JP2012094593A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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直也 大場
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勝彦 堀田
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Hiroyasu Yoshimune
弘安 能宗
Takehiko Saito
剛彦 斎藤
Kenji Furusawa
健志 古澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve inspection properties of a semiconductor device.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of: (a) forming a conductive film (an aluminum film 10b) containing aluminum above a substrate; (b) forming wiring by patterning the conductive film; (c) forming a first insulating film (a first protective film) on the wiring; (d) exposing a pad region (Pd) of the wiring by etching the first insulating film; (e) performing a plasma treatment using a nitrogen plasma gas to the pad region (Pd); and (f) energizing the pad region (Pd) by contacting a probe needle to the pad region (Pd) after the step (e). Since an aluminum nitride layer (15) is formed on the pad region (Pd) through the step (e), the contact resistance between the pad region (Pd) and the probe needle (N) can be reduced.

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、パッドを有する半導体装置の構成、およびパッドを有する半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a configuration effective for a semiconductor device having a pad and a technique effective when applied to a method for manufacturing a semiconductor device having a pad.

半導体装置は、半導体基板上に形成されたMISFETなどの半導体素子と、この半導体素子の上方に形成された多層の配線を有する。そして、最上層の配線は、保護膜で覆われ、この保護膜の開口部が、ボンディングパッドとなっている。このボンディングパッドは、外部端子との電気的接続を測るための領域である。   The semiconductor device has a semiconductor element such as a MISFET formed on a semiconductor substrate and a multilayer wiring formed above the semiconductor element. The uppermost layer wiring is covered with a protective film, and the opening of this protective film serves as a bonding pad. This bonding pad is an area for measuring electrical connection with an external terminal.

上記ボンディングパッドを利用することにより、針(プローブ針)を介して通電し、半導体装置の電気的特性を調べることができる。このような検査をプローブテストと言う。   By using the bonding pad, it is possible to check the electrical characteristics of the semiconductor device by energizing through the needle (probe needle). Such an inspection is called a probe test.

例えば、下記特許文献1(特開2002−75996号公報)には、所望の素子領域および配線層の形成された半導体基板表面にパッシベーション膜を形成する工程と、外部接続を行うべきパッド領域を露呈せしめるべく、パッシベーション膜をエッチングするエッチング加工工程と、が開示されている。さらに、エッチング加工工程後、弗化アンモニウム含有液を用いて配線層表面をエッチングする工程と、エッチングする工程後、配線層表面に酸素プラズマ処理又はアッシング処理を行う処理工程により、パッドの接触不良を防止し、信頼性の高い半導体装置を提供する技術が開示されている。   For example, in the following Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-75996), a step of forming a passivation film on the surface of a semiconductor substrate on which a desired element region and wiring layer are formed and a pad region to be externally connected are exposed. In order to prevent this, an etching process for etching the passivation film is disclosed. Further, after the etching processing step, the contact failure of the pad is reduced by the step of etching the wiring layer surface using an ammonium fluoride-containing liquid and the processing step of performing oxygen plasma treatment or ashing treatment on the wiring layer surface after the etching step. A technique for preventing and providing a highly reliable semiconductor device is disclosed.

また、下記特許文献2(特開平10−163280号公報)には、被検査体の電極に接触子を接触させて被検査体の電気的特性検査を行う検査方法が開示されている。具体的に、プラズマ処理室において被検査体をプラズマ処理して電極表面の酸化膜を除去した後、この被検査体を検査室へ搬送し、検査室においてプラズマ処理後の被検査体の電極と接触子とを接触させて被検査体の電気的特性検査を行うことにより、針先への酸化アルミニウムの削り屑の付着を防止する技術が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-163280 discloses an inspection method for inspecting an electrical characteristic of an object to be inspected by bringing a contactor into contact with an electrode of the object to be inspected. Specifically, after plasma processing is performed on the object to be inspected in the plasma processing chamber to remove the oxide film on the electrode surface, the object to be inspected is transferred to the inspection room, There has been disclosed a technique for preventing the aluminum oxide shavings from adhering to the needle tip by inspecting the electrical characteristics of the object to be inspected by bringing the contact into contact therewith.

また、下記特許文献3(特開平4−186838号公報)には、Al又はAl合金からなる配線を形成した後に、配線の少なくとも上表面の汚染層を除去する除去処理を行い、その後大気にさらすことなく配線の表面の改質処理を行う技術が開示されている。   Further, in the following Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 4-186838), after forming a wiring made of Al or an Al alloy, a removal process is performed to remove a contaminated layer on at least the upper surface of the wiring, and then exposed to the atmosphere. A technique for modifying the surface of a wiring without disclosing it is disclosed.

また、下記特許文献4(特開平2−140923号公報)には、アルミニウム合金膜パターンを大気中にさらすことなく、アンモニアを主としたガスを用いてプラズマ処理することにより、アルミニウム合金膜のエッチング後の基板表面に付着した塩素および塩化物を効率よく除去し、配線の腐食を防止する技術が開示されている。   Further, in Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-140923) described below, an aluminum alloy film is etched by plasma treatment using a gas mainly composed of ammonia without exposing the aluminum alloy film pattern to the atmosphere. A technology for efficiently removing chlorine and chloride adhering to the substrate surface later and preventing corrosion of the wiring is disclosed.

特開2002−75996号公報JP 2002-75996 A 特開平10−163280号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-163280 特開平4−186838号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-186838 特開平2−140923号公報JP-A-2-140923

本発明者の検討によれば、上記のようなパッドを有する半導体装置の製造工程のうち、上記プローブテストにおいて、追って詳細に説明するように、パッドとプローブとの接触抵抗が上昇し、効率よく検査が行えない状況が生じた。   According to the study of the present inventor, the contact resistance between the pad and the probe is increased efficiently as described in detail later in the probe test in the manufacturing process of the semiconductor device having the pad as described above. There was a situation where the inspection could not be performed.

そこで、本発明の目的は、半導体装置の検査特性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve the inspection characteristics of the semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、半導体装置の検査特性を向上させることができる半導体装置の構成を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a configuration of a semiconductor device capable of improving the inspection characteristics of the semiconductor device.

本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、(a)基板の上方にアルミニウムを含有する導電性膜を形成する工程と、(b)前記導電性膜をパターニングすることにより配線を形成する工程と、(c)前記配線の上部に第1絶縁膜を形成する工程と、を有する。そして、さらに、(d)前記第1絶縁膜をエッチングすることにより、前記配線のパッド領域を露出する工程と、(e)前記パッド領域に、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を行う工程と、(f)前記(e)工程の後、前記パッド領域にプローブ針を当接し、前記パッド領域に通電する工程と、を有する。   Among the inventions disclosed in this application, a method of manufacturing a semiconductor device shown in a typical embodiment includes (a) a step of forming a conductive film containing aluminum above a substrate, and (b) the conductive Forming a wiring by patterning the conductive film, and (c) forming a first insulating film on the wiring. And (d) a step of exposing the pad region of the wiring by etching the first insulating film; and (e) a step of performing a plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas on the pad region. And (f) after the step (e), a step of bringing a probe needle into contact with the pad region and energizing the pad region.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、(a)半導体基板の上方に形成されたアルミニウムを含有する配線と、(b)前記配線上に形成された窒素化合物を含有する反射防止膜と、(c)前記反射防止膜上に形成された第1絶縁膜と、を有する。そして、さらに、(d)前記反射防止膜および前記第1絶縁膜に設けられた開口部であって、前記配線のパッド領域を露出する開口部と、(e)前記配線の前記パッド領域に形成された窒化アルミニウム膜と、を有し、(f)前記窒化アルミニウム膜は、前記反射防止膜と前記第1絶縁膜との間に形成された自然窒化アルミニウム膜よりその膜厚が大きい。   Among the inventions disclosed in the present application, a semiconductor device shown in a representative embodiment includes (a) a wiring containing aluminum formed above a semiconductor substrate, and (b) formed on the wiring. An antireflection film containing a nitrogen compound; and (c) a first insulating film formed on the antireflection film. And (d) an opening provided in the antireflection film and the first insulating film, the opening exposing the pad region of the wiring, and (e) formed in the pad region of the wiring. (F) The aluminum nitride film is thicker than the natural aluminum nitride film formed between the antireflection film and the first insulating film.

本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の検査特性を向上させることができる。   Among the inventions disclosed in the present application, according to the method for manufacturing a semiconductor device shown in the following representative embodiment, the inspection characteristics of the semiconductor device can be improved.

本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の検査特性を向上させることができ、また、半導体装置の特性を向上させることができる。   Among the inventions disclosed in the present application, according to the semiconductor device described in the following representative embodiment, the inspection characteristics of the semiconductor device can be improved, and the characteristics of the semiconductor device can be improved. it can.

実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。7 is a fragmentary cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。7 is a fragmentary cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図2に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 3 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 2; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図3に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 4 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 3; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図4に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 4; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図5に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 5; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図6に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 6; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図7に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main part of another manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment, following the step shown in FIG. 7; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図8に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 9 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 8; 実施の形態1の半導体装置の効果を説明するための図であって、実施の形態1の半導体装置のパッド領域に対するプローブ針の当接状態を示す要部断面図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view of a main part showing a contact state of the probe needle with respect to the pad region of the semiconductor device of the first embodiment. 実施の形態1の半導体装置の効果を説明するための図であって、比較例の半導体装置のパッド領域に対するプローブ針の当接状態を示す要部断面図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the semiconductor device of the first embodiment, and is a cross-sectional view of a principal part showing a contact state of a probe needle with respect to a pad region of a semiconductor device of a comparative example. 実施の形態1の半導体装置の効果を説明するための図であって、実施の形態1のNHプラズマ処理を施したパッド領域の抵抗値と、比較例の場合のパッド領域の抵抗値を示すグラフである。A diagram for explaining an effect of the semiconductor device of the first embodiment, showing the resistance value of the pad region having been subjected to the NH 3 plasma process of the first embodiment, the resistance of the pad region in Comparative Example It is a graph. 実施の形態1の半導体装置の効果を説明するための図であって、実施の形態1におけるパッド領域の抵抗値と、比較例におけるパッド領域の抵抗値を示すグラフである。FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the semiconductor device of the first embodiment, and is a graph showing the resistance value of the pad region in the first embodiment and the resistance value of the pad region in the comparative example. 実施の形態1の半導体装置の製造工程(実装工程)を示す平面図であって、ダイシング後の半導体チップの一例を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a manufacturing process (mounting process) of the semiconductor device of First Embodiment, and is a plan view showing an example of a semiconductor chip after dicing. 実施の形態1の半導体装置の製造工程(実装工程)を示す要部断面図である。FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process (mounting process) of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程(実装工程)を示す要部断面図である。FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process (mounting process) of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程(実装工程)を示す要部断面図であって、図15に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 16 is a main-portion cross-sectional view illustrating the manufacturing process (mounting process) of the semiconductor device according to the first embodiment, and illustrating the process subsequent to FIG. 15; 実施の形態2(応用例1)の半導体装置の効果を説明するための図であって、Nプラズマ処理を施したパッド領域の抵抗値と、比較例の場合のパッド領域の抵抗値を示すグラフである。A diagram for explaining the effect of the semiconductor device of Embodiment 2 (Application Example 1) shows the resistance of the pad region subjected to N 2 plasma treatment, the resistance of the pad region in Comparative Example It is a graph. 実施の形態2(応用例2)の半導体装置の効果を説明するための図であって、NOプラズマ処理を施したパッド領域の抵抗値と、比較例の場合のパッド領域の抵抗値を示すグラフである。A diagram for explaining the effect of the semiconductor device of Embodiment 2 (Application Example 2), the resistance value of the pad region subjected to N 2 O plasma treatment, the resistance of the pad region in Comparative Example It is a graph to show. 実施の形態2(応用例3)の半導体装置の効果を説明するための図であって、NおよびOの混合プラズマ処理を施したパッド領域の抵抗値を示すグラフである。A diagram for explaining the effect of the semiconductor device of Embodiment 2 (Application Example 3) is a graph showing the resistance of the pad region subjected to mixed plasma treatment of N 2 and O 2. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of Embodiment 3; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図21に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 22 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 21; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図22に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 23 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 22; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図23に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 24 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 23; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図24に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 25 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 24. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図25に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 26 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 25; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図26に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 27 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 26; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図27に続く工程を示す要部断面図である。FIG. 28 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 3, which is subsequent to FIG. 27;

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。   Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same or related reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構成と製造方法について詳細に説明する。図1〜図9は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。図10〜図13は、本実施の形態の半導体装置の効果を説明するための図である。図14〜図17は、本実施の形態の半導体装置の製造工程(実装工程)を示す平面図または断面図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 9 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 10 to 13 are diagrams for explaining the effects of the semiconductor device according to the present embodiment. 14 to 17 are plan views or cross-sectional views showing the manufacturing process (mounting process) of the semiconductor device of the present embodiment.

[構造説明]
まず、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図の一つである図1およびその部分拡大図である図16を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の特徴的な構成について説明する。
[Description of structure]
First, with reference to FIG. 1 which is one of main cross-sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment and FIG. 16 which is a partially enlarged view thereof, a characteristic of the semiconductor device of the present embodiment. The configuration will be described.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板(基板)1上に形成された半導体素子として、例えばpチャネル型MISFETQpおよびnチャネル型MISFETQnを有する。かかるMISFETの他、他の素子、例えば、抵抗素子やメモリセルなど、種々の素子を有していてもよい。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment includes, for example, a p-channel MISFET Qp and an n-channel MISFET Qn as semiconductor elements formed on a semiconductor substrate (substrate) 1. In addition to the MISFET, other elements such as a resistance element and a memory cell may be included.

これらMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ)上には、層間絶縁膜TH1(TH1a、TH1b)が形成されている。また、上記MISFETのソース、ドレイン領域(3n、3p)上には、プラグP1を介して第1層配線M1が形成されている。さらに、第1層配線M1上には、複数の配線層(第2層配線M2〜第4層配線M4)が形成されている。各配線層間は、プラグP2〜プラグP4により電気的に接続され、それ以外の領域は層間絶縁膜TH2〜TH4により電気的に絶縁されている。   On these MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors), an interlayer insulating film TH1 (TH1a, TH1b) is formed. A first layer wiring M1 is formed on the source / drain regions (3n, 3p) of the MISFET via a plug P1. Further, a plurality of wiring layers (second layer wiring M2 to fourth layer wiring M4) are formed on the first layer wiring M1. The wiring layers are electrically connected by plugs P2 to P4, and the other regions are electrically insulated by interlayer insulating films TH2 to TH4.

第1層配線M1〜第4層配線M4は、いわゆる銅(Cu)などの金属よりなるダマシン(damascene)配線である。最上層配線である第5層配線M5は、アルミニウム(アルミニウムを含有する導電性膜)よりなる配線である。第5層配線M5と第4層配線M4との間は、プラグP5により電気的に接続され、それ以外の領域は層間絶縁膜TH5により電気的に絶縁されている。   The first layer wiring M1 to the fourth layer wiring M4 are damascene wirings made of a metal such as so-called copper (Cu). The fifth layer wiring M5 which is the uppermost layer wiring is a wiring made of aluminum (a conductive film containing aluminum). The fifth layer wiring M5 and the fourth layer wiring M4 are electrically connected by a plug P5, and the other regions are electrically insulated by an interlayer insulating film TH5.

なお、第1層配線M1〜第4層配線M4をアルミニウム(Al)配線としてもよい。但し、最上層配線(ここでは、第5層配線M5)には、パッド領域Pdが設けられるため、耐食性の高いアルミニウム配線を用いて好適である。   The first layer wiring M1 to the fourth layer wiring M4 may be aluminum (Al) wiring. However, since the pad region Pd is provided in the uppermost layer wiring (here, the fifth layer wiring M5), it is preferable to use an aluminum wiring having high corrosion resistance.

この第5層配線M5上には第1保護膜(12、13)および第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)が形成され、これらの膜の開口部OAから第5層配線(アルミニウム膜10b)M5が露出している。この露出部がパッド領域Pdとなる。   A first protective film (12, 13) and a second protective film (photosensitive polyimide film 16) are formed on the fifth layer wiring M5, and a fifth layer wiring (aluminum film 10b) is formed from the opening OA of these films. ) M5 is exposed. This exposed portion becomes the pad region Pd.

ここで、本実施の形態の半導体装置の特徴的な構成として、図1に示すように、パッド領域Pdの表面にプラズマ窒化処理により形成された膜である窒化アルミニウム層15が配置されている。   Here, as a characteristic configuration of the semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, an aluminum nitride layer 15 which is a film formed by plasma nitriding is disposed on the surface of the pad region Pd.

追って詳細に説明するように、パッド領域Pdを利用してプローブテストが行われる。よって、パッド領域Pdには、プローブ痕(図1においては図示せず、図10参照)が生じる。   As will be described in detail later, a probe test is performed using the pad region Pd. Therefore, probe marks (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 10) are generated in the pad region Pd.

また、パッド領域Pd上には、後述する配線基板(WB)との電気的接続を図るためのワイヤWが配置されている。なお、上記窒化アルミニウム層15は、導電性の低い膜であるが、追って詳細に説明するように、割れやすく、割れ目(図示せず)を介してワイヤWと第5層配線(アルミニウム膜10b)M5との電気的接続を図ることができる。   A wire W for electrical connection with a wiring board (WB) to be described later is disposed on the pad region Pd. The aluminum nitride layer 15 is a film having low conductivity. However, as will be described in detail later, the aluminum nitride layer 15 is easy to break, and the wire W and the fifth layer wiring (aluminum film 10b) are formed through a crack (not shown). Electrical connection with M5 can be achieved.

[製造方法説明]
次いで、図1〜図17を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。
[Production method explanation]
Next, the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 17 and the configuration of the semiconductor device will be clarified.

まず、図1に示すような半導体素子(nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp)の上方に複数の配線(M1〜M4)が形成された半導体基板1を準備する。   First, a semiconductor substrate 1 is prepared in which a plurality of wirings (M1 to M4) are formed above semiconductor elements (n-channel MISFET Qn and p-channel MISFET Qp) as shown in FIG.

半導体素子(nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp)および複数の配線(M1〜M4)の形成方法に制限はないが、例えば、以下に示す工程により、これらを形成することができる。   There are no limitations on the method for forming the semiconductor elements (n-channel type MISFETQn and p-channel type MISFETQp) and the plurality of wirings (M1 to M4). For example, these can be formed by the following steps.

[Qn、Qp形成工程]
例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板1をエッチングすることにより溝を形成し、溝の内部に絶縁膜として例えば酸化シリコン膜を埋め込むことにより素子分離領域2を形成する。この素子分離領域2により、nチャネル型MISFETQnが形成される活性領域およびpチャネル型MISFETQpが形成される活性領域が区画される。
[Qn, Qp formation process]
For example, a trench is formed by etching a semiconductor substrate 1 made of p-type single crystal silicon, and an element isolation region 2 is formed by embedding, for example, a silicon oxide film as an insulating film in the trench. The element isolation region 2 defines an active region where the n-channel MISFET Qn is formed and an active region where the p-channel MISFET Qp is formed.

次いで、半導体基板1のnチャネル型MISFETQnが形成される活性領域にp型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理により不純物を拡散させることにより、p型ウエルを形成する。また、半導体基板1のpチャネル型MISFETQpが形成される活性領域にn型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理により不純物を拡散させることにより、n型ウエルを形成する。次いで、例えば、半導体基板1(p型ウエルおよびn型ウエル)の表面を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜を形成する。   Next, after ion-implanting p-type impurities into the active region of the semiconductor substrate 1 where the n-channel MISFET Qn is to be formed, the impurities are diffused by heat treatment to form a p-type well. In addition, an n-type well is formed by ion-implanting an n-type impurity into the active region of the semiconductor substrate 1 where the p-channel MISFET Qp is formed, and then diffusing the impurity by heat treatment. Next, for example, the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well and n-type well) is thermally oxidized to form a gate insulating film.

次いで、ゲート絶縁膜上に、例えば導電性膜として、不純物をドープした多結晶シリコン膜を堆積し、さらに、その上部に、絶縁膜として例えば窒化シリコン膜を堆積する。次いで、窒化シリコン膜をエッチングした後、この窒化シリコン膜をマスクとして多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、ゲート電極Gを形成する。   Next, a polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited on the gate insulating film, for example, as a conductive film, and a silicon nitride film, for example, is deposited thereon as an insulating film. Next, after etching the silicon nitride film, the polycrystalline silicon film is etched using the silicon nitride film as a mask to form the gate electrode G.

次いで、ゲート電極Gの両側のp型ウエルにn型不純物をイオン打ち込みすることによってn型半導体領域を形成し、ゲート電極Gの両側のn型ウエルにp型不純物をイオン打ち込みすることによってp型半導体領域を形成する。 Next, n type semiconductor regions are formed by ion-implanting n-type impurities into the p-type wells on both sides of the gate electrode G, and p-type impurities are ion-implanted into the n-type wells on both sides of the gate electrode G. - -type semiconductor regions.

次いで、半導体基板1の全面上に絶縁膜として例えば窒化シリコン膜を堆積した後、異方的にエッチングすることによって、ゲート電極Gの側壁にサイドウォールスペーサを形成する。   Next, after depositing, for example, a silicon nitride film as an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate 1, side wall spacers are formed on the side walls of the gate electrode G by anisotropic etching.

次いで、ゲート電極Gおよびサイドウォールスペーサをマスクにp型ウエルにn型不純物をイオン打ち込みすることによってn型半導体領域よりも不純物濃度の高いn型半導体領域を形成し、ゲート電極Gおよびサイドウォールスペーサをマスクにn型ウエルにp型不純物をイオン打ち込みすることによってp型半導体領域よりも不純物濃度の高いp型半導体領域を形成する。 Next, an n + -type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the n -type semiconductor region is formed by ion-implanting n-type impurities into the p-type well using the gate electrode G and the side wall spacer as a mask. A p + type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the p type semiconductor region is formed by ion implantation of p type impurities into the n type well using the wall spacer as a mask.

以上の工程により、n型半導体領域およびn型半導体領域よりなるLDD(Lightly Doped Drain)構造のソース、ドレイン領域3nを備えたnチャネル型MISFETQn、およびp型半導体領域およびp型半導体領域よりなるLDD構造のソース、ドレイン領域3pを備えたpチャネル型MISFETQpが形成される。 Through the above steps, the source of the LDD (Lightly Doped Drain) structure composed of the n type semiconductor region and the n + type semiconductor region, the n channel MISFET Qn having the drain region 3n, and the p type semiconductor region and the p + type semiconductor A p-channel MISFET Qp having a source / drain region 3p having an LDD structure composed of regions is formed.

[M1〜M3形成工程]
次いで、nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpの上方に多層配線を形成する。以下、この多層配線のうち、第1層配線M1〜第3層配線M3の形成工程について説明する。
[M1-M3 formation process]
Next, a multilayer wiring is formed above the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp. Hereinafter, the formation process of the first layer wiring M1 to the third layer wiring M3 in the multilayer wiring will be described.

まず、前述の図1に示すようにnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD(Chemical Vapor deposition)法で堆積する。その後、必要に応じて、酸化シリコン膜の表面を化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法で研磨してその表面を平坦化することによって層間絶縁膜TH1aを形成する。   First, as shown in FIG. 1, for example, a silicon oxide film is deposited as an insulating film on the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp by a CVD (Chemical Vapor deposition) method. Thereafter, if necessary, the surface of the silicon oxide film is polished by a chemical mechanical polishing (CMP) method to planarize the surface, thereby forming an interlayer insulating film TH1a.

次いで、層間絶縁膜TH1aをエッチングすることにより、ソース、ドレイン領域3n、3p上に、それぞれコンタクトホール(接続孔)を形成する。次いで、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH1a上に、導電性膜として例えば、タングステン(W)膜をCVD法で堆積し、このタングステン膜を層間絶縁膜TH1aが露出するまでCMP法により研磨することによって、コンタクトホール内に導電性膜を埋め込む。この工程により、プラグ(コンタクトプラグ)P1が形成される。なお、タングステン膜の下層に、例えば窒化チタン(TiN)膜、チタン(Ti)膜等の単層膜又はこれらの積層膜からなるバリア膜を設けてもよい。   Next, by etching the interlayer insulating film TH1a, contact holes (connection holes) are formed on the source and drain regions 3n and 3p, respectively. Next, a tungsten (W) film, for example, is deposited as a conductive film on the interlayer insulating film TH1a including the inside of the contact hole by the CVD method, and this tungsten film is polished by the CMP method until the interlayer insulating film TH1a is exposed. Thus, a conductive film is embedded in the contact hole. By this step, a plug (contact plug) P1 is formed. Note that a barrier film made of a single-layer film such as a titanium nitride (TiN) film or a titanium (Ti) film or a laminated film thereof may be provided below the tungsten film.

次いで、層間絶縁膜TH1aおよびプラグP1上に、絶縁膜として例えば窒化シリコン膜および酸化シリコン膜をCVD法により順次堆積し、これらの積層膜から成る配線溝用絶縁膜TH1bを形成する。なお、窒化シリコン膜は、エッチングストッパー膜となる。また、上記層間絶縁膜TH1aと配線溝用絶縁膜TH1bとを併せて層間絶縁膜TH1と言うことがある。   Next, on the interlayer insulating film TH1a and the plug P1, for example, a silicon nitride film and a silicon oxide film are sequentially deposited as an insulating film by a CVD method to form a wiring trench insulating film TH1b composed of these laminated films. Note that the silicon nitride film serves as an etching stopper film. The interlayer insulating film TH1a and the wiring trench insulating film TH1b may be collectively referred to as an interlayer insulating film TH1.

次いで、配線溝用絶縁膜TH1bをエッチングすることにより配線溝を形成する。次いで、配線溝内を含む配線溝用絶縁膜TH1b上に、例えば窒化チタンからなるバリア膜(図示せず)をスパッタ法により堆積し、さらに、バリア膜上に、電界メッキ用のシード膜(図示せず)として例えば銅の薄膜をスパッタ法もしくはCVD法で形成する。次いで、シード膜上に、導電性膜として例えば銅膜を電解メッキ法により形成する。   Next, the wiring groove is formed by etching the wiring groove insulating film TH1b. Next, a barrier film (not shown) made of, for example, titanium nitride is deposited by sputtering on the wiring groove insulating film TH1b including the inside of the wiring groove, and further, a seed film for electroplating (see FIG. For example, a copper thin film is formed by sputtering or CVD. Next, on the seed film, for example, a copper film is formed as a conductive film by an electrolytic plating method.

次いで、銅膜に熱処理を施した後、配線溝以外の銅膜およびバリア膜をCMP法により除去することにより第1層配線M1を形成する。このように、配線溝の内部に導電性膜を埋め込む方法をダマシン法といい、特に、プラグと配線とを別工程で形成する方法をシングルダマシン法と言う。また、後述する第2層配線M2〜第4層配線M4のように、コンタクトホールおよび配線溝内に同時に導電性膜を埋め込むことにより、一度にプラグと配線とを形成する方法をデュアルダマシン法と言う。   Next, after heat-treating the copper film, the first-layer wiring M1 is formed by removing the copper film and the barrier film other than the wiring trench by the CMP method. Thus, a method of embedding a conductive film in the wiring trench is called a damascene method, and a method of forming the plug and the wiring in separate processes is called a single damascene method. Further, a method of forming plugs and wirings at a time by simultaneously embedding a conductive film in the contact holes and wiring trenches as in second layer wiring M2 to fourth layer wiring M4 described later is a dual damascene method. To tell.

次いで、デュアルダマシン法を用いて第2層配線M2および第3層配線M3を形成する。まず、第1層配線M1および配線溝用絶縁膜TH1b上に、例えば絶縁膜として窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を順次CVD法により堆積することにより層間絶縁膜TH2を形成する。これらの膜のうち、下層の窒化シリコン膜は、第1層配線M1を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、下層の窒化シリコン膜は、後述するコンタクトホールを形成する際のエッチングストッパーとして、また、上層の窒化シリコン膜は、後述する配線溝を形成する際のエッチングストッパーとして利用される。   Next, the second layer wiring M2 and the third layer wiring M3 are formed using a dual damascene method. First, an interlayer insulating film TH2 is formed on the first layer wiring M1 and the wiring trench insulating film TH1b by sequentially depositing, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film as insulating films by the CVD method. Form. Of these films, the lower silicon nitride film has a function of preventing diffusion of copper constituting the first layer wiring M1. The lower silicon nitride film is used as an etching stopper when forming a contact hole described later, and the upper silicon nitride film is used as an etching stopper when forming a wiring groove described later.

次いで、層間絶縁膜TH2のうち、上から2層の絶縁膜である酸化シリコン膜および窒化シリコン膜をエッチングすることにより、配線溝を形成する。次いで、配線溝内を含む層間絶縁膜TH2上に、第1フォトレジスト膜(図示せず)を堆積し、エッチバックすることにより配線溝を第1フォトレジスト膜で埋め込む。さらに、第1フォトレジスト膜上に後述するプラグP2の形成領域が開口した第2フォトレジスト膜(図示せず)を形成し、この第2フォトレジスト膜をマスクに、第1フォトレジスト膜、下から2層の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を、エッチングすることにより、コンタクトホールを形成する。   Next, in the interlayer insulating film TH2, a silicon oxide film and a silicon nitride film, which are the two insulating films from the top, are etched to form a wiring groove. Next, a first photoresist film (not shown) is deposited on the interlayer insulating film TH2 including the inside of the wiring trench, and the wiring trench is filled with the first photoresist film by etching back. Further, a second photoresist film (not shown) having an opening for forming a plug P2 to be described later is formed on the first photoresist film, and the first photoresist film and the lower layer are formed using the second photoresist film as a mask. The two-layer silicon oxide film and silicon nitride film are etched to form contact holes.

なお、ここでは、配線溝を形成した後、コンタクトホールを形成したが、プラグP2の形成領域の層間絶縁膜TH2(4層の膜)をエッチングすることによりコンタクトホールを形成した後、上から2層の絶縁膜である酸化シリコン膜および窒化シリコン膜をエッチングすることにより、配線溝を形成してもよい。   Here, the contact hole is formed after the wiring groove is formed. However, after the contact hole is formed by etching the interlayer insulating film TH2 (four-layer film) in the formation region of the plug P2, the contact hole is formed from the top. The wiring trench may be formed by etching the silicon oxide film and the silicon nitride film which are the insulating films of the layers.

次いで、上記コンタクトホールおよび配線溝内を含む層間絶縁膜TH2上に、例えば窒化チタンからなるバリア膜(図示せず)をスパッタ法により堆積し、さらに、バリア膜上に、電界メッキ用のシード膜(図示せず)として例えば銅の薄膜をスパッタ法もしくはCVD法で形成する。次いで、シード膜上に、導電性膜として例えば銅膜を電解メッキ法により形成する。   Next, a barrier film (not shown) made of, for example, titanium nitride is deposited by sputtering on the interlayer insulating film TH2 including the inside of the contact hole and the wiring trench, and further, a seed film for electroplating is formed on the barrier film. For example, a copper thin film is formed by sputtering or CVD (not shown). Next, on the seed film, for example, a copper film is formed as a conductive film by an electrolytic plating method.

次いで、銅膜に熱処理を施した後、配線溝以外の銅膜およびバリア膜をCMP法により除去することによりプラグP2および第2層配線M2を形成する。   Next, after heat-treating the copper film, the plug P2 and the second-layer wiring M2 are formed by removing the copper film and the barrier film other than the wiring trench by the CMP method.

次いで、層間絶縁膜TH2、プラグP2および第2層配線M2と同様に、層間絶縁膜TH3、プラグP3および第3層配線M3を形成する。なお、層間絶縁膜TH1〜TH3(後述のTH4も同様)中の窒化シリコン膜に変えて、炭窒化シリコン膜(SiCN膜)を用いてもよい。炭窒化シリコン膜は、銅(Cu)の拡散バリア性が高く、好適である。   Next, similarly to the interlayer insulating film TH2, the plug P2, and the second layer wiring M2, the interlayer insulating film TH3, the plug P3, and the third layer wiring M3 are formed. Note that a silicon carbonitride film (SiCN film) may be used instead of the silicon nitride film in the interlayer insulating films TH1 to TH3 (the same applies to TH4 described later). The silicon carbonitride film is suitable because it has a high copper (Cu) diffusion barrier property.

[M4、M5、Pd形成工程]
次いで、第4層配線M4を形成した後、第4層配線M4の上方に最上層配線となる第5層配線(アルミニウム配線)M5を形成し、その上部を保護膜(12、13,16)で覆った後、その一部を露出させ、パッド領域(Alパッド、パッド、ボンディングパッド、開口部)Pdを形成する。その工程を図2〜図9を参照しながら詳細に説明する。なお、図2〜図9の断面部は、例えば、図1のA−A部に対応する。
[M4, M5, Pd formation process]
Next, after forming the fourth layer wiring M4, a fifth layer wiring (aluminum wiring) M5 which is the uppermost layer wiring is formed above the fourth layer wiring M4, and a protective film (12, 13, 16) is formed on the upper portion thereof. Then, a part thereof is exposed to form a pad region (Al pad, pad, bonding pad, opening) Pd. The process will be described in detail with reference to FIGS. In addition, the cross-sectional part of FIGS. 2-9 respond | corresponds to the AA part of FIG. 1, for example.

第4層配線M4については、例えば、次のように形成する。まず、図2に示すように、第3層配線(M3)および層間絶縁膜(TH3)上に、例えば絶縁膜としてSiCN膜TH4aを形成した後、絶縁膜として例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜TH4bをプラズマCVD法により形成する。次いで、TEOS膜TH4b上に、絶縁膜として例えばSiCN膜TH4cをCVD法で形成する。さらに、SiCN膜TH4c上に、絶縁膜として例えば、TEOS膜TH4dをプラズマCVD法により形成する。次いで、TEOS膜TH4d上に、絶縁膜として例えばSiCN膜TH4eをCVD法で形成する。これにより、5つの絶縁膜(TH4a〜TH4e)よりなる層間絶縁膜TH4が形成される。これらの膜のうち、下層のSiCN膜TH4aは、第3層配線M3を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、SiCN膜TH4a、TH4cは、後述するコンタクトホールや配線溝を形成する際のエッチングストッパーとして利用される。   The fourth layer wiring M4 is formed as follows, for example. First, as shown in FIG. 2, a SiCN film TH4a, for example, is formed as an insulating film on the third layer wiring (M3) and the interlayer insulating film (TH3), and then, for example, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) is used as the insulating film. The film TH4b is formed by a plasma CVD method. Next, for example, a SiCN film TH4c is formed as an insulating film on the TEOS film TH4b by a CVD method. Further, for example, a TEOS film TH4d is formed as an insulating film on the SiCN film TH4c by a plasma CVD method. Next, for example, a SiCN film TH4e is formed as an insulating film on the TEOS film TH4d by a CVD method. Thereby, an interlayer insulating film TH4 including five insulating films (TH4a to TH4e) is formed. Of these films, the lower SiCN film TH4a has a function of preventing diffusion of copper constituting the third-layer wiring M3. The SiCN films TH4a and TH4c are used as etching stoppers when forming contact holes and wiring grooves, which will be described later.

次いで、層間絶縁膜TH4のうち、上から2層の絶縁膜であるSiCN膜TH4eおよびTEOS膜TH4dをエッチングすることにより、配線溝を形成する。次いで、配線溝内を含む層間絶縁膜TH4上に、第1フォトレジスト膜(図示せず)を堆積し、エッチバックすることにより配線溝を第1フォトレジスト膜で埋め込む。さらに、第1フォトレジスト膜上に後述するプラグP4の形成領域が開口した第2フォトレジスト膜(図示せず)を形成し、この第2フォトレジスト膜をマスクに、第1フォトレジスト膜、下から3層のTEOS膜TH4bおよびSiCN膜TH4a、TH4cを、エッチングすることにより、コンタクトホールを形成する。   Next, in the interlayer insulating film TH4, the SiCN film TH4e and the TEOS film TH4d, which are the two insulating films from the top, are etched to form a wiring trench. Next, a first photoresist film (not shown) is deposited on the interlayer insulating film TH4 including the inside of the wiring trench, and the wiring trench is filled with the first photoresist film by etching back. Further, a second photoresist film (not shown) having an opening for forming a plug P4 to be described later is formed on the first photoresist film, and the first photoresist film and the lower layer are formed using the second photoresist film as a mask. The contact holes are formed by etching the three layers of TEOS film TH4b and SiCN films TH4a and TH4c.

なお、図2においては、1つの第4層配線M4と第3層配線(M3、図2においては図示せず)との接続を、2つのプラグP4で接続しているが、これらを1つのプラグP4で接続してもよい。但し、コンタクト領域に複数のプラグを設けることにより、接続不良を低減することができる。   In FIG. 2, the connection between one fourth layer wiring M4 and the third layer wiring (M3, not shown in FIG. 2) is connected by two plugs P4. You may connect with the plug P4. However, connection failure can be reduced by providing a plurality of plugs in the contact region.

また、ここでは、配線溝を形成した後、コンタクトホールを形成したが、プラグP4の形成領域の層間絶縁膜TH4(4層の膜TH4a〜TH4e)をエッチングすることによりコンタクトホールを形成した後、上から2層のSiCN膜TH4eおよびTEOS膜TH4dをエッチングすることにより、配線溝を形成してもよい。   Further, here, the contact hole is formed after the wiring groove is formed. However, after the contact hole is formed by etching the interlayer insulating film TH4 (four-layer films TH4a to TH4e) in the formation region of the plug P4, The wiring trench may be formed by etching the two layers of SiCN film TH4e and TEOS film TH4d from above.

次いで、上記コンタクトホールおよび配線溝内を含む層間絶縁膜TH4上に、例えば窒化チタンからなるバリア膜(図示せず)をスパッタ法により堆積し、さらに、バリア膜上に、電界メッキ用のシード膜(図示せず)として例えば銅の薄膜をスパッタ法もしくはCVD法で形成する。次いで、シード膜上に、導電性膜として例えば銅膜を電解メッキ法などにより形成する。   Next, a barrier film (not shown) made of, for example, titanium nitride is deposited by sputtering on the interlayer insulating film TH4 including the inside of the contact hole and the wiring groove, and further, a seed film for electroplating is formed on the barrier film. For example, a copper thin film is formed by sputtering or CVD (not shown). Next, a copper film, for example, is formed as a conductive film on the seed film by an electrolytic plating method or the like.

次いで、銅膜に熱処理を施した後、配線溝以外の銅膜およびバリア膜をCMP法により除去することによりプラグP4および第4層配線M4を形成する。   Next, after heat-treating the copper film, the plug P4 and the fourth-layer wiring M4 are formed by removing the copper film and the barrier film other than the wiring trench by the CMP method.

なお、層間絶縁膜TH4を層間絶縁膜TH2と同様の構成とし、第4層配線M4を上記第2層配線M2と同様に形成してもよい。また、層間絶縁膜TH2を層間絶縁膜TH4と同様の構成とし、第2層配線M2を上記第4層配線M4と同様に形成してもよい。また、層間絶縁膜TH3を層間絶縁膜TH4と同様の構成とし、第3層配線M3を上記第4層配線M4と同様に形成してもよい。   The interlayer insulating film TH4 may have the same configuration as the interlayer insulating film TH2, and the fourth layer wiring M4 may be formed in the same manner as the second layer wiring M2. Further, the interlayer insulating film TH2 may have the same configuration as the interlayer insulating film TH4, and the second layer wiring M2 may be formed in the same manner as the fourth layer wiring M4. Further, the interlayer insulating film TH3 may have the same configuration as the interlayer insulating film TH4, and the third layer wiring M3 may be formed in the same manner as the fourth layer wiring M4.

次いで、第4層配線M4上に、絶縁膜として例えばSiCN(炭窒化シリコン)膜TH5aおよび酸化シリコン膜TH5bを順次CVD法により堆積することにより層間絶縁膜TH5を形成する。このSiCN膜TH5aは、銅の拡散に対するバリア性や絶縁性に優れており、第4層配線(Cuダマシン配線)M4上に用いて好適である。   Next, an interlayer insulating film TH5 is formed on the fourth layer wiring M4 by sequentially depositing, for example, a SiCN (silicon carbonitride) film TH5a and a silicon oxide film TH5b as an insulating film by a CVD method. This SiCN film TH5a has excellent barrier properties and insulation against copper diffusion, and is suitable for use on the fourth layer wiring (Cu damascene wiring) M4.

次いで、層間絶縁膜TH5をエッチングすることにより、第4層配線M4上にコンタクトホールを形成する。次いで、例えばコンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH5上に、バリア膜10aとして例えば窒化チタン(TiN)膜をスパッタリング法により形成する。   Next, the interlayer insulating film TH5 is etched to form a contact hole on the fourth layer wiring M4. Next, for example, a titanium nitride (TiN) film is formed as the barrier film 10a on the interlayer insulating film TH5 including the inside of the contact hole by a sputtering method.

次いで、バリア膜10a上に、アルミニウム膜10bをスパッタリング法により形成する。次いで、アルミニウム膜10b上に、反射防止膜として窒化チタン(TiN)膜10cをスパッタリング法により形成する。例えば、上記アルミニウム膜(10b)および窒化チタン膜(10c)は、同一のスパッタ装置内においてターゲットを変えながら連続成膜することが可能である。このように、連続成膜を行うことで、膜界面に異物や酸化物の少ない良好な積層膜(10bおよび10c)を形成することができる。なお、ここで言うアルミニウム膜10bは、他の金属を含有していてもよい。例えば、Cuを数%程度含有する合金であってもよい。   Next, an aluminum film 10b is formed on the barrier film 10a by a sputtering method. Next, a titanium nitride (TiN) film 10c is formed as an antireflection film on the aluminum film 10b by a sputtering method. For example, the aluminum film (10b) and the titanium nitride film (10c) can be continuously formed while changing the target in the same sputtering apparatus. Thus, by performing continuous film formation, it is possible to form good laminated films (10b and 10c) with few foreign substances and oxides at the film interface. The aluminum film 10b referred to here may contain other metals. For example, an alloy containing about several percent of Cu may be used.

次いで、バリア膜10a、アルミニウム膜10bおよび窒化チタン膜(反射防止膜)10cの積層膜の上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第5層配線M5の形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。このように、アルミニウム膜10b上に反射防止膜(窒化チタン膜10c)を形成することにより、パターン精度の向上を図ることができる。即ち、フォトレジスト膜内において、露光時に照射光がアルミニウム膜10bから反射し、照射光と反射光とが干渉することによる解像不良を防止することができる。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on top of the laminated film of the barrier film 10a, the aluminum film 10b, and the titanium nitride film (antireflection film) 10c, and is exposed and developed (photolithography) to form the fifth layer wiring M5. The photoresist film is left in the formation region. Thus, by forming the antireflection film (titanium nitride film 10c) on the aluminum film 10b, the pattern accuracy can be improved. That is, in the photoresist film, irradiation light is reflected from the aluminum film 10b at the time of exposure, and resolution failure due to interference between the irradiation light and the reflected light can be prevented.

次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層膜をエッチング(パターニング)することにより、第5層配線(アルミニウム配線)M5を形成するとともに、プラグP5を形成する。このプラグP5は、コンタクトホール内に埋め込まれたバリア膜10aとアルミニウム膜10bよりなり、第5層配線M5は、層間絶縁膜TH5上のバリア膜10aおよびアルミニウム膜10bよりなる。また、この第5層配線M5上には、窒化チタン膜(反射防止膜)10cが配置される。なお、窒化チタン膜10cは、導電性を有するため、第5層配線(アルミニウム配線)M5の一部として扱ってもよい。   Next, the multilayer film is etched (patterned) using the photoresist film as a mask to form a fifth layer wiring (aluminum wiring) M5 and a plug P5. The plug P5 is made of a barrier film 10a and an aluminum film 10b embedded in the contact hole, and the fifth layer wiring M5 is made of a barrier film 10a and an aluminum film 10b on the interlayer insulating film TH5. A titanium nitride film (antireflection film) 10c is disposed on the fifth layer wiring M5. Since the titanium nitride film 10c has conductivity, it may be handled as a part of the fifth layer wiring (aluminum wiring) M5.

次いで、図3に示すように、第5層配線M5上に第1保護膜(第1絶縁膜)として、例えば、酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜を形成する。これらの膜は、それぞれプラズマCVD法により形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 3, for example, a stacked film of a silicon oxide film 12 and a silicon nitride film 13 is formed as a first protective film (first insulating film) on the fifth layer wiring M <b> 5. Each of these films can be formed by a plasma CVD method.

次いで、図4に示すように、窒化シリコン膜13上にフォトレジスト膜Rを塗布する。次いで、図5に示すように、フォトレジスト膜Rを、露光・現像することにより開口部OAのフォトレジスト膜Rを除去する。この開口部OAは、後述のパッド領域Pdと対応する。この工程により、第1保護膜の表面(窒化シリコン膜13の表面)が露出する。   Next, as shown in FIG. 4, a photoresist film R is applied on the silicon nitride film 13. Next, as shown in FIG. 5, the photoresist film R in the opening OA is removed by exposing and developing the photoresist film R. The opening OA corresponds to a pad area Pd described later. By this step, the surface of the first protective film (the surface of the silicon nitride film 13) is exposed.

次いで、図6に示すように、フォトレジスト膜Rをマスクに第1保護膜(酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜)をエッチングすることにより、第1保護膜に開口部(OA)を形成する。さらに、続けて、窒化チタン膜(反射防止膜)10cをエッチングする。これにより、開口部OAからアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)が露出する。この露出領域がパッド領域Pdとなる。   Next, as shown in FIG. 6, the first protective film (laminated film of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13) is etched using the photoresist film R as a mask, so that an opening (OA) is formed in the first protective film. Form. Further, subsequently, the titanium nitride film (antireflection film) 10c is etched. As a result, the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) is exposed from the opening OA. This exposed area becomes the pad area Pd.

ここで、図6においては、1つのパッド領域Pdしか示していないが、半導体装置(半導体チップ)の内部には、複数のパッド領域Pdが形成され(図14参照)、これら複数のパッド領域Pdを一度に形成する。   Here, although only one pad region Pd is shown in FIG. 6, a plurality of pad regions Pd are formed inside the semiconductor device (semiconductor chip) (see FIG. 14), and the plurality of pad regions Pd. Form at once.

よって、パッド領域Pdの非開口を防止するため、オーバーエッチングを行うことが好ましい。即ち、窒化チタン膜(反射防止膜)10cがエッチングされ、アルミニウム膜10bの表面が露出した後も、エッチングを続け、パッド領域Pdのアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)の表面を後退させる。言い換えれば、アルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)において、パッド領域Pdに対応する凹部を形成する。ここで、オーバーエッチング量(後退量、凹部深さ)をDとする。   Therefore, over-etching is preferably performed in order to prevent non-opening of the pad region Pd. That is, even after the titanium nitride film (antireflection film) 10c is etched and the surface of the aluminum film 10b is exposed, the etching is continued and the surface of the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) in the pad region Pd. Retreat. In other words, a recess corresponding to the pad region Pd is formed in the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5). Here, the over-etching amount (retraction amount, recess depth) is D.

このように、オーバーエッチングを行うことで、パッド領域Pdの非開口、言い換えれば、パッド領域Pdにおけるアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)の非露出を防止することができる。   Thus, by performing over-etching, non-opening of the pad region Pd, in other words, non-exposure of the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) in the pad region Pd can be prevented.

特に、比較的膜厚の大きい第1保護膜(酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜)と上記窒化チタン膜(反射防止膜)10cを同時にエッチングする場合には、上記オーバーエッチングを行うことで、エッチングの制御性が容易となり、好ましい。   In particular, when the first protective film (laminated film of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13) having a relatively large thickness and the titanium nitride film (antireflection film) 10c are simultaneously etched, the overetching is performed. This facilitates the controllability of etching, which is preferable.

次いで、半導体基板(1)全体に洗浄処理を施し、残存するパーティクルなどを除去し、パッド領域Pdを清浄化する。この洗浄液としては、例えば、フッ化アンモニウム、ホルムアルデヒドおよび水よりなる洗浄液を用いる。   Next, a cleaning process is performed on the entire semiconductor substrate (1) to remove the remaining particles and the like, and the pad region Pd is cleaned. As this cleaning liquid, for example, a cleaning liquid made of ammonium fluoride, formaldehyde and water is used.

次いで、図7に示すように、フォトレジスト膜Rをアッシング(灰化処理)などにより除去する。アッシング処理時間は、例えば、70秒程度である。このアッシング処理は、アルミニウム膜10b(パッド領域Pd)の耐腐食性向上の役割も果たす。   Next, as shown in FIG. 7, the photoresist film R is removed by ashing (ashing treatment) or the like. The ashing processing time is about 70 seconds, for example. This ashing process also serves to improve the corrosion resistance of the aluminum film 10b (pad region Pd).

次いで、パッド領域Pdに対し、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を施す。即ち、窒素または窒素化合物ガス(窒化系ガス)をプラズマ化した雰囲気にパッド領域Pdを晒す。窒化系のプラズマガスとしては、NH(アンモニア)のプラズマガスを用いる。このNHのプラズマガスにパッド領域Pdを晒すこと(NHプラズマ処理)により、パッド領域Pdから露出したアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)が窒化され、窒化アルミニウム層(表面処理層、プラズマ処理層、硬質層)15が形成される。 Next, a plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas is performed on the pad region Pd. That is, the pad region Pd is exposed to an atmosphere in which nitrogen or a nitrogen compound gas (nitriding gas) is turned into plasma. As the nitriding plasma gas, a NH 3 (ammonia) plasma gas is used. By exposing the pad region Pd to the NH 3 plasma gas (NH 3 plasma treatment), the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) exposed from the pad region Pd is nitrided, and the aluminum nitride layer (surface Treatment layer, plasma treatment layer, hard layer) 15 is formed.

この窒化アルミニウム層15は、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理により形成される層(膜)で、意図せず形成される自然窒化アルミニウム層より厚い層(膜)となる。   The aluminum nitride layer 15 is a layer (film) formed by plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas, and is a layer (film) thicker than an unintentionally formed natural aluminum nitride layer.

例えば、アルミニウム膜10b上に、窒素化合物系の膜(例えば、窒化チタン膜10cや実施の形態2で説明するSiON膜11のような窒素化合物を含有する反射防止膜)を成膜する際には、アルミニウムと窒素化合物とが反応し、窒化アルミニウムが形成され得る。このように意図せず形成される層(膜)をここでは、自然窒化アルミニウム層(膜)と言う。この自然窒化アルミニウム層は、上記工程においては、アルミニウム膜10bと反射防止膜(窒化チタン膜10c)との境界に形成され得る。前述の窒化アルミニウム層15は、この自然窒化アルミニウム層より厚く形成されるものである。   For example, when a nitrogen compound film (for example, an antireflection film containing a nitrogen compound such as the titanium nitride film 10c or the SiON film 11 described in Embodiment 2) is formed on the aluminum film 10b. Aluminum and the nitrogen compound react to form aluminum nitride. A layer (film) formed unintentionally in this way is referred to herein as a natural aluminum nitride layer (film). This natural aluminum nitride layer can be formed at the boundary between the aluminum film 10b and the antireflection film (titanium nitride film 10c) in the above process. The aforementioned aluminum nitride layer 15 is formed thicker than this natural aluminum nitride layer.

また、前述の窒化アルミニウム層15の膜厚(平均膜厚)は、パッド領域Pdの保護ができ、また、後述のプローブ針の応力やワイヤボンディング時の圧力により割れ、電気的接続が可能となる程度の膜厚が好ましく、好ましい膜厚の範囲は、10nm以上30nm以下である。   Further, the film thickness (average film thickness) of the aluminum nitride layer 15 described above can protect the pad region Pd, and can be broken and electrically connected by the stress of the probe needle described later and the pressure during wire bonding. A film thickness of the order is preferable, and a preferable film thickness range is 10 nm or more and 30 nm or less.

[刻印およびプローブテスト工程]
この後、必要に応じて、半導体基板(ウエハ)1のナンバリング(刻印)を行う。上記工程で形成される半導体素子(MISFET)、配線およびパッド領域Pdなどは、略円状のウエハ上に矩形状に区画された複数のチップ領域に形成される。さらに、半導体装置の製造工程においては、複数枚のウエハを連続して処理することが多い。そこで、ウエハ毎に、ロット番号やウエハ番号等のウエハ情報をウエハの所定の領域に記載しておく。例えば、レーザーなどにより、ウエハの端部(チップとして用いない領域)に、ナンバー(記号)状に複数のドット状の凹部を形成する(レーザーネーミング)。
[Engraving and probe test process]
Thereafter, the semiconductor substrate (wafer) 1 is numbered (engraved) as necessary. The semiconductor element (MISFET), the wiring, the pad region Pd, and the like formed in the above process are formed in a plurality of chip regions partitioned in a rectangular shape on a substantially circular wafer. Further, in the semiconductor device manufacturing process, a plurality of wafers are often processed continuously. Therefore, wafer information such as a lot number and a wafer number is written in a predetermined area of the wafer for each wafer. For example, a plurality of dot-shaped recesses in the form of numbers (symbols) are formed at the edge of the wafer (area not used as a chip) by laser or the like (laser naming).

このナンバリング工程は、半導体装置の製造工程中のどの段階で行ってもよいが、あまり下層の領域に形成すると、その上に膜が何層も積層することとなり、各膜の干渉縞によってナンバー(記号)の認識し難くなる。また、この後の成膜工程は、後述する第2保護膜(16)のみであり、後述するように、パッド領域Pdの第2保護膜(16)の除去工程と同時に、ナンバー上の第2保護膜(16)を除去することもできる。よって、かかる段階において、ナンバリングを行うことが好ましい。   This numbering process may be performed at any stage in the manufacturing process of the semiconductor device. However, if it is formed in a lower layer region, a number of films are stacked thereon, and the number ( (Symbol) becomes difficult to recognize. Further, the subsequent film forming process is only a second protective film (16) to be described later, and, as will be described later, the second protective film (16) on the number simultaneously with the removing process of the second protective film (16) in the pad region Pd. The protective film (16) can also be removed. Therefore, it is preferable to perform numbering at this stage.

次いで、半導体基板(1)全体に洗浄処理を施し、レーザーネーミングにより生じたパーティクルやフォトレジスト膜の残渣等を除去する。この洗浄液としては、例えば、フッ化アンモニウム、ホルムアルデヒドおよび水よりなる洗浄液を用いる。次いで、純粋を用いたスクラブジェットにより、上記洗浄処理後に残存するパーティクルなどを除去する。   Next, the entire semiconductor substrate (1) is subjected to a cleaning process to remove particles generated by laser naming, photoresist film residues, and the like. As this cleaning liquid, for example, a cleaning liquid made of ammonium fluoride, formaldehyde and water is used. Next, particles remaining after the cleaning treatment are removed by a scrub jet using pure.

次いで、パッド領域Pdに対し、アッシング(灰化処理)を施し、アルミニウム膜10b(パッド領域Pd)の耐腐食性を向上させるとともに、後述する第2保護膜(16)の濡れ性を向上させる。これにより、アルミニウム膜10b(パッド領域Pd)と第2保護膜(16)の密着性が向上し、第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の露光・現像工程において、その解像が良好となる。上記アッシング処理時間は、例えば、120秒程度である。   Next, ashing (ashing treatment) is performed on the pad region Pd to improve the corrosion resistance of the aluminum film 10b (pad region Pd) and improve the wettability of the second protective film (16) described later. Thereby, the adhesion between the aluminum film 10b (pad region Pd) and the second protective film (16) is improved, and the resolution is good in the exposure / development process of the second protective film (photosensitive polyimide film 16). Become. The ashing processing time is about 120 seconds, for example.

次いで、リフレクション検査により、パッド領域Pd(アルミニウム膜10b)上の窒化チタン膜(反射防止膜)10cの残渣の有無を調べる。   Next, the presence or absence of a residue of the titanium nitride film (antireflection film) 10c on the pad region Pd (aluminum film 10b) is examined by reflection inspection.

次いで、図8に示すように、パッド領域Pdを含む第1保護膜上(窒化シリコン膜13上)に、第2保護膜として、例えば、感光性ポリイミド膜(PIQ膜:Polyimide- isoindoloquinazolinedion膜)16を塗布する。次いで、図9に示すように、感光性ポリイミド膜16を、露光・現像することにより開口部OAの感光性ポリイミド膜16を除去する。この工程により、開口部OAからアルミニウム膜10b(パッド領域Pd)が再び露出する。この感光性ポリイミド膜16の現像液としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ガンマーブチロラクトンおよび水よりなる現像液を用いる。なお、図9においては、第1保護膜(酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13)の開口部OAと第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の開口部OAとを同じ大きさとしたが、第2保護膜の開口部を第1保護膜の開口部OAより大きくしてもよい。   Next, as shown in FIG. 8, for example, a photosensitive polyimide film (PIQ film: Polyimide-isoindoloquinazolinedion film) 16 is formed as a second protective film on the first protective film (on the silicon nitride film 13) including the pad region Pd. Apply. Next, as shown in FIG. 9, the photosensitive polyimide film 16 in the opening OA is removed by exposing and developing the photosensitive polyimide film 16. By this step, the aluminum film 10b (pad region Pd) is exposed again from the opening OA. As the developer for the photosensitive polyimide film 16, for example, a developer composed of dimethyl sulfoxide, gamma-butyrolactone and water is used. In FIG. 9, the opening OA of the first protective film (silicon oxide film 12, silicon nitride film 13) and the opening OA of the second protective film (photosensitive polyimide film 16) have the same size. The opening of the second protective film may be larger than the opening OA of the first protective film.

次いで、熱処理(キュア処理)を施すことにより、感光性ポリイミド膜(第2保護膜)16を硬化させる。次いで、感光性ポリイミド膜16に対しアッシング(灰化処理)を施し、パッド領域Pd上のポリイミドの残渣や感光性ポリイミド膜の表面上の異物などを除去する。   Next, the photosensitive polyimide film (second protective film) 16 is cured by performing heat treatment (curing treatment). Next, ashing (ashing treatment) is performed on the photosensitive polyimide film 16 to remove polyimide residues on the pad region Pd, foreign matters on the surface of the photosensitive polyimide film, and the like.

次いで、パッド領域Pdを利用して、半導体装置の動作テストを行う。このように、半導体装置の製造工程の前工程(ダイシング前、ウエハ状態)において、半導体装置(集積回路)などの良否を判定することを「ウエハテスト」と言う。   Next, an operation test of the semiconductor device is performed using the pad region Pd. In this way, determining whether the semiconductor device (integrated circuit) is good or bad in the pre-process (before dicing, wafer state) of the manufacturing process of the semiconductor device is called “wafer test”.

このウエハテストとして、例えば、複数のパッド領域Pd(図14参照)に対応したプローブ針(N)が設けられたプローブカードを用いて行う、「プローブテスト」がある。このプローブ針(N)を介してパッド領域Pdに電気的信号を印加し、また、パッド領域Pdから得られる信号を検知することにより、半導体装置の電気的特性を確認することができる。このテスト結果により、半導体装置(集積回路)の良否を判断することができる。   As this wafer test, for example, there is a “probe test” performed using a probe card provided with probe needles (N) corresponding to a plurality of pad regions Pd (see FIG. 14). By applying an electrical signal to the pad region Pd through the probe needle (N) and detecting a signal obtained from the pad region Pd, the electrical characteristics of the semiconductor device can be confirmed. From this test result, the quality of the semiconductor device (integrated circuit) can be determined.

テスト内容に制限はないが、テストの種類としては、例えば、直流テスト、交流テスト、ファンクションテストなどがある。直流テストにより、例えば、断線やショートの有無の確認や、出力電圧(電流)の確認などを行うことができる。また、交流テストにより、例えば、出力信号の波形の確認などを行うことができる。また、ファンクションテストにより、データ書込みの可否やデータ保持時間の確認などを行うことができる。   There are no restrictions on the test content, but examples of the test type include a DC test, an AC test, and a function test. By the DC test, for example, confirmation of the presence or absence of a disconnection or a short circuit, confirmation of the output voltage (current), and the like can be performed. Further, for example, the waveform of the output signal can be confirmed by the AC test. In addition, it is possible to check whether data can be written and the data holding time by a function test.

ここで、本実施の形態においては、パッド領域Pdに、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を施し、その表面に、窒化アルミニウム層(表面処理層、プラズマ処理層、硬質層)15を形成したので、パッド領域Pdとプローブ針(N)との接触抵抗を低減することができる。その結果、プローブテスト特性(検査特性)を向上させることができる。   Here, in the present embodiment, the pad region Pd is subjected to plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas, and an aluminum nitride layer (surface treatment layer, plasma treatment layer, hard layer) 15 is formed on the surface thereof. Therefore, the contact resistance between the pad region Pd and the probe needle (N) can be reduced. As a result, probe test characteristics (inspection characteristics) can be improved.

即ち、パッド領域Pdにプラズマにより強固に結合した処理膜である窒化アルミニウム層15が形成されることで、プローブテストまでの工程の間に、パッド領域Pdに自然酸化膜が形成されることを防止することができる。   That is, the formation of the aluminum nitride layer 15 which is a processing film firmly bonded to the pad region Pd by plasma prevents the natural oxide film from being formed in the pad region Pd during the process up to the probe test. can do.

また、図10に示すように、プローブ針Nが、当接することにより、パッド領域Pd上の窒化アルミニウム層15が割れ、その割れ目を介してパッド領域Pd(アルミニウム膜10b、第5層配線(アルミニウム配線)M5)とプローブ針(N)とを低抵抗で接触させることができる。図10は、本実施の形態の半導体装置の効果を説明するための図であって、本実施の形態の半導体装置のパッド領域に対するプローブ針の当接状態を示す要部断面図である。図11は、本実施の形態の半導体装置の効果を説明するための図であって、比較例の半導体装置のパッド領域に対するプローブ針の当接状態を示す要部断面図である。   Further, as shown in FIG. 10, when the probe needle N abuts, the aluminum nitride layer 15 on the pad region Pd is cracked, and the pad region Pd (the aluminum film 10b, the fifth layer wiring (aluminum) is cut through the crack. Wiring) M5) and probe needle (N) can be brought into contact with low resistance. FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the semiconductor device according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of the main part showing the contact state of the probe needle with the pad region of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part showing the contact state of the probe needle with respect to the pad region of the semiconductor device of the comparative example, for explaining the effect of the semiconductor device of the present embodiment.

これに対し、図11に示すように、上記窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を施していない比較例の場合には、パッド領域Pd表面に自然酸化膜25が形成される。この自然酸化膜25は、その結合が強固ではなく、軟らかい。さらに、アルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)も比較的軟らかい性質を有するため、自然酸化膜25に追従して下層のアルミニウム膜10bも窪んでしまう。その結果、アルミニウム膜10bとプローブ針Nが自然酸化膜25を介して接触することとなり、接触抵抗が大きくなってしまう。このような現象は、プローブ圧力(後述のオーバードライブ量)を大きくしても改善が困難であることが本発明者らの検討により判明している。   On the other hand, as shown in FIG. 11, in the case of the comparative example in which the plasma treatment using the nitrogen-based plasma gas is not performed, a natural oxide film 25 is formed on the surface of the pad region Pd. The natural oxide film 25 is soft and not strongly bonded. Furthermore, since the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) also has a relatively soft property, the lower aluminum film 10b is also recessed following the natural oxide film 25. As a result, the aluminum film 10b and the probe needle N come into contact via the natural oxide film 25, and the contact resistance increases. It has been found by the present inventors that such a phenomenon is difficult to improve even if the probe pressure (the amount of overdrive described later) is increased.

したがって、図11に示す比較例の場合においては、パッド領域Pdに所望の電気的信号を印加することができず、また、パッド領域Pdから得られる信号を正確に検知することができなくなる。よって、半導体装置(集積回路)の不良であるのか、また、パッド領域Pdとプローブ針Nとの高抵抗化による不具合であるのかの判断ができず、正確なテスト(検査)を行うことができない。   Therefore, in the case of the comparative example shown in FIG. 11, a desired electrical signal cannot be applied to the pad region Pd, and a signal obtained from the pad region Pd cannot be accurately detected. Therefore, it cannot be determined whether the semiconductor device (integrated circuit) is defective or whether the pad region Pd and the probe needle N have a high resistance, and an accurate test (inspection) cannot be performed. .

図12に、本実施の形態のNHプラズマ処理を施したパッド領域Pdとプローブ針との抵抗値と、比較例の場合のパッド領域Pdとプローブ針との抵抗値を示す。グラフの横軸はコンタクト回数(回)、縦軸は抵抗値(PAD抵抗値:Ω(ohm))を示す。 FIG. 12 shows the resistance value between the pad region Pd and the probe needle subjected to the NH 3 plasma treatment of the present embodiment, and the resistance value between the pad region Pd and the probe needle in the comparative example. The horizontal axis of the graph represents the number of contacts (times), and the vertical axis represents the resistance value (PAD resistance value: Ω (ohm)).

図12に示すように、本実施の形態の場合は、比較例(Ref)に比べ、パッド領域Pdとプローブ針との抵抗値(PAD抵抗値)が低下している。ここで、プローブ針は、例えば、パッド領域Pdの表面からの押し込み量(針先の食い込み量、オーバードライブ量)が65μm程度となるように、オーバードライブしている。   As shown in FIG. 12, in the case of the present embodiment, the resistance value (PAD resistance value) between the pad region Pd and the probe needle is lower than in the comparative example (Ref). Here, the probe needle is overdriven so that, for example, the amount of pushing from the surface of the pad region Pd (the amount of biting of the needle tip, the amount of overdrive) is about 65 μm.

図13は、本実施の形態におけるパッド領域Pdの抵抗値と、比較例の場合のパッド領域Pdの抵抗値を示すグラフであるが、ここでは、横軸に抵抗値(Ω(ohm))を、縦軸にコンタクト回数のパーセント(%)、即ち、コンタクト回数の全数に対する測定対象のコンタクト回数の割合を示す。測定対象のコンタクト回数とは、何回目の接触であるか、即ち、プローブ針の当接回数の累積を示す。   FIG. 13 is a graph showing the resistance value of the pad region Pd in the present embodiment and the resistance value of the pad region Pd in the comparative example. Here, the resistance value (Ω (ohm)) is plotted on the horizontal axis. The vertical axis represents the percentage (%) of the number of contacts, that is, the ratio of the number of contacts to be measured to the total number of contacts. The number of contacts to be measured indicates the number of contacts, that is, the cumulative number of contact of the probe needle.

図13において、グラフ(a)および(b)は、比較例(リファレンス、Ref)の場合を示し、グラフ(c)および(d)が本実施の形態の場合を示す。グラフ(c)の処理に対するリファレンスがグラフ(a)であり、グラフ(d)の処理に対するリファレンスがグラフ(b)である。図13に示すように、グラフ(c)および(d)ともに、リファレンス((a)(b))より抵抗値が下がっている。   In FIG. 13, graphs (a) and (b) show the case of the comparative example (reference, Ref), and graphs (c) and (d) show the case of the present embodiment. The reference for the processing of the graph (c) is the graph (a), and the reference for the processing of the graph (d) is the graph (b). As shown in FIG. 13, both the graphs (c) and (d) have lower resistance values than the reference ((a) (b)).

このように、本実施の形態においては、パッド領域Pdとプローブ針(N)との接触抵抗の低抵抗化を図ることができることが確認できた。その結果、プローブテストの検査精度の向上を図ることができる。また、検査時間の短縮化を図ることができる。よって、半導体装置の製造歩留まりの向上、半導体装置の製造のスループットの向上を図ることができる。また、半導体装置の信頼性を高めることができる。   As described above, in this embodiment, it was confirmed that the contact resistance between the pad region Pd and the probe needle (N) can be reduced. As a result, it is possible to improve the inspection accuracy of the probe test. In addition, the inspection time can be shortened. Therefore, it is possible to improve the manufacturing yield of the semiconductor device and the throughput of manufacturing the semiconductor device. In addition, the reliability of the semiconductor device can be increased.

なお、上記窒素系プラズマ処理に変えて、酸化系(酸素系)プラズマ処理を行うことも考えられる。例えば、酸素(O)プラズマ処理により、パッド領域Pdにプラズマにより強固に結合した処理膜である酸化アルミニウム層を形成しても類似の効果が想定される。 In place of the nitrogen plasma treatment, an oxidation (oxygen) plasma treatment may be performed. For example, even if an aluminum oxide layer, which is a treatment film firmly bonded to the pad region Pd by plasma, is formed by oxygen (O 2 ) plasma treatment, a similar effect is assumed.

しかしながら、プラズマ処理工程とプローブテスト工程との間には、種々のエッチング工程(現像工程も含む)や洗浄工程が生じ得る。これらの工程においては、酸化膜を溶かす薬剤を用いていることが多い。また、多くのパーティクルや膜残渣などは酸化系の膜であることが多いため、上記酸化膜を溶かす薬剤(酸化膜除去剤)が好適に用いられることも多い。   However, various etching processes (including a development process) and cleaning processes may occur between the plasma processing process and the probe test process. In these steps, a chemical that dissolves the oxide film is often used. In addition, since many particles, film residues, and the like are often oxidized films, a chemical that dissolves the oxide film (oxide film removing agent) is often used preferably.

例えば、上記製造工程においても、プラズマ処理工程とプローブテスト工程との間には、<1>レーザーネーミングにより生じたパーティクル等を除去するための洗浄工程や、<2>感光性ポリイミド膜16の現像工程などがある。よって、これらの工程により、パッド領域Pdは、洗浄液や現像液に晒されることとなる。前述したように、上記洗浄液は、例えば、フッ化アンモニウムおよびホルムアルデヒドを含有し、また、上記現像液は、例えば、ジメチルスルホキシドおよびガンマーブチロラクトンを含有する。これらの薬剤は、酸化アルミニウム膜を溶かし得るものである。   For example, also in the above manufacturing process, between the plasma processing process and the probe test process, <1> a cleaning process for removing particles and the like generated by laser naming, and <2> development of the photosensitive polyimide film 16 There are processes. Therefore, through these steps, the pad region Pd is exposed to a cleaning solution or a developing solution. As described above, the cleaning solution contains, for example, ammonium fluoride and formaldehyde, and the developer contains, for example, dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone. These agents can dissolve the aluminum oxide film.

したがって、酸化系プラズマ処理によりパッド領域Pdに酸化アルミニウム層を形成した場合、エッチング液(現像液も含む)や洗浄液によって酸化アルミニウム層が溶けてしまう。その結果、プローブテスト工程前には、自然酸化膜がつくこととなり、結果として図11に示す状態と同様の構成となってしまう。   Therefore, when the aluminum oxide layer is formed in the pad region Pd by the oxidation plasma treatment, the aluminum oxide layer is dissolved by the etching solution (including the developing solution) and the cleaning solution. As a result, a natural oxide film is formed before the probe test process, resulting in a configuration similar to the state shown in FIG.

これに対し、本実施の形態のように、窒化アルミニウム層15を形成しておけば、上記エッチング工程(現像工程も含む)や洗浄工程で溶けることがなく、また、自然酸化膜の形成を防止する保護膜ともなる。   On the other hand, if the aluminum nitride layer 15 is formed as in the present embodiment, it is not melted in the etching process (including the developing process) and the cleaning process, and the formation of a natural oxide film is prevented. It also becomes a protective film.

さらに、プローブテスト工程においては、前述したように、上記窒化アルミニウム層15の硬質性を利用して、プローブ針を割り入れることにより、容易に下層のアルミニウム膜10b(パッド領域Pd)との接触を図ることができる。   Further, in the probe test process, as described above, by making use of the hardness of the aluminum nitride layer 15 and inserting a probe needle, it is easy to make contact with the lower aluminum film 10b (pad region Pd). Can be planned.

[実装工程]
上記プローブテスト工程後においては、半導体基板(ウエハ)1を切断(ダイシング)して複数の半導体チップCHPに分離(個片化)する。なお、ダイシングの前に、半導体基板(ウエハ)1の裏面研削を行い、半導体基板1を薄膜化してもよい。図14に、ダイシング後の半導体チップの一例を示す。図示するように、略矩形の形状に切断された半導体チップCHPにおいては、素子形成領域EAの周囲に、複数のパッド領域Pdが配置される。
[Mounting process]
After the probe test process, the semiconductor substrate (wafer) 1 is cut (diced) and separated into a plurality of semiconductor chips CHP (divided into individual pieces). Note that the semiconductor substrate 1 may be thinned by performing back surface grinding of the semiconductor substrate (wafer) 1 before dicing. FIG. 14 shows an example of the semiconductor chip after dicing. As shown in the drawing, in the semiconductor chip CHP cut into a substantially rectangular shape, a plurality of pad regions Pd are arranged around the element formation region EA.

次いで、図15に示すように、配線基板WB上に半導体チップCHPを搭載(接着)する(ダイボンディング)。この配線基板WBのチップ搭載面側には端子(外部端子)TEが形成されている。次いで、半導体チップCHPに形成されているパッド領域Pdと、配線基板WBに形成されている端子TEとを、金線などからなるワイヤ(導電性部材)Wで接続する(ワイヤボンディング)。具体的には、図16に示すように、第1保護膜(12、13)および第2保護膜(16)の開口部(OA)から露出しているパッド領域PdにワイヤWが接続される。このとき、パッド領域Pd表面の窒化アルミニウム層15は薄膜であるため容易に砕け(割け)、下層のアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)とワイヤWとの電気的導通に支障はない。即ち、窒化アルミニウム層15の複数の割れ目(図示せず)を介してパッド領域Pd(アルミニウム膜10b、第5層配線(アルミニウム配線)M5)とワイヤWとの電気的接続を図ることができる。   Next, as shown in FIG. 15, the semiconductor chip CHP is mounted (adhered) on the wiring board WB (die bonding). Terminals (external terminals) TE are formed on the chip mounting surface side of the wiring board WB. Next, the pad region Pd formed on the semiconductor chip CHP and the terminal TE formed on the wiring board WB are connected by a wire (conductive member) W made of a gold wire or the like (wire bonding). Specifically, as shown in FIG. 16, the wire W is connected to the pad region Pd exposed from the opening (OA) of the first protective film (12, 13) and the second protective film (16). . At this time, since the aluminum nitride layer 15 on the surface of the pad region Pd is a thin film, the aluminum nitride layer 15 is easily crushed (breaks), which hinders electrical conduction between the lower aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) and the wire W. There is no. In other words, the pad region Pd (the aluminum film 10b, the fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) and the wire W can be electrically connected to each other through a plurality of cracks (not shown) in the aluminum nitride layer 15.

その後、図17に示すように、半導体チップCHPおよびワイヤWを覆うように樹脂MRで封止する。この樹脂MRは、外部からの衝撃や不純物の浸入から半導体チップCHPを保護するために設けられるものである。続いて、配線基板WBの裏面(チップ搭載面とは反対側の面)に外部接続端子となる半田ボールSBを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 17, the semiconductor chip CHP and the wires W are sealed with a resin MR so as to cover them. This resin MR is provided in order to protect the semiconductor chip CHP from external impact and impurity intrusion. Subsequently, solder balls SB serving as external connection terminals are formed on the back surface (surface opposite to the chip mounting surface) of the wiring board WB.

以上の工程により、半導体装置を製造することができる。なお、本実施の形態においては、ワイヤボンディングを例に説明したが、フェイスダウンボンディングを行っても良い。   Through the above steps, a semiconductor device can be manufactured. In the present embodiment, wire bonding has been described as an example, but face-down bonding may be performed.

例えば、上記プローブテストを行った後、パッド領域Pd上にバンプ電極を形成し、配線基板上に、バンプ電極形成側(フェース側)を下にして搭載し、樹脂封止してもよい。   For example, after performing the probe test, a bump electrode may be formed on the pad region Pd, mounted on the wiring board with the bump electrode formation side (face side) facing down, and sealed with resin.

また、上記工程においては、第1〜第4層配線をダマシン配線としたが、これに限られるものではなく、例えば、導電性膜(金属膜)のパターニングにより各配線を形成してもよい。   In the above process, the first to fourth layer wirings are damascene wirings. However, the present invention is not limited to this. For example, each wiring may be formed by patterning a conductive film (metal film).

また、上記工程においては、半導体素子としてMISFETを例示したが、これに限られるものではなく、他の素子、例えば、抵抗素子やメモリなど、種々の素子を形成することができる。   In the above process, the MISFET is exemplified as the semiconductor element. However, the present invention is not limited to this, and other elements such as a resistance element and a memory can be formed.

(実施の形態2)
上記実施の形態1においては、パッド領域Pdに対し、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を施す際、NHのプラズマガスを用いたが、この他の窒素系のプラズマガスを用いてもよい。図18〜図20は、本実施の形態の半導体装置の効果を説明するための図である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the NH 3 plasma gas is used when the pad region Pd is subjected to the plasma treatment using the nitrogen-based plasma gas. However, other nitrogen-based plasma gases may be used. Good. 18 to 20 are diagrams for explaining the effect of the semiconductor device of the present embodiment.

(応用例1)
応用例1として、N(窒素)のプラズマガスを用いてもよい。なお、プラズマガス種以外は、実施の形態1と同じであるため、半導体装置の構成および製造工程についての説明は省略する。
(Application 1)
As application example 1, a plasma gas of N 2 (nitrogen) may be used. Note that, except for the plasma gas type, since it is the same as that of the first embodiment, description of the configuration and manufacturing process of the semiconductor device is omitted.

図18に、本実施の形態の応用例1である、Nプラズマ処理を施したパッド領域Pdとプローブ針との抵抗値と、比較例(Ref)の場合のパッド領域Pdとプローブ針との抵抗値を示す。グラフの横軸はコンタクト回数(回)、縦軸は抵抗値(PAD抵抗値:Ω(ohm))を示す。 FIG. 18 shows the resistance value between the pad region Pd subjected to N 2 plasma treatment and the probe needle, which is an application example 1 of the present embodiment, and the pad region Pd and the probe needle in the comparative example (Ref). Indicates the resistance value. The horizontal axis of the graph represents the number of contacts (times), and the vertical axis represents the resistance value (PAD resistance value: Ω (ohm)).

図18に示すように、本応用例1においても、比較例に比べ、PAD抵抗値が低下している。また、プローブ針(N)は、例えば、パッド領域Pdの表面からの押し込み量が65μm程度となるように、オーバードライブしている。   As shown in FIG. 18, also in this application example 1, the PAD resistance value is lower than that in the comparative example. Further, the probe needle (N) is overdriven so that, for example, the pushing amount from the surface of the pad region Pd is about 65 μm.

このように、Nプラズマ処理を施した場合も、パッド領域Pdとプローブ針(N)との接触抵抗の低抵抗化が確認できた。 Thus, even when the N 2 plasma treatment was performed, it was confirmed that the contact resistance between the pad region Pd and the probe needle (N) was lowered.

(応用例2)
応用例2として、NO(亜酸化窒素)のプラズマガスを用いてもよい。なお、プラズマガス種以外は、実施の形態1と同じであるため、半導体装置の構成および製造工程についての説明は省略する。
(Application example 2)
As application example 2, a plasma gas of N 2 O (nitrous oxide) may be used. Note that, except for the plasma gas type, since it is the same as that of the first embodiment, description of the configuration and manufacturing process of the semiconductor device is omitted.

図19に、本実施の形態の応用例2である、NOプラズマ処理を施したパッド領域Pdとプローブ針との抵抗値と、比較例(Ref)の場合のパッド領域Pdとプローブ針との抵抗値を示す。グラフの横軸はコンタクト回数(回)、縦軸は抵抗値(PAD抵抗値:Ω(ohm))を示す。 FIG. 19 shows a resistance value between the pad region Pd subjected to the N 2 O plasma treatment and the probe needle, which is an application example 2 of the present embodiment, and the pad region Pd and the probe needle in the comparative example (Ref). The resistance value is shown. The horizontal axis of the graph represents the number of contacts (times), and the vertical axis represents the resistance value (PAD resistance value: Ω (ohm)).

図19に示すように、本応用例2においても、比較例に比べ、PAD抵抗値が低下している。また、プローブ針(N)は、例えば、パッド領域Pdの表面からの押し込み量が65μm程度となるように、オーバードライブしている。   As shown in FIG. 19, also in this application example 2, the PAD resistance value is lower than that in the comparative example. Further, the probe needle (N) is overdriven so that, for example, the pushing amount from the surface of the pad region Pd is about 65 μm.

このように、NOプラズマ処理を施した場合も、パッド領域Pdとプローブ針(N)との接触抵抗の低抵抗化が確認できた。 Thus, even when the N 2 O plasma treatment was performed, it was confirmed that the contact resistance between the pad region Pd and the probe needle (N) was lowered.

(応用例3)
応用例3として、N(窒素)およびO(酸素)の混合ガスをプラズマ化したガスを用いてもよい。なお、プラズマガス種以外は、実施の形態1と同じであるため、半導体装置の構成および製造工程についての説明は省略する。
(Application 3)
As Application Example 3, a gas obtained by converting a mixed gas of N 2 (nitrogen) and O 2 (oxygen) into plasma may be used. Note that, except for the plasma gas type, since it is the same as that of the first embodiment, description of the configuration and manufacturing process of the semiconductor device is omitted.

図20は、本実施の形態の応用例3であるNおよびOの混合プラズマ処理を施したパッド領域Pdの抵抗値を示すグラフである。横軸は抵抗値(Ω(ohm))、縦軸はコンタクト回数のパーセント(%)を示す。Oの含有率は、例えば50Vol%程度である。 FIG. 20 is a graph showing the resistance value of the pad region Pd subjected to the mixed plasma treatment of N 2 and O 2 as Application Example 3 of the present embodiment. The horizontal axis represents the resistance value (Ω (ohm)), and the vertical axis represents the percentage (%) of the number of contacts. The content of O 2 is, for example, about 50 Vol%.

グラフ(e)がNおよびOの混合プラズマ処理のグラフであり、グラフ(f)は、上記応用例1で説明したNプラズマ処理のグラフである。 A graph (e) is a graph of a mixed plasma treatment of N 2 and O 2 , and a graph (f) is a graph of the N 2 plasma treatment described in Application Example 1.

図20に示すように、本応用例3においても、PAD抵抗値が低下している。なお、プローブ針(N)は、例えば、パッド領域Pdの表面からの押し込み量が65μm程度となるように、オーバードライブしている。   As shown in FIG. 20, also in this application example 3, the PAD resistance value is lowered. Note that the probe needle (N) is overdriven so that, for example, the push-in amount from the surface of the pad region Pd is about 65 μm.

このように、NおよびOの混合プラズマ処理を施した場合も、パッド領域Pdとプローブ針(N)との接触抵抗の低抵抗化を図ることができることが確認できた。 Thus, it was confirmed that the contact resistance between the pad region Pd and the probe needle (N) can be reduced even when the mixed plasma treatment of N 2 and O 2 is performed.

以上詳細に説明したように、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理としては、NHの他、NおよびNOのいずれかをプラズマ化したガスを用いることができる。また、Nについては、Oを含有させてもよい。 As described in detail above, as a plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas, a gas obtained by converting any one of N 2 and N 2 O into plasma in addition to NH 3 can be used. N 2 may contain O 2 .

なお、上記実施の形態1および実施の形態2(応用例1〜3)においては、オーバードライブ量を65μmに設定したが、かかる数値に限定されるものではない。但し、接触抵抗の低下を図るためには、オーバードライブを行うことが好ましく、前述の窒化アルミニウム層の好適な膜厚に対応して設定することが好ましい。オーバードライブ量の範囲は、好ましくは50μm以上、より好ましくは60μm以上70μm以下である。このオーバードライブにより、パッド領域Pdに、プローブ痕(プローブ針が接触した痕跡)が形成される。   In the first embodiment and the second embodiment (application examples 1 to 3), the overdrive amount is set to 65 μm, but the present invention is not limited to this value. However, in order to reduce the contact resistance, it is preferable to perform overdrive, and it is preferable to set the thickness corresponding to the suitable thickness of the aluminum nitride layer described above. The range of the overdrive amount is preferably 50 μm or more, more preferably 60 μm or more and 70 μm or less. By this overdrive, a probe trace (a trace in contact with the probe needle) is formed in the pad region Pd.

(実施の形態3)
上記実施の形態1においては、反射防止膜として、窒化チタン膜10cを用いたが、本実施の形態においては、反射防止膜としてSiON(酸窒化シリコン)膜11を用いる。なお、窒化チタン膜10cは導電性膜であるが、SiON膜11は、絶縁膜である。図21〜図28は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the titanium nitride film 10c is used as the antireflection film. However, in the present embodiment, the SiON (silicon oxynitride) film 11 is used as the antireflection film. The titanium nitride film 10c is a conductive film, while the SiON film 11 is an insulating film. 21 to 28 are main-portion cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment.

なお、反射防止膜(11)以外の構成は、実施の形態1と同様であるため、半導体装置の構成の詳細な説明は省略する(図1、図16等参照)。   Since the configuration other than the antireflection film (11) is the same as that of the first embodiment, a detailed description of the configuration of the semiconductor device is omitted (see FIGS. 1, 16 and the like).

また、第3層配線M3の形成工程までは、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する(図1および[M1〜M3形成工程]の欄を参照)。   The process up to the formation of the third layer wiring M3 is the same as that of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted (see FIG. 1 and the column of [M1 to M3 formation process]).

図21〜図28を参照しながら、第4層配線M4の形成工程以降の工程について説明する。   With reference to FIGS. 21 to 28, processes after the formation process of the fourth layer wiring M <b> 4 will be described.

図21に示すように、第4層配線M4およびプラグP4を、実施の形態1と同様に、層間絶縁膜TH4中に形成する。この層間絶縁膜TH4は、SiCN膜TH4a、TEOS膜TH4b、SiCN膜TH4c、TEOS膜TH4dおよびSiCN膜TH4eが下から順次積層された5つの絶縁膜よりなる。なお、図21においては、1つの第4層配線M4と第3層配線(M3、図21においては図示せず)との接続を、2つのプラグP4で接続しているが、これらを1つのプラグP4で接続してもよい。但し、コンタクト領域に複数のプラグを設けることにより、接続不良を低減することができる。   As shown in FIG. 21, the fourth layer wiring M4 and the plug P4 are formed in the interlayer insulating film TH4 in the same manner as in the first embodiment. The interlayer insulating film TH4 includes five insulating films in which a SiCN film TH4a, a TEOS film TH4b, a SiCN film TH4c, a TEOS film TH4d, and a SiCN film TH4e are sequentially stacked from below. In FIG. 21, the connection between one fourth layer wiring M4 and the third layer wiring (M3, not shown in FIG. 21) is connected by two plugs P4. You may connect with the plug P4. However, connection failure can be reduced by providing a plurality of plugs in the contact region.

次いで、第4層配線M4上に、絶縁膜として例えばSiCN(炭窒化シリコン)膜TH5aおよび酸化シリコン膜TH5bを順次CVD法により堆積することにより層間絶縁膜TH5を形成する。このSiCN膜TH5aは、銅の拡散に対するバリア性や絶縁性に優れており、第4層配線(Cuダマシン配線)M4上に用いて好適である。   Next, an interlayer insulating film TH5 is formed on the fourth layer wiring M4 by sequentially depositing, for example, a SiCN (silicon carbonitride) film TH5a and a silicon oxide film TH5b as an insulating film by a CVD method. This SiCN film TH5a has excellent barrier properties and insulation against copper diffusion, and is suitable for use on the fourth layer wiring (Cu damascene wiring) M4.

次いで、層間絶縁膜TH5をエッチングすることにより、第4層配線M4上にコンタクトホールを形成する。次いで、例えばコンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH5上に、バリア膜10aとして例えば窒化チタン(TiN)膜をスパッタリング法により形成する。   Next, the interlayer insulating film TH5 is etched to form a contact hole on the fourth layer wiring M4. Next, for example, a titanium nitride (TiN) film is formed as the barrier film 10a on the interlayer insulating film TH5 including the inside of the contact hole by a sputtering method.

次いで、バリア膜10a上に、アルミニウム膜10bをスパッタリング法により形成する。次いで、アルミニウム膜10b上に、反射防止膜としてSiON(酸窒化シリコン)膜11をCVD法により形成する。なお、ここで言うアルミニウム膜は、他の金属を含有していてもよい。例えば、Cuを数%程度含有していてもよい。   Next, an aluminum film 10b is formed on the barrier film 10a by a sputtering method. Next, a SiON (silicon oxynitride) film 11 is formed as an antireflection film on the aluminum film 10b by a CVD method. In addition, the aluminum film said here may contain another metal. For example, you may contain about several percent of Cu.

次いで、バリア膜10a、アルミニウム膜10bおよびSiON膜(反射防止膜)11の積層膜の上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第5層配線M5の形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。このように、アルミニウム膜10b上に反射防止膜(SiON膜11)を形成することにより、パターン精度の向上を図ることができる。即ち、フォトレジスト膜内において、露光時に照射光がアルミニウム膜10bから反射し、照射光と反射光とが干渉することによる解像不良を防止することができる。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on top of the laminated film of the barrier film 10a, the aluminum film 10b, and the SiON film (antireflection film) 11, and is exposed and developed (photolithography) to form the fifth layer wiring M5. The photoresist film is left in the region. Thus, by forming the antireflection film (SiON film 11) on the aluminum film 10b, the pattern accuracy can be improved. That is, in the photoresist film, irradiation light is reflected from the aluminum film 10b at the time of exposure, and resolution failure due to interference between the irradiation light and the reflected light can be prevented.

次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層膜をエッチング(パターニング)することにより、第5層配線(アルミニウム配線)M5を形成するとともに、プラグP5を形成する。このプラグP5は、コンタクトホール内に埋め込まれたバリア膜10aとアルミニウム膜10bよりなり、第5層配線M5は、層間絶縁膜TH5上のバリア膜10aおよびアルミニウム膜10bよりなる。また、この第5層配線M5上には、SiON膜(反射防止膜)11が配置される。   Next, the multilayer film is etched (patterned) using the photoresist film as a mask to form a fifth layer wiring (aluminum wiring) M5 and a plug P5. The plug P5 is made of a barrier film 10a and an aluminum film 10b embedded in the contact hole, and the fifth layer wiring M5 is made of a barrier film 10a and an aluminum film 10b on the interlayer insulating film TH5. An SiON film (antireflection film) 11 is disposed on the fifth layer wiring M5.

次いで、図22に示すように、第5層配線M5上に第1保護膜(第1絶縁膜)として、例えば、酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜を形成する。これらの膜は、それぞれプラズマCVD法により形成することができ、酸化シリコン膜12の膜厚は、例えば、50nm程度で、窒化シリコン膜13の膜厚は、例えば、600nm程度である。   Next, as illustrated in FIG. 22, for example, a stacked film of a silicon oxide film 12 and a silicon nitride film 13 is formed as a first protective film (first insulating film) on the fifth layer wiring M <b> 5. Each of these films can be formed by a plasma CVD method. The film thickness of the silicon oxide film 12 is about 50 nm, for example, and the film thickness of the silicon nitride film 13 is about 600 nm, for example.

次いで、図23に示すように、窒化シリコン膜13上にフォトレジスト膜Rを塗布する。次いで、図24に示すように、フォトレジスト膜Rを、露光・現像することにより開口部OAのフォトレジスト膜Rを除去する。この開口部OAは、後述のパッド領域Pdと対応する。この工程により、第1保護膜の表面(酸化シリコン膜12の表面)が露出する。   Next, as shown in FIG. 23, a photoresist film R is applied on the silicon nitride film 13. Next, as shown in FIG. 24, the photoresist film R in the opening OA is removed by exposing and developing the photoresist film R. The opening OA corresponds to a pad area Pd described later. By this step, the surface of the first protective film (the surface of the silicon oxide film 12) is exposed.

次いで、図25に示すように、フォトレジスト膜Rをマスクに第1保護膜(酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜)をエッチングすることにより、第1保護膜に開口部(OA)を形成する。さらに、続けて、SiON膜(反射防止膜)11をエッチングする。これにより、開口部OAからアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)が露出する。この露出領域がパッド領域Pdとなる。   Next, as shown in FIG. 25, by etching the first protective film (laminated film of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13) using the photoresist film R as a mask, an opening (OA) is formed in the first protective film. Form. Further, subsequently, the SiON film (antireflection film) 11 is etched. As a result, the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) is exposed from the opening OA. This exposed area becomes the pad area Pd.

ここで、図25においては、1つのパッド領域Pdしか示していないが、半導体装置(半導体チップ)の内部には、複数のパッド領域Pdが形成され(図14参照)、これら複数のパッド領域Pdを一度に形成する。   Here, although only one pad region Pd is shown in FIG. 25, a plurality of pad regions Pd are formed inside the semiconductor device (semiconductor chip) (see FIG. 14), and the plurality of pad regions Pd. Form at once.

よって、パッド領域Pdの非開口を防止するため、オーバーエッチングを行うことが好ましい。即ち、SiON膜(反射防止膜)11がエッチングされ、アルミニウム膜10bの表面が露出した後も、エッチングを続け、パッド領域Pdのアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)の表面を後退させる。言い換えれば、アルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)において、パッド領域Pdに対応する凹部を形成する。ここで、オーバーエッチング量(後退量、凹部深さ)をDとする。   Therefore, over-etching is preferably performed in order to prevent non-opening of the pad region Pd. That is, even after the SiON film (antireflection film) 11 is etched and the surface of the aluminum film 10b is exposed, the etching is continued and the surface of the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) in the pad region Pd is exposed. Retreat. In other words, a recess corresponding to the pad region Pd is formed in the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5). Here, the over-etching amount (retraction amount, recess depth) is D.

このように、オーバーエッチングを行うことで、パッド領域Pdの非開口、言い換えれば、パッド領域Pdにおけるアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)の非露出を防止することができる。なお、実施の形態1と異なり、SiON膜(絶縁膜)11とアルミニウム膜10bとのエッチング選択比は、窒化チタン膜10cとアルミニウム膜10bとのエッチング選択比より大きいため、オーバーエッチング量Dを小さくすることができる。   Thus, by performing over-etching, non-opening of the pad region Pd, in other words, non-exposure of the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) in the pad region Pd can be prevented. Unlike the first embodiment, since the etching selectivity between the SiON film (insulating film) 11 and the aluminum film 10b is larger than the etching selectivity between the titanium nitride film 10c and the aluminum film 10b, the overetching amount D is reduced. can do.

次いで、半導体基板(1)全体に洗浄処理を施し、残存するパーティクルなどを除去し、パッド領域Pdを清浄化する。この洗浄液としては、例えば、フッ化アンモニウム、ホルムアルデヒドおよび水よりなる洗浄液を用いる。   Next, a cleaning process is performed on the entire semiconductor substrate (1) to remove the remaining particles and the like, and the pad region Pd is cleaned. As this cleaning liquid, for example, a cleaning liquid made of ammonium fluoride, formaldehyde and water is used.

次いで、図26に示すように、フォトレジスト膜Rをアッシング(灰化処理)などにより除去する。このアッシング処理は、アルミニウム膜10b(パッド領域Pd)の耐腐食性向上の役割も果たす。   Next, as shown in FIG. 26, the photoresist film R is removed by ashing (ashing treatment) or the like. This ashing process also serves to improve the corrosion resistance of the aluminum film 10b (pad region Pd).

次いで、パッド領域Pdに対し、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を施す。即ち、窒素または窒素化合物ガス(窒化系ガス)をプラズマ化した雰囲気にパッド領域Pdを晒す。窒化系のプラズマガスとしては、NHのプラズマガスを用いる。このNHのプラズマガスにパッド領域Pdを晒すこと(NHプラズマ処理)により、パッド領域Pdから露出したアルミニウム膜10b(第5層配線(アルミニウム配線)M5)が窒化され、窒化アルミニウム層(表面処理層、プラズマ処理層、硬質層)15が形成される。 Next, a plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas is performed on the pad region Pd. That is, the pad region Pd is exposed to an atmosphere in which nitrogen or a nitrogen compound gas (nitriding gas) is turned into plasma. As the nitriding plasma gas, an NH 3 plasma gas is used. By exposing the pad region Pd to the NH 3 plasma gas (NH 3 plasma treatment), the aluminum film 10b (fifth layer wiring (aluminum wiring) M5) exposed from the pad region Pd is nitrided, and the aluminum nitride layer (surface Treatment layer, plasma treatment layer, hard layer) 15 is formed.

この窒化アルミニウム層15は、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理により形成される層(膜)で、意図せず形成される自然窒化アルミニウム層より厚い層(膜)となる。   The aluminum nitride layer 15 is a layer (film) formed by plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas, and is a layer (film) thicker than an unintentionally formed natural aluminum nitride layer.

例えば、アルミニウム膜10b上に、窒素化合物系の膜(例えば、SiON膜11)を成膜する際には、アルミニウムと窒素化合物とが反応し、窒化アルミニウムが形成され得る。特に、SiON膜11をプラズマCVDで成膜する場合には、窒素とアルミニウムとの反応が生じやすい。このように意図せず形成される層(膜)をここでは、自然窒化アルミニウム層(膜)と言う。この自然窒化アルミニウム層は、上記工程においては、アルミニウム膜10bと反射防止膜(SiON膜11)との境界に形成され得る。前述の窒化アルミニウム層15は、この自然窒化アルミニウム層より厚く形成されるものである。   For example, when a nitrogen compound film (for example, the SiON film 11) is formed on the aluminum film 10b, aluminum and a nitrogen compound react to form aluminum nitride. In particular, when the SiON film 11 is formed by plasma CVD, the reaction between nitrogen and aluminum tends to occur. A layer (film) formed unintentionally in this way is referred to herein as a natural aluminum nitride layer (film). This natural aluminum nitride layer can be formed at the boundary between the aluminum film 10b and the antireflection film (SiON film 11) in the above process. The aforementioned aluminum nitride layer 15 is formed thicker than this natural aluminum nitride layer.

また、前述の窒化アルミニウム層15の膜厚(平均膜厚)は、パッド領域Pdの保護ができ、また、後述のプローブ針の応力やワイヤボンディング時の圧力により割れ、電気的接続が可能となる程度の膜厚が好ましく、好ましい膜厚の範囲は、10nm以上30nm以下である。   Further, the film thickness (average film thickness) of the aluminum nitride layer 15 described above can protect the pad region Pd, and can be broken and electrically connected by the stress of the probe needle described later and the pressure during wire bonding. A film thickness of the order is preferable, and a preferable film thickness range is 10 nm or more and 30 nm or less.

[刻印およびプローブテスト工程]
この後、必要に応じて、半導体基板(ウエハ)1のナンバリング(刻印)を行う。上記工程で形成される半導体素子(MISFET)、配線およびパッド領域Pdなどは、略円状のウエハ上に矩形状に区画された複数のチップ領域に形成される。さらに、半導体装置の製造工程においては、複数枚のウエハを連続して処理することが多い。そこで、ウエハ毎に、ロット番号やウエハ番号等のウエハ情報をウエハの所定の領域に記載しておく。例えば、レーザーなどにより、ウエハの端部(チップとして用いない領域)に、ナンバー(記号)状に複数のドット状の凹部を形成する(レーザーネーミング)。
[Engraving and probe test process]
Thereafter, the semiconductor substrate (wafer) 1 is numbered (engraved) as necessary. The semiconductor element (MISFET), the wiring, the pad region Pd, and the like formed in the above process are formed in a plurality of chip regions partitioned in a rectangular shape on a substantially circular wafer. Further, in the semiconductor device manufacturing process, a plurality of wafers are often processed continuously. Therefore, wafer information such as a lot number and a wafer number is written in a predetermined area of the wafer for each wafer. For example, a plurality of dot-shaped recesses in the form of numbers (symbols) are formed at the edge of the wafer (area not used as a chip) by laser or the like (laser naming).

このナンバリング工程は、半導体装置の製造工程中のどの段階で行ってもよいが、あまり下層の領域に形成すると、その上に膜が何層も積層することとなり、各膜の干渉縞によってナンバー(記号)が認識し難くなる。また、この後の成膜工程は、後述する第2保護膜(16)のみであり、後述するように、パッド領域Pdの第2保護膜(16)の除去工程と同時に、ナンバー上の第2保護膜(16)を除去することもできる。よって、かかる段階において、ナンバリングを行うことが好ましい。   This numbering process may be performed at any stage in the manufacturing process of the semiconductor device. However, if it is formed in a lower layer region, a number of films are stacked thereon, and the number ( Symbol) becomes difficult to recognize. Further, the subsequent film forming process is only a second protective film (16) to be described later, and, as will be described later, the second protective film (16) on the number simultaneously with the removing process of the second protective film (16) in the pad region Pd. The protective film (16) can also be removed. Therefore, it is preferable to perform numbering at this stage.

次いで、半導体基板(1)全体に洗浄処理を施し、レーザーネーミングにより生じたパーティクルやフォトレジスト膜の残渣等を除去する。この洗浄液としては、例えば、フッ化アンモニウム、ホルムアルデヒドおよび水よりなる洗浄液を用いる。次いで、純粋を用いたスクラブジェットにより、上記洗浄処理後に残存するパーティクルなどを除去する。   Next, the entire semiconductor substrate (1) is subjected to a cleaning process to remove particles generated by laser naming, photoresist film residues, and the like. As this cleaning liquid, for example, a cleaning liquid made of ammonium fluoride, formaldehyde and water is used. Next, particles remaining after the cleaning treatment are removed by a scrub jet using pure.

次いで、パッド領域Pdに対し、アッシング(灰化処理)を施し、アルミニウム膜10b(パッド領域Pd)の耐腐食性を向上させるとともに、後述する第2保護膜(16)の濡れ性を向上させる。これにより、アルミニウム膜10b(パッド領域Pd)と第2保護膜(16)の密着性が向上し、第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の露光・現像工程において、その解像が良好となる。   Next, ashing (ashing treatment) is performed on the pad region Pd to improve the corrosion resistance of the aluminum film 10b (pad region Pd) and improve the wettability of the second protective film (16) described later. Thereby, the adhesion between the aluminum film 10b (pad region Pd) and the second protective film (16) is improved, and the resolution is good in the exposure / development process of the second protective film (photosensitive polyimide film 16). Become.

次いで、リフレクション検査により、パッド領域Pd(アルミニウム膜10b)上のSiON膜(反射防止膜)11の残渣の有無を調べる。SiON膜(反射防止膜)11が残存している場合には、再度エッチングを行う。   Next, the presence or absence of a residue of the SiON film (antireflection film) 11 on the pad region Pd (aluminum film 10b) is examined by reflection inspection. If the SiON film (antireflection film) 11 remains, etching is performed again.

次いで、図27に示すように、パッド領域Pdを含む第1保護膜上(窒化シリコン膜13上)に、第2保護膜として、例えば、感光性ポリイミド膜(PIQ膜:Polyimide- isoindoloquinazolinedion膜)16を塗布する。次いで、図28に示すように、感光性ポリイミド膜16を、露光・現像することにより開口部OAの感光性ポリイミド膜16を除去する。この工程により、開口部OAからアルミニウム膜10b(パッド領域Pd)が再び露出する。この感光性ポリイミド膜16の現像液としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ガンマーブチロラクトンおよび水よりなる現像液を用いる。なお、図28においては、第1保護膜(酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13)の開口部OAと第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の開口部OAとを同じ大きさとしたが、第2保護膜の開口部を第1保護膜の開口部OAより大きくしてもよい。   Next, as shown in FIG. 27, on the first protective film including the pad region Pd (on the silicon nitride film 13), for example, a photosensitive polyimide film (PIQ film: Polyimide-isoindoloquinazolinedion film) 16 is used as the second protective film. Apply. Next, as shown in FIG. 28, the photosensitive polyimide film 16 in the opening OA is removed by exposing and developing the photosensitive polyimide film 16. By this step, the aluminum film 10b (pad region Pd) is exposed again from the opening OA. As the developer for the photosensitive polyimide film 16, for example, a developer composed of dimethyl sulfoxide, gamma-butyrolactone and water is used. In FIG. 28, the opening OA of the first protective film (silicon oxide film 12, silicon nitride film 13) and the opening OA of the second protective film (photosensitive polyimide film 16) have the same size. The opening of the second protective film may be larger than the opening OA of the first protective film.

次いで、熱処理(キュア処理)を施すことにより、感光性ポリイミド膜(第2保護膜)16を硬化させる。次いで、感光性ポリイミド膜16に対しアッシング(灰化処理)を施し、パッド領域Pd上のポリイミドの残渣や感光性ポリイミド膜の表面上の異物などを除去する。   Next, the photosensitive polyimide film (second protective film) 16 is cured by performing heat treatment (curing treatment). Next, ashing (ashing treatment) is performed on the photosensitive polyimide film 16 to remove polyimide residues on the pad region Pd, foreign matters on the surface of the photosensitive polyimide film, and the like.

次いで、パッド領域Pdを利用して、半導体装置の動作テストを行う。このように、半導体装置の製造工程の前工程(ダイシング前、ウエハ状態)において、半導体装置(集積回路)などの良否を判定することを「ウエハテスト」と言う。   Next, an operation test of the semiconductor device is performed using the pad region Pd. In this way, determining whether the semiconductor device (integrated circuit) is good or bad in the pre-process (before dicing, wafer state) of the manufacturing process of the semiconductor device is called “wafer test”.

このウエハテストとして、例えば、複数のパッド領域Pd(図14参照)に対応したプローブ針(N)が設けられたプローブカードを用いて行う、「プローブテスト」がある。このプローブ針(N)を介してパッド領域Pdに電気的信号を印加し、また、パッド領域Pdから得られる信号を検知することにより、半導体装置の電気的特性を確認することができる。このテスト結果により、半導体装置(集積回路)の良否を判断することができる。   As this wafer test, for example, there is a “probe test” performed using a probe card provided with probe needles (N) corresponding to a plurality of pad regions Pd (see FIG. 14). By applying an electrical signal to the pad region Pd through the probe needle (N) and detecting a signal obtained from the pad region Pd, the electrical characteristics of the semiconductor device can be confirmed. From this test result, the quality of the semiconductor device (integrated circuit) can be determined.

テスト内容に制限はないが、テストの種類としては、例えば、直流テスト、交流テスト、ファンクションテストなどがある。直流テストにより、例えば、断線やショートの有無の確認や、出力電圧(電流)の確認などを行うことができる。また、交流テストにより、例えば、出力信号の波形の確認などを行うことができる。また、ファンクションテストにより、データ書込みの可否やデータ保持時間の確認などを行うことができる。   There are no restrictions on the test content, but examples of the test type include a DC test, an AC test, and a function test. By the DC test, for example, confirmation of the presence or absence of a disconnection or a short circuit, confirmation of the output voltage (current), and the like can be performed. Further, for example, the waveform of the output signal can be confirmed by the AC test. In addition, it is possible to check whether data can be written and the data holding time by a function test.

ここで、本実施の形態においては、パッド領域Pdに、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を施し、その表面に、窒化アルミニウム層(表面処理層、プラズマ処理層、硬質層)15を形成したので、パッド領域Pdとプローブ針(N)との接触抵抗を低減することができる。その結果、プローブテスト特性(検査特性)を向上させることができる。   Here, in the present embodiment, the pad region Pd is subjected to plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas, and an aluminum nitride layer (surface treatment layer, plasma treatment layer, hard layer) 15 is formed on the surface thereof. Therefore, the contact resistance between the pad region Pd and the probe needle (N) can be reduced. As a result, probe test characteristics (inspection characteristics) can be improved.

即ち、パッド領域Pdにプラズマにより強固に結合した処理膜である窒化アルミニウム層15が形成されることで、プローブテストまでの工程の間に、パッド領域Pdに自然酸化膜が形成されることを防止することができる。   That is, the formation of the aluminum nitride layer 15 which is a processing film firmly bonded to the pad region Pd by plasma prevents the natural oxide film from being formed in the pad region Pd during the process up to the probe test. can do.

なお、実施の形態1においても説明したが、上記窒素系プラズマ処理に変えて、酸化系(酸素系)プラズマ処理を行うことも考えられる。例えば、酸素(O)プラズマ処理により、パッド領域Pdにプラズマにより強固に結合した処理膜である酸化アルミニウム層を形成しても類似の効果が想定される。 In addition, although it demonstrated also in Embodiment 1, it can also consider performing oxidation type | system | group (oxygen type | system | group) plasma processing instead of the said nitrogen type plasma processing. For example, even if an aluminum oxide layer, which is a treatment film firmly bonded to the pad region Pd by plasma, is formed by oxygen (O 2 ) plasma treatment, a similar effect is assumed.

しかしながら、プラズマ処理工程とプローブテスト工程との間には、種々のエッチング工程(現像工程も含む)や洗浄工程が生じ得る。これらの工程においては、酸化膜を溶かす薬剤を用いていることが多い。また、多くのパーティクルや膜残渣などは酸化系の膜であることが多いため、上記酸化膜を溶かす薬剤(酸化膜除去剤)が好適に用いられることも多い。   However, various etching processes (including a development process) and cleaning processes may occur between the plasma processing process and the probe test process. In these steps, a chemical that dissolves the oxide film is often used. In addition, since many particles, film residues, and the like are often oxidized films, a chemical that dissolves the oxide film (oxide film removing agent) is often used preferably.

例えば、上記製造工程においても、プラズマ処理工程とプローブテスト工程との間には、<1>レーザーネーミングにより生じたパーティクル等を除去するための洗浄工程や、<2>感光性ポリイミド膜16の現像工程などがある。よって、これらの工程により、パッド領域Pdは、洗浄液や現像液に晒されることとなる。前述したように、上記洗浄液は、例えば、フッ化アンモニウムおよびホルムアルデヒドを含有し、また、上記現像液は、例えば、ジメチルスルホキシドおよびガンマーブチロラクトンを含有する。これらの薬剤は、酸化アルミニウム膜を溶かし得るものである。   For example, also in the above manufacturing process, between the plasma processing process and the probe test process, <1> a cleaning process for removing particles and the like generated by laser naming, and <2> development of the photosensitive polyimide film 16 There are processes. Therefore, through these steps, the pad region Pd is exposed to a cleaning solution or a developing solution. As described above, the cleaning solution contains, for example, ammonium fluoride and formaldehyde, and the developer contains, for example, dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone. These agents can dissolve the aluminum oxide film.

したがって、酸化系プラズマ処理によりパッド領域Pdに酸化アルミニウム層を形成した場合、エッチング液(現像液も含む)や洗浄液によって酸化アルミニウム層が溶けてしまう。その結果、プローブテスト工程前には、自然酸化膜がつくこととなり、結果としてプローブ針との接触抵抗が大きくなってしまう(図11参照)。   Therefore, when the aluminum oxide layer is formed in the pad region Pd by the oxidation plasma treatment, the aluminum oxide layer is dissolved by the etching solution (including the developing solution) and the cleaning solution. As a result, a natural oxide film is formed before the probe test process, resulting in an increase in contact resistance with the probe needle (see FIG. 11).

これに対し、本実施の形態のように、窒化アルミニウム層15を形成しておけば、上記エッチング工程(現像工程も含む)や洗浄工程で溶けることがなく、また、自然酸化膜の形成を防止する保護膜ともなる。   On the other hand, if the aluminum nitride layer 15 is formed as in the present embodiment, it is not melted in the etching process (including the developing process) and the cleaning process, and the formation of a natural oxide film is prevented. It also becomes a protective film.

さらに、プローブテスト工程においては、前述したように、上記窒化アルミニウム層15の硬質性を利用して、プローブ針を割り入れることにより、容易に下層のアルミニウム膜(パッド領域Pd)との接触を図ることができる。   Further, in the probe test step, as described above, by making use of the hardness of the aluminum nitride layer 15 and inserting a probe needle, it is easily brought into contact with the underlying aluminum film (pad region Pd). be able to.

上記プローブテストの後は、上記実施の形態1と同様に、半導体基板(ウエハ)1を切断(ダイシング)して各半導体チップCHPに分離(個片化)した後、配線基板WB上に半導体チップCHPを搭載(接着)する(ダイボンディング)。さらに、この後、パッド領域Pdと、配線基板WBに形成されている端子TEとを、金線などからなるワイヤWで接続する(ワイヤボンディング)した後、半導体チップCHPおよびワイヤWを覆うように樹脂MRで封止する(図14〜図17参照)。続いて、配線基板WBの裏面(チップ搭載面とは反対側の面)に外部接続端子となる半田ボールSBを形成する。   After the probe test, as in the first embodiment, the semiconductor substrate (wafer) 1 is cut (diced) and separated into individual semiconductor chips CHP, and then the semiconductor chips are formed on the wiring board WB. CHP is mounted (bonded) (die bonding). Furthermore, after this, the pad region Pd and the terminal TE formed on the wiring board WB are connected by a wire W made of a gold wire or the like (wire bonding), and then the semiconductor chip CHP and the wire W are covered. Sealing with resin MR (see FIGS. 14 to 17). Subsequently, solder balls SB serving as external connection terminals are formed on the back surface (surface opposite to the chip mounting surface) of the wiring board WB.

以上の工程により、半導体装置を製造することができる。なお、本実施の形態においては、ワイヤボンディングを例に説明したが、フェイスダウンボンディングを行っても良い。   Through the above steps, a semiconductor device can be manufactured. In the present embodiment, wire bonding has been described as an example, but face-down bonding may be performed.

例えば、上記プローブテストを行った後、パッド領域Pd上にバンプ電極を形成し、配線基板上に、バンフ電極形成側(フェース側)を下にして搭載し、樹脂封止してもよい。   For example, after performing the probe test, a bump electrode may be formed on the pad region Pd, mounted on the wiring board with the bump electrode forming side (face side) facing down, and sealed with resin.

また、本実施の形態においても、第1〜第4層配線(ダマシン配線)を、導電性膜(金属膜)のパターニングにより各配線を形成してもよい。   Also in this embodiment, the first to fourth layer wirings (damascene wirings) may be formed by patterning a conductive film (metal film).

また、本実施の形態においても、半導体素子として、MISFET以外に、他の素子、例えば、抵抗素子やメモリなど、種々の素子を形成してもよい。   Also in this embodiment, various elements such as other elements such as a resistance element and a memory may be formed as the semiconductor element in addition to the MISFET.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態1〜3に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態1〜3に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the first to third embodiments, the present invention is not limited to the first to third embodiments and does not depart from the gist thereof. Needless to say, various changes can be made.

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法、特に、パッドを有する半導体装置の構成、およびパッドを有する半導体装置の製造方法に適用して好適なものである。   The present invention is suitable for application to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device, in particular, a configuration of a semiconductor device having a pad and a method for manufacturing a semiconductor device having a pad.

1 半導体基板
2 素子分離領域
3n ソース、ドレイン領域
3p ソース、ドレイン領域
10a バリア膜
10b アルミニウム膜
10c 窒化チタン膜
11 SiON膜
12 酸化シリコン膜
13 窒化シリコン膜
15 窒化アルミニウム層
16 感光性ポリイミド膜
25 自然酸化膜
CHP 半導体チップ
D オーバーエッチング量
EA 素子形成領域
G ゲート電極
M1 第1層配線
M2 第2層配線
M3 第3層配線
M4 第4層配線
M5 第5層配線
MR 樹脂
N プローブ針
OA 開口部
P1 プラグ
P2 プラグ
P3 プラグ
P4 プラグ
P5 プラグ
Pd パッド領域
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
R フォトレジスト膜
SB 半田ボール
TE 端子
TH1 層間絶縁膜
TH1a 層間絶縁膜
TH1b 配線溝用絶縁膜
TH2 層間絶縁膜
TH3 層間絶縁膜
TH4 層間絶縁膜
TH4a SiCN膜
TH4b TEOS膜
TH4c SiCN膜
TH4d TEOS膜
TH4e SiCN膜
TH5 層間絶縁膜
TH5a SiCN膜
TH5b 酸化シリコン膜
W ワイヤ
WB 配線基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation region 3n Source, drain region 3p Source, drain region 10a Barrier film 10b Aluminum film 10c Titanium nitride film 11 SiON film 12 Silicon oxide film 13 Silicon nitride film 15 Aluminum nitride layer 16 Photosensitive polyimide film 25 Natural oxidation Film CHP Semiconductor chip D Overetching amount EA Element formation region G Gate electrode M1 First layer wiring M2 Second layer wiring M3 Third layer wiring M4 Fourth layer wiring M5 Fifth layer wiring MR Resin N Probe needle OA Opening portion P1 Plug P2 plug P3 plug P4 plug P5 plug Pd pad area Qn n-channel MISFET
Qp p-channel MISFET
R photoresist film SB solder ball TE terminal TH1 interlayer insulating film TH1a interlayer insulating film TH1b wiring groove insulating film TH2 interlayer insulating film TH3 interlayer insulating film TH4 interlayer insulating film TH4a SiCN film TH4b TEOS film TH4c SiCN film TH4d TEOS film TH4e SiCN film TH5 interlayer insulating film TH5a SiCN film TH5b silicon oxide film W wire WB wiring board

Claims (25)

(a)基板の上方にアルミニウムを含有する導電性膜を形成する工程と、
(b)前記導電性膜をパターニングすることにより配線を形成する工程と、
(c)前記配線の上部に第1絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記第1絶縁膜をエッチングすることにより、前記配線のパッド領域を露出する工程と、
(e)前記パッド領域に、窒素系のプラズマガスを用いたプラズマ処理を行う工程と、
(f)前記(e)工程の後、前記パッド領域にプローブ針を当接し、前記パッド領域に通電する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a conductive film containing aluminum above the substrate;
(B) forming a wiring by patterning the conductive film;
(C) forming a first insulating film on the wiring;
(D) exposing the pad region of the wiring by etching the first insulating film;
(E) performing a plasma treatment using a nitrogen-based plasma gas on the pad region;
(F) After the step (e), a step of bringing a probe needle into contact with the pad region and energizing the pad region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(e)工程により、前記パッド領域に窒化アルミニウム膜が形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an aluminum nitride film is formed in the pad region by the step (e). 前記(f)工程は、前記プローブ針により前記窒化アルミニウム膜を割り、前記窒化アルミニウム膜の割れ目を介して前記プローブ針を前記パッド領域の前記配線に当接し、通電する工程であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。   The step (f) is a step in which the aluminum nitride film is divided by the probe needle, the probe needle is brought into contact with the wiring in the pad region through a crack in the aluminum nitride film, and energized. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2. 前記(a)工程と前記(b)工程との間に、
(g)前記導電性膜上に反射防止膜を形成する工程を有し、
前記(c)工程は、前記導電性膜および前記反射防止膜をパターニングする工程であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
Between the step (a) and the step (b),
(G) having a step of forming an antireflection film on the conductive film;
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step (c) is a step of patterning the conductive film and the antireflection film.
前記反射防止膜は、窒化チタン膜であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the antireflection film is a titanium nitride film. 前記反射防止膜は、酸窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the antireflection film is a silicon oxynitride film. 前記(g)工程において、前記導電性膜と前記反射防止膜との境界に自然窒化アルミニウム膜が形成され、
前記窒化アルミニウム膜の膜厚は、前記自然窒化アルミニウム膜の膜厚より大きいことを特徴とする請求項5または6記載の半導体装置の製造方法。
In the step (g), a natural aluminum nitride film is formed at the boundary between the conductive film and the antireflection film,
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the film thickness of the aluminum nitride film is larger than the film thickness of the natural aluminum nitride film.
前記窒化アルミニウム膜の膜厚は、10nm以上30nm以下であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the aluminum nitride film has a thickness of 10 nm to 30 nm. 前記窒素系のプラズマガスは、窒素または窒素化合物を含有するガスをプラズマ化したものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitrogen-based plasma gas is a plasma of a gas containing nitrogen or a nitrogen compound. 前記窒素系のプラズマガスは、N、アンモニア(NH)およびNOのいずれかをプラズマ化したガスを有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitrogen-based plasma gas includes a gas obtained by converting any one of N 2 , ammonia (NH 3 ), and N 2 O into plasma. 前記窒素系のプラズマガスは、NおよびOの混合ガスをプラズマ化したガスを有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitrogen-based plasma gas includes a gas obtained by converting a mixed gas of N 2 and O 2 into plasma. 前記(e)工程と前記(f)工程との間に、
(h)酸化膜除去剤を含む洗浄液を用いた洗浄工程を有することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
Between the step (e) and the step (f),
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a cleaning step using a cleaning liquid containing an oxide film removing agent.
前記洗浄液は、フッ化アンモニウムおよびホルムアミドを含有することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。   13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the cleaning liquid contains ammonium fluoride and formamide. 前記(e)工程と前記(f)工程との間に、
(i)前記第1絶縁膜および前記パッド領域上に、第2絶縁膜を形成し、前記パッド領域上の前記第2絶縁膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
Between the step (e) and the step (f),
3. The semiconductor according to claim 2, further comprising: (i) forming a second insulating film on the first insulating film and the pad region, and removing the second insulating film on the pad region. Device manufacturing method.
前記第2絶縁膜は感光性ポリイミド膜であり、前記第2絶縁膜の除去は、露光工程および現像工程により行われることを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。   15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the second insulating film is a photosensitive polyimide film, and the removal of the second insulating film is performed by an exposure process and a development process. 前記現像工程においては、ジメチルスルホキシドおよびガンマーブチロラクトンを含有する現像液を用いて行われることを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the developing step is performed using a developer containing dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone. 前記(d)工程は、前記第1絶縁膜をエッチングした後、前記配線をオーバーエッチングすることにより、前記配線に凹部を形成し、前記凹部を前期パッド領域とする工程であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   The step (d) is a step of etching the first insulating film and then over-etching the wiring to form a recess in the wiring, and using the recess as a previous pad region. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記(a)工程と前記(b)工程との間に、
(j)前記導電性膜上に反射防止膜を形成する工程を有し、
前記(b)工程は、前記導電性膜および前記反射防止膜をパターニングする工程であり、
前記(d)工程は、前記第1絶縁膜および前記反射防止膜をエッチングした後、前記導電性膜をオーバーエッチングすることにより、前記導電性膜に凹部を形成し、前記凹部を前期パッド領域とする工程であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
Between the step (a) and the step (b),
(J) having a step of forming an antireflection film on the conductive film;
The step (b) is a step of patterning the conductive film and the antireflection film,
In the step (d), the first insulating film and the antireflection film are etched, and then the conductive film is over-etched to form a recess in the conductive film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
前記(f)工程の後、
(k)前記パッド領域と外部端子とを導電性部材を介して接続する工程、を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
After the step (f),
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of connecting the pad region and the external terminal via a conductive member.
(a)半導体基板の上方に形成されたアルミニウムを含有する配線と、
(b)前記配線上に形成された窒素化合物を含有する反射防止膜と、
(c)前記反射防止膜上に形成された第1絶縁膜と、
(d)前記反射防止膜および前記第1絶縁膜に設けられた開口部であって、前記配線のパッド領域を露出する開口部と、
(e)前記配線の前記パッド領域に形成された窒化アルミニウム膜と、を有し、
(f)前記窒化アルミニウム膜は、前記反射防止膜と前記第1絶縁膜との間に形成された自然窒化アルミニウム膜よりその膜厚が大きいことを特徴とする半導体装置。
(A) a wiring containing aluminum formed above the semiconductor substrate;
(B) an antireflection film containing a nitrogen compound formed on the wiring;
(C) a first insulating film formed on the antireflection film;
(D) an opening provided in the antireflection film and the first insulating film, the opening exposing the pad region of the wiring;
(E) an aluminum nitride film formed in the pad region of the wiring,
(F) The semiconductor device, wherein the aluminum nitride film is thicker than a natural aluminum nitride film formed between the antireflection film and the first insulating film.
前記窒化アルミニウム膜の膜厚は、10nm以上30nm以下であることを特徴とする請求項20記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the thickness of the aluminum nitride film is not less than 10 nm and not more than 30 nm. 前記反射防止膜は、窒化チタン膜または酸窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項20記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the antireflection film is a titanium nitride film or a silicon oxynitride film. 前記第1絶縁膜上に形成され、前記パッド領域を開口する感光性ポリイミド膜を有することを特徴とする請求項20記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, further comprising a photosensitive polyimide film formed on the first insulating film and opening the pad region. 前記配線の表面は前記パッド領域において後退していることを特徴とする請求項20記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein a surface of the wiring recedes in the pad region. 前記パッド領域においてプローブ針の接触痕を有することを特徴とする請求項20記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, further comprising a probe needle contact mark in the pad region.
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