膜系の緻密な膜を用いてもよい。
【００１６】
図２は図１の構成の途中工程を示す断面図である。少なくともパッド部ＰＡＤの形成予定領域において、配線層（１２）が敷設される層間の絶縁膜１０表面上においてパッド部ＰＡＤの領域及びその周辺に対応する領域をカバーするように吸湿バリア層１１としてシリコン窒化膜を形成する。シリコン窒化膜は周知の化学気相成長で形成される。プラズマ雰囲気内で形成すればより緻密な膜が得られる（プラズマシリコン窒化膜）。フォトリソグラフィ技術によるマスクパターンの形成に従ってエッチングしパターニングされる。このような吸湿バリア層１１上を含み所定のパッド部ＰＡＤを形成する配線層１２を形成する。その後、図１に示すように、周知の技術により、パッド部１２を含む配線層１２上にパッシベーション膜１３を形成する。
【００１７】
図３は、上記図１の構成においてピンホール不良が発生した状態を示す。ピンホール３０が吸湿バリア層１１で進行が止まっている。これにより、その後の図示しないワイヤボンディングやバンプの形成において不良を避けることができる。もちろん、外観検査によってピンホールが発見されれば不良となるが、発見されないピンホールがあった場合、その後の不良を抑制することが期待できる。
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、パッド表面から局部電池作用でピンホールが発生しても、吸湿バリア層の存在により、パッド下の層間絶縁膜への吸湿は防ぐことができる。これにより、ピンホール促進はパッド領域までで抑制される傾向になる。この結果、パッド部表面が溶ける現象を最悪の状態に促進させることなく、信頼性上の不具合が解消されるパッド部を有する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る半導体装置の要部で、パッド部の断面図。
【図２】図１の構成を実現する途中工程を示す断面図。
【図３】図１の構成においてピンホール不良が発生した状態を示す図。
【符号の説明】
１０…絶縁膜、１１…吸湿バリア層、１２…アルミニウム配線、１３…パッシベーション膜、３０…ピンホール、ＰＡＤ…パッド部。

Claims

半導体基板上に形成された複数の素子に関係する配線層が層間絶縁膜を介して所定のパッド領域へと導出される構成を含み、
少なくとも前記パッド領域に対応する前記配線層と対向する前記層間絶縁膜との間に吸湿バリア層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
前記吸湿バリア層はシリコン窒化膜を含み、前記配線層は、アルミニウムを主成分とした主導電部材及び２層以上で構成されるバリアメタルで構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
半導体基板上に形成された複数の素子に関係する配線層が貫通孔を配した層間絶縁膜を介して所定のパッド領域へと導出される配線形成に関し、
少なくとも前記パッド領域を構成する配線層が敷設される層間絶縁膜表面上においてその前記パッド領域及びその周辺に対応する領域に吸湿バリア層を形成する工程と、
前記吸湿バリア層上を含み所定のパッド領域へと導出される配線層を形成する工程と、
前記パッド領域を含む配線層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を選択的に除去し前記配線層におけるパッド領域の所定表面をパッド部として露出させる工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記吸湿バリア層はシリコン窒化膜を含み、化学気相的に堆積、フォトリソグラフィ技術によるマスクパターンの形成に従ってのエッチングの工程を有すること特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。