JPH11102911A

JPH11102911A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11102911A
Application number: JP10003063A
Authority: JP
Inventors: Hideji Hirao; 秀司平尾
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 1999-04-13
Anticipated expiration: 2018-01-09
Also published as: JP3647631B2

Abstract

(57)【要約】【課題】外部接続用電極の表面に金属酸化膜が形成さ
れないようにして、外部接続用電極における接触抵抗の
低減及び接合強度の向上を図る。【解決手段】半導体基板１００上の層間絶縁膜１０１
に配線用凹部１０２及び外部電極用凹部１０３を形成し
た後、タンタル膜１０４を堆積し、その後、銅膜１０５
を、配線用凹部１０２が充填される一方、外部電極用凹
部１０３の上部に空間が存在するように堆積する。銅膜
１０５の上に、該銅膜１０５の酸化を抑制するアルミニ
ウム膜１０６を堆積した後、層間絶縁膜１０１が露出す
るまで化学機械研磨を行なって、銅膜１０５及びタンタ
ル膜１０４よりなる金属配線１０７、並びにアルミニウ
ム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル膜１０４よりなる
外部接続用電極１０８を形成する。次に、シリコン窒化
膜１０９及びシリコン酸化膜１１０よりなる保護膜を堆
積した後、該保護膜に外部接続用開口部１１１を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
半導体基板上の最上層の配線層に形成された金属配線及
び外部接続用電極と備えた半導体装置及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板上の最
上層の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極
と備えた半導体装置においては、金属配線及び外部接続
用電極を構成する材料としては、電気的抵抗が小さいこ
と及び形成工程が容易であること等を総合的に考慮して
アルミニウム又はアルミニウム合金が主に使用されてき
た。

【０００３】ところが、近年、半導体集積回路の高集積
化、高速化及び高信頼性の要請がますます強くなってき
たので、アルミニウム系金属よりも小さい体積抵抗率及
びアルミニウム系金属よりも高いエレクトロマイグレー
ション（ＥＭ）耐性を有する銅又は銅合金が次世代の配
線材料として注目されている。

【０００４】ところで、銅膜に対してドライエッチング
を行なうことは困難であるため、例えば特開平７−８６
２８２号公報に示されるように、層間絶縁膜の上に、該
層間絶縁膜に形成された配線用凹部及び外部電極用凹部
を含む全面に亘って銅膜を堆積した後、該銅膜に対して
例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical MechanicalPol
ishing ）を行なうことにより、銅の埋め込み配線を形
成する方法が提案されている。

【０００５】以下、従来の銅の埋め込み配線を形成する
方法について、図１３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説
明する。

【０００６】まず、図１３（ａ）に示すように、半導体
素子（図示は省略している。）が形成されている半導体
基板１０の上に堆積された層間絶縁膜１１に、公知のリ
ソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて配線用凹部
１２及び外部電極用凹部１３を形成する。

【０００７】次に、図１３（ｂ）に示すように、層間絶
縁膜１１の上に銅膜のバリア層となる窒化チタン膜１４
を堆積した後、窒化チタン膜１４の上に金属配線及び外
部接続用電極となる銅膜１５を全面に亘って順次堆積
し、その後、半導体基板１０に対して熱処理を施して、
銅膜１５を配線用凹部１２及び外部電極用凹部１３に充
填する。

【０００８】次に、図１３（ｃ）に示すように、銅膜１
５及び窒化チタン膜１４に対して層間絶縁膜１１が露出
するまで化学機械研磨を行なって、銅膜１５及び窒化チ
タン膜１４よりなる金属配線１６及び外部接続用電極１
７を形成する。

【０００９】次に、図１３（ｄ）に示すように、層間絶
縁膜１１、金属配線１６及び外部接続用電極１７の上に
全面に亘ってシリコン窒化膜１８及びシリコン酸化膜１
９を順次堆積して、シリコン窒化膜１８及びシリコン酸
化膜１９よりなる保護膜を形成した後、該保護膜におけ
る外部接続用電極形成領域を選択的に除去して、外部接
続用開口部２０を形成する。

【００１０】次に、図示は省略しているが、半導体基板
１０を２００℃程度に加熱した状態で外部接続用電極１
７にボンディングワイヤをボンデングすると、半導体基
板１０上に形成されている半導体素子と外部とを電気的
に接続することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体装置においては、以下に説明するような問題
がある。すなわち、半導体基板１０を２００℃程度に加
熱した状態で外部接続用電極１７にワイヤボンディング
を行なうと、外部接続用電極１７における外部接続用開
口部２０に露出している領域に銅の酸化膜が形成されて
しまう。そして、外部接続用電極１７の表面に銅の酸化
膜が形成されると、接触抵抗が高くなったり接合強度が
弱くなったりする。つまり、配線材料をアルミニウムか
ら銅に代えて低抵抗化とエレクトロマイグレーションの
緩和による信頼性の向上とを図っているにも拘わらず、
外部接続用電極における接触抵抗の増大及び接合強度の
低下という新たな問題が発生してしまう。

【００１２】前記に鑑み、本発明は、外部接続用電極の
表面に金属酸化膜が形成されないようにして、外部接続
用電極における接触抵抗の低減及び接合強度の向上を図
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の最上層
の配線層に形成された金属配線及び外部接続用電極とを
備えた半導体装置を前提とし、金属配線は第１の金属よ
りなり、外部接続用電極は、第１の金属よりなる第１の
金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され、第１の金属
よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属
膜とから構成されている。

【００１４】本発明の半導体装置によると、外部接続用
電極は、第１の金属よりなる第１の金属膜と、該第１の
金属膜の上に形成され第１の金属よりも耐酸化性に優れ
た第２の金属よりなる第２の金属膜とから構成されてい
るため、ボンディングワイヤ又はバンプは耐酸化性に優
れた第２の金属膜に対して接合される。

【００１５】本発明の半導体装置において、金属配線及
び外部接続用電極は、最上層の配線層の下側に形成され
た層間絶縁膜にそれぞれ埋め込まれるように形成されて
いることが好ましい。

【００１６】本発明の半導体装置において、第２の金属
膜は、第１の金属膜における周縁部を除く領域の上に形
成されていることが好ましい。

【００１７】本発明の半導体装置において、金属配線及
び外部接続用電極は、最上層の配線層の下側に形成され
た層間絶縁膜との間に形成され、第１の金属の層間絶縁
膜への拡散を防止するバリア層を有していることが好ま
しい。

【００１８】本発明の半導体装置において、第１の金属
は、銅又は銅の合金であり、第２の金属は、アルミニウ
ム又はアルミニウムの合金であることが好ましい。

【００１９】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部
及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、配線用
凹部及び外部電極用凹部を含む層間絶縁膜の上に、第１
の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部が充填され
る一方、外部電極用凹部の上部に空間が残るように堆積
する第１の金属膜堆積工程と、第１の金属膜の上に、第
１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第
２の金属膜を堆積する第２の金属膜堆積工程と、第２の
金属膜及び第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように
除去することにより、配線用凹部に第１の金属膜よりな
る金属配線を形成すると共に、外部電極用凹部に第１の
金属膜と第２の金属膜とからなる外部接続用電極を形成
する配線形成工程とを備えている。

【００２０】第１の半導体装置の製造方法によると、配
線用凹部及び外部電極用凹部が形成されている層間絶縁
膜の上に第１の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹
部が充填される一方、外部電極用凹部の上部に空間が残
るように堆積した後、第１の金属膜の上に該第１の金属
よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属
膜を堆積し、その後、第２の金属膜及び第１の金属膜を
層間絶縁膜が露出するように除去するため、第１の金属
膜よりなる埋め込み配線を形成することができると共
に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有する埋め
込み型の外部接続用電極を形成することができる。

【００２１】第１の半導体装置の製造方法において、第
１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をスパッタリング
法により堆積した後、該第１の金属膜を熱処理により流
動させて配線用凹部に充填する工程を含むことが好まし
い。

【００２２】第１の半導体装置の製造方法において、第
１の金属膜堆積工程は、第１の金属膜をＣＶＤ法又はメ
ッキ法により堆積する工程を含むことが好ましい。

【００２３】第１の半導体装置の製造方法において、凹
部形成工程は、配線用凹部の下側にコンタクトホールを
形成する工程を含み、第１の金属膜堆積工程は、第１の
金属膜をコンタクトホールが充填されるように堆積する
工程を含むことが好ましい。

【００２４】第１の半導体装置の製造方法において、第
１の金属膜堆積工程は、層間絶縁膜と第１の金属膜との
間に、第１の金属の層間絶縁膜への拡散を防止するバリ
ア層を形成する工程を含むことが好ましい。

【００２５】第１の半導体装置の製造方法において、第
２の金属膜堆積工程は、第１の金属膜の上に絶縁膜を介
して第２の金属膜を堆積する工程を含み、外部接続用電
極にボンディングワイヤ又はバンプを絶縁膜が破断する
ように接合する工程をさらに備えていることが好まし
い。

【００２６】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線用凹部
及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程と、配線用
凹部及び外部電極用凹部を含む層間絶縁膜の上に、第１
の金属よりなる第１の金属膜を、配線用凹部及び外部電
極用凹部が充填されるように堆積する第１の金属膜堆積
工程と、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除
去することにより、配線用凹部に第１の金属膜よりなる
金属配線を形成する金属配線形成工程と、外部電極用凹
部に残存する第１の金属膜の上に、第１の金属よりも耐
酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を選択
的に堆積することにより、第１の金属膜と第２の金属膜
とからなる外部接続用電極を形成する外部接続用電極形
成工程とを備えている。

【００２７】第２の半導体装置の製造方法によると、配
線用凹部が形成されている層間絶縁膜の上に第１の金属
よりなる第１の金属膜を配線用凹部が充填されるように
堆積した後、第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するよう
に除去するため、第１の金属膜よりなる埋め込み配線を
形成することができる。また、外部電極用凹部が形成さ
れている層間絶縁膜の上に第１の金属よりなる第１の金
属膜を外部電極用凹部が充填されるように堆積した後、
第１の金属膜を層間絶縁膜が露出するように除去し、そ
の後、外部電極用凹部に残存する第１の金属膜の上に第
１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第
２の金属膜を選択的に堆積するため、上部に耐酸化性に
優れた第２の金属膜を有する外部接続用電極を形成する
ことができる。

【００２８】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、第１の金属は、銅又は銅の合金であり、第２の金
属は、アルミニウム又はアルミニウムの合金であること
が好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、第１の実施形態に係る半導体
装置及びその製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及
び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。尚、以
下の各実施形態においては、半導体基板に形成されてい
るトランジスタ素子等と金属配線とを接続するためのコ
ンタクトホール、及び下層の金属配線と上層の金属配線
とを接続するビアホールを便宜上コンタクトホールと総
称する。

【００３０】まず、図１（ａ）に示すように、トランジ
スタ素子、容量素子及び金属配線等のＬＳＩ構成要素
（図示は省略している。）が形成された半導体基板１０
０の上にシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜１０１を堆
積した後、該層間絶縁膜１０１に対してリソグラフィ及
びドライエッチングを行なって、配線用凹部１０２及び
外部電極用凹部１０３を形成する。この場合、配線用凹
部１０２及び外部電極用凹部１０３の深さｄ₁として
は、デバイス設計等により種々の値を採りうるが、通常
は０．５〜２μｍ程度である。尚、図１（ａ）において
は図示は省略しているが、複数の配線用凹部１０２のう
ちのいずれかの底部には、下層配線、又は下層配線又は
ＬＳＩ構成要素と連通するコンタクトホールに埋め込ま
れたプラグが露出している。

【００３１】次に、図１（ｂ）に示すように、配線用凹
部１０２及び外部電極用凹部１０３を含む層間絶縁膜１
０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜１０１への拡
散を阻止するバリア層となるタンタル膜１０４を堆積し
た後、該タンタル膜１０４の上に最上層の金属配線及び
外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜１０５
をスパッタ法により堆積する。

【００３２】次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基
板１００に対して熱処理を施して、銅膜１０５を構成す
る銅の結晶性を向上させつつ該銅膜１０５を配線用凹部
１０２及び外部電極用凹部１０３に流入させる。この場
合、銅膜１０５が配線用凹部１０２には充填される一
方、外部電極用凹部１０３には上部に空間が形成される
ようにしておく。

【００３３】ところで、配線用凹部１０２の幅寸法がタ
ンタル膜１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ₁の約２倍
よりも小さい場合には、配線用凹部１０２にタンタル膜
１０４及び銅膜１０５が充填される。また、タンタル膜
１０４及び銅膜１０５の合計膜厚ｔ₁が、外部電極用凹
部１０３の深さｄ₁よりも小さく且つ外部電極用凹部１
０３の幅の１／２よりも小さい場合には、外部電極用凹
部１０３はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充
填されない。例えば、配線用凹部１０２の深さｄ₁が
０．８μｍで且つ幅Ｗ₁が１．０μｍであり、外部電極
用凹部１０３の深さｄ₁が０．８μｍで且つ幅Ｗ₂が１
００μｍであって、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の
合計膜厚ｔ₁が０．６μｍであると仮定すると、配線用
凹部１０２の幅Ｗ₁:０．８μｍは合計膜厚ｔ₁:０．６μ
ｍの２倍（１．２μｍ）よりも小さいので、配線用凹部
１０２はタンタル膜１０４及び銅膜１０５によって充填
されるが、外部電極用凹部１０３の幅Ｗ₂:１００μｍは
合計膜厚ｔ₁:０．６μｍの２倍よりも大きいので、外部
電極用凹部１０３はタンタル膜１０４及び銅膜１０５に
よって充填されない。

【００３４】尚、金属配線の抵抗値をできるだけ小さく
するためには、タンタル膜１０４の膜厚を薄くする必要
があり、タンタル膜１０４の膜厚は５０ｎｍ以下である
ことが好ましい。

【００３５】もっとも、銅膜１０５を構成する銅又は銅
合金の組成によって流動特性が異なるので、合計膜厚ｔ
₁が配線用凹部１０２の幅Ｗ₁の１／２以下で且つ配線
用凹部１０２の深さｄ₁よりも小さい場合であっても、
配線用凹部１０２がタンタル膜１０４及び銅膜１０５に
より充填されるように、銅又は銅合金の組成に応じて合
計膜厚ｔ₁を設定することが好ましい。

【００３６】次に、図２（ａ）に示すように、銅膜１０
５の上に、銅膜１０５の酸化を抑制する第２の金属膜と
してのアルミニウム膜１０６を堆積する。この場合、タ
ンタル膜１０４、銅膜１０５及びアルミニウム膜１０６
の合計膜厚ｔ₂が外部電極用凹部１０３の深さｄ₁より
も大きくなるように、アルミニウム膜１０６の膜厚を設
定する。このようにすると、外部電極用凹部１０３はタ
ンタル膜１０４、銅膜１０５及びアルミニウム膜１０６
によって充填される。

【００３７】次に、図２（ｂ）に示すように、アルミニ
ウム膜１０６、銅膜１０５及びタンタル膜１０４に対し
て層間絶縁膜１０１が露出するまで化学機械研磨を行な
って、銅膜１０５及びタンタル膜１０４よりなる最上層
の金属配線１０７及びアルミニウム膜１０６、銅膜１０
５及びタンタル膜１０４よりなる外部接続用電極１０８
をそれぞれ形成する。

【００３８】次に、図２（ｃ）に示すように、層間絶縁
膜１０１、金属配線１０７及び外部接続用電極１０８の
上に全面に亘ってシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸
化膜１１０を順次堆積して、シリコン窒化膜１０９及び
シリコン酸化膜１１０よりなる保護膜を形成した後、該
保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除去
して、外部接続用開口部１１１を形成する。この場合、
外部接続用電極１０８の大きさは通常５０μｍ〜１００
μｍであるから、外部接続用開口部１１１の大きさを外
部電極用凹部１０３の大きさよりも５μｍ程度小さくし
ておけば、外部接続用電極１０８におけるアルミニウム
膜１０６により覆われていない領域はシリコン窒化膜１
０９及びシリコン酸化膜１１０により覆われることにな
る。

【００３９】また、タンタル膜１０４及び銅膜１０５の
合計膜厚ｔ₁は通常０．５〜２．０μｍ程度であるか
ら、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム膜１０６が
外部接続用開口部１１１に露出する一方、銅膜１０５が
外部接続用開口部１１１に露出しないように加工するこ
とは容易である。

【００４０】第１の実施形態に係る半導体装置による
と、最上層の金属配線１０７は銅膜１０５及びタンタル
層１０４によって構成されているので、低抵抗化及びエ
レクトロマイグレーションの緩和が図られており、ま
た、外部接続用電極１０８はアルミニウム膜１０６、銅
膜１０５及びタンタル層１０４によって構成されてお
り、表面部には銅膜１０５よりも耐酸化性の強いアルミ
ニウム膜１０６が存在しているので、大気雰囲気中にお
いて且つ２００℃程度の温度下でワイヤボンディング工
程又はフリップチップ実装におけるバンプ接合工程を確
実に行なうことが可能になる。

【００４１】従って、第１の実施形態に係る半導体装置
によると、金属配線の低抵抗化及びエレクトロマイグレ
ーションの抑制を図りつつ、接触抵抗の増大及び接合強
度の向上を図ることができる。

【００４２】また、第１の実施形態に係る半導体装置の
製造方法によると、従来の半導体装置の製造方法に比べ
てフォトリソグラフィー工程数を増大させることなく、
外部接続用電極の表面部を耐酸化性の大きい金属膜によ
り構成できるので、製造コストの増大を招くことなく、
接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができ
る。

【００４３】また、ワイヤボンディング工程又はバンプ
接合を大気中で行なうことができるので、特殊な雰囲気
下で行なう場合に生じる製造コストの増大を抑制でき
る。

【００４４】尚、第１の実施形態においては、外部接続
用電極１０８におけるアルミニウム膜１０６により覆わ
れていない領域はシリコン窒化膜１０９及びシリコン酸
化膜１１０により覆われているが、これに代えて、外部
接続用電極１０８における少なくともボンディングワイ
ヤー又はバンプが接合される領域がアルミニウム膜１０
６により覆われておればよい。つまり、図２（ｃ）にお
いて、銅膜１０５の周縁部が外部接続用開口部１１１に
露出していてもよい。

【００４５】また、第１の実施形態においては、銅膜１
０５をスパッタ法による堆積した後、熱処理を行なって
充填したが、これに代えて、銅膜を含むソースを用いる
化学気相成長（ＣＶＤ）法又はメッキ法等により銅膜１
０５を堆積してもよい。

【００４６】（第２の実施形態）以下、第２の実施形態
に係る半導体装置及びその製造方法について、図３、図
４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら説明する。図３は第２の実施形態に係る半導体装置に
おける保護膜を除いた状態の平面構造を示し、図４
（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、図３におけ
るＸ−Ｘ線の断面構造を示している。

【００４７】まず、図４（ａ）に示すように、半導体基
板２００の上に第１の層間絶縁膜２０１を堆積した後、
該第１の層間絶縁膜２０１に第１の金属配線２０２を形
成し、その後、第１の金属配線２０２及び第１の層間絶
縁膜２０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜２０３
を堆積する。次に、第２の層間絶縁膜２０３の上に第１
のレジストパターン２０４を形成した後、該第１のレジ
ストパターン２０４をマスクとして第２の層間絶縁膜２
０３に対してエッチングを行なって、第２の層間絶縁膜
２０３に配線用凹部２０５及び外部電極用凹部２０６を
形成する。この場合、配線用凹部２０５及び外部電極用
凹部２０６の深さｄ₁としては、デバイス設計等により
種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程度であ
る。

【００４８】次に、図４（ｂ）に示すように、第２の層
間絶縁膜２０３の上に第２のレジストパターン２０７を
形成した後、該第２のレジストパターン２０７をマスク
として第２の層間絶縁膜２０３及び第１の層間絶縁膜２
０１に対してエッチングを行なって、図４（ｃ）に示す
ように、第２の層間絶縁膜２０３に第１の金属配線２０
２と接続するコンタクトホール（深さ：ｄ₂）２０８を
形成すると共に、外部電極用凹部２０６を第２の層間絶
縁膜２０３に至るまで掘り下げる。

【００４９】次に、図５（ａ）に示すように、配線用凹
部２０５及び外部電極用凹部２０６を含む第２の層間絶
縁膜２０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜
２０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜
２０９を堆積した後、該窒化チタン膜２０９の上に最上
層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜と
しての銅膜２１０をＣＶＤ法により堆積し、その後、半
導体基板２００に対して熱処理を行なって銅膜２１０の
結晶性を向上させる。

【００５０】ところで、窒化チタン膜２０９及び銅膜２
１０の合計膜厚ｔ₁を、配線用凹部２０５の深さｄ₁よ
りも大きく、配線用凹部２０５及びコンタクトホール２
０８の合計深さ（ｄ₁＋ｄ₂）よりも小さく且つコンタ
クトホール２０８の直径の１／２よりも大きくすると、
合計膜厚ｔ₁は外部電極用凹部２０６の幅よりも十分に
小さいので、配線用凹部２０５及びコンタクトホール２
０８は窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によって充填
される一方、外部電極用凹部２０６は窒化チタン膜２０
９及び銅膜２１０によって充填されない。

【００５１】次に、銅膜２１０の上に、銅膜２１０の酸
化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜２１
１を堆積する。この場合、窒化チタン膜２０９、銅膜２
１０及びアルミニウム膜２１１の合計膜厚ｔ₂が、掘り
下げられた外部電極用凹部１０３の深さよりも大きくな
るようにアルミニウム膜２１１の膜厚を設定する。この
ようにすると、外部電極用凹部１０３は窒化チタン膜２
０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によって充
填される。例えば、配線用凹部２０５の深さｄ₁＝０．
８μｍ、コンタクトホール２０８の深さｄ₂＝１．０μ
ｍである場合、窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０の合
計膜厚ｔ₁を１．０μｍ、アルミニウム膜２１１の膜厚
を１．０μｍとすると、配線用凹部２０５は幅寸法の如
何に拘わらず窒化チタン膜２０９及び銅膜２１０によっ
て充填されると共に、外部電極用凹部２０６は窒化チタ
ン膜２０９、銅膜２１０及びアルミニウム膜２１１によ
って充填される。

【００５２】尚、金属配線の抵抗値をできるだけ小さく
するためには、窒化チタン膜２０９の膜厚を薄くする必
要があり、窒化チタン膜２０９の膜厚は５０ｎｍ以下で
あることが好ましい。

【００５３】また、第２の実施形態においては、アルミ
ニウム膜２１１の膜厚を１．０μｍに設定して、外部電
極用凹部２０６を窒化チタン膜２０９、銅膜２１０及び
アルミニウム膜２１１によって充填したが、後に行なう
化学機械研磨によりアルミニウム膜２１１が薄膜化し
て、ボンディングワイヤ又はバンプがアルミニウム膜２
１１から剥離する恐れがなければ、外部電極用凹部２０
６は完全に充填されていなくてもよい。

【００５４】次に、図３及び図５（ｂ）に示すように、
アルミニウム膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２
０９に対して第２の層間絶縁膜２０３が露出するまで化
学機械研磨を行なって、銅膜２１０及び窒化チタン膜２
０９よりなる最上層の金属配線２１２及びアルミニウム
膜２１１、銅膜２１０及び窒化チタン膜２０９よりなる
外部接続用電極２１３をそれぞれ形成する。

【００５５】次に、図５（ｃ）に示すように、第２の層
間絶縁膜２０３、金属配線２１２及び外部接続用電極２
１３の上に全面に亘ってシリコン窒化膜２１４及びシリ
コン酸化膜２１５を順次堆積して、シリコン窒化膜２１
４及びシリコン酸化膜２１５よりなる保護膜を形成した
後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的
に除去して、外部接続用開口部２１６を形成する。

【００５６】第２の実施形態に係る半導体装置による
と、最上層の金属配線２１２は銅膜２１０及び窒化チタ
ン膜２０９によって構成されているので、低抵抗化及び
エレクトロマイグレーションの緩和が図られており、ま
た、外部接続用電極２１３はアルミニウム膜２１１、銅
膜２１０及び窒化チタン膜２０９によって構成されてお
り、表面部には銅膜２１０よりも耐酸化性の強いアルミ
ニウム膜２１１が存在しているので、大気雰囲気中にお
いて且つ２００℃程度の温度下でワイヤボンディング工
程又はフリップチップ実装におけるバンプ接合工程を確
実に行なうことが可能になる。

【００５７】従って、第２の実施形態に係る半導体装置
によると、金属配線の低抵抗化及びエレクトロマイグレ
ーションの抑制を図りつつ、接触抵抗の増大及び接合強
度の向上を図ることができる。

【００５８】また、第２の実施形態に係る半導体装置の
製造方法によると、従来の半導体装置の製造方法に比べ
てフォトリソグラフィー工程数を増大させることなく、
外部接続用電極の表面部を耐酸化性の大きい金属膜によ
り構成できるので、製造コストの増大を招くことなく、
接触抵抗の増大及び接合強度の向上を図ることができ
る。

【００５９】また、ワイヤボンディング工程又はバンプ
接合を大気中で行なうことができるので、特殊な雰囲気
下で行なう場合に生じる製造コストの増大を抑制でき
る。

【００６０】尚、第２の実施形態においては、銅膜２１
０をＣＶＤ法により形成したが、これに代えて、スパッ
タ法により銅膜２１０を堆積した後、熱処理を行なって
充填してもよいし、メッキ法により銅膜２１０形成して
もよい。

【００６１】（第３の実施形態）以下、第３の実施形態
に係る半導体装置及びその製造方法について、図６
（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら
説明する。

【００６２】まず、図６（ａ）に示すように、半導体基
板３００の上に第１の層間絶縁膜３０１を堆積した後、
該第１の層間絶縁膜３０１に第１の金属配線３０２を形
成し、その後、第１の金属配線３０２及び第１の層間絶
縁膜３０１の上に全面に亘って第２の層間絶縁膜３０３
を堆積する。次に、第２の層間絶縁膜３０３の上に第１
のレジストパターン３０４を形成した後、該第１のレジ
ストパターン３０４をマスクとして第２の層間絶縁膜３
０３に対してエッチングを行なって、第２の層間絶縁膜
３０３に第１の金属配線３０２と接続するコンタクトホ
ール３０５及び外部電極用凹部３０６をそれぞれ形成す
る。

【００６３】次に、図６（ｂ）に示すように、第２の層
間絶縁膜３０３の上に第２のレジストパターン３０７を
形成した後、該第２のレジストパターン３０７をマスク
として第２の層間絶縁膜３０３及び第１の層間絶縁膜３
０１に対してエッチングを行なって、図６（ｃ）に示す
ように、第２の層間絶縁膜３０３に配線用凹部３０８を
形成すると共に、外部電極用凹部３０６を第２の層間絶
縁膜３０３に至るまで掘り下げる。

【００６４】次に、図７（ａ）に示すように、配線用凹
部３０８及び外部電極用凹部３０６を含む第２の層間絶
縁膜３０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜
３０３への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜
３０９を堆積した後、該窒化チタン膜３０９の上に最上
層の金属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜と
しての銅膜３１０をＣＶＤ法により堆積し、その後、半
導体基板３００に対して熱処理を行なって銅膜３１０の
結晶性を向上させた後、銅膜３１０の上に、銅膜３１０
の酸化を抑制する第２の金属膜としてのアルミニウム膜
３１１を堆積する。

【００６５】次に、図７（ｂ）に示すように、アルミニ
ウム膜３１１、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９に対
して第２の層間絶縁膜３０３が露出するまで化学機械研
磨を行なって、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９より
なる最上層の金属配線３１２及びアルミニウム膜３１
１、銅膜３１０及び窒化チタン膜３０９よりなる外部接
続用電極３１３をそれぞれ形成する。

【００６６】次に、図７（ｃ）に示すように、第２の層
間絶縁膜３０３、金属配線３１２及び外部接続用電極３
１３の上に全面に亘ってシリコン窒化膜３１４及びシリ
コン酸化膜３１５を順次堆積して、シリコン窒化膜３１
４及びシリコン酸化膜３１５よりなる保護膜を形成した
後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的
に除去して、外部接続用開口部３１６を形成する。

【００６７】第３の実施形態に係る半導体装置及びその
製造方法は、第２の実施形態に比べて、配線用凹部の形
成工程とコンタクトホールの形成工程との順序が異なっ
ているのみであって、第２の実施形態と同様の効果が得
られる。

【００６８】（第４の実施形態）以下、第４の実施形態
に係る半導体装置及びその製造方法について、図８
（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。

【００６９】まず、第２の実施形態と同様、図８（ａ）
に示すように、半導体基板４００の上に第１の層間絶縁
膜４０１を堆積した後、該第１の層間絶縁膜４０１に第
１の金属配線４０２を形成する。次に、第１の金属配線
４０２及び第１の層間絶縁膜４０１の上に全面に亘って
第２の層間絶縁膜４０３を堆積した後、第２の層間絶縁
膜４０３にコンタクトホール、配線用凹部及び外部電極
用凹部をそれぞれ形成する。次に、第２の層間絶縁膜４
０３の上に全面に亘って、銅の第２の層間絶縁膜４０３
への拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜４０４
を堆積した後、該窒化チタン膜４０４の上に最上層の金
属配線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての
銅膜４０５をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基
板４００に対して熱処理を行なって銅膜４０５の結晶性
を向上させる。

【００７０】次に、銅膜４０５の上に窒化シリコン膜等
よりなる絶縁膜４０６を堆積した後、該絶縁膜４０６の
上に、銅膜４０５の酸化を抑制する第２の金属膜として
のアルミニウム膜４０７を堆積する。

【００７１】ところで、第２の実施形態のように、第１
の金属膜例えば銅膜の上に該第１の金属膜の酸化を抑制
する第２の金属膜例えばアルミニウム膜を堆積すると、
化学機械研磨工程又は洗浄工程において第１の金属膜と
第２の金属膜とが同時に研磨剤又は洗浄液に浸されるた
め、研磨剤、洗浄液、第１の金属膜及び第２の金属膜の
種類によっては、電池効果により第１の金属膜又は第２
の金属膜が腐食する恐れがある。

【００７２】そこで、第４の実施形態においては、第１
の金属膜である銅膜４０５と第２の金属膜であるアルミ
ニウム膜４０７との間に絶縁膜４０６を介在させてい
る。このようにすると、銅膜４０５とアルミニウム膜４
０７との間に電流が流れず電池効果が生じないので、第
１の金属膜又は第２の金属膜に腐食が発生する事態を防
止できる。

【００７３】次に、図８（ｂ）に示すように、アルミニ
ウム膜４０７、絶縁膜４０６、銅膜４０５及び窒化チタ
ン膜４０４に対して第２の層間絶縁膜４０３が露出する
まで化学機械研磨を行なって、アルミニウム膜４０７、
絶縁膜４０６、銅膜４０５及び窒化チタン膜４０４より
なる最上層の金属配線４０８及び銅膜４０５及び窒化チ
タン膜４０４よりなる外部接続用電極４０９をそれぞれ
形成する。尚、金属配線４０８を構成する絶縁膜４０６
の絶縁性に伴う弊害を除去する方法については後述す
る。

【００７４】次に、図８（ｃ）に示すように、第２の層
間絶縁膜４０３、金属配線４０８及び外部接続用電極４
０９の上に全面に亘ってシリコン窒化膜４１０及びシリ
コン酸化膜４１１を順次堆積して、シリコン窒化膜４１
０及びシリコン酸化膜４１１よりなる保護膜を形成した
後、該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的
に除去して、外部接続用開口部４１２を形成する。

【００７５】次に、図８（ｄ）に示すように、外部接続
用電極４０９にボンディングワイヤ４１３を接合する。
この接合工程において、絶縁膜４０６に熱、振動又は衝
撃が加えられるため、絶縁膜４０６が破断するので、ア
ルミニウム膜４０７と銅膜４０５とは導通状態になる。
このような観点から、絶縁膜４０６の膜厚としては５ｎ
ｍ〜３０ｎｍが好ましい。この程度の膜厚にすると、銅
膜４０５とアルミニウム膜４０７とが同時に研磨剤又は
洗浄液に浸っても電池効果が生じないと共に、外部接続
用電極４０９にボンディングワイヤ４１３を接合する工
程において、絶縁膜４０６を確実に破断させることがで
きる。

【００７６】（第５の実施形態）以下、第５の実施形態
に係る半導体装置及びその製造方法について、図９
（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）〜（ｄ）を参照しなが
ら説明する。

【００７７】まず、図９（ａ）に示すように、半導体基
板５００の上に層間絶縁膜５０１を堆積した後、該層間
絶縁膜５０１に対してリソグラフィ及びドライエッチン
グを行なって、配線用凹部５０２及び外部電極用凹部５
０３を形成する。この場合、配線用凹部５０２及び外部
電極用凹部５０３の深さｄ₁としては、デバイス設計等
により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ程
度である。

【００７８】次に、図９（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜５０１の上にレジストパターン５０３を形成した後、
該レジストパターン５０３をマスクとして層間絶縁膜５
０１に対してエッチングを行なって、図９（ｃ）に示す
ように、配線用凹部５０２の下側にコンタクトホール５
０４を形成する。

【００７９】次に、図１０（ａ）に示すように、配線用
凹部５０２及び外部電極用凹部５０３を含む層間絶縁膜
５０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜５０１への
拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜５０５を堆
積した後、該窒化チタン膜５０５の上に最上層の金属配
線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜
５０６をＣＶＤ法により堆積し、その後、半導体基板５
００に対して熱処理を行なって、銅膜５０６の結晶性を
向上させると共に配線用凹部５０２及びコンタクトホー
ル５０４に銅膜５０６を充填する。この場合、窒化チタ
ン膜５０５及び銅膜５０６の合計膜厚ｔ₁を、外部電極
用凹部５０３の深さｄ₁よりも小さく、配線用凹部５０
２の幅の１／２よりも大きく且つ外部電極用凹部５０３
の幅の１／２よりも小さくすることによって、配線用凹
部５０２及びコンタクトホール５０４が窒化チタン膜５
０５及び銅膜５０６により充填される一方、外部電極用
凹部５０３は窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６によっ
て充填されない。

【００８０】次に、図１０（ｂ）に示すように、銅膜５
０６の上に、銅膜５０６の酸化を抑制する第２の金属膜
としてのアルミニウム膜５０７を堆積する。

【００８１】次に、図１０（ｃ）に示すように、アルミ
ニウム膜５０７、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５に
対して層間絶縁膜５０１が露出するまで化学機械研磨を
行なって、銅膜５０６及び窒化チタン膜５０５よりなる
最上層の金属配線５０８及びコンタクト５１０、並びに
アルミニウム膜５０７、銅膜５０６及び窒化チタン膜５
０５よりなる外部接続用電極５０９を形成する。

【００８２】次に、図１０（ｄ）に示すように、層間絶
縁膜５０１、金属配線５０８及び外部接続用電極５０９
の上に全面に亘ってシリコン窒化膜５１１及びシリコン
酸化膜５１２を順次堆積して、シリコン窒化膜５１１及
びシリコン酸化膜５１２よりなる保護膜を形成した後、
該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除
去して、外部接続用開口部５１３を形成する。

【００８３】第５の実施形態に係る半導体装置及びその
製造方法は、第２の実施形態に比べて、コンタクトホー
ルの構造が異なっているのみであって、第２の実施形態
と同様の効果が得られる。

【００８４】尚、第５の実施形態においては、銅膜５０
６をＣＶＤ法により堆積したが、これに代えて、メッキ
法により堆積してもよい。銅膜５０６をメッキ法により
堆積する場合には、窒化チタン膜５０５及び銅膜５０６
の下層部をスパッタ法により形成しておいてもよい。銅
膜５０６をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する場合に
は、結晶性に優れた銅膜５０６が得られる。また、銅膜
５０６をＣＶＤ法により堆積する場合には、窒化チタン
膜５０５はスパッタ法により堆積してもよい。

【００８５】（第６の実施形態）以下、第６の実施形態
に係る半導体装置及びその製造方法について、図１１
（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）、（ｂ）を参照しなが
ら説明する。

【００８６】まず、図１１（ａ）に示すように、半導体
基板６００の上に層間絶縁膜６０１を堆積した後、該層
間絶縁膜６０１に対してリソグラフィ及びドライエッチ
ングを行なって、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部
６０３を形成する。この場合、配線用凹部６０２及び外
部電極用凹部６０３の深さｄ₁としては、デバイス設計
等により種々の値を採りうるが、通常は０．５〜２μｍ
程度である。

【００８７】次に、図１１（ｂ）に示すように、配線用
凹部６０２及び外部電極用凹部６０３を含む層間絶縁膜
６０１の上に全面に亘って、銅の層間絶縁膜６０１への
拡散を阻止するバリア層となる窒化チタン膜６０４を堆
積した後、該窒化チタン膜６０４の上に最上層の金属配
線及び外部接続用電極となる第１の金属膜としての銅膜
６０５をスパッタ法により堆積し、その後、半導体基板
６００に対して熱処理を行なって、銅膜６０５の結晶性
を向上させると共に配線用凹部６０２及び外部電極用凹
部６０３に銅膜６０５を充填する。この場合、窒化チタ
ン膜６０４及び銅膜６０５の合計膜厚ｔ₁を配線用凹部
６０２及び外部電極用凹部６０３の深さｄ₁よりも大き
くすると、配線用凹部６０２及び外部電極用凹部６０３
に窒化チタン膜６０４及び銅膜６０５を確実に充填する
ことができる。

【００８８】次に、図１１（ｃ）に示すように、銅膜６
０５及び窒化チタン膜６０４に対して層間絶縁膜６０１
が露出するまで化学機械研磨を行なった後、図１２
（ａ）に示すように、層間絶縁膜６０１及び銅膜６０５
の上に全面に亘ってシリコン窒化膜６０６及びシリコン
酸化膜６０７を順次堆積して、シリコン窒化膜６０６及
びシリコン酸化膜６０７よりなる保護膜を形成した後、
該保護膜における外部接続用電極形成領域を選択的に除
去して、外部接続用開口部６０８を形成する。

【００８９】次に、図１２（ｂ）に示すように、銅膜６
０５の上における外部接続用開口部６０８に露出してい
る領域に、銅膜６０５の酸化を抑制する第２の金属膜と
してのアルミニウム膜６０９を例えばＣＶＤ法により選
択的に堆積すると、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４
よりなる最上層の金属配線６１０及びアルミニウム膜６
０９、銅膜６０５及び窒化チタン膜６０４よりなる外部
接続用電極６１１が得られる。

【００９０】第６の実施形態に係る半導体装置は、第１
の実施形態と同様の構造を有しているので、第１の実施
形態と同様の効果が得られる。

【００９１】また、第６の実施形態に係る半導体装置の
製造方法によると、銅膜６０５の上における外部接続用
開口部６０８に露出している領域にアルミニウム膜６０
９を選択的に堆積するため、外部接続用開口部６０８を
形成するためのマスクをアルミニウム膜６０９に合わせ
る必要がないので製造工程が容易になる。

【００９２】尚、第６の実施形態においては、銅膜６０
５をスパッタ法により堆積したが、これに代えて、ＣＶ
Ｄ法又はメッキ法により堆積してもよい。

【００９３】また、第１〜第６の実施形態においては、
銅膜の下側に窒化チタン膜又はタンタル膜よりなるバリ
ア層を形成したが、これに代えて、チタン膜、ジルコニ
ウム膜、ハフニウム膜、タングステン膜又はこれらの窒
化膜又は炭化膜等を適宜用いることができると共に、銅
膜の下側に堆積される層間絶縁膜の材質として銅が拡散
しないものを用いる場合には、バリア層がなくてもよ
い。

【００９４】また、第１〜第６の実施形態においては、
銅膜の酸化を防止する金属膜としてアルミニウム膜を用
いたが、これに代えて、耐酸化性に優れた金属膜、例え
ば銀膜又はパラジウム膜等を用いてもよい。

【００９５】また、銅膜等の第１の金属膜とアルミニウ
ム膜等の第２の金属膜とが反応することにより接合特性
又はコンタクト特性に不良が生じる恐れがある場合に
は、第１の金属膜と第２の金属膜との間に、両者の反応
を阻止するＴｉＮ膜又はＴｉＷ等のバリア膜を介在させ
ることが好ましい。

【００９６】また、第１の金属膜としては、銅膜又は銅
の合金膜に代えて、低抵抗性の金属膜を適宜用いること
ができる。

【００９７】また、第１〜第６の実施形態においては、
配線用凹部と外部電極用凹部とは同じ工程で同じ深さに
形成したが、異なる深さでもよいと共に異なる工程にお
いて形成してもよい。

【００９８】さらに、第１〜第６の実施形態において
は、外部接続用電極における外部接続用開口部に露出す
る全領域はアルミニウム膜によって覆われていたが、必
ずしも全領域が覆われていなくてもよい。

【００９９】

【発明の効果】本発明の半導体装置によると、ボンディ
ングワイヤ又はバンプは、外部接続用電極を構成する耐
酸化性に優れた第２の金属膜に対して接合されるため、
半導体基板が２００℃程度に加熱された状態で外部接続
用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合しても、
外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いので、外
部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に接合強
度が向上する。また、第１の金属として、第２の金属に
比べて、耐酸化性に劣るが、抵抗率が小さく且つ耐エレ
クトロマイグレーションが高い金属を用いることができ
るので、半導体装置の低抵抗化を図ることができると共
に信頼性を向上させることができる。

【０１００】本発明の半導体装置において、金属配線及
び外部接続用電極が、最上層の配線層の下側に形成され
た層間絶縁膜に埋め込まれるように形成されていると、
金属配線及び外部接続用電極の上に形成される保護膜の
形成工程及び外部接続用電極にボンディングワイヤ又は
バンプを接合する工程が容易になる。

【０１０１】本発明の半導体装置において、第２の金属
膜が第１の金属膜における周縁部を除く領域に形成され
ていると、ボンディングワイヤ又はバンプが接合される
領域の酸化を防止しつつ低抵抗化を図ることが可能にな
る。

【０１０２】本発明の半導体装置において、金属配線及
び外部接続用電極が層間絶縁膜との間に形成されたバリ
ア層を有していると、金属配線及び外部接続用電極を構
成する第１の金属が層間絶縁膜に拡散する事態を防止す
ることができる。

【０１０３】本発明の半導体装置において、第１の金属
が銅又は銅の合金であり、第２の金属がアルミニウム又
はアルミニウムの合金であると、外部接続用電極の表面
の酸化を防止して接触抵抗の低減及び接合強度の向上を
図りつつ、金属配線の低抵抗化及び耐エレクトロマイグ
レーション特性を向上させることができる。

【０１０４】第１の半導体装置の製造方法によると、第
１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができ
ると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有す
る埋め込み型の外部接続用電極を形成することができる
ため、外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプ
を接合しても、外部接続用電極の表面に金属膜が形成さ
れ難いので、外部接続用電極における接触抵抗が低減す
ると共に接合強度が向上する半導体装置を確実に製造す
ることができる。

【０１０５】第１の半導体装置の製造方法において、第
１の金属膜堆積工程が、第１の金属膜をスパッタリング
法により堆積した後、熱処理により流動させて配線用凹
部に充填する工程を含むと、汎用性を有する装置を用い
て確実に埋め込み配線を形成することができる。

【０１０６】第１の半導体装置の製造方法において、第
１の金属膜堆積工程が、第１の金属膜をＣＶＤ法又はメ
ッキ法により堆積する工程を含むと、結晶性に優れた第
１の金属膜を堆積することができる。

【０１０７】第１の半導体装置の製造方法において、凹
部形成工程が、配線用凹部の下側にコンタクトホールを
形成する工程を含み、第１の金属膜堆積工程は、第１の
金属膜をコンタクトホールが充填されるように堆積する
工程を含むと、金属配線と該金属配線の下側の半導体素
子又は配線層とを接続する接続部を金属配線と同じ工程
で形成できるので、製造工程の低減を図ることができ
る。

【０１０８】第１の半導体装置の製造方法において、第
１の金属膜堆積工程が層間絶縁膜と第１の金属膜との間
にバリア層を形成する工程を含むと、金属配線及び外部
接続用電極を構成する第１の金属が層間絶縁膜に拡散し
難い半導体装置を製造することができる。

【０１０９】第１の半導体装置の製造方法において、第
２の金属膜堆積工程が、第１の金属膜の上に絶縁膜を介
して第２の金属膜を堆積する工程を含むと、第１の金属
膜及び第２の金属膜を除去する工程において、第１の金
属膜と第２の金属膜とが同時に研磨剤又は洗浄剤に浸け
られても、第１の金属膜と第２の金属膜との間に電池効
果が生じないため、第１の金属膜又は第２の金属膜が腐
食する事態を回避できる。また、外部接続用電極にボン
ディングワイヤ又はバンプを絶縁膜が破断するように接
合する工程を備えていると、第１の金属膜と第２の金属
膜との導通を確保することができる。

【０１１０】第２の半導体装置の製造方法によると、第
１の金属膜よりなる埋め込み配線を形成することができ
ると共に、上部に耐酸化性に優れた第２の金属膜を有す
る外部接続用電極を形成することができるため、外部接
続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを接合して
も、外部接続用電極の表面に金属膜が形成され難いの
で、外部接続用電極における接触抵抗が低減すると共に
接合強度が向上する半導体装置を確実に製造することが
できる。

【０１１１】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、第１の金属が銅又は銅の合金であり、第２の金属
がアルミニウム又はアルミニウムの合金であると、金属
配線の低抵抗化及び耐エレクトロマイグレーション特性
が向上していると共に、外部接続用電極の接触抵抗が低
減し且つ接合強度が向上している半導体装置を確実に製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図３】第２の実施形態に係る半導体装置の保護膜を除
いた状態を示す平面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す図３におけるＸ−Ｘ線の
断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す図３におけるＸ−Ｘ線の
断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は第４の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は第５の実施形態に係る半導体
装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は第５の実施形態に係る半導
体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る半導
体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）は第６の実施形態に係る半導
体装置の製造工程の各工程を示す断面図である。

【図１３】（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方
法の各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１００半導体基板１０１層間絶縁膜１０２配線用凹部１０３外部電極用凹部１０４タンタル膜１０５銅膜１０６アルミニウム膜１０７金属配線１０８外部接続用電極１０９シリコン窒化膜１１０シリコン酸化膜１１１外部接続用開口部２００半導体基板２０１第１の層間絶縁膜２０２第１の金属配線２０３第２の層間絶縁膜２０４第１のレジストパターン２０５配線用凹部２０６外部電極用凹部２０７第２のレジストパターン２０８コンタクトホール２０９窒化チタン膜２１０銅膜２１１アルミニウム膜２１２金属配線２１３外部接続用電極２１４シリコン窒化膜２１５シリコン酸化膜２１６外部接続用開口部３００半導体基板３０１第１の層間絶縁膜３０２第１の金属配線３０３第２の層間絶縁膜３０４第１のレジストパターン３０５コンタクトホール３０６外部電極用凹部３０７第２のレジストパターン３０８配線用凹部３０９窒化チタン膜３１０銅膜３１１アルミニウム膜３１２金属配線３１３外部接続用電極３１４シリコン窒化膜３１５シリコン酸化膜３１６外部接続用開口部４００半導体基板４０１第１の層間絶縁膜４０２第１の金属配線４０３第２の層間絶縁膜４０４窒化チタン膜４０５銅膜４０６絶縁膜４０７アルミニウム膜４０８金属配線４０９外部接続用電極４１０シリコン窒化膜４１１シリコン酸化膜４１２外部接続用開口部５００半導体基板５０１層間絶縁膜５０２配線用凹部５０３外部電極用凹部５０４コンタクトホール５０５窒化チタン膜５０６銅膜５０７アルミニウム膜５０８金属配線５０９外部接続用電極５１０コンタクト５１１シリコン窒化膜５１２シリコン酸化膜５１３外部接続用開口部６００半導体基板６０１層間絶縁膜６０２配線用凹部６０３外部電極用凹部６０４窒化チタン膜６０５銅膜６０６シリコン窒化膜６０７シリコン酸化膜６０８外部接続用開口部６０９アルミニウム膜６１０金属配線６１１外部接続用電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上の最上層の配線層に形成さ
れた金属配線及び外部接続用電極とを備えた半導体装置
において、前記金属配線は第１の金属よりなり、前記外部接続用電極は、前記第１の金属よりなる第１の
金属膜と、該第１の金属膜の上に形成され、前記第１の
金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属よりなる第２の
金属膜と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２】前記金属配線及び外部接続用電極は、前
記最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜にそれ
ぞれ埋め込まれるように形成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記第２の金属膜は、前記第１の金属膜
における周縁部を除く領域の上に形成されていることを
特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】前記金属配線及び外部接続用電極は、前
記最上層の配線層の下側に形成された層間絶縁膜との間
に形成され、前記第１の金属の前記層間絶縁膜への拡散
を防止するバリア層を有していることを特徴とする請求
項１に記載の半導体装置。
【請求項５】前記第１の金属は、銅又は銅の合金であ
り、前記第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合
金であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項６】半導体基板上に形成された層間絶縁膜に
配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工程
と、前記配線用凹部及び外部電極用凹部を含む前記層間絶縁
膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、前記配
線用凹部が充填される一方、前記外部電極用凹部の上部
に空間が残るように堆積する第１の金属膜堆積工程と、前記第１の金属膜の上に、前記第１の金属よりも耐酸化
性に優れた第２の金属よりなる第２の金属膜を堆積する
第２の金属膜堆積工程と、前記第２の金属膜及び第１の金属膜を前記層間絶縁膜が
露出するように除去することにより、前記配線用凹部に
前記第１の金属膜よりなる金属配線を形成すると共に、
前記外部電極用凹部に前記第１の金属膜と前記第２の金
属膜とからなる外部接続用電極を形成する配線形成工程
とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項７】前記第１の金属膜堆積工程は、前記第１
の金属膜をスパッタリング法により堆積した後、該第１
の金属膜を熱処理により流動させて前記配線用凹部に充
填する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項８】前記第１の金属膜堆積工程は、前記第１
の金属膜をＣＶＤ法又はメッキ法により堆積する工程を
含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項９】前記凹部形成工程は、前記配線用凹部の
下側にコンタクトホールを形成する工程を含み、前記第１の金属膜堆積工程は、前記第１の金属膜を前記
コンタクトホールが充填されるように堆積する工程を含
むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１０】前記第１の金属膜堆積工程は、前記層
間絶縁膜と前記第１の金属膜との間に、前記第１の金属
の前記層間絶縁膜への拡散を防止するバリア層を形成す
る工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１１】前記第２の金属膜堆積工程は、前記第
１の金属膜の上に絶縁膜を介して前記第２の金属膜を堆
積する工程を含み、前記外部接続用電極にボンディングワイヤ又はバンプを
前記絶縁膜が破断するように接合する工程をさらに備え
ていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１２】半導体基板上に形成された層間絶縁膜
に配線用凹部及び外部電極用凹部を形成する凹部形成工
程と、前記配線用凹部及び外部電極用凹部を含む前記層間絶縁
膜の上に、第１の金属よりなる第１の金属膜を、前記配
線用凹部及び外部電極用凹部が充填されるように堆積す
る第１の金属膜堆積工程と、前記第１の金属膜を前記層間絶縁膜が露出するように除
去することにより、前記配線用凹部に前記第１の金属膜
よりなる金属配線を形成する金属配線形成工程と、前記外部電極用凹部に残存する前記第１の金属膜の上
に、前記第１の金属よりも耐酸化性に優れた第２の金属
よりなる第２の金属膜を選択的に堆積することにより、
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とからなる外部接
続用電極を形成する外部接続用電極形成工程とを備えて
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記第１の金属は、銅又は銅の合金で
あり、前記第２の金属は、アルミニウム又はアルミニウムの合
金であることを特徴とする請求項６又は１２に記載の半
導体装置の製造方法。