JP2006108234A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 パワーデバイスと、パワーデバイス上の厚いCu電極層2と、Cu電極層2を覆う有機樹脂膜3とを備える半導体装置において、Cu電極層2の表面(上面2aと側面2b)の全領域を覆うように、Cu窒化膜8を配置する。ここで、Cu電極層2と有機樹脂膜3との密着性を低下させる主原因は、有機樹脂膜3を通過した酸素がCu電極層2と反応して、Cu電極層2の表面に酸化膜が生成することである。そこで、Cu電極層2と有機樹脂膜3との間の領域に、酸素の透過を抑制することができるCu窒化膜8を配置することで、Cu電極層と有機樹脂膜との密着性寿命を、従来よりも向上させることができる。
【選択図】 図2
Description
まず、上記した素子および上記した配線層が形成された半導体基板を用意する。この半導体基板の最上部には、例えば、図に示すように、層間絶縁膜としてのTEOS(Tetra Ethyl OrthoSilicate)膜53、配線層としてのAl配線54と、デバイス用保護膜としてのP−SiN膜(プラズマ窒化膜)55とが順に成膜されている。そして、P−SiN膜55は、Al配線54の上方に位置する部分に開口部55aが形成されている。
続いて、P−SiN膜55上および開口部55a内に至って、バリア・シード層(Tiなどのバリアメタル層およびCuシード層)61を順に成膜する。このシード層は、後に、めっき法によりCu電極層を形成するためのものである。
続いて、バリア・シード層61上に、厚いポジホトレジスト71を成膜する。このホトレジスト71の膜厚は、例えば10μmである。そして、ホトリソグラフィにより、ホトレジスト71のうち、Al配線54の上方部分に、Cu電極層の型枠となる開口部71aを形成する。
続いて、電気めっき法により、ホトレジスト71の開口部71aの内部に、Cuを成膜する。このとき、成膜するCuの高さを、ホトレジスト71の上面を超えない高さとする。これにより、例えば、3〜10μmの厚いCu電極層2が形成される。
続いて、ホトレジスト71を剥離液により除去する。その後、ウェットエッチングにより、Cu電極層2から露出しているバリア・シード層61を除去する。これにより、Cu電極層2の下方にのみバリア・シード層61を残す。
続いて、Cu電極層2に対して、水素雰囲気での熱処理(以下では水素アニールと呼ぶ)を施す。これにより、製造工程中にCu電極層2の表面に形成された酸化膜73を、水素還元して除去する。
続いて、Cu電極層2の表面上およびP―SiN膜55上に、Cu電極層間の絶縁性を確保するため、ポリイミド等の有機樹脂材料を塗布する。これにより、Cu電極層2の表面およびP―SiN膜55の上面を有機樹脂膜81で覆う。その後、このCu電極層2に対して、外部端子とのワイヤーボンディングが施され、半導体基板全体がモールド樹脂により封止される。
図1に、本発明の第1実施形態における半導体装置の断面図を示す。本実施形態では、素子としてのLDMOS、CMOS、バイポーラトランジスタを有する半導体装置を例として説明する。
この工程では、Cu電極層2に対して、N2ガスによるプラズマ処理を施す。これにより、Cu電極層2の表面の全域にCu窒化膜8を形成する。ここで、Cu電極層2の表面とは、上面2aおよび側面2bのことであり、Cu電極層2のうち、P−SiN膜55よりも上側の部分の表面、言い換えると、P−SiN膜55から露出している部分の表面のことである。このとき、Cu窒化膜8の膜厚を例えば5nm以上とする。
図3(b)、(c)に示す工程では、ボンディングパッドを形成する。すなわち、図3(b)に示す工程では、Cu電極層2の表面およびP−SiN膜55の表面(ウエハ全体)に、スパッタリング法により、Al系膜74を成膜する。Al系膜74として、例えば、AlCu膜を形成することができる。このとき、Al系膜74の膜厚を例えば1μmとする。なお、Al系膜74として、他のAl合金膜やAl膜を形成することもできる。
この工程では、ウエハの前面にホトレジストを形成し、ホトリソグラフィにより、Cu電極層2の上部にのみ、ホトレジスト75を残す。続いて、Al系膜74に対して、ホトレジスト75をマスクとしたウェットエッチングを行う。これにより、Cu電極層2の上面2aにのみ、Al系膜62を残すことで、Cu電極層2の上面にボンディングパッドとしてのAl系膜62を形成する。
この工程では、図9(b)に示す工程と同様に、有機樹脂材料をCu電極層2の表面上からP−SiN膜55上に至って塗布する。有機樹脂材料としては、ポリイミドの原料を用いる。これにより、有機樹脂膜81を形成する。
この工程では、有機樹脂膜81の表面上にホトレジスト76を成膜し、ホトリソグラフィおよびエッチングにより、有機樹脂膜81をパターニングする。これにより、有機樹脂膜81のうち、Cu電極層2の上方に開口部81cを形成し、ボンディングパッドとしてのAl系膜62を有機樹脂膜81から露出させる。
この工程では、ホトレジスト76を除去した後、有機樹脂膜81に対して350℃程度のキュア処理を施す。これにより、有機樹脂膜81がイミド化して、ポリイミド膜3となる。その後、ダイシング工程を行う。
この工程では、Al系膜62に対して、Auによるワイヤーボンディングを行う。これにより、Al系膜62にボンディング用ワイヤ4を接合させ、Cu電極層2と外部端子とを電気的に接続させる。
第1実施形態では、Cu窒化膜8の形成方法として、Cu電極層2の表面に対してN2ガスによるプラズマ処理を行う方法を採用する場合を例として説明したが、本実施形態では、Cu窒化膜8の形成方法として、反応性スパッタ(反応性スパッタリング)法を採用する場合を説明する。
この工程では、Cu電極層2の表面に、反応性スパッタにより、Cu窒化膜91を成膜する。このとき、このCu窒化膜91は、ウエハ全体、すなわち、Cu電極層2の表面(上面2aおよび側面2b)からP−SiN膜55の表面に至って、形成される。
この工程では、ウエハ全体にホトレジスト92を成膜した後、ホトリソグラフィにより、Cu電極層2の上面2aおよび側面2b上にのみホトレジスト92を残す。そして、パターニングされたホトレジスト92をマスクとしたエッチングにより、Cu窒化膜91のうち、Cu電極層2の表面上を除く部分、すなわち、P−SiN膜55上に位置する部分を除去する。その後、ホトレジストを除去する。
この工程では、図3(b)に示す工程と同様に、Cu電極層2の表面およびP−SiN膜55の表面(ウエハ全体)に、Al系膜74を成膜する。
この工程では、図3(c)に示す工程と同様に、ホトレジスト75をマスクとしたウェットエッチングを行う。これにより、Cu電極層2の上面にボンディングパッド62を形成する。
この工程では、図3(d)に示す工程と同様に、有機樹脂材料をCu電極層2の表面上からCu電極層2から露出しているP−SiN膜53上に至って塗布する。これにより、有機樹脂膜81を形成する。
この工程では、図4(a)に示す工程と同様に、ホトリソグラフィおよびエッチングにより、有機樹脂膜81をパターニングする。これにより、ボンディングパッドとしてのAl系膜62を有機樹脂膜3から露出させる。
この工程では、図4(b)に示す工程と同様に、有機樹脂膜81に対して350℃程度のキュア処理を施す。これにより、有機樹脂膜81がポリイミド膜3となるその後、ダイシング工程を行う。
この工程では、図4(c)に示す工程と同様に、Al系膜62に対して、Auによるワイヤーボンディングを行う。これにより、Al系膜62にボンディング用ワイヤ4を接合させ、Cu電極層2と外部端子とを電気的に接続させる。
(1)Cu窒化膜8を成膜する方法として、CVD法を採用することもできる。
2a…Cu電極層の上面、2b…Cu電極層の側面、
3、81…有機樹脂膜、4…ボンディング用ワイヤ、5…モールド樹脂、
6…素子構造部、7…配線構造部、8…Cu窒化膜、
53…TEOS膜、54…2ndAl膜、55…P−SiN膜、
61…バリア・シード層、62…Al系膜、73…酸化膜。
Claims (7)
- 半導体基板に形成された素子(6)と、
前記半導体基板の主表面上に形成され、前記素子(6)と電気的に接続された配線層(52、54)と、
前記配線層(52、54)よりも上側に形成され、前記配線層(52、54)と電気的に接続された厚さが3μm以上であるCu電極層(2)と、
前記Cu電極層(2)を覆う有機樹脂膜(3)とを備える半導体装置において、
前記Cu電極層(2)と前記有機樹脂膜(3)との間に配置されたCu窒化膜(8)を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記Cu電極層(2)の表面上に形成され、前記Cu電極層(2)と電気的に接続されたAl系金属膜(62)と、
前記Al系金属膜(62)と外部端子とを接続するボンディングワイヤー(4)とを備えており、
前記Cu窒化膜(8)が、前記Cu電極層(2)と前記Al系金属膜(62)との間に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 素子(6)および前記素子(6)と電気的に接続された配線層(52、54)が形成された半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板上であって、前記配線層(52、54)よりも上側に、前記配線層(52、54)と電気的に接続された厚さが3μm以上のCu電極層(2)を形成する工程と、
前記Cu電極層(2)の表面上にCu窒化膜(8)を形成する工程と、
前記Cu窒化膜(8)を介して、前記Cu電極層(2)の表面を覆う有機樹脂膜(3、81)を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記Cu窒化膜(8)を形成する工程では、前記Cu電極層(2)の上面上に、前記Cu窒化膜(8)を形成し、
前記Cu窒化膜(8)を形成する工程と、前記有機樹脂膜(3、81)を形成する工程との間に、前記Cu電極層(2)の上面上に、前記Cu窒化膜(8)を介して、前記Cu電極層(2)と電気的に接続されるAl系金属膜(62)を形成する工程を有し、
有機樹脂膜(3、81)を形成する工程では、前記Al系金属膜(62)の表面を覆って、前記有機樹脂膜(3、81)を形成し、
有機樹脂膜(3、81)を形成する工程の後に、前記Al系金属膜(62)を前記有機樹脂膜(3、81)から露出させる工程と、
前記有機樹脂膜(3、81)から露出した前記Al系金属膜(62)と外部端子とをワイヤーボンディングする工程とを有することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記Cu窒化膜(8)を形成する工程では、前記Cu電極層()の表面に対して、N2ガスによるプラズマ処理を施すことにより、前記Cu電極層()の表面に前記Cu窒化膜(8)を形成することを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記Cu窒化膜(8)を形成する工程では、前記Cu電極層()の表面に対して、N2ガスとCuターゲットとを用いた反応性スパッタリングを施すことにより、前記Cu電極層(2)の表面に前記Cu窒化膜(8)を形成することを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記反応性スパッタリングでは、ターゲットパワーを7W/cm2以上とすることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
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