JP2016058630A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子と電気的に接続されるパッド層を有する半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a pad layer electrically connected to a semiconductor element.
従来より、半導体素子が形成された基板を有する半導体装置において、半導体素子と電気的に接続されるパッド層を有するものが知られている。具体的には、このような半導体装置は、基板上に、半導体素子と電気的に接続される配線部と、層間絶縁膜とが交互に積層された配線層を有している。そして、配線層(層間絶縁膜)には、配線部を露出させるビアホールが形成されており、当該ビアホールに配線部と電気的に接続されることで半導体素子と電気的に接続されるパッド層が配置されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device having a substrate on which a semiconductor element is formed has a pad layer that is electrically connected to the semiconductor element. Specifically, such a semiconductor device has a wiring layer in which wiring portions electrically connected to semiconductor elements and interlayer insulating films are alternately stacked on a substrate. In the wiring layer (interlayer insulating film), a via hole that exposes the wiring portion is formed, and a pad layer that is electrically connected to the wiring portion through the via hole is electrically connected to the semiconductor element. Has been placed.
このような半導体装置では、パッド層にプローブ針を接触させて特性検査を行ったり、パッド層にワイヤボンディングが行われることによって当該パッド層と外部回路とが電気的に接続される。 In such a semiconductor device, a probe needle is brought into contact with the pad layer to perform a characteristic inspection, or wire bonding is performed on the pad layer to electrically connect the pad layer to an external circuit.
しかしながら、上記半導体装置では、パッド層へのプローブ針を接触させる際や、パッド層に対してワイヤボンディングを行う際、パッド層に応力が印加される。この場合、パッド層にクラックが発生する可能性があり、ひいてはパッド層が破壊されてしまうことがある。 However, in the semiconductor device described above, stress is applied to the pad layer when the probe needle is brought into contact with the pad layer or when wire bonding is performed on the pad layer. In this case, a crack may occur in the pad layer, and as a result, the pad layer may be destroyed.
この問題を解決するため、例えば、特許文献1には、パッド層の面積を大きくし、プローブ針を接触させる領域と、ワイヤボンディングを行う領域とを異なる領域にした半導体装置が提案されている。これによれば、プローブ針を接触させる領域とワイヤボンディングを行う領域とが異なっているため、プローブ針を接触させる際の応力とワイヤボンディングを行う際の応力とが同じ領域に印加されることを抑制でき、パッド層が破壊されることを抑制できる。 In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 proposes a semiconductor device in which the area of the pad layer is increased, and the area where the probe needle is brought into contact with the area where wire bonding is performed is different. According to this, since the region where the probe needle is contacted and the region where wire bonding is performed are different, the stress when contacting the probe needle and the stress when performing wire bonding are applied to the same region. It can suppress and it can suppress that a pad layer is destroyed.
しかしながら、上記特許文献1の半導体装置においても、プローブ針を接触させる際やワイヤボンディングを行う際に一度に印加される応力が大きいと、当該応力によってパッド層が破壊されてしまう可能性がある。 However, even in the semiconductor device of Patent Document 1, if the stress applied at a time is large when the probe needle is brought into contact or when wire bonding is performed, the pad layer may be destroyed by the stress.
このため、本出願人らは、特願2013−229502号において、下層パッド層、硬質層、上層パッド層を順に積層してパッド層を構成した半導体装置を提案している。具体的には、下層パッド層および上層パッド層は、Cuを含むAl系合金にて構成され、硬質層は、下層パッド層および上層パッド層より硬いTi系合金やW系合金等の遷移金属にて構成されている。 For this reason, the present applicants have proposed a semiconductor device in which a pad layer is formed by sequentially laminating a lower layer pad layer, a hard layer, and an upper layer pad layer in Japanese Patent Application No. 2013-229502. Specifically, the lower layer pad layer and the upper layer pad layer are made of an Al-based alloy containing Cu, and the hard layer is made of a transition metal such as a Ti-based alloy or a W-based alloy that is harder than the lower layer pad layer and the upper layer pad layer. Configured.
これによれば、プローブ針を接触させる際や、ワイヤボンディングを行う際に一度に大きな応力が印加されて上層パッド層にクラックが発生したとしても、硬質層によって当該クラックが下層パッド層に伝播されることを抑制できる。つまり、パッド層が全体として破壊されることを抑制できる。 According to this, even when a large stress is applied at a time when the probe needle is brought into contact or when wire bonding is performed, a crack is generated in the upper pad layer, and the crack is propagated to the lower pad layer by the hard layer. Can be suppressed. That is, it can suppress that a pad layer is destroyed as a whole.
このような半導体装置は、次のように製造される。すなわち、まず、半導体素子が形成された基板を用意し、基板上に、配線部および層間絶縁膜を有する配線層を形成する。そして、配線層にビアホールを形成した後、当該ビアホールに埋め込まれるように、下層パッド層を構成する第1金属膜、硬質層を構成する第2金属膜、上層パッド層を構成する第3金属膜を順に成膜する。その後、第1〜第3金属膜を流動させてビアホールへの埋め込み性を向上させる熱処理工程を行う。そして、第3金属膜上にレジストを配置して当該レジストをパターニングし、パターニングしたレジストをマスクとしてエッチングを行って第1〜第3金属膜をパターニングすることにより、下層パッド層、硬質層、上層パッド層を有するパッド層を形成する工程を行う。これにより、上記半導体装置が製造される。 Such a semiconductor device is manufactured as follows. That is, first, a substrate on which a semiconductor element is formed is prepared, and a wiring layer having a wiring portion and an interlayer insulating film is formed on the substrate. Then, after forming a via hole in the wiring layer, the first metal film constituting the lower layer pad layer, the second metal film constituting the hard layer, and the third metal film constituting the upper layer pad layer are embedded in the via hole. Are sequentially formed. Thereafter, a heat treatment step is performed to flow the first to third metal films to improve the embedding property in the via holes. Then, a resist is arranged on the third metal film, the resist is patterned, and etching is performed using the patterned resist as a mask to pattern the first to third metal films, thereby forming a lower layer pad layer, a hard layer, and an upper layer. A step of forming a pad layer having a pad layer is performed. Thereby, the semiconductor device is manufactured.
しかしながら、このような製造方法では、硬質層を構成する第2金属膜が遷移金属で構成されているため、熱処理工程を行った際、第1、第3金属膜と第2金属膜との界面において、第1、第3金属膜に含まれるAlと第2金属膜とが反応して合金層を形成すると共に、第1、第3金属膜に含まれるCuが析出する。 However, in such a manufacturing method, since the second metal film constituting the hard layer is composed of a transition metal, the interface between the first and third metal films and the second metal film is performed when the heat treatment process is performed. , Al contained in the first and third metal films reacts with the second metal film to form an alloy layer, and Cu contained in the first and third metal films is precipitated.
この場合、パッド層を形成する工程では、図5に示されるように、レジストJ105をマスクとして等方性エッチングで金属膜J101aをパターニングすると、Clラジカルが主成分のエッチングとなるためにスパッタ成分が弱い。このため、金属膜J101aから析出したCuJ104が除去されずに残存してしまう。 In this case, in the step of forming the pad layer, as shown in FIG. 5, when the metal film J101a is patterned by isotropic etching using the resist J105 as a mask, Cl radicals are etched mainly, so that the sputter component is increased. weak. For this reason, CuJ104 deposited from the metal film J101a remains without being removed.
この問題を解決するためには、パッド層を形成する工程では、Arイオンが主成分のエッチングとなる異方性エッチングを行ってスパッタ成分を強くすることにより、析出したCuJ104を除去することが考えられる。しかしながら、異方性エッチングは、レジストとの選択比が小さいため、レジストも除去され易く、パッド層を構成する第3金属膜が露出する可能性がある。このため、単純には、レジストを厚く形成することが考えられる。 In order to solve this problem, in the step of forming the pad layer, it is considered to remove the deposited CuJ104 by strengthening the sputter component by performing anisotropic etching in which Ar ions are mainly etched. It is done. However, since the anisotropic etching has a small selectivity with respect to the resist, the resist is also easily removed, and the third metal film constituting the pad layer may be exposed. For this reason, it can be considered that the resist is formed thick.
ところで、上記のような半導体装置において、パッド層の厚さを厚くし、パッド層の配線抵抗を小さくすることも望まれている。この場合、パッド層を形成する工程において異方性エッチングを行う場合には、パッド層の厚さより厚いレジストを配置すればよいが、レジストをパッド層の厚さより厚くした場合、レジストをパターニングする際、露光装置による露光を十分に行うことができずにフォトリソグラフィーの加工精度が著しく低下してしまう可能性がある。 In the semiconductor device as described above, it is also desired to increase the thickness of the pad layer and reduce the wiring resistance of the pad layer. In this case, when anisotropic etching is performed in the step of forming the pad layer, a resist thicker than the thickness of the pad layer may be disposed. However, when the resist is thicker than the pad layer, the resist is patterned. Therefore, there is a possibility that the exposure accuracy by the exposure apparatus cannot be sufficiently performed and the processing accuracy of the photolithography is remarkably lowered.
本発明は上記点に鑑みて、下層パッド層、硬質層、上層パッド層を構成する金属膜上にこれらの各金属膜の合計の厚さよりも薄いレジストをマスクとしてパターニングを行う半導体装置の製造方法において、レジストを残しつつ、析出したCuを除去できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device in which a metal film constituting a lower layer pad layer, a hard layer, and an upper layer pad layer is patterned using a resist thinner than the total thickness of these metal films as a mask. In the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of removing the deposited Cu while leaving a resist.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、一面(10a)を有し、半導体素子(20)が形成された基板(10)と、半導体素子と電気的に接続される配線部(31〜33)および層間絶縁膜(41〜43)が順に積層された配線層(50)と、配線層に形成されたビアホール(80)に配置されて配線部と電気的に接続されるパッド層(100)と、を備え、パッド層は、基板側から下層パッド層(101)、硬質層(102)、上層パッド層(103)が順に積層され、下層パッド層および上層パッド層は、Cuを含むAl系合金で構成され、硬質層は、下層パッド層および上層パッド層よりも硬度が高く、かつ遷移金属で構成されている半導体装置の製造方法において、以下の点を特徴としている。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a substrate (10) having one surface (10a) on which a semiconductor element (20) is formed, and a wiring part electrically connected to the semiconductor element. (31-33) and an interlayer insulating film (41-43) in order, a wiring layer (50), and a pad disposed in a via hole (80) formed in the wiring layer and electrically connected to the wiring portion A pad layer, a lower layer pad layer (101), a hard layer (102), and an upper layer pad layer (103) are laminated in that order from the substrate side, and the lower layer pad layer and the upper layer pad layer are made of Cu. In the method of manufacturing a semiconductor device in which the hard layer is higher in hardness than the lower layer pad layer and the upper layer pad layer and is composed of a transition metal, the hard layer is characterized by the following points.
すなわち、基板を用意する工程と、基板の一面上に配線層を形成する工程と、配線層に配線部を露出させるビアホールを形成する工程と、配線層上に、ビアホールに埋め込まれるように、下層パッド層を構成する第1金属膜(101a)、硬質層を構成する第2金属膜(102a)、上層パッド層を構成する第3金属膜(103a)を順に成膜する工程と、熱処理して第1〜第3金属膜を流動させる熱処理工程と、第3金属膜上に、第1〜第3金属膜の合計の厚さよりも薄いレジスト(105)を配置する工程と、第1〜第3金属膜のうちのパッド層を構成する部分上にレジストが残るように当該レジストをパターニングする工程と、レジストをマスクとして第1〜第3金属膜をパターニングすることでパッド層を形成する工程と、を行い、パッド層を形成する工程では、第2、第3金属膜が除去されると共に、熱処理工程の際に第1金属膜と第2金属膜との界面に析出するCu(104)が除去され、かつレジストおよび第1金属膜のうちの基板側の部分が残るように異方性エッチングを行う工程と、レジストを残しつつ、レジストから露出している第1金属膜を除去する等方性エッチングを行う工程と、を行うことを特徴としている。 That is, a step of preparing a substrate, a step of forming a wiring layer on one surface of the substrate, a step of forming a via hole exposing the wiring portion on the wiring layer, and a lower layer so as to be embedded in the via hole on the wiring layer A step of sequentially forming a first metal film (101a) constituting a pad layer, a second metal film (102a) constituting a hard layer, and a third metal film (103a) constituting an upper pad layer; A heat treatment step for causing the first to third metal films to flow; a step of disposing a resist (105) thinner than the total thickness of the first to third metal films on the third metal film; A step of patterning the resist so that the resist remains on a portion of the metal film constituting the pad layer, a step of forming the pad layer by patterning the first to third metal films using the resist as a mask, And In the step of forming the metal layer, the second and third metal films are removed, and Cu (104) deposited at the interface between the first metal film and the second metal film during the heat treatment process is removed, And performing anisotropic etching so that a portion of the resist and the first metal film on the substrate side remains, and isotropic etching to remove the first metal film exposed from the resist while leaving the resist. And performing the process.
これによれば、第1金属膜と第2金属膜との界面に析出したCuを異方性エッチングで除去していると共に、異方性エッチングで残っている第1金属膜をレジストが残るように等方性エッチングで除去している。このため、レジストが完全に除去されることを抑制しつつ、析出したCuを除去できる。 According to this, Cu deposited on the interface between the first metal film and the second metal film is removed by anisotropic etching, and the resist remains on the first metal film remaining by anisotropic etching. It is removed by isotropic etching. For this reason, it is possible to remove the precipitated Cu while suppressing the resist from being completely removed.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の半導体装置は、図1に示されるように、基板10として、支持基板11、絶縁膜12、半導体層13が順に積層されたSOI(Silicon on Insulator)基板が用いられている。そして、半導体層13は、トレンチ14に絶縁膜15が埋め込まれることによって複数の形成領域に区画され、各形成領域にゲート電極16やLOCOS酸化膜17を有するMOSやIGBT等の半導体素子20が形成されている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 1, an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a
また、基板10の一面10a上には、ゲート電極16やLOCOS酸化膜17等を覆う保護膜18、および第1〜第3配線部31〜33および第1〜第3層間絶縁膜41〜43が交互に積層された多層配線層50が形成されている。第1〜第3配線部31〜33は、第1、第2層間絶縁膜41、42に形成されたビアホール41a、42aに埋め込まれている接続ビア41b、42bを介して互いに電気的に接続されており、第1配線部31は、保護膜18に形成されたコンタクトホール18aを介して半導体層13と電気的に接続されている。
A
なお、保護膜18としては、BPSGが用いられ、第1〜第3層間絶縁膜41〜43としては、TEOSが用いられ、第1〜第3配線部31〜33としてはAlが用いられる。また、図1とは別断面において、第1配線部31は、適宜ゲート電極16とも電気的に接続されている。
Note that BPSG is used as the
そして、多層配線層50上には、パッシベーション膜60が形成されている。このパッシベーション膜60は、例えば、ヤング率が240GPa程度であり、第1〜第3層間絶縁膜41〜43よりも硬い窒化膜等が用いられる。なお、第1〜第3層間絶縁膜41〜43として用いられるTEOSのヤング率は、70GPa程度である。
A
パッシベーション膜60上には、後述するバリアメタル膜90との密着性を向上させる密着膜70が配置されている。この密着膜70としては、例えば、TEOS等が用いられる。
On the
そして、密着膜70、パッシベーション膜60、第3層間絶縁膜43を貫通して第3配線部33の一部を露出させるビアホール80が形成されており、ビアホール80の壁面に沿うと共に、密着膜70上にバリアメタル膜90が形成されている。なお、バリアメタル膜90は、例えば、TiN等で構成されている。
A via
そして、バリアメタル膜90上にパッド層100が形成されている。このパッド層100は、下層パッド層101、硬質層102、上層パッド層103が順に積層されて構成されており、硬質層102を介して下層パッド層101と上層パッド層103とが電気的に接続されている。
A
本実施形態では、下層パッド層101および上層パッド層103は、Cuを含むAl系合金としてのAlCuで構成されており、ヤング率が80GPa未満とされている。また、硬質層102は、下層パッド層101および上層パッド層103より硬度が高く、かつ、遷移金属で構成されている。具体的には、硬質層102は、TiやTi系合金、WやW系合金等で構成されており、ヤング率が80GPa以上とされている。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、下層パッド層101は、上層パッド層103に印加される応力を吸収できるように、上層パッド層103よりも厚く形成されている。言い換えると、硬質層102は、基板10の平面方向と直交する断面において、パッド層100の中央よりも上方(基板10側と反対側)に配置されている。
In the present embodiment, the
以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the semiconductor device in this embodiment. Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described.
まず、図2(a)に示されるように、半導体素子20が形成された基板10を用意し、当該基板10上に多層配線層50を形成する。この多層配線層50は、周知のように、スパッタ法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によって金属膜や絶縁膜を成膜し、適宜エッチング等によってパターニングしたり、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって平坦化したりすることによって形成される。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示されるように、プラズマCVD法等によってパッシベーション膜60を成膜すると共に、CVD法等によって密着膜70を構成する膜70aを成膜する。そして、図2(c)に示されるように、エッチング等により、密着膜70を構成する膜70a、パッシベーション膜60、第3層間絶縁膜43を貫通して第3配線部33の一部を露出させるビアホール80を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a
続いて、図3(a)に示されるように、密着膜70を構成する膜70a上に、スパッタ法などにより、バリアメタル膜90を構成する金属膜90a、下層パッド層101を構成する金属膜101a、硬質層102を構成する金属膜102a、上層パッド層103を構成する金属膜103aを順に成膜する。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示されるように、熱処理を行い、各金属膜90a、101a〜103aを流動させてビアホール80への埋め込み性を向上させる。このとき、硬質層102を構成する金属膜102aが遷移金属で構成されているため、金属膜102aと金属膜101a、103aとの界面にAlと金属膜102aとの合金層(図示せず)が形成されると共に、金属膜101a、103aに含まれるCu104が析出する。
Next, as shown in FIG. 3B, heat treatment is performed to flow the
続いて、図3(c)に示されるように、金属膜102a上にレジスト105を配置する。具体的には、各金属膜101a〜103aの合計の厚さよりも薄くなるようにレジスト105を配置する。本実施形態では、各金属膜101a〜103aの合計の厚さは4μm程度とされており、レジスト105の厚さは3.8μm程度とされている。そして、パッド層100を構成する部分上にレジスト105が残るように、当該レジスト105をフォトリソグラフィーによってパターニングする。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a resist 105 is disposed on the
なお、レジスト105は、周知のように、厚さが3.8μm程度であれば、高精度にパターニングを行うことができる。また、ここでの厚さとは、膜厚のことであり、言い換えると、基板10の一面10aに対する法線方向の長さのことである。
As is well known, if the thickness of the resist 105 is about 3.8 μm, patterning can be performed with high accuracy. In addition, the thickness here is the film thickness, in other words, the length in the normal direction relative to the one
その後、図4(a)に示されるように、レジスト105をマスクとし、スパッタ成分が強い異方性エッチングを行う。このとき、異方性エッチングは、金属膜103a側から金属膜102aと金属膜101aとの界面に析出したCu104が除去されると共に、レジスト105および金属膜101aのうちの基板10側の部分が残るように行う。これにより、硬質層102および上層パッド層103が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4A, anisotropic etching with a strong sputter component is performed using the resist 105 as a mask. At this time, the anisotropic etching removes the
つまり、異方性エッチングは、スパッタ成分が強いために析出したCu104を除去することができるが、レジスト105との選択比が小さいためにレジスト105も除去される。そして、レジスト105は、金属膜101a〜103の合計の厚さよりも薄いため、異方性エッチングで金属膜101a〜103aを全て除去しようとすると、レジスト105も完全に除去されてしまう。このため、レジスト105および金属膜101aのうちの基板10側の部分が残るように異方性エッチングを行い、この工程では、硬質層102および上層パッド層103のみを形成する。なお、異方性エッチングの終了条件は、例えば、予め複数の実験データを取得しておき、当該実験データに基づいて、析出したCu104が確実に除去されるように行えばよい。
That is, the anisotropic etching can remove the deposited
続いて、図4(b)に示されるように、再びレジスト105をマスクとし、スパッタ成分が弱い等方性エッチングを行うことにより、図4(a)の工程にて残っている金属膜101aを除去してバリアメタル膜90を構成する金属膜90aを露出させる。これにより、下層パッド層101、硬質層102、上層パッド層103を有するパッド層100が形成される。なお、等方性エッチングは、スパッタ成分が弱いが、レジスト105との選択比が大きいため、レジスト105を残存させつつ、金属膜101aを除去することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, isotropic etching with a weak sputter component is performed again using the resist 105 as a mask, so that the
次に、図4(c)に示されるように、レジスト105をマスクとし、レジスト105から露出するバリアメタル膜90を構成する金属膜90aおよび密着膜70を構成する膜70aが除去されるようにオーバーエッチングを行うことにより、バリアメタル膜90および密着膜70を形成する。その後は特に図示しないが、レジスト105を除去することにより、図1に示す半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 4C, using the resist 105 as a mask, the
以上説明したように、本実施形態では、金属膜101aと金属膜102aとの界面に析出するCu104が除去されるまで異方性エッチングを行った後、レジスト105が残るように等方性エッチングを行っている。このため、レジスト105が完全に除去されることを抑制しつつ、析出したCu104も除去できる。
As described above, in this embodiment, isotropic etching is performed so that the resist 105 remains after anisotropic etching is performed until
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記第1実施形態では、多層配線層50として第1〜第3配線部31〜33を有するものを説明したが、さらに複数の配線部を有していてもよいし、1つの配線部のみを有するようにしてもよい。
For example, in the first embodiment, the
また、上記第1実施形態において、下層パッド層101が上層パッド層103より厚く形成されていてもよいし、下層パッド層101と上層パッド層103との厚さが等しくされていてもよい。
In the first embodiment, the lower
10 基板
10a 一面
31〜33 配線部
41〜43 層間絶縁膜
50 配線層
100 パッド層
101 下層パッド層
102 硬質層
103 上層パッド層
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体素子と電気的に接続される配線部(31〜33)および層間絶縁膜(41〜43)が順に積層された配線層(50)と、
前記配線層に形成されたビアホール(80)に配置されて前記配線部と電気的に接続されるパッド層(100)と、を備え、
前記パッド層は、前記基板側から下層パッド層(101)、硬質層(102)、上層パッド層(103)が順に積層され、前記下層パッド層および前記上層パッド層は、Cuを含むAl系合金で構成され、前記硬質層は、前記下層パッド層および前記上層パッド層よりも硬度が高く、かつ遷移金属で構成されている半導体装置の製造方法において、
前記基板を用意する工程と、
前記基板の一面上に前記配線層を形成する工程と、
前記配線層に前記配線部を露出させる前記ビアホールを形成する工程と、
前記配線層上に、前記ビアホールに埋め込まれるように、前記下層パッド層を構成する第1金属膜(101a)、前記硬質層を構成する第2金属膜(102a)、前記上層パッド層を構成する第3金属膜(103a)を順に成膜する工程と、
熱処理して前記第1〜第3金属膜を流動させる熱処理工程と、
前記第3金属膜上に、前記第1〜第3金属膜の合計の厚さよりも薄いレジスト(105)を配置する工程と、
前記第1〜第3金属膜のうちの前記パッド層を構成する部分上に前記レジストが残るように当該レジストをパターニングする工程と、
前記レジストをマスクとして前記第1〜第3金属膜をパターニングすることで前記パッド層を形成する工程と、を行い、
前記パッド層を形成する工程では、前記第2、第3金属膜が除去されると共に、前記熱処理工程の際に前記第1金属膜と前記第2金属膜との界面に析出するCu(104)が除去され、かつ前記レジストおよび前記第1金属膜のうちの前記基板側の部分が残るように異方性エッチングを行う工程と、前記レジストを残しつつ、前記レジストから露出している前記第1金属膜を除去する等方性エッチングを行う工程と、を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A substrate (10) having a surface (10a) on which a semiconductor element (20) is formed;
A wiring layer (50) in which wiring portions (31 to 33) and interlayer insulating films (41 to 43) electrically connected to the semiconductor element are sequentially stacked;
A pad layer (100) disposed in the via hole (80) formed in the wiring layer and electrically connected to the wiring portion;
In the pad layer, a lower layer pad layer (101), a hard layer (102), and an upper layer pad layer (103) are laminated in order from the substrate side, and the lower layer pad layer and the upper layer pad layer include an Al-based alloy containing Cu. In the method of manufacturing a semiconductor device, the hard layer is higher in hardness than the lower layer pad layer and the upper layer pad layer, and is composed of a transition metal.
Preparing the substrate;
Forming the wiring layer on one surface of the substrate;
Forming the via hole exposing the wiring portion in the wiring layer;
A first metal film (101a) that constitutes the lower layer pad layer, a second metal film (102a) that constitutes the hard layer, and the upper layer pad layer are formed on the wiring layer so as to be embedded in the via hole. Forming a third metal film (103a) in sequence;
A heat treatment step of flowing the first to third metal films by heat treatment;
Disposing a resist (105) thinner than the total thickness of the first to third metal films on the third metal film;
Patterning the resist so that the resist remains on a portion of the first to third metal films constituting the pad layer;
Performing the step of forming the pad layer by patterning the first to third metal films using the resist as a mask,
In the step of forming the pad layer, the second and third metal films are removed, and Cu (104) deposited at the interface between the first metal film and the second metal film during the heat treatment step. Is removed and anisotropic etching is performed so that the substrate-side portion of the resist and the first metal film remains, and the first exposed from the resist while leaving the resist. And a step of performing isotropic etching to remove the metal film.
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