JP3603296B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、アルミニウム・銅合金から成る配線のボンディングパッド部にワイヤをボンディングする半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化及び高集積化に伴って配線の微細化及び積層化も進められているが、配線を微細化及び積層化すると配線のエレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレーション耐性が低下する。このため、配線の材料としても、従来から用いられてきた純アルミニウムやアルミニウム・シリコン合金の代わりに、アルミニウム・銅合金が用いられる様になってきている。
【０００３】
以下、アルミニウム・銅合金から成る配線のボンディングパッド部に金ワイヤをボンディングする半導体装置の製造方法の一従来例を、図１、２を参照しながら説明する。この一従来例では、図１（ａ）に示す様に、半導体基体（図示せず）上の層間絶縁膜１１上に、アルミニウム・銅合金から成りボンディングパッド部１２ａを有する配線１２を形成し、ＣＶＤ法で絶縁膜１３を堆積させて配線１２を覆う。
【０００４】
次に、図１（ｂ）に示す様に、絶縁膜１３上にフォトレジスト膜１４を塗布し、このフォトレジスト膜１４にフォトリソグラフィ法でボンディングパッド部１２ａ上の開口１４ａを形成する。そして、図１（ｃ）に示す様に、フォトレジスト膜１４をマスクにして、ＣＦｘ 系の反応ガスによるエッチングを行って、絶縁膜１３に開口１３ａを形成する。
【０００５】
開口１３ａの形成に際して絶縁膜１３を垂直にエッチングするために、エッチング進行中の開口１３ａの内側面に有機系重合体膜１５及び金属系重合体膜１６を形成し、これらの有機系重合体膜１５及び金属系重合体膜１６をマスクにしてエッチングを進行させる異方性エッチングが採用されている。
【０００６】
有機系重合体膜１５は、反応ガスとフォトレジスト膜１４の材料と絶縁膜１３の材料との間で生じる反応で生成された反応物から成っていて有機系成分を多く含んでおり、配線１２が露出するまでの段階で形成される。また、金属系重合体膜１６は、反応ガスとアルミニウム・銅合金とフォトレジスト膜１４の材料と絶縁膜１３の材料との間で生じる反応で生成された反応物から成っていて金属系成分を多く含んでおり、配線１２が露出した後の段階で形成される。
【０００７】
ところで、有機系重合体膜１５や金属系重合体膜１６が形成されたままの状態から有機溶剤による洗浄でフォトレジスト膜１４を除去しても、有機系重合体膜１５や金属系重合体膜１６は除去されず、これらの有機系重合体膜１５や金属系重合体膜１６が開口１３ａの内側面に残ったりボンディングパッド部１２ａ上に散布されたりする。
【０００８】
そして、この状態からボンディングパッド部１２ａに金ワイヤをボンディングすると、開口１３ａの内側面に残っている有機系重合体膜１５や金属系重合体膜１６でボンディング面積が狭められたり、ボンディングパッド部１２ａ上に散布されている有機系重合体膜１５や金属系重合体膜１６でボンディングが阻害されたりして、ボンディングされた金ワイヤが剥がれ易い。
【０００９】
そこで、この一従来例では、図１（ｃ）の状態からフォトレジスト膜１４の所定の厚さを酸素プラズマで除去し、その後、図１（ｄ）に示す様に、アミン系有機溶剤による洗浄でフォトレジスト膜１４の残りの厚さと金属系重合体膜１６とを除去する。そして、図２（ａ）に示す様に、有機系重合体膜１５を酸素プラズマで除去し、図２（ｂ）に示す様に、ボンディングパッド部１２ａに金ワイヤボンド１７を介して金ワイヤ１８をボンディングする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の一従来例では、フォトレジスト膜１４の所定の厚さを酸素プラズマで除去してからアミン系有機溶剤による洗浄でフォトレジスト膜１４の残りの厚さと金属系重合体膜１６とを除去しているので、アミン系有機溶剤による除去の際にボンディングパッド部１２ａの表面に酸化アルミニウム膜が既に形成されている。
【００１１】
酸化アルミニウム膜はアミン系有機溶剤に対するマスクになるので、アミン系有機溶剤による洗浄を行っても、ボンディングパッド部１２ａの表面に酸化アルミニウム膜が残り、ボンディングパッド部１２ａの表面も平滑なままである。しかも、半導体装置の微細化及び高集積化に伴って、ボンディングパッド部１２ａの面積及び金ワイヤボンド１７の直径が縮小されている。
【００１２】
このため、上述の一従来例では、ボンディングパッド部１２ａにボンディングされた金ワイヤ１８が剥がれ易くて、半導体装置を高い歩留りで製造することが困難であり、また、ボンディングパッド部１２ａの面積及び金ワイヤボンド１７の直径を縮小することが困難で微細化及び高集積化された半導体装置を製造することが困難であった。
【００１３】
従って、本願の発明は、配線のボンディングパッド部にボンディングされたワイヤが剥がれにくいので、半導体装置を高い歩留りで製造することができ、また、ボンディングパッド部の面積及びワイヤボンドの直径を縮小することができて微細化及び高集積化された半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る半導体装置の製造方法では、アミン系有機溶剤による洗浄で、絶縁膜の異方性エッチングによって絶縁膜の開口の内側面に形成された金属系重合体膜をアミン系有機溶剤中のアミノ基（ＮＨ２ −）成分で除去すると共にフォトレジスト膜をアミン系有機溶剤中の有機溶剤成分で除去するが、このアミン系有機溶剤による洗浄は絶縁膜の異方性エッチングに引き続いて行う。
【００１５】
この結果、配線のボンディングパッド部は絶縁膜の異方性エッチングで絶縁膜の開口内に露出してからアミン系有機溶剤による洗浄までの間に酸素プラズマによる処理を受けず、アミン系有機溶剤による洗浄の際に配線のボンディングパッド部の表面に酸化アルミニウム膜が形成されていない。
【００１６】
このため、アミン系有機溶剤による洗浄に伴って、ボンディングパッド部におけるアルミニウム・銅合金のアルミニウムと銅との界面にアミン系有機溶剤中のアミノ基（ＮＨ２ −）が侵入して、イオン化傾向の高いアルミニウムが溶出する。そして、溶出の進行と共に銅の結晶粒がアルミニウム・銅合金から抜け出て、洗浄後にはボンディングパッド部の表面に微細孔が形成されている。
【００１７】
また、絶縁膜の異方性エッチングで絶縁膜の開口の内側面に形成された有機系重合体膜も酸素プラズマで除去し、その後にボンディングパッド部にワイヤをボンディングするので、ボンディングの際にはボンディングパッド部に金属系重合体膜も有機系重合体膜も存在していない。
【００１８】
つまり、ボンディングの際にはボンディングパッド部に金属系重合体膜も有機系重合体膜も存在していないので、金属系重合体膜や有機系重合体膜でボンディング面積が狭められたりボンディングが阻害されたりすることがない。しかも、ボンディングの際にはボンディングパッド部の表面に微細孔が形成されているので、この微細孔内にワイヤボンドの材料が入り込む。従って、配線のボンディングパッド部にボンディングされたワイヤが剥がれにくい。
【００１９】
請求項２に係る半導体装置の製造方法では、絶縁膜の異方性エッチングで絶縁膜の開口の内側面に形成された有機系重合体膜を酸素プラズマで除去する時間が２０〜３０分であるので、有機系重合体膜を十分に除去することができるにも拘らずこの除去を行ってもボンディングパッド部の表面における酸化アルミニウム膜の形成を確実に防止することができる。
【００２０】
このため、ボンディングパッド部の表面の酸化アルミニウム膜によるボンディングの阻害がなくて、配線のボンディングパッド部にボンディングされたワイヤが更に剥がれにくい
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、アルミニウム・銅合金から成る配線のボンディングパッド部に金ワイヤをボンディングする半導体装置の製造方法に適用した本願の発明の一実施形態を、図１、２を参照しながら説明する。本実施形態では、図１（ａ）に示す様に、ＴＥＯＳを原料とするＣＶＤ法で堆積させた厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２ 膜とその上の厚さ７００ｎｍのＢＰＳＧ膜とから成る層間絶縁膜１１を半導体基体（図示せず）上に形成する。
【００２２】
その後、Ａｌ：Ｃｕ＝９９．５％：０．５％のアルミニウム・銅合金から成り厚さ５００ｎｍでボンディングパッド部１２ａを有する配線１２を形成する。そして、ＴＥＯＳを原料とするＣＶＤ法で堆積させた厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２ 膜とその上の厚さ７００ｎｍのＢＰＳＧ膜と更にその上の厚さ７００ｎｍのＳｉＮ膜とから成る絶縁膜１３で配線１２を覆う。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示す様に、厚さ３．０μｍのフォトレジスト膜１４を絶縁膜１３上に塗布し、このフォトレジスト膜１４にフォトリソグラフィ法でボンディングパッド部１２ａ上の開口１４ａを形成する。そして、図１（ｃ）に示す様に、フォトレジスト膜１４をマスクにして、ＣＦｘ 系の反応ガスによる下記の条件の異方性エッチングを行って、絶縁膜１３に開口１３ａを形成する。
【００２４】
絶縁膜のエッチング条件
エッチング装置：ＴＥ５０００（東京エレクトロン社の商品名）
ガス：ＣＦ４ ／Ａｒ＝１００ｓｃｃｍ／４５０ｓｃｃｍ
圧力：３０７Ｐａ
高周波出力：６００Ｗ
処理時間：１２９秒
【００２５】
このエッチングに伴って、開口１３ａの内側面に有機系重合体膜１５及び金属系重合体膜１６が形成される。その後、図１（ｄ）に示す様に、アミン系有機溶剤による下記の条件の洗浄を行って、フォトレジスト膜１４と金属系重合体膜１６とを除去する。
【００２６】
フォトレジスト膜及び金属系重合体膜の洗浄条件
洗浄装置：ＷＳＳＴ（セミツール社の商品名）
洗浄液：ＥＫＣ−２６５（ＥＫＣ社の商品名）
温度：６０℃
処理時間：１５分
【００２７】
ＥＫＣ−２６５の組成
２−（２−アミノエトキシ）エタノール：５５％
ヒドロキシアミン ：２０％
カテコール ：５％
水 ：２０％
【００２８】
ところで、このアミン系有機溶剤による洗浄は絶縁膜１３の異方性エッチングに引き続いて行っているので、ボンディングパッド部１２ａは絶縁膜１３の異方性エッチングで開口１３ａ内に露出してからアミン系有機溶剤による洗浄までの間に酸素プラズマによる処理を受けず、アミン系有機溶剤による洗浄の際にボンディングパッド部１２ａの表面に酸化アルミニウム膜が形成されていない。
【００２９】
このため、ボンディングパッド部１２ａにおけるアルミニウム・銅合金のアルミニウムと銅との界面にアミン系有機溶剤中のアミノ基（ＮＨ２ −）が侵入して、イオン化傾向の高いアルミニウムが溶出する。そして、溶出の進行と共に銅の結晶粒がアルミニウム・銅合金から抜け出て、洗浄後にはボンディングパッド部１２ａの表面に微細孔が形成されている。その後、図２（ａ）に示す様に、酸素プラズマによる下記の条件のアッシングで有機系重合体膜１５を除去する。
【００３０】
有機系重合体膜のアッシング条件
アッシング装置：ＲＡＭ２５０（ＲＡＭＣＯ社の商品名）
ガス：Ｏ２ ＝８００ｓｃｃｍ
圧力：１０６．４ｋＰａ
高周波出力：１０００Ｗ
処理時間：２５分
【００３１】
ところで、有機系重合体膜１５の除去に必要なアッシング時間は１０分以上である。一方、４０分以上の時間に亘ってアッシングを行うと、開口１３ａ内に露出しているボンディングパッド部１２ａの表面に酸化アルミニウム膜が形成され、この酸化アルミニウム膜が存在していると、金ワイヤボンド１７の接着力が低下してボンディングが阻害される。
【００３２】
つまり、アッシング時間が２０〜３０分であれば、有機系重合体膜１５を十分に除去することができるにも拘らずこの除去を行ってもボンディングパッド部１２ａの表面における酸化アルミニウム膜の形成を確実に防止することができる。従って、本実施形態ではアッシング時間として２５分を選択している。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示す様に、ボンディングパッド部１２ａに金ワイヤボンド１７を介して金ワイヤ１８をボンディングする。この時、上述の様にボンディングパッド部１２ａの表面に微細孔が形成されているので、この微細孔内に金ワイヤボンド１７の材料である金が入り込む。従って、本実施形態で製造した半導体装置では金ワイヤ１８が剥がれにくい。
【００３４】
なお、以上の実施形態はアルミニウム・銅合金から成る配線１２のボンディングパッド部１２ａに金ワイヤ１８をボンディングする半導体装置の製造方法に本願の発明を適用したものであるが、Ａｌワイヤ等をボンディングする半導体装置の製造方法にも本願の発明を適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に係る半導体装置の製造方法では、配線のボンディングパッド部にボンディングされたワイヤが剥がれにくいので、半導体装置を高い歩留りで製造することができ、また、ボンディングパッド部の面積及びワイヤボンドの直径を縮小することができて微細化及び高集積化された半導体装置を製造することができる。
【００３６】
請求項２に係る半導体装置の製造方法では、配線のボンディングパッド部にボンディングされたワイヤが更に剥がれにくいので、半導体装置を更に高い歩留りで製造することができ、また、ボンディングパッド部の面積及びワイヤボンドの直径を更に縮小することができて更に微細化及び高集積化された半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミニウム・銅合金から成る配線のボンディングパッド部にワイヤをボンディングする半導体装置の製造方法の前半を工程順に示す側断面図である。
【図２】上記の製造方法の後半を工程順に示す側断面図である。
【符号の説明】
１２…配線、１２ａ…ボンディングパッド部、１３…絶縁膜、１３ａ…開口（第２の開口）、１４…フォトレジスト膜、１４ａ…開口（第１の開口）、１５…有機系重合体膜、１６…金属系重合体膜、１８…金ワイヤ（ワイヤ）

Claims (2)

  1. アルミニウム・銅合金から成りボンディングパッド部を有する配線を絶縁膜で覆う工程と、
    前記ボンディングパッド部上に第１の開口を有するフォトレジスト膜を前記絶縁膜上に形成する工程と、
    前記フォトレジスト膜をマスクにした異方性エッチングで前記第１の開口下の前記絶縁膜に第２の開口を形成する工程と、
    前記異方性エッチングに引き続き、アミン系有機溶剤による洗浄で、前記異方性エッチングで前記第２の開口の内側面に形成された金属系重合体膜と前記フォトレジスト膜とを除去する工程と、
    前記アミン系有機溶剤による前記洗浄の後に、前記異方性エッチングで前記第２の開口の内側面に形成された有機系重合体膜を酸素プラズマで除去する工程と、
    前記酸素プラズマによる前記除去の後に、前記ボンディングパッド部にワイヤをボンディングする工程と
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記酸素プラズマによる前記除去の時間が２０〜３０分であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
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