半導体装置及びその製造方法

【課題】温度変化に起因したパッシベーションクラックを適切に防止することができる半導体装置の提供。
【解決手段】本発明による半導体装置１は、絶縁膜１１と、絶縁膜１１上に形成されるバリア層１６と、バリア層１６上に配されるアルミ配線１２と、アルミ配線１２の上部に設けられるキャップメタル１８又は防腐処理部２１と、アルミ配線１２の側部に設けられるサイドウォール１７と、を備えることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ配線を備える半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板上に第１の層間絶縁膜を介してアルミニウム配線層が形成されると共に、前記アルミニウム配線層上に第２の層間絶縁膜を介して水素遮断用膜が形成されてなる半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、アルミ配線を備える半導体装置におけるパッシベーション構造は、上記の特許文献１に記載されるように、アルミ配線上に、バリア層からの応力緩和層（SiO,PSG等）と、バリア層（SiN,SiON）とを形成して構成される。また、バリア層の上には、更にパッケージからの応力を緩和するための応力緩和層（ポリイミドやPBOの有機塗布膜）が形成される。
【０００５】
しかしながら、かかる一般的なパッシベーション構造では、チップ面積が大きく、アルミ配線の膜厚が比較的厚い（例えば２μｍ以上）場合、パッケージに組み立て後の温度変化が発生すると、パッシベーション膜（バリア層等）にクラックが発生しやすくなり、外部からの水分や可動イオンに対するバリア機能が損なわれるという問題が生ずる。より具体的には、図１に模式的に示すように、温度変化が生ずると、パッケージからの横方向の応力とアルミ配線自身の熱収縮による応力が発生し、アルミ配線上部の角に応力が集中してクラックが生じる。アルミ配線が厚いほど及びチップ面積が大きいほどパッシベーション膜への応力が増大するので、このようなクラックが発生しやすくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、温度変化に起因したパッシベーションクラックを適切に防止することができる半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されるバリア層と、
前記バリア層上に配されるアルミ配線と、
前記アルミ配線の上部に設けられるキャップメタル又は防腐処理部と、
前記アルミ配線の側部に設けられるサイドウォールと、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度変化に起因したパッシベーションクラックを適切に防止することができる半導体装置及びその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】クラック発生のメカニズムを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による半導体装置１の一実施例を示す断面図である。
【図３】一般的なパッシベーション構造を有する比較例による半導体装置の断面図である。
【図４】本発明のその他の実施例による半導体装置２を示す断面図である。
【図５】本発明のその他の実施例による半導体装置３を示す断面図である。
【図６】本発明のその他の実施例による半導体装置４を示す断面図である。
【図７】本発明による半導体装置の製造方法の要部の一例の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図２は、本発明による半導体装置１の一実施例を示す断面図である。半導体装置１は、好適には、パワーMOSFETを含む制御ICで使用される。この半導体装置１は、図示しないパッケージに収容される。尚、この半導体装置１を実装する制御ICの用途は、広範であり、特に用途は限定されない。
【００１２】
本実施例の半導体装置１の要部断面は、層間絶縁膜１１と、最上層アルミ配線１２と、有機塗布膜１５と、層間バリア層１６と、サイドウォール１７と、キャップメタル１８とを備える。
【００１３】
最上層アルミ配線１２は、層間バリア層１６上に配される。最上層アルミ配線１２は、好ましくは、パワーMOSFETを含む制御ICでのON抵抗を低減するため、２μm以上のアルミ膜厚で形成される。
【００１４】
層間バリア層１６は、層間絶縁膜１１上に形成される。層間バリア層１６は、最上層アルミ配線１２以外の領域に、外部からの水分や可動イオンが進入しないように保護するためのバリア機能を有する。図示の例では、層間バリア層１６は、層間絶縁膜１１上の全面に亘って形成される。層間バリア層１６は、外部からの水分や可動イオンの進入防止機能を実現できる適切な材料から形成され、好ましくは、SiN,SiON等のような材料から形成される。
【００１５】
サイドウォール１７は、層間バリア層１６上で、最上層アルミ配線１２の横方向（配線長手方向に垂直な方向）の両側部に形成される。サイドウォール１７は、層間バリア層１６との間で高い密着性を維持し、アルミスライドを防止する機能を有する。サイドウォール１７は、かかる機能を実現できる適切な材料から形成され、好ましくは、SiN,SiOのような比較的硬質なシリコン化合物材料から形成される。
【００１６】
キャップメタル１８は、最上層アルミ配線１２の上部（上面）に形成される。キャップメタル１８は、最上層アルミ配線１２への水分の進入及びそれに伴うアルミ腐食を防止する機能を有する。キャップメタル１８は、かかる機能を実現でき、且つ、最上層アルミ配線１２の応力を有機塗布膜１５に開放できるような材料から形成され、好ましくは、TiNのような材料から形成される。その他、キャップメタル１８は、最上層アルミ配線１２の上部に形成される酸化アルミで置換されてもよいし、その他の軟質な材料（シリコン化合物のような硬い材料でない）から形成されてもよい。
【００１７】
有機塗布膜１５は、半導体装置１の最上層を形成するように、層間絶縁膜１１、サイドウォール１７及びキャップメタル１８上に形成される。有機塗布膜１５は、ポリイミドやPBO等の有機塗布膜であり、弾性を有する。
【００１８】
ここで、本実施例の半導体装置１に対する比較例について、図３を参照して説明する。
【００１９】
図３は、一般的なパッシベーション構造を有する比較例による半導体装置の断面図である。
【００２０】
この比較例の半導体装置の要部断面は、層間絶縁膜１１と、最上層アルミ配線１２と、バリア層１４から応力を緩和するための応力緩和層１３と、バリア層１４と、有機塗布膜１５とを備える。
【００２１】
この比較例では、バリア層１４からの応力により最上層アルミ配線１２にクラックが生ずるのを防止するために、最上層アルミ配線１２とバリア層１４との間に、応力緩和層１３が設けられる。しかしながら、上述の如く、かかる比較例による構造では、チップ面積が大きく、アルミ配線の膜厚が比較的厚い（例えば２μm以上）場合、温度変化により生ずる応力に起因して、バリア層１４等にクラック（パッシベーションクラック）が生ずるという問題がある（図１参照）。
【００２２】
これに対して、本実施例の半導体装置１によれば、とりわけ、次のような作用効果が奏される。
【００２３】
最上層アルミ配線１２の上部に、比較例のバリア層１４に相当するバリア層が配置されないので、温度変化により最上層アルミ配線１２に生ずる応力は、最上層アルミ配線１２の上部の有機塗布膜１５へ直接的に開放される。これにより、チップ面積が大きく、アルミ配線の膜厚が比較的厚い（例えば２μm以上）場合であっても、パッシベーションクラックの発生を防止することができる。
【００２４】
また、最上層アルミ配線１２の上部に、比較例のバリア層１４に相当するバリア層が配置されないので、かかるバリア層からの応力が無くなり、比較例の応力緩和層１３に相当する応力緩和層を形成する必要性を無くすことができる。尚、本実施例では、最上層アルミ配線１２の下部に層間バリア層１６を配置しているが、最上層アルミ配線１２の上部は、弾性のある有機塗布膜１５であるため、層間バリア層１６からの応力が有機塗布膜１５へと開放され、応力緩和層は不要である。
【００２５】
また、最上層アルミ配線１２は、側壁部分がサイドウォール１７で覆われると共に、上部がキャップメタル１８で覆われるので、最上層アルミ配線１２への水分の進入が防止され、アルミ腐食が発生しない。
【００２６】
また、温度変化に起因したパッケージからの横方向の応力に対して、層間バリア層１６と密着性の高いサイドウォール１７を配線側壁に形成することで、アルミスライドを抑止することができる。
【００２７】
図４は、本発明のその他の実施例による半導体装置２を示す断面図である。本実施例の半導体装置２は、最上層アルミ配線１２の下部の層間バリア層１６を無くした点が、図２に示した実施例の半導体装置１と異なる。かかる構造によれば、図２に示した実施例の半導体装置１に対して製造プロセスの面で不利であるものの（例えば、層間バリア層１６の一部を除去する工程が必要となる）、層間バリア層１６と最上層アルミ配線１２との間で応力が発生しないので、構造上有利となる。
【００２８】
図５は、本発明のその他の実施例による半導体装置３を示す断面図である。本実施例の半導体装置３は、下層アルミ配線１９及びコンタクト２０を有する点が、図２に示した実施例の半導体装置１と異なる。尚、実際には、図５に示す半導体装置３は、図２に示した実施例の半導体装置１における実際の下層の構造（図２では省略していた部分）を含む構成を図示したものである。但し、図２に示した実施例の半導体装置１（図４に示した半導体装置２についても同様）は、単層のアルミ配線構造として実現することも可能である。この場合、層間絶縁膜１１の下層に基板（シリコン基板やガラス基板）が設けられる。そして、用語の形式的な読み替えとして、層間バリア層１６は、“層間”ではないバリア層１６となり、“最上層アルミ配線１２”は、アルミ配線１２となる。
【００２９】
図６は、本発明のその他の実施例による半導体装置４を示す断面図である。本実施例の半導体装置４は、下層アルミ配線１９及びコンタクト２０を有する点、及び、キャップメタル１８に代えて防腐処理部２１が最上層アルミ配線１２の上部に形成される点が、図２に示した実施例の半導体装置１と異なる。
【００３０】
防腐処理部２１は、例えば最上層アルミ配線１２の上部表面にフッ素注入などの防腐処理を行うことで形成されてもよい。
【００３１】
図７は、本発明による半導体装置の製造方法の要部の一例の流れを示す図である。ここでは、図５に示した半導体装置３の製造方法を代表して説明する。他の半導体装置１，２，４については、同様若しくは当業者にとって容易に応用・変更できるので、説明を省略する。
【００３２】
ステップ７００では、下層アルミ配線１９の段差を平坦化した層間絶縁膜１１を形成する。この層間絶縁膜１１は、プラズマCVDによりSiO膜として700nmの膜厚で形成する。
【００３３】
ステップ７０２では、層間絶縁膜１１上にプラズマCVDによりSiN膜を300nmの膜厚で形成する。これにより、層間バリア層１６が形成される。
【００３４】
ステップ７０４では、コンタクト２０をタングステンプラグで形成する。
【００３５】
ステップ７０６では、最上層アルミ配線１２を膜厚４μmで形成すると共に、キャップメタル１８をTiNにより膜厚50nmで形成する。
【００３６】
ステップ７０８では、プラズマCVDによるSiN膜で700nm成長させた後、異方性エッチングを行うことにより、サイドウォール１７を形成する。
【００３７】
ステップ７１０では、最上層アルミ配線１２上のパッケージ緩衝膜としての有機塗布膜１５をポリイミドにより１０μmの厚さで形成する。
【００３８】
以上説明した本発明による各種実施例によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【００３９】
上述の各種実施例によれば、パッケージ組立後の基板実装時の熱工程や市場での温度変化に起因したパッシベーションクラック及びアルミスライドを防止することができる。また、高湿度下でも最上層アルミ配線１２の耐腐食性があり、高い信頼性を確保することができる。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４１】
例えば、図５及び図６に示した実施例の構成は、図４に示した実施例の構成にも適用可能である。即ち、図４に示した半導体装置２においても、下層アルミ配線１９及びコンタクト２０を有してもよく、また、キャップメタル１８に代えて防腐処理部２１が最上層アルミ配線１２の上部に形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１−４半導体装置
１１層間絶縁膜
１２最上層アルミ配線
１３応力緩和層
１４バリア層
１５有機塗布膜
１６層間バリア層
１７サイドウォール
１８キャップメタル
１９下層アルミ配線
２０コンタクト
２１防腐処理部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されるバリア層と、
前記バリア層上又は前記絶縁膜上に設けられるアルミ配線と、
前記アルミ配線の上部に設けられるキャップメタル又は防腐処理部と、
前記アルミ配線の側部に設けられるサイドウォールと、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記アルミ配線は、前記アルミ配線と前記絶縁膜の間に前記バリア層が介在しないように、前記絶縁膜における前記バリア層が存在しない領域に設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
絶縁膜上にバリア層を形成するステップと、
前記バリア層上又は前記絶縁膜上にアルミ配線を形成するステップと、
前記アルミ配線の上部にキャップメタル又は防腐処理部を形成するステップと、
前記アルミ配線の側部にサイドウォールを形成するステップとを備える、半導体装置の製造方法。

【図１】