JP3785290B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造方法、特に、外部リードと半導体集積回路上に形成された電極パッドとを接合するためのバンプを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路のチップ上に形成されたアルミニウム合金を主体とする材料からなる電極パッドから信号を取り出すために、電極パッドと外部リードとを接続する方法として、電極パッド上に形成したバンプ(突起状電極)と外部リードとをボンディングする方法があり、広く使用されている。以下、このようなバンプを電極パッドに備えた従来の半導体装置及びその製造方法について説明する。
【0003】
図2は従来の半導体装置及びその製造方法における半導体装置の製造工程の説明図であり、図2(a)ないし図2(h)は各製造工程における半導体装置の状態を示し、図2(h)は完成時の状態を示している。
【0004】
図2において、1は半導体基板、2はMOSトランジスタのゲート酸化膜、3はゲート電極、4は半導体基板1に形成されたソース・ドレイン拡散層、5はソース・ドレイン拡散層4上のコンタクト開口、6はMOSトランジスタの第1の保護膜、7はソース・ドレイン拡散層4に接続される金属電極、7’は金属電極7と同一の金属膜からなる電極パッドで外部に信号を取り出すためのものである。8は第2の保護膜、9はバリヤメタル第1層、10はバリヤメタル第2層、12は金バンプである。
【0005】
ここで、バリヤメタル第1層9を形成する理由としては金属電極7や電極パッド7’で用いるAlなど金属の上に直接Auなどの貴金属からなるバンプ12をつけた場合、その接合強度が弱く、剥がれやすい状態になるため、金属電極7,電極パッド7’とAuなどの貴金属との間の接合強化材料としてバリヤメタル第1層9を用いるのである。バリヤメタル第2層10も同様な理由により使用される。このように金バンプ形式の電極を用いる半導体集積回路においては、バリヤメタルは必要不可欠なものと考えられている。
【0006】
次に各製造工程について説明する。まず、図2(a)に示すように半導体基板1上に、ゲート酸化膜2、ゲート電極3、ソース・ドレイン拡散層4からなるMOSトランジスタなどの素子を作成する。その後、その表面を第1の保護膜6で覆い、電気的に信号を取り出すソース・ドレイン拡散層4の部分のみ、第1の保護膜6にコンタクト開口5を設ける。次に、図2(b)に示すようにアルミニウム合金を主成分とする金属電極7およびこれと同一材料からなる電極パッド7’を形成する。この金属電極7および電極パッド7’は、Al/Cuなどのアルミニウム合金1層構造やそれ以外にAl/Cu表面上にTi/TiNのようなフォトリソグラフィー工程での反射防止膜を積層した構造が使用される。
【0007】
その後、図2(c)に示すようにウェハ表面全体を第2の保護膜8で被い、電極パッド7’上の第2の保護膜8を開口する。さらに、図2(d)に示すようにスパッタリングやエレクトロンビーム蒸着方法などでバリヤメタル第1層9、バリヤメタル第2層10を形成する。バリヤメタルの材質としては、通常、第1層目にはTiWやTiN,Tiなどが用いられ、第2層目にはAuやPd,Cuなどが用いられる。膜厚は両方とも100〜200nmを目標とする。
【0008】
そして、図2(e)に示すようにバリヤメタル第2層10の上にフォトレジスト11を形成させ、電極パッド7’が存在する部分が開口したパターンにする。その後、図2(f)に示すようにメッキ方式で金バンプ12を形成し、図2(g)に示すようにフォトレジスト11を除去する。最後に、図2(h)に示すようにバリヤメタル第1層9、バリヤメタル第2層10の不要部分をウェットエッチング方法もしくはドライエッチング方法でエッチングし、金バンプ12をつけた半導体装置の製造工程が終了し、半導体装置が完成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、電極パッドとバンプのような突起電極の接合強化のためだけに、バリヤメタル第1層および第2層からなる2層の金属膜を形成するので、コストが上昇するという問題点があった。
【0010】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、コスト的にメリットがあり、接合信頼性が向上する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体基板上に金属材料膜および反射防止膜を順次積層した電極または配線と、これら電極または配線と同一構造を有する電極パッドが形成され、前記電極パッドの表面の周辺部は絶縁膜で被覆されると共に、少なくともその表面上にはバリヤメタルが形成されており、さらに前記バリヤメタル上にはバンプが設けられている構成にしたものであり、また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属材料膜および反射防止膜を順次形成する工程と、前記金属材料膜および反射防止膜を選択的にエッチングして電極または配線と電極パッドとを同時に形成する工程と、電極パッドを被覆して絶縁膜を形成する工程と、電極パッド上の絶縁膜を開口する工程と、開口した前記電極パッド上にバリヤメタルを形成する工程と、バリヤメタル上にバンプを形成する工程を備えたものある。
【0012】
この発明によれば、反射防止膜は従来のバリヤメタル第1層の機能を兼ね備えることができるので、このバリヤメタル第1層を形成する工程も不要となり、コストダウンが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来のものと同一の部分については同一符号を用いるものとする。図1は本発明の半導体装置及びその製造方法の実施の形態における半導体装置の製造工程の説明図であり、図1(a)ないし図1(h)は各製造工程における半導体装置の状態を示し、図1(h)は完成時の状態を示している。
【0014】
図1において、1は半導体基板、2はMOSトランジスタのゲート酸化膜、3はゲート電極、4は半導体基板1に形成されたソース・ドレイン拡散層、5はソース・ドレイン拡散層4上のコンタクト開口、6はMOSトランジスタの第1の保護膜、7はソース・ドレイン拡散層4に接続される金属電極で、Al/Cuを主成分とする金属材料からなる。また、7’は金属電極7と同一の金属膜から同時に形成された電極パッドで、外部に信号を取り出すためのものである。8は第2の保護膜、13は金属電極7と電極パッド7’上の設けられた反射防止膜で特に金属電極7やそれから連続的に延長された配線の寸法が微細なときに、フォトリソグラフィー工程における反射を防ぎ正確なパターンを形成するためのものである。これにはTiWやTiN、Tiなどの高融点金属が使用でき、膜厚は約30〜100nmである。14はバリヤメタル層であって、AuやPd,Cuなどが用いられ、膜厚は100〜200nmである。12は金バンプである。この半導体装置は、金バンプ12直下のバリヤメタル層が1層である点で、従来の構造と異なっている。
【0015】
以上のような構成の半導体装置について、その製造工程を説明する。まず、図1(a)に示すように、半導体基板1上に薄いゲート酸化膜2、ポリシリコン膜やシリサイド膜を含むゲート電極3を形成し、また、ソース・ドレイン拡散層4を設けてMOSトランジスタなど集積回路を構成する素子を作成する。その後、その表面をBPSG等酸化シリコン系絶縁膜を含む第1の保護膜6で覆い、信号を外部に取り出すコンタクト開口5を第1の保護膜6のソース・ドレイン拡散層4上に開口する。次いで図1(b)に示すように、スパッタリングなどでAl/Cu合金膜とTi/TiN膜(約30〜100nm厚さ)との積層膜を連続的に堆積し、Al/Cu合金膜とTi/TiN膜を同時にエッチングしてパターン形成し、金属電極7および金バンプ12を最終的に形成すべき電極パッド7’を形成する。このようにしてTi/TiN膜からなる反射防止膜13が形成される。そして反射防止膜13の下がAl/Cu合金膜を含む膜である。
【0016】
次に、図1(c)に示すように、半導体基板表面全体をプラズマCVDによるSiN膜などの第2の保護膜8で被う。その際、第2の保護膜8の電極パッド7’部分を開口し、反射防止膜13の表面を露出させる。その後、図1(d)に示すように、スパッタリングやエレクトロンビーム蒸着方法などでバリヤメタル層14を形成する。バリヤメタル層14の材料にはAuやPd,Cuなどが用いられ、膜厚は100〜200nmである。そして、図1(e)に示すように、このバリヤメタル層14の上に、電極パッド部が開口したパターンを有するフォトレジスト11を形成した後、図1(f)に示すように、フォトレジスト11をマスクとしてメッキ方式で金バンプ12を選択的に形成する。その後、図1(g)に示すように、フォトレジスト11を除去し、最後に図1(h)に示すように、バリヤメタル層14の不要部分を金バンプ12をマスクとしてウェットエッチング方法もしくはドライエッチング方法でエッチングし、バンプをつけた半導体装置の製造工程が終了し、半導体装置が完成する。
【0017】
このようにすれば、半導体集積回路に一般的に使用されている反射防止膜13を積層したAl/Cuを含む金属電極7が同時に形成されると共に、これと同一構造を持った電極パッド7’も同時に形成される。このような電極パッド7’においてはTi/TiNからなる反射防止膜13が従来の構造でのバリヤメタル第1層を兼ねることになる。反射防止膜13の膜厚はフォトリソグラフィー工程の露光に用いる波長の反射光が減衰するような膜厚30〜100nmとなっているが、バリヤメタル第1層は電極パッドと金バンプとの接着性を改善できればよいものであるから上記膜厚のように従来のものより薄くなっても全く問題はない。
【0018】
以上のように、本実施の形態によれば、反射防止膜は従来のバリヤメタル第1層の機能を兼ね備えることができるので、これに付随して半導体集積回路の製造工程はバリヤメタル第1層を形成する分だけ従来の製造方法に比べて省略でき、製造コストも低減できるものである。なお、電極パッドと金バンプとの接合強度等の信頼性は反射防止膜とバリヤメタルによって確保されている。
【0019】
本実施の形態は、Ti/TiN反射防止膜を積層したAl/Cuを含む電極配線構造だけでなく、今後のデバイスの高速化、エレクトロマイグレーション信頼性の向上に伴って必要となってくるCu配線にも適用することができ、さらに電極配線、少なくとも図1の電極パッドの材料をAuにすれば、金バンプと同一材料となり接合強度が確保されるから、電極パッドと金バンプの接合強度向上のために設けたバリヤメタル第1層とバリヤメタル第2層は共に形成する必要がなくなり、さらに工程数が低減されて低コスト化が可能となる。
【0020】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、反射防止膜は従来のバリヤメタル第1層の機能を兼ね備えることができるので、これに付随して半導体集積回路の製造工程はバリヤメタル第1層を形成する分だけ従来の製造方法に比べて省略でき、製造コストも低減できるという有利な効果が得られる。
【0021】
なお、電極配線(電極パッド)の材料を金にすれば、金バンプと同一材料となり接合強度が確保されるから、電極パッドと金バンプの接合強度向上のために設けたバリヤメタル第1層とバリヤメタル第2層は共に形成する必要がなくなり、さらに工程数が低減されて低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置及びその製造方法の実施の形態における半導体装置の製造工程の説明図
【図2】従来の半導体装置及びその製造方法における半導体装置の製造工程の説明図
【符号の説明】
1 半導体基板
2 ゲート酸化膜
3 ゲート電極
4 ソース・ドレイン拡散層
5 コンタクト開口
6 第1の保護膜
7 金属電極
7’ 電極パッド
8 第2の保護膜
9 バリヤメタル第1層
10 バリヤメタル第2層
11 フォトレジスト
12 金バンプ
13 反射防止膜
14 バリヤメタル層
Claims (3)
- 半導体基板上に、金属材料膜および反射防止膜を順次積層した電極または配線と、これら電極または配線と同一構造を有する電極パッドが形成され、前記電極パッド表面の周辺部は絶縁膜で被覆されると共に、少なくともその表面上にはバリヤメタルが形成されており、さらに前記バリヤメタル上にはバンプが設けられていることを特徴とする半導体装置。
- 反射防止膜はTiW,TiN,Tiのいずれかであり、バリヤメタルはAu,Pd,Cuのいずれかであり、バンプは金バンプであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 半導体基板上に金属材料膜および反射防止膜を順次形成する工程と、前記金属材料膜および反射防止膜を選択的にエッチングして電極または配線と電極パッドとを同時に形成する工程と、前記電極パッドを被覆して絶縁膜を形成する工程と、前記電極パッド上の絶縁膜を開口する工程と、開口した前記電極パッド上にバリヤメタルを形成する工程と、前記バリヤメタル上にバンプを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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