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技術 半導体装置及びその製造方法

出願人 株式会社東芝
発明者 エム・ビー・アナンド
出願日 1996年8月21日 (24年4ヶ月経過) 出願番号 1996-219987
公開日 1998年3月6日 (22年9ヶ月経過) 公開番号 1998-064938
状態 特許登録済
技術分野 半導体集積回路装置の内部配線 ボンディング
主要キーワード 窒化チタンシリコン ステップカバ 写真蝕刻工程 超大規模集積回路 配線パタ LOCOS法 温度処理 パッシベ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

解決手段

ボンディングパッド21は、格子状に形成されている。パッシベション層22の直下には、エッチングストッパ層が配置されている。パッシベ−ション層22及びエッチングストッパ層には、ボンディングパッド21上に開口23が設けられている。格子状のボンディングパッド21の間には、絶縁層27が満たされている。ボンディングワイヤは、格子状のボンディングパッド21に結合される。

概要

背景

超大規模集積回路(ULSI)では、通常、3つ以上のレベル配線層が形成される多層配線構造が採用される。

図22及び図23は、従来の配線プロセスによる半導体装置を示している。なお、図23は、図22のXXIII−XXIII線に沿う断面図である。

半導体基板11上には、フィルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15が形成されている。絶縁層15には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16が形成されている。絶縁層15上には、複数の配線17を有する第1レベルの配線層が形成されている。複数の配線17の各々は、コンタクトホ−ル16を経由してMOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13に接続されている。

絶縁層15上には、複数の配線17を完全に覆うような絶縁層(interlayer dielectric )18が形成されている。絶縁層18には、その表面から複数の配線17まで達するコンタクトホ−ル19が形成されている。絶縁層18上には、複数の配線20を有する第2レベルの配線層が形成されている。複数の配線20の各々は、コンタクトホ−ル19を経由して第1レベルの配線層の配線17に接続されている。

また、絶縁層18上には、ボンディングパッド21が形成されている。絶縁層18上には、配線層20及びボンディングパッド21を完全に覆うような絶縁層(passivation dielectric)22が形成されている。絶縁層22には、ボンディングパッド21上に開口23が形成されている。

従来の配線プロセスによる半導体装置では、第1レベルの配線層の複数の配線17、第2レベルの配線層の複数の配線20及びボンディングパッド21は、それぞれ写真蝕刻工程(PEP)、即ちレジストパタ−ンを形成し、このレジストパタ−ンをマスクにして異方性エッチングRIEなど)で金属層エッチングする工程により形成される。

しかし、ULSIでは、同じレベルにおける配線同士の間隔は、非常に狭くなってきている。

このため、第一に、各配線層の配線17,20を正確にパタニングすることが困難になってきている。その理由は、レジストパタ−ンを形成する露光装置解像度微細配線パタ−ンに追いつかない状態になっているためである。

第二に、同じレベルの配線の間の溝を絶縁層により満たすことが困難で、その配線の間に空洞が形成される。その理由は、絶縁層のステップカバレ−ジが悪いためである。この空洞は、多層配線技術に悪影響を与えるものである。

図24及び図25は、デュアルダマシンプロセスによる半導体装置を示している。なお、図25は、図24のXXV−XXV線に沿う断面図である。

半導体基板11上には、フィ−ルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15,24が形成されている。絶縁層15,24には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16aが形成されている。

絶縁層24上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25には、第1レベルの配線層を形成するための複数の溝16bが形成されている。複数の溝16bの底部は、コンタクトホ−ル16aまで達している。

コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内面には、バリアメタル17aが形成されている。また、バリアメタル17a上には、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17bが形成されている。第1レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル17a及び金属17bから構成される。

また、絶縁層25と第1レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第1レベルの配線層となる複数の配線の各々は、MOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13に接続されている。

絶縁層25上及び第1レベルの配線層上には、絶縁層(interlayer dielectric )18及び絶縁層26が形成されている。絶縁層18,26には、その表面から第1レベルの配線層まで達するコンタクトホ−ル19aが形成されている。

絶縁層26上には、絶縁層27が形成されている。絶縁層27には、第2レベルの配線層を形成するための複数の溝19bが形成されている。複数の溝19bの底部は、コンタクトホ−ル19aまで達している。

コンタクトホ−ル19a及び溝19bの内面には、バリアメタル20aが形成されている。また、バリアメタル20a上には、コンタクトホ−ル19a及び溝19bを完全に満たす金属(又は金属合金)20bが形成されている。第2レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル20a及び金属20bから構成される。

また、絶縁層27と第2レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第2レベルの配線層となる複数の配線の各々は、第1レベルの配線層に接続されている。

第2レベルの配線層を最上層をした場合、第2レベルの配線層の一部は、ボンディングパッド21を構成している。ボンディングパッド21は、第2レベルの配線層と同様に、金属(又は金属合金)から構成されている。

絶縁層27上、第2レベルの配線層上及びボンディングパッド21上には、絶縁層(passivation dielectric)22が形成されている。絶縁層22には、ボンディングパッド21上に開口23が形成されている。

このようなデュアルダマシンプロセスによる半導体装置では、従来の配線プロセスのような露光時の配線パタ−ンのぼけの問題や配線間の空洞の問題を解決することが可能である。

しかし、デュアルダマシンプロセスやダマシンプロセスでは、CMP(化学的機械的研磨)技術が用いられる。このCMP技術を用いてボンディングパッド21を形成する場合、ボンディングパッド21の中央部が過大にエッチングされ、ボンディングパッド21が皿状になるいわゆるディッシング(dishing )が生じる。

図26は、ディッシングが生じる様子を示したものである。

即ち、CMPは、機械的に金属層21´をエッチングする他、化学的にも金属層21´をエッチングするものである。従って、深さに比べて十分に大きな幅(通常、ボンディングパッドの大きさは100μm×100μm程度である)を有する溝19bに金属(ボンディングパッド)21を残すような場合には、溝19bの中央部の金属21は、主として化学的エッチングにより過大にエッチングされる。

このディッシングは、ワイヤボンディング時において、ワイヤがボンディングパッド21に正確に結合されないボンディング不良を起こすものであり、製造歩留りの低下の原因となるものである。

図27及び図28は、ディッシングの問題を解決するために発明されたデュアルダマシンプロセスによる半導体装置を示している。なお、図28は、図27のXXVIII−XXVIII線に沿う断面図である。

半導体基板11上には、フィ−ルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15,24が形成されている。絶縁層15,24には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16aが形成されている。

絶縁層24上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25には、第1レベルの配線層を形成するための複数の溝16bが形成されている。複数の溝16bの底部は、コンタクトホ−ル16aまで達している。

コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内面には、バリアメタル17aが形成されている。また、バリアメタル17a上には、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17bが形成されている。第1レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル17a及び金属17bから構成される。

また、絶縁層25と第1レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第1レベルの配線層となる複数の配線の各々は、MOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13に接続されている。

絶縁層25上及び第1レベルの配線層上には、絶縁層(interlayer dielectric )18及び絶縁層26が形成されている。絶縁層18,26には、その表面から第1レベルの配線層まで達するコンタクトホ−ル19aが形成されている。

絶縁層26上には、絶縁層27が形成されている。絶縁層27には、第2レベルの配線層を形成するための複数の溝19bが形成されている。複数の溝19bの底部は、コンタクトホ−ル19aまで達している。

コンタクトホ−ル19a及び溝19bの内面には、バリアメタル20aが形成されている。また、バリアメタル20a上には、コンタクトホ−ル19a及び溝19bを完全に満たす金属(又は金属合金)20bが形成されている。第2レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル20a及び金属20bから構成される。

また、絶縁層27と第2レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第2レベルの配線層となる複数の配線の各々は、第1レベルの配線層に接続されている。

第2レベルの配線層を最上層をした場合、第2レベルの配線層の一部は、ボンディングパッド21を構成している。ボンディングパッド21は、第2レベルの配線層と同様に、金属(又は金属合金)から構成されている。

但し、CMP時におけるディッシングを防止するため、ボンディングパッド21は、格子状に形成されている。即ち、ボンディングパッド21には、行列状に配置されるドット状の複数の穴が設けられている。

また、絶縁層27上及び第2レベルの配線層上には、絶縁層(passivation dielectric)22が形成されている。絶縁層22には、ボンディングパッド21上に開口23が形成されている。

このようなデュアルダマシンプロセスによる半導体装置では、ボンディングパッド21が格子状に形成されている。従って、CMP技術を用いてボンディングパッド21を形成する場合、ボンディングパッド21に、過大にエッチングされる部分が生じることがなく、ディッシングを有効に防止できる。

次に、図27及び図28の半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図29に示すように、LOCOS法により、シリコン基板11上にフィ−ルド酸化層12を形成する。この後、フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域に、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタを形成する。

また、例えば、CVD法を用いて、シリコン基板11上に、MOSトランジスタを完全に覆うような1μm程度の絶縁層(BPSG(borophospho silicate glass)など)15を形成する。絶縁層15の表面は、CMPによって平坦化される。

次に、図30に示すように、例えばCVD法により、絶縁層15上に、エッチングストッパ層24及び絶縁層25が連続して形成される。絶縁層25は、例えば、酸化シリコンから構成される。絶縁層25が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層24は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。

エッチングストッパ層24の厚さは、50nm程度に設定され、絶縁層25の厚さは、第1レベルの配線層を構成する配線の厚さと同じ厚さ、例えば0.6μm程度に形成される。

次に、図31に示すように、絶縁層25に複数の溝16bを形成する。この複数の溝16bは、写真蝕刻工程、即ち絶縁層25上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層25のエッチング及びレジストの剥離により形成される。エッチングストッパ層24は、このRIEにおけるエッチングストッパとしての機能を果たす。

なお、複数の溝16bのパタ−ンは、第1レベルの配線層を構成する配線のパタ−ンと同じとなっている。

次に、図32に示すように、絶縁層15,24にコンタクトホ−ル16aを形成する。コンタクトホ−ル16aも、複数の溝16bの形成と同様に、写真蝕刻工程により形成される。即ち、コンタクトホ−ル16aは、絶縁層25上及び溝16b内へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層15,24のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

次に、図33に示すように、CVD法又はPVD法により、絶縁層25上、コンタクトホ−ル16aの内面及び溝16bの内面に、バリアメタル17aが形成される。バリアメタル17aは、例えば、チタン窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成される。

次に、図34に示すように、CVD法又はPVD法により、バリアメタル17a上に、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17´が形成される。金属17´は、例えば、アルミニウム、銅又はこれらの合金などから構成される。

金属17´の形成にPVD法を用いる場合には、高温PVD法や、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たすような温度処理を含むPVD法が使用される。

次に、図35に示すように、CMP法により、コンタクトホ−ル16a及び溝16bの外部に存在するバリアメタル17a及び金属17bをエッチングし、コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内部のみにバリアメタル17a及び金属17bを残存させる。

これにより、第1レベルの配線層が形成されると共に、第1レベルの配線層と基板中の拡散層(ソ−ス・ドレイン領域)を電気的に接続するコンタクトプラグが形成される。

次に、図36に示すように、CVD法を用いて、絶縁層25上及び第1レベルの配線層上に、厚さ約1μmの絶縁層(酸化シリコンなど)18を形成する。また、例えばCVD法により、絶縁層18上に、エッチングストッパ層26及び絶縁層27が連続して形成される。絶縁層27は、例えば、酸化シリコンから構成される。絶縁層27が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層26は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。

エッチングストッパ層26の厚さは、50nm程度に設定され、絶縁層27の厚さは、第2レベルの配線層を構成する配線の厚さと同じ厚さ、例えば0.6μm程度に形成される。

次に、図37及び図38に示すように、絶縁層25に複数の溝19b,19b´を形成する。この複数の溝19b,19b´は、写真蝕刻工程、即ち絶縁層27上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層27のエッチング及びレジストの剥離により形成される。エッチングストッパ層26は、このRIEにおけるエッチングストッパとしての機能を果たす。

なお、溝19bのパタ−ンは、第2レベルの配線層を構成する配線のパタ−ンと同じとなっており、溝19b´のパタ−ンは、ボンディングパッド(格子状)のパタ−ンと同じとなっている(第2レベルの配線層が最上層の場合)。

また、絶縁層18,26にコンタクトホ−ル19aを形成する。コンタクトホ−ル19aも、複数の溝19b,19b´の形成と同様に、写真蝕刻工程により形成される。即ち、コンタクトホ−ル19aは、絶縁層27上及び溝19b,19b´内へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層18,26のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

次に、図39及び図40に示すように、CVD法又はPVD法により、絶縁層27上、コンタクトホ−ル19aの内面及び溝19b,19b´の内面に、バリアメタル20aが形成される。バリアメタル20aは、例えば、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成される。

また、CVD法又はPVD法により、バリアメタル20a上に、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´を完全に満たす金属(又は金属合金)20b,21が形成される。金属20b,21は、例えば、アルミニウム、銅又はこれらの合金などから構成される。

金属20b,21の形成にPVD法を用いる場合には、高温PVD法や、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´を完全に満たすような温度処理を含むPVD法が使用される。

この後、CMP法により、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´の外部に存在するバリアメタル20a及び金属20b,21をエッチングし、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´の内部のみにバリアメタル20a及び金属20b,21を残存させる。

これにより、第2レベルの配線層及び格子状のボンディングパッドが形成されると共に、第1レベルの配線層と第2レベルの配線層を電気的に接続するコンタクトプラグが形成される。

次に、図41に示すように、例えばCVD法により、絶縁層27上、第2レベルの配線層上及びボンディングパッド上にパッシベション層22を形成する。このパッシベ−ション層22は、酸化シリコンなどから構成される。

次に、図42及び図43に示すように、パッシベ−ション層22に開口23が形成される。この開口23は、格子状のボンディングパッド21上に位置し、写真蝕刻工程により形成される。即ち、開口23は、絶縁層22上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層22のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

この開口23を形成するためのRIEでは、通常、絶縁層27も同時にエッチングされてしまう。これは、絶縁層22と絶縁層27が同じ材料(例えば酸化シリコン)から構成されているためである。

上記デュアルダマシンプロセス又はダマシンプロセスにおける半導体装置の特徴は、配線となる金属自体はパタ−ン化されず、絶縁層がパタ−ン化されている点にある。つまり、配線の間に絶縁層を満たすというプロセスが存在しないため、配線間に空洞が形成されることもない。

また、配線に低抵抗の銅を使用する場合、銅のパタ−ニングは非常に困難であることが知られている。デュアルダマシンプロセス又はダマシンプロセスでは、銅のパタ−ニングは行わず、絶縁層の溝内に銅を埋め込むことにより配線を形成しているため、銅から構成される配線を実現可能とする。

また、デュアルダマシンプロセスでは、配線とコンタクトプラグを同時に形成することができるため、製造コストが低減できるという利点を有する。

概要

ダマシンプロセスによるデバイスのボンディング不良をなくす。

ボンディングパッド21は、格子状に形成されている。パッシベ−ション層22の直下には、エッチングストッパ層が配置されている。パッシベ−ション層22及びエッチングストッパ層には、ボンディングパッド21上に開口23が設けられている。格子状のボンディングパッド21の間には、絶縁層27が満たされている。ボンディングワイヤは、格子状のボンディングパッド21に結合される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
13件

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請求項1

表面が平坦絶縁層の溝内に満たされた導電体によりボンディングパッドが構成される半導体装置において、前記絶縁層上に形成され、前記ボンディングパッド上に開口を有するエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層上に形成され、前記ボンディングパッド上に開口を有するパッシベション層とを具備することを特徴とする半導体装置。

請求項2

請求項1記載の半導体装置において、前記絶縁層の溝は、格子状を有し、前記ボンディングパッドも、格子状を有していることを特徴とする半導体装置。

請求項3

請求項1記載の半導体装置において、前記絶縁層及び前記パッシベ−ション層は、酸化シリコンから構成され、前記エッチングストッパ層は、窒化シリコンから構成されていることを特徴とする半導体装置。

請求項4

表面が平坦な絶縁層に溝を設け、前記溝内に導電体を満たすことによりボンディングパッドを形成する半導体装置の製造方法において、前記絶縁層上及び前記ボンディングパッド上に、少くとも前記絶縁層を構成する材料に対して選択的にエッチングできる材料から構成されるエッチングストッパ層を形成する工程と、前記エッチングストッパ層上に、少くとも前記エッチングストッパ層を構成する材料に対して選択的にエッチングできる材料から構成されるパッシベ−ション層を形成する工程と、前記ボンディングパッド上に位置する前記パッシベ−ション層のみを除去する工程と、前記ボンディングパッド上に位置する前記エッチングストッパ層のみを除去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。

請求項5

請求項4記載の半導体装置の製造方法において、前記ボンディングパッドは、前記絶縁層上に前記溝を完全に満たすような導電体を形成する工程と、CMPにより前記導電体を研磨する工程とにより形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項6

請求項4記載の半導体装置の製造方法において、前記前記パッシベ−ション層は、RIEによりエッチングされ、前記エッチングストッパ層は、RIE又はCDEによりエッチングされることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項7

請求項4記載の半導体装置の製造方法において、前記溝内に導電体を満たすことにより、前記ボンディングパッドを形成すると共に最上層配線層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、ダマシンプロセス又はデュアルダマシンプロセスによる多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

超大規模集積回路(ULSI)では、通常、3つ以上のレベル配線層が形成される多層配線構造が採用される。

0003

図22及び図23は、従来の配線プロセスによる半導体装置を示している。なお、図23は、図22のXXIII−XXIII線に沿う断面図である。

0004

半導体基板11上には、フィルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

0005

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15が形成されている。絶縁層15には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16が形成されている。絶縁層15上には、複数の配線17を有する第1レベルの配線層が形成されている。複数の配線17の各々は、コンタクトホ−ル16を経由してMOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13に接続されている。

0006

絶縁層15上には、複数の配線17を完全に覆うような絶縁層(interlayer dielectric )18が形成されている。絶縁層18には、その表面から複数の配線17まで達するコンタクトホ−ル19が形成されている。絶縁層18上には、複数の配線20を有する第2レベルの配線層が形成されている。複数の配線20の各々は、コンタクトホ−ル19を経由して第1レベルの配線層の配線17に接続されている。

0007

また、絶縁層18上には、ボンディングパッド21が形成されている。絶縁層18上には、配線層20及びボンディングパッド21を完全に覆うような絶縁層(passivation dielectric)22が形成されている。絶縁層22には、ボンディングパッド21上に開口23が形成されている。

0008

従来の配線プロセスによる半導体装置では、第1レベルの配線層の複数の配線17、第2レベルの配線層の複数の配線20及びボンディングパッド21は、それぞれ写真蝕刻工程(PEP)、即ちレジストパタ−ンを形成し、このレジストパタ−ンをマスクにして異方性エッチングRIEなど)で金属層エッチングする工程により形成される。

0009

しかし、ULSIでは、同じレベルにおける配線同士の間隔は、非常に狭くなってきている。

0010

このため、第一に、各配線層の配線17,20を正確にパタニングすることが困難になってきている。その理由は、レジストパタ−ンを形成する露光装置解像度微細配線パタ−ンに追いつかない状態になっているためである。

0011

第二に、同じレベルの配線の間の溝を絶縁層により満たすことが困難で、その配線の間に空洞が形成される。その理由は、絶縁層のステップカバレ−ジが悪いためである。この空洞は、多層配線技術に悪影響を与えるものである。

0012

図24及び図25は、デュアルダマシンプロセスによる半導体装置を示している。なお、図25は、図24のXXV−XXV線に沿う断面図である。

0013

半導体基板11上には、フィ−ルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

0014

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15,24が形成されている。絶縁層15,24には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16aが形成されている。

0015

絶縁層24上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25には、第1レベルの配線層を形成するための複数の溝16bが形成されている。複数の溝16bの底部は、コンタクトホ−ル16aまで達している。

0016

コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内面には、バリアメタル17aが形成されている。また、バリアメタル17a上には、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17bが形成されている。第1レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル17a及び金属17bから構成される。

0017

また、絶縁層25と第1レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第1レベルの配線層となる複数の配線の各々は、MOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13に接続されている。

0018

絶縁層25上及び第1レベルの配線層上には、絶縁層(interlayer dielectric )18及び絶縁層26が形成されている。絶縁層18,26には、その表面から第1レベルの配線層まで達するコンタクトホ−ル19aが形成されている。

0019

絶縁層26上には、絶縁層27が形成されている。絶縁層27には、第2レベルの配線層を形成するための複数の溝19bが形成されている。複数の溝19bの底部は、コンタクトホ−ル19aまで達している。

0020

コンタクトホ−ル19a及び溝19bの内面には、バリアメタル20aが形成されている。また、バリアメタル20a上には、コンタクトホ−ル19a及び溝19bを完全に満たす金属(又は金属合金)20bが形成されている。第2レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル20a及び金属20bから構成される。

0021

また、絶縁層27と第2レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第2レベルの配線層となる複数の配線の各々は、第1レベルの配線層に接続されている。

0022

第2レベルの配線層を最上層をした場合、第2レベルの配線層の一部は、ボンディングパッド21を構成している。ボンディングパッド21は、第2レベルの配線層と同様に、金属(又は金属合金)から構成されている。

0023

絶縁層27上、第2レベルの配線層上及びボンディングパッド21上には、絶縁層(passivation dielectric)22が形成されている。絶縁層22には、ボンディングパッド21上に開口23が形成されている。

0024

このようなデュアルダマシンプロセスによる半導体装置では、従来の配線プロセスのような露光時の配線パタ−ンのぼけの問題や配線間の空洞の問題を解決することが可能である。

0025

しかし、デュアルダマシンプロセスやダマシンプロセスでは、CMP(化学的機械的研磨)技術が用いられる。このCMP技術を用いてボンディングパッド21を形成する場合、ボンディングパッド21の中央部が過大にエッチングされ、ボンディングパッド21が皿状になるいわゆるディッシング(dishing )が生じる。

0026

図26は、ディッシングが生じる様子を示したものである。

0027

即ち、CMPは、機械的に金属層21´をエッチングする他、化学的にも金属層21´をエッチングするものである。従って、深さに比べて十分に大きな幅(通常、ボンディングパッドの大きさは100μm×100μm程度である)を有する溝19bに金属(ボンディングパッド)21を残すような場合には、溝19bの中央部の金属21は、主として化学的エッチングにより過大にエッチングされる。

0028

このディッシングは、ワイヤボンディング時において、ワイヤがボンディングパッド21に正確に結合されないボンディング不良を起こすものであり、製造歩留りの低下の原因となるものである。

0029

図27及び図28は、ディッシングの問題を解決するために発明されたデュアルダマシンプロセスによる半導体装置を示している。なお、図28は、図27のXXVIII−XXVIII線に沿う断面図である。

0030

半導体基板11上には、フィ−ルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

0031

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15,24が形成されている。絶縁層15,24には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16aが形成されている。

0032

絶縁層24上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25には、第1レベルの配線層を形成するための複数の溝16bが形成されている。複数の溝16bの底部は、コンタクトホ−ル16aまで達している。

0033

コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内面には、バリアメタル17aが形成されている。また、バリアメタル17a上には、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17bが形成されている。第1レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル17a及び金属17bから構成される。

0034

また、絶縁層25と第1レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第1レベルの配線層となる複数の配線の各々は、MOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13に接続されている。

0035

絶縁層25上及び第1レベルの配線層上には、絶縁層(interlayer dielectric )18及び絶縁層26が形成されている。絶縁層18,26には、その表面から第1レベルの配線層まで達するコンタクトホ−ル19aが形成されている。

0036

絶縁層26上には、絶縁層27が形成されている。絶縁層27には、第2レベルの配線層を形成するための複数の溝19bが形成されている。複数の溝19bの底部は、コンタクトホ−ル19aまで達している。

0037

コンタクトホ−ル19a及び溝19bの内面には、バリアメタル20aが形成されている。また、バリアメタル20a上には、コンタクトホ−ル19a及び溝19bを完全に満たす金属(又は金属合金)20bが形成されている。第2レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル20a及び金属20bから構成される。

0038

また、絶縁層27と第2レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。第2レベルの配線層となる複数の配線の各々は、第1レベルの配線層に接続されている。

0039

第2レベルの配線層を最上層をした場合、第2レベルの配線層の一部は、ボンディングパッド21を構成している。ボンディングパッド21は、第2レベルの配線層と同様に、金属(又は金属合金)から構成されている。

0040

但し、CMP時におけるディッシングを防止するため、ボンディングパッド21は、格子状に形成されている。即ち、ボンディングパッド21には、行列状に配置されるドット状の複数の穴が設けられている。

0041

また、絶縁層27上及び第2レベルの配線層上には、絶縁層(passivation dielectric)22が形成されている。絶縁層22には、ボンディングパッド21上に開口23が形成されている。

0042

このようなデュアルダマシンプロセスによる半導体装置では、ボンディングパッド21が格子状に形成されている。従って、CMP技術を用いてボンディングパッド21を形成する場合、ボンディングパッド21に、過大にエッチングされる部分が生じることがなく、ディッシングを有効に防止できる。

0043

次に、図27及び図28の半導体装置の製造方法について説明する。

0044

まず、図29に示すように、LOCOS法により、シリコン基板11上にフィ−ルド酸化層12を形成する。この後、フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域に、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタを形成する。

0045

また、例えば、CVD法を用いて、シリコン基板11上に、MOSトランジスタを完全に覆うような1μm程度の絶縁層(BPSG(borophospho silicate glass)など)15を形成する。絶縁層15の表面は、CMPによって平坦化される。

0046

次に、図30に示すように、例えばCVD法により、絶縁層15上に、エッチングストッパ層24及び絶縁層25が連続して形成される。絶縁層25は、例えば、酸化シリコンから構成される。絶縁層25が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層24は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。

0047

エッチングストッパ層24の厚さは、50nm程度に設定され、絶縁層25の厚さは、第1レベルの配線層を構成する配線の厚さと同じ厚さ、例えば0.6μm程度に形成される。

0048

次に、図31に示すように、絶縁層25に複数の溝16bを形成する。この複数の溝16bは、写真蝕刻工程、即ち絶縁層25上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層25のエッチング及びレジストの剥離により形成される。エッチングストッパ層24は、このRIEにおけるエッチングストッパとしての機能を果たす。

0049

なお、複数の溝16bのパタ−ンは、第1レベルの配線層を構成する配線のパタ−ンと同じとなっている。

0050

次に、図32に示すように、絶縁層15,24にコンタクトホ−ル16aを形成する。コンタクトホ−ル16aも、複数の溝16bの形成と同様に、写真蝕刻工程により形成される。即ち、コンタクトホ−ル16aは、絶縁層25上及び溝16b内へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層15,24のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

0051

次に、図33に示すように、CVD法又はPVD法により、絶縁層25上、コンタクトホ−ル16aの内面及び溝16bの内面に、バリアメタル17aが形成される。バリアメタル17aは、例えば、チタン窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成される。

0052

次に、図34に示すように、CVD法又はPVD法により、バリアメタル17a上に、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17´が形成される。金属17´は、例えば、アルミニウム、銅又はこれらの合金などから構成される。

0053

金属17´の形成にPVD法を用いる場合には、高温PVD法や、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たすような温度処理を含むPVD法が使用される。

0054

次に、図35に示すように、CMP法により、コンタクトホ−ル16a及び溝16bの外部に存在するバリアメタル17a及び金属17bをエッチングし、コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内部のみにバリアメタル17a及び金属17bを残存させる。

0055

これにより、第1レベルの配線層が形成されると共に、第1レベルの配線層と基板中の拡散層(ソ−ス・ドレイン領域)を電気的に接続するコンタクトプラグが形成される。

0056

次に、図36に示すように、CVD法を用いて、絶縁層25上及び第1レベルの配線層上に、厚さ約1μmの絶縁層(酸化シリコンなど)18を形成する。また、例えばCVD法により、絶縁層18上に、エッチングストッパ層26及び絶縁層27が連続して形成される。絶縁層27は、例えば、酸化シリコンから構成される。絶縁層27が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層26は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。

0057

エッチングストッパ層26の厚さは、50nm程度に設定され、絶縁層27の厚さは、第2レベルの配線層を構成する配線の厚さと同じ厚さ、例えば0.6μm程度に形成される。

0058

次に、図37及び図38に示すように、絶縁層25に複数の溝19b,19b´を形成する。この複数の溝19b,19b´は、写真蝕刻工程、即ち絶縁層27上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層27のエッチング及びレジストの剥離により形成される。エッチングストッパ層26は、このRIEにおけるエッチングストッパとしての機能を果たす。

0059

なお、溝19bのパタ−ンは、第2レベルの配線層を構成する配線のパタ−ンと同じとなっており、溝19b´のパタ−ンは、ボンディングパッド(格子状)のパタ−ンと同じとなっている(第2レベルの配線層が最上層の場合)。

0060

また、絶縁層18,26にコンタクトホ−ル19aを形成する。コンタクトホ−ル19aも、複数の溝19b,19b´の形成と同様に、写真蝕刻工程により形成される。即ち、コンタクトホ−ル19aは、絶縁層27上及び溝19b,19b´内へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層18,26のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

0061

次に、図39及び図40に示すように、CVD法又はPVD法により、絶縁層27上、コンタクトホ−ル19aの内面及び溝19b,19b´の内面に、バリアメタル20aが形成される。バリアメタル20aは、例えば、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成される。

0062

また、CVD法又はPVD法により、バリアメタル20a上に、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´を完全に満たす金属(又は金属合金)20b,21が形成される。金属20b,21は、例えば、アルミニウム、銅又はこれらの合金などから構成される。

0063

金属20b,21の形成にPVD法を用いる場合には、高温PVD法や、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´を完全に満たすような温度処理を含むPVD法が使用される。

0064

この後、CMP法により、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´の外部に存在するバリアメタル20a及び金属20b,21をエッチングし、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´の内部のみにバリアメタル20a及び金属20b,21を残存させる。

0065

これにより、第2レベルの配線層及び格子状のボンディングパッドが形成されると共に、第1レベルの配線層と第2レベルの配線層を電気的に接続するコンタクトプラグが形成される。

0066

次に、図41に示すように、例えばCVD法により、絶縁層27上、第2レベルの配線層上及びボンディングパッド上にパッシベション層22を形成する。このパッシベ−ション層22は、酸化シリコンなどから構成される。

0067

次に、図42及び図43に示すように、パッシベ−ション層22に開口23が形成される。この開口23は、格子状のボンディングパッド21上に位置し、写真蝕刻工程により形成される。即ち、開口23は、絶縁層22上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層22のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

0068

この開口23を形成するためのRIEでは、通常、絶縁層27も同時にエッチングされてしまう。これは、絶縁層22と絶縁層27が同じ材料(例えば酸化シリコン)から構成されているためである。

0069

上記デュアルダマシンプロセス又はダマシンプロセスにおける半導体装置の特徴は、配線となる金属自体はパタ−ン化されず、絶縁層がパタ−ン化されている点にある。つまり、配線の間に絶縁層を満たすというプロセスが存在しないため、配線間に空洞が形成されることもない。

0070

また、配線に低抵抗の銅を使用する場合、銅のパタ−ニングは非常に困難であることが知られている。デュアルダマシンプロセス又はダマシンプロセスでは、銅のパタ−ニングは行わず、絶縁層の溝内に銅を埋め込むことにより配線を形成しているため、銅から構成される配線を実現可能とする。

0071

また、デュアルダマシンプロセスでは、配線とコンタクトプラグを同時に形成することができるため、製造コストが低減できるという利点を有する。

発明が解決しようとする課題

0072

上記デュアルダマシンプロセスにおいて、ボンディングパッド21上に開口23を設ける際のRIEでは、絶縁層27も同時にエッチングされてしまう。これは、上述のように、絶縁層22と絶縁層27が同じ材料(例えば酸化シリコン)から構成されているためである。

0073

この場合、図44及び図45に示すように、ワイヤボンディングを行うと、ワイヤ28が格子状のボンディングパッド21を押し潰すため、ボンディング不良を発生させることがある。これは、格子状のボンディングパッド21の間が空間になっており、ボンディングパッド21に変形が生じ易くなっているためである。

0074

本発明は、上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、デュアルダマシンプロセス又はダマシンプロセスによる半導体装置において、ボンディングパッドを格子状にすると共に、格子状のボンディングパッドの変形を防ぎ、ボンディング不良をなくして、信頼性や製造歩留りの向上を図ることである。

課題を解決するための手段

0075

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、表面が平坦な絶縁層の溝内に満たされた導電体により構成されるボンディングパッドと、前記絶縁層上に形成され、前記ボンディングパッド上に開口を有するエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層上に形成され、前記ボンディングパッド上に開口を有するパッシベ−ション層とを備えている。

0076

前記絶縁層の溝は、格子状を有し、前記ボンディングパッドも、格子状を有している。前記絶縁層及び前記パッシベ−ション層は、酸化シリコンから構成され、前記エッチングストッパ層は、窒化シリコンから構成されている。

0077

本発明の半導体装置の製造方法は、表面が平坦な絶縁層に溝を設け、前記溝内に導電体を満たすことによりボンディングパッドを形成し、前記絶縁層上及び前記ボンディングパッド上に、少くとも前記絶縁層を構成する材料に対して選択的にエッチングできる材料から構成されるエッチングストッパ層を形成し、前記エッチングストッパ層上に、少くとも前記エッチングストッパ層を構成する材料に対して選択的にエッチングできる材料から構成されるパッシベ−ション層を形成し、前記ボンディングパッド上に位置する前記パッシベ−ション層のみを除去し、前記ボンディングパッド上に位置する前記エッチングストッパ層のみを除去する、という一連の工程を備えている。

0078

前記ボンディングパッドは、前記絶縁層上に前記溝を完全に満たすような導電体を形成した後に、CMPにより前記導電体を研磨することにより形成される。前記前記パッシベ−ション層は、RIEによりエッチングされ、前記エッチングストッパ層は、RIE又はCDEによりエッチングされる。

0079

前記溝内に導電体を満たすことにより、前記ボンディングパッドが形成されると共に最上層の配線層も同時に形成される。

発明を実施するための最良の形態

0080

以下、図面を参照しながら、本発明の半導体装置及びその製造方法について詳細に説明する。

0081

図1及び図2は、本発明の実施の形態に関わるデュアルダマシンプロセスによる半導体装置を示している。なお、図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。

0082

半導体基板11上には、フィ−ルド酸化層12が形成されている。フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域には、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタが形成されている。

0083

半導体基板11上には、MOSトランジスタを完全に覆うような絶縁層15,24が形成されている。絶縁層15,24には、その表面からソ−ス・ドレイン領域13まで達するコンタクトホ−ル16aが形成されている。

0084

絶縁層24上には、絶縁層25が形成されている。絶縁層25には、第1レベルの配線層を形成するための複数の溝16bが形成されている。複数の溝16bの底部は、コンタクトホ−ル16aまで達している。

0085

コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内面には、バリアメタル17aが形成されている。また、バリアメタル17a上には、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17bが形成されている。第1レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル17a及び金属17bから構成される。

0086

また、第1レベルの配線層とMOSトランジスタのソ−ス・ドレイン領域13を接続するコンタクトプラグも、バリアメタル17a及び金属17bから構成される。また、絶縁層25と第1レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。

0087

絶縁層25上及び第1レベルの配線層上には、絶縁層(interlayer dielectric )18及び絶縁層26が形成されている。絶縁層18,26には、その表面から第1レベルの配線層まで達するコンタクトホ−ル19aが形成されている。

0088

絶縁層26上には、絶縁層27が形成されている。絶縁層27には、第2レベルの配線層を形成するための複数の溝19bが形成されている。複数の溝19bの底部は、コンタクトホ−ル19aまで達している。

0089

コンタクトホ−ル19a及び溝19bの内面には、バリアメタル20aが形成されている。また、バリアメタル20a上には、コンタクトホ−ル19a及び溝19bを完全に満たす金属(又は金属合金)20bが形成されている。第2レベルの配線層となる複数の配線は、バリアメタル20a及び金属20bから構成される。

0090

また、第1レベルの配線層と第2レベルの配線層を接続するコンタクトプラグも、バリアメタル20a及び金属20bから構成される。また、絶縁層27と第2レベルの配線層の表面は、一致し、かつ、平坦になっている。

0091

第2レベルの配線層を最上層をした場合、第2レベルの配線層の一部は、ボンディングパッド21を構成している。ボンディングパッド21は、第2レベルの配線層と同様に、金属(又は金属合金)から構成されている。但し、CMP時におけるディッシングを防止するため、ボンディングパッド21は、例えば、格子状に形成されている。

0092

また、絶縁層27上及び第2レベルの配線層上には、エッチングストッパ層29が形成されている。エッチングストッパ層29上には、パッシベ−ション層(passivation dielectric)22が形成されている。

0093

エッチングストッパ層29は、絶縁層27及びパッシベ−ション層22を構成する材料に対して選択的にエッチングできるような材料から構成される。例えば、絶縁層27及びパッシベ−ション層22が酸化シリコンから構成されるような場合には、エッチングストッパ層29は、窒化シリコンから構成される。エッチングストッパ層29は、約50nmの厚さで形成される。

0094

ボンディングパッド21上において、パッシベ−ション層22及びエッチングストッパ層29には、開口23が形成されている。

0095

このようなデュアルダマシンプロセスによる半導体装置では、ボンディングパッド21が格子状に形成されている。従って、CMP技術を用いてボンディングパッド21を形成する場合、ボンディングパッド21に、過大にエッチングされる部分が生じることがなく、ディッシングを有効に防止できる。

0096

また、格子状のボンディングパッド21の間には、絶縁層27が完全に満たされている。このため、ワイヤボンディングにおけるワイヤの圧着時に、ボンディングパッド21が押し潰されたり又は変形したりすることがない。従って、ボンディング不良の発生を抑えることができ、信頼性や製造歩留りの向上に貢献することができる。

0097

また、パッシベ−ション層22の直下には、パッシベ−ション層22及び絶縁層27を構成する材料に対して選択的にエッチングできる材料から構成されるエッチングストッパ層29が配置されている。従って、パッシベ−ション層22に開口23を設ける際に、格子状のボンディングパッド21の間の絶縁層27がエッチングされることもない。

0098

次に、図1及び図2の半導体装置の製造方法について説明する。

0099

まず、図3に示すように、LOCOS法により、シリコン基板11上にフィ−ルド酸化層12を形成する。この後、フィ−ルド酸化層12により取り囲まれた素子領域に、ソ−ス・ドレイン領域13及びゲ−ト電極14を有するMOSトランジスタを形成する。

0100

また、例えば、CVD法を用いて、シリコン基板11上に、MOSトランジスタを完全に覆うような1μm程度の絶縁層(BPSG(borophospho silicate glass)など)15を形成する。絶縁層15の表面は、CMPによって平坦化される。

0101

次に、図4に示すように、例えばCVD法により、絶縁層15上に、エッチングストッパ層24及び絶縁層25が連続して形成される。絶縁層25は、例えば、酸化シリコンから構成される。絶縁層25が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層24は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。

0102

エッチングストッパ層24の厚さは、50nm程度に設定され、絶縁層25の厚さは、第1レベルの配線層を構成する配線の厚さと同じ厚さ、例えば0.6μm程度に形成される。

0103

次に、図5に示すように、絶縁層25に複数の溝16bを形成する。この複数の溝16bは、写真蝕刻工程、即ち絶縁層25上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層25のエッチング及びレジストの剥離により形成される。エッチングストッパ層24は、このRIEにおけるエッチングストッパとしての機能を果たす。

0104

なお、複数の溝16bのパタ−ンは、第1レベルの配線層を構成する配線のパタ−ンと同じとなっている。

0105

次に、図6に示すように、絶縁層15,24にコンタクトホ−ル16aを形成する。コンタクトホ−ル16aも、複数の溝16bの形成と同様に、写真蝕刻工程により形成される。即ち、コンタクトホ−ル16aは、絶縁層25上及び溝16b内へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層15,24のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

0106

次に、図7に示すように、CVD法又はPVD法により、絶縁層25上、コンタクトホ−ル16aの内面及び溝16bの内面に、バリアメタル17aが形成される。バリアメタル17aは、例えば、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成される。

0107

次に、図8に示すように、CVD法又はPVD法により、バリアメタル17a上に、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たす金属(又は金属合金)17´が形成される。金属17´は、例えば、アルミニウム、銅又はこれらの合金などから構成される。

0108

金属17´の形成にPVD法を用いる場合には、高温PVD法や、コンタクトホ−ル16a及び溝16bを完全に満たすような温度処理を含むPVD法が使用される。

0109

次に、図9に示すように、CMP法により、コンタクトホ−ル16a及び溝16bの外部に存在するバリアメタル17a及び金属17bをエッチングし、コンタクトホ−ル16a及び溝16bの内部のみにバリアメタル17a及び金属17bを残存させる。

0110

これにより、第1レベルの配線層が形成されると共に、第1レベルの配線層と基板中の拡散層(ソ−ス・ドレイン領域)を電気的に接続するコンタクトプラグが形成される。

0111

次に、図10に示すように、CVD法を用いて、絶縁層25上及び第1レベルの配線層上に、厚さ約1μmの絶縁層(酸化シリコンなど)18を形成する。また、例えばCVD法により、絶縁層18上に、エッチングストッパ層26及び絶縁層27が連続して形成される。絶縁層27は、例えば、酸化シリコンから構成される。絶縁層27が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層26は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。

0112

エッチングストッパ層26の厚さは、50nm程度に設定され、絶縁層27の厚さは、第2レベルの配線層を構成する配線の厚さと同じ厚さに形成される。

0113

次に、図11及び図12に示すように、絶縁層25に複数の溝19b,19b´を形成する。この複数の溝19b,19b´は、写真蝕刻工程、即ち絶縁層27上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層27のエッチング及びレジストの剥離により形成される。エッチングストッパ層26は、このRIEにおけるエッチングストッパとしての機能を果たす。

0114

なお、溝19bのパタ−ンは、第2レベルの配線層を構成する配線のパタ−ンと同じとなっており、溝19b´のパタ−ンは、ボンディングパッド(格子状)のパタ−ンと同じとなっている(第2レベルの配線層が最上層の場合)。

0115

次に、図13及び図14に示すように、絶縁層18,26にコンタクトホ−ル19aを形成する。コンタクトホ−ル19aも、複数の溝19b,19b´の形成と同様に、写真蝕刻工程により形成される。即ち、コンタクトホ−ル19aは、絶縁層27上及び溝19b,19b´内へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層18,26のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

0116

この後、CVD法又はPVD法により、絶縁層27上、コンタクトホ−ル19aの内面及び溝19b,19b´の内面に、バリアメタル20aが形成される。バリアメタル20aは、例えば、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成される。

0117

また、CVD法又はPVD法により、バリアメタル20a上に、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´を完全に満たす金属(又は金属合金)20b,21が形成される。金属20b,21は、例えば、アルミニウム、銅又はこれらの合金などから構成される。

0118

金属20b,21の形成にPVD法を用いる場合には、高温PVD法や、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´を完全に満たすような温度処理を含むPVD法が使用される。

0119

この後、CMP法により、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´の外部に存在するバリアメタル20a及び金属20b,21をエッチングし、コンタクトホ−ル19a及び溝19b,19b´の内部のみにバリアメタル20a及び金属20b,21を残存させる。

0120

これにより、第2レベルの配線層及び格子状のボンディングパッドが形成されると共に、第1レベルの配線層と第2レベルの配線層を電気的に接続するコンタクトプラグが形成される。

0121

次に、図15に示すように、例えばCVD法により、絶縁層27上、第2レベルの配線層上及びボンディングパッド上に、エッチングストッパ層29及びパッシベ−ション層22が連続して形成される。

0122

パッシベ−ション層22は、例えば、酸化シリコンから構成される。パッシベ−ション層22が酸化シリコンから構成される場合、エッチングストッパ層29は、RIE(反応性イオンエッチング)における酸化シリコンに対するエッチング選択比が大きな材料、例えば窒化シリコンから構成される。エッチングストッパ層29の厚さは、50nm程度に設定される。

0123

次に、図16及び図17に示すように、パッシベ−ション層22に開口23が形成される。この開口23は、格子状のボンディングパッド21上に位置し、写真蝕刻工程により形成される。即ち、開口23は、絶縁層22上へのレジストの塗布及び当該レジストのパタ−ニング及び当該レジストをマスクにしたRIEによる絶縁層22のエッチング及びレジストの剥離により形成される。

0124

この開口23を形成するためのRIEでは、エッチングストッパ層29が存在するため、絶縁層27は、エッチングされることがない。

0125

次に、図18及び図19に示すように、パッシベ−ション層22の開口23の底部に存在するエッチングストッパ層29のみを除去する。エッチングストッパ層29の除去は、RIEなどの異方性エッチングにより行うことができる他、CDE(ケミカルドライエッチング)などの等方性エッチングによって行うこともできる。

0126

以上の工程により、上述の図1及び図2の半導体装置が完成する。

0127

上記製造方法の特徴は、パッシベ−ション層22の直下にエッチングストッパ層29を設けている点にある。このため、ボンディングパッド21上に開口23を設けるためのRIEにおいて、格子状のボンディングパッド21の間の絶縁層27がエッチングされることもない。

0128

つまり、図20及び図21に示すように、格子状のボンディングパッド21の間には絶縁層27が満たされた状態であり、この後、ワイヤボンディングを行っても、ワイヤ28が格子状のボンディングパッド21を押し潰したり又は変形させたりすることがない。

0129

従って、ボンディング不良が発生することもなく、信頼性及び製造歩留りの向上を図ることができる。

発明の効果

0130

以上、説明したように、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏する。

0131

パッシベ−ション層の直下には、エッチングストッパ層が設けられている。このため、ボンディングパッド上に開口を設ける際のRIEでは、格子状のボンディングパッドの間の絶縁層がエッチングされない。即ち、格子状のボンディングパッドの間には絶縁層が満たされている。よって、この後、ワイヤボンディングを行っても、ワイヤが格子状のボンディングパッドを押し潰したり又は変形させたりすることがないため、ボンディング不良が発生することもなく、信頼性及び製造歩留りの向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0132

図1本発明の実施の形態に関わる半導体装置を示す平面図。
図2図1のII−II線に沿う断面図。
図3本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図4本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図5本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図6本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図7本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図8本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図9本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図10本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図11本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す平面図。
図12図11のXII−XII線に沿う断面図。
図13本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す平面図。
図14図13のXIV−XIV線に沿う断面図。
図15本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す断面図。
図16本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す平面図。
図17図16のXVII−XVII線に沿う断面図。
図18本発明の実施の形態に関わる製造方法の一工程を示す平面図。
図19図18のXIX−XIX線に沿う断面図。
図20図1の半導体装置においてワイヤボンディングを行った状態を示す平面図。
図21図20のXXI−XXI線に沿う断面図。
図22従来の半導体装置を示す平面図。
図23図22のXXIII−XXIII線に沿う断面図。
図24従来の半導体装置を示す平面図。
図25図24のXXV−XXV線に沿う断面図。
図26従来のダマシンプロセスにおけるディッシング現象を示す図。
図27従来の半導体装置を示す平面図。
図28図27のXXVIII−XXVIII線に沿う断面図。
図29従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図30従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図31従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図32従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図33従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図34従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図35従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図36従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図37従来の製造方法の一工程を示す平面図。
図38図37のXXXVIII−XXXVIII線に沿う断面図。
図39従来の製造方法の一工程を示す平面図。
図40図39のXL−XL線に沿う断面図。
図41従来の製造方法の一工程を示す断面図。
図42従来の製造方法の一工程を示す平面図。
図43図42のXLIII−XLIII線に沿う断面図。
図44図27の装置においてワイヤボンディングを行った状態を示す平面図。
図45図44のXLV−XLV線に沿う断面図。

--

0133

11 :シリコン基板、
12 :フィ−ルド絶縁層、
13 :ソ−ス・ドレイン領域、
14 :ゲ−ト電極、
15,18,25,27 :絶縁層、
16,16a,19,19a :コンタクトホ−ル、
16b,19b :配線溝
17a,20a :バリアメタル、
17b,20b :金属、
17,20 :配線、
21 :ボンディングパッド(金属)、
22 :パッシベ−ション層、
23 :開口、
24,26,29 :エッチングストッパ層。

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