JP3659112B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/48599—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
    • H01L2224/486—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/48617—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ボンディングパッド部（外部接続用電極）の構造に特徴を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、配線層が多層にわたって形成されるようになってきている。このため、半導体装置の製造プロセスにおいて、配線層間を電気的に接続するコンタクト層と配線層とを形成するためのプロセス数が、半導体装置の全製造プロセス数に対して占める割合が大きくなっている。したがって、現在、配線層およびコンタクト層の形成方法は、半導体装置の製造プロセスにおいて重要な位置を占める。この配線層およびコンタクト層を簡易に形成する技術として、いわゆるダマシン（Damascene）法がある。
【０００３】
このダマシン法では、あらかじめ絶縁層に所定の配線溝を形成し、この配線溝にアルミニウム合金や銅などの配線材料を堆積させた後、化学機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polish）によって余分な配線材料を研磨して除去し、配線溝内に配線材料を埋め込み、配線層を形成する。特に、配線材料として銅を用いた場合には、反応性イオンエッチングを適用することが困難であるため、ダマシン法の適用が有望視され、多くの技術が提案されている。例えば、特開平１１−１３５５０６号公報には、ダマシン法を適用した配線構造におけるボンディングパッド部の製造方法が開示されている。
【０００４】
この製造方法においては、以下のようにボンディングパッド部が形成される。すなわち、最上の絶縁層に銅配線をダマシン法によって形成する。その後、絶縁層および銅配線上に絶縁保護層を全面的に形成し、この絶縁保護層をパターニングして、ボンディングパッド部の形成領域に開口領域を形成する。次いで、レジスト層の除去工程あるいはフォトエッチング工程で銅配線の表面に形成された酸化銅の被膜をドライエッチングによって除去する。その後、アルミニウム層を堆積し、アルミニウム層が前記開口領域を覆うように選択エッチングによってパターニングする。このようにして、銅配線上にアルミニウム層が積層されたボンディングパッド部が形成される。また、この公報には、アルミニウム層を選択エッチングによってパターニングする代わりに、アルミニウム層を堆積させた後に、ＣＭＰによって余分なアルミニウム層を除去して開口領域にアルミニウム層を埋め込む方法も開示されている。
【０００５】
ボンディングパッド部の表面にアルミニウム層があることにより、金などに対するボンディング性を高めることができる。
【０００６】
しかし、この技術においては、以下のような問題を有する。
【０００７】
銅配線の形成後にアルミニウム層を選択エッチングによってパターニングする場合には、ダマシン工程に加えて、アルミニウム層の成膜、フォトリソグラフィーおよびエッチング工程を必要とし、工程数が増加する。さらに、選択エッチングによる場合には、ダマシン工程で用いないアルミニウムのエッチャーなどが必要となる。また、銅配線の形成後にアルミニウム層をＣＭＰで平坦化する場合には、ＣＭＰ工程が追加され、工程数が増加する。そして、この技術においては、露出した銅配線の表面に形成された酸化銅を酸素プラズマとフッ酸を含むガスによって除去する工程が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ダマシン法によってボンディングパッド部を含む層が形成される半導体装置の製造方法において、工程数の増加を伴うことなく、簡易な方法によって、複数の異なる材質の導電層が露出するボンディングパッド部を形成できる製造方法、および半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（半導体装置の製造方法）
本発明に係る半導体装置の製造方法は、少なくともボンディングパッド部を含む層がダマシン法によって形成され、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む。
【００１０】
（ａ）最上層の絶縁層にボンディングパッド部のための開口領域を形成する工程であって、該開口領域は、さらに所定パターンの絶縁層によって分割されて複数の部分開口部を有し、
（ｂ）前記絶縁層上に、異なる材質からなる複数の導電層を順次成膜する工程、および
（ｃ）前記複数の導電層および前記絶縁層の余分な部分を除去して、該複数の導電層および該絶縁層を平坦化することにより、前記開口領域の各前記部分開口部内に、異なる材質からなる複数の導電層が露出したボンディングパッド部を形成する工程。
【００１１】
本発明の製造方法においては、最上層の絶縁層に、ボンディングパッド部のための開口領域が形成される。そして、ボンディングパッド部のための開口領域は、所定パターンの絶縁層によって分割された複数の部分開口部を有する。前記絶縁層上に、異なる材質からなる複数の導電層が前記開口領域を埋める状態で順次堆積される。さらに、ＣＭＰなどによって前記複数の導電層および前記絶縁層を平坦化することにより、前記開口領域の各前記部分開口部内に、異なる材質からなる複数の導電層が露出した、ボンディングパッド部を形成する。
【００１２】
この製造方法によれば、異なる材質からなる複数の導電層が露出した部分が、複数所定パターンで配列したボンディングパッド部を形成できる。このボンディングパッド部は、前記複数の導電層の材質を選択することで、例えばアルミニウム、金、銅、もしくはこれらの金属の合金、ハンダなどの多様な材料を用いたワイヤあるいはバンプによるボンディングに適用でき、これらのボンディングに対して汎用性の高いボンディングパッド部を形成できる。
【００１３】
この製造方法においては、前記工程（ｂ）において、前記複数の導電層は、前記工程（ｃ）の平坦化の後に前記開口領域に残るような膜厚で形成されることが望ましい。複数の導電層の膜厚をこのように設定することで、前記開口領域の各前記部分開口部内に、異なる材質からなる複数の導電層を確実に露出した状態でボンディングパッド部を形成することができる。
【００１４】
さらに、前記工程（ａ）において、前記最上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部のための開口領域とともに、最上層の配線層のための配線溝が形成される工程を含むことが望ましい。そして、前記工程（ｂ）において、前記配線溝に主として前記配線層のための導電層を堆積することができる。
【００１５】
この態様によれば、ボンディングパッド部を形成するためのダマシン工程で、ボンディングパッド部とともに最上層の配線層を同時に形成することができる。したがって、ダマシン工程の工程数を増加させることなく、また、ダマシン工程後の他の成膜工程およびパターニング工程を付加させることなく、簡易なプロセスで配線層とともにボンディングパッド部を形成でき、歩留まりの向上およびコストの削減を図れる。
【００１６】
この態様の場合には、前記配線層のための導電層は、前記複数の導電層のうちの最も下層の導電層であることが望ましい。また、前記ボンディングパッド部のための開口部領域では、前記配線層のための導電層より上に、さらに少なくとも１層の導電層が堆積される。前記配線層のための導電層より上の導電層は、各種の導電材料を用いたバンプあるいはワイヤなどによるボンディングに対応できるように、材質が選択されることが望ましい。
【００１７】
本発明にかかる製造方法においては、以下の態様をとることができる。
【００１８】
（１）前記工程（ｃ）の後に、さらに、絶縁性の保護層を形成し、該保護層は前記ボンディングパッド部の少なくとも一部が露出する開口領域を有するようにパターニングされる工程を含むことができる。この工程を含むことにより、最上層に形成された保護層にボンディングのための開口領域を形成できる。
【００１９】
（２）前記ボンディングパッド部を含む層は、公知のシングルダマシン法またはデュアルダマシン法で形成することができる。
【００２０】
（３）前記工程（ａ）の後に、前記ボンディングパッド部のための開口領域の表面にバリア層および密着層の少なくとも一方を形成する工程を含むことができる。前記バリア層は、配線層の材質によって適切な材料が選択される。例えば、ボンディングパッド部の最下層の導電層が銅系材料で構成される場合には、バリア層としては、タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタンなどの高融点金属またはそれらの化合物を用いることができる。密着層としては、チタン、タンタル、ニオブおよびタングステンなどの金属またはこれらの合金を用いることができる。
【００２１】
（４）前記配線層のための導電層の材料は主として配線層としての機能から選択され、また、前記配線層のための導電層より上の導電層の材料は主としてボンディングパッド部としての機能から、それぞれ選択することができる。これらの機能を考慮すると、以下に記載する組合せが例示される。
【００２２】
前記配線層のための導電層は、アルミニウム、銅、銀あるいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１種の金属層からなり、
前記配線層のための導電層より上の導電層は、前記配線層のための材質と異なり、アルミニウム、金あるいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１種の金属層からなる。
【００２３】
（５）前記工程（ｃ）において、前記平坦化はＣＭＰによって行うことができる。
【００２４】
（半導体装置）
本発明に係る半導体装置は、複数の配線層と、該配線層の相互間に存在する層間絶縁層とを含み、かつ、最上層の絶縁層にボンディングパッド部を有し、
前記ボンディングパッド部は、絶縁層によって分割された複数の部分開口部を有する開口領域と、該部分開口部内に異なる材質からなる複数の導電層が露出して配置される。
【００２５】
この半導体装置によれば、ボンディングパッド部は、異なる材質からなる複数の導電層が露出した部分が複数所定パターンで配列されている。したがって、このボンディングパッド部は、上述したように、前記複数の導電層の材質を選択することで、多様な材料を用いたワイヤまたはバンプによるボンディングに適用でき、ボンディングに対して汎用性の高いボンディングパッド部を構成できる。
【００２６】
また、導電層の材質のみならす、導電層の材質の種類および各導電層の面積比などを選択することで、各種態様のボンディングパッド部を構成できる。
【００２７】
また、ボンディングパッド部に部分開口部を構成するための所定パターンの絶縁層を有することで、ＣＭＰ工程でのディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）の発生を防止すること、バリア層もしくは密着層に対する導電層の接触面積を大きくして導電層の密着性を向上できること、さらにボンディング時でのボンディングパッド部に作用するストレスを分散すること、などの利点を有する。
【００２８】
さらに、この半導体装置においては、前記最上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部とともに最上層の配線層が配置されることが望ましい。この態様の半導体装置では、前記配線層のための導電層は、前記複数の導電層のうちの最も下層の導電層である。したがって、配線層のための導電層は、主として配線層としての機能から選択され、前記配線層のための導電層より上の導電層は、主としてボンディングパッド部としての機能から選択することができる。このように導電層の材質を選択することで、配線層およびボンディングパッド部の高度な最適化が図れる。
【００２９】
例えば、配線層のための導電層として銅あるいは銅合金（これを「銅系材料」という）などを用いた場合に、ボンディングパッド部の他の導電層としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金（これを「アルミニウム系材料」という）を用いれば、バンプあるいはワイヤなどとして、金、アルミニウムもしくはこれらの金属の合金、ハンダ、などを用いたボンディングを良好にできる。
【００３０】
このように、複数の導電層の材料は、配線層およびボンディングパッド部の機能、成膜方法、デバイスの組立方法および実装方法などを考慮して選択されることが望ましい。
【００３１】
この態様の半導体装置においては、前記開口領域を構成する前記部分開口部には、異なる導電層が同心状に配置され、最も外側には前記配線層のための導電層が存在し、該導電層より内側には、例えば前記ボンディングパッド部に好適な導電層が存在する。この内側の導電層は、単数であっても複数であってもよい。
【００３２】
さらに、最上の絶縁層、ボンディングパッド部を含む層の上に絶縁性の保護層が形成されることが望ましい。該保護層は、前記ボンディングパッド部の少なくとも一部が露出する開口領域を有する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（デバイスの構造）
本実施の形態にかかる半導体装置について説明する。図５は、本実施の形態にかかる半導体装置１００を模式的に示す断面図である。図５では、最上の金属配線層およびボンディングパット部を有する半導体装置の例を示している。
【００３５】
半導体装置１００は、層構造として、シリコン基板１０上に、中間領域１２が形成されている。この中間領域１２上には、最上の層間絶縁層２０および最上の絶縁層２２が、順次積層されている。
【００３６】
最上の層間絶縁層２０には、ビアコンタクト層６０が形成されている。そして、最上の絶縁層２２には、最上の配線層６２とともに、後に詳述するボンディングパッド部８０が形成されている。
【００３７】
この例では、最上の層間絶縁層２０と最上の絶縁層２２との間には、マスク層４２が形成されている。最上の層間絶縁層２０とそれにより下位の絶縁層（図示せず）との間には、層間バリア層４０が形成されている。すなわち、下層がビアコンタクト層を有する層間絶縁層であって、上層が配線層を有する絶縁層の場合には、両者の間にマスク層が形成される。そして、下層が配線層を有する絶縁層であって、上層がビアコンタクト層を有する層間絶縁層の場合には、両者の間に層間バリア層が形成される。
【００３８】
層間バリア層は、主として配線層およびビアコンタクト層を構成する物質が層間絶縁層などの絶縁層中に拡散するのを防止する機能を有する。マスク層は、主としてデュアルダマシン法によってビアホールを形成する際のマスクおよびエッチングストッパとして機能する。
【００３９】
層間バリア層は、配線層およびビアコンタクト層の材質によって、必要に応じて設けられる。例えば、層間バリア層は、配線層およびビアコンタクト層の少なくとも一方が、銅系材料のように酸化シリコンからなる絶縁層中に拡散しやすい材料で構成される場合に設けられる。層間バリア層の材料としては、銅などの拡散を防止できる材料、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、炭化シリコンなどを用いることができる。また、配線層およびビアコンタクト層がアルミニウム系材料などのように酸化シリコンからなる絶縁層中に拡散しにくい材料で構成される場合には、層間バリア層は必ずしも必要でない。ただし、層間バリア層は、エッチングストッパとしても機能するので、この場合でも加工上形成されることが望ましい。
【００４０】
以下、主な各層についてより詳細に説明する。
【００４１】
シリコン基板１０および中間領域１２；
シリコン基板１０の表面には、ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタなどの半導体素子、配線層および素子分離領域（図示せず）が形成されている。
【００４２】
中間領域１２は、図示しないが、半導体素子などが形成されたシリコン基板１０上に、ビアコンタクト層などの層間コンタクト層が形成された層間絶縁層、および配線層が形成された絶縁層などが１組以上積層された、公知の層構造を有する。
【００４３】
最上の層間絶縁層２０；
中間領域１２上には、層間バリア層４０を介して、最上の層間絶縁層２０が形成されている。最上の層間絶縁層２０には、ビアコンタクト層６０が形成されている。ビアコントクト層６０は、最上の層間絶縁層２０の下位に形成された、中間領域１２の配線層（図示せず）と、最上の配線層６２とを接続する。ビアコンタクト層６０は、その側面および底面がバリア層５０によって覆われている。
【００４４】
最上の絶縁層２２；
最上の層間絶縁層２０の上には、マスク層４２を介して、最上の絶縁層２２が形成されている。最上の絶縁層２２の所定の位置に、最上の配線層６２と、ボンディングパッド部８０とが形成されている。
【００４５】
ビアコンタクト層６０と最上の配線層６２とは、所定のパターンの開口部に一体的に充填された導電材から構成されている。最上の配線層６２の表面（配線層６２の上面を除く）には、バリア層５２が形成されている。ビアコンタクト層６０の表面に形成されたバリア層５０と、最上の配線層６２の表面に形成されたバリア層５２とは、同一の成膜工程で形成され、一体的に連続している。同様に、ビアコンタクト層６０およびボンディングパッド部８０の表面（ボンディングパッド部８０の上面を除く）には、それぞれバリア層５０および５２が連続的に形成されている。この例では、ボンディングパッド部８０は、ビアコンタクト層６０を介して下層の配線層（図示せず）に接続されている。
【００４６】
バリア層は、配線層およびビアコンタクト層の材質によって、必要に応じて設けられる。例えば、バリア層は、配線層およびビアコンタクト層が銅系材料のように酸化シリコン層からなる絶縁層中に拡散しやすい材料で構成される場合に設けられる。バリア層の材料としては、銅などの拡散を防止できる材料、例えば、タンタル、チタン、タングステンなどの高融点金属あるいはその窒化物、もしくはそれらの積層体を用いることができる。
【００４７】
配線層およびビアコンタクト層がアルミニウム系材料などの酸化シリコン層からなる層間絶縁層中に拡散しにくい材料で構成される場合には、バリア層は必ずしも必要でない。しかし、この場合でも、配線材料の埋め込み性や接触抵抗を改善する目的で、高融点金属あるいはその化合物からなる層を配線層およびビアコンタクト層の表面に形成することが望ましい。
【００４８】
バリア層および配線層の積層構造の具体例としては、アルミニウム合金層を主体とする配線層の場合、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｔａ／ＴａＮ／Ａｌ−Ｃｕ，Ｎｂ／Ａｌ−Ｃｕなどの積層構造を挙げられ、銅を主体とする配線層の場合、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｃｕ，Ｔａ／ＴａＮ／Ｃｕ，ＷＮ／Ｃｕなどの積層構造を挙げることができる。
【００４９】
ボンディングパッド部８０；
ボンディングパッド部８０は、バリア層５２と、このバリア層５２の内壁に沿って形成された第１の導電層８２と、第１の導電層８２の内側に形成された第２の導電層８４と、を含む。つまり、ボンディングパッド部８０は、第１の導電層８２と、第２の導電層８４との多層構造を有する。そして、第１の導電層８２は、最上の配線層６２と同一工程で形成され、したがって、配線層６２と同じ材質を有する。
【００５０】
図６に、ボンディングパッド部８０の平面を模式的に示す。なお、図２では、図面を分かりやすくするために、部分開口部８１は図６と異なるパターンで記載されている。
【００５１】
図６に示すように、ボンディングパッド部８０は、絶縁層２２ａによってマトリクス状に分割された複数の部分開口部８１を有する。各部分開口部８１には、外側から、バリア層５２（図６には図示せず），第１の導電層８２および第２の導電層８４が同心状に配列された平面構造を有する単位部分８６が配置されている。そして、後述する保護層３０の開口領域３２内にボンディングパッド部８０が位置している。このボンディングパッド部８０の露出面がボンディング領域となる。
【００５２】
本実施の形態では、第２の導電層８４は、第１の導電層８２と異なる材質を有し、主としてボンディング性，第１の導電層との密着性，耐腐食性，耐湿性，組立実装性などを考慮して、選択される。
【００５３】
例えば、最上の配線層６２として銅系材料などを用いた場合には、第２の導電層８４としてアルミニウム系材料あるいは金系材料を用いれば、金、アルミニウムなどを用いたワイヤボンディング、あるいは金、銀、鉛、ハンダなどを用いたバンプによるボンディングを良好にできる。
【００５４】
保護層３０；
最上層には、絶縁性の保護層３０が形成されている。保護層３０は、半導体装置１００の内部の機能が保護されればよく、公知の保護層、例えば窒化シリコン層，酸化シリコン層，あるいは酸化窒化シリコン層などから構成できる。保護層３０には、ボンディングパッド部８０の所定領域が露出するように、開口部３２が形成されている。保護層３０は、必要に応じて、酸化シリコン層および窒化シリコン層などの複数の層が積層されていてもよく、さらに、前述した各種のシリコン化合物の層の上に、応力緩和のためにポリイミド樹脂などの樹脂層が積層されていてもよい。
【００５５】
（デバイスの作用・効果）
半導体装置１００においては、最上の配線層６２は第１の導電層からなり、かつ、ボンディングパッド部８０は、第１の導電層８２と、この第１の導電層８２と異なる第２の導電層８４とを有する単位部分８６を含む。そして、ボンディングパッド部８０は、異なる材質からなる複数の導電層８２，８４が露出した単位部分８６が、マトリクス状に配列されている。したがって、このボンディングパッド部８０は、複数の導電層８２，８４の材質を選択することで、多様な材料を用いたワイヤまたはバンプによるボンディングに適用でき、ボンディングに対して汎用性の高いボンディングパッド部を構成できる。
【００５６】
また、導電層の材質のみならす、導電層の材質の種類および各導電層の面積比などを選択することで、各種態様のボンディングパッド部を構成できる。
【００５７】
本実施の形態では、第１の導電層８２の材料は主として配線層としての機能から、第２の導電層８４の材料は主としてボンディングパッド部としての機能から、それぞれ最適な材料を選択することができ、したがって、最上の配線層６２およびボンディングパッド部８０の高度な最適化が図れる。
【００５８】
また、ボンディングパッド部８０に部分開口部８１を構成するための所定パターンの絶縁層２２ａを有することで、ＣＭＰ工程でのディッシングの発生を防止すること、バリア層５２もしくは密着層に対する第１の導電層８２の接触面積を大きくして導電層の密着性を向上できること、さらにボンディング時でのボンディングパッド部８０に作用するストレスを分散すること、などの利点を有する。
【００５９】
（製造プロセス）
次に、本実施の形態にかかる半導体装置１００の製造方法について説明する。図１〜図５は、半導体装置１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００６０】
（１）まず、図１を参照して説明する。図１は、中間領域１２上に最上の層間絶縁層２０および最上の絶縁層２２を形成する工程を示している。各配線層およびビアコンタクト層は、公知のダマシン工程、この例の場合には、デュアルダマシン工程によって形成することができる。
【００６１】
（半導体素子および中間領域１２の形成）
まず、まず公知の方法により、シリコン基板１０の表面に、ＭＯＳＦＥＴ，バイポーラトランジスタなどの半導体素子、配線層および素子分離領域（図示せず）を形成する。
【００６２】
ついで、半導体素子などが形成されたシリコン基板１０上に、ビアコンタクト層などの層間コンタクト層が形成された層間絶縁層、および配線層が形成された絶縁層などを公知の方法により１組以上積層して、中間領域１２を形成する。中間領域１２の各配線層およびビアコンタクト層は、ダマシン工程によって形成することができる。
【００６３】
（最上の層間絶縁層２０および最上の絶縁層２２の形成）
まず、ＣＭＰなどで、中間領域１２における最上の絶縁層（図示せず）およびこの絶縁層に形成された配線層（図示せず）を平坦化した後、層間バリア層４０を形成する。層間バリア層の構成物質としては、前述したようにバリア層として機能できれば特に限定されないが、たとえば窒化シリコン、窒化酸化シリコン、炭化シリコンなどを挙げることができる。さらに、層間バリア層の構成物質としては、ビアホールのエッチングにおいてボトムのエッチングストッパ層として機能し得る物質が好ましい。層間バリア層の成膜方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法などを挙げることができる。また、層間バリア層の膜厚は、その機能が達成される範囲で選択される。
【００６４】
ついで、層間バリア層４０上に最上の層間絶縁層２０を形成する。この最上の層間絶縁層２０は、公知の酸化シリコンを主体とする層によって構成される。層間絶縁層２０の形成方法としては、たとえば高密度プラズマＣＶＤ法，熱ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，常圧ＣＶＤ法，スピンコート法などの塗布法，スパッタ法，熱蒸着法などを挙げることができる。層間絶縁層２０の膜厚は、デバイスの設計により選択される。
【００６５】
ついで、最上の層間絶縁層２０上に、マスク層４２を形成する。マスク層の構成物質としては、マスク層として機能できれば特に限定されないが、たとえば窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコンなどを挙げることができる。さらに、マスク層は、ビアホールを形成する際のエッチングストッパ層として機能し得る物質から構成されることが望ましい。マスク層４２の成膜方法としては、たとえばＣＶＤ法などを挙げることができる。また、マスク層の膜厚は、その機能が達成される範囲で選択される。
【００６６】
ついで、マスク層４２上に、最上の絶縁層２２を形成する。この最上の絶縁層２２は、公知の酸化シリコンを主体とする層によって構成される。絶縁層２２の形成方法としては、前述した最上の層間絶縁層２０の成膜方法と同じ方法を挙げることができる。
【００６７】
各層の膜厚は設計ルールなどによって設定される。以下に、各層の膜厚を例示する。
【００６８】
層間バリア層４０；数十〜２００ｎｍ
最上の層間絶縁層２０；数百〜１５００ｎｍ
マスク層４２；数十〜２００ｎｍ
最上の絶縁層２２；５００〜２０００ｎｍ
（２）図２に示すように、最上のビアホール６０ａ、配線溝６２ａおよびボンディングパッド部のための開口領域８０ａを形成する。
【００６９】
この工程では、たとえば、最上の絶縁層２２をフォトリソグラフィーおよびエッチング（フォトエッチング）によってパターニングして配線溝６２ａを形成する。続いて、マスク層４２の所定位置（ビアホールの形成位置）にフォトエッチングによって開口部を形成し、このマスク層４２をマスクとして最上の層間絶縁層２０をエッチングしてビアホール６０ａを形成する。そして、この工程では、配線溝６２ａの形成時に、ボンディングパッド部のための開口領域８０ａを同時に形成する。
【００７０】
この工程で、ビアホール６０ａと配線溝６２ａとが連続した開口部、ならびにビアホール６０ａとボンディングパッド部のための開口領域８０ａとが連続した開口部を形成することができる。そして、開口領域８０ａには、図６に示すように、所定パターン（この例では格子状）の絶縁層２２ａが残るようにパターニングされて、マトリクス状に配列する複数の部分開口部８１が形成される。
【００７１】
配線溝およびビアホールを形成するためのエッチングとしては、好ましくはドライエッチング法、さらに好ましくは高密度プラズマエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法によれば、エッチング条件（たとえばエッチャント，プラズマ密度，圧力，温度）を調整することにより、絶縁層のエッチングレートとマスク層のエッチングレートとを独立に変えることができる。
【００７２】
デュアルダマシン法による配線溝およびビアホールの形成は、上述の方法に限定されず、他の方法を用いることができる。たとえば、上述の方法の代わりに、いわゆるビアファースト法を用いることができる。ビアファースト法では、まず、最上の絶縁層２２および最上の層間絶縁層２０を貫通するビアホール６０ａを形成し、その後、絶縁層２２に配線溝６２ａを形成する。
【００７３】
（３）図３および図４に示すように、最上のビアコンタクト層６０および最上の配線層６２を形成する。
【００７４】
まず、図３に示すように、ビアホール６０ａ、配線溝６２ａおよびボンディングパッド部のための開口領域８０ａの内壁に沿って、バリア層５００を形成する。このバリア層５００は、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって形成できる。バリア層５００の膜厚は、その機能が達成される範囲で選択され、例えば、１０〜１００ｎｍである。
【００７５】
ついで、バリア層５００上にビアコンタクト層および配線層のための第１の導電層８２０を形成し、さらに、ボンディングパッド部のための第２の導電層８４０を形成する。
【００７６】
具体的には、まず、第１の導電層８２０を形成する。このとき、第１の導電層８２０は、この導電層８２０によって少なくともビアホール６０ａおよび配線溝６２ａが埋まるように形成される。したがって、第１の導電層８２０の膜厚は、ビアホール６０ａの径および配線溝６２ａの幅に依存して設定される。ここで、第１の導電層８２０の膜厚とは、たとえば、最上の絶縁層２２上にある導電層の膜厚をいう。
【００７７】
また、第１の導電層８２０の膜厚は、ボンディングパッド部８０（図４参照）の厚さ、すなわち、最終的に得られる最上の絶縁層２２（図４参照）の膜厚、より小さいことが必要である。第１の導電層８２０の膜厚が最終的に得られる最上の絶縁層２２より大きいと、ボンディングパッド部８０に第１の導電層８２と異なる材質の第２の導電層８４（図４参照）を残すことができない。
【００７８】
第１の導電層８２０を形成する方法としては、たとえばＣＶＤ法，メッキを利用した方法，スパッタリング法，蒸着法，塗布法あるいはこれらの方法を組み合わせる方法などを挙げることができる。
【００７９】
第１の導電層８２０として銅系材料を用いる場合には、スパッタ法、メッキ法、ＣＶＤ法などによって成膜できる。例えば、メッキ法を用いる場合には、バリア層５００の表面に、スパッタによってシード層として銅を数十〜数百ｎｍの膜厚で堆積した後、メッキによって銅を所定の膜厚（例えば３００〜１０００ｎｍ）で形成することができる。
【００８０】
ついで、必要に応じて、チタン，タンタル，ニオブおよびタングステンなどの金属またはこれらの合金の層（図示せず）をスパッタによって数十ｎｍの膜厚で形成する。この層は、密着層およびフロー層として機能する。
【００８１】
ついで、第１の導電層８２０上に、第２の導電層８４０を形成する。第２の導電層８４０の成膜方法としては、第１の導電層８２０と同様の方法を用いることができる。
【００８２】
第２の導電層８４０は、ボンディングパッド部８０の第２の導電層８４を構成するので、既に述べたようにボンディング性などに優れた金属から選択されることが望ましい。第２の導電層８４０としてアルミニウム系材料を用いる場合には、この導電層８４０はスパッタによって数百ｎｍの膜厚で成膜することができる。
【００８３】
第１の導電層８２０および第２の導電層８４０の膜厚比、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０ａのサイズなどを制御することによって、ボンディングパッド部８０における第１の導電層８２と第２の導電層８４の上面の面積比を設定できる。
【００８４】
以下に、配線溝６２ａの幅、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０ａの径、第１の導電層８２０の膜厚、および第２の導電層８４０の膜厚を例示する。
【００８５】
配線溝の幅；０．１５〜１０μｍ
ボンディングパッド部のための開口部の径；３０〜１５０μｍ
第１の導電層の膜厚；３００〜１０００ｎｍ
第２の導電層の膜厚；１００〜５００ｎｍ
（４）図３および図４に示すように、第２の導電層８４０、第１の導電層８２０、バリア層５００および最上の絶縁層２２の余分な部分を平坦化し、最上の絶縁層２２、最上の配線層６２およびボンディングパッド部８０を形成する。ボンディングパッド部８０は、前述したように、第１の導電層８２上に第２の導電層８４が積層された構造、具体的には、各単位部分８６において、第２の導電層８４の周囲を囲むように第１の導電層８２が配置される。
【００８６】
平坦化の方法としては、たとえばＣＭＰ法，ドライエッチバック法，ウエット除去法などを挙げることができ、ＣＭＰ法が好ましい。
【００８７】
（５）図５に示すように、最上層、すなわち、最上の絶縁層２２上に、絶縁性の保護層３０を形成する。保護層３０の材料としては、前述したように、例えば窒化シリコン層，酸化シリコン層，酸化窒化シリコン層などを用いることができる。保護層３０には、ボンディングパッド部８０の所定領域が露出するように、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって開口部３２を形成する。
【００８８】
こうして、本実施の形態にかかる半導体装置１００が完成する。
【００８９】
この製造方法においては、図２に示すように、最上の絶縁層２０に、最上の配線層６２のための配線溝６２ａとともに、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０ａが形成される。そして、図３に示すように、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０ａの部分開口部８１には、配線層６２のための第１の導電層８２０と、第２の導電層８４０とが該部分開口部８１を埋める状態で堆積される。さらに、図４に示すように、ＣＭＰなどによって第２の導電層８４０、第１の導電層８２０および絶縁層３０を平坦化することにより、配線溝に６２ａ第１の導電層８２０からなる配線層６２を形成し、かつ、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０ａの部分開口部８１内に、第１の導電層８２と、第２の導電層８４とが同時に形成される。
【００９０】
（製造方法の作用・効果）
この製造方法によれば、ボンディングパッド部８０のための開口領域８０ａを所定パターンの絶縁層２２ａによって分割して複数の部分開口部８１を形成する。そして、各部分開口部８１内に第１の導電層８２と第２の導電層８４とを形成することで、このような複数の導電層が露出した部分がマトリクス状に配列されたボンディングパッド部８０を一回のダマシン工程で形成することができる。
【００９１】
さらに、この製造方法によれば、ボンディングパッド部８０を形成するためのダマシン工程（本実施の形態ではデュアルダマシン工程）で、ボンディングパッド部８０とともに配線層６２を同時に形成することができる。したがって、ダマシン工程の工程数を増加させることなく、また、ダマシン工程後の他の成膜工程およびパターニング工程を付加させることなく、簡易なプロセスでボンディングパッド部８０および配線層６２を形成でき、歩留まりの向上およびコストの削減を図れる。
【００９２】
上記実施の形態では、配線層は銅系あるいはアルミニウム系材料を用いた例について述べたが、他の材料、例えば、銀系材料、金系材料などを用いることもできる。また、異なるレベルの配線層は、それぞれ同一の材料で構成してもよいし、異なる材料によって構成してもよい。例えば、シリコン基板に近い配線層にはアルミニウム系材料を用い、より大きな電流が流れる上層には銅系材料を用いることができる。
【００９３】
ボンディングパッド部の部分開口部のパターンもマトリクスパターンに限定されず、ボンディングパッド部が分割できればよく、リング状などの各種の形態をとりうる。
【００９４】
ボンディングパッド部の平面形状は正方形に限定されず、長方形などの矩形、六角形などの多角形、円形など、各種の形状をとりうる。
【００９５】
さらに、上記実施の形態では、ボンディングパッド部は２層の導電層から構成されているが、必要に応じて３層以上の導電層から構成してもよい。
【００９６】
要するに、本発明は、ボンディングパッド部がダマシン工程で形成される半導体装置に適用でき、好ましくは最上層の配線層とボンディングパッド部とを同一の工程で形成できればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一工程および半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に示す半導体装置のボンディングパッド部を模式的に示す部分平面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン基板
１２ 中間領域
２０ 最上の層間絶縁層
２２ 最上の絶縁層
４０ 層間バリア層
４２ マスク層
６０ 最上のビアコンタクト層
６２ 最上の配線層
８０ ボンディングパッド部
８０ａ 開口領域
８１ 部分開口部
８２ 第１の導電層
８４ 第２の導電層
３０ 保護層
３２ 開口部
８２０ 第１の導電層
８４０ 第２の導電層

Claims (19)

  1. 少なくともボンディングパッド部を含む層がダマシン法によって形成され、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含み、
    （ａ）最上層の絶縁層にボンディングパッド部のための開口領域を形成する工程であって、該開口領域は、さらに所定パターンの絶縁層によって分割されて複数の部分開口部を有し、
    （ｂ）前記絶縁層上に、異なる材質からなる複数の導電層を順次成膜する工程、および
    （ｃ）前記複数の導電層および前記絶縁層の余分な部分を除去して、該複数の導電層および該絶縁層を平坦化することにより、前記開口領域の各前記部分開口部内に、異なる材質からなる複数の導電層が露出したボンディングパッド部を形成する工程、
    前記工程（ｂ）において、異なる材質からなる導電層の相互間に、密着層およびフロー層として機能する金属層を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１において、
    前記工程（ｂ）において、前記複数の導電層は、前記工程（ｃ）の平坦化の後に前記開口領域に残るような膜厚で形成される、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項１または２において、
    さらに、前記工程（ａ）において、前記最上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部のための開口領域とともに、最上層の配線層のための配線溝が形成される、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項３において、
    前記工程（ｂ）において、前記複数の導電層は、主として前記配線層のための導電層を含む、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項４において、
    前記配線層のための導電層は、前記複数の導電層のうちの最も下層の導電層であり、該導電層は前記配線溝内に堆積される、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項５において、
    前記配線層のための導電層より上にある導電層は、少なくとも前記ボンディングパッド部のための前記開口領域内に堆積される、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
    前記工程（ｃ）の後に、さらに、絶縁性の保護層を形成する工程を含み、該保護層は、前記ボンディングパッド部が露出する開口領域を有するようにパターニングされる、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
    前記ボンディングパッド部を含む層は、シングルダマシン法またはデュアルダマシン法で形成される、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項４〜６のいずれかにおいて、
    前記配線層のための導電層は、アルミニウム、銅、銀あるいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１種の金属層からなり、
    前記配線層のための導電層より上の導電層は、前記配線層のための導電層と異なる材質からなり、アルミニウム、金あるいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１種の金属層からなる、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項１〜９のいずれかにおいて、
    前記工程（ａ）の後に、前記ボンディングパッド部のための開口領域の表面にバリア層および密着層の少なくとも一方を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項１〜１０のいずれかにおいて、
    前記工程（ｃ）において、前記平坦化は化学機械的研磨によって行われる、半導体装置の製造方法。
  12. 複数の配線層と、該配線層の相互間に存在する層間絶縁層とを含み、かつ、最上層の絶縁層にボンディングパッド部を有し、
    前記ボンディングパッド部は、絶縁層によって分割された複数の部分開口部を有する開口領域と、該部分開口部内に異なる材質からなる複数の導電層が露出して配置され、
    前記異なる材質からなる複数の導電層において、導電層の相互間に、密着層およびフロー層として機能する金属層が形成された、半導体装置。
  13. 請求項１２において、
    前記最上層の絶縁層に、前記ボンディングパッド部とともに最上層の配線層が配置される、半導体装置。
  14. 請求項１３において、
    前記配線層のための導電層は、前記複数の導電層のうちの最も下層の導電層からなる、半導体装置。
  15. 請求項１３または１４において、
    前記開口領域を構成する前記部分開口部には、異なる導電層が同心状に配置され、最も外側には前記配線層のための導電層が存在する、半導体装置。
  16. 請求項１５において、
    前記配線層のための導電層より内側には、単数もしくは複数の導電層が存在する、半導体装置。
  17. 請求項１２〜１６のいずれかにおいて、
    さらに、最上層に絶縁性の保護層が形成され、該保護層には前記ボンディングパッド部が露出する開口領域を有する、半導体装置。
  18. 請求項１３〜１７のいずれかにおいて、
    前記配線層のための導電層は、アルミニウム、銅、銀あるいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１種の金属層からなり、
    前記配線層のための導電層より上の導電層は、前記配線層のための導電層と異なる材質からなり、アルミニウム、金あるいはこれらの金属の合金から選択される少なくとも１種の金属層からなる、半導体装置。
  19. 請求項１２〜１８のいずれかにおいて、
    前記ボンディングパッド部の前記部分開口部の表面にバリア層および密着層の少なくとも一方が形成された半導体装置。
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