專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別是涉及提高鍵合等可靠性的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著半導(dǎo)體器件的高集成化、高速化，從各布線(xiàn)層的低電阻化和高可靠性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，布線(xiàn)材料代替鋁(Al)等而使用銅(以下稱(chēng)為Cu)。將Cu作為布線(xiàn)材料的技術(shù)在半導(dǎo)體器件的高速化、布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的多層化中，隨著精細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)展，越來(lái)越重要。
在安裝半導(dǎo)體器件的工藝中，進(jìn)行鍵合工藝，經(jīng)金屬絲或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)等導(dǎo)電性構(gòu)件，電連接半導(dǎo)體器件的各布線(xiàn)層和導(dǎo)電性外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))并導(dǎo)通。在進(jìn)行鍵合工藝時(shí)，直接接合半導(dǎo)體器件的焊盤(pán)電極層和金屬絲、或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)，電導(dǎo)通半導(dǎo)體器件的各布線(xiàn)層和導(dǎo)電性外部構(gòu)件。具體說(shuō)來(lái)，在焊盤(pán)電極層直接鍵合金屬絲(例金(Au))，或在焊盤(pán)電極層上形成導(dǎo)電性凸點(diǎn)并進(jìn)行倒裝芯片連接等。
由于焊盤(pán)電極層作為最頂層布線(xiàn)的一部分形成，所以使用與半導(dǎo)體器件的布線(xiàn)層相同的材料。從而，與其它布線(xiàn)層同樣，焊盤(pán)電極層材料代替Al等而使用Cu有利于減少工藝數(shù)。
形成焊盤(pán)電極層，在大氣中曝曬Cu布線(xiàn)層的最頂層并進(jìn)行加熱處理時(shí)，Cu布線(xiàn)層的表面至內(nèi)部容易進(jìn)行氧化。從而，在使用Cu材料時(shí)，不能使用現(xiàn)有裝置在大氣中進(jìn)行加熱處理而進(jìn)行鍵合工藝。此時(shí)，也可以在氮?dú)饬髦谢驓錃饬髦械确茄趸詺夥罩谢蜻€原性氣氛中一邊抑制焊盤(pán)電極層的表面氧化，一邊進(jìn)行鍵合工藝，但需要對(duì)裝置進(jìn)行很大改造。另外，還有在鍵合后的工藝中在加熱處理等過(guò)程中進(jìn)行氧化會(huì)使暫時(shí)鍵合的部分接合不良的問(wèn)題。
對(duì)于這些問(wèn)題，在特開(kāi)平9-92649號(hào)公報(bào)公開(kāi)了在銅布線(xiàn)結(jié)構(gòu)上、或在開(kāi)口部?jī)?nèi)的銅電極焊盤(pán)結(jié)構(gòu)(＝銅焊盤(pán)電極層)上形成抗氧化性、抗腐蝕性的保護(hù)層的方法。
在此公開(kāi)了在構(gòu)成布線(xiàn)和焊盤(pán)電極的銅膜(以下，稱(chēng)為Cu膜)、以及其周?chē)慕^緣膜上形成其膜厚相對(duì)于Cu膜約為2％以下的薄的鋁膜(以下，稱(chēng)為Al膜)，接著進(jìn)行熱處理，在Cu布線(xiàn)層的表面形成銅-鋁合金層(以下，Cu-Al合金層)的方法。像這樣，公開(kāi)了在Cu布線(xiàn)層上形成以Al為成分的金屬的合金膜，抑制Cu布線(xiàn)層氧化和腐蝕，提高布線(xiàn)結(jié)構(gòu)或焊盤(pán)電極結(jié)構(gòu)的可靠性的方法。
另外，在特開(kāi)平9-92649號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了利用稀氫氟酸或磷酸用濕蝕刻處理去除絕緣膜上剩余的(未反應(yīng)的)Al膜，之后在氫和氧、或氫和水蒸氣的混合氣體中熱處理Cu布線(xiàn)層的方法。在此，再次熱處理Cu布線(xiàn)層，在Cu-Al的合金層表面再形成含有Al和氧的薄膜、或含有Al、Cu和氧的薄氧化膜，可以進(jìn)一步提高Cu布線(xiàn)或Cu電極焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的可靠性。
但是，為了抑制焊盤(pán)電極層(例Cu)的電阻值的上升，需要使Cu合金膜的厚度盡量薄。對(duì)此，考慮使在焊盤(pán)電極層上形成的金屬膜(例Al)的膜厚盡可能薄。
從而，在特開(kāi)平9-92649號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了為了抑制焊盤(pán)電極層(例Cu)的電阻值的上升，需要使Cu-Al合金層盡量薄，對(duì)此，考慮了在構(gòu)成電極焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的Cu膜上形成盡量薄的Al膜。
但是，若在焊盤(pán)電極層上形成的金屬膜(例Al)太薄，則產(chǎn)生以下問(wèn)題。
例如，在焊盤(pán)電極層上形成合金膜的過(guò)程中，通過(guò)熱處理在焊盤(pán)電極層(＝最頂層的布線(xiàn)層)的周?chē)糠?，即鈍化膜等絕緣膜上，金屬膜凝集成球狀，增大了金屬膜的膜厚(相當(dāng)于球的直徑)。
此時(shí)，可以利用濕蝕刻處理或CMP法(＝化學(xué)機(jī)械研磨法)等去除焊盤(pán)電極層周?chē)慕^緣膜上剩余的無(wú)用的金屬膜，但存在處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，得不到實(shí)用的工藝裕值。
另外，在形成了Cu布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的電極焊盤(pán)之后，進(jìn)行經(jīng)金屬絲(例金(Au))或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)等導(dǎo)電性構(gòu)件與導(dǎo)電性外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))連接的安裝工藝等之前，通常檢查硅片。在此，在大氣中將探針接觸到各半導(dǎo)體芯片的焊盤(pán)電極層進(jìn)行檢查，只選擇良好的芯片，在檢查結(jié)束后，只對(duì)良好的芯片進(jìn)行安裝工藝。
此時(shí)，由于探針的尖端鋒利，所以在接觸時(shí)在焊盤(pán)電極層上產(chǎn)生一定深度的劃痕。從而，在焊盤(pán)電極層的結(jié)構(gòu)為在Cu布線(xiàn)層上形成了保護(hù)層時(shí)，探針劃破該保護(hù)層，露出位于底層的Cu布線(xiàn)層，所以在之后的安裝工藝中被氧化。從而，焊盤(pán)電極層上的金屬氧化層容易被探針劃掉，使焊盤(pán)電極層的抗氧化性惡化。
另外，有時(shí)在進(jìn)行安裝工藝之前，為了保護(hù)焊盤(pán)電極層而進(jìn)行熱處理，在探針的劃痕上再次形成氧化性保護(hù)層。但是，由于在位于底層的Cu布線(xiàn)層除了形成作為保護(hù)層的金屬氧化層之外不含有金屬，所以不能再次形成金屬氧化層。在安裝工藝，特別是鍵合工藝等中，若在這樣的焊盤(pán)電極接合金屬絲或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)，則接合強(qiáng)度和導(dǎo)電性都較差。
像這樣，在形成焊盤(pán)電極層時(shí)，不僅考慮抑制布線(xiàn)電阻值、抗氧化性、抗腐蝕性，還需要考慮對(duì)之后的工藝，即對(duì)無(wú)用的金屬膜的處理工藝、晶片檢查工藝、以及鍵合工藝等的影響。
從而，在特開(kāi)平9-92649號(hào)公報(bào)公開(kāi)的方法中，在形成Cu電極焊盤(pán)結(jié)構(gòu)(＝Cu焊盤(pán)電極層)時(shí)也需要考慮對(duì)布線(xiàn)電阻值的抑制、晶片檢查工藝、以及鍵合工藝等的影響。例如，不是在Cu布線(xiàn)層上形成材料(＝Al)，只在表層部形成保護(hù)層，而是雖然焊盤(pán)電極層的電阻值上升，但需要將Cu-Al合金層形成至焊盤(pán)電極層的內(nèi)部，保護(hù)焊盤(pán)電極層整體的抗氧化性、抗腐蝕性。
但是，在特開(kāi)平9-92649號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的方法僅著眼于在形成Cu電極焊盤(pán)結(jié)構(gòu)時(shí)抑制電阻值的上升，盡量形成薄的Al膜，并沒(méi)有考慮上述問(wèn)題。
下面，說(shuō)明利用探針檢查硅片的問(wèn)題點(diǎn)。圖23是表示使用了Cu多層布線(xiàn)的現(xiàn)有一例的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的截面圖。
該現(xiàn)有的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)在絕緣膜70的表面埋入形成的Cu焊盤(pán)71上經(jīng)勢(shì)壘(barrier)金屬膜72設(shè)有Al罩膜73。Al罩膜73用于防止Cu焊盤(pán)71的氧化。圖中，74、75表示絕緣膜。Al罩膜73是例如以Al為主成分，包含少量Cu(例如，0.5wt％)的膜。
但是，現(xiàn)有的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)存在下述問(wèn)題。即，如圖24所示，在測(cè)試時(shí)探針77最多時(shí)接觸Al罩膜73近10次，Al罩膜73因脫層被破壞而在大氣中露出Cu焊盤(pán)71，過(guò)度時(shí)破壞Cu焊盤(pán)71。
若產(chǎn)生這樣的大氣露出、破壞，則露出的Cu焊盤(pán)71被氧化，通過(guò)露出的Cu焊盤(pán)71中的Cu和Al罩膜73中的Al的反應(yīng)生成化合物。
其結(jié)果，絲焊耐性惡化，引起焊盤(pán)部的電阻大幅度上升等問(wèn)題。并且，在對(duì)布線(xiàn)層深部進(jìn)行氧化時(shí)，不僅存在上述問(wèn)題，還引起電徒動(dòng)(EM)耐性和應(yīng)力遷移(SM)耐性等布線(xiàn)特性嚴(yán)重惡化。
如上所述，現(xiàn)有的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)有在測(cè)試時(shí)因探針接觸而破壞Al罩膜，使Cu焊盤(pán)露出或破壞的問(wèn)題。這樣，引起絲焊耐性惡化、焊盤(pán)部的電阻上升，進(jìn)而引起EM耐性和SM耐性等布線(xiàn)特性嚴(yán)重惡化。
下面，說(shuō)明使用Cu布線(xiàn)的半導(dǎo)體器件，作為焊盤(pán)結(jié)構(gòu)具有Cu層和其頂層的Al層，在Cu層和Al層之間設(shè)置勢(shì)壘金屬層的問(wèn)題。
作為半導(dǎo)體器件具有例如設(shè)置多層布線(xiàn)的多層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，設(shè)置在其最頂層的布線(xiàn)表面(露出面)用于外部連接用的布線(xiàn)焊盤(pán)。利用Cu形成了布線(xiàn)時(shí)，由于Cu沒(méi)有抗氧化性，所以為了保護(hù)Cu層(Cu布線(xiàn))，作為罩膜一般采用抗氧化性好的保護(hù)導(dǎo)電層，特別是作為罩膜采用Al膜。
但是，由于Al和Cu易產(chǎn)生反應(yīng)，所以若將Al罩膜直接層積在Cu表面上，則因之后的主要工藝如鈍化成膜工藝、或凸點(diǎn)或絲焊等連接工藝等熱處理，形成金屬間化合物而使電阻上升。為了避免這個(gè)問(wèn)題，一般在Cu布線(xiàn)和Al罩膜之間設(shè)置Ta類(lèi)或Ti類(lèi)的勢(shì)壘金屬膜。
對(duì)勢(shì)壘金屬膜不僅要求具有上述的Cu、Al擴(kuò)散阻擋性，還要求對(duì)測(cè)試和絲焊等外力的耐機(jī)械強(qiáng)度特性。但是，由一般的Ta2N/Ta的2層構(gòu)成的層積結(jié)構(gòu)的勢(shì)壘金屬膜中，特別是測(cè)試時(shí)因脫層而剝離勢(shì)壘金屬膜。還有，在勢(shì)壘金屬形成過(guò)程中，特別是Ta類(lèi)的勢(shì)壘金屬中，若使Ta2N層的膜很厚，則在濺射工藝中灰塵(微粒)增加，因灰塵附著而使阻擋性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有在半導(dǎo)體襯底上形成的銅布線(xiàn)層，與上述銅布線(xiàn)層導(dǎo)通，并包含銅和比銅更易氧化的金屬的合金層形成至底面的焊盤(pán)電極層和，備有到達(dá)上述焊盤(pán)電極層的開(kāi)口部的絕緣性保護(hù)膜。
本發(fā)明的一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法具有在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣膜的工藝，在上述絕緣膜內(nèi)形成銅布線(xiàn)層的工藝，在上述銅布線(xiàn)層上形成絕緣性保護(hù)膜的工藝，在上述絕緣性保護(hù)膜中形成到達(dá)上述銅布線(xiàn)層的開(kāi)口部的工藝，在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的銅布線(xiàn)層上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝，進(jìn)行熱處理，在上述銅布線(xiàn)層中擴(kuò)散上述金屬或上述合金，將包含銅和比銅更易氧化的金屬的合金生成至上述銅布線(xiàn)層的底面并形成焊盤(pán)電極層，并且，在上述焊盤(pán)電極層的表層部形成以上述金屬為主成分的氧化層的工藝。
本發(fā)明的實(shí)施例的另一半導(dǎo)體器件的制造方法具有在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣膜的工藝，在上述絕緣膜內(nèi)形成銅布線(xiàn)層的工藝，在上述銅布線(xiàn)層上形成絕緣性保護(hù)膜的工藝，在上述絕緣性保護(hù)膜形成到達(dá)上述銅布線(xiàn)層的開(kāi)口部的工藝和，一邊進(jìn)行加熱，一邊在上述銅布線(xiàn)層上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜，這樣，在上述銅布線(xiàn)層中擴(kuò)散上述金屬或上述合金，將包含銅和比銅更易氧化的金屬的合金形成至上述銅布線(xiàn)層的底面并形成焊盤(pán)電極層，并且，在上述焊盤(pán)電極層的表層部形成以上述金屬為主成分的氧化層的工藝。
本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有布線(xiàn)焊盤(pán)；設(shè)置在上述布線(xiàn)焊盤(pán)上，在上述布線(xiàn)焊盤(pán)的邊緣部具有到達(dá)上述布線(xiàn)焊盤(pán)的多個(gè)接觸孔的絕緣膜；隔著上述絕緣膜設(shè)置在上述布線(xiàn)焊盤(pán)上，經(jīng)上述多個(gè)接觸孔與上述布線(xiàn)焊盤(pán)電連接的、對(duì)于上述布線(xiàn)焊盤(pán)的導(dǎo)電性保護(hù)層；以及被鍵合在上述布線(xiàn)焊盤(pán)的正上方，并在下方不存在上述導(dǎo)電性保護(hù)層的上述接觸孔的中央部分的鍵合部件。
本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有備有開(kāi)口部的絕緣膜，設(shè)置在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的多個(gè)絕緣柱和，在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)埋入到該開(kāi)口部中途深度的布線(xiàn)焊盤(pán)和，以埋入上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的方式、設(shè)置在上述布線(xiàn)焊盤(pán)上的對(duì)于上述布線(xiàn)焊盤(pán)的導(dǎo)電性保護(hù)層。
本發(fā)明的又另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有在襯底上設(shè)置成規(guī)定圖形的布線(xiàn)，設(shè)置在上述布線(xiàn)的焊盤(pán)部上的保護(hù)導(dǎo)電層和，設(shè)置在上述布線(xiàn)和上述保護(hù)導(dǎo)電層之間，層疊2對(duì)以上由規(guī)定金屬元素構(gòu)成的層和以上述金屬元素為主成分的化合物構(gòu)成的層而成的勢(shì)壘膜。


本發(fā)明根據(jù)附圖進(jìn)行了說(shuō)明，但這些附圖只用于圖解，而不是限定發(fā)明。
圖1A、圖1B、圖1C、圖1D、圖1E是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖2是表示實(shí)施例1的變形例的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖3是表示實(shí)施例1中CuAl合金層的表層部的Al濃度和鍵合特性的關(guān)系表。
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D是表示實(shí)施例1的另一變形例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。圖4E是圖4D的部分頂面圖。
圖5A、圖5B、圖5C是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖6A、圖6B、圖6C是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖7A、圖7B、圖7C是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖8A、圖8B是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖9A、圖9B是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例7的Cu多層布線(xiàn)用的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖11是圖10的A-Aa方向的截面圖。
圖12是表示實(shí)施例7的變形例的截面圖。
圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施例8的Cu多層布線(xiàn)用的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖14是圖13的A-Aa方向的截面圖。
圖15A、圖15B是說(shuō)明實(shí)施例8的變形例的截面圖。
圖16A、圖16B是表示本發(fā)明的實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖17A、圖17B、圖17C、圖17D、圖17E、圖17F是表示實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的制造工藝的截面圖。
圖18是表示實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果例中的比較例的表。
圖19是表示實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的特性的第1實(shí)驗(yàn)結(jié)果例的表。
圖20是表示實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的特性的第2實(shí)驗(yàn)結(jié)果例的表。
圖21是表示實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的特性的第3實(shí)驗(yàn)結(jié)果例的表。
圖22是表示實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件的特性的第4實(shí)驗(yàn)結(jié)果例的表。
圖23是表示現(xiàn)有的Cu多層布線(xiàn)用的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖24是說(shuō)明現(xiàn)有的Cu多層布線(xiàn)用的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題點(diǎn)的截面圖。
圖25是用來(lái)比較在形成了包含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后進(jìn)行鍵合時(shí)的剪切測(cè)試的結(jié)果和在形成了包含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后再在表面進(jìn)行酸處理再進(jìn)行鍵合時(shí)的剪切測(cè)試結(jié)果的圖。
圖26A、圖26B、圖26C表示用二次離子質(zhì)量分析法分析了含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層的表層的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提供使用低電阻的銅(Cu)布線(xiàn)層，具有高速性、以及高可靠性的半導(dǎo)體器件。
作為實(shí)施例，比上述銅更易氧化的金屬包含鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、釩(V)、錫(Sn)、鎢(W)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、釕(Ru)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、鎂(Mg)、鈹(Be)中的至少一種。
作為實(shí)施例在上述焊盤(pán)電極層中，比上述銅更易氧化的金屬濃度在上表面附近區(qū)域最大、其向下方向更低。
另外，作為實(shí)施例，在上述焊盤(pán)電極層的上表面附近的區(qū)域中，比上述銅更易氧化的金屬濃度為2原子％以上。
作為實(shí)施例，上述焊盤(pán)電極層作為表層具有以比上述銅更易氧化的金屬為主成分的氧化層，導(dǎo)電性構(gòu)件貫通上述氧化層的一部分，與上述焊盤(pán)電極層電連接。
作為實(shí)施例，上述焊盤(pán)電極層在其表層部具有第1氧化層，在其下方向包含銅和比銅更易氧化的金屬的第1合金層、第2氧化層層、以及比上述第1合金層、比上述銅更易氧化的金屬的濃度低的第2合金層依次構(gòu)成為層積狀。
作為實(shí)施例，上述焊盤(pán)電極層為具有突入的絕緣性構(gòu)件的構(gòu)造。
另外，作為實(shí)施例，上述導(dǎo)電性構(gòu)件是導(dǎo)電絲或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)，并且與上述焊盤(pán)電極層鍵合。
另外，作為實(shí)施例，從上述焊盤(pán)電極層的表面至2nm深度為止的銅濃度的平均值小于10原子％。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造方法，在采用低電阻銅(Cu)布線(xiàn)層，并且存在于絕緣性保護(hù)膜的開(kāi)口內(nèi)，與該銅(Cu)布線(xiàn)層電連接的焊盤(pán)電極層的鍵合等中，可以制造高可靠性的半導(dǎo)體器件。
作為實(shí)施例的制造方法，還具有在形成比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝之前去除在上述銅布線(xiàn)層上存在的氧化層的工藝。
作為實(shí)施例的制造方法中，在上述銅布線(xiàn)層上存在的氧化層是通過(guò)在氫氣氛中進(jìn)行熱處理而去除的。
作為實(shí)施例，擴(kuò)散上述金屬或上述合金的熱處理在含有氧的氣氛中進(jìn)行，上述氧的分壓為小于1×10-5Pa。
作為實(shí)施例，擴(kuò)散上述金屬或上述合金的熱處理在300℃至450℃的溫度下進(jìn)行。
作為實(shí)施例，擴(kuò)散上述金屬或上述合金的熱處理使用激光退火或快速熱退火法進(jìn)行。
作為實(shí)施例，形成上述金屬膜或上述合金膜，并擴(kuò)散上述金屬或上述合金膜的加熱在300℃至450℃的溫度下進(jìn)行。
作為實(shí)施例的制造方法中，在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的銅布線(xiàn)層上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的上述工藝同時(shí)是在上述絕緣性保護(hù)膜上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝，還具有在上述熱處理之后，去除存在于上述絕緣性保護(hù)膜上的、比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有比上述銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝。
作為實(shí)施例的制造方法中，一邊進(jìn)行加熱，一邊在上述銅布線(xiàn)層上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的上述工藝同時(shí)是在上述絕緣性保護(hù)膜上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝，還具有在形成以上述焊盤(pán)電極層和上述金屬為主成分的氧化層之后，去除存在于上述絕緣性保護(hù)膜上的、比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有比上述銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝。
作為實(shí)施例，去除存在于上述絕緣性保護(hù)膜上的、比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有上述比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝是在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的焊盤(pán)電極層上形成掩模并去除。
作為實(shí)施例的制造方法中，上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的銅布線(xiàn)層上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的上述工藝同時(shí)是在上述絕緣性保護(hù)膜上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝，還具有在上述形成的焊盤(pán)電極層接合可與導(dǎo)電性外部構(gòu)件連接的導(dǎo)電性構(gòu)件，經(jīng)上述焊盤(pán)電極層電連接該導(dǎo)電性構(gòu)件和上述銅布線(xiàn)層的工藝，和在接合了上述焊盤(pán)電極層和上述導(dǎo)電性構(gòu)件的狀態(tài)下，去除存在于上述絕緣性保護(hù)膜上比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有比上述銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝。
作為實(shí)施例的制造工藝中，一邊進(jìn)行加熱，一邊在上述銅布線(xiàn)層上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的上述工藝同時(shí)是在上述絕緣性保護(hù)膜上形成比銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝，還具有在上述形成的焊盤(pán)電極層接合可與導(dǎo)電性外部構(gòu)件連接的導(dǎo)電性構(gòu)件，經(jīng)上述焊盤(pán)電極層電連接該導(dǎo)電性構(gòu)件和上述銅布線(xiàn)層的工藝，和在接合了上述焊盤(pán)電極層和上述導(dǎo)電性構(gòu)件的狀態(tài)下，去除存在于上述絕緣性保護(hù)膜上的、比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有比上述銅更易氧化的金屬的合金膜的工藝。
作為實(shí)施例，比上述銅更易氧化的金屬包含鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、釩(V)、錫(Sn)、鎢(W)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、釕(Ru)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、鎂(Mg)、鈹(Be)中的至少一種。
作為實(shí)施例，在含有比上述銅更易氧化的金屬膜、或含有比銅更易氧化的金屬的合金膜在含有上述開(kāi)口部的銅布線(xiàn)層的絕緣性保護(hù)膜上形成膜厚大于10nm。
作為實(shí)施例，去除存在于上述絕緣性保護(hù)膜上比上述銅更易氧化的金屬膜，或含有比上述銅更易氧化的金屬的合金膜的上述工藝是采用濕蝕刻處理或CMP法進(jìn)行的。
作為實(shí)施例，上述濕蝕刻處理是使用酸進(jìn)行的。
作為實(shí)施例，上述酸從磷酸、氫氟酸、以及鹽酸中進(jìn)行選擇。
作為實(shí)施例，上述濕蝕刻處理是在采用磷酸或氫氟酸之后，采用鹽酸進(jìn)行的。
作為實(shí)施例的制造方法還具有在上述濕蝕刻處理后進(jìn)行熱處理，在上述焊盤(pán)電極層的表層部形成以上述金屬為主成分的氧化層的工藝。
作為實(shí)施例，上述濕蝕刻后的熱處理在含有氧的氣體中進(jìn)行，上述氧成分的分壓為小于1×10-5Pa。
作為實(shí)施例，上述濕蝕刻后的熱處理在300℃至450℃的溫度下進(jìn)行。
作為實(shí)施例，上述濕蝕刻后的熱處理利用激光退火或快速熱退火法進(jìn)行。
作為實(shí)施例的制造方法還具有在上述形成的焊盤(pán)電極層接合可與導(dǎo)電性外部構(gòu)件電連接的導(dǎo)電性構(gòu)件，經(jīng)上述焊盤(pán)電極層電連接上述導(dǎo)電性構(gòu)件和上述銅布線(xiàn)層的工藝。
作為實(shí)施例，經(jīng)上述焊盤(pán)電極層電連接上述導(dǎo)電性構(gòu)件和上述銅布線(xiàn)電極層的上述工藝是上述導(dǎo)電性構(gòu)件貫通以比上述銅更易氧化的金屬為主成分的上述氧化層的一部分，與上述焊盤(pán)電極層電連接。
作為實(shí)施例，經(jīng)上述焊盤(pán)電極層電連接上述導(dǎo)電性構(gòu)件和上述銅布線(xiàn)電極層的上述工藝是上述導(dǎo)電性構(gòu)件為導(dǎo)電絲或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)，并且利用鍵合與上述焊盤(pán)電極層連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，即使導(dǎo)電性保護(hù)層因探針接觸被破壞，也因在導(dǎo)電性保護(hù)層下存在的絕緣膜而可以防止布線(xiàn)焊盤(pán)在大氣中露出或破壞，可以防止可靠性降低。
作為實(shí)施例，上述多個(gè)接觸孔配設(shè)在上述布線(xiàn)焊盤(pán)的周?chē)糠帧?br> 作為實(shí)施例，上述接觸孔的直徑為大于0.5μm、小于10μm。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在布線(xiàn)焊盤(pán)/導(dǎo)電性保護(hù)層的層積體中，多個(gè)絕緣柱分散的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)，用多個(gè)絕緣柱緩和探針接觸時(shí)的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的破壞。另外，由于布線(xiàn)焊盤(pán)和導(dǎo)電性保護(hù)層的界面為低于絕緣柱的頂面的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)，所以可以防止可靠性降低。
作為實(shí)施例，鄰接的上述多個(gè)絕緣柱的間距為大于0.5μm、小于10μm。
作為實(shí)施例，上述布線(xiàn)焊盤(pán)的材料為Cu，上述導(dǎo)電性保護(hù)層的材料為Al或Al合金。
作為實(shí)施例，上述布線(xiàn)焊盤(pán)的材料為Cu，上述導(dǎo)電性保護(hù)層的材料為Cu合金、Al或Al合金。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，可形成薄的構(gòu)成勢(shì)壘膜的各層，同時(shí)具有高強(qiáng)度和高阻擋性。另外，通過(guò)各層的薄膜化，以及由金屬元素構(gòu)成的層的粘合效果，大幅度減少成膜過(guò)程中的粉塵，可以消除大部分因粉塵引起的電不良，進(jìn)一步提高阻擋性。
作為實(shí)施例，構(gòu)成上述勢(shì)壘膜的各層的厚度形成為大于5nm而小于30nm。
作為實(shí)施例，上述勢(shì)壘膜中，上述各對(duì)的層積數(shù)為6對(duì)以下。
作為實(shí)施例，上述勢(shì)壘膜中，全部由相同對(duì)形成。
作為實(shí)施例，上述金屬元素為IVa族、Va族、或VIa族。
作為實(shí)施例，上述化合物為氮化物。
作為實(shí)施例，上述布線(xiàn)由Cu形成，上述保護(hù)導(dǎo)電層由Al形成，上述勢(shì)壘膜由Ta和Ta2N對(duì)形成。
以下，根據(jù)各

本發(fā)明的各實(shí)施例。
(實(shí)施例1)以下，參考圖1A至圖1E、圖2、圖3、圖4A至圖4E說(shuō)明實(shí)施例1。
該實(shí)施例中，以Cu為布線(xiàn)層材料，作為比Cu氧化性?xún)A向強(qiáng)(更易氧化)的金屬使用鋁(Al)。
圖1A至圖1E表示作為一例位于最頂層，并且具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的布線(xiàn)延伸方向的截面圖。
首先，在硅(Si)襯底100上形成膜厚100nm左右的熱氧化硅膜(＝SiO2膜)101，接著，使用CVD法形成膜厚1μm左右的氧化硅膜102。
接著，利用光刻技術(shù)進(jìn)行所謂PEP工藝，在氧化硅膜102上形成光刻膠膜的圖形。之后，以該圖形作為掩模并進(jìn)行干蝕刻，在氧化硅膜102中形成寬度1.3μm、深度700nm的布線(xiàn)圖形槽。
接著，利用濺射法，在布線(xiàn)圖形用的槽內(nèi)形成膜厚20nm的TaN膜(氮化鉭膜)103。接著，利用濺射法形成膜厚200nm左右的Cu膜，利用采用了硫酸銅的電鍍法，將Cu埋入布線(xiàn)圖形用的槽內(nèi)。接著，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨法(＝CMP法)處理，埋入形成Cu布線(xiàn)層104(＝底層布線(xiàn)層)。
接著，在整個(gè)Cu布線(xiàn)層104上采用CVD法依次形成膜厚100nm左右的SiN膜(氮化硅膜)，膜厚2μm左右的氧化硅膜106。
接著，利用光刻技術(shù)進(jìn)行所謂PEP工藝，在氧化硅膜106上形成光刻膠膜圖形。接著，將光刻膠膜圖形作為掩模，依次蝕刻氧化硅膜106、SiN膜105，形成深度1.2μm、寬度1.0μm的布線(xiàn)圖形用的槽，以及到達(dá)Cu布線(xiàn)層104(＝底層布線(xiàn)層)的通孔。
接著，利用濺射法，在布線(xiàn)圖形用的槽內(nèi)形成膜厚20nm左右的TaN膜(氮化鉭膜)107。接著，利用濺射法形成膜厚200nm左右的Cu膜，利用采用了硫酸銅的電鍍法，將Cu埋入布線(xiàn)圖形用的槽內(nèi)。接著，進(jìn)行CMP法處理，埋入形成Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)，形成雙金屬鑲嵌布線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
接著，利用CVD法，作為絕緣性保護(hù)膜形成膜厚200nm的SiN膜(氮化硅膜)109。接著，采用光刻技術(shù)進(jìn)行所謂PEP工藝，在SiN膜109上形成光刻膠膜圖形。接著，將光刻膠膜圖形作為掩模，蝕刻SiN膜109，形成露出一部分Cu布線(xiàn)層108的開(kāi)口部110(以上在圖1A示出)。
接著，利用公知的無(wú)加熱濺射法，形成膜厚20nm左右的、以鋁(Al)和0.5wt％的Cu為成分的、覆蓋Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)和SiN膜109的鋁銅合金膜(以下稱(chēng)為AlCu膜111)(以上在圖1B示出)。
接著，暫且將硅片從濺射裝置搬出，搬入真空爐等規(guī)定反應(yīng)容器內(nèi)并進(jìn)行熱處理。
在此，將溫度設(shè)定為400℃左右，在含有少量氧的氣體中熱處理3小時(shí)左右。通過(guò)該熱處理，(Cu布線(xiàn)層108上的)AlCu膜111與Cu布線(xiàn)層108的成分進(jìn)行反應(yīng)，形成CuAl層112，即焊盤(pán)電極層。另外，此時(shí)，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成以鋁為主成分的氧化層113。
在此，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，AlCu膜111的鋁和銅的合金成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部，Cu布線(xiàn)層108的一部分被合金化。另外，此時(shí)，在AlCu膜111中形成與Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)的成分反應(yīng)的反應(yīng)層(＝合金層)。CuAl層112到達(dá)Cu布線(xiàn)層108的底面為止由合金化的部分，以及AlCu膜111的反應(yīng)層(＝合金層)構(gòu)成，構(gòu)成焊盤(pán)電極層。(以上在圖1C示出)。
另外，以鋁為主成分的氧化層113作為具有抗氧化性等的保護(hù)層作用于CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)。
本實(shí)施例中，在開(kāi)口部110內(nèi)，為了抑制Cu布線(xiàn)層108的Cu成分的氧化，將供給量調(diào)整為氣體中氧的分壓小于1×10-5(Pa)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間，使Cu布線(xiàn)層108和AlCu膜111進(jìn)行反應(yīng)，形成CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)，并且，只在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成以鋁為主成分的氧化層113。
在此，在氧的分壓在該范圍(＝1×10-5(Pa)以下)時(shí)，不限定氣體種類(lèi)，可以在高真空中進(jìn)行，或采用氮?dú)饣蚝铣蓺怏w(＝氮和氧的混合氣體)等，形成以鋁為主成分的氧化層113。
如果在成膜之前不處理AlCu膜111，則在熱處理中，在Cu布線(xiàn)層108的表面形成的自然氧化膜的氧成分和AlCu膜111進(jìn)行反應(yīng)，在相互反應(yīng)之前，在AlCu膜111和Cu布線(xiàn)層108的界面形成以鋁為主成分的氧化層113(＝界面氧化層)。圖2示出以上結(jié)構(gòu)的具體截面圖。
該結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，以鋁為主成分的氧化層113(＝界面氧化層)抑制Al擴(kuò)散到Cu布線(xiàn)層108。從而，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)中，以鋁為主成分的氧化層113(＝界面氧化層)為邊界，在低于它的區(qū)域形成含有低濃度的Al的CuAl層(＝Al低濃度)，在高于它(比上述的界面氧化層)的區(qū)域形成含有高濃度的Al的CuAl層(＝Al高濃度)。其結(jié)果，擴(kuò)散到Cu布線(xiàn)層108的Al濃度保持較低值，進(jìn)而可以抑制Cu布線(xiàn)層108的電阻值上升。
本實(shí)施例中，熱處理溫度最好設(shè)定在300℃至450℃的范圍內(nèi)。
在此，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)中，氣體中盡可能保留少量的氧，以便氧化Al成分，但不氧化Cu成分。從而，用氫還原氧化狀態(tài)，不使用含有氫和氧的混合氣體，如上所述，不特別限定氣體種類(lèi)，可以形成CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)。
另外，該工藝還可以使用公知的加熱濺射法進(jìn)行。以下進(jìn)行說(shuō)明。
例如，將硅襯底100的溫度加熱到400℃左右，在該狀態(tài)下，利用濺射法，形成膜厚20nm左右的、覆蓋Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn))和SiN膜109的AlCu膜111。
此時(shí)，通過(guò)用無(wú)加熱濺射法用與成膜后進(jìn)行熱處理的場(chǎng)合同樣的溫度加熱AlCu膜111，在Cu布線(xiàn)層108上成膜的過(guò)程中，AlCu膜111與Cu布線(xiàn)層108的成分進(jìn)行反應(yīng)，形成CuAl層112，即焊盤(pán)電極層。另外，此時(shí)，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成以鋁為主成分的氧化層113。
在此，在加熱成膜的過(guò)程中，AlCu膜111的鋁和銅的合金成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部，Cu布線(xiàn)層108的一部分被合金化。另外，此時(shí)，在AlCu膜111形成與Cu布線(xiàn)層108成分反應(yīng)的反應(yīng)層(＝合金層)。CuAl層112到達(dá)Cu布線(xiàn)層108的底面為止由合金化的部分，以及AlCu膜111的反應(yīng)層(＝合金層)構(gòu)成，構(gòu)成焊盤(pán)電極層。
如上所述，以鋁為主成分的氧化層113作為具有抗氧化性的保護(hù)層作用于CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)。
此時(shí)，與無(wú)加熱濺射法進(jìn)行比較，在成膜AlCu膜111的過(guò)程中，進(jìn)行部分Cu布線(xiàn)層108的合金化，可以減少熱處理工藝數(shù)。
如上所述，在使用加熱濺射法的情況下，若在Cu布線(xiàn)層108不進(jìn)行預(yù)處理而成膜AlCu膜111，則在加熱中在Cu布線(xiàn)層108的表面形成的自然氧化膜的氧成分與AlCu膜111進(jìn)行反應(yīng)，在Cu布線(xiàn)層108和AlCu膜111的界面形成以鋁為主成分的氧化層(＝界面氧化層)(參考圖2)。這點(diǎn)與使用無(wú)加熱濺射法的場(chǎng)合相同。
另外，本實(shí)施例中，作為加熱硅襯底100等的方法可以使用激光退火、RTA法(＝快速退火法)等手段。此時(shí)，可以明顯縮短加熱處理所需的時(shí)間。
另外，代替上述的Al和Cu的合金膜，也可以使用Al單體的膜。
接著，在自旋蝕刻裝置內(nèi)搬入硅片。
在此，將稀氫氟酸(HF)供給硅襯底100的表面并進(jìn)行濕蝕刻處理，溶解并去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的AlCu膜111。此時(shí)，CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)具有抗酸性，可以只選擇性留有CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)(以上在圖1D中示出)。在此，濕蝕刻處理使用調(diào)制成規(guī)定濃度的蝕刻溶液(例1重量百分比濃度)進(jìn)行1分鐘左右。
若進(jìn)行該濕蝕刻處理，則可以從CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上以外的區(qū)域去除AlCu膜111，可以確保CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)之間的絕緣性。但是，此時(shí)，同時(shí)可以緩慢溶解在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上形成的鋁為主成分的氧化層113。因此，濕蝕刻處理?xiàng)l件是以去除CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上以外區(qū)域的AlCu膜111為前提，需要考慮對(duì)其它構(gòu)件的影響并最佳化。
例如，因過(guò)蝕刻等被削掉，以鋁為主成分的氧化層113變薄，CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的氧化防止效果降低時(shí)，在濕蝕刻處理之后，進(jìn)行熱處理再次形成氧化層，或利用規(guī)定方法補(bǔ)充。此時(shí)，熱處理在與上述相同的氣體和溫度等處理?xiàng)l件下進(jìn)行即可。
另外，使用激光退火、RTA法(＝快速退火法)等手段，可以明顯縮短加熱處理所需的時(shí)間。
另外，在硅襯底100的表面除了稀氫氟酸(HF)，還可以使用稀鹽酸(HCl)或磷酸。即，在硅襯底100的表面可以單獨(dú)稀氫氟酸(HF)、稀鹽酸(HCl)、或磷酸，或組合進(jìn)行各濕蝕刻處理。例如，供給稀氫氟酸(HF)或磷酸，之后供給稀鹽酸(HCl)，溶解并去除SiN膜109上的AlCu膜111。
此時(shí)，稀氫氟酸(HF)和磷酸一邊溶解AlCu膜111，同時(shí)緩慢溶解以CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部的鋁為主成分的氧化層113。與此不同，若是稀鹽酸(HCl)以鋁為主成分的氧化層113的溶解速度更慢。從而，在濕蝕刻處理中使用了稀鹽酸(HCl)的情況下，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部不過(guò)蝕刻以鋁為主成分的氧化層113，可以去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的AlCu膜111。此時(shí)，可以增大濕蝕刻的處理余量。
接著，將硅片搬入檢查裝置內(nèi)，實(shí)施檢查工藝，檢查每個(gè)半導(dǎo)體芯片是否良好。
在此，采用自動(dòng)探針和探針卡接觸CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)，在大氣中判斷各半導(dǎo)體芯片是否良好。此時(shí)，由于探針的前端鋒利，所以在接觸時(shí)劃破以鋁為主成分的氧化層113，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)留有一定深度的劃痕。此時(shí)，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成的鋁為主成分的氧化層113(＝金屬氧化層)被削掉，原樣放置，會(huì)使CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的抗氧化性惡化。
因此，接著將各硅片搬入真空爐內(nèi)，再次供給氧分壓小于1×10-5Pa的氣體，在溫度400℃下進(jìn)行15分鐘的熱處理。通過(guò)該熱處理，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上生成的探針劃痕可以再次形成以鋁為主成分的氧化層。
另外，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)中所含的Al少于所需的量時(shí)，Al成分不足，在此不能再次形成以鋁為主成分的氧化層而保護(hù)CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)。
接著，在大氣中電連接Cu布線(xiàn)層108和具有導(dǎo)電性的外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))，對(duì)CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)實(shí)施公知的鍵合工藝。在此，作為一例進(jìn)行公知的絲焊工藝。即，使用公知的鍵合工具，作為導(dǎo)電性構(gòu)件加熱和加壓金屬絲114(＝例金(Au))，與CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)直接接合，經(jīng)焊盤(pán)電極層導(dǎo)通Cu布線(xiàn)層108和具有導(dǎo)電性的外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))(以上在圖1E中示出)。
在進(jìn)行該鍵合工藝的過(guò)程中，以CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的鋁為主成分的氧化層113(＝圖2的表面氧化層)部分破壞而露出CuAl層112，在該露出的CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)和線(xiàn)114的接合部生成合金組成物115，形成機(jī)械并且電連接的連接狀態(tài)。
此時(shí)，本實(shí)施例中，如上所述，在因探針產(chǎn)生的劃痕表面再次形成以鋁為主成分的氧化層113。從而，在大氣中進(jìn)行鍵合工藝期間，由于CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)沒(méi)有被氧化，所以可以顯示良好的鍵合特性。
另外，在鍵合工藝中，不使用金屬絲114，將導(dǎo)電性凸點(diǎn)等與CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)直接接合，經(jīng)焊盤(pán)電極層導(dǎo)通Cu布線(xiàn)層108和具有導(dǎo)電性的外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))。
金屬絲、以及導(dǎo)電性凸點(diǎn)含有金(Au)，由含有鋁(Al)、鉛(Pb)、錫(Sn)、銦(In)、鎵(Ga)、鉍(Bi)、銻(Sb)、銀(Ag)等金屬的單體、或含有這些金屬的合金構(gòu)成。
用以上要領(lǐng)進(jìn)行了鍵合工藝之后，在溫度200℃的條件下進(jìn)行了2000小時(shí)的高溫保管試驗(yàn)。其結(jié)果可知CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的接合電阻沒(méi)有上升，保持了良好的接合狀態(tài)。
本實(shí)施例中，如上所述，在表面形成了自然氧化膜的狀態(tài)下，在Cu布線(xiàn)層108上形成膜厚20nm左右的AlCu膜111，進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間(例3小時(shí))的400℃左右的熱處理。這樣，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成足夠厚的以鋁為主成分的氧化層113，從而，考慮了抑制CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的氧化，之后在良好的狀態(tài)下進(jìn)行鍵合工藝。
另一方面，在AlCu膜111的膜厚小于10nm時(shí)，同樣，若在溫度400℃下進(jìn)行3小時(shí)的熱處理，則在SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上凝集球狀的AlCu膜111。在這樣的情況下，若不將利用稀氫氟酸(HF)的濕蝕刻處理時(shí)間設(shè)定得更長(zhǎng)，則不能完全去除SiN膜109上的AlCu膜111。此時(shí)，影響生產(chǎn)工藝整體的效率，進(jìn)而溶解CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上的鋁為主成分的氧化層113，導(dǎo)致抗氧化性惡化，所以不能充分確保處理余量。
如本實(shí)施例，在Cu布線(xiàn)層108的厚度為1.2μm左右時(shí)，在AlCu膜111的膜厚小于10nm時(shí)，在兩者反應(yīng)的過(guò)程Al成分的大部分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108內(nèi)部。從而，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部不形成厚度足夠的以Al為主成分的氧化層113。進(jìn)而，如上所述，在進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的稀氫氟酸(HF)處理時(shí)，以表層部的鋁為主成分的氧化層113由于厚度不夠而容易被去除，CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)失去抗氧化性。
在這樣的狀態(tài)下，在大氣中進(jìn)行絲焊工藝時(shí)，不僅是被探針形成劃痕的部分，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部也進(jìn)行部分氧化。從而，如上所述，不能利用絲焊接合。
圖3所示的表示出調(diào)查的改變含在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部的Al濃度(單位原子％)，稀氫氟酸(HF)處理后的鍵合特性。
在本實(shí)施例中，表層部是從表面至50nm左右的層。
圖3中，用×、△、○表示含在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部的Al濃度的鍵合特性的好壞?！帘硎镜胶副P(pán)電極層的內(nèi)部產(chǎn)生氧化，不可以鍵合?！鞅硎静划a(chǎn)生那樣的氧化，但鍵合的接合強(qiáng)度(＝剝離強(qiáng)度)不充分?！鸨硎炬I合的接合強(qiáng)度充分。
如圖3所示，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部所含的Al濃度大于1.5原子％時(shí)，可以鍵合接合，在以同比例大于2原子％時(shí)，鍵合的接合強(qiáng)度充分。
另一方面，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部所含的Al濃度小于1原子％時(shí)，不能鍵合。此時(shí)，大部分Al成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成厚度充分的以鋁為主成分的氧化層113過(guò)程中消耗Al成分的量。因此，在進(jìn)行稀氫氟酸(HF)處理的過(guò)程中，容易從表層部去除以鋁為主成分的氧化層113，使CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)失去抗氧化性。
從該結(jié)果判斷出特別是對(duì)于鍵合，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部所含的Al濃度最好大于2原子％。
鋁(Al)和銅(Cu)的合金的電阻比Al或Cu單體更大。此時(shí)，為了提高CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部所含的Al濃度，而使AlCu膜111的膜厚比需要值更厚，則在改變成CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)之后，由于CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)和導(dǎo)電性構(gòu)件(例線(xiàn)114)的接合部的電阻值大幅度上升，所以不合適。另外，由于去除CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)周?chē)腟iN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的(未反應(yīng)的)AlCu膜111時(shí)等的處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，所以同樣不合適。
從而，如本實(shí)施例，若Cu布線(xiàn)層108的厚度為1.2μm左右，則AlCu膜111的膜厚大于10nm、小于100nm即可。即，AlCu膜111的膜厚相對(duì)于Cu布線(xiàn)層108的厚度上限為10％左右時(shí)，可以抑制CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的電阻值上升，以及處理時(shí)間等。
另外，本實(shí)施例中，可以去除在Cu布線(xiàn)層108的表面形成的自然氧化膜，之后在Cu布線(xiàn)層108上形成AlCu膜111。
此時(shí)，首先在氫氣體中曝曬，加熱處理Cu布線(xiàn)層108的表面，去除在其表面形成的自然氧化膜。在此，例如將氫分壓設(shè)定為0.2Pa，將溫度設(shè)定為350℃，進(jìn)行3分鐘左右的熱處理。之后，采用公知的無(wú)加熱濺射法在Cu布線(xiàn)層108上形成AlCu膜111，接著進(jìn)行如上述的加熱處理，形成CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、以及以鋁為主成分的氧化層113。
像這樣，預(yù)先去除自然氧化膜，則在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)不形成界面氧化層(參考圖2)。從而，利用無(wú)加熱濺射法在Cu布線(xiàn)層108上形成AlCu膜111后，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，Al成分迅速擴(kuò)散到Cu布線(xiàn)層108中，可以縮短無(wú)加熱濺射后的加熱處理時(shí)間。
此時(shí)，例如將溫度設(shè)定為400℃，進(jìn)行30分鐘左右的熱處理，則特別是鍵合特性也變好，本實(shí)施例中可以得到與上述相同的效果。另外，此時(shí)對(duì)于在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)的表層部所含的Al濃度得到相同的結(jié)果。
另外，還適用于使用公知的加熱濺射法在Cu布線(xiàn)層108上形成AlCu膜111的場(chǎng)合。此時(shí)，同樣在氫氣體中曝曬，加熱處理Cu布線(xiàn)層108的表面，預(yù)先去除在其表面形成的自然氧化膜。接著，將硅襯底100保持400℃左右的高溫狀態(tài)，期間，在Cu布線(xiàn)層108上形成AlCu膜111。另外，如上所述，在AlCu膜111形成CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、以及以鋁為主成分的氧化層113。像這樣，在將硅襯底100保持在高溫狀態(tài)，并且在Cu布線(xiàn)層108上形成AlCu膜111，以及在處理的過(guò)程中，可以促進(jìn)Al成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部。
這樣，如本實(shí)施例，若焊盤(pán)電極層由合金化的層構(gòu)成，則對(duì)于長(zhǎng)期間的使用具有充分的抗氧化性以及強(qiáng)度，可以比當(dāng)前更提高Cu布線(xiàn)層，進(jìn)而提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
另外，還可以代替在硅片檢查工藝后進(jìn)行的修復(fù)探針痕跡的熱處理而采用以下方法。作為位于最頂層并具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的、布線(xiàn)延伸的方向的截面圖在圖4A至圖4E示出利用該方法的半導(dǎo)體器件的制造處理。圖4A至圖4D分別相當(dāng)于圖1A至圖1D，對(duì)于同一結(jié)構(gòu)附上同一標(biāo)號(hào)。圖4E是圖4D的部分頂面圖。
即，在SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)的開(kāi)口部110內(nèi)，形成在CuAl層112中(＝焊盤(pán)電極層)突入了柱狀化絕緣膜(例氧化硅膜106)的構(gòu)造，利用該絕緣膜機(jī)械阻止探針到達(dá)不了CuAl層112(焊盤(pán)電極層)的深的位置。
此時(shí)，利用形成的絕緣柱阻止侵入到深的位置，使探針接觸到CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)，進(jìn)行上述的檢查工藝。即，探針到達(dá)一定深度，則被形成的絕緣膜機(jī)械阻止進(jìn)入，使探針劃不到深的位置。另外，可以設(shè)定適當(dāng)個(gè)數(shù)和配置的突入到CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)中的柱狀化絕緣膜。
(實(shí)施例2)本實(shí)施例中，以Cu為布線(xiàn)層材料，作為比Cu更易氧化的金屬采用鉭(Ta)。具體說(shuō)來(lái)，本實(shí)施例中，代替在(實(shí)施例1)中所用的、AlCu膜(或Al膜)111采用鉭(Ta)膜。
本實(shí)施例中，由于(實(shí)施例1)中所述的、到在Cu布線(xiàn)層108上的SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)形成開(kāi)口部的工藝為止(參考圖1A)在同一條件下以相同程序進(jìn)行，所以不作說(shuō)明。因此，對(duì)于使用同一結(jié)構(gòu)的部分附上與(實(shí)施例1)的圖1A至圖1E相同的標(biāo)號(hào)。
以下，對(duì)于本實(shí)施例參考圖5A至圖5C進(jìn)行說(shuō)明。
作為一例，圖5A至圖5C表示位于最頂層，并具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的布線(xiàn)延伸方向的截面圖。
首先，如(實(shí)施例1)，蝕刻SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)，形成使Cu布線(xiàn)層108的一部分露出的開(kāi)口部。
接著，采用公知的加熱濺射法，形成膜厚20nm左右的鉭(Ta)膜211，以便覆蓋Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)和SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)(以上在圖5A示出)。
在此，首先在氫氣體中曝曬，加熱處理Cu布線(xiàn)層108的表面，去除在其表面形成的自然氧化膜。此時(shí)，例如將氫分壓設(shè)定為0.2Pa，將溫度設(shè)定為350℃，進(jìn)行3分鐘左右的加熱處理。之后，在將硅襯底100加熱到溫度350℃左右(300℃至450℃)的狀態(tài)下采用濺射法形成鉭(Ta)膜211。在形成鉭(Ta)膜211的過(guò)程中，實(shí)施加熱處理，若在Cu布線(xiàn)層108上成膜，則鉭(Ta)膜211與Cu布線(xiàn)層108的成分進(jìn)行反應(yīng)，形成CuTa層212，即焊盤(pán)電極層。另外，此時(shí)，在CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成以鉭(Ta)為主成分的氧化層213。
在此，在加熱的過(guò)程中，鉭(Ta)膜211的成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部，Cu布線(xiàn)層108的一部分被合金化。另外，此時(shí)，在鉭(Ta)膜211形成與Cu布線(xiàn)層108成分的反應(yīng)層(＝合金層)。CuTa層212由合金化至Cu布線(xiàn)層108的底面的部分，以及鉭(Ta)膜211的反應(yīng)層(＝合金層)構(gòu)成，構(gòu)成焊盤(pán)電極層(以上在圖5B中示出)。
另外，以鉭(Ta)為主成分的氧化層213作為具有抗氧化性等的保護(hù)層作用于CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)。
在該工藝中也可以使用公知的無(wú)加熱濺射法。即，首先在氫氣體中曝曬，加熱處理Cu布線(xiàn)層108的表面，去除在其表面形成的自然氧化膜。在此，例如將氫分壓設(shè)定為0.2Pa，將溫度設(shè)定為350℃，進(jìn)行3分鐘左右的加熱處理。之后，利用無(wú)加熱濺射法，形成膜厚20nm左右的鉭(Ta)膜211，以便覆蓋Cu布線(xiàn)層108(頂層布線(xiàn)層)和SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)層)。之后，將溫度設(shè)定為350℃左右，在具有少量氧(氧分壓為1×10-5Pa以下)成分的氣體中進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的熱處理。
像這樣，若預(yù)先去除自然氧化膜，則在CuTa層212不會(huì)形成界面氧化層(參考圖2)。從而，使用無(wú)加熱濺射法，在Cu布線(xiàn)層108上形成了鉭(Ta)膜211之后，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，鉭(Ta)成分迅速擴(kuò)散到Cu布線(xiàn)層108中，可以縮短無(wú)加熱濺射后的加熱處理時(shí)間。
接著，去除SiN膜109上的鉭(Ta)膜211。本實(shí)施例中，作為一例，采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法去除鉭(Ta)膜211。此時(shí)，CuTa層212在SiN膜109形成的開(kāi)口部?jī)?nèi)，可以在CMP工藝中不去除，而選擇性殘留(以上在圖5C示出)。
接著，將各硅片搬入檢查裝置內(nèi)，與(實(shí)施例1)同樣，判斷半導(dǎo)體芯片是否良好。
在此，采用自動(dòng)探針和探針卡接觸CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)，在大氣中判斷各半導(dǎo)體芯片是否良好。
接著，與(實(shí)施例1)同樣，將各硅片搬入真空爐內(nèi)，再次供給氧分壓小于1×10-5Pa的氣體，在溫度350℃下進(jìn)行15分鐘左右的熱處理。通過(guò)該熱處理，在CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)上產(chǎn)生的探針劃痕也再次形成以鉭(Ta)為主成分的氧化層。
另外，若鉭(Ta)膜211的膜厚比所需的膜厚薄時(shí)，則鉭(Ta)成分不足，在此不能再次形成以鉭(Ta)為主成分的氧化層而保護(hù)CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)。
接著，與(實(shí)施例1)同樣，作為導(dǎo)電性構(gòu)件采用金屬絲或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)等，實(shí)施公知的鍵合工藝。
在此，為了在大氣中電連接Cu布線(xiàn)層108和導(dǎo)電性外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))，對(duì)CuTa層212進(jìn)行公知的鍵合工藝。作為一例，使用公知的鍵合工具，作為導(dǎo)電性構(gòu)件加熱并加壓金屬絲(＝例金(Au))，與CuTa層212直接接合。在進(jìn)行該鍵合工藝的過(guò)程中，CuTa層212表層部的以鉭(Ta)主成分的氧化層213一部分被破壞，露出CuTa層212，在該露出的部分和線(xiàn)的接合部生成合金組成物，形成機(jī)械并且電的連接狀態(tài)。
另外，導(dǎo)電絲、以及導(dǎo)電性凸點(diǎn)含有金(Au)，由含有鋁(Al)、鉛(Pb)、錫(Sn)、銦(In)、鎵(Ga)、鉍(Bi)、銻(Sb)、銀(Ag)等金屬的單體、或含有這些金屬的合金構(gòu)成。
用以上要領(lǐng)進(jìn)行了鍵合工藝之后，在溫度200℃的條件下進(jìn)行了2000小時(shí)的高溫保管試驗(yàn)。其結(jié)果可知CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)的接合電阻沒(méi)有上升，與(實(shí)施例1)同樣保持了良好的接合狀態(tài)。與(實(shí)施例1)同樣，檢查CuTa層212的表層部的鉭(Ta)濃度，可知特別是對(duì)于鍵合，在CuTa層212的表層部所含的鉭(Ta)濃度最好大于2原子％。
另外，本實(shí)施例中，表層部是從表面至深度50nm左右的層。
由于與(實(shí)施例1)相同的理由，Cu布線(xiàn)層108的厚度為1.2μm左右時(shí)，鉭(Ta)膜211的膜厚大于10nm、小于100nm即可。即，鉭(Ta)膜211的膜厚相對(duì)于Cu布線(xiàn)層108的厚度上限為10％左右，則可以抑制CuTa層212(＝焊盤(pán)電極層)的電阻值上升，以及CMP法的處理時(shí)間等。
除了上述之外，本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，可以不去除Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)的自然氧化膜而形成焊盤(pán)電極層。此時(shí)，按(實(shí)施例1)所示的程序處理，形成焊盤(pán)電極層即可。其結(jié)果，保持較低的CuTa層212所含的鉭(Ta)濃度，進(jìn)而，可以抑制CuTa層212的電阻值上升。
若如本實(shí)施例，焊盤(pán)電極層由合金化的層構(gòu)成，則對(duì)于長(zhǎng)期間使用具有充分的抗氧化性、以及強(qiáng)度，可以比當(dāng)前更提高Cu布線(xiàn)層，進(jìn)而半導(dǎo)體器件的可靠性。
(實(shí)施例3)本實(shí)施例中，將Cu作為布線(xiàn)層材料，作為比Cu更易氧化的金屬采用鈦(Ti)。具體說(shuō)來(lái)，本實(shí)施例中，代替(實(shí)施例1)中采用的AlCu膜(或Al膜)111采用鈦(Ti)膜。
本實(shí)施例中，由于(實(shí)施例1)中所述的、到在Cu布線(xiàn)層108上的SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)形成開(kāi)口部的工藝為止(參考圖1A)在同一條件下以相同程序進(jìn)行，所以不作說(shuō)明。因此，對(duì)于使用同一結(jié)構(gòu)的部分附上與(實(shí)施例1)的圖1A至圖1E相同的標(biāo)號(hào)。
以下，對(duì)于本實(shí)施例參考圖6A至圖6C進(jìn)行說(shuō)明。
作為一例，圖6A至圖6C表示位于最頂層，并具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的布線(xiàn)延伸方向的截面圖。
首先，如(實(shí)施例1)，蝕刻SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)，形成使Cu布線(xiàn)層108的一部分露出的開(kāi)口部。
接著，在氫氣體中曝曬，加熱處理Cu布線(xiàn)層108的表面，去除在其表面形成的自然氧化膜。在此，例如將氫分壓設(shè)定為0.2Pa，將溫度設(shè)定為350℃，進(jìn)行3分鐘左右的加熱處理。之后，利用公知的無(wú)加熱濺射法，形成膜厚20nm左右的鈦(Ti)膜311，以便覆蓋Cu布線(xiàn)層108(頂層布線(xiàn)層)和SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)層)(以上示于圖6A中)。
接著，將硅片暫時(shí)從濺射裝置搬出，在真空中(具體說(shuō)來(lái)，氧分壓小于1×10-5Pa的氣體)將溫度設(shè)定為400℃，進(jìn)行30分鐘左右的熱處理。
通過(guò)該熱處理，(Cu布線(xiàn)層108上的)鈦(Ti)膜311與Cu布線(xiàn)層108的成分進(jìn)行反應(yīng)，形成CuTi層312，即焊盤(pán)電極層。此時(shí)，在CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成鈦(Ti)為主成分的氧化層313。
在此，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程，鈦(Ti)膜311的成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部，Cu布線(xiàn)層108的一部分被合金化。另外，此時(shí)，在鈦(Ti)膜311形成與Cu布線(xiàn)層108成分的反應(yīng)層(＝合金層)。CuTi層312由合金化至Cu布線(xiàn)層108的底面的部分，以及鈦(Ti)膜311的反應(yīng)層(＝合金層)構(gòu)成，構(gòu)成焊盤(pán)電極層(以上在圖6B中示出)。
另外，此工藝也可以采用公知的加熱濺射法進(jìn)行。此時(shí)，例如首先在氫氣體中曝曬，加熱處理Cu布線(xiàn)層108表面，去除在其表面形成的自然氧化膜。在此，例如將氫分壓設(shè)定為0.2Pa，將溫度設(shè)定為350℃，進(jìn)行3分鐘左右的加熱處理。
像這樣，若預(yù)先去除自然氧化膜，則在CuTi層312不會(huì)形成界面氧化層(參考圖2)。從而，使用加熱濺射法在Cu布線(xiàn)層108上形成鈦(Ti)膜311的過(guò)程中，使鈦(Ti)成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108中的內(nèi)部。
即，將硅襯底100的溫度加熱到400℃，在該狀態(tài)下采用濺射法，形成膜厚20nm左右的鈦(Ti)膜311，以便覆蓋Cu布線(xiàn)層108(頂層布線(xiàn)層)和SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)層)。此時(shí)，在Cu布線(xiàn)層108上形成的鈦(Ti)膜311與Cu布線(xiàn)層108的成分進(jìn)行反應(yīng)，形成CuTi層312，即焊盤(pán)電極層，并且，在CuTi層312的表層部形成鈦(Ti)為主成分的氧化層313。
另外，以鈦(Ti)為主成分的氧化層313作為具有抗氧化性等的保護(hù)層作用于CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)。
接著，將硅片搬入通常裝置內(nèi)。在此，對(duì)硅片表面提供氧基(O*)，氧化CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)的周?chē)碨iN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的鈦(Ti)膜311，形成氧化鈦(Ti)層314(以上在圖6C示出)。像這樣，可靠地電絕緣各CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)之間。
接著，將各硅片搬入檢查裝置內(nèi)，與(實(shí)施例1)同樣，判斷各半導(dǎo)體芯片是否良好。
接著，與(實(shí)施例1)同樣，將各硅片搬入真空爐內(nèi)，再次供給氧分壓小于1×10-5Pa的氣體，在溫度400℃下進(jìn)行15分鐘左右的熱處理。通過(guò)該熱處理，在CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)上產(chǎn)生的探針劃痕也再次形成以鈦(Ti)為主成分的氧化層。
另外，若鈦(Ti)膜311的膜厚比所需的膜厚薄時(shí)，則鈦(Ti)成分不足，在此不能再次形成以鈦(Ti)為主成分的氧化層而保護(hù)在CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)。
接著，與(實(shí)施例1)同樣，作為導(dǎo)電性構(gòu)件采用金屬絲或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)等，實(shí)施公知的鍵合工藝。
在此，為了在大氣中電連接Cu布線(xiàn)層108和外部的導(dǎo)電性構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))，對(duì)CuTi層312進(jìn)行公知的鍵合工藝。作為一例，使用公知的鍵合工具，作為導(dǎo)電性構(gòu)件加熱并加壓金屬絲(＝例金(Au))，與CuTi層312直接接合。
在進(jìn)行該鍵合工藝的過(guò)程中，CuTi層312表層部的以鈦(Ti)主成分的氧化層313一部分被破壞，露出CuTi層312，在該露出的部分和線(xiàn)的接合部生成合金組成物，形成機(jī)械并且電的連接狀態(tài)。
另外，導(dǎo)電絲、以及導(dǎo)電性凸點(diǎn)含有金(Au)，由含有鋁(Al)、鉛(Pb)、錫(Sn)、銦(In)、鎵(Ga)、鉍(Bi)、銻(Sb)、銀(Ag)等金屬的單體、或含有這些金屬的合金構(gòu)成。
在此，測(cè)定絲焊的接合強(qiáng)度(＝剝離強(qiáng)度)，可知比通常略低。這是因?yàn)樵谛纬裳趸?Ti)層314的過(guò)程中對(duì)CuTi層312的表層部也提供氧基(O*)。即，這是因?yàn)樵谘趸疭iN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的(Ti)膜311的過(guò)程中，氧基(O*)也作用于以鈦(Ti)為主成分的氧化層313，其厚度增加到所需厚度以上，即使在通常條件下進(jìn)行鍵合，也得不到線(xiàn)和CuTi層312的充分的接合強(qiáng)度(＝剝離強(qiáng)度)。
因此，本實(shí)施例中，作為一例，在CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)成為絲焊接合的狀態(tài)下，在溫度設(shè)定為200℃的爐中放置2小時(shí)左右并進(jìn)行了熱處理。其結(jié)果，鍵合的接合強(qiáng)度(＝剝離強(qiáng)度)增加，可以得到充分的接合狀態(tài)。
這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)厚度大于所需的、以鈦(Ti)為主成分的氧化層313進(jìn)行熱處理，使鈦(Ti)為主成分的氧化層313的成分?jǐn)U散接合，從而鍵合的接合面積增加。
另外，通過(guò)根據(jù)氧化層厚度調(diào)整鍵合條件，可以得到充分的鍵合的接合強(qiáng)度(＝剝離強(qiáng)度)。
按以上程序進(jìn)行了鍵合工藝之后，在溫度200℃的條件下進(jìn)行了2000小時(shí)的高溫保管試驗(yàn)。其結(jié)果判斷出CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)的接合電阻沒(méi)有上升，與(實(shí)施例1)同樣，保持了良好的接合狀態(tài)。
與(實(shí)施例1)同樣，觀(guān)察CuTi膜312的表層部的鈦(Ti)濃度，可知特別是對(duì)于鍵合接合，在CuTi層312的表層部所含的鈦(Ti)濃度最好大于2原子％。
另外，本實(shí)施例中，表層部為從表面至50nm左右的層。
另外，由于與(實(shí)施例1)相同的原因，Cu布線(xiàn)層108的厚度為1.2μm時(shí)，限定鈦(Ti)膜311的膜厚大于10nm、小于100nm。即，鈦(Ti)膜311的膜厚相對(duì)于CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)的厚度的比例，將上限設(shè)定為10％左右，則可以抑制CuTi層312(＝焊盤(pán)電極層)的電阻值上升，以及處理時(shí)間等。
并且，本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，也可以不去除Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)表面的自然氧化層而形成焊盤(pán)電極層。此時(shí)，按(實(shí)施例1)所示的程序進(jìn)行處理形成焊盤(pán)電極層即可。其結(jié)果，保持低的CuTi層312所含的鈦(Ti)濃度，進(jìn)而，可以抑制CuTi層312的電阻值上升。
如本實(shí)施例，若焊盤(pán)電極層由合金化的層構(gòu)成，則對(duì)于長(zhǎng)期使用具有充分的抗氧化性、以及強(qiáng)度，可以比當(dāng)前可以提高Cu布線(xiàn)層、進(jìn)而半導(dǎo)體器件的可靠性。
(實(shí)施例4)本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，將Cu作為布線(xiàn)層的材料，并且作為比Cu更易氧化的金屬采用鋁(Al)。另外，本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，采用AlCu膜(或Al膜)111進(jìn)行熱處理工藝的過(guò)程，作為加熱單元采用了激光束。
本實(shí)施例中，由于(實(shí)施例1)中所述的、到在Cu布線(xiàn)層108上的SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)形成開(kāi)口部的工藝為止(參考圖1A)在同一條件下以相同程序進(jìn)行，所以不作說(shuō)明。因此，對(duì)于使用同一結(jié)構(gòu)的部分附上與(實(shí)施例1)的圖1A至圖1E相同的標(biāo)號(hào)。
以下，對(duì)于本實(shí)施例參考圖7A至圖7C進(jìn)行說(shuō)明。
作為一例，圖7A至圖7C表示位于最頂層，并具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的布線(xiàn)延伸方向的截面圖。
利用公知的無(wú)加熱濺射法，形成以鋁(Al)為主成分、含有0.5wt％的Cu的、膜厚20nm左右的AlCu膜111，以便覆蓋Cu布線(xiàn)層108(＝頂層布線(xiàn)層)和SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)層)(以上在圖7A示出)。
接著，將硅片暫時(shí)從濺射裝置搬出，接著，只對(duì)Cu布線(xiàn)層108上的AlCu膜111的部分照射激光束411。此時(shí)，激光束411的能量為1J/cm2左右。
通過(guò)該熱處理，(Cu布線(xiàn)層108上的)AlCu膜111與Cu布線(xiàn)層108的成分進(jìn)行反應(yīng)，形成CuAl層412，即焊盤(pán)電極層。此時(shí)，在CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)的表層部形成鋁為主成分的氧化層413。
在此，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程，AlCu膜111的鋁和銅的合金成分?jǐn)U散到Cu布線(xiàn)層108的內(nèi)部，Cu布線(xiàn)層108的一部分被合金化。此時(shí)，在AlCu膜111形成與Cu布線(xiàn)層108成分的反應(yīng)層(＝合金層)。CuAl層412由合金化至Cu布線(xiàn)層108的底面的部分，以及AlCu膜111的反應(yīng)層(＝合金層)構(gòu)成，構(gòu)成焊盤(pán)電極層。
像這樣，通過(guò)照射激光束411，集中提供熱和能量，Cu布線(xiàn)層108上的AlCu膜111與Cu布線(xiàn)層108進(jìn)行反應(yīng)，形成CuAl層412，即焊盤(pán)電極層。此時(shí)，在CuAl層412的表層部形成以鋁為主成分的氧化層413(以上在圖7B示出)。
通過(guò)作為加熱手段采用激光束，大幅度促進(jìn)Cu布線(xiàn)層108和AlCu膜111的各成分的擴(kuò)散和反應(yīng)，可以縮短在形成CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)，以及鋁為主成分的氧化層413的過(guò)程中的加熱處理所需的時(shí)間。此時(shí)，激光束沒(méi)有照射的、Cu布線(xiàn)層108上以外的部分為AlCu膜111的狀態(tài)。
另外，即使在Cu布線(xiàn)層108的表面形成有自然氧化膜，也通過(guò)照射激光束411，AlCu膜111快速加熱，充分促進(jìn)成分?jǐn)U散、以及與Cu布線(xiàn)層108的反應(yīng)。這樣，是否去除自然氧化膜對(duì)形成焊盤(pán)電極層效果沒(méi)有差異。從而，本實(shí)施例中，沒(méi)有特別自然氧化膜的處理，即沒(méi)有限定是否去除。
以鋁為主成分的氧化層413作為具有抗氧化性的保護(hù)層作用于CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)。
接著，將硅片放入托架，在蝕刻槽內(nèi)的磷酸中浸泡，進(jìn)行濕蝕刻處理而溶解去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的AlCu膜111。此時(shí)，CuAl層412具有抗酸性，可以只選擇性殘留該CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)(以上在圖7C示出)。
另外，該濕蝕刻處理進(jìn)行4分鐘左右。
除了磷酸之外，還可以采用稀鹽酸(HCl)和稀氫氟酸(HF)。即，對(duì)硅襯底100的表面單獨(dú)用稀氫氟酸(HF)、稀鹽酸(HCl)，或磷酸，或組合它們來(lái)進(jìn)行濕蝕刻處理。例如，提供稀氫氟酸(HF)或磷酸，接著，提供稀氫氟酸(HCl)，可以溶解并去除SiN膜109上的AlCu膜111。
在大氣中對(duì)如上形成的、各CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)實(shí)施了公知的絲焊工藝。在此，用(實(shí)施例1)所述的程序和條件加熱和加壓金屬絲(＝例金(Au))，與CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)直接接合，導(dǎo)通Cu布線(xiàn)層108和導(dǎo)電性外部構(gòu)件(例封裝的鍵合焊盤(pán))。其結(jié)果，與(實(shí)施例1)同樣，顯示出良好的鍵合特性。
另外，在溫度200℃的條件下進(jìn)行了2000小時(shí)的高溫保管試驗(yàn)。其結(jié)果，可知CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)的接合電阻不上升，保持良好的接合狀態(tài)。從該結(jié)果判斷出對(duì)于鍵合接合，CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)的表層部所含的Al濃度最好大于2原子％。
另外，本實(shí)施例中，表層部為從表面至50nm左右的層。
另外，由于與(實(shí)施例1)相同的原因，Cu布線(xiàn)層108的厚度為1.2μm時(shí)，AlCu膜111的膜厚大于10nm、小于100nm即可。即，將AlCu膜111的膜厚相對(duì)于Cu布線(xiàn)層108的厚度的比例的上限設(shè)定為10％左右，則可以抑制CuAl層412(＝焊盤(pán)電極層)的電阻值上升，以及處理時(shí)間等。
如上處理，如本實(shí)施例，若焊盤(pán)電極層由合金化的層構(gòu)成，則對(duì)于長(zhǎng)期使用具有充分的抗氧化性、以及強(qiáng)度，比當(dāng)前可以提高Cu布線(xiàn)層、進(jìn)而半導(dǎo)體器件的可靠性。
(實(shí)施例5)本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，將Cu作為布線(xiàn)層材料，并且作為比Cu更易氧化的金屬采用鋁(Al)。另外，本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，作為一例在CuAl層112的表層部形成抗氧化性膜(＝以鋁為主成分的氧化層113)。接著，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上形成圖形，保護(hù)抗氧化性膜(＝以鋁為主成分的氧化層113)，進(jìn)行濕蝕刻處理，去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上等CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)以外區(qū)域的AlCu膜111。
以下，根據(jù)圖8A、圖8B具體說(shuō)明本實(shí)施例。
圖8A、圖8B表示位于最頂層，并具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的布線(xiàn)延伸方向的截面圖。
本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，采用AlCu膜(或Al膜)111。本實(shí)施例中，由于(實(shí)施例1)中所述的、到在Cu布線(xiàn)層108上的SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)形成開(kāi)口部的工藝為止(參考圖1A)在同一條件下以相同程序進(jìn)行，所以不作說(shuō)明。對(duì)于使用同一結(jié)構(gòu)的部分附上與(實(shí)施例1)的圖1A至圖1E相同的標(biāo)號(hào)。
與(實(shí)施例1)同樣，在形成了CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、鋁為主成分的氧化層113之后，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)上形成抗蝕圖116(以上在圖8A示出)。
在此，例如在涂敷熱電阻之后，采用光刻技術(shù)形成抗蝕圖116，以保護(hù)CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)。
接著，將抗蝕圖116作為掩模進(jìn)行濕蝕刻處理而去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的AlCu膜111。接著，利用公知的方法拋光處理、去除抗蝕圖116(以上在圖8B示出)。在此，濕蝕刻處理可以采用稀氫氟酸(HF)、磷酸、或稀鹽酸(HCl)，用(實(shí)施例1)所述的要領(lǐng)進(jìn)行。
接著，用與(實(shí)施例1)相同的程序和條件依次進(jìn)行檢查工藝、鍵合工藝。
實(shí)施例1和4所述的方法中，去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的、無(wú)用的AlCu膜111的蝕刻溶液的濃度或蝕刻所需的時(shí)間需要設(shè)定為充分大。從而，若為了去除無(wú)用的AlCu膜111而進(jìn)行濕蝕刻處理，則蝕刻也作用于CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、以及鋁為主成分的氧化層113。
本實(shí)施例中，CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、鋁為主成分的氧化層113在進(jìn)行濕蝕刻處理的過(guò)程中被抗蝕圖116保護(hù)。從而，在去除AlCu膜111的過(guò)程中不需要考慮蝕刻對(duì)CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、鋁為主成分的氧化層113的影響。
從而，在進(jìn)行濕蝕刻處理而去除無(wú)用的AlCu膜111的過(guò)程中，增加了所謂的處理上的自由度。
另外，本實(shí)施例中，代替Al而采用(實(shí)施例2)中所用的鉭(Ta)、或(實(shí)施例3)中所用的鈦(Ti)也可以得到相同的效果。
另外，如本實(shí)施例，若焊盤(pán)電極層由合金化的層構(gòu)成，則對(duì)于長(zhǎng)期間使用具有充分的抗氧化性以及強(qiáng)度，可以比當(dāng)前更提高Cu布線(xiàn)層，進(jìn)而半導(dǎo)體器件的可靠性。
(實(shí)施例6)本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，將Cu作為布線(xiàn)層的材料，并且作為比Cu更易氧化的金屬采用鋁(Al)。另外，本實(shí)施例中，在進(jìn)行了檢查工藝、以及鍵合工藝之后，利用濕蝕刻去除SiN膜109上的無(wú)用的AlCu膜111。
以下，根據(jù)圖9A、圖9B具體說(shuō)明本實(shí)施例。
圖9A、圖9B表示位于最頂層，并具有焊盤(pán)電極層的布線(xiàn)層的布線(xiàn)延伸方向的截面圖。
本實(shí)施例中，作為一例，與(實(shí)施例1)同樣，采用AlCu膜(或Al膜)111。本實(shí)施例中，由于(實(shí)施例1)中所述的、到在Cu布線(xiàn)層108上的SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)形成開(kāi)口部的工藝為止(參考圖1A)在同一條件下以相同程序進(jìn)行，所以不作說(shuō)明。對(duì)于使用同一結(jié)構(gòu)的部分附上與(實(shí)施例1)的圖1A至圖1E相同的標(biāo)號(hào)。
本實(shí)施例中，與(實(shí)施例1)同樣，在形成了CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、和鋁為主成分的氧化層113之后，不利用蝕刻處理去除AlCu膜(或Al膜)111而進(jìn)行鍵合工藝，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)鍵合接合導(dǎo)電絲(例金(Au))或?qū)щ娦酝裹c(diǎn)。在此，與(實(shí)施例1)同樣，加熱和加壓，直接將金屬絲114鍵合接合到CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)。
若進(jìn)行CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)和金屬絲114(或?qū)щ娦酝裹c(diǎn))的鍵合接合，則表層部的以鋁為主成分的氧化層113一部分被破壞，露出CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)，在該接合部分，在材料相互反應(yīng)的過(guò)程中形成合金組成物115。通過(guò)該合金組成物115，使鍵合接合在機(jī)械、電連接可靠。另外，在鍵合接合部分以外的區(qū)域由于存在鋁為主成分的氧化層113，所以保護(hù)CuAl層112(焊盤(pán)電極層)(以上在圖9A示出)。
接著，在CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)連接了線(xiàn)或凸點(diǎn)的狀態(tài)下，進(jìn)行濕蝕刻處理，去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的AlCu膜111(以上在圖9B中示出)。在此，濕蝕刻處理可以采用稀氫氟酸(HF)、磷酸、或稀鹽酸(HCl)，用(實(shí)施例1)所述的程序和條件進(jìn)行。
對(duì)于去除SiN膜109上的、無(wú)用的AlCu膜111設(shè)定充分大的蝕刻溶液的濃度、或蝕刻所需的處理時(shí)間。從而，在鍵合接合之前，為了去除無(wú)用的AlCu膜111而進(jìn)行蝕刻處理，則蝕刻也作用于CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、和鋁為主成分的氧化層113。
從而，如本實(shí)施例，若在進(jìn)行了鍵合接合之后去除無(wú)用的AlCu膜111，則可以抑制濕蝕刻對(duì)CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、鋁為主成分的氧化層113的影響。
本實(shí)施例中，不需要形成圖形的工藝，保護(hù)CuAl層112(＝焊盤(pán)電極層)、鋁為主成分的氧化層113，可以去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的無(wú)用的AlCu膜111。此時(shí)，不考慮蝕刻比例差等影響，進(jìn)行濕蝕刻處理，去除AlCu膜111的過(guò)程中，可以增加所謂的處理上的自由度。
如本實(shí)施例，若焊盤(pán)電極層由合金化的層構(gòu)成，則對(duì)于長(zhǎng)期間使用具有充分的抗氧化性以及強(qiáng)度，可以比當(dāng)前更提高Cu布線(xiàn)層，進(jìn)而半導(dǎo)體器件的可靠性。
本實(shí)施例中，代替Al，采用(實(shí)施例2)中所用的鉭(Ta)、或(實(shí)施例3)中所用的鈦(Ti)的情況也可以得到同樣的效果。
以上，實(shí)施例1至6中，作為比Cu更易氧化的進(jìn)行采用了鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)，但此外采用鋯(Zr)、釩(V)、錫(Sn)、鎢(W)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、釕(Ru)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、鎂(Mg)、鈹(Be)等也可以得到同樣效果。
各實(shí)施例中，在使用了這些金屬材料的情況下，首先以單體膜或合金膜形成在Cu布線(xiàn)層108和SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上。接著，用各實(shí)施例所述的程序和條件進(jìn)行處理，與Cu布線(xiàn)層108進(jìn)行反應(yīng)，形成表層部具有氧化層的與Cu的合金層(＝焊盤(pán)電極層)。接著，采用濕蝕刻處理、CMP法等，去除SiN膜109(＝絕緣性保護(hù)膜)上的無(wú)用的膜，作為鍵合接合用的焊盤(pán)電極層采用該合金層即可。
在此，說(shuō)明含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層的最表面(0至4nm左右的深度)的銅濃度和鍵合強(qiáng)度的關(guān)系。圖25是比較表示在形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后進(jìn)行鍵合時(shí)的剪切測(cè)試結(jié)果和形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后再在表面進(jìn)行酸處理(例如碳酸處理)之后進(jìn)行鍵合時(shí)的剪切測(cè)試結(jié)果的圖。在兩者情況下，如后所述，含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層最表面(0至4nm左右的深度)的銅濃度有差異。
如圖25所示，從形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后再在表面進(jìn)行酸處理(例如碳酸處理)之后進(jìn)行鍵合時(shí)的剪切測(cè)試結(jié)果中可看出改善。
圖26A是在形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后，采用二次離子質(zhì)量分析法(SIMS)分析該表面的結(jié)果例。圖26B是在形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后再在表面進(jìn)行酸處理，采用二次離子質(zhì)量分析法(SIMS)分析該表面的結(jié)果例。比較兩者，比4nm深的部分的元素分布幾乎相同，但到2nm左右的范圍進(jìn)行了酸處理的銅濃度更低。從而，考慮若將該范圍的銅濃度限制在某個(gè)低濃度會(huì)不會(huì)改善鍵合強(qiáng)度。
因此，為了確認(rèn)上述，改變處理?xiàng)l件，故意將至深度4nm左右的銅濃度提高成20原子％左右的高濃度，作為比較例形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層(在圖26C示出該二次離子質(zhì)量分析法的結(jié)果例)，調(diào)查該鍵合強(qiáng)度，可知不能進(jìn)行鍵合接合。
從這些調(diào)查結(jié)果，可知若含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層最表面(0至4nm左右的深度)的銅濃度小于20原子％，則可以鍵合，并越低鍵合強(qiáng)度越強(qiáng)?，F(xiàn)實(shí)中，可以將2nm深度的銅濃度作為平均控制在10原子％以下。
對(duì)于考察銅濃度帶來(lái)的鍵合強(qiáng)度變化的原因，認(rèn)為和重要的原因是在鍵合時(shí)突破Al為主成分的表面氧化層并與純凈的Cu和線(xiàn)例如Au接合，最表面的Cu濃度高時(shí)Cu以氧化物的形態(tài)存在，所以在鍵合時(shí)Cu氧化物附著到Au線(xiàn)表面。這是因?yàn)槿粼贏u線(xiàn)表面附著Cu氧化物，則阻礙與純凈的Cu接合。
另外，在形成含有表面氧化層的焊盤(pán)電極層之后進(jìn)行的降低銅濃度的表面酸處理中除了碳酸處理之外，還可以采用鹽酸、醋酸等。通過(guò)這些酸處理而銅濃度降低是因?yàn)檫@些酸優(yōu)先溶解Cu氧化物。
(實(shí)施例7)圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例7的Cu多層布線(xiàn)用的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的平面圖。圖11是圖10的A-Aa截面的向視圖。
根據(jù)制造工藝說(shuō)明這些，首先在未圖示的Si襯底上淀積層間絕緣膜1。在上述Si襯底的表面集成形成有源元件，在其上形成Cu多層布線(xiàn)，在該Cu多層布線(xiàn)層上淀積層間絕緣膜1。
接著，在層間絕緣膜1的表面埋入形成Cu焊盤(pán)2，之后在層間絕緣膜1和Cu焊盤(pán)2上形成d(雙相等離子體)-TEOS膜3。d-TEOS膜3的膜厚例如為400nm。
接著，在Cu焊盤(pán)2的邊緣部上的d-TEOS膜3上通過(guò)RIE(反應(yīng)離子蝕刻)處理開(kāi)口間距4μm、直徑2μm的接觸孔4。在此，開(kāi)口了16個(gè)接觸孔4。另外，控制蝕刻氣體，在接觸孔4的側(cè)壁進(jìn)行了80度的圓錐加工。
接著，清潔表面，利用濺射淀積勢(shì)壘金屬膜5，以覆蓋接觸孔4的里面，接著在整個(gè)面淀積Al罩膜6(導(dǎo)電性保護(hù)層)，以便埋入接觸孔4。Al罩膜6也可以是純Al膜，或含有少量Cu(例如0.5wt％)的Al膜(Al合金膜)。
勢(shì)壘金屬膜5、Al罩膜6的覆蓋性或密合性通過(guò)接觸孔4加工成圓錐而良好。另外，從勢(shì)壘金屬膜5、Al罩膜6的埋入特性觀(guān)點(diǎn)，最好接觸孔4的厚徑比小于0.5。
勢(shì)壘金屬膜5最好是TaN/Ta層積膜(TaN為底層、Ta為上層，以下只要沒(méi)有作特別限定，則在/之前記錄底層，在/之后記錄上層)或Ta/TiN層積膜等，但只要是可以抑制Cu和Al的反應(yīng)即可。另外，為了提高以Al罩膜6為代表的導(dǎo)電性保護(hù)層的接觸孔4內(nèi)的埋入性，也可以在勢(shì)壘金屬膜5上設(shè)置襯里膜(未圖示)。作為Al罩膜6的襯里膜最好是例如Nb膜、Ta膜、NbN膜、TaN膜等。因?yàn)檫@些也具有勢(shì)壘金屬的性質(zhì)。
另外，Al罩膜6的成膜溫度最好是大于200℃的高溫。其原因是Al罩膜6的流動(dòng)性高，用Al罩膜6容易埋入接觸孔4。
考慮了多種Al罩膜6的成膜法，但最好是采用級(jí)覆蓋性良好的成膜方法，例如長(zhǎng)行程濺射、偏置濺射、離子加速濺射、高溫回流濺射、或組合這些方式的濺射等，或者CVD。
這樣，Cu焊盤(pán)2在其邊緣部經(jīng)多個(gè)接觸孔4與Al罩膜6電連接。在接觸孔4以外區(qū)域的Al罩膜6和Cu焊盤(pán)2之間存在d-TEOS膜3。
配置接觸孔4的場(chǎng)所最好是本實(shí)施例那樣的Cu焊盤(pán)2的邊緣部。其原因是若這樣配置，則可以減輕測(cè)試工藝和鍵合工藝等的接觸部的機(jī)械作用，可以避免接觸孔4上的Al罩膜6的機(jī)械破壞，可以有效抑制Cu焊盤(pán)2露出。
接著，采用熱光刻和RIE，將Al罩膜6和勢(shì)壘金屬膜5加工為規(guī)定形狀，之后在整個(gè)面淀積鈍化膜7，蝕刻鈍化膜7而開(kāi)口焊盤(pán)開(kāi)口部8。
焊盤(pán)開(kāi)口部8中，如圖11所示，接觸孔4上的Al罩膜6的至少一部分，最好整個(gè)開(kāi)口成用鈍化膜7覆蓋。
這樣，可以防止在測(cè)試工藝時(shí)探針接觸引起的接觸孔4上的Al罩膜6的破壞，可以防止接觸孔4下的Cu焊盤(pán)2在大氣中露出。
在此，將上述RIE加工后的Al罩膜6中通過(guò)的電流密度設(shè)為許可電流密度(一定期間，例如10年間的EM不引起故障的電流密度)。換言之，確定了上述電流的密度小于許可電流密度的接觸孔徑和接觸孔數(shù)。
對(duì)于這樣得到的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)，作為可靠性評(píng)價(jià)多次進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，在Al罩膜6上形成鍵合線(xiàn)9，之后在175℃的爐中進(jìn)行1000小時(shí)的放置試驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)備工作試驗(yàn)。上述測(cè)試僅限于晶片。接觸孔4上的Al罩膜6由鈍化膜7完全覆蓋。
其結(jié)果，在圖23所示的現(xiàn)有的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)于2次測(cè)試試驗(yàn)的材料合格率為80％，3次測(cè)試試驗(yàn)的合格率為50％，6次測(cè)試試驗(yàn)的合格率為0％，本實(shí)施例中，10次測(cè)試試驗(yàn)的合格率為100％。
本實(shí)施例中，認(rèn)為得到這樣的試驗(yàn)結(jié)果的原因是即使探針接觸處的Al罩膜6被破壞，在其下存在d-TEOS膜3的地方不會(huì)發(fā)生使Cu焊盤(pán)2的表面在大氣中露出的不良狀態(tài)。即，因?yàn)閷?duì)探針接觸的Cu焊盤(pán)2的機(jī)械強(qiáng)度變高，可以防止Cu焊盤(pán)2的氧化和破壞。從而，根據(jù)本實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)防止Cu焊盤(pán)2上的Al罩膜6在測(cè)試工藝中被破壞而使可靠性降低的半導(dǎo)體器件。
接著，為了調(diào)查接觸孔4的直徑依存性，形成0.2～20μm直徑的接觸孔4，在同樣的加速試驗(yàn)后進(jìn)行了各種電試驗(yàn)。其結(jié)果，在直徑大于0.2μm、小于0.5μm時(shí)，EM試驗(yàn)沒(méi)有達(dá)到保證時(shí)間。分析結(jié)果，觀(guān)察到接觸孔4上部的EM破壞。
另一方面，直徑超過(guò)10μm時(shí)，初期合格率降低到90％以下。分析結(jié)果，由于探針接觸到接觸孔4內(nèi)的Al罩膜6而發(fā)生的脫層，Cu焊盤(pán)2的表面露出到大氣，其表面氧化稱(chēng)為最初合格率降低的原因。
從以上結(jié)果中，可知接觸孔4的直徑最好大于0.5μm、小于10μm。另外，對(duì)于接觸孔4的間距，對(duì)于減少空間沒(méi)有任何障礙，在上述直徑范圍中，布線(xiàn)焊盤(pán)示出良好的電特性(應(yīng)導(dǎo)通或非導(dǎo)通)。
觀(guān)察示出良好的試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)材料的截面的結(jié)果，觀(guān)察到d-TEOS膜3沒(méi)有破壞和破裂，以及Cu焊盤(pán)2沒(méi)有異常而良好。以上是在焊盤(pán)邊緣部配置了1列接觸孔4的結(jié)果，配置2列以上也得到同樣結(jié)果。
圖12示出本實(shí)施例的變形例，具體說(shuō)來(lái)，在d-TEOS膜3的膜厚的情況下，也可以使接觸孔4的厚徑比小的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)。
這是通過(guò)加工處理成雙金布線(xiàn)(DD布線(xiàn))，在d-TEOS膜3表面的槽(在DD布線(xiàn)中為布線(xiàn)槽)內(nèi)設(shè)置了接觸孔4(在DD布線(xiàn)中埋入塞子的接續(xù)孔)的結(jié)構(gòu)，使接觸孔4更淺，可以使厚徑比更小。
(實(shí)施例8)圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施例8的Cu多層布線(xiàn)用的布線(xiàn)焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的平面圖。圖14是圖13的A-Aa截面的向視圖。
按照制造工藝進(jìn)行說(shuō)明，首先在未圖示的Si襯底上淀積d-TEOS膜21。在上述Si襯底的表面集成形成有源元件等，在其上形成Cu多層布線(xiàn)，在該Cu多層布線(xiàn)層上淀積d-TEOS膜21。
接著，采用熱光刻和RIE加工d-TEOS膜21，開(kāi)口埋入Cu焊盤(pán)的焊盤(pán)槽22，同時(shí)形成由d-TEOS膜21構(gòu)成的d-TEOS柱21p(絕緣柱)。d-TEOS柱21p(絕緣柱)的間距為4μm，直徑為2μm。
接著，采用在Si襯底上施加了偏置的各向異性濺射法，依次形成Ta類(lèi)的勢(shì)壘金屬膜23和Cu薄膜(未圖示)，之后將該Cu薄膜用于seed，利用電解電鍍法，在整個(gè)面淀積埋入焊盤(pán)槽22的Cu膜24。
利用CMP處理去除焊盤(pán)開(kāi)口部22外部的無(wú)用的Cu膜24和勢(shì)壘金屬膜23，得到規(guī)定形狀的Cu焊盤(pán)24。
接著，依次淀積蝕刻勢(shì)壘膜25、鈍化膜26。在此，作為蝕刻勢(shì)壘膜25使用了用等離子CVD形成的氮化硅膜(p-SiN膜)或碳化硅膜(p-SiC膜)，作為鈍化膜26使用了d-TEOS膜/p-SiN膜的層積膜。
接著，將具有對(duì)應(yīng)未圖示的焊盤(pán)開(kāi)口部的抗蝕圖作為掩模，到露出蝕刻勢(shì)壘膜25為止蝕刻鈍化膜26，之后通過(guò)采用氟類(lèi)氣體的RIE處理去除露出的蝕刻勢(shì)壘膜25。其結(jié)果，在蝕刻勢(shì)壘膜25、鈍化膜26形成露出d-TEOS柱21p、勢(shì)壘金屬膜23、Cu焊盤(pán)24的開(kāi)口部。
接著，在上述RIE處理時(shí)，用O2拋光對(duì)氟化銅膜24的表層實(shí)施氧化處理，將銅膜24的表層的氟置換為氧，之后，通過(guò)濕處理去除RIE處理時(shí)的淀積物。
接著，通過(guò)在濺射裝置內(nèi)進(jìn)行氫還原處理，清潔Cu膜24的表層，之后利用濺射法形成厚度10nm的Al膜(未圖示)。
接著，進(jìn)行400℃、30分鐘的熱處理，使上述Al膜和Cu焊盤(pán)24進(jìn)行反應(yīng)，在Cu焊盤(pán)24的上面形成Cu-Al合金層27(導(dǎo)電性保護(hù)層)。之后，利用濕蝕刻去除剩余Al膜。在上述熱處理之后進(jìn)行了截面測(cè)定，可知Cu-Al合金層27形成約200nm。認(rèn)為這是由于存在d-TEOS柱210，Cu表面的氧化物不被上述處理完全去除而殘留，所以抑制Al擴(kuò)散，沒(méi)有侵入到200nm附近。
Cu-Al合金層27的Al組成比最好大于2wt％、小于50wt％，特別是最好大于10wt％、小于50wt％。其原因如下。即，如果Al組成比小于2wt％，則Cu過(guò)多，Cu-Al合金層27的氧化防止功能不充分。另一方面，如果Al組成比大于50wt％，則Al會(huì)擴(kuò)散到Cu焊盤(pán)24。
Cu-Al合金層27也可以通過(guò)在Cu焊盤(pán)24的表面注入Al離子，之后進(jìn)行退火處理形成?；蛘?，也可以利用蝕刻去除Cu焊盤(pán)24的上部，在之上形成Cu-Al合金層27。
對(duì)于這樣得到的試驗(yàn)材料，與實(shí)施例7同樣，作為可靠性評(píng)價(jià)多次測(cè)試試驗(yàn)后，在Cu-Al合金層27上形成鍵合線(xiàn)28，之后在175℃的爐中進(jìn)行1000小時(shí)的放置試驗(yàn)，進(jìn)行了設(shè)備工作試驗(yàn)。其結(jié)果，與實(shí)施例7同樣，取得10次測(cè)試試驗(yàn)后合格率也100％的良好的結(jié)果。
以上是配設(shè)4μm間距、2μm直徑的d-TEO柱21p時(shí)的結(jié)果，對(duì)于間距、直徑不同的d-TEOS柱21p進(jìn)行同樣評(píng)價(jià)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)加速試驗(yàn)后的合格率依賴(lài)于d-TEOS柱21p的間距、直徑。具體說(shuō)來(lái)，由于與實(shí)施例7同樣的原因，于d-TEOS柱21p的間距和直徑所定的鄰接的于d-TEOS柱21p間的長(zhǎng)度(Cu-Al合金層27的寬度)大于0.5μm、小于10μm時(shí)可得到100％的合格率。
另外，與實(shí)施例7同樣，在Cu-Al合金層27上形成Al罩膜6的情況下，與圖14的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)同樣得到良好結(jié)果。如圖15A所示，代替Cu-Al合金層形成勢(shì)壘金屬膜29，在勢(shì)壘金屬膜29上形成了Al罩膜6的情況下，與圖14的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)同樣，可以得到良好的結(jié)果。
作為這些原因可以舉出用于d-TEOS柱21p緩和探針接觸時(shí)的Cu焊盤(pán)24的破壞。在此，重要的是Cu焊盤(pán)24和、Cu-Al合金層27或Al罩膜6的界面低于d-TEOS柱21p的上面。這樣，即使在測(cè)試工藝時(shí)因探針接觸而破壞導(dǎo)電性保護(hù)層(Cu-Al合金層27、Al罩膜6)的一部分，也例如如圖15B所示，在Cu焊盤(pán)24上殘留Al罩膜6，導(dǎo)電性保護(hù)層充分發(fā)揮其功能。
在此，對(duì)于上述圖15所示的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的形成方法，以與圖14所示的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的形成方法不同點(diǎn)為中心進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
首先，形成d-TEOS柱21、焊盤(pán)槽22，在焊盤(pán)槽22內(nèi)形成勢(shì)壘金屬膜23、Cu焊盤(pán)24。Cu焊盤(pán)24形成為埋入焊盤(pán)槽22。
接著，利用HCl和H2O2的混合水溶液，將Cu焊盤(pán)24的表層蝕刻得較薄，使Cu焊盤(pán)24的頂面低于開(kāi)口部22的開(kāi)口面(凹進(jìn))。在此，Cu膜24的凹進(jìn)量最好大于30nm。凹進(jìn)量越大越好，但上限被布線(xiàn)電流密度設(shè)計(jì)的許可值所限制。
接著，形成蝕刻勢(shì)壘膜25、鈍化膜26，在蝕刻勢(shì)壘膜25、鈍化膜26形成開(kāi)口部，露出d-TEOS柱21p、勢(shì)壘金屬膜23、Cu焊盤(pán)24。之后，進(jìn)行氧化處理、濕處理。該工藝與圖14的焊盤(pán)結(jié)構(gòu)的形成方法相同。
接著，在濺射裝置內(nèi)進(jìn)行氫還原處理，洗凈Cu焊盤(pán)24的表層，不破壞真空，在同一濺射裝置內(nèi)依次淀積勢(shì)壘金屬膜29、Al罩膜6。
在此，勢(shì)壘金屬膜29例如為T(mén)aN/Ta的層積膜。最好是多次成膜TaN/Ta的層積膜的多層膜。通過(guò)采用這樣的多層膜，可以提高機(jī)械強(qiáng)度。
另外，從防止降低構(gòu)成多層膜的層積膜間的密合性的觀(guān)點(diǎn)，最好是由大于2層、小于6層的層積膜構(gòu)成的多層膜。另外，從鍵合后的阻擋性的觀(guān)點(diǎn)，構(gòu)成層積膜的各膜厚度最好大于5nm，從鍵合后的密合性和成膜粉塵(在多層膜的成膜時(shí)產(chǎn)生的粉塵)的觀(guān)點(diǎn)，構(gòu)成層積膜的各膜厚度最好小于30nm。
接著，采用光刻和RIE加工勢(shì)壘金屬膜29、Al罩膜6，形成鈍化膜7。
以上說(shuō)明了實(shí)施例7、8，但不限于這些實(shí)施例。例如，上述實(shí)施例中布線(xiàn)主成分為Cu，但也可以是Cu合金、Ag合金等其它導(dǎo)電材料。在采用這些導(dǎo)電材料的情況下，也與上述實(shí)施例同樣，作為導(dǎo)電性保護(hù)層可以使用Al罩膜6、Cu-Al合金層、Ag-Al合金層。
實(shí)施例7、8包括各階段的發(fā)明，通過(guò)適當(dāng)組合公開(kāi)的多個(gè)結(jié)構(gòu)要件可以進(jìn)行各種發(fā)明。例如，從實(shí)施例中示出的所有結(jié)構(gòu)要件中減少幾個(gè)結(jié)構(gòu)要件也可以得到同樣結(jié)果時(shí)，可以將減少了該結(jié)構(gòu)要件的結(jié)構(gòu)作為發(fā)明。
(實(shí)施例9)圖16A、圖16B是表示本發(fā)明的實(shí)施例9的半導(dǎo)體器件51的結(jié)構(gòu)的截面圖，圖17A至圖17F是其工藝截面圖。
首先，如圖17A所示，在Si襯底52上多層層積形成由低k材料等構(gòu)成的層間絕緣膜(ILD)53、擴(kuò)散勢(shì)壘絕緣膜54、以及Cu布線(xiàn)55，作為多層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，Cu布線(xiàn)55的布線(xiàn)部和接觸塞子部形成為一體的、所謂的雙金結(jié)構(gòu)。在Cu布線(xiàn)55和層間絕緣膜53之間設(shè)有布線(xiàn)用勢(shì)壘金屬膜57。該勢(shì)壘金屬膜57最好由與后述的焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63相同的材料形成。本實(shí)施例中，勢(shì)壘金屬膜57形成為層厚分別為15nm的Ta層57a和Ta2N層57b構(gòu)成的2層結(jié)構(gòu)。此時(shí)，考慮材料之間的化學(xué)性質(zhì)，將直接接觸Cu布線(xiàn)55的內(nèi)側(cè)的層作為T(mén)a層57a，將該Ta層57a的外側(cè)層作為T(mén)a2N層57b。
另外，在襯底52設(shè)有未圖示的有源元件等各種電子電路。Cu布線(xiàn)55為了電連接這些電路之間，或?qū)⑦@些電路與未圖示的外部電源和外部電路等電連接，在襯底52上以規(guī)定布線(xiàn)圖形設(shè)置。
接著，各Cu布線(xiàn)55中，如圖17B所示，在一部分成為半導(dǎo)體器件51的布線(xiàn)焊盤(pán)部58的最頂層的Cu布線(xiàn)(焊盤(pán)部Cu布線(xiàn))55a的表面上連續(xù)層積(成膜)70nm的作為焊盤(pán)部絕緣膜的P-SiN膜59和、400nm的d-TEOS膜60。
之后，如圖17C所示，通過(guò)光刻工藝和RIE工藝等蝕刻p-SiN膜59和d-TEOS膜60，開(kāi)口布線(xiàn)焊盤(pán)部58，以便露出焊盤(pán)部Cu布線(xiàn)55a的部分頂面。
接著，清潔焊盤(pán)部Cu布線(xiàn)55a的露出面(表面)之后，如圖17D所示，通過(guò)濺射工藝，連續(xù)交互地層積多層相同個(gè)數(shù)的Ta2N層61和Ta層62，成膜所謂的復(fù)合層積結(jié)構(gòu)的勢(shì)壘膜(焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜)63。此時(shí)，考慮材料之間的化學(xué)性質(zhì)，層積成與焊盤(pán)部Cu布線(xiàn)55a直接接觸的層成為T(mén)a2N層61，與后述的保護(hù)導(dǎo)電層64直接接觸的層成為T(mén)a層62。本實(shí)施例中，形成為各Ta2N層61和各Ta層62的各層成為對(duì)，同時(shí)層積了2對(duì)(2循環(huán))以上的該對(duì)。該焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63的層積數(shù)及其厚度如后述那樣可以在規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)定適當(dāng)值。
與布線(xiàn)用勢(shì)壘金屬膜57同樣，通過(guò)利用Ta2N和Ta形成焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63，可以得到抑制作為最高勢(shì)壘金屬膜本來(lái)的功能的Cu擴(kuò)散到ILD膜53中。另外，可以兼用成膜裝置，同時(shí)統(tǒng)一成膜處理并可以簡(jiǎn)化，所以可以消減設(shè)備投資而降低半導(dǎo)體器件51的生產(chǎn)成本。另外，在含有底層Cu布線(xiàn)用勢(shì)壘金屬膜的布線(xiàn)用勢(shì)壘金屬膜57和作為頂層Cu/Al勢(shì)壘金屬膜的焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63接觸的情況下，由于這些兩勢(shì)壘金屬膜57、63由同一材料形成，所以不會(huì)引起使布線(xiàn)焊盤(pán)部58的電阻值上升和、阻擋性惡化等的反應(yīng)。從而，在布線(xiàn)焊盤(pán)部58不會(huì)產(chǎn)生惡化半導(dǎo)體器件51性能的反應(yīng)。
接著，不在大氣中曝曬焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63的露出面(表面)，如圖17E所示，在其上連續(xù)成膜約500nm的作為保護(hù)導(dǎo)電層的Al罩膜64。
接著，如圖17F所示，通過(guò)光刻工藝和RIE工藝加工Al罩膜64和焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63，只殘留成為布線(xiàn)焊盤(pán)部58的部分。接著，在d-TEOS膜60上再連續(xù)層積分別約400nm和600nm的d-TEOS膜65和p-SiN膜66，成膜鈍化膜67。接著，通過(guò)光刻工藝和RIE工藝等蝕刻d-TEOS膜65和p-SiN膜66，形成布線(xiàn)焊盤(pán)部58的開(kāi)口部58a，以便露出Al罩膜64的部分頂面。
之后，實(shí)施預(yù)先確定的規(guī)定工藝，得到具有所要的復(fù)合層積結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63的半導(dǎo)體器件51。在半導(dǎo)體器件51的布線(xiàn)焊盤(pán)部58如圖16A所示，在該開(kāi)口部58a露出的Al罩膜64的露出面(表面)例如連接Au鍵合線(xiàn)68。這樣，半導(dǎo)體器件51與未圖示的外部電源和、其它電子電路等連接。圖16B是放大表示圖16A中用圓圍繞的部分A的圖。在焊盤(pán)部Cu布線(xiàn)55a和Al罩膜64之間層積2對(duì)以上利用上述工藝各層形成為薄膜狀的Ta2N層61和Ta層62的對(duì)，形成薄膜化復(fù)合層積結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63。
另外，在圖16A和圖17E、圖17F中，為了方便看圖，只描繪分別1層的Ta2N61和Ta層62，簡(jiǎn)化示出勢(shì)壘金屬膜13。
下面，說(shuō)明本發(fā)明人員進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)是將焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63的Ta2N層61和Ta層62的對(duì)的層積數(shù)(層積循環(huán))，以及這些層的厚度(膜厚)分別變化到規(guī)定值而形成樣品，檢查這些各樣品的布線(xiàn)焊盤(pán)部58的阻擋性、密合性(強(qiáng)度)、以及粉塵的發(fā)生狀態(tài)的3個(gè)項(xiàng)目。
具體說(shuō)來(lái)，通過(guò)將利用上述制造工藝制造的半導(dǎo)體器件51的各樣品在約400℃下進(jìn)行約2小時(shí)的加熱試驗(yàn)，測(cè)定布線(xiàn)焊盤(pán)部58的電阻變化，調(diào)查其阻擋性。另外，作為機(jī)械強(qiáng)度評(píng)價(jià)對(duì)布線(xiàn)焊盤(pán)部58進(jìn)行了多次測(cè)試試驗(yàn)之后，接著進(jìn)行了絲焊。并且，采用未圖示的爐(加熱裝置)在約175℃下進(jìn)行了約1000小時(shí)的放置試驗(yàn)之后，進(jìn)行設(shè)備動(dòng)作試驗(yàn)測(cè)定布線(xiàn)焊盤(pán)部58的電阻上升率，以及進(jìn)行了線(xiàn)接合部的剪切實(shí)驗(yàn)。
后述的圖18至圖22作為比較例和第1至第4的實(shí)施例示出以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些圖18至圖22中，各檢查項(xiàng)目的○和×分別表示后述的結(jié)果。在Cu/Al阻擋性中，○表示電阻上升率小于10％，×表示電阻上升率大于10％。在鍵合后阻擋性中，○表示電阻上升率小于10％，×表示電阻上升率大于10％。。鍵合后的密合性中，○表示采用60μmAu線(xiàn)的剪切實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度大于15gf，×表示剪切實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度小于15gf。在粉塵中，○表示每個(gè)晶片的0.2μm以上的粉塵少于100個(gè)，×表示每個(gè)晶片的0.2μm以上的粉塵多于100個(gè)。
另外，圖18為了比較本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)越性，表示了利用現(xiàn)有技術(shù)分別層積規(guī)定厚度的1層Ta2N層和Ta層形成時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是所謂的比較例。
(比較例)如圖18所示，利用現(xiàn)有技術(shù)層積1層(1循環(huán))Ta2N層和Ta層的對(duì)的比較例中，對(duì)于粉塵性，在所有循環(huán)中得到良好的結(jié)果。但是，對(duì)于其它項(xiàng)目，只在分別形成約60nm和10nm，或60nm的Ta2N層和Ta層的情況下，能得到良好的Cu/Al阻擋性。
(實(shí)施例1)如圖19所示，本實(shí)施例中，將Ta2N層61和Ta層62的各層的厚度(膜厚)變化到約3nm～60nm，層積2循環(huán)的這些兩層61、62的對(duì)。根據(jù)該實(shí)施例1，在分別形成約3nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，可以得到良好的粉塵性，但Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、以及鍵合后密合性并不好。另外，在分別形成約60nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、以及鍵合后密合性良好，但粉塵性不好。
像這樣，實(shí)施例1中，在將Ta2N層61和Ta層62分別形成約5nm～30nm的厚度時(shí)，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、鍵合后密合性、以及粉塵性都較好。
(實(shí)施例2)
如圖20所示，本實(shí)施例中，將Ta2N層61和Ta層62的層厚(膜厚)分別變化到約3nm～60nm，層積3循環(huán)這些兩層61、62對(duì)。該實(shí)施例2的結(jié)果與實(shí)施例1相同。即，在分別形成約5nm～30nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、鍵合后密合性、以及粉塵性的所有項(xiàng)目都較好。
(實(shí)施例3)如圖21所示，本實(shí)施例中，將Ta2N層61和Ta層62的層厚(膜厚)分別變化到約3nm～60nm，層積6循環(huán)這些兩層61、62對(duì)。根據(jù)該實(shí)施例3，在形成約3nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，與實(shí)施例1的結(jié)果相同。另外，在分別形成約60nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性良好，但鍵合后密合性和粉塵性不好。
像這樣，實(shí)施例3中，在將Ta2N層61和Ta層62分別形成約5nm～30nm的厚度時(shí)，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、鍵合后密合性、以及粉塵性的所有項(xiàng)目都較好。
(實(shí)施例4)如圖22所示，本實(shí)施例中，，將Ta2N層61和Ta層62的層厚(膜厚)分別變化到約3nm～60nm，層積7循環(huán)這些兩層61、62對(duì)。根據(jù)該實(shí)施例4，在形成約3nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，與實(shí)施例1的結(jié)果相同。另外，在分別形成約30nm或60nm厚的Ta2N層61和Ta層62的情況下，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性良好，但鍵合后密合性和粉塵性不好。
像這樣，實(shí)施例4中，在將Ta2N層61和Ta層62分別形成約5nm或10nm的厚度時(shí)，Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、鍵合后密合性、以及粉塵性的所有項(xiàng)目都較好。
通過(guò)這些比較例和第1至第4的各實(shí)施例的結(jié)果，可知Ta2N層61和Ta層62的各層厚度(單層膜厚)最好大于約5nm。另外，通過(guò)層積2循環(huán)以上Ta2N層61和Ta層62的對(duì)，在Ta2N層61形成得極其薄的薄膜化復(fù)合層積結(jié)構(gòu)的焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63中，也可以得到與將Ta2N層成膜為約60nm的單對(duì)結(jié)構(gòu)的比較例幾乎相同的擴(kuò)散阻擋性。
另外，通過(guò)粉塵測(cè)定和密合性試驗(yàn)結(jié)果，可知Ta2N層61和Ta層62的各單層膜厚最好小于約30nm。另外，從破壞韌性值的觀(guān)點(diǎn)，Ta2N層61和Ta層62的各層厚度最好形成為小于30nm。另外，可知Ta2N層61和Ta層62對(duì)的層積數(shù)小于6個(gè)循環(huán)時(shí)可以實(shí)驗(yàn)低粉塵性、高密合性。兩層61、62的層積數(shù)只要大于2循環(huán)，則由于復(fù)合多層結(jié)構(gòu)阻擋性和機(jī)械強(qiáng)度特性較好，但從電阻值來(lái)看，最好小于6循環(huán)。
通過(guò)連續(xù)交互，并且層積多層形成Ta2N層61和Ta層62，可以促進(jìn)這些各層61、62的成膜處理(濺射工藝)產(chǎn)生的粉塵為主要原因的Ta2N層61的薄膜化，通過(guò)Ta層62的粘貼效果可以大幅度降低粉塵。一般，作為擴(kuò)散阻擋性Ta2N很好，但若進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定，則由于Ta2N為陶瓷，所以破壞韌性值很低而非常容易破壞。與此不同，Ta由于是金屬單體而具有延性。從而通過(guò)使焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63成為形成薄膜狀的Ta2N層61和Ta層62的薄膜化復(fù)合層積結(jié)構(gòu)，可以大幅度降低制造工藝的粉塵，大幅度提高其機(jī)械強(qiáng)度而可以提高安裝可靠性的合格率。
像這樣，根據(jù)本實(shí)施例，在布線(xiàn)焊盤(pán)部58設(shè)置的焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63形成為由Ta2N層61和Ta層62構(gòu)成的薄膜化復(fù)合層積結(jié)構(gòu)，所以阻擋性和強(qiáng)度提高，從而可靠性提高。
以上說(shuō)明了實(shí)施例9，但在不脫離該要旨的范圍內(nèi)可以變更該結(jié)構(gòu)，或部分工藝，或組合各種設(shè)定進(jìn)行實(shí)施。
例如，焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63的形成材料不限于Ta2N和Ta對(duì)，也可以是TiN和Ti、NbN和Nb、WN和W、或者ZrN和Zr的各組合等?；蛘咭部梢愿?循環(huán)適當(dāng)組合變更這些各對(duì)。另外，由化合物構(gòu)成的層不限于氮化物，例如基于上述各元素的氮化物，或者硼化物等。即，根據(jù)焊盤(pán)部布線(xiàn)55a和罩膜64的各形成材料，作為焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63整體具有防止焊盤(pán)部布線(xiàn)55a和罩膜64的反應(yīng)的阻擋性的材料，從IVa族、Va族、或VIa族的金屬和其化合物等中選擇使用即可。
另外，由金屬元素單體構(gòu)成的層和、該化合物構(gòu)成的層也可以形成為相互不同的厚度。此時(shí)，通過(guò)將各層的厚度設(shè)定為大于約5nm、小于約30nm，作為焊盤(pán)部勢(shì)壘金屬膜63整體，可以滿(mǎn)足上述水準(zhǔn)的Cu/Al阻擋性、鍵合后阻擋性、鍵合后密合性、以及粉塵性等。另外，由化合物構(gòu)成的層最好是化學(xué)計(jì)量組成，但也可以是多少偏離的組成，例如在TaN的情況下，N的元素比例大于20atm％、小于40at％程度的范圍內(nèi)就不會(huì)有問(wèn)題。對(duì)于布線(xiàn)用勢(shì)壘金屬膜57也是同樣的。
布線(xiàn)55(55a)也可以不是上述的雙金線(xiàn)結(jié)構(gòu)，也可以是單線(xiàn)結(jié)構(gòu)。另外，布線(xiàn)55(55a)和保護(hù)導(dǎo)電層64的各形成材料也可以由Cu合金、Al合金、或者Cu和Al以外的金屬元素構(gòu)成?；谒陌雽?dǎo)體器件的性能等采用適當(dāng)材料即可。
本發(fā)明不限于在此圖解所述的特性形態(tài)，包含以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任何變形。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具有布線(xiàn)焊盤(pán)；設(shè)置在上述布線(xiàn)焊盤(pán)上，在上述布線(xiàn)焊盤(pán)的邊緣部具有到達(dá)上述布線(xiàn)焊盤(pán)的多個(gè)接觸孔的絕緣膜；隔著上述絕緣膜設(shè)置在上述布線(xiàn)焊盤(pán)上，經(jīng)上述多個(gè)接觸孔與上述布線(xiàn)焊盤(pán)電連接的、對(duì)于上述布線(xiàn)焊盤(pán)的導(dǎo)電性保護(hù)層；以及被鍵合在上述布線(xiàn)焊盤(pán)的正上方，并在下方不存在上述導(dǎo)電性保護(hù)層的上述接觸孔的中央部分的鍵合部件。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述接觸孔的直徑為0.5μm以上、10μm以下。
3.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具有備有開(kāi)口部的絕緣膜；設(shè)置在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的多個(gè)絕緣柱；在上述開(kāi)口部?jī)?nèi)埋入到該開(kāi)口部中途深度的布線(xiàn)焊盤(pán)；以及以埋入上述開(kāi)口部?jī)?nèi)的方式、設(shè)置在上述布線(xiàn)焊盤(pán)上的對(duì)于上述布線(xiàn)焊盤(pán)的導(dǎo)電性保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于鄰接的上述多個(gè)絕緣柱的間距為0.5μm以上、10μm以下。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述布線(xiàn)焊盤(pán)材料為Cu，上述導(dǎo)電性保護(hù)層的材料為Al或Al合金。
6.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述布線(xiàn)焊盤(pán)材料為Cu，上述導(dǎo)電性保護(hù)層的材料為Cu合金、Al或Al合金。
7.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具有在襯底上設(shè)置成規(guī)定圖形的布線(xiàn)；設(shè)置在上述布線(xiàn)的焊盤(pán)部上的保護(hù)導(dǎo)電層；以及設(shè)置在上述布線(xiàn)和上述保護(hù)導(dǎo)電層之間，層疊2對(duì)以上由規(guī)定金屬元素構(gòu)成的層和以上述金屬元素為主成分的化合物構(gòu)成的層而成的勢(shì)壘膜。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述勢(shì)壘膜中，構(gòu)成上述對(duì)的各層形成為5nm以上、30nm以下。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述勢(shì)壘膜中，上述各對(duì)的層疊數(shù)在6對(duì)以下。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述勢(shì)壘膜由完全相同的對(duì)形成。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述金屬元素為IVa族、Va族或VIa族。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述化合物為氮化物。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述布線(xiàn)由Cu形成，上述保護(hù)導(dǎo)電層由Al形成，上述勢(shì)壘膜由Ta和Ta2N對(duì)形成。
全文摘要
提供一種具有在半導(dǎo)體襯底上形成的銅布線(xiàn)層，與上述銅布線(xiàn)層導(dǎo)通并包含銅和比銅更易氧化的金屬的合金層形成至底面的焊盤(pán)電極層和備有到達(dá)上述焊盤(pán)電極層的開(kāi)口部的絕緣性保護(hù)膜的半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L23/522GK1776903SQ20051012856
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月1日
發(fā)明者豐田啟, 中尾光博, 蓮沼正彥, 金子尚史, 坂田敦子, 小向敏章 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝