半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

一种半导体装置具备焊区电极（１０１）。焊区电极的主电极层的平面形状是从由大致圆形、大致椭圆形、至少１个内角比９０°大的大致多角形和对至少一个角部进行倒角或作成园角的大致多角形的组合构成的组中选出的平面形状。主电极层经连接孔（２５１）与位于下方的下侧电极层（２５０）连接，在下侧电极层（２５０）的下侧设置下侧突出部（２４０）。更为理想的是，在其角部上设置应力缓冲用绝缘壁或应力缓冲用突出部。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是涉及具有作为连接半导体衬底上的 半导体元件与外部端子用的电极被使用的焊区(pad)电极的结构的半导体装置及其制造 方法。
技术介绍
在半导体装置中，要求减少布线延迟(减少布线电阻)或增加布线容许电流，以实 现器件的高速化、高性能化，正逐渐使用以电阻更低、可靠性更高的铜为主要成分的布线， 来代替现有的以铝为主要成分的布线。通常使用最上层的金属布线，与布线同时地形成焊区电极，利用直接将引线键合 到该部分上的引线键合法或在形成了凸点电极那样的连接电极后经该连接电极连接的倒 装芯片法等的方法，与外部端子进行了连接。再有，由于作为布线的材料使用的铜缺乏干法 刻蚀中的微细加工性，故在布线的形成中主要使用了采用化学机械研磨(CMP)法的埋入布 线(镶嵌)法。因此，通常也利用埋入布线法形成键合焊区电极。在图122A、B中示出使用了这样的铜布线的现有的半导体装置的剖面结构。如图122B中所示，在半导体衬底1上形成元件隔离绝缘膜2、栅绝缘膜3、栅电极 4、杂质扩散层5，构成了 M0S (金属氧化物半导体)晶体管6。进而，在其上侧形成了基底绝 缘膜7，从包含第1布线槽9的第1金属(W)的布线层10朝下以贯通基底绝缘膜7的形状 构成了接触孔8。再者，在基底绝缘膜7的上侧形成了第1层间绝缘膜11，从包含第2布线 槽13的第2金属(Cu)的布线层14朝下以贯通第1层间绝缘膜11的形状构成了第1通孔 12。再者，在第1层间绝缘膜11的上侧形成了第2层间绝缘膜15，从包含第3布线槽17的 第3金属(Cu)的布线层18朝下以贯通第2层间绝缘膜15的形状构成了第2通孔16。第 3金属(Cu)布线层18的一部分成为焊区电极19。保护绝缘膜20、缓冲覆盖膜21覆盖在 第2层间绝缘膜15的上侧，但在与焊区电极19对应的部位上，作为焊区电极开口部22成 为焊区电极19露出的形状。此外，参照图123 132说明图122A、B中示出的现有的半导体装置的制造方法。在该例中，作为布线层是重叠了钨(W)布线与2层的铜(Cu)的3层金属布线结构， 用最上层的铜布线形成了焊区电极。再有，此时作为例子示出了利用被称为双镶嵌(Dual Damascene)法形成各自的金属布线层的情况，在该方法中，在预先形成了连接孔和布线槽 且在其中埋入了金属膜后，利用化学机械研磨(CMP)法进行研磨、除去不需要的部分的金 属膜。如图123中所示，在半导体衬底1上形成由元件隔离绝缘膜2、栅绝缘膜3、栅电极54、杂质扩散层5构成的M0S晶体管等的半导体元件6。其次，在半导体元件6的整个面上， 利用热CVD (化学汽相淀积)法或等离子CVD法等的方法淀积由绝缘膜7a、作为布线槽加工 时的刻蚀中止层的氮化硅膜(SiN) 7b、形成布线槽用的氧化硅膜(SiO)等的绝缘膜7c构成 的3层结构的基底绝缘膜7，其中，上述绝缘膜7a由氧化硅膜(SiO)、包含磷(P)或硼(B) 等的杂质元素的氧化硅膜构成。如图124中所示，使用照相制版、刻蚀技术，在基底绝缘膜7的所需要的部分上形 成接触孔8和第1布线槽9。此时，由于氮化硅膜(SiN) 7b的对于氧化硅膜7c的刻蚀选择 比高，故起到加工第1布线槽9时的中止膜的作用。如图125中所示，在整个面上淀积阻挡金属膜10a和钨(W)膜10b，以便填埋接触 孔8和第1布线槽9。作为阻挡金属膜10a，可使用例如5 50nm的钛(Ti)与10 lOOnm 的氮化钛(TiN)的层叠膜，以便得到与半导体元件6的杂质扩散区5的良好的欧姆接触，利 用PVD (物理汽相淀积)法或CVD法来淀积。另一方面，采用利用六氟化钨(WF6)与氢(H2) 的还原反应的热CVD法来淀积钨(W)膜10b。如图126中所示，采用例如使用了以过氧化氢水(H202)为基础的氧化铝的研磨剂 的化学机械研磨(CMP)法除去接触孔8和第1布线槽9以外的钨膜10b、阻挡金属(TiN/ Ti) 10a，形成第1埋入金属(W)布线层10。钨布线层10的膜厚通常为100 300nm。如图127中所示，在第1金属(W)布线层10上，利用等离子CVD法等的方法淀积 由氧化硅膜(SiO)等的绝缘膜11a、氮化硅膜(SiN) lib、氧化硅膜(SiO)等的绝缘膜11c构 成的3层结构的第1层间绝缘膜11。再者，使用照相制版、刻蚀技术，在第1层间绝缘膜11 的所需要的部分上形成第1通孔12和第2布线槽13。如图128中所示，在整个面上淀积下敷膜14a和铜(Cu)膜14b、14c，以便填埋第1 通孔12和第2布线槽13。下敷膜14a具有防止铜(Cu)扩散到周围的氧化硅膜等的绝缘 膜中的作用，通常使用PVD法或CVD法以约10 lOOnm的厚度来淀积钽(Ta)膜、氮化钽 (TaN)膜、钽与氮化钽的层叠膜(TaN/Ta)膜、氮化钛(TiN)膜、钛(Ti)与氮化钛的层叠膜 (TiN/Ti)等。再者，在用PVD法或CVD法在整个面上淀积了铜籽(seed)膜14b作为电解电 镀的下敷膜后，例如利用使用了以硫酸铜为主要成分的电镀液的电解电镀法，以约500 lOOOnrn的厚度在整个面上淀积铜电镀膜14c。如图129中所示，采用例如使用了以过氧化氢水(H202)为基础的氧化铝的研磨剂 的化学机械研磨(CMP)法除去第1通孔12和第2布线槽13以外的铜(Cu)膜14c、14b、下 敷膜14a，形成第2埋入金属(Cu)布线层14。铜布线层的膜厚由用途来决定，但通常约为 300 500nm。如图130中所示，利用等离子CVD法等的方法淀积由氮化硅膜15a、氧化硅膜等绝 缘膜15b、氮化硅膜15c、氧化硅膜等绝缘膜15d构成的4层结构的第2层间绝缘膜15。使 用照相制版、刻蚀技术，在第2层间绝缘膜15的所需要的部分上形成第2通孔16和第3布 线槽17。利用与上述相同的方法，在整个面上以约1. 5 y m 3. 0 y m淀积下敷膜18a和铜 (Cu)膜18b、铜电镀膜18c，以便填埋第2通孔16和第3布线槽17后，用化学机械研磨法除 去第2通孔16和第3布线槽17以外的铜膜18c、18b、下敷膜18a，形成第3埋入金属(Cu) 布线层18。再有，也同时形成在最上层的金属布线层中与外部端子连接用的焊区电极19。 作为最上层的金属布线层，考虑引线键合性，通常可使用约0. 8 y m 1. 5 y m的比较厚的膜6的金属(Cu)布线。如图131中所示，在第3金属(Cu)布线层18上淀积了作为铜(Cu)的防止扩散层 的致密的氮化硅膜(SiN)20a后，以约l.Oym淀积氮化硅膜(SiN)、氧化硅膜(SiO)、硅氧 化氮化膜(SiON)或这些膜的层叠结构膜等的保护绝缘膜20b。再有，因为作为保护绝缘膜 20b使用的氮化硅膜(SiN)必须降低膜应力以便减少半导体衬底的翘曲或为了防止对金属 布线施加过度的负载，必须，故其膜密度比作为铜的防止扩散层使用的氮化硅膜(SiN) 20a 的膜密度小。再者，根据需要在其上作为第2保护绝缘膜形成厚度为5 y m 10 y m的聚酰 亚胺等的缓冲覆盖膜21，为了利用引线键合法等的方法与外部端子(未图示)连接，在焊区 电极19的所希望的部分上设置开口部22。如图132中所示，将半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，具有：半导体基板；在上述半导体基板上，具有晶体管和第１层间绝缘膜的第１层；在上述第１层上，具有布线和第２层间绝缘膜的第２层；在上述第２层上，具有第３层间绝缘膜、在上述第３层间绝缘膜内的第１沟、在上述第１沟的侧面和底面上形成的下敷膜、和在上述第１沟内的上述下敷膜上形成的含有铜的第１金属部的第３层；和在上述第３层上，具有保护膜、和在上述第１金属部上的上述保护膜内形成的开口部的第４层；上述下敷膜比上述第１金属部硬；上述第１金属部的平面形状是从由大致圆形、大致椭圆形、至少１个内角比９０°大的大致多角形和对至少一个角部进行倒角或作成圆角的大致多角形的组合构成的组中选出的平面形状；通过上述开口部将导线或凸点电极连接到上述第１金属部。

【技术特征摘要】
JP 2000-6-7 2000-170332一种半导体装置，其特征在于，具有半导体基板；在上述半导体基板上，具有晶体管和第1层间绝缘膜的第1层；在上述第1层上，具有布线和第2层间绝缘膜的第2层；在上述第2层上，具有第3层间绝缘膜、在上述第3层间绝缘膜内的第1沟、在上述第1沟的侧面和底面上形成的下敷膜、和在上述第1沟内的上述下敷膜上形成的含有铜的第1金属部的第3层；和在上述第3层上，具有保护膜、和在上述第1金属部上的上述保护膜内形成的开口部的第4层；上述下敷膜比上述第1金属部硬；上述第1金属部的平面形状是从由大致圆形、大致椭圆形、至少1个内角比90°大的大致多角形和对至少一个角部进行倒角或作成圆角的大致多角形的组合构成的组中选出的平面形状；通过上述开口部将导线或凸点电极连接到上述第1金属部。2.如权利要求1中所述的半导体装置，其特征在于上述导线或上述凸点电极通过含有铝的第2金属部连接到上述第1金属部； 上述第2金属部设于上述第1金属部之上并且在上述保护膜的上述开口部之下； 上述第2金属部的平面形状是从由大致圆形、大致椭圆形、至少1个内角比90°大的大 致多角形和对至少一个角部进行倒角或作成圆角的大致多角形的组合构成的组中选出的 平面形状。3.一种半导体装置，其特征在于，具有 半导体基板；在上述半导体基板上，具有晶体管和第1层间绝缘膜的第1层； 在上述第1层上，具有布线和第2层间绝缘膜的第2层；在上述第2层上，具有第3层间绝缘膜、在上述第3层间绝缘膜内的第1沟、在上述第 1沟的侧面和底面上形成的第1金属膜、和在上述第1沟内的上述第1金属膜上形成的含有 铜的第1金属部的第3层；和在上述第3层上，具有保护膜、和在上述第1金属部上的上述保护膜内形成的开口部的 第4层；上述第1金属膜含有钽或钛；上述第1金属部的平面形状是从由大致圆形、大致椭圆形、至少1个内角比90°大的大 致多角形和对至少一个角部进行倒角或作成圆角的大致多角形的组合构成的组中选出的 平面形状；通过上述开口部将导线或凸点电极连接到上述第1金属部。4.如权利要求3中所述的半导体装置，其特征在于 上述第1金属膜含有氮；上述导线或上述凸点电极通过含有铝的第2金属部连接到上述第1金属部； 上述第2金属部设于上述第1金属部之上并且在上述保护膜的上述开口部之下； 上述第2金属部的平面形状是从由大致圆形、大致椭圆形、至少1个内角比90°大的大致多角形和对至少一个角部进行倒角或作成圆角的大致多角形的组合构成的组中选出的 平面形状。5.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括 准备半导体基板的工序；在上述半导体基板上，通过形成上述晶体管和第1层间绝缘膜来形成第1层的工序； 在上述第1层上，通过形成布线和第2层间绝缘膜来形成第2层的工序； 在上述第2层上，形成第3层间绝缘膜的工序； 在上述第3层间绝缘膜内，形成第1沟的工序；在上述第1沟的侧面和底面以及上述第3层间绝缘膜上，形成下敷膜的工序； 在上述第1沟内的上述下敷...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田繁，松冈长，竹若博基，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]