JP3647631B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極と備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極と備えた半導体装置においては、金属配線及び外部接続用電極を構成する材料としては、電気的抵抗が小さいこと及び形成工程が容易であること等を総合的に考慮してアルミニウム又はアルミニウム合金が主に使用されてきた。
【０００３】
ところが、近年、半導体集積回路の高集積化、高速化及び高信頼性の要請がますます強くなってきたので、アルミニウム系金属よりも小さい体積抵抗率及びアルミニウム系金属よりも高いエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性を有する銅又は銅合金が次世代の配線材料として注目されている。
【０００４】
ところで、銅膜に対してドライエッチングを行なうことは困難であるため、例えば特開平７−８６２８２号公報に示されるように、層間絶縁膜の上に、該層間絶縁膜に形成された配線用凹部及び外部電極用凹部を含む全面に亘って銅膜を堆積した後、該銅膜に対して例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）を行なうことにより、銅の埋め込み配線を形成する方法が提案されている。
【０００５】
以下、従来の銅の埋め込み配線を形成する方法について、図１３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０００６】
まず、図１３（ａ）に示すように、半導体素子（図示は省略している。）が形成されている半導体基板１０の上に堆積された層間絶縁膜１１に、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて配線用凹部１２及び外部電極用凹部１３を形成する。
【０００７】
次に、図１３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１の上に銅膜のバリア層となる窒化チタン膜１４を堆積した後、窒化チタン膜１４の上に金属配線及び外部接続用電極となる銅膜１５を全面に亘って順次堆積し、その後、半導体基板１０に対して熱処理を施して、銅膜１５を配線用凹部１２及び外部電極用凹部１３に充填する。
【０００８】
次に、図１３（ｃ）に示すように、銅膜１５及び窒化チタン膜１４に対して層間絶縁膜１１が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜１５及び窒化チタン膜１４よりなる金属配線１６及び外部接続用電極１７を形成する。
【０００９】
次に、図１３（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１１、金属配線１６及び外部接続用電極１７の上に全面に亘ってシリコン窒化膜１８及びシリコン酸化膜１９を順次堆積して、シリコン窒化膜１８及びシリコン酸化膜１９よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部２０を形成する。
【００１０】
次に、図示は省略しているが、半導体基板１０を２００℃程度に加熱した状態で外部接続用電極１７にボンディングワイヤをボンデングすると、半導体基板１０上に形成されている半導体素子と外部とを電気的に接続することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体装置においては、以下に説明するような問題がある。すなわち、半導体基板１０を２００℃程度に加熱した状態で外部接続用電極１７にワイヤボンディングを行なうと、外部接続用電極１７における外部接続用開口部２０に露出している領域に銅の酸化膜が形成されてしまう。そして、外部接続用電極１７の表面に銅の酸化膜が形成されると、接触抵抗が高くなったり接合強度が弱くなったりする。つまり、配線材料をアルミニウムから銅に代えて低抵抗化とエレクトロマイグレーションの緩和による信頼性の向上とを図っているにも拘わらず、外部接続用電極における接触抵抗の増大及び接合強度の低下という新たな問題が発生してしまう。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、外部接続用電極の表面に金属酸化膜が形成されないようにして、外部接続用電極における接触抵抗の低減及び接合強度の向上を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極とを備えた半導体装置を前提とし、金属配線は第１の金属よりなり、外部接続用電極は、第１の金属よりなる第１の金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され、第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜とから構成されている。
【００１４】
本発明の半導体装置によると、外部接続用電極は、第１の金属よりなる第１の金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜とから構成されているため、ボンディングワイヤ又はバンプは耐酸化性に優れた第２の金属膜に対して接合される。
【００１５】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極は、最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜にそれぞれ埋め込まれるように形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体装置において、第２の金属膜は、第１の金属膜における周縁部を除く領域の上に形成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極は、最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜との間に形成され、第１の金属の層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を有していることが好ましい。
【００１８】
本発明の半導体装置において、第１の金属は、銅又は銅の合金であり、第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、配線用凹部及び外部電極用凹部を含む層間絶縁膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部が充填される一方、外部電極用凹部の上部に空間が残るように堆積する第１の金属膜堆積工程と、第１の金属膜の上に、第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を堆積する第２の金属膜堆積工程と、第２の金属膜及び第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去することにより、配線用凹部に第１の金属膜よりなる金属配線を形成すると共に、外部電極用凹部に第１の金属膜と第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成する配線形成工程とを備えている。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法によると、配線用凹部及び外部電極用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部が充填される一方、外部電極用凹部の上部に空間が残るように堆積した後、第１の金属膜の上に該第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を堆積し、その後、第２の金属膜及び第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去するため、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する埋め込み型の外部接続用電極を形成することができる。
【００２１】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をスパッタリング法により堆積した後、該第１の金属膜を熱処理により流動させて配線用凹部に充填する工程を含むことが好ましい。
【００２２】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する工程を含むことが好ましい。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法において、凹部形成工程は、配線用凹部の下側にコンタクトホールを形成する工程を含み、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をコンタクトホールが充填されるように堆積する工程を含むことが好ましい。
【００２４】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程は、層間絶縁膜と第１の金属膜との間に、第１の金属の層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
第１の半導体装置の製造方法において、第２の金属膜堆積工程は、第１の金属膜の上に絶縁膜を介して第２の金属膜を堆積する工程を含み、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを絶縁膜が破断するように接合する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、配線用凹部及び外部電極用凹部を含む層間絶縁膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部及び外部電極用凹部が充填されるように堆積する第１の金属膜堆積工程と、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去することにより、配線用凹部に第１の金属膜よりなる金属配線を形成する金属配線形成工程と、外部電極用凹部に残存する第１の金属膜の上に、第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を選択的に堆積することにより、第１の金属膜と第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成する外部接続用電極形成工程とを備えている。
【００２７】
第２の半導体装置の製造方法によると、配線用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を配線用凹部が充填されるように堆積した後、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去するため、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができる。また、外部電極用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を外部電極用凹部が充填されるように堆積した後、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去し、その後、外部電極用凹部に残存する第１の金属膜の上に第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を選択的に堆積するため、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する外部接続用電極を形成することができる。
【００２８】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の金属は、銅又は銅の合金であり、第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。尚、以下の各実施形態においては、半導体基板に形成されているトランジスタ素子等と金属配線とを接続するためのコンタクトホール、及び下層の金属配線と上層の金属配線とを接続するビアホールを便宜上コンタクトホールと総称する。
【００３０】
まず、図１（ａ）に示すように、トランジスタ素子、容量素子及び金属配線等のＬＳＩ構成要素（図示は省略している。）が形成された半導体基板１００の上にシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜１０１を堆積した後、該層間絶縁膜１０１に対してリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３を形成する。この場合、配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。尚、図１（ａ）においては図示は省略しているが、複数の配線用凹部１０２のうちのいずれかの底部には、下層配線、又は下層配線又はＬＳＩ構成要素と連通するコンタクトホールに埋め込まれたプラグが露出している。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３を含む層間絶縁膜１０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜１０１への拡散を阻止するバリア層となるタンタル膜１０４を堆積した後、該タンタル膜１０４の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜１０５をスパッタ法により堆積する。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１００に対して熱処理を施して、銅膜１０５を構成する銅の結晶性を向上させつつ該銅膜１０５を配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３に流入させる。この場合、銅膜１０５が配線用凹部１０２には充填される一方、外部電極用凹部１０３には上部に空間が形成されるようにしておく。
【００３３】
ところで、配線用凹部１０２の幅寸法がタンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 の約２倍よりも小さい場合には、配線用凹部１０２にタンタル膜１０４及び銅膜１０５が充填される。また、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 が、外部電極用凹部１０３の深さｄ1 よりも小さく且つ外部電極用凹部１０３の幅の１／２よりも小さい場合には、外部電極用凹部１０３はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填されない。例えば、配線用凹部１０２の深さｄ1 が０．８μｍで且つ幅Ｗ1 が１．０μｍであり、外部電極用凹部１０３の深さｄ1 が０．８μｍで且つ幅Ｗ2 が１００μｍであって、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 が０．６μｍであると仮定すると、配線用凹部１０２の幅Ｗ1:０．８μｍは合計膜厚ｔ1:０．６μｍの２倍（１．２μｍ）よりも小さいので、配線用凹部１０２はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填されるが、外部電極用凹部１０３の幅Ｗ2:１００μｍは合計膜厚ｔ1:０．６μｍの２倍よりも大きいので、外部電極用凹部１０３はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填されない。
【００３４】
尚、金属配線の抵抗値をできるだけ小さくするためには、タンタル膜１０４の膜厚を薄くする必要があり、タンタル膜１０４の膜厚は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
もっとも、銅膜１０５を構成する銅又は銅合金の組成によって流動特性が異なるので、合計膜厚ｔ1 が配線用凹部１０２の幅Ｗ1 の１／２以下で且つ配線用凹部１０２の深さｄ1 よりも小さい場合であっても、配線用凹部１０２がタンタル膜１０４及び銅膜１０５により充填されるように、銅又は銅合金の組成に応じて合計膜厚ｔ1 を設定することが好ましい。
【００３６】
次に、図２（ａ）に示すように、銅膜１０５の上に、銅膜１０５の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜１０６を堆積する。この場合、タンタル膜１０４、銅膜１０５及びアルミニウム膜１０６の合計膜厚ｔ2 が外部電極用凹部１０３の深さｄ1 よりも大きくなるように、アルミニウム膜１０６の膜厚を設定する。このようにすると、外部電極用凹部１０３はタンタル膜１０４、銅膜１０５及びアルミニウム膜１０６によって充填される。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、アルミニウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル膜１０４に対して層間絶縁膜１０１が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜１０５及びタンタル膜１０４よりなる最上層の金属配線１０７及びアルミニウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル膜１０４よりなる外部接続用電極１０８をそれぞれ形成する。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１０１、金属配線１０７及び外部接続用電極１０８の上に全面に亘ってシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０を順次堆積して、シリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部１１１を形成する。この場合、外部接続用電極１０８の大きさは通常５０μｍ〜１００μｍであるから、外部接続用開口部１１１の大きさを外部電極用凹部１０３の大きさよりも５μｍ程度小さくしておけば、外部接続用電極１０８におけるアルミニウム膜１０６により覆われていない領域はシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０により覆われることになる。
【００３９】
また、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 は通常０．５〜２．０μｍ程度であるから、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム膜１０６が外部接続用開口部１１１に露出する一方、銅膜１０５が外部接続用開口部１１１に露出しないように加工することは容易である。
【００４０】
第１の実施形態に係る半導体装置によると、最上層の金属配線１０７は銅膜１０５及びタンタル層１０４によって構成されているので、低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの緩和が図られており、また、外部接続用電極１０８はアルミニウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル層１０４によって構成されており、表面部には銅膜１０５よりも耐酸化性の強いアルミニウム膜１０６が存在しているので、大気雰囲気中において且つ２００℃程度の温度下でワイヤボンディング工程又はフリップチップ実装におけるバンプ接合工程を確実に行なうことが可能になる。
【００４１】
従って、第１の実施形態に係る半導体装置によると、金属配線の低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの抑制を図りつつ、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００４２】
また、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、従来の半導体装置の製造方法に比べてフォトリソグラフィー工程数を増大させることなく、外部接続用電極の表面部を耐酸化性の大きい金属膜により構成できるので、製造コストの増大を招くことなく、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００４３】
また、ワイヤボンディング工程又はバンプ接合を大気中で行なうことができるので、特殊な雰囲気下で行なう場合に生じる製造コストの増大を抑制できる。
【００４４】
尚、第１の実施形態においては、外部接続用電極１０８におけるアルミニウム膜１０６により覆われていない領域はシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０により覆われているが、これに代えて、外部接続用電極１０８における少なくともボンディングワイヤー又はバンプが接合される領域がアルミニウム膜１０６により覆われておればよい。つまり、図２（ｃ）において、銅膜１０５の周縁部が外部接続用開口部１１１に露出していてもよい。
【００４５】
また、第１の実施形態においては、銅膜１０５をスパッタ法による堆積した後、熱処理を行なって充填したが、これに代えて、銅膜を含むソースを用いる化学気相成長（ＣＶＤ）法又はメッキ法等により銅膜１０５を堆積してもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図３、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図３は第２の実施形態に係る半導体装置における保護膜を除いた状態の平面構造を示し、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、図３におけるＸ−Ｘ線の断面構造を示している。
【００４７】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板２００の上に第１の層間絶縁膜２０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜２０１に第１の金属配線２０２を形成し、その後、第１の金属配線２０２及び第１の層間絶縁膜２０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜２０３を堆積する。次に、第２の層間絶縁膜２０３の上に第１のレジストパターン２０４を形成した後、該第１のレジストパターン２０４をマスクとして第２の層間絶縁膜２０３に対してエッチングを行なって、第２の層間絶縁膜２０３に配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６を形成する。この場合、配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜２０３の上に第２のレジストパターン２０７を形成した後、該第２のレジストパターン２０７をマスクとして第２の層間絶縁膜２０３及び第１の層間絶縁膜２０１に対してエッチングを行なって、図４（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜２０３に第１の金属配線２０２と接続するコンタクトホール（深さ：ｄ2 ）２０８を形成すると共に、外部電極用凹部２０６を第２の層間絶縁膜２０３に至るまで掘り下げる。
【００４９】
次に、図５（ａ）に示すように、配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６を含む第２の層間絶縁膜２０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜２０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜２０９を堆積した後、該窒化チタン膜２０９の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜２１０をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板２００に対して熱処理を行なって銅膜２１０の結晶性を向上させる。
【００５０】
ところで、窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０の合計膜厚ｔ1 を、配線用凹部２０５の深さｄ1 よりも大きく、配線用凹部２０５及びコンタクトホール２０８の合計深さ（ｄ1 ＋ｄ2 ）よりも小さく且つコンタクトホール２０８の直径の１／２よりも大きくすると、合計膜厚ｔ1 は外部電極用凹部２０６の幅よりも十分に小さいので、配線用凹部２０５及びコンタクトホール２０８は窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填される一方、外部電極用凹部２０６は窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填されない。
【００５１】
次に、銅膜２１０の上に、銅膜２１０の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜２１１を堆積する。この場合、窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１の合計膜厚ｔ2 が、掘り下げられた外部電極用凹部１０３の深さよりも大きくなるようにアルミニウム膜２１１の膜厚を設定する。このようにすると、外部電極用凹部１０３は窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充填される。例えば、配線用凹部２０５の深さｄ1 ＝０．８μｍ、コンタクトホール２０８の深さｄ2 ＝１．０μｍである場合、窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０の合計膜厚ｔ1 を１．０μｍ、アルミニウム膜２１１の膜厚を１．０μｍとすると、配線用凹部２０５は幅寸法の如何に拘わらず窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填されると共に、外部電極用凹部２０６は窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充填される。
【００５２】
尚、金属配線の抵抗値をできるだけ小さくするためには、窒化チタン膜２０９の膜厚を薄くする必要があり、窒化チタン膜２０９の膜厚は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
また、第２の実施形態においては、アルミニウム膜２１１の膜厚を１．０μｍに設定して、外部電極用凹部２０６を窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充填したが、後に行なう化学機械研磨によりアルミニウム膜２１１が薄膜化して、ボンディングワイヤ又はバンプがアルミニウム膜２１１から剥離する恐れがなければ、外部電極用凹部２０６は完全に充填されていなくてもよい。
【００５４】
次に、図３及び図５（ｂ）に示すように、アルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９に対して第２の層間絶縁膜２０３が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９よりなる最上層の金属配線２１２及びアルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９よりなる外部接続用電極２１３をそれぞれ形成する。
【００５５】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜２０３、金属配線２１２及び外部接続用電極２１３の上に全面に亘ってシリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１５を順次堆積して、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１５よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部２１６を形成する。
【００５６】
第２の実施形態に係る半導体装置によると、最上層の金属配線２１２は銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９によって構成されているので、低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの緩和が図られており、また、外部接続用電極２１３はアルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９によって構成されており、表面部には銅膜２１０よりも耐酸化性の強いアルミニウム膜２１１が存在しているので、大気雰囲気中において且つ２００℃程度の温度下でワイヤボンディング工程又はフリップチップ実装におけるバンプ接合工程を確実に行なうことが可能になる。
【００５７】
従って、第２の実施形態に係る半導体装置によると、金属配線の低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの抑制を図りつつ、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００５８】
また、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、従来の半導体装置の製造方法に比べてフォトリソグラフィー工程数を増大させることなく、外部接続用電極の表面部を耐酸化性の大きい金属膜により構成できるので、製造コストの増大を招くことなく、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００５９】
また、ワイヤボンディング工程又はバンプ接合を大気中で行なうことができるので、特殊な雰囲気下で行なう場合に生じる製造コストの増大を抑制できる。
【００６０】
尚、第２の実施形態においては、銅膜２１０をＣＶＤ法により形成したが、これに代えて、スパッタ法により銅膜２１０を堆積した後、熱処理を行なって充填してもよいし、メッキ法により銅膜２１０形成してもよい。
【００６１】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００６２】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板３００の上に第１の層間絶縁膜３０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜３０１に第１の金属配線３０２を形成し、その後、第１の金属配線３０２及び第１の層間絶縁膜３０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜３０３を堆積する。次に、第２の層間絶縁膜３０３の上に第１のレジストパターン３０４を形成した後、該第１のレジストパターン３０４をマスクとして第２の層間絶縁膜３０３に対してエッチングを行なって、第２の層間絶縁膜３０３に第１の金属配線３０２と接続するコンタクトホール３０５及び外部電極用凹部３０６をそれぞれ形成する。
【００６３】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜３０３の上に第２のレジストパターン３０７を形成した後、該第２のレジストパターン３０７をマスクとして第２の層間絶縁膜３０３及び第１の層間絶縁膜３０１に対してエッチングを行なって、図６（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜３０３に配線用凹部３０８を形成すると共に、外部電極用凹部３０６を第２の層間絶縁膜３０３に至るまで掘り下げる。
【００６４】
次に、図７（ａ）に示すように、配線用凹部３０８及び外部電極用凹部３０６を含む第２の層間絶縁膜３０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜３０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜３０９を堆積した後、該窒化チタン膜３０９の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜３１０をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板３００に対して熱処理を行なって銅膜３１０の結晶性を向上させた後、銅膜３１０の上に、銅膜３１０の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜３１１を堆積する。
【００６５】
次に、図７（ｂ）に示すように、アルミニウム膜３１１、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９に対して第２の層間絶縁膜３０３が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９よりなる最上層の金属配線３１２及びアルミニウム膜３１１、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９よりなる外部接続用電極３１３をそれぞれ形成する。
【００６６】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜３０３、金属配線３１２及び外部接続用電極３１３の上に全面に亘ってシリコン窒化膜３１４及びシリコン酸化膜３１５を順次堆積して、シリコン窒化膜３１４及びシリコン酸化膜３１５よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部３１６を形成する。
【００６７】
第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、第２の実施形態に比べて、配線用凹部の形成工程とコンタクトホールの形成工程との順序が異なっているのみであって、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００６９】
まず、第２の実施形態と同様、図８（ａ）に示すように、半導体基板４００の上に第１の層間絶縁膜４０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜４０１に第１の金属配線４０２を形成する。次に、第１の金属配線４０２及び第１の層間絶縁膜４０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜４０３を堆積した後、第２の層間絶縁膜４０３にコンタクトホール、配線用凹部及び外部電極用凹部をそれぞれ形成する。次に、第２の層間絶縁膜４０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜４０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜４０４を堆積した後、該窒化チタン膜４０４の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜４０５をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板４００に対して熱処理を行なって銅膜４０５の結晶性を向上させる。
【００７０】
次に、銅膜４０５の上に窒化シリコン膜等よりなる絶縁膜４０６を堆積した後、該絶縁膜４０６の上に、銅膜４０５の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜４０７を堆積する。
【００７１】
ところで、第２の実施形態のように、第１の金属膜例えば銅膜の上に該第１の金属膜の酸化を抑制する第２の金属膜例えばアルミニウム膜を堆積すると、化学機械研磨工程又は洗浄工程において第１の金属膜と第２の金属膜とが同時に研磨剤又は洗浄液に浸されるため、研磨剤、洗浄液、第１の金属膜及び第２の金属膜の種類によっては、電池効果により第１の金属膜又は第２の金属膜が腐食する恐れがある。
【００７２】
そこで、第４の実施形態においては、第１の金属膜である銅膜４０５と第２の金属膜であるアルミニウム膜４０７との間に絶縁膜４０６を介在させている。このようにすると、銅膜４０５とアルミニウム膜４０７との間に電流が流れず電池効果が生じないので、第１の金属膜又は第２の金属膜に腐食が発生する事態を防止できる。
【００７３】
次に、図８（ｂ）に示すように、アルミニウム膜４０７、絶縁膜４０６、銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４に対して第２の層間絶縁膜４０３が露出するまで化学機械研磨を行なって、アルミニウム膜４０７、絶縁膜４０６、銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４よりなる最上層の金属配線４０８及び銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４よりなる外部接続用電極４０９をそれぞれ形成する。尚、金属配線４０８を構成する絶縁膜４０６の絶縁性に伴う弊害を除去する方法については後述する。
【００７４】
次に、図８（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜４０３、金属配線４０８及び外部接続用電極４０９の上に全面に亘ってシリコン窒化膜４１０及びシリコン酸化膜４１１を順次堆積して、シリコン窒化膜４１０及びシリコン酸化膜４１１よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部４１２を形成する。
【００７５】
次に、図８（ｄ）に示すように、外部接続用電極４０９にボンディングワイヤ４１３を接合する。この接合工程において、絶縁膜４０６に熱、振動又は衝撃が加えられるため、絶縁膜４０６が破断するので、アルミニウム膜４０７と銅膜４０５とは導通状態になる。このような観点から、絶縁膜４０６の膜厚としては５ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。この程度の膜厚にすると、銅膜４０５とアルミニウム膜４０７とが同時に研磨剤又は洗浄液に浸っても電池効果が生じないと共に、外部接続用電極４０９にボンディングワイヤ４１３を接合する工程において、絶縁膜４０６を確実に破断させることができる。
【００７６】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００７７】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板５００の上に層間絶縁膜５０１を堆積した後、該層間絶縁膜５０１に対してリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５０３を形成する。この場合、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５０３の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。
【００７８】
次に、図９（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５０１の上にレジストパターン５０３を形成した後、該レジストパターン５０３をマスクとして層間絶縁膜５０１に対してエッチングを行なって、図９（ｃ）に示すように、配線用凹部５０２の下側にコンタクトホール５０４を形成する。
【００７９】
次に、図１０（ａ）に示すように、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５０３を含む層間絶縁膜５０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜５０１への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜５０５を堆積した後、該窒化チタン膜５０５の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜５０６をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板５００に対して熱処理を行なって、銅膜５０６の結晶性を向上させると共に配線用凹部５０２及びコンタクトホール５０４に銅膜５０６を充填する。この場合、窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６の合計膜厚ｔ1 を、外部電極用凹部５０３の深さｄ1 よりも小さく、配線用凹部５０２の幅の１／２よりも大きく且つ外部電極用凹部５０３の幅の１／２よりも小さくすることによって、配線用凹部５０２及びコンタクトホール５０４が窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６により充填される一方、外部電極用凹部５０３は窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６によって充填されない。
【００８０】
次に、図１０（ｂ）に示すように、銅膜５０６の上に、銅膜５０６の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜５０７を堆積する。
【００８１】
次に、図１０（ｃ）に示すように、アルミニウム膜５０７、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５に対して層間絶縁膜５０１が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５よりなる最上層の金属配線５０８及びコンタクト５１０、並びにアルミニウム膜５０７、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５よりなる外部接続用電極５０９を形成する。
【００８２】
次に、図１０（ｄ）に示すように、層間絶縁膜５０１、金属配線５０８及び外部接続用電極５０９の上に全面に亘ってシリコン窒化膜５１１及びシリコン酸化膜５１２を順次堆積して、シリコン窒化膜５１１及びシリコン酸化膜５１２よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部５１３を形成する。
【００８３】
第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、第２の実施形態に比べて、コンタクトホールの構造が異なっているのみであって、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
尚、第５の実施形態においては、銅膜５０６をＣＶＤ法により堆積したが、これに代えて、メッキ法により堆積してもよい。銅膜５０６をメッキ法により堆積する場合には、窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６の下層部をスパッタ法により形成しておいてもよい。銅膜５０６をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する場合には、結晶性に優れた銅膜５０６が得られる。また、銅膜５０６をＣＶＤ法により堆積する場合には、窒化チタン膜５０５はスパッタ法により堆積してもよい。
【００８５】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８６】
まず、図１１（ａ）に示すように、半導体基板６００の上に層間絶縁膜６０１を堆積した後、該層間絶縁膜６０１に対してリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３を形成する。この場合、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。
【００８７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３を含む層間絶縁膜６０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜６０１への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜６０４を堆積した後、該窒化チタン膜６０４の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜６０５をスパッタ法により堆積し、その後、半導体基板６００に対して熱処理を行なって、銅膜６０５の結晶性を向上させると共に配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３に銅膜６０５を充填する。この場合、窒化チタン膜６０４及び銅膜６０５の合計膜厚ｔ1 を配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３の深さｄ1 よりも大きくすると、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３に窒化チタン膜６０４及び銅膜６０５を確実に充填することができる。
【００８８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４に対して層間絶縁膜６０１が露出するまで化学機械研磨を行なった後、図１２（ａ）に示すように、層間絶縁膜６０１及び銅膜６０５の上に全面に亘ってシリコン窒化膜６０６及びシリコン酸化膜６０７を順次堆積して、シリコン窒化膜６０６及びシリコン酸化膜６０７よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部６０８を形成する。
【００８９】
次に、図１２（ｂ）に示すように、銅膜６０５の上における外部接続用開口部６０８に露出している領域に、銅膜６０５の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜６０９を例えばＣＶＤ法により選択的に堆積すると、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４よりなる最上層の金属配線６１０及びアルミニウム膜６０９、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４よりなる外部接続用電極６１１が得られる。
【００９０】
第６の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態と同様の構造を有しているので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９１】
また、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、銅膜６０５の上における外部接続用開口部６０８に露出している領域にアルミニウム膜６０９を選択的に堆積するため、外部接続用開口部６０８を形成するためのマスクをアルミニウム膜６０９に合わせる必要がないので製造工程が容易になる。
【００９２】
尚、第６の実施形態においては、銅膜６０５をスパッタ法により堆積したが、これに代えて、ＣＶＤ法又はメッキ法により堆積してもよい。
【００９３】
また、第１〜第６の実施形態においては、銅膜の下側に窒化チタン膜又はタンタル膜よりなるバリア層を形成したが、これに代えて、チタン膜、ジルコニウム膜、ハフニウム膜、タングステン膜又はこれらの窒化膜又は炭化膜等を適宜用いることができると共に、銅膜の下側に堆積される層間絶縁膜の材質として銅が拡散しないものを用いる場合には、バリア層がなくてもよい。
【００９４】
また、第１〜第６の実施形態においては、銅膜の酸化を防止する金属膜としてアルミニウム膜を用いたが、これに代えて、耐酸化性に優れた金属膜、例えば銀膜又はパラジウム膜等を用いてもよい。
【００９５】
また、銅膜等の第１の金属膜とアルミニウム膜等の第２の金属膜とが反応することにより接合特性又はコンタクト特性に不良が生じる恐れがある場合には、第１の金属膜と第２の金属膜との間に、両者の反応を阻止するＴｉＮ膜又はＴｉＷ等のバリア膜を介在させることが好ましい。
【００９６】
また、第１の金属膜としては、銅膜又は銅の合金膜に代えて、低抵抗性の金属膜を適宜用いることができる。
【００９７】
また、第１〜第６の実施形態においては、配線用凹部と外部電極用凹部とは同じ工程で同じ深さに形成したが、異なる深さでもよいと共に異なる工程において形成してもよい。
【００９８】
さらに、第１〜第６の実施形態においては、外部接続用電極における外部接続用開口部に露出する全領域はアルミニウム膜によって覆われていたが、必ずしも全領域が覆われていなくてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によると、ボンディングワイヤ又はバンプは、外部接続用電極を構成する耐酸化性に優れた第２の金属膜に対して接合されるため、半導体基板が２００℃程度に加熱された状態で外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強度が向上する。また、第１の金属として、第２の金属に比べて、耐酸化性に劣るが、抵抗率が小さく且つ耐エレクトロマイグレーションが高い金属を用いることができるので、半導体装置の低抵抗化を図ることができると共に信頼性を向上させることができる。
【０１００】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極が、最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜に埋め込まれるように形成されていると、金属配線及び外部接続用電極の上に形成される保護膜の形成工程及び外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合する工程が容易になる。
【０１０１】
本発明の半導体装置において、第２の金属膜が第１の金属膜における周縁部を除く領域に形成されていると、ボンディングワイヤ又はバンプが接合される領域の酸化を防止しつつ低抵抗化を図ることが可能になる。
【０１０２】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極が層間絶縁膜との間に形成されたバリア層を有していると、金属配線及び外部接続用電極を構成する第１の金属が層間絶縁膜に拡散する事態を防止することができる。
【０１０３】
本発明の半導体装置において、第１の金属が銅又は銅の合金であり、第２の金属がアルミニウム又はアルミニウムの合金であると、外部接続用電極の表面の酸化を防止して接触抵抗の低減及び接合強度の向上を図りつつ、金属配線の低抵抗化及び耐エレクトロマイグレーション特性を向上させることができる。
【０１０４】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する埋め込み型の外部接続用電極を形成することができるため、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強度が向上する半導体装置を確実に製造することができる。
【０１０５】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程が、第１の金属膜をスパッタリング法により堆積した後、熱処理により流動させて配線用凹部に充填する工程を含むと、汎用性を有する装置を用いて確実に埋め込み配線を形成することができる。
【０１０６】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程が、第１の金属膜をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する工程を含むと、結晶性に優れた第１の金属膜を堆積することができる。
【０１０７】
第１の半導体装置の製造方法において、凹部形成工程が、配線用凹部の下側にコンタクトホールを形成する工程を含み、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をコンタクトホールが充填されるように堆積する工程を含むと、金属配線と該金属配線の下側の半導体素子又は配線層とを接続する接続部を金属配線と同じ工程で形成できるので、製造工程の低減を図ることができる。
【０１０８】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程が層間絶縁膜と第１の金属膜との間にバリア層を形成する工程を含むと、金属配線及び外部接続用電極を構成する第１の金属が層間絶縁膜に拡散し難い半導体装置を製造することができる。
【０１０９】
第１の半導体装置の製造方法において、第２の金属膜堆積工程が、第１の金属膜の上に絶縁膜を介して第２の金属膜を堆積する工程を含むと、第１の金属膜及び第２の金属膜を除去する工程において、第１の金属膜と第２の金属膜とが同時に研磨剤又は洗浄剤に浸けられても、第１の金属膜と第２の金属膜との間に電池効果が生じないため、第１の金属膜又は第２の金属膜が腐食する事態を回避できる。また、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを絶縁膜が破断するように接合する工程を備えていると、第１の金属膜と第２の金属膜との導通を確保することができる。
【０１１０】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する外部接続用電極を形成することができるため、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強度が向上する半導体装置を確実に製造することができる。
【０１１１】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の金属が銅又は銅の合金であり、第２の金属がアルミニウム又はアルミニウムの合金であると、金属配線の低抵抗化及び耐エレクトロマイグレーション特性が向上していると共に、外部接続用電極の接触抵抗が低減し且つ接合強度が向上している半導体装置を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る半導体装置の保護膜を除いた状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す図３におけるＸ−Ｘ線の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す図３におけるＸ−Ｘ線の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は第４の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は第５の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 半導体基板
１０１ 層間絶縁膜
１０２ 配線用凹部
１０３ 外部電極用凹部
１０４ タンタル膜
１０５ 銅膜
１０６ アルミニウム膜
１０７ 金属配線
１０８ 外部接続用電極
１０９ シリコン窒化膜
１１０ シリコン酸化膜
１１１ 外部接続用開口部
２００ 半導体基板
２０１ 第１の層間絶縁膜
２０２ 第１の金属配線
２０３ 第２の層間絶縁膜
２０４ 第１のレジストパターン
２０５ 配線用凹部
２０６ 外部電極用凹部
２０７ 第２のレジストパターン
２０８ コンタクトホール
２０９ 窒化チタン膜
２１０ 銅膜
２１１ アルミニウム膜
２１２ 金属配線
２１３ 外部接続用電極
２１４ シリコン窒化膜
２１５ シリコン酸化膜
２１６ 外部接続用開口部
３００ 半導体基板
３０１ 第１の層間絶縁膜
３０２ 第１の金属配線
３０３ 第２の層間絶縁膜
３０４ 第１のレジストパターン
３０５ コンタクトホール
３０６ 外部電極用凹部
３０７ 第２のレジストパターン
３０８ 配線用凹部
３０９ 窒化チタン膜
３１０ 銅膜
３１１ アルミニウム膜
３１２ 金属配線
３１３ 外部接続用電極
３１４ シリコン窒化膜
３１５ シリコン酸化膜
３１６ 外部接続用開口部
４００ 半導体基板
４０１ 第１の層間絶縁膜
４０２ 第１の金属配線
４０３ 第２の層間絶縁膜
４０４ 窒化チタン膜
４０５ 銅膜
４０６ 絶縁膜
４０７ アルミニウム膜
４０８ 金属配線
４０９ 外部接続用電極
４１０ シリコン窒化膜
４１１ シリコン酸化膜
４１２ 外部接続用開口部
５００ 半導体基板
５０１ 層間絶縁膜
５０２ 配線用凹部
５０３ 外部電極用凹部
５０４ コンタクトホール
５０５ 窒化チタン膜
５０６ 銅膜
５０７ アルミニウム膜
５０８ 金属配線
５０９ 外部接続用電極
５１０ コンタクト
５１１ シリコン窒化膜
５１２ シリコン酸化膜
５１３ 外部接続用開口部
６００ 半導体基板
６０１ 層間絶縁膜
６０２ 配線用凹部
６０３ 外部電極用凹部
６０４ 窒化チタン膜
６０５ 銅膜
６０６ シリコン窒化膜
６０７ シリコン酸化膜
６０８ 外部接続用開口部
６０９ アルミニウム膜
６１０ 金属配線
６１１ 外部接続用電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極と備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極と備えた半導体装置においては、金属配線及び外部接続用電極を構成する材料としては、電気的抵抗が小さいこと及び形成工程が容易であること等を総合的に考慮してアルミニウム又はアルミニウム合金が主に使用されてきた。
【０００３】
ところが、近年、半導体集積回路の高集積化、高速化及び高信頼性の要請がますます強くなってきたので、アルミニウム系金属よりも小さい体積抵抗率及びアルミニウム系金属よりも高いエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性を有する銅又は銅合金が次世代の配線材料として注目されている。
【０００４】
ところで、銅膜に対してドライエッチングを行なうことは困難であるため、例えば特開平７−８６２８２号公報に示されるように、層間絶縁膜の上に、該層間絶縁膜に形成された配線用凹部及び外部電極用凹部を含む全面に亘って銅膜を堆積した後、該銅膜に対して例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）を行なうことにより、銅の埋め込み配線を形成する方法が提案されている。
【０００５】
以下、従来の銅の埋め込み配線を形成する方法について、図１３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０００６】
まず、図１３（ａ）に示すように、半導体素子（図示は省略している。）が形成されている半導体基板１０の上に堆積された層間絶縁膜１１に、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて配線用凹部１２及び外部電極用凹部１３を形成する。
【０００７】
次に、図１３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１の上に銅膜のバリア層となる窒化チタン膜１４を堆積した後、窒化チタン膜１４の上に金属配線及び外部接続用電極となる銅膜１５を全面に亘って順次堆積し、その後、半導体基板１０に対して熱処理を施して、銅膜１５を配線用凹部１２及び外部電極用凹部１３に充填する。
【０００８】
次に、図１３（ｃ）に示すように、銅膜１５及び窒化チタン膜１４に対して層間絶縁膜１１が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜１５及び窒化チタン膜１４よりなる金属配線１６及び外部接続用電極１７を形成する。
【０００９】
次に、図１３（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１１、金属配線１６及び外部接続用電極１７の上に全面に亘ってシリコン窒化膜１８及びシリコン酸化膜１９を順次堆積して、シリコン窒化膜１８及びシリコン酸化膜１９よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部２０を形成する。
【００１０】
次に、図示は省略しているが、半導体基板１０を２００℃程度に加熱した状態で外部接続用電極１７にボンディングワイヤをボンデングすると、半導体基板１０上に形成されている半導体素子と外部とを電気的に接続することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体装置においては、以下に説明するような問題がある。すなわち、半導体基板１０を２００℃程度に加熱した状態で外部接続用電極１７にワイヤボンディングを行なうと、外部接続用電極１７における外部接続用開口部２０に露出している領域に銅の酸化膜が形成されてしまう。そして、外部接続用電極１７の表面に銅の酸化膜が形成されると、接触抵抗が高くなったり接合強度が弱くなったりする。つまり、配線材料をアルミニウムから銅に代えて低抵抗化とエレクトロマイグレーションの緩和による信頼性の向上とを図っているにも拘わらず、外部接続用電極における接触抵抗の増大及び接合強度の低下という新たな問題が発生してしまう。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、外部接続用電極の表面に金属酸化膜が形成されないようにして、外部接続用電極における接触抵抗の低減及び接合強度の向上を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極とを備えた半導体装置を前提とし、金属配線は第１の金属よりなり、外部接続用電極は、第１の金属よりなる第１の金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され、第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜とから構成されている。
【００１４】
本発明の半導体装置によると、外部接続用電極は、第１の金属よりなる第１の金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜とから構成されているため、ボンディングワイヤ又はバンプは耐酸化性に優れた第２の金属膜に対して接合される。
【００１５】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極は、最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜にそれぞれ埋め込まれるように形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体装置において、第２の金属膜は、第１の金属膜における周縁部を除く領域の上に形成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極は、最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜との間に形成され、第１の金属の層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を有していることが好ましい。
【００１８】
本発明の半導体装置において、第１の金属は、銅又は銅の合金であり、第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、配線用凹部及び外部電極用凹部を含む層間絶縁膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部が充填される一方、外部電極用凹部の上部に空間が残るように堆積する第１の金属膜堆積工程と、第１の金属膜の上に、第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を堆積する第２の金属膜堆積工程と、第２の金属膜及び第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去することにより、配線用凹部に第１の金属膜よりなる金属配線を形成すると共に、外部電極用凹部に第１の金属膜と第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成する配線形成工程とを備えている。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法によると、配線用凹部及び外部電極用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部が充填される一方、外部電極用凹部の上部に空間が残るように堆積した後、第１の金属膜の上に該第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を堆積し、その後、第２の金属膜及び第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去するため、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する埋め込み型の外部接続用電極を形成することができる。
【００２１】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をスパッタリング法により堆積した後、該第１の金属膜を熱処理により流動させて配線用凹部に充填する工程を含むことが好ましい。
【００２２】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する工程を含むことが好ましい。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法において、凹部形成工程は、配線用凹部の下側にコンタクトホールを形成する工程を含み、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をコンタクトホールが充填されるように堆積する工程を含むことが好ましい。
【００２４】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程は、層間絶縁膜と第１の金属膜との間に、第１の金属の層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
第１の半導体装置の製造方法において、第２の金属膜堆積工程は、第１の金属膜の上に絶縁膜を介して第２の金属膜を堆積する工程を含み、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを絶縁膜が破断するように接合する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、配線用凹部及び外部電極用凹部を含む層間絶縁膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部及び外部電極用凹部が充填されるように堆積する第１の金属膜堆積工程と、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去することにより、配線用凹部に第１の金属膜よりなる金属配線を形成する金属配線形成工程と、外部電極用凹部に残存する第１の金属膜の上に、第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を選択的に堆積することにより、第１の金属膜と第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成する外部接続用電極形成工程とを備えている。
【００２７】
第２の半導体装置の製造方法によると、配線用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を配線用凹部が充填されるように堆積した後、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去するため、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができる。また、外部電極用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を外部電極用凹部が充填されるように堆積した後、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去し、その後、外部電極用凹部に残存する第１の金属膜の上に第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を選択的に堆積するため、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する外部接続用電極を形成することができる。
【００２８】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の金属は、銅又は銅の合金であり、第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。尚、以下の各実施形態においては、半導体基板に形成されているトランジスタ素子等と金属配線とを接続するためのコンタクトホール、及び下層の金属配線と上層の金属配線とを接続するビアホールを便宜上コンタクトホールと総称する。
【００３０】
まず、図１（ａ）に示すように、トランジスタ素子、容量素子及び金属配線等のＬＳＩ構成要素（図示は省略している。）が形成された半導体基板１００の上にシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜１０１を堆積した後、該層間絶縁膜１０１に対してリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３を形成する。この場合、配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。尚、図１（ａ）においては図示は省略しているが、複数の配線用凹部１０２のうちのいずれかの底部には、下層配線、又は下層配線又はＬＳＩ構成要素と連通するコンタクトホールに埋め込まれたプラグが露出している。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３を含む層間絶縁膜１０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜１０１への拡散を阻止するバリア層となるタンタル膜１０４を堆積した後、該タンタル膜１０４の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜１０５をスパッタ法により堆積する。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１００に対して熱処理を施して、銅膜１０５を構成する銅の結晶性を向上させつつ該銅膜１０５を配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３に流入させる。この場合、銅膜１０５が配線用凹部１０２には充填される一方、外部電極用凹部１０３には上部に空間が形成されるようにしておく。
【００３３】
ところで、配線用凹部１０２の幅寸法がタンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 の約２倍よりも小さい場合には、配線用凹部１０２にタンタル膜１０４及び銅膜１０５が充填される。また、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 が、外部電極用凹部１０３の深さｄ1 よりも小さく且つ外部電極用凹部１０３の幅の１／２よりも小さい場合には、外部電極用凹部１０３はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填されない。例えば、配線用凹部１０２の深さｄ1 が０．８μｍで且つ幅Ｗ1 が１．０μｍであり、外部電極用凹部１０３の深さｄ1 が０．８μｍで且つ幅Ｗ2 が１００μｍであって、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 が０．６μｍであると仮定すると、配線用凹部１０２の幅Ｗ1:０．８μｍは合計膜厚ｔ1:０．６μｍの２倍（１．２μｍ）よりも小さいので、配線用凹部１０２はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填されるが、外部電極用凹部１０３の幅Ｗ2:１００μｍは合計膜厚ｔ1:０．６μｍの２倍よりも大きいので、外部電極用凹部１０３はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填されない。
【００３４】
尚、金属配線の抵抗値をできるだけ小さくするためには、タンタル膜１０４の膜厚を薄くする必要があり、タンタル膜１０４の膜厚は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
もっとも、銅膜１０５を構成する銅又は銅合金の組成によって流動特性が異なるので、合計膜厚ｔ1 が配線用凹部１０２の幅Ｗ1 の１／２以下で且つ配線用凹部１０２の深さｄ1 よりも小さい場合であっても、配線用凹部１０２がタンタル膜１０４及び銅膜１０５により充填されるように、銅又は銅合金の組成に応じて合計膜厚ｔ1 を設定することが好ましい。
【００３６】
次に、図２（ａ）に示すように、銅膜１０５の上に、銅膜１０５の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜１０６を堆積する。この場合、タンタル膜１０４、銅膜１０５及びアルミニウム膜１０６の合計膜厚ｔ2 が外部電極用凹部１０３の深さｄ1 よりも大きくなるように、アルミニウム膜１０６の膜厚を設定する。このようにすると、外部電極用凹部１０３はタンタル膜１０４、銅膜１０５及びアルミニウム膜１０６によって充填される。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、アルミニウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル膜１０４に対して層間絶縁膜１０１が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜１０５及びタンタル膜１０４よりなる最上層の金属配線１０７及びアルミニウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル膜１０４よりなる外部接続用電極１０８をそれぞれ形成する。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１０１、金属配線１０７及び外部接続用電極１０８の上に全面に亘ってシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０を順次堆積して、シリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部１１１を形成する。この場合、外部接続用電極１０８の大きさは通常５０μｍ〜１００μｍであるから、外部接続用開口部１１１の大きさを外部電極用凹部１０３の大きさよりも５μｍ程度小さくしておけば、外部接続用電極１０８におけるアルミニウム膜１０６により覆われていない領域はシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０により覆われることになる。
【００３９】
また、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ1 は通常０．５〜２．０μｍ程度であるから、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム膜１０６が外部接続用開口部１１１に露出する一方、銅膜１０５が外部接続用開口部１１１に露出しないように加工することは容易である。
【００４０】
第１の実施形態に係る半導体装置によると、最上層の金属配線１０７は銅膜１０５及びタンタル層１０４によって構成されているので、低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの緩和が図られており、また、外部接続用電極１０８はアルミニウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル層１０４によって構成されており、表面部には銅膜１０５よりも耐酸化性の強いアルミニウム膜１０６が存在しているので、大気雰囲気中において且つ２００℃程度の温度下でワイヤボンディング工程又はフリップチップ実装におけるバンプ接合工程を確実に行なうことが可能になる。
【００４１】
従って、第１の実施形態に係る半導体装置によると、金属配線の低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの抑制を図りつつ、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００４２】
また、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、従来の半導体装置の製造方法に比べてフォトリソグラフィー工程数を増大させることなく、外部接続用電極の表面部を耐酸化性の大きい金属膜により構成できるので、製造コストの増大を招くことなく、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００４３】
また、ワイヤボンディング工程又はバンプ接合を大気中で行なうことができるので、特殊な雰囲気下で行なう場合に生じる製造コストの増大を抑制できる。
【００４４】
尚、第１の実施形態においては、外部接続用電極１０８におけるアルミニウム膜１０６により覆われていない領域はシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸化膜１１０により覆われているが、これに代えて、外部接続用電極１０８における少なくともボンディングワイヤー又はバンプが接合される領域がアルミニウム膜１０６により覆われておればよい。つまり、図２（ｃ）において、銅膜１０５の周縁部が外部接続用開口部１１１に露出していてもよい。
【００４５】
また、第１の実施形態においては、銅膜１０５をスパッタ法による堆積した後、熱処理を行なって充填したが、これに代えて、銅膜を含むソースを用いる化学気相成長（ＣＶＤ）法又はメッキ法等により銅膜１０５を堆積してもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図３、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図３は第２の実施形態に係る半導体装置における保護膜を除いた状態の平面構造を示し、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、図３におけるＸ−Ｘ線の断面構造を示している。
【００４７】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板２００の上に第１の層間絶縁膜２０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜２０１に第１の金属配線２０２を形成し、その後、第１の金属配線２０２及び第１の層間絶縁膜２０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜２０３を堆積する。次に、第２の層間絶縁膜２０３の上に第１のレジストパターン２０４を形成した後、該第１のレジストパターン２０４をマスクとして第２の層間絶縁膜２０３に対してエッチングを行なって、第２の層間絶縁膜２０３に配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６を形成する。この場合、配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜２０３の上に第２のレジストパターン２０７を形成した後、該第２のレジストパターン２０７をマスクとして第２の層間絶縁膜２０３及び第１の層間絶縁膜２０１に対してエッチングを行なって、図４（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜２０３に第１の金属配線２０２と接続するコンタクトホール（深さ：ｄ2 ）２０８を形成すると共に、外部電極用凹部２０６を第２の層間絶縁膜２０３に至るまで掘り下げる。
【００４９】
次に、図５（ａ）に示すように、配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６を含む第２の層間絶縁膜２０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜２０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜２０９を堆積した後、該窒化チタン膜２０９の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜２１０をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板２００に対して熱処理を行なって銅膜２１０の結晶性を向上させる。
【００５０】
ところで、窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０の合計膜厚ｔ1 を、配線用凹部２０５の深さｄ1 よりも大きく、配線用凹部２０５及びコンタクトホール２０８の合計深さ（ｄ1 ＋ｄ2 ）よりも小さく且つコンタクトホール２０８の直径の１／２よりも大きくすると、合計膜厚ｔ1 は外部電極用凹部２０６の幅よりも十分に小さいので、配線用凹部２０５及びコンタクトホール２０８は窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填される一方、外部電極用凹部２０６は窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填されない。
【００５１】
次に、銅膜２１０の上に、銅膜２１０の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜２１１を堆積する。この場合、窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１の合計膜厚ｔ2 が、掘り下げられた外部電極用凹部１０３の深さよりも大きくなるようにアルミニウム膜２１１の膜厚を設定する。このようにすると、外部電極用凹部１０３は窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充填される。例えば、配線用凹部２０５の深さｄ1 ＝０．８μｍ、コンタクトホール２０８の深さｄ2 ＝１．０μｍである場合、窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０の合計膜厚ｔ1 を１．０μｍ、アルミニウム膜２１１の膜厚を１．０μｍとすると、配線用凹部２０５は幅寸法の如何に拘わらず窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填されると共に、外部電極用凹部２０６は窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充填される。
【００５２】
尚、金属配線の抵抗値をできるだけ小さくするためには、窒化チタン膜２０９の膜厚を薄くする必要があり、窒化チタン膜２０９の膜厚は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
また、第２の実施形態においては、アルミニウム膜２１１の膜厚を１．０μｍに設定して、外部電極用凹部２０６を窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充填したが、後に行なう化学機械研磨によりアルミニウム膜２１１が薄膜化して、ボンディングワイヤ又はバンプがアルミニウム膜２１１から剥離する恐れがなければ、外部電極用凹部２０６は完全に充填されていなくてもよい。
【００５４】
次に、図３及び図５（ｂ）に示すように、アルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９に対して第２の層間絶縁膜２０３が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９よりなる最上層の金属配線２１２及びアルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９よりなる外部接続用電極２１３をそれぞれ形成する。
【００５５】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜２０３、金属配線２１２及び外部接続用電極２１３の上に全面に亘ってシリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１５を順次堆積して、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１５よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部２１６を形成する。
【００５６】
第２の実施形態に係る半導体装置によると、最上層の金属配線２１２は銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９によって構成されているので、低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの緩和が図られており、また、外部接続用電極２１３はアルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９によって構成されており、表面部には銅膜２１０よりも耐酸化性の強いアルミニウム膜２１１が存在しているので、大気雰囲気中において且つ２００℃程度の温度下でワイヤボンディング工程又はフリップチップ実装におけるバンプ接合工程を確実に行なうことが可能になる。
【００５７】
従って、第２の実施形態に係る半導体装置によると、金属配線の低抵抗化及びエレクトロマイグレーションの抑制を図りつつ、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００５８】
また、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、従来の半導体装置の製造方法に比べてフォトリソグラフィー工程数を増大させることなく、外部接続用電極の表面部を耐酸化性の大きい金属膜により構成できるので、製造コストの増大を招くことなく、接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができる。
【００５９】
また、ワイヤボンディング工程又はバンプ接合を大気中で行なうことができるので、特殊な雰囲気下で行なう場合に生じる製造コストの増大を抑制できる。
【００６０】
尚、第２の実施形態においては、銅膜２１０をＣＶＤ法により形成したが、これに代えて、スパッタ法により銅膜２１０を堆積した後、熱処理を行なって充填してもよいし、メッキ法により銅膜２１０形成してもよい。
【００６１】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００６２】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板３００の上に第１の層間絶縁膜３０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜３０１に第１の金属配線３０２を形成し、その後、第１の金属配線３０２及び第１の層間絶縁膜３０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜３０３を堆積する。次に、第２の層間絶縁膜３０３の上に第１のレジストパターン３０４を形成した後、該第１のレジストパターン３０４をマスクとして第２の層間絶縁膜３０３に対してエッチングを行なって、第２の層間絶縁膜３０３に第１の金属配線３０２と接続するコンタクトホール３０５及び外部電極用凹部３０６をそれぞれ形成する。
【００６３】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜３０３の上に第２のレジストパターン３０７を形成した後、該第２のレジストパターン３０７をマスクとして第２の層間絶縁膜３０３及び第１の層間絶縁膜３０１に対してエッチングを行なって、図６（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜３０３に配線用凹部３０８を形成すると共に、外部電極用凹部３０６を第２の層間絶縁膜３０３に至るまで掘り下げる。
【００６４】
次に、図７（ａ）に示すように、配線用凹部３０８及び外部電極用凹部３０６を含む第２の層間絶縁膜３０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜３０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜３０９を堆積した後、該窒化チタン膜３０９の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜３１０をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板３００に対して熱処理を行なって銅膜３１０の結晶性を向上させた後、銅膜３１０の上に、銅膜３１０の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜３１１を堆積する。
【００６５】
次に、図７（ｂ）に示すように、アルミニウム膜３１１、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９に対して第２の層間絶縁膜３０３が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９よりなる最上層の金属配線３１２及びアルミニウム膜３１１、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９よりなる外部接続用電極３１３をそれぞれ形成する。
【００６６】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜３０３、金属配線３１２及び外部接続用電極３１３の上に全面に亘ってシリコン窒化膜３１４及びシリコン酸化膜３１５を順次堆積して、シリコン窒化膜３１４及びシリコン酸化膜３１５よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部３１６を形成する。
【００６７】
第３の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、第２の実施形態に比べて、配線用凹部の形成工程とコンタクトホールの形成工程との順序が異なっているのみであって、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００６９】
まず、第２の実施形態と同様、図８（ａ）に示すように、半導体基板４００の上に第１の層間絶縁膜４０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜４０１に第１の金属配線４０２を形成する。次に、第１の金属配線４０２及び第１の層間絶縁膜４０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜４０３を堆積した後、第２の層間絶縁膜４０３にコンタクトホール、配線用凹部及び外部電極用凹部をそれぞれ形成する。次に、第２の層間絶縁膜４０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜４０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜４０４を堆積した後、該窒化チタン膜４０４の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜４０５をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板４００に対して熱処理を行なって銅膜４０５の結晶性を向上させる。
【００７０】
次に、銅膜４０５の上に窒化シリコン膜等よりなる絶縁膜４０６を堆積した後、該絶縁膜４０６の上に、銅膜４０５の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜４０７を堆積する。
【００７１】
ところで、第２の実施形態のように、第１の金属膜例えば銅膜の上に該第１の金属膜の酸化を抑制する第２の金属膜例えばアルミニウム膜を堆積すると、化学機械研磨工程又は洗浄工程において第１の金属膜と第２の金属膜とが同時に研磨剤又は洗浄液に浸されるため、研磨剤、洗浄液、第１の金属膜及び第２の金属膜の種類によっては、電池効果により第１の金属膜又は第２の金属膜が腐食する恐れがある。
【００７２】
そこで、第４の実施形態においては、第１の金属膜である銅膜４０５と第２の金属膜であるアルミニウム膜４０７との間に絶縁膜４０６を介在させている。このようにすると、銅膜４０５とアルミニウム膜４０７との間に電流が流れず電池効果が生じないので、第１の金属膜又は第２の金属膜に腐食が発生する事態を防止できる。
【００７３】
次に、図８（ｂ）に示すように、アルミニウム膜４０７、絶縁膜４０６、銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４に対して第２の層間絶縁膜４０３が露出するまで化学機械研磨を行なって、アルミニウム膜４０７、絶縁膜４０６、銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４よりなる最上層の金属配線４０８及び銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４よりなる外部接続用電極４０９をそれぞれ形成する。尚、金属配線４０８を構成する絶縁膜４０６の絶縁性に伴う弊害を除去する方法については後述する。
【００７４】
次に、図８（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜４０３、金属配線４０８及び外部接続用電極４０９の上に全面に亘ってシリコン窒化膜４１０及びシリコン酸化膜４１１を順次堆積して、シリコン窒化膜４１０及びシリコン酸化膜４１１よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部４１２を形成する。
【００７５】
次に、図８（ｄ）に示すように、外部接続用電極４０９にボンディングワイヤ４１３を接合する。この接合工程において、絶縁膜４０６に熱、振動又は衝撃が加えられるため、絶縁膜４０６が破断するので、アルミニウム膜４０７と銅膜４０５とは導通状態になる。このような観点から、絶縁膜４０６の膜厚としては５ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。この程度の膜厚にすると、銅膜４０５とアルミニウム膜４０７とが同時に研磨剤又は洗浄液に浸っても電池効果が生じないと共に、外部接続用電極４０９にボンディングワイヤ４１３を接合する工程において、絶縁膜４０６を確実に破断させることができる。
【００７６】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００７７】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板５００の上に層間絶縁膜５０１を堆積した後、該層間絶縁膜５０１に対してリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５０３を形成する。この場合、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５０３の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。
【００７８】
次に、図９（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５０１の上にレジストパターン５０３を形成した後、該レジストパターン５０３をマスクとして層間絶縁膜５０１に対してエッチングを行なって、図９（ｃ）に示すように、配線用凹部５０２の下側にコンタクトホール５０４を形成する。
【００７９】
次に、図１０（ａ）に示すように、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５０３を含む層間絶縁膜５０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜５０１への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜５０５を堆積した後、該窒化チタン膜５０５の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜５０６をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板５００に対して熱処理を行なって、銅膜５０６の結晶性を向上させると共に配線用凹部５０２及びコンタクトホール５０４に銅膜５０６を充填する。この場合、窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６の合計膜厚ｔ1 を、外部電極用凹部５０３の深さｄ1 よりも小さく、配線用凹部５０２の幅の１／２よりも大きく且つ外部電極用凹部５０３の幅の１／２よりも小さくすることによって、配線用凹部５０２及びコンタクトホール５０４が窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６により充填される一方、外部電極用凹部５０３は窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６によって充填されない。
【００８０】
次に、図１０（ｂ）に示すように、銅膜５０６の上に、銅膜５０６の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜５０７を堆積する。
【００８１】
次に、図１０（ｃ）に示すように、アルミニウム膜５０７、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５に対して層間絶縁膜５０１が露出するまで化学機械研磨を行なって、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５よりなる最上層の金属配線５０８及びコンタクト５１０、並びにアルミニウム膜５０７、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５よりなる外部接続用電極５０９を形成する。
【００８２】
次に、図１０（ｄ）に示すように、層間絶縁膜５０１、金属配線５０８及び外部接続用電極５０９の上に全面に亘ってシリコン窒化膜５１１及びシリコン酸化膜５１２を順次堆積して、シリコン窒化膜５１１及びシリコン酸化膜５１２よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部５１３を形成する。
【００８３】
第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、第２の実施形態に比べて、コンタクトホールの構造が異なっているのみであって、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
尚、第５の実施形態においては、銅膜５０６をＣＶＤ法により堆積したが、これに代えて、メッキ法により堆積してもよい。銅膜５０６をメッキ法により堆積する場合には、窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６の下層部をスパッタ法により形成しておいてもよい。銅膜５０６をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する場合には、結晶性に優れた銅膜５０６が得られる。また、銅膜５０６をＣＶＤ法により堆積する場合には、窒化チタン膜５０５はスパッタ法により堆積してもよい。
【００８５】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８６】
まず、図１１（ａ）に示すように、半導体基板６００の上に層間絶縁膜６０１を堆積した後、該層間絶縁膜６０１に対してリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３を形成する。この場合、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３の深さｄ1 としては、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度である。
【００８７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３を含む層間絶縁膜６０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜６０１への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜６０４を堆積した後、該窒化チタン膜６０４の上に最上層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜６０５をスパッタ法により堆積し、その後、半導体基板６００に対して熱処理を行なって、銅膜６０５の結晶性を向上させると共に配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３に銅膜６０５を充填する。この場合、窒化チタン膜６０４及び銅膜６０５の合計膜厚ｔ1 を配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３の深さｄ1 よりも大きくすると、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３に窒化チタン膜６０４及び銅膜６０５を確実に充填することができる。
【００８８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４に対して層間絶縁膜６０１が露出するまで化学機械研磨を行なった後、図１２（ａ）に示すように、層間絶縁膜６０１及び銅膜６０５の上に全面に亘ってシリコン窒化膜６０６及びシリコン酸化膜６０７を順次堆積して、シリコン窒化膜６０６及びシリコン酸化膜６０７よりなる保護膜を形成した後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接続用開口部６０８を形成する。
【００８９】
次に、図１２（ｂ）に示すように、銅膜６０５の上における外部接続用開口部６０８に露出している領域に、銅膜６０５の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜６０９を例えばＣＶＤ法により選択的に堆積すると、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４よりなる最上層の金属配線６１０及びアルミニウム膜６０９、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４よりなる外部接続用電極６１１が得られる。
【００９０】
第６の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態と同様の構造を有しているので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９１】
また、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、銅膜６０５の上における外部接続用開口部６０８に露出している領域にアルミニウム膜６０９を選択的に堆積するため、外部接続用開口部６０８を形成するためのマスクをアルミニウム膜６０９に合わせる必要がないので製造工程が容易になる。
【００９２】
尚、第６の実施形態においては、銅膜６０５をスパッタ法により堆積したが、これに代えて、ＣＶＤ法又はメッキ法により堆積してもよい。
【００９３】
また、第１〜第６の実施形態においては、銅膜の下側に窒化チタン膜又はタンタル膜よりなるバリア層を形成したが、これに代えて、チタン膜、ジルコニウム膜、ハフニウム膜、タングステン膜又はこれらの窒化膜又は炭化膜等を適宜用いることができると共に、銅膜の下側に堆積される層間絶縁膜の材質として銅が拡散しないものを用いる場合には、バリア層がなくてもよい。
【００９４】
また、第１〜第６の実施形態においては、銅膜の酸化を防止する金属膜としてアルミニウム膜を用いたが、これに代えて、耐酸化性に優れた金属膜、例えば銀膜又はパラジウム膜等を用いてもよい。
【００９５】
また、銅膜等の第１の金属膜とアルミニウム膜等の第２の金属膜とが反応することにより接合特性又はコンタクト特性に不良が生じる恐れがある場合には、第１の金属膜と第２の金属膜との間に、両者の反応を阻止するＴｉＮ膜又はＴｉＷ等のバリア膜を介在させることが好ましい。
【００９６】
また、第１の金属膜としては、銅膜又は銅の合金膜に代えて、低抵抗性の金属膜を適宜用いることができる。
【００９７】
また、第１〜第６の実施形態においては、配線用凹部と外部電極用凹部とは同じ工程で同じ深さに形成したが、異なる深さでもよいと共に異なる工程において形成してもよい。
【００９８】
さらに、第１〜第６の実施形態においては、外部接続用電極における外部接続用開口部に露出する全領域はアルミニウム膜によって覆われていたが、必ずしも全領域が覆われていなくてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によると、ボンディングワイヤ又はバンプは、外部接続用電極を構成する耐酸化性に優れた第２の金属膜に対して接合されるため、半導体基板が２００℃程度に加熱された状態で外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強度が向上する。また、第１の金属として、第２の金属に比べて、耐酸化性に劣るが、抵抗率が小さく且つ耐エレクトロマイグレーションが高い金属を用いることができるので、半導体装置の低抵抗化を図ることができると共に信頼性を向上させることができる。
【０１００】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極が、最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜に埋め込まれるように形成されていると、金属配線及び外部接続用電極の上に形成される保護膜の形成工程及び外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合する工程が容易になる。
【０１０１】
本発明の半導体装置において、第２の金属膜が第１の金属膜における周縁部を除く領域に形成されていると、ボンディングワイヤ又はバンプが接合される領域の酸化を防止しつつ低抵抗化を図ることが可能になる。
【０１０２】
本発明の半導体装置において、金属配線及び外部接続用電極が層間絶縁膜との間に形成されたバリア層を有していると、金属配線及び外部接続用電極を構成する第１の金属が層間絶縁膜に拡散する事態を防止することができる。
【０１０３】
本発明の半導体装置において、第１の金属が銅又は銅の合金であり、第２の金属がアルミニウム又はアルミニウムの合金であると、外部接続用電極の表面の酸化を防止して接触抵抗の低減及び接合強度の向上を図りつつ、金属配線の低抵抗化及び耐エレクトロマイグレーション特性を向上させることができる。
【０１０４】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する埋め込み型の外部接続用電極を形成することができるため、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強度が向上する半導体装置を確実に製造することができる。
【０１０５】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程が、第１の金属膜をスパッタリング法により堆積した後、熱処理により流動させて配線用凹部に充填する工程を含むと、汎用性を有する装置を用いて確実に埋め込み配線を形成することができる。
【０１０６】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程が、第１の金属膜をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する工程を含むと、結晶性に優れた第１の金属膜を堆積することができる。
【０１０７】
第１の半導体装置の製造方法において、凹部形成工程が、配線用凹部の下側にコンタクトホールを形成する工程を含み、第１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をコンタクトホールが充填されるように堆積する工程を含むと、金属配線と該金属配線の下側の半導体素子又は配線層とを接続する接続部を金属配線と同じ工程で形成できるので、製造工程の低減を図ることができる。
【０１０８】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の金属膜堆積工程が層間絶縁膜と第１の金属膜との間にバリア層を形成する工程を含むと、金属配線及び外部接続用電極を構成する第１の金属が層間絶縁膜に拡散し難い半導体装置を製造することができる。
【０１０９】
第１の半導体装置の製造方法において、第２の金属膜堆積工程が、第１の金属膜の上に絶縁膜を介して第２の金属膜を堆積する工程を含むと、第１の金属膜及び第２の金属膜を除去する工程において、第１の金属膜と第２の金属膜とが同時に研磨剤又は洗浄剤に浸けられても、第１の金属膜と第２の金属膜との間に電池効果が生じないため、第１の金属膜又は第２の金属膜が腐食する事態を回避できる。また、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを絶縁膜が破断するように接合する工程を備えていると、第１の金属膜と第２の金属膜との導通を確保することができる。
【０１１０】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する外部接続用電極を形成することができるため、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強度が向上する半導体装置を確実に製造することができる。
【０１１１】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、第１の金属が銅又は銅の合金であり、第２の金属がアルミニウム又はアルミニウムの合金であると、金属配線の低抵抗化及び耐エレクトロマイグレーション特性が向上していると共に、外部接続用電極の接触抵抗が低減し且つ接合強度が向上している半導体装置を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る半導体装置の保護膜を除いた状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す図３におけるＸ−Ｘ線の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す図３におけるＸ−Ｘ線の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は第４の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は第５の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 半導体基板
１０１ 層間絶縁膜
１０２ 配線用凹部
１０３ 外部電極用凹部
１０４ タンタル膜
１０５ 銅膜
１０６ アルミニウム膜
１０７ 金属配線
１０８ 外部接続用電極
１０９ シリコン窒化膜
１１０ シリコン酸化膜
１１１ 外部接続用開口部
２００ 半導体基板
２０１ 第１の層間絶縁膜
２０２ 第１の金属配線
２０３ 第２の層間絶縁膜
２０４ 第１のレジストパターン
２０５ 配線用凹部
２０６ 外部電極用凹部
２０７ 第２のレジストパターン
２０８ コンタクトホール
２０９ 窒化チタン膜
２１０ 銅膜
２１１ アルミニウム膜
２１２ 金属配線
２１３ 外部接続用電極
２１４ シリコン窒化膜
２１５ シリコン酸化膜
２１６ 外部接続用開口部
３００ 半導体基板
３０１ 第１の層間絶縁膜
３０２ 第１の金属配線
３０３ 第２の層間絶縁膜
３０４ 第１のレジストパターン
３０５ コンタクトホール
３０６ 外部電極用凹部
３０７ 第２のレジストパターン
３０８ 配線用凹部
３０９ 窒化チタン膜
３１０ 銅膜
３１１ アルミニウム膜
３１２ 金属配線
３１３ 外部接続用電極
３１４ シリコン窒化膜
３１５ シリコン酸化膜
３１６ 外部接続用開口部
４００ 半導体基板
４０１ 第１の層間絶縁膜
４０２ 第１の金属配線
４０３ 第２の層間絶縁膜
４０４ 窒化チタン膜
４０５ 銅膜
４０６ 絶縁膜
４０７ アルミニウム膜
４０８ 金属配線
４０９ 外部接続用電極
４１０ シリコン窒化膜
４１１ シリコン酸化膜
４１２ 外部接続用開口部
５００ 半導体基板
５０１ 層間絶縁膜
５０２ 配線用凹部
５０３ 外部電極用凹部
５０４ コンタクトホール
５０５ 窒化チタン膜
５０６ 銅膜
５０７ アルミニウム膜
５０８ 金属配線
５０９ 外部接続用電極
５１０ コンタクト
５１１ シリコン窒化膜
５１２ シリコン酸化膜
５１３ 外部接続用開口部
６００ 半導体基板
６０１ 層間絶縁膜
６０２ 配線用凹部
６０３ 外部電極用凹部
６０４ 窒化チタン膜
６０５ 銅膜
６０６ シリコン窒化膜
６０７ シリコン酸化膜
６０８ 外部接続用開口部
６０９ アルミニウム膜
６１０ 金属配線
６１１ 外部接続用電極
Claims (16)
- 半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極と、
前記金属配線及び前記外部接続用電極を含む前記配線層の上に形成された保護膜を備えた半導体装置において、
前記金属配線は第１の金属よりなり、
前記外部接続用電極は、前記第１の金属よりなる第１の金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され、 前記第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜とから構成され、
前記第２の金属膜の側面に、前記第１の金属膜が接しており、
前記第２の金属膜上の前記保護膜に外部接続用開口部を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記金属配線及び前記外部接続用電極は、前記最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜にそれぞれ埋め込まれるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 前記金属配線及び前記外部接続用電極は、前記第１の金属の前記層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
- 前記第１の金属膜と前記第２の金属膜との間の少なくとも一部に絶縁膜が介在していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及び第１の金属膜と、
前記金属配線及び前記第１の金属膜を含む前記配線層の上に形成された保護膜を備えた半導体装置において、
前記金属配線は第１の金属よりなり、
外部接続用電極は、前記第１の金属よりなる前記第１の金属膜の上に形成され、前記第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜から構成され、
前記第２の金属膜の側面に前記保護膜が接していることを特徴とする半導体装置。 - 前記金属配線及び前記第１の金属膜は、前記最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜にそれぞれ埋め込まれるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
- 前記金属配線及び前記第１の金属膜は、前記第１の金属の前記層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を有していることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
- 前記第１の金属は、銅又は銅の合金であり、
前記第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の半導体装置。 - 半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、
前記配線用凹部及び外部電極用凹部を含む前記層間絶縁膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、前記配線用凹部が充填される一方、前記外部電極用凹部の上部に空間が残るように堆積する第１の金属膜堆積工程と、
前記第１の金属膜の上に、前記第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を堆積する第２の金属膜堆積工程と、
前記第２の金属膜及び第１の金属膜を前記層間絶縁膜が露出するように除去することにより前記配線用凹部に前記第１の金属膜よりなる金属配線を形成すると共に、前記外部電極用凹部に前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成する配線形成工程と、
前記金属配線及び前記外部接続用電極を含む前記配線層の上に保護膜を堆積した後、前記第２の金属膜上の前記保護膜に外部接続用開口部を形成する外部接続用開口部形成工程 とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記凹部形成工程は、前記配線用凹部の下側にコンタクトホールを形成する工程を含み、
前記第１の金属膜堆積工程は、前記第１の金属膜を前記コンタクトホールが充填されるように堆積する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第２の金属膜堆積工程は、前記第１の金属膜の上に絶縁膜を介して前記第２の金属膜を堆積する工程を含み、
前記外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを前記絶縁膜が破断するように接合する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、
前記配線用凹部及び外部電極用凹部を含む前記層間絶縁膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、前記配線用凹部及び外部電極用凹部が充填されるように堆積する第１の金属膜堆積工程と、
前記第１の金属膜を前記層間絶縁膜が露出するように除去することにより、前記配線用凹部に前記第１の金属膜よりなる金属配線を形成する金属配線形成工程と、
前記外部電極用凹部に残存する前記第１の金属膜の上に、前記第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を選択的に堆積することにより、前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成する外部接続用電極形成工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第１の金属膜堆積工程は、前記第１の金属膜をスパッタリング法により堆積した後、該第１の金属膜を熱処理により流動させて前記配線用凹部に充填する工程を含むことを特徴とする請求項９又は請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の金属膜堆積工程は、前記第１の金属膜をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する工程を含むことを特徴とする請求項９又は請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の金属膜堆積工程は、前記層間絶縁膜と前記第１の金属膜との間に、前記第１の金属の前記層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９又は請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の金属は、銅又は銅の合金であり、
前記第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であることを特徴とする請求項９又は請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
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