JP2016115892A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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雅弘 松本
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和義 前川
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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体基板１Ｐ上に、複数の配線層の最上層に形成されたパッド電極９ａと、パッド電極９ａ上に開口１０ａを有する表面保護膜１０と、表面保護膜１０上に形成され、上面と側面を有する再配線ＲＭと、再配線ＲＭの上面を露出し、側面を覆う絶縁膜からなる側壁バリア膜１１ａと、再配線ＲＭの上面を覆うキャップ金属膜ＣＭとを有する。そして、再配線ＲＭの上面および側面は、キャップ金属膜ＣＭまたは側壁バリア膜１１ａで覆われており、キャップ金属膜ＣＭと側壁バリア膜１１ａとは重なる部分を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体基板の主面上に形成された複数の配線層の上部に、金属膜で構成された再配線を有する半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関するものである。
半導体装置は、例えばＣＭＩＳ(Complementary Metal Insulator Semiconductor)トランジスタなどの半導体素子が形成された半導体基板の上部に、例えばＣｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）を主成分とする金属膜で多層配線（Ｃｕ配線またはＡｌ配線）が形成され、多層配線の上部にファイナルパッシベーション膜が形成される。
特開平４−２４２９６０号公報（特許文献１）には、Ｃｕ配線の上部と下部とをカバーする材料とサイドウォールをカバーする材料とを異にすることにより、すなわち、ドライエッチング速度の異なる材料で構成することにより、ホトレジスト工程を経ずに異方性エッチングにより、被覆配線を形成する技術が開示されている。そして、実施例１には、Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏ３層膜をスパッタにより形成後、ホトレジストをその上部に設け（ａ）、イオンミリングまたはドライエッチングによりパターンを形成後（ｂ）、サイドウォール膜としてＳｉＮ膜を設け（ｃ）、次にイオンミリングまたはドライエッチングにより異方性エッチングを行い所望のサイドウォールバリアを有する被覆Ｃｕ配線を作製する例が開示されている。
特開平４−２４２９６０号公報
本願発明者が検討している再配線を有する半導体装置（半導体集積回路装置）は、半導体チップと、半導体チップに接続されたワイヤと、半導体チップおよびワイヤを封止する封止体とを有する。半導体チップは、半導体素子と、半導体素子に電気的に接続されたＣｕを主成分とする再配線と、半導体素子と再配線とを電気的に接続する多層配線層からなる配線とを有する。再配線は、多層配線層の最上層の配線層で形成された配線の一部分であるパッド電極に接続されている。最上層の配線層で形成された配線と再配線との間は、最上層の配線層で形成された配線を覆う無機絶縁膜からなる表面保護膜で電気的に分離されているが、表面保護膜はパッド電極を露出するように開口を有しており、この開口部分で、再配線はパッド電極と電気的に接続されている。再配線の上面と側面は有機保護膜で覆われているが、有機保護膜は、再配線の上面に形成された外部パッド電極を露出する開口を有しており、この開口部で、ニッケル（Ｎｉ）めっき膜および金（Ａｕ）めっき膜を介して、ワイヤが再配線に接続されている。
半導体チップには、複数の再配線が形成されており、再配線の最小の線幅は１２μｍであり、隣接する再配線の最小間隔は１５μｍである。再配線の下面には、再配線をメッキ法で形成するための金属膜（例えば、Ｃｒ膜）からなるシード層が設けられているが、再配線の上面および側面は、有機保護膜と接している。
本願発明者が検討している半導体装置は、高耐圧、高信頼性が要求されるため、ＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）試験と呼ばれる高温高湿度雰囲気中での動作試験を実施している。本願発明者の検討によれば、ＨＡＳＴ試験において、隣り合う再配線の間で、一方の再配線からＣｕが樹枝状に析出して、隣り合う再配線間の耐圧劣化または短絡が発生し、半導体装置の信頼性が低下していることが判明した。そして、Ｃｕの樹枝状の析出は、表面保護膜と有機保護膜との界面で発生していることも分かった。
本願発明者の分析によれば、Ｃｕからなる再配線を覆う有機保護膜は、ポリイミド膜からなり、水分やハロゲンイオンを含んでいるため、再配線を構成するＣｕの表面が酸化され、その結果、Ｃｕイオン（イオン化したＣｕ）が発生する。また、半導体チップを封止するエポキシ樹脂にも水分やハロゲンイオンが含まれている。上記半導体装置では、隣り合う再配線の最小間隔（１５μｍ）は大きいものの、高電圧が印加され、隣り合う再配線間に高電界がかかる領域が存在し、この領域でＣｕの樹枝状の析出が発生していることが分かった。つまり、Ｃｕイオンが高電界の影響で、表面保護膜と有機保護膜との界面を移動（拡散）することで隣り合う再配線間の耐圧劣化または短絡が発生し、半導体装置の信頼性が低下していると考えている。
本発明の目的は、再配線を有する半導体装置において、信頼性を向上させることのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態である半導体装置は、複数の配線層の最上層に形成されたパッド電極と、パッド電極上に開口を有する表面保護膜と、表面保護膜上に形成され、上面と側面を有する再配線と、再配線の上面を露出し、側面を覆う絶縁膜からなる側壁バリア膜と、再配線の上面を覆うキャップ金属膜とを有する。そして、再配線の上面および側面は、キャップ金属膜または側壁バリア膜で覆われており、キャップ金属膜と側壁バリア膜とは重なる部分を有する。
一実施の形態によれば、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上させることができる。
実施の形態１である半導体装置の回路ブロック図である。 実施の形態１である半導体装置が形成された半導体チップの全体平面図である。 図２の一部を拡大して示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 実施の形態１の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。 図６に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図７に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図８に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図９に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１０に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１１に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 実施の形態２の半導体装置の断面図である。 実施の形態２の半導体装置の製造工程中の断面図である。 実施の形態３の半導体装置の断面図である。 実施の形態３の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１７に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１８に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 実施の形態４の半導体装置の断面図である。 実施の形態４の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。 図２２に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。
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。
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。
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、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。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。
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。
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、平面図と断面図が対応する場合においても、各部位の大きさを変えて表示する場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態１および以下の実施の形態の半導体装置（半導体集積回路装置）は、例えば複数の半導体素子と、複数の半導体素子の上部に形成された複数層の配線（多層配線）と、複数層の内の最上層の配線に接続された複数の再配線を有する半導体チップを有し、複数の半導体素子を前記多層配線および複数の再配線により接続して構成される。
＜半導体装置について＞
図１は、半導体装置の回路ブロック図である。図１に示すように、半導体装置は、例えば半導体チップ１Ａのデバイス面に形成された入出力（Ｉ／Ｏ）回路、アナログ回路、ＣＭＩＳ−ロジック回路、パワーＭＩＳ回路、およびメモリ回路を備え、半導体装置を構成している。
半導体装置を構成する上記回路のうち、ＣＭＩＳ−ロジック回路は、例えば動作電圧が１〜３ＶのＣＭＩＳトランジスタで構成されており、Ｉ／Ｏ回路およびメモリ回路は、例えば動作電圧が１〜３Ｖおよび５〜８ＶのＣＭＩＳトランジスタで構成されている。
動作電圧が１〜３ＶのＣＭＩＳトランジスタは、第１のゲート絶縁膜を有する第１のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)と、第１のゲート絶縁膜を有する第１のｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴとで構成される。また、動作電圧が５〜８ＶのＣＭＩＳトランジスタは、第２のゲート絶縁膜を有す第２のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴと、第２のゲート絶縁膜を有す第２のｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴとで構成される。第２のゲート絶縁膜の膜厚は、第１のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚く構成される。以下の説明では、ＭＩＳＦＥＴをＭＩＳトランジスタという。
また、アナログ回路は、例えば動作電圧が５〜８ＶのＣＭＩＳトランジスタ（またはバイポーラトランジスタ）と抵抗素子と容量素子とで構成されており、パワーＭＩＳ回路は、例えば動作電圧が５〜８ＶのＣＭＩＳトランジスタと動作電圧が２０Ｖ〜１００Ｖの高耐圧ＭＩＳトランジスタ（高耐圧素子）とで構成されている。
高耐圧ＭＩＳトランジスタは、例えば第３のゲート絶縁膜を有する第３のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ、または第３のゲート絶縁膜を有する第３のｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴ、あるいは両方で構成される。ゲート電極とドレイン領域との間、またはゲート電極とソース領域との間に２０Ｖ〜１００Ｖの電圧が印加される場合、第３のゲート絶縁膜の膜厚は、第２のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚くなるように構成される。
図２は、半導体チップ１Ａの全体平面図、図３は、図２の破線Ｘで囲まれた領域の拡大平面図、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図２は、半導体チップ１Ａのデバイス面上に形成された再配線ＲＭ、ＲＭＶ、ＲＭＳのレイアウトの一例を示している。再配線ＲＭ、ＲＭＶ、ＲＭＳは、半導体チップ１Ａの複数層の配線（図４に示す第１層Ａｌ配線５、第２層Ａｌ配線７、第３層Ａｌ配線９）に比べ、その膜厚および配線幅ともに大きいため、複数層の配線に比べ、非常に低インピーダンスである。再配線ＲＭ、ＲＭＶ、ＲＭＳは、例えば、信号入出力用の再配線ＲＭと、電源（Ｖｃｃ、ＧＮＤ）供給用の再配線ＲＭＶおよび内部回路間の接続用の再配線ＲＭＳとして使用されている。
図２に示すように、半導体チップ１Ａの周辺部には、半導体装置の外部接続端子を構成する複数の再配線ＲＭが配置されている。半導体装置の外部接続端子を構成する再配線ＲＭのそれぞれの一端には、外部パッド電極１８が形成されており、他端は、図３、４に示すように最上層の配線に形成されたパッド電極９ａに接続されている。外部パッド電極１８は、特に限定されないが、半導体チップ１Ａの各辺に沿って一列に配置される。なお、外部パッド電極１８は、半導体チップ１Ａの各辺に沿って千鳥状、あるいは３列以上の列となるように配置してもよいのは勿論である。つまり、再配線ＲＭは、例えば、図１の入出力（Ｉ／Ｏ）回路を構成する信号入出力用の再配線である。
また、図２に示す再配線ＲＭＶは、電源（Ｖｃｃ、ＧＮＤ）供給用の再配線である。再配線ＲＭＶの一端には外部パッド電極１８が形成され、他端は半導体チップ１Ａ内の電源配線に形成されたパッド電極９ａに接続されているので、半導体チップ１Ａの外部から供給された電源（Ｖｃｃ、ＧＮＤ）電圧を、半導体チップ１Ａ内の複数の電源配線に低インピーダンスで供給することができる。
また、図２に示す再配線ＲＭＳは、半導体チップ１Ａに形成された回路間または素子間を接続する配線として使用されている。したがって、再配線ＲＭＳには外部パッド電極１８は形成されていない。再配線ＲＭＳの両端は、配線に形成されたパッド電極９ａに接続されている。
図３は、隣り合う２つの信号入出力用の再配線ＲＭの拡大平面図を示している。隣り合う２つの再配線ＲＭは、互いに等しい平面形状を有するので、紙面上部に位置する再配線ＲＭを例に説明する。再配線ＲＭは、紙面のＸ方向に延在しており、その一端で、紙面のＸ方向に延在する配線９のパッド電極９ａに電気的に接続されている。再配線ＲＭの他端には、外部パッド電極１８が形成されている。再配線ＲＭは、第１平面パターンＰ１を有し、キャップ金属膜ＣＭは第２平面パターンＰ２を有している。第１平面パターンＰ１と第２平面パターンＰ２とは相似形であり、第２平面パターンＰ２は、第１平面パターンＰ１を拡大した形状を有する。再配線ＲＭの全周囲には、キャップ金属膜ＣＭで構成された張り出し部ＰＰが配置されている。つまり、第１平面パターンＰ１を張り出し部ＰＰの幅だけ拡大すると第２平面パターンＰ２となる。また、再配線ＲＭの全周囲にわたって、再配線の外側に側壁バリア膜１１ａが配置されている。側壁バリア膜１１ａは、再配線ＲＭの側面に接触している。側壁バリア膜１１ａの幅は、張り出し部ＰＰの幅よりも小である。
また、再配線ＲＭの最小配線幅Ｌは、例えば１２μｍであり、隣り合う再配線ＲＭの最小配線間隔Ｓ１は１５μｍ、隣り合う張り出し部ＰＰ間の最小間隔Ｓ２は１０μｍ、張り出し部ＰＰの張り出し量は２．５μｍ、である。
図４に示すように、例えばｐ型の単結晶シリコンからなる半導体基板１Ｐにはｐ型ウエル（ｐ型ウエル領域）２Ｐ、ｎ型ウエル（ｎ型ウエル領域）２Ｎおよび素子分離溝３が形成されており、素子分離溝３の内部には、例えば酸化シリコン膜からなる素子分離絶縁膜３ａが埋め込まれている。
上記ｐ型ウエル２Ｐ内には、半導体素子であるｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｎ）が形成されている。ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｎ）は、素子分離溝３で規定された活性領域に形成され、ｐ型ウエル２Ｐ内に形成されたソース領域ｎｓおよびドレイン領域ｎｄと、ｐ型ウエル２Ｐ上にゲート絶縁膜ｎｉを介して形成されたゲート電極ｎｇとを有している。また、上記ｎ型ウエル２Ｎ内には、半導体素子であるｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｐ）が形成されており、ソース領域ｐｓおよびドレイン領域ｐｄと、ｎ型ウエル２Ｎ上にゲート絶縁膜ｐｉを介して形成されたゲート電極ｐｇとを有している。
上記ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｎ）およびｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｐ）の上部には、半導体素子間を接続する金属膜からなる配線が形成されている。半導体素子間を接続する配線は、一般に３層〜１０層程度の多層配線構造を有しているが、図４には、多層配線の一例として、Ａｌ合金を主体とする金属膜で構成された３層の配線層（第１層Ａｌ配線５、第２層Ａｌ配線７、第３層Ａｌ配線９）が示されている。配線層とは、各配線層で形成された複数の配線を纏めて表す場合に使用する。配線層の膜厚は、第２層の配線層は第１層の配線層より厚く、第３層の配線層は第２層の配線層よりも厚い。
ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｎ）およびｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｐ）と第１層Ａｌ配線５との間、第１層Ａｌ配線５と第２層Ａｌ配線７との間、および第２層Ａｌ配線７と第３層Ａｌ配線９との間には、それぞれ酸化シリコン膜などからなる層間絶縁膜４、６、８と、３層の配線間を電気的に接続するプラグｐ１、ｐ２、ｐ３が形成されている。
上記層間絶縁膜４は、例えば半導体素子を覆うように、半導体基板上１Ｐ上に形成され、第１層Ａｌ配線５はこの層間絶縁膜４上に形成される。第１層Ａｌ配線５は、例えば層間絶縁膜４に形成されたプラグｐ１を介して半導体素子であるｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｎ）のソース領域ｎｓ、ドレイン領域ｎｄ、ゲート電極ｎｇに電気的に接続される。また、第１層Ａｌ配線５は、層間絶縁膜４に形成されたプラグｐ１を介して半導体素子であるｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｐ）のソース領域ｐｓ、ドレイン領域ｐｄ、ゲート電極ｐｇに電気的に接続される。ゲート電極ｎｇ、ｐｇと第１層Ａｌ配線５との接続は図示していない。
第２層Ａｌ配線７は、例えば層間絶縁膜６に形成されたプラグｐ２を介して第１層Ａｌ配線５に電気的に接続される。第３層Ａｌ配線９は、例えば層間絶縁膜８に形成されたプラグｐ３を介して第２層Ａｌ配線７に電気的に接続される。プラグｐ１、ｐ２、ｐ３は金属膜、例えばＷ（タングステン）膜で構成される。
なお、多層配線（３層配線）を化学的機械研磨法(ＣＭＰ法)によりＣｕを主体とする金属膜で形成する場合は、配線とプラグとを一体に形成するデュアルダマシン法で形成してよいことは勿論である。また、層間絶縁膜４、６、８は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）からなるが、炭素を含む酸化シリコン膜（ＳｉＯＣ膜）、窒素と炭素を含む酸化シリコン膜（ＳｉＣＯＮ膜）、フッ素を含む酸化シリコン膜（ＳｉＯＦ膜）の単層膜または積層膜で構成してよいことは勿論である。
多層配線の最上層の配線層である上記第３層Ａｌ配線９の上部には、ファイナルパッシベーション膜として、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）膜）、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの単層膜、あるいは、これらを積層した２層膜で表面保護膜（保護膜、絶縁膜）１０が形成される。望ましくは、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を積層した２層構造とし、両者の合計膜厚を０．３〜１μｍとする。そして、この表面保護膜１０に形成されたパッド開口（開口）１０ａの底部に露出した最上層の配線層である第３層Ａｌ配線９は、Ａｌパッドであるパッド電極（電極パッド、第１電極パッド）９ａを構成している。
上記第３層Ａｌ配線９は、パッド電極９ａに限らず、例えばパッド電極９ａに一体に形成される配線、パッド電極９ａに接続されない配線などを構成する。パッド電極９ａに接続されない配線は、半導体素子間あるいは回路間を電気的に接続し、半導体集積回路を構成する配線として使用される。
再配線ＲＭは、パッド開口１０ａを完全に埋めるように、パッド開口１０ａの内部に形成され、さらに、表面保護膜１０の上に延在している。
パッド電極９ａと再配線ＲＭとの間には、下地金属膜ＵＭが介在している。下地金属膜ＵＭは、パッド電極９ａに接触して電気的に接続されており、表面保護膜１０のパッド開口１０ａにおいて、パッド電極９ａ上および表面保護膜１０の側面（側壁）に沿って形成され、さらに、表面保護膜１０の上面に延在している。下地金属膜ＵＭは、上面、下面および側面を有し、上面は再配線ＲＭと、下面はパッド電極９ａおよび表面保護膜１０と、側面は後述する側壁バリア膜１１ａと接している。後述するが、下地金属膜ＵＭは、３層構造の下地バリア膜で構成されており、パッド電極９ａの側から第１下地バリア膜ＵＭ１、第２下地バリア膜ＵＭ２および第３下地バリア膜ＵＭ３からなる。したがって、下地金属膜ＵＭの上面とは、第３下地バリア膜ＵＭ３の上面を意味し、下面とは第１下地バリア膜ＵＭ１の下面を意味する。下地金属膜ＵＭは、再配線ＲＭを構成する銅（Ｃｕ）が、表面保護膜１０等に拡散するのを防止する拡散バリア機能、および、再配線ＲＭに外部から水分等が侵入するのを防止する吸湿バリア機能を有する。下地金属膜ＵＭは、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、窒化タンタル（ＴａＮ）膜、タングステン（Ｗ）膜、窒化タングステン（ＷＮ）膜、または、クロム（Ｃｒ）膜等で構成し、下地金属膜ＵＭの総膜厚は、５０ｎｍ〜３００ｎｍとするのが良い。ここでは、第１下地バリア膜ＵＭ１、第２下地バリア膜ＵＭ２および第３下地バリア膜ＵＭ３は、例えば、順に、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜およびチタン（Ｔｉ）膜で構成し、それらの膜厚は、順に、１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１０ｎｍとする。この膜厚は、表面保護膜１０の上面上における膜厚である。下地金属膜ＵＭは、単層で構成しても良い。
また、再配線ＲＭは、上面、下面および側面を有しており、再配線ＲＭの下面は下地金属膜ＵＭの上面と接している。再配線ＲＭは、銅（Ｃｕ）を主成分とする銅膜であるが、Ａｌ等の添加物を含んでも良い。再配線ＲＭは、シード膜ＲＭ１とメッキ膜ＲＭ２との積層構造で構成されている。したがって、再配線ＲＭの下面とは、シード膜ＲＭ１の下面を意味し、上面とはメッキ膜ＲＭ２の上面を意味する。また、再配線ＲＭの側面（側壁）とは、シード膜ＲＭ１とメッキ膜ＲＭ２の積層構造の側面（側壁）を意味する。シード膜ＲＭ１の膜厚は５０ｎｍ〜３００ｎｍとし、メッキ膜ＲＭ２の膜厚は、５μｍ〜２０μｍである。ちなみに、第３層Ａｌ配線９の膜厚は、４００ｎｍ〜６００ｎｍであるので、再配線ＲＭは、第３層Ａｌ配線９、言い換えると、パッド電極９ａが形成された配線９の１０倍以上の膜厚を有する低抵抗の配線である。つまり、再配線ＲＭの膜厚は、パッド電極９ａが形成された配線９の膜厚よりも厚く、望ましくは、再配線ＲＭの膜厚はパッド電極９ａが形成された配線９の膜厚の１０倍以上である。再配線ＲＭは、断面視において、上面の幅が下面の幅よりも広い逆台形形状となっている。したがって、再配線ＲＭの側面は、再配線ＲＭの幅が上面から下面に向かって狭くなるテーパー形状をしており、これを逆テーパーと呼ぶ。逆に、再配線ＲＭの断面形状が台形形状である場合、つまり、再配線ＲＭの側面が、再配線ＲＭの幅が上面から下面に向かって広くなるテーパー形状を有する場合を、順テーパーと呼ぶ。
再配線ＲＭの側面を覆うように側壁バリア膜１１ａが形成されている。側壁バリア膜１１ａは、再配線ＲＭの側面に沿って、再配線ＲＭの上面から下面に連続的に形成されており、再配線ＲＭの全周にわたって再配線ＲＭの側面を覆っている。側壁バリア膜１１ａは、再配線ＲＭの側面に接している。
側壁バリア膜１１ａは、再配線ＲＭの逆テーパーを改善する効果（逆テーパー改善機能）がある。つまり、再配線ＲＭと側壁バリア膜１１ａの一体構造の側面は順テーパーになっているので、側壁バリア膜１１ａ上に形成する膜の被覆性が向上し、破れ（亀裂、不連続部分）の発生が低減できる。ただ、必ずしも、一体構造の側面を順テーパーにする必要はなく、再配線ＲＭの逆テーパーが順テーパー側に緩和されることが肝要である。側壁バリア膜１１ａは、断面視において略三角形形状を有し、再配線ＲＭの上面から下面に向かって、側壁バリア膜１１ａの幅が徐々に広がっている。側壁バリア膜１１ａの上端は、再配線ＲＭの上面と一致しているのが理想的であるが、上面よりも低くても良い。
また、側壁バリア膜１１ａは、再配線ＲＭへの水分等の侵入を防止する吸湿バリア機能と、再配線ＲＭを構成する銅（Ｃｕ）の外部への移動（拡散）を防止する拡散バリア機能を持っても良い。側壁バリア膜１１ａには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成した酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いることができ、その膜厚（幅）は、０．１μｍ〜３μｍとするのが良い。窒化シリコン膜は、前述の逆テーパー改善（低減）機能、吸湿バリア機能および拡散バリア機能を有する。しかし、酸化シリコン膜は、逆テーパー改善機能を有するが、吸湿バリア機能および拡散バリア機能は有さない。したがって、側壁バリア膜１１ａに、酸化シリコン膜を用いる場合と、窒化シリコン膜と用いる場合とでは、キャップ金属膜ＣＭに求められる構造（形状）が異なる。
例えば、側壁バリア膜１１ａの下端（下面）は、下地金属膜ＵＭの側面に接して、再配線ＲＭと下地金属膜ＵＭを覆っているので、窒化シリコン膜からなる側壁バリア膜１１ａの場合、側壁バリア膜１１ａと下地金属膜ＵＭとで、拡散バリア機能および吸湿バリア機能をより向上できる。さらに、側壁バリア膜１１ａは、表面保護膜１０に接しているので、側壁バリア膜１１ａと表面保護膜１０を、それぞれ窒化シリコン膜で構成した場合、側壁バリア膜１１ａと表面保護膜１０の接触部では、強固な密着性が得られ、拡散バリア機能および吸湿バリア機能をより向上できる。
再配線ＲＭの上面および側壁バリア膜１１ａに接して、再配線ＲＭを覆うようにキャップ金属膜ＣＭが形成されている。キャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭの上面の全体および側面の全体を覆っている。キャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭを構成するシード膜ＲＭ１の側面（側壁）およびメッキ膜ＲＭ２の側面（側壁）を完全に覆っている。キャップ金属膜ＣＭは、上面と下面を有し、下面は再配線ＲＭの上面および側壁バリア膜１１ａと接しており、再配線ＲＭの外側の領域（再配線ＲＭが形成されていない領域）において、表面保護膜１０と接している。平面視において、キャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭの側面（厳密には、再配線ＲＭの側面の下端部分）から再配線ＲＭの外側の領域（再配線ＲＭが形成されていない領域）に張り出し部ＰＰを有しており、張り出し部ＰＰにおいて、表面保護膜１０の上面とキャップ金属膜ＣＭの下面とは接している。つまり、平面視において、張り出し部ＰＰの先端であるキャップ金属膜ＣＭの端部は、再配線ＲＭの側面（側壁）上に形成されたキャップ金属膜ＣＭよりも再配線ＲＭの外側に位置している。また、張り出し部ＰＰは、平面視における再配線ＲＭの全周にわたって形成されている。
後述するが、キャップ金属膜ＣＭは、第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２の積層構造からなり、第１キャップバリア膜ＣＭ１の下面が再配線ＲＭの上面および側壁バリア膜１１ａと接している。第１キャップバリア膜ＣＭ１は、再配線ＲＭへの水分等の侵入を防止する吸湿バリア機能または再配線ＲＭを構成する銅（Ｃｕ）の外部への移動（拡散）を防止する拡散バリア機能を有するバリア膜であり、第２キャップバリア膜ＣＭ２は、後述する、ワイヤ２７との接着性を向上させるための密着膜である。第１キャップバリア膜ＣＭ１としては、スパッタ法で形成されるチタン（Ｔｉ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、タングステン（Ｗ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、または、これらの内のいずれかの窒化膜が適している。また、第２キャップバリア膜ＣＭ２としては、スパッタ法で形成されるパラジウム（Ｐｄ）膜、金（Ａｕ）膜、白金（Ｐｔ）膜、ルテニウム（Ｒｕ）膜、イリジウム（Ｉｒ）膜、または、ロジウム（Ｒｈ）膜が適している。
本実施の形態１では、第１キャップバリア膜ＣＭ１は、スパッタ法で形成したチタン（Ｔｉ）膜からなり、その膜厚は５０ｎｍであり、第２キャップバリア膜ＣＭ２は、スパッタ法で形成したパラジウム（Ｐｄ）膜からなり、それらの膜厚は、１７５ｎｍである。この膜厚は、再配線ＲＭの上面上における膜厚である。
また、再配線ＲＭの側面に側壁バリア膜１１ａを設けているので、スパッタ法で形成した第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２は、再配線ＲＭの上面から側面に沿って表面保護膜１０上に至るまで、連続的に、破れ（亀裂、不連続部分）なしに形成されている。仮に、側壁バリア膜１１ａが無かったとすると、再配線ＲＭの厚さ方向において、言い換えると、再配線ＲＭの側面において、スパッタ法で形成した第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２に破れが発生する可能性がある。つまり、例えば、ＣＶＤ法で形成した膜に比べ、スパッタ法で形成した膜の被覆性が低いこと、再配線ＲＭの膜厚が非常に厚いこと、さらに、再配線ＲＭの側面が逆テーパーとなっていることに起因して、第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２に破れが発生する可能性が高くなる。本実施の形態１では、再配線ＲＭの側面に側壁バリア膜１１ａを設けているので、スパッタ法で形成した第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２の破れを防止することができる。
このように、再配線ＲＭの上面および側壁バリア膜１１ａを完全に覆うように、キャップ金属膜ＣＭ（具体的には、第１キャップバリア膜）を設けたことで、破れの無い、水分または銅（Ｃｕ）に対するバリア機能を有するキャップ金属膜ＣＭで再配線ＲＭの上面および側面を完全に被覆している。したがって、再配線ＲＭの外部から水分、ハロゲンイオン等が再配線ＲＭ中に侵入するのを防止できる。また、再配線ＲＭを構成する銅（Ｃｕ）がイオン化して再配線ＲＭの外部に移動（拡散）するのを防止することができる。このように、再配線ＲＭの上面および側面を、バリア機能を有するキャップ金属膜ＣＭで完全に覆う構造とした場合には、側壁バリア膜１１ａは、逆テーパー改善機能があれば良いので、窒化シリコン膜だけでなく、酸化シリコン膜も用いることができる。また、側壁バリア膜１１ａとして、窒化シリコン膜を用いた場合、キャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭの上面を完全に覆い、かつ、再配線ＲＭの上面から連続的に側壁バリア膜１１ａ上に延在して、部分的に側壁バリア膜１１ａと重なっている（重なり部分を有する）ことが肝要である。言い換えると、再配線ＲＭの上面側に位置する側壁バリア膜１１ａの端部を、キャップ金属膜ＣＭが覆っていれば良い。さらに、言い換えると、再配線ＲＭの上面を完全に覆うキャップ金属膜ＣＭは、表面保護膜１０の上面まで連続的に達している必要はなく、再配線ＲＭと側壁バリア膜１１ａとが接触している界面を覆っていれば十分である。
また、前述したように、側壁バリア膜１１ａの上端が、再配線ＲＭの上面よりも低い場合には、再配線ＲＭの側面の一部が側壁バリア膜１１ａから露出した構造となるので、再配線ＲＭの上面を覆うキャップ金属膜ＣＭを、再配線ＲＭの側壁まで連続的に延在させて、側壁バリア膜１１ａから露出した再配線ＲＭの側面を覆い、さらに、側壁バリア膜１１ａと重なる構造とすることが肝要である。ここで、側壁バリア膜１１ａが酸化シリコン膜で形成されている場合は、キャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭの上面から表面保護膜１０の上面まで達している必要がある。側壁バリア膜１１ａが窒化シリコン膜で形成されている場合は、上記のように、キャップ金属膜ＣＭが側壁バリア膜１１ａに重なる構造であれば良い。
再配線ＲＭの上面および側面を覆うように保護膜１２が形成されている。保護膜１２は、再配線ＲＭの上面（正確には、キャップ金属膜ＣＭの上面、第２キャップバリア膜ＣＭ２の上面）を部分的に露出する開口１２ａを有しており、再配線ＲＭの露出部分が外部パッド電極１８となっている。保護膜１２は、有機膜、例えば、ポリイミド系樹脂やベンゾシクロブテン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、または、シリコン系樹脂等で形成される。
外部パッド電極１８には、例えば、銅（Ｃｕ）からなるワイヤ２７が接続（ワイヤボンディング、ボンディング接続）されている。銅からなるワイヤ２７は、キャップ金属膜ＣＭの第２キャップバリア膜ＣＭ２であるパラジウム膜と合金を形成している。
なお、下地金属膜ＵＭおよびキャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭを構成する銅（Ｃｕ）膜が銅イオンとなって外部に移動（拡散）するのを防止するものであり、再配線ＲＭとは異なる材料（別材料）で構成されている。また、下地金属膜ＵＭおよびキャップ金属膜ＣＭには、銅（Ｃｕ）膜は含まれていない。
また、信号入出力用の再配線ＲＭを例に説明したが、電源供給用の再配線ＲＭＶおよび回路間または素子間を接続する再配線ＲＭＳも、再配線ＲＭと同様の構造である。ただし、再配線ＲＭＳには、外部バッド電極１８は形成されておらず、ワイヤ２７も接続されていない。再配線ＲＭＳの上面は、全体的に保護膜１２で覆われている。
＜半導体装置の特徴＞
以下に、本実施の形態１の半導体装置の主な特徴を説明する。
銅膜からなる再配線ＲＭは、下地金属膜ＵＭ上に形成され、上面と側面とを有する。再配線ＲＭの上面は、拡散バリア機能または吸湿バリア機能を有するキャップ金属膜ＣＭで覆われ、再配線ＲＭの側面は、側壁バリア膜１１ａを介してキャップ金属膜ＣＭで覆われている。側壁バリア膜１１ａ上に重なるようにキャップ金属膜ＣＭを設けたことで、破れのないキャップ金属膜ＣＭを形成でき、キャップ金属膜ＣＭの拡散バリア機能および吸湿バリア機能を向上できる。したがって、隣り合う再配線ＲＭ間の耐圧劣化または短絡を防止でき、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上できる。
再配線ＲＭの側面が逆テーパーであっても、側壁バリア膜１１ａを設けることで、破れのないキャップ金属膜ＣＭを形成できる。
銅膜からなる再配線ＲＭは、下地金属膜ＵＭ上に形成され、上面と側面とを有する。再配線ＲＭの上面は、拡散バリア機能または吸湿バリア機能を有するキャップ金属膜ＣＭで覆われ、再配線の側面は、拡散バリア機能または吸湿バリア機能を有する側壁バリア膜１１ａで覆われている。そして、再配線ＲＭの上面を覆うキャップ金属膜ＣＭは、再配線ＲＭの側面に延在し、側壁バリア膜１１ａ上に重なっている。つまり、再配線ＲＭの上面側の側壁バリア膜１１ａの端部を、キャップ金属膜ＣＭが覆っている。したがって、再配線ＲＭに対する外部からの水分等の侵入、または、再配線ＲＭを構成する銅膜がイオン化して外部に移動（拡散）するのを防止することができ、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上できる。
再配線ＲＭとワイヤ２７とを、両者の接着性を向上させる密着膜を介して接着しているが、密着膜となるキャップバリア膜ＣＭ２は薄膜で構成されているので、ウエハの反りに起因して発生する半導体装置の生産性低下を防止することができる。仮に、再配線ＲＭとワイヤ２７との間に、例えば、めっき法で形成したニッケル（Ｎｉ）膜からなる密着膜が介在する場合、膜厚制御性が低いメッキ法で形成したニッケル膜が厚く形成されてしまうため、ウエハの反りが発生するという問題を本願発明者は認識している。本実施の形態によれば、密着膜となるキャップバリア膜ＣＭ２を膜厚制御性の高いスパッタ法で形成し、薄膜としたことによりウエハの反りを低減でき、半導体装置の生産性を向上できる。
＜半導体装置の製造方法＞
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法について説明するが、本実施の形態１の特徴である再配線の製造方法を中心に説明する。再配線の製造方法は、図４に示した断面に対応している。
図５は、本実施の形態１の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図６〜図１２は、本実施の形態１の半導体装置の製造工程中の断面図である。
図６は、図５に示すプロセスフロー図の「半導体ウエハ準備」工程（Ｓ１）に対応しており、複数の配線層とパッド電極が形成された半導体基板を準備する工程を示している。半導体基板１Ｐには、ｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｐ）およびｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（Ｑｎ）が形成された後、複数の配線層からなる配線が形成されている。具体的には、図４で説明したように、３層の配線層（第１層Ａｌ配線５、第２層Ａｌ配線７、第３層Ａｌ配線９）が形成されている。そして、第３層Ａｌ配線９の上部には、表面保護膜１０が形成されているが、表面保護膜１０は、パッド開口１０ａを有しており、最上層の配線層である第３層Ａｌ配線９のパッド開口１０ａから露出した部分が、パッド電極９ａとなっている。図６に示された断面構造は、図４で説明した通りである。
図７は、図５に示すプロセスフロー図の「下地金属膜ＵＭおよびシード膜ＲＭ１の形成」工程（Ｓ２）を示している。まず、表面保護膜１０上に、パッド開口１０ａを介してパッド電極９ａに電気的に接続する下地金属膜ＵＭおよびシード膜ＲＭ１を形成（堆積）する。下地金属膜ＵＭを構成する第１下地バリア膜ＵＭ１、第２下地バリア膜ＵＭ２および第３下地バリア膜ＵＭ３は、順に、チタン（Ｔｉ）膜を１０ｎｍ、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を５０ｎｍおよびチタン（Ｔｉ）膜を１０ｎｍとする。これらの第１下地バリア膜ＵＭ１、第２下地バリア膜ＵＭ２および第３下地バリア膜ＵＭ３は、例えば、スパッタ法またはＣＶＤ法により形成する。次に、スパッタ法を用いて、銅（Ｃｕ）膜からなるシード膜ＲＭ１を第３下地バリア膜ＵＭ３上に形成する。シード膜ＲＭ１は、２５０ｎｍ程度の膜厚とする。なお、シード膜ＲＭ１は、アルミニウム（Ａｌ）等の添加物を含んでも良い。
図８は、図５に示すプロセスフロー図の「メッキ膜ＲＭ２の形成」工程（Ｓ３）に対応している。シード膜ＲＭ１の上に、再配線ＲＭの形成領域を露出し、再配線ＲＭが形成されない領域を覆うレジストマスク（レジストパターン）ＰＲ１を形成する。つまり、レジストマスクＰＲ１は、第１平面パターンＰ１の反転パターンとなっており、第１平面パターンＰ１に対応する開口を有している。この時、レジストマスクＰＲ１の側面ＰＲ１ａは順テーパーであり、レジストマスクＰＲ１の下面の幅は、上面の幅よりの大きくなっている。次に、下地金属膜ＵＭおよびシード膜ＲＭ１をシード層として、電解（電気）めっき法により、銅（Ｃｕ）膜からなるメッキ膜ＲＭ２をレジストマスクＰＲ１から露出した領域のシード膜ＲＭ１上に選択的に形成する。メッキ膜ＲＭ２の膜厚は、例えば、約６μｍとする。この工程で、第１平面パターンＰ１を有するメッキ膜ＲＭ２が形成される。
図９は、図５に示すプロセスフロー図の「シード膜ＲＭ１および下地金属膜ＵＭ除去」工程（Ｓ４）と「側壁バリア膜１１ａ形成」工程（Ｓ５）に対応している。メッキ膜ＲＭ２形成後に、レジストマスクＰＲ１を除去する。次に、メッキ膜ＲＭ２から露出した領域のシード膜ＲＭ１および下地金属膜ＵＭ（第３下地バリア膜ＵＭ３、第２下地バリア膜ＵＭ２および第１下地バリア膜ＵＭ１）をエッチングして除去する。その結果、メッキ膜ＲＭ２の下に、メッキ膜ＲＭ２と等しい平面パターンを有するパターニングされたシード膜ＲＭ１および下地金属膜ＵＭ（第３下地バリア膜ＵＭ３、第２下地バリア膜ＵＭ２および第１下地バリア膜ＵＭ１）が残る。この工程で、第１平面パターンＰ１を有する、シード膜ＲＭ１とメッキ膜ＲＭ２との積層構造からなる再配線ＲＭが形成される。シード膜ＲＭ１のエッチングには、例えば、硫酸、過酸化水素水および水の混合液を用い、下地金属膜ＵＭのエッチングには、アンモニア、過酸化水素水および水の混合液を用いる。
本願発明者の検討によれば、シード膜ＲＭ１および下地金属膜ＵＭのエッチングが終了した段階で、再配線ＲＭの側面は逆テーパーとなっていること、および再配線ＲＭの側面に凹凸が発生していることが分かっている。
次に、側壁バリア膜１１ａを形成するために、再配線ＲＭの上面および側面ならびに下地金属膜ＵＭの側面を覆うようにＣＶＤ法（例えば、プラズマＣＶＤ法）を用いて無機絶縁膜１１を形成する。無機絶縁膜１１としては、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いることができるが、ここでは、膜厚が０．１μｍ〜３μｍの窒化シリコン膜を用いる。ＣＶＤ法で形成した膜は、スパッタ法で形成した膜に比べ被覆性に優れているので、再配線ＲＭの側面上に形成した無機絶縁膜１１により、再配線ＲＭの側面の凹凸を埋めることができ、再配線ＲＭの側面上に形成した無機絶縁膜１１の表面は平滑となっている。
図１０は、図５に示すプロセスフロー図の「側壁バリア膜形成」工程（Ｓ５）および「キャップ金属膜ＣＭ形成」工程（Ｓ６）に対応している。
再配線ＲＭの上面および側面を覆うように形成された無機絶縁膜１１に対して異方性ドライエッチングを施し、再配線ＲＭの側面上に側壁バリア膜１１ａを選択的に形成する。つまり、再配線ＲＭの上面上の無機絶縁膜１１は完全に除去され、表面保護膜１０上に形成されている無機絶縁膜１１は、再配線ＲＭの側面を除いて除去される。
次に、再配線ＲＭの上面および側壁バリア膜１１ａを完全に覆うようにキャップ金属膜ＣＭを形成（堆積）する。キャップ金属膜ＣＭは、複数層のキャップバリア膜で構成されている。キャップ金属膜ＣＭを形成するために、第１キャップバリア膜ＣＭ１、第２キャップバリア膜ＣＭ２および第３キャップバリア膜ＣＭ３を、順次、スパッタ法で形成（堆積）する。なお、本実施の形態１においては、第３キャップバリア膜ＣＭ３もキャップ金属膜ＣＭの一部として扱うが、第３キャップバリア膜ＣＭ３は、第２キャップバリア膜ＣＭ２を加工するためのマスク膜であり、キャップ金属膜ＣＭの加工が完了した状態では存在していない。第１キャップバリア膜ＣＭ１、第２キャップバリア膜ＣＭ２および第３キャップバリア膜ＣＭ３は、チタン（Ｔｉ）膜を１０〜２００ｎｍ、パラジウム（Ｐｄ）膜を１０〜２００ｎｍ、チタン（Ｔｉ）膜を１０〜２００ｎｍの膜厚で形成するのが適当である。ここでは、一例として、下層のチタン（Ｔｉ）膜を５０ｎｍ、パラジウム（Ｐｄ）膜を５０ｎｍ、上層のチタン（Ｔｉ）膜を１７５ｎｍとする。再配線ＲＭの側面上に側壁バリア膜１１ａが形成されているため、破れのない第１キャップバリア膜ＣＭ１、第２キャップバリア膜ＣＭ２および第３キャップバリア膜ＣＭ３を、再配線ＲＭの上面から表面保護膜１０に上面まで連続的に形成することができる。
次に、図１０に示すように、レジストマスクＰＲ２を、第３キャップバリア膜ＣＭ３上に形成する。レジストマスクＰＲ２は、第２平面パターンＰ２に対応しており、平面視において、再配線ＲＭおよび再配線ＲＭの周囲の張り出し部ＰＰを覆い、それ以外を露出するパターンとなっている。
次に、レジストマスクＰＲ２から露出した領域の第３キャップバリア膜ＣＭ３をドライエッチングまたはウェットエッチングで除去し、第２平面パターンＰ２を有する第３キャップバリア膜ＣＭ３を形成する。ウェットエッチング液として、アンモニア、過酸化水素水および水の混合液を用いることができる。つまり、レジストマスクＰＲ２を用いて、第３キャップバリア膜ＣＭ３をパターニングする。
図１１は、図５に示すプロセスフロー図の「キャップ金属膜ＣＭ形成」工程（Ｓ６）および「保護膜１２形成」工程（Ｓ７）に対応している。
第３キャップバリア膜ＣＭ３をパターニングの後、レジストマスクＰＲ２を除去する。そして、パターニングされたチタン（Ｔｉ）膜からなる第３キャップバリア膜ＣＭ３をハードマスクとして第２キャップバリア膜ＣＭ２をエッチングし、第２平面パターンＰ２を有する第２キャップバリア膜ＣＭ２を形成する。パラジウム（Ｐｄ）膜からなる第２キャップバリア膜ＣＭ２は、ヨウ化カリウム溶液を用いてウェットエッチングする。つまり、第３キャップバリア膜ＣＭ３をマスクとして、第２キャップバリア膜ＣＭ２をパターニング（エッチング）する。仮に、この第２キャップバリア膜ＣＭ２のエッチング工程において、側壁バリア膜１１ａが存在せず、第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２に破れが存在していた場合、エッチング液の侵入によって再配線ＲＭを構成する銅膜が腐食して異物となり、製造歩留りが低下する弊害を、本願発明者は確認している。本実施の形態１によれば、第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２に破れが存在しないので、再配線ＲＭを構成する銅膜の腐食を防止することができる。また、側壁バリア膜１１ａとして窒化シリコン膜を用いる場合は、仮に、第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２に破れが存在したとしても、再配線ＲＭを構成する銅膜の腐食を防止することができる。ただし、第２キャップバリア膜ＣＭ２は、ドライエッチング法でエッチングしても良い。
次に、第３キャップバリア膜ＣＭ３および第２キャップバリア膜ＣＭ２から露出した領域の第１キャップバリア膜ＣＭ１をエッチングして除去し、表面保護膜１０の上面を露出させる。第１キャップバリア膜ＣＭ１および第３キャップバリア膜ＣＭ３を、チタン（Ｔｉ）膜で形成しているので、第１キャップバリア膜ＣＭ１をエッチングする工程で、再配線ＲＭの上面上および側壁バリア膜１１ａ上に残っている第３キャップバリア膜ＣＭ３も除去することができ、第２キャップバリア膜ＣＭ２の上面を露出させることができる。第１キャップバリア膜ＣＭ１のエッチングには、アンモニア、過酸化水素水および水の混合液を用いることができる。つまり、第３キャップバリア膜ＣＭ３は、第１キャップバリア膜ＣＭ１と同様の膜（同種の膜）で形成しておくことで、製造工程を短縮（削減）することができる。
次に、再配線ＲＭの上面および側面を覆い、再配線ＲＭの上面に設けられた外部パッド電極１８を露出する開口１２ａを有する保護膜１２を形成する。保護膜１２は、再配線ＲＭの膜厚よりも厚く、隣り合う再配線ＲＭの間の領域で、表面保護膜１０の上面と接している。隣り合う再配線ＲＭを覆うキャップ金属膜ＣＭは、保護膜１２により絶縁されている。保護膜１２として、例えば、感光性ポリイミド樹脂を用いる。再配線ＲＭ上に感光性ポリイミドを塗布、露光して外部パッド電極１８を露出させる開口１２ａを形成した後、キュアを行い硬化させる。
図１２は、図５に示すプロセスフロー図の「ワイヤボンディング」工程（Ｓ８）を含む半導体チップ１Ａの実装工程を示している。上記工程の後、半導体チップ１Ａをダイパッド部２５Ｄ上に搭載し、再配線ＲＭとリード２５Ｌとをワイヤ２７で接続した後、リード２５Ｌの一部（インナーリード部）、ダイパッド部２５Ｄ、半導体チップ１Ａおよびワイヤ２７を、封止体（封止樹脂）２６で封止して、本実施の形態１の半導体装置（半導体集積回路装置）が完成する。
図１２に示すように、複数の再配線ＲＭを有する半導体チップ１Ａは、ダイパッド部２５Ｄに搭載され、複数のリード２５Ｌにワイヤ２７で電気的に接続されている。リード２５Ｌの一部（インナーリード部）、ダイパッド部２５Ｄ、半導体チップ１Ａおよびワイヤ２７を、例えば熱硬化性エポキシ樹脂などの封止体（封止樹脂）２６で封止されている。また、封止体２６中には、エポキシ樹脂の他にシリカ（ＳｉＯ２）等のフィラーが含有している。リード２５Ｌは、封止体２６で覆われたインナーリード部から封止体２６の外側に延在するアウターリード部を有している。
ワイヤ２７の一端は、図４または図１２に示す半導体チップ１Ａの再配線ＲＭの上面に形成された外部パッド電極１８に接続され、他端は、リード２５Ｌのインナーリード部に接続されている。ダイパッド部２５Ｄおよび複数のリード２５Ｌは、例えば、銅（Ｃｕ）または４２アロイ（鉄ニッケル合金）からなり、ワイヤ２７は、銅（Ｃｕ）からなる。
外部パッド電極１８の表面にはパラジウム（Ｐｄ）膜からなる第２キャップバリア膜ＣＭ２が露出しており、銅からなるワイヤ２７がパラジウム（Ｐｄ）膜からなる第２キャップバリア膜ＣＭ２にボンディング接続されるので、安定かつ十分なボンディング強度を有する接合が可能となり、シェア強度の高い高信頼性のボンディングが可能となる。
なお、ワイヤ２７として、表面にパラジウム（Ｐｄ）を被覆した銅ワイヤ（ＰｄコートＣｕワイヤ）、金ワイヤ（Ａｕワイヤ）を用いても良い。
＜半導体装置の製造方法の特徴＞
以下に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法の主な特徴を説明する。
再配線ＲＭの側面に側壁バリア膜１１ａを形成した後、再配線ＲＭの上面および側面を覆うようにスパッタ法を用いてキャップ金属膜ＣＭを形成するため、破れのないキャップ金属膜ＣＭを形成することができる。拡散バリア機能および吸湿バリア機能を有する破れのないキャップ金属膜ＣＭで再配線ＲＭの上面および側面を覆うことができるため、隣り合う再配線ＲＭ間の耐圧劣化または短絡を防止でき、再配線ＲＭを有する半導体装置の信頼性を向上できる。
キャップ金属膜ＣＭを構成する第２キャップバリア膜ＣＭ２のウェットエッチング工程に先立ち、再配線ＲＭの側面を側壁バリア膜１１ａで覆っているので、エッチング液が再配線ＲＭ中に侵入して再配線ＲＭを構成する銅膜を腐食するのを防止することができる。
再配線ＲＭの側面の凹凸を、ＣＶＤ法で形成した無機絶縁膜１１で埋めた後に、キャップ金属膜ＣＭを形成するため、キャップ金属膜ＣＭをスパッタ法で形成したとしても、破れのないキャップ金属膜を形成できる。
側壁バリア膜１１ａは、無機絶縁膜１１の堆積および異方性ドライエッチングで形成でき、マスクを用いないので、製造工程数および製造コストを低減できる。
再配線ＲＭの側面上に無機絶縁膜からなる側壁バリア膜１１ａが形成されているので、銅膜からなる再配線ＲＭが、再配線ＲＭよりも硬い側壁バリア膜１１ａで覆われているため、ワイヤ２７をキャップ金属膜ＣＭ（第２キャップバリア膜ＣＭ２）にボンディング接続する際に、安定した接続が得られる。仮に、再配線ＲＭの側面に側壁バリア膜１１ａがなかったとすると、ボンディング接続時に再配線ＲＭが横方向（厚さ方向に垂直な方向）に変形し、ボンディング接続時に再配線ＲＭにかかる圧力が低下してしまい、接合不良が発生する可能性がある。本実施の形態１では、硬い側壁バリア膜１１ａにより、再配線ＲＭの変形を抑制でき、ボンディング接続時の圧力がキャップ金属膜ＣＭ（第２キャップバリア膜ＣＭ２）に十分に印加されるため、安定した接続が得られる。また、再配線ＲＭの側面において、無機絶縁膜からなる側壁バリア膜１１ａの上に、さらに、無機絶縁膜よりも粘性の高いキャップ金属膜ＣＭが形成されているため、ボンディング接続時に再配線ＲＭが横方向の変形をより抑制できる。
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１の側壁バリア膜１１ａの構造および製法に関する変形例である。実施の形態１と異なる部分に異なる符号を付して説明をする。同様の符号を付した部分は実施の形態１と同様である。実施の形態１と区別するために、本実施の形態２では、半導体チップ１Ｂとした。
図１３は、本実施の形態２の半導体装置の断面図である。図１３は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面に相当している。本実施の形態２の半導体装置では、再配線ＲＭの上面および側面が側壁バリア膜１１ｂで覆われている。側壁バリア膜１１ｂは、再配線ＲＭの上面および側面に接触して、上面および側面を覆っており、さらに、表面保護膜１０の上面にも連続的に形成されている。側壁バリア膜１１ｂは、下地金属膜ＵＭの側面に接して、下地金属膜ＵＭの側面を覆っている。ただし、側壁バリア膜１１ｂは、再配線ＲＭの上面において、外部パッド電極１８に対応する位置に開口１３を有しており、開口１３において、側壁バリア膜１１ｂ上に形成されたキャップ金属膜ＣＭｂが再配線ＲＭの上面に接触し、キャップ金属膜ＣＭｂにはワイヤ２７が接続されている。
本実施の形態２では、側壁バリア膜１１ｂは、拡散バリア機能および吸湿バリア機能を有する窒化シリコン膜で形成することが肝要である。また、側壁バリア膜１１ｂを構成する窒化シリコン膜はＣＶＤ法で形成されている。
図１４は、本実施の形態２の半導体装置の製造工程中の断面図である。実施の形態１の図５に示す工程（Ｓ１〜Ｓ４）を実施した後、実施の形態１と同様に、再配線ＲＭの上面および側面を覆うように無機絶縁膜１１をＣＶＤ法で形成する。次に、レジストマスクＰＲ３を用いて、無機絶縁膜１１にエッチングを施すことにより、開口１３を有する側壁バリア膜１１ｂを形成する。レジストマスクＰＲ３を除去した後、図５に示す工程（Ｓ６〜Ｓ８）を実施することにより、本実施の形態２の半導体装置が完成する。
本実施の形態２では、実施の形態１とは異なり、側壁バリア膜１１ｂを形成する際に、異方性ドライエッチングを用いないという特徴が有る。
また、キャップ金属膜ＣＭｂは、側壁バリア膜１１ｂに形成された開口１３の全体を覆い、側壁バリア膜１１ｂ上に延在して、側壁バリア膜１１ｂと重なっていることが肝要である。キャップ金属膜ＣＭｂは、再配線ＲＭの上面上に位置する、側壁バリア膜１１ｂの端部を覆っていれば十分であり、キャップ金属膜ＣＭｂは、再配線ＲＭの側面まで延在している必要はない。
下地金属膜ＵＭ上に形成された再配線ＲＭの上面および側面は、拡散バリア機能または吸湿バリア機能を有する側壁バリア膜１１ｂまたはキャップ金属膜ＣＭで覆われている。そして、側壁バリア膜１１ｂの開口１３は、キャップ金属膜ＣＭｂで覆われ、キャップ金属膜ＣＭｂは、側壁バリア膜１１ｂ上に延在して、側壁バリア膜１１ｂと重なっている。上記構成により、再配線ＲＭに対する外部からの水分等の侵入または再配線ＲＭを構成する銅膜がイオン化して外部に移動（拡散）するのを防止することができ、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上できる。
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１の下地金属膜ＵＭ、側壁バリア膜１１ａおよびキャップ金属膜ＣＭの構造および製法に関する変形例である。実施の形態１と異なる部分に異なる符号を付して説明をする。同様の符号を付した部分は実施の形態１と同様である。実施の形態１と区別するために、本実施の形態３では、半導体チップ１Ｃとした。
図１５は、本実施の形態３の半導体装置の断面図である。図１５は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面に相当している。本実施の形態３の半導体装置では、再配線ＲＭの上面および側面がキャップ金属膜ＣＭｃで覆われており、再配線ＲＭの側面上には、キャップ金属膜ＣＭｃを覆うように側壁バリア膜１１ｃが形成されている。さらに、張り出し部ＰＰにおいて、下地金属膜ＵＭｃとキャップ金属膜ＣＭｃとが接触している。
下地金属膜ＵＭｃは、３層構造の下地バリア膜で構成されており、パッド電極９ａの側から第１下地バリア膜ＵＭ１ｃ、第２下地バリア膜ＵＭ２ｃおよび第３下地バリア膜ＵＭ３ｃからなるが、各下地バリア膜は、実施の形態１の第１下地バリア膜ＵＭ１、第２下地バリア膜ＵＭ２および第３下地バリア膜ＵＭ３と同様である。ただし、下地金属膜ＵＭｃは、再配線ＲＭの下面から、再配線ＲＭの外側である張り出し部ＰＰまで延在している。
キャップ金属膜ＣＭｃは、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃ、第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃおよび第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃの３層構造であり、各キャップバリア膜は、実施の形態１の第１キャップバリア膜ＣＭ１、第２キャップバリア膜ＣＭ２および第３キャップバリア膜ＣＭ３と同様である。ただし、キャップ金属膜ＣＭｃは、再配線ＲＭの上面および側面を直接覆っており、再配線ＲＭの上面は、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃおよび第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃの２層構造で覆われており、側面は、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃ、第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃおよび第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃの３層構造で覆われている。そして、張り出し部ＰＰにおいて、下地金属膜ＵＭｃとキャップ金属膜ＣＭｃとが接触している。具体的には、下地金属膜ＵＭｃの第３下地バリア膜ＵＭ３ｃと、キャップ金属膜ＣＭｃの第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃとが接触している。
キャップ金属膜ＣＭｃを介して、再配線ＲＭの側面を覆うように側壁バリア膜１１ｃが形成されている。側壁バリア膜１１ｃは、拡散バリア機能および吸湿バリア機能を有する窒化シリコン膜で形成されている。
図１６は、実施の形態３の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図１７〜図１９は、実施の形態３の半導体装置の製造工程中の断面図である。
実施の形態１の図５に示すプロセスフロー図の工程（Ｓ１〜Ｓ３）を実施した後、レジストマスクＰＲ１を除去する。次に、メッキ膜ＲＭ２から露出した領域のシード膜ＲＭ１をエッチングして除去する。実施の形態１とは異なり、下地金属膜ＵＭ（第３下地バリア膜ＵＭ３、第２下地バリア膜ＵＭ２および第１下地バリア膜ＵＭ１）はエッチングせずに残しておく（図１６に示すプロセスフロー図の「シード膜ＲＭ１エッチ」工程（Ｓ９））。
図１７は、図１６に示すプロセスフロー図の「キャップ金属膜ＣＭｃ堆積」工程（Ｓ１０）および「側壁バリア膜１１ｃ形成」工程（Ｓ５）に対応している。シード膜ＲＭ１を選択的にエッチング除去した後、再配線ＲＭの上面および側面を覆うようにキャップ金属膜ＣＭｃを堆積する。前述のとおり、キャップ金属膜ＣＭｃは、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃ、第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃおよび第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃの３層構造であり、各キャップバリア膜はスパッタ法で形成する。各キャップバリア膜は、実施の形態１の第１キャップバリア膜ＣＭ１、第２キャップバリア膜ＣＭ２および第３キャップバリア膜ＣＭ３と同様である。
次に、キャップ金属膜ＣＭｃを覆うように無機絶縁膜１１をＣＶＤ法で堆積した後、無機絶縁膜１１に対して異方性ドライエッチングを施して側壁バリア膜１１ｃを形成する。側壁バリア膜１１ｃは、キャップ金属膜ＣＭｃを介して、再配線ＲＭの側面上に選択的に形成される。
図１８および図１９は、図１６に示すプロセスフロー図の「キャップ金属膜ＣＭｃおよび下地金属膜ＵＭｃの加工」工程（Ｓ１１）に対応している。図１８に示すように、再配線ＲＭおよび側壁バリア膜１１ｃを覆うようにレジストマスクＰＲ４を設け、レジストマスクＰＲ４から露出した領域の第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃを、実施の形態１と同様の方法で、エッチングして除去する。レジストマスクＰＲ４は、図３に示した第２平面パターンＰ２を有している。つまり、第２平面パターンＰ２を有する第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃを形成する。
次に、レジストマスクＰＲ４を除去した後、パターニングされた第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃをハードマスクとして第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃをエッチングし、第２平面パターンＰ２を有する第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃを形成する。パラジウム（Ｐｄ）膜からなる第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃは、ヨウ化カリウム溶液を用いてウェットエッチングする。次に、パターニングされた第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃおよび第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃから露出した領域の第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃおよび下地金属膜ＵＭｃをエッチングして除去し、表面保護膜１０の上面を露出させる。この時、再配線ＲＭ上の第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃも同時に除去され、再配線ＲＭの上面には第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃが露出する。つまり、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃと第３キャップバリア膜ＣＭ３ｃおよび下地金属膜ＵＭｃを、同様の膜（同種の膜）で形成しておくことで、製造工程を短縮（削減）することができる。こうして、第２平面パターンＰ２を有するキャップ金属膜ＣＭｃおよび下地金属膜ＵＭｃが形成する。
続いて、図１６のプロセスフロー図に示す工程（Ｓ７、Ｓ８）を実施することにより、本実施の形態３の半導体装置が完成する。
以下に、本実施の形態３の半導体装置の主な特徴を説明する。
銅膜からなる再配線ＲＭは、下地金属膜ＵＭｃ上に形成され、上面と側面とを有する。再配線ＲＭの上面は、拡散バリア機能または吸湿バリア機能を有するキャップ金属膜ＣＭｃで覆われ、再配線ＲＭの側面は、キャップ金属膜ＣＭｃを介して側壁バリア膜１１ｃで覆われている。側壁バリア膜１１ｃを拡散バリア機能または吸湿バリア機能を有する絶縁膜で構成しているので、再配線ＲＭの側面を覆うキャップ金属膜ＣＭに破れが有ったとしても、再配線ＲＭに対する外部からの水分等の侵入、または、再配線ＲＭを構成する銅膜がイオン化して外部に移動（拡散）するのを防止することができ、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上できる。したがって、隣り合う再配線ＲＭ間の耐圧劣化または短絡を防止でき、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上できる。
また、再配線ＲＭの外側である張り出し部ＰＰにおいて、下地金属膜ＵＭｃとキャップ金属膜ＣＭｃとが接触しているので、再配線ＲＭに対する外部からの水分等の侵入、または、再配線ＲＭを構成する銅膜がイオン化して外部に移動（拡散）するのを防止できる。
また、再配線ＲＭの側面を覆うキャップ金属膜ＣＭｃは、吸湿バリア機能を有する側壁バリア膜１１ｃで覆われているので、第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃをウェットエッチングする際に、エッチング液が侵入して再配線ＲＭを構成する銅膜が酸化するのを防止することができる。
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態３の変形例であるが、キャップ金属膜ＣＭｄ構造および製法、さらに、表面保護膜１０の上面に凹部を有する点が実施の形態３とは異なっている。実施の形態３と異なる部分に異なる符号を付して説明をする。同様の符号を付した部分は実施の形態３と同様である。実施の形態３と区別するために、本実施の形態４では、半導体チップ１Ｄとした。
図２０は、本実施の形態４の半導体装置の断面図である。図２０は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面に相当している。本実施の形態４の半導体装置では、再配線ＲＭの上面および側面がキャップ金属膜ＣＭｄで覆われており、再配線ＲＭの側面上には、キャップ金属膜ＣＭｄを覆うように側壁バリア膜１１ｄが形成されている。実施の形態３とはことなり、キャップ金属膜ＣＭｄは、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｄと第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄの２層構造となっている。さらに、隣り合う再配線ＲＭの間に位置する表面保護膜１０の上面には、凹部１４が形成されている。凹部１４は、隣り合う再配線ＲＭの間、言い換えると、隣り合う再配線ＲＭの張り出し部ＰＰの間、つまり、再配線ＲＭとその張り出し部ＰＰから露出した領域に形成されている。
図２１は、本実施の形態４の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図２２および図２３は、本実施の形態４の半導体装置の製造工程中の断面図である。
実施の形態３の図１６に示すプロセスフロー図の工程（Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ９およびＳ１０）を実施する。ただし、実施の形態３とは異なり、キャップ金属膜ＣＭｄは、第１キャップバリア膜ＣＭ１ｄと第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄの２層構造としている。第１キャップバリア膜ＣＭ１ｄと第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄは、製法を含め、実施の形態３の第１キャップバリア膜ＣＭ１ｃと第２キャップバリア膜ＣＭ２ｃと同様の膜である。第１キャップバリア膜ＣＭ１ｄと第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄは、スパッタ法で形成されている。
図２２は、図２１に示すプロセスフロー図の「無機絶縁膜１１堆積およびパターニング」工程（Ｓ１３）に対応している。キャップ金属膜ＣＭｄを覆うように窒化シリコン膜からなる無機絶縁膜１１をＣＶＤ法で形成する。次に、無機絶縁膜１１上に、図３の第２平面パターンＰ２を有するレジストマスクＰＲ５を形成し、レジストマスクＰＲ５から露出した領域の無機絶縁膜１１を除去してパターニングされた側壁バリア膜１１ｄを形成する。
図２３は、図２１に示すプロセスフロー図の「キャップ金属膜ＣＭｄおよび下地金属膜ＵＭｄのエッチング」工程（Ｓ１４）に対応している。レジストマスクＰＲ５を除去した後、パターニングされた側壁バリア膜１１ｄをマスクとして、第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄにウェットエッチングを施し、パターニングされた側壁バリア膜１１ｄから露出した領域の第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄを除去する。ウェットエッチングには、実施の形態３と同様、ヨウ化カリウム溶液を用いる。この時、再配線ＲＭの上面および側面はパターニングされた側壁バリア膜１１ｄで覆われており、再配線ＲＭの下面は下地金属膜ＵＭｄで覆われているので、ウェットエッチング液で再配線ＲＭを構成する銅膜が腐食することはない。
次に、パターニングされた側壁バリア膜１１ｄをハードマスクとして、下地金属膜ＵＭｄに異方性ドライエッチングを施し、再配線ＲＭおよび張り出し部ＰＰの外側に下地金属膜ＵＭｄを除去する。なお、異方性ドライエッチングにおいて、パターニングされた側壁バリア膜１１ｄをハードマスクとして用いるので、パターニングされた側壁バリア膜１１ｄの膜厚を十分に厚くしている。つまり、下地金属膜ＵＭｄのエッチング完了時に、再配線ＲＭの上面上には、ハードマスクとなったパターニングされた側壁バリア膜１１ｄが残っている。こうして、第２平面パターンＰ２を有するキャップ金属膜ＣＭｄおよび下地金属膜ＵＭｄを形成する。なお、下地金属膜ＵＭｄの加工にはウェットエッチング法を用いても良く、その際のエッチング液は、アンモニウム、過酸化水素水および水の混合液が適する。
次に、図２０に示すように、図２１に示すプロセスフロー図の「側壁バリア膜１１ｄ形成」工程（Ｓ５）を実施して最終形状であるサイドウォール状の側壁バリア膜１１ｄが形成される。つまり、パターニングされた側壁バリア膜１１ｄに異方性ドライエッチングを施し、再配線ＲＭの上面の側壁バリア膜１１ｄを除去して、キャップ金属膜ＣＭｄ（正確には、第２キャップバリア膜ＣＭ２ｄ）を露出させる。その際、再配線ＲＭの側面にはサイドウォール（断面が略三角形）状の側壁バリア膜１１ｄが形成され、さらに、表面保護膜１の表面には凹部１４が形成される。
次に、図２１に示すプロセスフロー図の工程（Ｓ７およびＳ８）を実施して、図２０に示す半導体装置が完成する。
以下に、本実施の形態４の半導体装置の主な特徴を説明する。
隣り合う再配線ＲＭ間の表面保護膜１０の表面に凹部１４を有することで、再配線ＲＭ間における銅イオンのリークパスを大きくすることが出来、隣り合う再配線ＲＭ間の耐圧劣化または短絡を低減できる。
下地金属膜ＵＭｄをドライエッチングで形成するので、寸法制御性が向上する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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いうまでもない。
実施の形態１〜４では、キャップ金属膜ＣＭを、第１キャップバリア膜ＣＭ１および第２キャップバリア膜ＣＭ２で構成した例で説明したが、隣り合う再配線ＲＭ間の耐圧劣化または短絡を防止でき、再配線を有する半導体装置の信頼性を向上する上では、バリア膜である第１キャップバリア膜ＣＭ１の単層であっても良い。同様に、下地金属膜ＵＭも単層であっても良い。
実施の形態１〜４では、再配線の側面が逆テーパーの場合を例に説明したが、再配線の側面が順テーパーの場合にも適用できる。
外部パッド電極にワイヤが接続される例で説明したが、例えば、半田バンプが接続される場合も含まれる。
ＣＭ、ＣＭｂ、ＣＭｃ、ＣＭｄ キャップ金属膜
ＣＭ１、ＣＭ１ｃ、ＣＭ１ｄ、ＣＭ２、ＣＭ２ｃ、ＣＭ２ｄ、ＣＭ３、ＣＭ３ｃ キャップバリア膜
ＰＰ 張り出し部
ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４、ＰＲ５ レジストマスク
ＰＲ１ａ 側面
ｐ１、ｐ２、ｐ３ プラグ
Ｐ１ 第１平面パターン
Ｐ２ 第２平面パターン
Ｑｎ ｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ
Ｑｐ ｐチャネル型ＭＩＳトランジスタ
ＲＭ、ＲＭａ、ＲＭｂ、ＲＭｃ、ＲＭｄ、ＲＭＳ、ＲＭＶ 再配線
ＲＭ１ シード膜
ＲＭ２ メッキ膜
ＵＭ、ＵＭｃ、ＵＭｄ 下地金属膜
ＵＭ１、ＵＭ１ｃ、ＵＭ１ｄ、ＵＭ２、ＵＭ２ｃ、ＵＭ２ｄ、ＵＭ３、ＵＭ３ｃ、ＵＭ３ｄ 下地バリア膜
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 半導体チップ
１Ｐ 半導体基板
２Ｐ ｐ型ウエル
２Ｎ ｎ型ウエル
３ 素子分離溝
３ａ 素子分離絶縁膜
４、６、８ 層間絶縁膜
５、７、９ 配線層（Ａｌ配線）
９ａ パッド電極
１０ 表面保護膜
１０ａ パッド開口
１１ 無機絶縁膜
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 側壁バリア膜
１２ 保護膜
１３ 開口
１４ 凹部
１８ 外部パッド電極
２５Ｄ ダイパッド部
２５Ｌ リード
２６ 封止体
２７ ワイヤ

Claims (15)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成された複数の配線層と、
    前記複数の配線層の最上層に形成されたパッド電極と、
    前記パッド電極上に開口を有する保護膜と、
    前記保護膜上および前記パッド電極上に形成された下地金属膜と、
    前記下地金属膜上に形成され、上面と側面を有する再配線と、
    前記再配線の前記側面を覆う絶縁膜からなる側壁バリア膜と、
    前記再配線の前記上面を覆うキャップ金属膜と、
    を有し、
    前記再配線の前記上面および前記側面は、前記キャップ金属膜または前記側壁バリア膜で覆われており、前記キャップ金属膜と前記側壁バリア膜とは重なり部を有する、半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記側壁バリア膜は、前記下地金属膜の側壁を覆い、前記保護膜に接触している、半導体装置。
  3. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記キャップ金属膜は、前記上面から前記側面に連続的に形成されており、前記側面上で前記側壁バリア膜を覆う、半導体装置。
  4. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記キャップ金属膜は、前記上面から前記側面に連続的に形成されており、前記側面上で、前記側壁バリア膜は、前記キャップ金属膜を覆う、半導体装置。
  5. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記再配線は、前記上面に対向する下面を有し、前記上面における前記再配線の幅は、前記下面における前記再配線の幅よりも大きい、半導体装置。
  6. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記側壁バリア膜は、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜からなる、半導体装置。
  7. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記再配線は、銅膜からなる、半導体装置。
  8. 請求項７に記載の半導体装置であって、
    前記キャップ金属膜は、前記再配線に接する、チタン膜、タンタル膜、タングステン膜、ニッケル膜、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化タングステン膜または窒化ニッケル膜を含む、半導体装置。
  9. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記保護膜と前記側壁バリア膜は、窒化シリコン膜からなる、半導体装置。
  10. （ａ）複数の配線層と、前記複数の配線層の最上層に形成されたパッド電極とを有する半導体基板を準備する工程、
    （ｂ）前記パッド電極上に第１開口を有する第１保護膜を形成する工程、
    （ｃ）前記第１保護膜上に、前記第１開口を介して前記パッド電極に電気的に接続する下地金属膜を形成する工程、
    （ｄ）前記下地金属膜上に、前記パッド電極に電気的に接続し、上面と側面を有する再配線を形成する工程、
    （ｅ）前記再配線の前記側面を覆う絶縁膜からなる側壁バリア膜を形成する工程、
    （ｆ）前記再配線の前記上面を覆うように、キャップ金属膜を形成する工程、
    （ｇ）前記側壁バリア膜および前記キャップ金属膜を覆う有機膜からなる第２保護膜を形成する工程、
    を有し、
    前記キャップ金属膜は、前記上面から前記側面上に延在し、前記側壁バリア膜を覆っている、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、前記（ｅ）は、
    （ｅ-１）ＣＶＤ法により、前記再配線の前記上面および前記側面に前記絶縁膜を形成する工程、
    （ｅ-２）前記絶縁膜に異方性エッチングを施し、前記再配線の前記側面に選択的に前記側壁バリア膜を形成する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、前記（ｅ）は、
    （ｅ-３）ＣＶＤ法により、前記再配線の前記上面および前記側面に前記絶縁膜を形成する工程、
    （ｅ-４）前記絶縁膜にエッチングを施し、前記再配線の前記上面を部分的に露出する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記キャップ金属膜を、スパッタ法で形成する、半導体装置の製造方法。
  14. （ａ）複数の配線層と、前記複数の配線層の最上層に形成されたパッド電極とを有する半導体基板を準備する工程、
    （ｂ）前記パッド電極上に第１開口を有する第１保護膜を形成する工程、
    （ｃ）前記第１保護膜上に、前記第１開口を介して前記パッド電極に電気的に接続する下地金属膜を形成する工程、
    （ｄ）前記下地金属膜上に、前記パッド電極に電気的に接続し、上面と側面を有する再配線を形成する工程、
    （ｅ）前記再配線の前記上面および前記側面を覆うように、キャップ金属膜を形成する工程、
    （ｆ）前記キャップ金属膜を覆うように絶縁膜からなる側壁バリア膜を形成する工程、
    （ｇ）前記側壁バリア膜および前記キャップ金属膜を覆う有機膜からなる第２保護膜を形成する工程、
    を有し、
    前記再配線の前記側面は、前記キャップ金属膜と前記側壁バリア膜とで覆われている、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項１４に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記キャップ金属膜は、スパッタ法で形成し、前記絶縁膜はＣＶＤ法で形成する、半導体装置の製造方法。
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