[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在层间绝缘膜上具有由主成分为铜的材料构成的配线的半导体装置及其制造方法。

背景技术

半导体装置的配线材料以往一直使用铝，但为了降低配线电阻，提出了使用导电性更高的配线材料即铜。例如，非专利文献1提出了最上层配线使用铜配线的结构。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2001-319946号公报

【非专利文献】

非专利文献1：T.Efland他、「Lead Frame On Chip offers Integrated Power Bus and Bond over Active Circuit」Proceedings of 2001International Symposium on Power Semiconductor Devices&ICs，Osaka、p 65-68

发明内容

【发明要解决的课题】

在用铜配线构成功率设备的最上层配线的情况下，为了使电阻充分变低，优选采用5～20μm的厚膜铜配线。由于铜在空气中容易氧化，因而需要用由绝缘材料制成的钝化膜覆盖铜配线。在这种钝化膜上为了外部连接而形成有使铜配线的一部分露出的焊盘开口。从铜配线表面的焊盘开口露出的露出部称为焊盘。由于若焊盘的表面被氧化则不能进行线接合，因而在焊盘的表面形成由铝或其他金属构成的保护层膜。

覆盖铜配线的钝化膜优选采用涂覆聚酰亚胺或其他树脂材料所形成的有机膜。这是因为要将厚膜的铜配线和其周围的大台阶填平。但是，形成有机膜所需的成本高是难点。为此，考虑使用无机膜。作为无机膜的典型例子的氧化硅膜不能用作与铜配线连接的膜。因为铜容易扩散到氧化硅中。作为无机膜的其他例子的氮化硅膜由于能够防止铜的扩散，因而可以用作与铜配线连接的膜。

本发明的发明人如图6所示进行了以覆盖厚膜铜配线的方式形成氮化硅膜2的实验。通过显微镜观察所制作的结构可知，存在在厚膜铜配线1和最上层的层间绝缘膜3相接的下角部4附近氮化硅膜2易于产生裂纹的问题。这被认为是在下角部4附近应力集中于氮化硅膜2而引起的。氮化硅膜2的膜厚越小，应力集中的问题就越缓和，但为了防止水分进入，需要确保1μm左右以上的膜厚。

因此，难以实现如下的钝化膜：使用无机材料既降低成本又避免因应力集中而产生裂纹的问题、且能够覆盖铜配线(尤其是厚膜铜配线)。

本发明的目的在于提供一种克服了上述课题的半导体装置及其制造方法。

【用于解决课题的手段】

本发明的半导体装置包括层间绝缘膜、突出形成于所述层间绝缘膜上且由主成分为铜的材料构成的配线、和被形成为覆盖所述配线的钝化膜。所述钝化膜由从所述配线侧依次层叠第一氮化膜、中间膜及第二氮化膜所形成的层叠膜构成。所述中间膜由不同于所述第一氮化膜和第二氮化膜的绝缘材料构成。

根据该结构，钝化膜由第一和第二氮化膜夹着中间膜所形成的层叠膜构成。由于第一氮化膜配置于主成分为铜的配线(以下称为“铜配线”)侧，因而通过第一氮化膜能够防止铜的扩散。中间膜缓和第一氮化膜的应力而且有利于钝化膜的厚膜化。而且，第二氮化膜层叠于中间膜上，因而能够有效防止水分或其他异物进入。因此，通过中间膜能够缓和第一氮化膜的应力并抑制其裂纹，而且能够通过具有充足膜厚的钝化膜保护铜配线。由于钝化膜由无机材料构成，因而能够以低成本形成。

即便将第一钝化膜形成得薄，由层叠膜构成的钝化膜作为整体也能够具有充足的膜厚。因此，通过将第一氮化膜形成得薄，能够进一步使第一氮化膜的应力变小，因而能够更进一步抑制第一氮化膜产生裂纹。

所述铜配线的厚度可以为10μm以上(例如10μm～20μm)。通过用所述那样的钝化膜覆盖这种厚膜铜配线，能够抑制在厚膜铜配线和层间绝缘膜的接触部附近钝化膜产生裂纹，从而充分保护厚膜铜配线。此外，所述铜配线的宽度可以为10μm以上(例如10μm～20μm)。例如，这种宽度大(最好还是厚膜)的铜配线可以是功率设备的电源配线。另外，所述铜配线也可以是最上层配线。

作为形成铜配线的“主成分为铜的材料”，例如可以使用除纯度为99.9％以上的铜以外还添加了铝、钛、银等的铜合金。

所述中间膜优选为由应力比所述第一钝化膜的材料小的材料构成的缓冲膜。通过该结构，能够有效缓和第一钝化膜产生的应力。