JP2003324103A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱特性を高め、性能の劣化および長期信頼
性の低下等を防ぎ、高性能化が可能な半導体装置を提供
する。 【解決手段】半導体装置は、半導体基板１０１、半導体
基板上方に配設された第１絶縁膜１１３を含む。第１配
線層１１７は、第１絶縁膜上に配設される。第２絶縁膜
１１８は、第１配線層および第１絶縁膜上方に配設され
る。第１保護膜１１９は、第２絶縁膜上方に配設され、
且つ金属材料から実質的に構成される。第２保護膜１２
２ｂは、金属材料の不動態から実質的に構成され、且つ
第１保護膜の表面上に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、例えば、多層配線構造を有する半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化、及び高集積
化に対応するべく、多層配線構造が採用されている。

【０００３】ＬＳＩ（＝大規模集積回路）の配線層に印
加できる電流密度または電流の上限を決める要因には、
配線層内のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）および
配線層からのジュール発熱による温度上昇がある。ＬＳ
Ｉ内の全配線層の発熱量は各配線層のジュール発熱量の
総和によって算出される。配線層の部分で発熱すると、
装置外部との間で温度差が生じ、その温度差×熱伝導率
×配線層の面積に比例してＬＳＩの装置外部への放熱が
起きる。発熱量と放熱量(温度差に比例)が釣り合うとこ
ろで熱平衡状態になり、その時の温度差分がＬＳＩの温
度上昇分となる。

【０００４】絶縁性材料の熱伝導率は一般に低く、ＬＳ
Ｉに用いられる各種の絶縁性材料の全体としての熱伝導
率は、約０．１０Ｗ／ｍＫ〜５．００Ｗ／ｍＫ程度であ
る。一方、金属材料のそれは３０Ｗ／ｍＫ〜４００Ｗ／
ｍＫ程度であり、絶縁性材料に比べて非常に大きい。こ
のように、材料間の熱伝導率の差が大きいため、ＬＳＩ
装置内部から熱が外部に放出されにくい。装置外部へ放
熱させる部分には熱伝導率の高い材料を用い、配線層か
らの発熱を効率良く、装置外部に放出することが必要と
なる。

【０００５】各配線層からの発熱を外部に効率良く放熱
させるには、使用する材料を選択して、パッシベーショ
ン膜のある表面の方向（＝上方）、または半導体基板の
方向（＝下方）へ熱分を伝達させることが考えられる。
半導体基板の方向へ放熱を促すには、配線層と基板とを
接続する金属プラグに、熱伝導率の高い材料を用い、そ
の断面積の割合を可能な限り増やすことが考えられる。
しかしながら、基板上にはトランジスタおよびキャパシ
タ等の素子が多数形成されており、その数はＬＳＩの高
密度化に伴い増加する。したがって、この手法はＬＳＩ
の高密度化の妨げとなる。

【０００６】一方で、従来のＬＳＩの多層配線構造で
は、装置内部への水分および汚染物等の侵入を防ぐため
のパッシベーション膜として、一般に、酸化シリコン
膜、窒化シリコン膜、それらの積層膜が用いられる。酸
化シリコン膜および窒化シリコン膜の熱伝導率は非常に
低く、且つ、従来、パッシベーション膜はパッド電極層
上の一部分を除いてＬＳＩ装置の表面全体を覆う。した
がって、従来のＬＳＩ製品は外部への放熱特性が低く、
パッシベーション膜の放熱特性を改善することがＬＳＩ
の配線温度の上昇を抑制するには非常に有効である。

【０００７】この出願の発明に関連する先行技術文献情
報としては次のものがある。

【０００８】

【特許文献１】特開平10-199882号公報

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】銅はエレクトロマイグ
レーションの耐性がアルミニウムよりも高く、低抵抗の
ため、配線材料として好ましい。しかしながら、配線材
料に銅等を用いる場合、より高い電流を印加することが
可能となるため、各配線層のジュール発熱量が増加す
る。この場合、印加する電流値の許容量は、外部への放
熱特性によって制限される。

【００１０】また、銅等を配線材料に用いる上では、低
誘電率の絶縁膜を用いて寄生容量を抑え、その配線抵抗
値を維持することが必要である。低誘電率の絶縁膜は多
孔質な状態に構成されるため、熱伝導率が低く、周囲の
配線層から発生する熱分が外部に放出されない。また、
寄生容量を大幅に抑制するべく、いわゆる空中配線構造
が用いられれば、更に大きな問題となる。

【００１１】特に、多層配線層を有するＬＳＩの配線層
として銅が用いられた場合、配線層の総数が増えるに連
れ、配線層全体からの発熱量も増加し、ＬＳＩの温度は
急激に上昇し易くなる。したがって、ＬＳＩ製品の性能
の劣化を防止し、且つ長期信頼性を維持するための対策
が必要である。

【００１２】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、放熱特性を
高め、性能の劣化および長期信頼性の低下等を防ぎ、高
性能化が可能な半導体装置を提供しようとするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点によ
る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上方に
配設された第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に配設され
た第１配線層と、前記第１配線層および前記第１絶縁膜
上方に配設された第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上方に
配設され、且つ金属材料から実質的に構成された第１保
護膜と、前記金属材料の不動態から実質的に構成され、
且つ前記第１保護膜の表面上に配設された第２保護膜
と、を具備することを特徴とする。

【００１４】更に、本発明に係る実施の形態には種々の
段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され
得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾
つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場
合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が
周知慣用技術で適宜補われるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、略同一の機能及び構成を有する構成要素について
は、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行
う。

【００１６】(第１実施形態)第１実施形態では、パッシ
ベーション膜として、酸化シリコン膜または窒化シリコ
ン膜等の従来使用されている絶縁膜に替えて、熱伝導率
の高い金属膜が用いられる。この金属膜の一例として、
アルミニウム、またはアルミニウム合金等、緻密で、且
つその表層部において、薄膜状の絶縁性被膜(いわゆる
不動態被膜)が形成される材料が使用される。このよう
に、金属膜に薄膜状の絶縁性被膜が形成されていれば、
パッシベーション膜は、保護部材および放熱部材として
効果的に作用する。すなわち、半導体装置への水分等の
浸入、及び金属膜の腐食等を防止し、且つアルミニウム
等の金属が主成分であるので半導体装置の放熱特性を高
めることが可能となる。

【００１７】以下に、本実施形態における半導体装置の
製造工程について説明する。本実施形態では、一例とし
て、銅が配線材料として使用され、各層において、適
宜、ダマシン配線構造、またはデュアルダマシン配線構
造が適用され、３層の配線構造が形成される。

【００１８】図１に示すように、例えばシリコンからな
る半導体基板１０１上に、１層目の絶縁膜１０２が形成
される。１層目の絶縁膜１０２として、例えばプラズマ
ＣＶＤ法で形成された酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜が使
用される。また、絶縁膜１０２として、比誘電率が１．
１〜４．２程度の絶縁膜が用いられ、例えば、ポーラス
酸化シリコン膜、ＳｉＯＣを用いることもできる。半導
体基板１０１上には、トランジスタ、キャパシタンス等
の素子が所定の位置に複数形成されている（図示せ
ず）。

【００１９】次に、リソグラフィー技術を用いて、フォ
トレジストのマスクパターンが形成される。次に、この
マスクパターンを用いて、絶縁膜１０２の所定の位置に
ドライエッチング技術で、所定の間隔をおいて配線用の
溝が形成される。ドライエッチング技術として、例えば
ＲＩＥ法が用いられる。この配線用の溝の内部には、所
定の膜厚で形成されたバリアメタル層の材料膜（例：窒
化タンタル（ＴａＮ））を介して配線の材料膜（例：銅
（Ｃｕ））が埋め込まれる。その後、ＣＭＰ法等で絶縁
膜１０２上の余分な材料膜が除去され、且つ表面が平坦
化された結果、バリアメタル層１０３、配線層１０４
ａ、１０４ｂが形成される。バリアメタル層１０３は、
配線の銅成分が絶縁膜１０２へ拡散するのを防ぐ。ま
た、このバリアメタル層１０３として、窒化タンタル膜
の他に、タンタル等の膜を用いることが可能である。

【００２０】次に、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）
からなるバリア層１０５がプラズマＣＶＤ法で３０〜７
０ｎｍ程度の膜厚で形成される。バリア層１０５として
窒化シリコン膜の他に、シリコン炭化物（ＳｉＣｘ）か
らなる絶縁膜等を用いることも可能である。この場合も
プラズマＣＶＤ法を用い、３０〜７０ｎｍ程度の膜厚で
形成すれば良い。

【００２１】次に、図２に示すように、バリア層１０５
上に、２層目の絶縁膜１０６が形成される。次に、リソ
グラフィー技術およびドライエッチング技術を用いて、
絶縁膜１０６内に、ヴィアホール１０７ａ、１０７ｂお
よび配線用の溝１０８ａ、１０８ｂが形成される。ヴィ
アホール１０７ａ、１０７ｂは配線層１０４ａ、１０４
ｂと接続されるように形成される。溝１０８ａ、１０８
ｂは、ヴィアホール１０７ａ、１０７ｂと接続されるよ
うに形成される。ドライエッチング技術として例えばＲ
ＩＥ法が用いられる。

【００２２】次に、図３に示すように、ヴィアホール１
０７ａ、１０７ｂと配線用の溝１０８ａ、１０８ｂの内
部に、バリアメタル層１０９の材料膜（例：窒化タンタ
ル膜）が１０〜３０ｎｍ程度、配線の材料膜（例：銅）
が５０〜８０ｎｍ程度の膜厚で順次堆積される。次に、
電解メッキ法を用いて、ヴィアホール１０７ａ、１０７
ｂ、及び配線用の溝１０８ａ、１０８ｂの内部に銅が埋
め込まれ、ＣＭＰ法で２層目の絶縁膜１０６上の余分な
材料膜が除去される。以上のようにして、２層目の位置
に、ヴィア１１０ａ、１１０ｂおよび配線層１１１ａ、
１１１ｂ（第２配線層）からなるデュアルダマシン配線
構造が形成される。

【００２３】次に、図４に示すように、最上層の３層目
の位置に、デュアルダマシン配線構造が形成される。具
体的には、先ず、２層目の絶縁膜１０６および配線層１
１１ａ、１１１ｂ上に、例えば窒化シリコン膜からなる
バリア層１１２が形成され、次いで、バリア層１１２上
に、プラズマＣＶＤ法等を用いて、３層目の絶縁膜１１
３（第１絶縁膜）が形成される。その後、２層目のデュ
アルダマシン配線構造の場合と同様の手順および条件
で、絶縁膜１１３内に、例えば窒化タンタルからなるバ
リアメタル層１１４、例えば銅によるヴィア１１５ａお
よび１１５ｂ、例えば銅による配線層１１６ａ、１１６
ｂが形成される。ヴィア１１５ａ、１１５ｂ、配線層１
１６ａ、１１６ｂは２層目の配線層１１１ａ、１１１ｂ
と接続される。

【００２４】ここで、最上層の配線層１１６ａまたは１
１６ｂ（第１配線層）の一部にパッド電極層１１７が設
けられる。このパッド電極層１１７上には、外部の導電
部材と電気的に接合するべく、バンプ電極等が形成さ
れ、その周囲がパッシベーション膜で覆われる。

【００２５】以下に、図５〜図１０を用いて、パッシベ
ーション膜、次いで、バンプ電極を形成する手順につい
て説明する。ここで、図５〜図１０は、最上層の配線層
１１６ａ（パッド電極層１１７）の部分を図示し、配線
層１１６ａの長さ方向に垂直な断面図を表す。

【００２６】図５に示すように、パッド電極層１１７を
有する配線層１１６ａが、最上層の絶縁膜１１３の配線
用の溝内にバリアメタル層１１４を介して形成されてい
る。

【００２７】次に、図６に示すように、絶縁膜１１３お
よびパッド電極層１１７上に、バリア層１１８（第２絶
縁膜）が１０ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜
５０ｎｍの膜厚で形成される。バリア層１１８は、配線
層の銅成分の拡散を防ぐ機能を有し、窒化シリコン、炭
化シリコン、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）等からなる絶
縁膜を用いることが可能である。

【００２８】次に、バリア層１１８上に、パッシベーシ
ョン膜１１９（第１保護膜）および酸化シリコン膜１２
０が、順次形成される。半導体装置の放熱特性を高める
観点から、パッシベーション膜１１９として、熱伝導率
が１０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上、
さらに好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上の金属材料が用い
られる。また、熱酸化処理または酸素プラズマによる処
理等によって、膜の表層部に緻密で且つ薄膜状の絶縁性
不動態被膜が容易に形成される金属材料を用いることが
好ましい。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合
金等が用いられる。

【００２９】パッシベーション膜１１９は、例えばスパ
ッタリング法を用いて、１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは
１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さでバリア層１１８上に形成
される。このパッシベーション膜１１９の膜厚が薄すぎ
ると、保護部材として十分なパッシベーション性能が得
られず、またスパッタリング時の成膜安定性を確保でき
ない恐れがある一方、膜厚が厚すぎると半導体装置の放
熱特性を高める上で不利となる。次に、パッシベーショ
ン膜１１９上に、ＣＶＤ法等を用いて酸化シリコン膜１
２０が形成される。

【００３０】次に、図７に示すように、酸化シリコン膜
１２０およびパッシベーション膜１１９が順次エッチン
グされて、バリア層１１８に達した時点で一度エッチン
グを停止させる。酸化シリコン膜１２０およびパッシベ
ーション膜１１９は、ＲＩＥ法等、ドライエッチング技
術を用いて、各々、所定の条件で加工される。

【００３１】次に、図８に示すように、ＲＩＥ法等のド
ライエッチング技術を用いてバリア層１１８が除去さ
れ、パッド電極層１１７に達する開口部１２１が形成さ
れる。このように、酸化シリコン膜１２０およびパッシ
ベーション膜１１９が順次エッチング加工された後、バ
リア層１１８が除去されることにより、開口部１２１が
形成される。バリア層１１８は、エッチングストッパー
として作用して、パッド電極層１１７が過剰にエッチン
グ（オーバーエッチング）されないように機能する。こ
れによって、パッド電極層１１７をオーバーエッチング
せずに、開口部を形成することが可能となる。また、バ
リア層１１８をエッチングする過程では、酸化シリコン
膜１２０をマスクに用い、パッシベーション膜１１９を
保護した状態で、バリア層１１８を除去することができ
る。パッシベーション膜１１９上に設けられる膜の材料
として、酸化シリコン膜の他、バリア層１１８に用いら
れる材料に対してエッチング選択比が大きい（エッチン
グレートの差が大きい）絶縁性材料を用いると良い。

【００３２】次に、図９に示すように、開口部１２１内
において、パッシベーション膜１１９の側壁面に、不動
態被膜１２２ａ（第３絶縁膜）が形成される。パッシベ
ーション膜１１９としてアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金が用いられた場合、被膜１２２ａとして例えば酸
化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）が用いられる。この場
合、２００℃程度以下の温度条件で、パッシベーション
膜１１９に熱酸化処理、または酸素プラズマによる処理
等を行うことにより、被膜１２２ａを１ｎｍ〜１０ｎｍ
程度の膜厚で形成すると良い。被膜１２２ａとして、窒
化アルミニウム膜（ＡｌＮ）を、熱窒化処理または窒素
プラズマによる処理等によって、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度
の膜厚で形成することも可能である。

【００３３】次に、図１０に示すように、パッド電極層
１１７上および被膜１２２ａ上に、電解メッキ法等でバ
リアメタル層１２３の材料膜（例：窒化タンタル膜）が
形成される。その後、この材料膜上に沿って、半田の材
料膜が形成される。次いで、これら材料膜が、順次、ド
ライエッチング技術を用いて、所定の寸法、及び形状の
パターンに加工される。その後、パッシベーション膜１
１９上の酸化シリコン膜１２０がエッチングにより除去
される。このようにして、パッド電極層１１７上の位置
に、バリアメタル層１２３を介して、例えば半田または
金からなるバンプ電極（半田材）１２４が形成される。

【００３４】バリアメタル層１２３として、窒化タンタ
ル膜の他に、タンタル、ニオブ、ニオブ窒化物、チタ
ン、チタン窒化物の何れかの膜、または、それらの材料
から選択して積層膜を形成して用いることが可能であ
る。

【００３５】次に、パッシベーション膜１１９の表面
に、不動態被膜（第２保護膜）１２２ｂが形成される。
パッシベーション膜１１９としてアルミニウムまたはア
ルミニウム合金が用いられた場合、被膜１２２ｂとして
例えば酸化アルミニウムが用いられる。この場合、２０
０℃程度以下の温度条件で、熱酸化処理、または酸素プ
ラズマによる処理等を行い、膜厚が１ｎｍ〜１０ｎｍ、
好ましくは１ｎｍ〜２ｎｍの被膜１２２ｂを形成すると
良い。また、アルミニウム、アルミニウム合金等は、そ
の表層部に、緻密で薄膜状の酸化膜を自然に形成する性
質がある。したがって、パッシベーション膜１１９の表
面を外気と触れさせることにより、膜厚が１ｎｍ〜１０
ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜２ｎｍの被膜１２２ｂを形成
することも可能である。なお、ここでは、パッシベーシ
ョン膜１１９の表面を１ｎｍ以上程度、不動態化すれ
ば、パッシベーション膜１１９の表層部でさらなる酸化
の進行を引き起こすことなく、緻密な被膜１２２ｂを得
ることができる。一方で、被膜１２２ｂの膜厚が厚すぎ
ると、放熱特性が低下する恐れがあるため、膜厚１ｎｍ
〜１０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜２ｎｍの被膜１２２ｂ
が形成される。

【００３６】次に、一例として、バリアメタル層（図示
せず）等を介して、公知のＴＡＢテープ材の導電部等
（図示せず）とバンプ電極１２４が電気的に接続され、
外部の導電部材と導通させるようにする。

【００３７】パッシベーション膜１１９は、パッド電極
層１１７等、周囲の導電体からは電気的に絶縁された
（フローティングにされた）状態になるように形成され
る。パッシベーション膜１１９がフローティングとされ
ていない場合、パッシベーション膜１１９、最上層の配
線層（例：パッド電極層１１７）、絶縁膜１１３、によ
り容量が形成される。容量は、配線層での信号伝達を遅
延させる可能性が大きい。したがって、パッシベーショ
ン膜１１９は、電気的にフローティングとされているこ
とが望ましい。

【００３８】バリア層１１８は、パッド電極層１１７と
パッシベーション膜１１９を電気的に絶縁するように作
用する。バリアメタル層１２３は、パッド電極層１１７
の銅成分とバンプ電極１２４の成分とが反応するのを防
ぐように作用する。

【００３９】以下に、図１１を参照し、従来例と比較し
て、本実施形態の効果について説明する。ここでは、電
流密度の増加に対する各配線層の温度上昇の度合いを参
照して、装置外部への放熱特性について説明する。

【００４０】本実施形態のシミュレーションとして、前
述の如く形成された３層の配線構造が用いられ、各配線
層の温度上昇の度合いが算出される。一方、従来例とし
て、本実施形態と同様に、３層の配線層を有し、パッシ
ベーション膜として絶縁膜（例：窒化シリコン膜および
酸化シリコン膜の積層膜）を用いた構造が採用される。
また、これらの計算結果は、図１１において、１〜３層
の各配線層について示す。

【００４１】シミュレーションの際、パラメータとし
て、バンプ電極、コンタクト用ヴィア、パッシベーショ
ン膜、が単位面積あたりに占める面積の割合等が用いら
れ、例えば以下の様に設定される。まず、バンプ電極の
面積が単位面積を占める割合は、従来例および本実施形
態ともに共通の５％とする。また、１〜３層目の絶縁膜
の各層において、ヴィアの面積（口径断面積）が占める
割合も、ともに１％程度で共通とする。金属のパッシベ
ーション膜（例：アルミニウム膜）の面積が占める割合
は、本実施形態では９５％とし、従来例ではパッシベー
ション膜に絶縁膜を用いているため０％とする。

【００４２】図１１に、本実施形態、及び従来例につい
て、電流密度の増加に対する配線層の温度上昇の度合い
を示す。ここでは、本実施形態の計算結果について、各
層毎の結果をＭ１（１層目＝最下層）、Ｍ２（２層
目）、及びＭ３（３層目＝最上層）を用いて示す。ま
た、従来例の計算結果については、各層での結果を、ｍ
１（１層目＝最下層）、ｍ２（２層目）、及びｍ３（３
層目＝最上層）を用いて示す。

【００４３】従来例では、電流密度の増加に比例し、１
〜３層目の配線層全てにおいて、温度が急激に上昇する
ことが分かる。一方、本実施形態では、従来例に比べ、
１〜３層目の各配線層において、温度の上昇が大幅に抑
制されることが分かる。

【００４４】このように、本発明の第１実施形態によれ
ば、パッシベーション膜１１９に熱伝導性の高い金属膜
が用いられる。したがって、装置外部への放熱量が非常
に大きくなり、従来例に比べ、配線層自体の温度上昇が
大幅に抑制されることが分かる。特に、各配線層が発す
る熱分は、コンタクト用ヴィアによって表面方向（＝上
方向）に伝達され、パッシベーション膜１１９から、装
置外部へ効果的に放射される。

【００４５】また、本実施形態によれば、パッシベーシ
ョン膜１１９は、表面および側壁面上の表層部に形成さ
れた被膜１２２ａ、１２２ｂによって保護される。した
がって、パッシベーション膜１１９は、周囲から電気的
に絶縁され、且つ装置内部への水分の侵入、及び腐食等
を防ぐことが可能となる。

【００４６】また、本実施形態によれば、被膜１２２
ａ、１２２ｂは、パッシベーション膜１１９の表層部に
おいて薄膜状に形成されている。したがって、パッシベ
ーション膜１１９の放熱特性をさほど低下させることな
く、効果的に半導体装置の外部に放熱することができ
る。

【００４７】ＬＳＩチップの実装工程では、バンプ電極
または金属ワイヤ等を介して、アウターリード材等、外
部の導電部材と電気的にボンディング接続を行う場合が
多い。このとき、従来の場合、実装工程に用いられる材
料（金属、樹脂等）の材質によっては、パッシベーショ
ン膜（例：窒化シリコン膜、酸化シリコン膜）との熱膨
張係数の差から、バンプ電極や樹脂部等にクラック等が
生じる場合がある。しかしながら、本実施形態のように
パッシベーション膜１１９として金属が用いられると、
金属は、弾性変形および塑性変形し易い傾向にあるの
で、応力への緩和材の役割を果たすことができる。した
がって、本実施形態では、バンプ電極、及び樹脂部等に
おいて、クラック等の発生を防ぎ、ＬＳＩチップの実装
工程を効果的に行うことができる。

【００４８】本実施形態では、一変形例として、パッシ
ベーション膜１１９の表面上に、窒化シリコン膜等の絶
縁膜を形成することも可能である。この変形例の場合に
は、前述の方法の如く、一例として、先ず、最上層（３
層目）の絶縁膜１１３に、パッド電極層１１７を有する
配線層１１６ａが形成される。その後、以下の手順で窒
化シリコン膜が形成される。この変形例について、図１
２〜図１５を用いて説明する。

【００４９】先ず、図１２に示すように、バリア層１１
８およびパッシベーション膜１１９を形成した後、さら
にその上に、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜、あ
るいはそれらの積層膜からなる保護膜１２５が、形成さ
れる。一例として、パッシベーション膜１１９は、スパ
ッタリング法を用いて、５００ｎｍ程度の膜厚で形成さ
れる。また、保護膜１２５は、パッシベーション膜１１
９上に、ＣＶＤ法等を用いて５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ま
しくは５ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚で形成される。

【００５０】次に、図１３に示すように、保護膜１２
５、パッシベーション膜１１９が、パッド電極層１１７
の上に対応する部分が除去されるようにドライエッチン
グ技術等を用いて順次加工される。その後、バリア層１
１８が除去されることにより、パッド電極層１１７に達
する開口部１２７が形成される。バリア層１１８をエッ
チングする過程では、保護膜１２５をマスクに用い、パ
ッシベーション膜１１９を保護した状態でバリア層１１
８を除去することができる。

【００５１】次に、図１４に示すように、図９と同様の
工程により、パッシベーション膜１１９の側壁面（開口
部１２７の側壁面）上に不動態被膜１２８が形成され
る。被膜１２８は、被膜１２２ａと同様の構成である。

【００５２】次に、図１５に示すように、図１０と同様
の工程により、バリアメタル層１２３およびバンプ電極
１２４が形成される。

【００５３】第１実施形態の変形例に係る半導体装置に
よれば、パッシベーション膜１１９は保護膜１２５およ
び不動態被膜１２８によって保護されるため、装置内部
への水分の侵入および腐食等を防ぐことが可能となる。
また、このような変形例の場合でも、従来の如くパッシ
ベーション膜に絶縁性材料を用いた場合よりも、放熱特
性を高めることが可能となる。

【００５４】（第２実施形態）第２実施形態では、第１
実施形態で示した半導体装置の構造に加え、金属材料に
よるパッシベーション膜１１９上に、金属材料からなる
放熱用バンプが形成されることにより、装置外部への放
熱量を増やす。

【００５５】以下に、図１６〜図１９を用いて、本実施
形態における半導体装置の製造方法について説明する。

【００５６】まず、図１６までは、図９までの工程と同
様である。次に、図１７に示すように、第１実施形態と
同様にして酸化シリコン膜１２０上、および開口部１２
１内に亘って、例えばタンタルからなるバリアメタル層
１３１が形成される。その後、リソグラフィー技術を用
いて、バリアメタル層１３１上の所定の位置にフォトレ
ジストパターン１３２が形成される。

【００５７】次に、図１８に示すように、フォトレジス
トパターン１３２の間が、無電解メッキ法等を用いて、
半田または金材料により埋め込まれ、次いで、全体が平
坦化される。その後、フォトレジストパターン１３２が
除去される。この結果、パッド電極層１１７およびパッ
シベーション膜１１９上の所定の位置に、バリアメタル
層１３１を介して半田または金材料からなるバンプ電極
１３３ａ、および放熱用バンプ１３３ｂ（第１放熱部
材）が、同時に形成される。

【００５８】放熱用バンプ１３３ｂは凸状に形成されて
おり、側壁面の分だけ放熱部分の表面積を増やすことが
できる。また、放熱用バンプ１３３ｂは、その数と個々
の面積を考慮して、可能な限り形成することができ、そ
の数に応じて放熱特性が高まる。

【００５９】次に、図１９に示すように、ＲＩＥ法等、
ドライエッチング技術を用い、放熱用バンプ１３３ｂの
各々をマスクにして、バリアメタル層１３１および酸化
シリコン膜１２０が一部除去されることにより、パッシ
ベーション膜１１９の表面が露出される。その後、第１
実施形態と同様の手順および条件で、その表層部に被膜
１２２ｂが形成される。次に、バリアメタル層１３４を
介して、ＴＡＢテープ材１３５等の導電部材とバンプ電
極１３３ａおよび放熱用バンプ１３３ｂとが電気的に接
続される。バリアメタル層１３４を金属材料とすること
により、この部分を効果的に熱伝導率の良い構造とする
ことができる。この結果、導電部材１３５を介して、装
置外部に効果的に放熱することが可能となる。

【００６０】なお、第１実施形態の変形例と同様に、パ
ッシベーション膜１１９上に、酸化アルミニウム膜によ
る被膜１２２ｂに替え、保護膜１２５を形成することが
可能である。

【００６１】本発明の第２実施形態に係る半導体装置に
よれば、第１実施形態およびその変形例の構成に加え
て、パッシベーション膜１１９上に、放熱用バンプ１３
３ｂが形成される。したがって、第１実施形態およびそ
の変形例と同様の効果を得られるとともに、放熱用バン
プ１３３ｂにより、放熱効果をさらに高めることができ
る。さらに、バンプ電極１３３ａを介して、外部の導電
部材１３５と接合する場合など公知の実装工程に容易に
対応することができる上、導電部材１３５を介して効果
的に装置外部へ放熱することが可能である。

【００６２】また、本実施形態に係る半導体装置では、
バンプ電極１３３ａを形成する過程で、放熱用バンプ１
３３ｂが同時に形成される。また、放熱用バンプ１３３
ｂは、凸状に形成されており、側壁面の分だけ放熱部材
としての面積を増やすことができる。したがって、本実
施形態では、特に煩雑な工程を追加することなく、容易
に、装置外部への放熱量を増やすことが可能となる。

【００６３】（第３実施形態）第１、第２実施形態で
は、一例として、配線層上にバンプ電極を形成し、これ
と外部の導電部材を電気的に接合する実装工程を行う場
合について説明した。これに対し、第３実施形態では、
金属等のワイヤを用いて、バンプ電極部およびパッド電
極部等が外部の導電部材と接続される。

【００６４】以下に、図２０〜図２４を用いて、本実施
形態について説明する。

【００６５】先ず、図２０に示すように、最上層の絶縁
膜１１３およびパッド電極層１１７上に、バリア層１１
８が形成される。その後、リソグラフィー技術およびＲ
ＩＥ法等のドライエッチング技術を用いて、バリア層１
１８が一部除去され、パッド電極層１１７に達する開口
部１３７が形成される。

【００６６】次に、図２１に示すように、スパッタリン
グ法等を用いて、バリア層１１８上および開口部１３７
内に、バリアメタル層１３１およびパッシベーション膜
１３９が順次形成される。パッシベーション膜１３９と
してパッシベーション膜１１９と同様の材料が用いら
れ、パッシベーション膜１１９と同様の構造を有する。

【００６７】次に、図２２に示すように、リソグラフィ
ー技術およびドライエッチング技術を用いて、パッシベ
ーション膜１３９が、相互に電気的に絶縁されたパッシ
ベーション膜１３９ａ、１３９ｂとに分離される。パッ
シベーション膜１３９ａ（第１部分）は、ボンディング
接合に用いるパッド電極部として機能し、パッシベーシ
ョン膜１３９ｂ（第２部分）は、保護膜として機能す
る。次に、パッシベーション膜１３９ａ、１３９ｂに被
膜１４０が形成される。被膜１４０は、被膜１２２ａ、
１２２ｂと同様の材料により構成され、同様の構造を有
する。パッシベーション膜１３９ａ、１３９ｂとしてア
ルミニウムが用いられた場合、酸素プラズマ処理または
熱酸化処理等が施されることにより、それらの表面上お
よび側壁面上に、例えば酸化アルミニウム膜からなる被
膜１４０が形成される。この場合、被膜１４０は、パッ
ド電極部として機能するパッシベーション膜１３９ａ
（第１部分）と保護膜として機能するパッシベーション
膜１３９ｂ（第２部分）とを安定的に絶縁する観点から
好ましくは１０ｎｍ程度の膜厚で形成される。

【００６８】バリアメタル層１３１に対しても、バリア
層１１８に達するまでドライエッチング技術が施され
る。この結果、バリアメタル層１３１はパッシベーショ
ン膜１３９ａ、１３９ｂの各々に対応する領域に分離さ
れ、相互に電気的に絶縁される。

【００６９】次に、図２３に示すように、例えば金また
はアルミニウム等のワイヤ１４１を用いて、パッシベー
ション膜１３９ａと例えばアウターリード材からなる外
部の導電部材（図示せず）とが接続される。その後、こ
れらを保護するために、所定の領域を覆うように樹脂封
止等が行われ、パッケージが形成される。

【００７０】樹脂封止を行うと、パッシベーション膜１
３９ｂは被膜１４０を介して樹脂と接触する。したがっ
て、パッシベーション膜１３９ｂの表面積を増やせば、
このパッケージの樹脂との接触面積も増え、その分放熱
特性が高まる。

【００７１】また、例えば、本実施形態の一変形例とし
て図２４に示すように、パッシベーション膜１３９ｂに
凹部１４２を形成することもできる。この結果、パッシ
ベーション膜１３９ｂの表面積が増え、放熱特性をさら
に高めることが可能となる。この場合、パッシベーショ
ン膜１３９をエッチングにより１３９ａ、１３９ｂへと
分離する工程の前または後に、リソグラフィー技術およ
びドライエッチング技術を用いて凹部１４２が形成され
る。この変形例によれば、樹脂封止によってパッシベー
ション膜１３９ｂと樹脂とが接触する面積はさらに増
え、放熱特性がより高くなる。

【００７２】本発明の第３実施形態に係る半導体装置に
よれば、半導体装置がワイヤボンディングにより外部の
導電部材と電気的に接続する場合にも本発明を適用する
ことが可能であり、第１〜第２実施形態およびそれらの
変形例と同様の効果を得られる。

【００７３】（第４実施形態）第４実施形態は、第１実
施形態に示す多層配線構造を形成する過程で適用され
る。第４実施形態では、パッシベーション膜に金属膜を
用いることに加えて配線層間の絶縁膜に、金属からなる
放熱用ヴィア（サーマルヴィア）、また、必要に応じて
金属からなる放熱用配線層（サーマル配線）が設けられ
る。このように、放熱用ヴィアが配線層間の絶縁膜に設
けられると、内部から表面への熱の伝達が促され、金属
のパッシベーション膜を介した装置外部への放熱特性が
高まる。また、放熱用配線層が設けられると、より広範
囲な領域から放熱用ヴィアへ熱が伝達され、パッシベー
ション膜を介して装置外部への放熱特性がさらに高ま
る。

【００７４】これより、本実施形態では、一例として、
電気的に接続された配線層の間に、所定の数、放熱用ヴ
ィアおよび放熱用配線層が相互に接続するようにして形
成される。

【００７５】本実施形態について、図２５〜図２９を用
いて説明する。尚、図２５〜図２９は、配線層の長さ方
向に垂直な断面図である。

【００７６】図２５に示すように、第１実施形態と同様
の工程により、絶縁膜１０２内に、バリアメタル層１０
３を介して配線層１０４ａ〜ｃが形成されている。次
に、配線層１０４ａ〜１０４ｃおよび絶縁膜１０２上に
バリア層１０５が形成される。配線層１０４ａ、１０４
ｂは、相互に電気的に接続されている（図示せず）。一
方、放熱用配線層１０４ｃは、電気的に周囲とは絶縁さ
れ、フローティングとされている。

【００７７】次に、図２６に示すように、バリア層１０
５上に、２層目の絶縁膜１０６が形成される。その後、
リソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用い
て、ヴィアホール１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃおよび
配線用の溝１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが順次形成さ
れる。ヴィアホール１０７ｃは、配線１０４ｃに達し、
溝１０８ｃはヴィアホール１０７ｃに達する。

【００７８】次に、図２７に示すように、ヴィアホール
１０７ａ〜１０７ｃおよび配線用溝１０８ａ〜１０８ｃ
内にバリアメタル層１０９を介して銅が埋め込まれる。
この結果、ヴィア１１０ａ、１１０ｂおよび配線層１１
１ａ、１１１ｂからなるデュアルダマシン配線構造が形
成される。これらデュアルダマシン配線構造の間には、
放熱用ヴィア１１０ｃおよび放熱用配線層１１１ｃが形
成される。

【００７９】配線層１１１ａ、１１１ｂは相互に電気的
に接続される（図示せず）。一方、放熱用配線層１１１
ｃは、１層目の放熱用配線層１０４ｃと接続されてはい
るが、周囲とは絶縁され、フローティングとされてい
る。

【００８０】次に、図２８に示すように、バリア層１１
２、および３層目の絶縁膜１１３が形成される。次に、
第１実施形態の３層目のデュアルダマシン構造と同様に
して、絶縁膜１１３内に、ヴィア１１５ａ、１１５ｂお
よび配線層１１６ａ、１１６ｂからなるデュアルダマシ
ン配線構造が形成される。また同時に、放熱用ヴィア１
１５ｃ、および放熱用配線層（第２放熱部材）１１６ｃ
が形成される。２層目と同様に、３層目のデュアルダマ
シン配線構造の配線層１１６ａ、１１６ｂは相互に電気
的に接続される（図示せず）。一方、放熱用配線層１１
６ｃは、放熱用配線層１１１ｃと接続されてはいるが、
周囲とは絶縁される。

【００８１】ここで、第１実施形態と同様に、最上層の
配線層１１６ａの一部にパッド電極層１１７が設けられ
る。次に、図２９に示すように、第１実施形態と同様の
手順および条件で、パッシベーション膜１１９、バンプ
電極１２４などが形成される。なお、図２９は、最上層
の配線層１１６（パッド電極層１１７）の部分を中心に
して、配線層１１６の長さ方向に垂直な断面図を示す。

【００８２】放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃ、および
放熱用配線層１０４ｃ、１１１ｃ、１１６ｃの各々は、
適宜、任意の層の絶縁膜中に形成することができるな
お、放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃおよび放熱用配線
層１０４ｃ、１１１ｃ、１１６ｃが、フローティングと
されていない場合、周囲の絶縁膜および配線層等と作用
して容量を形成し、信号伝達を遅延させる可能性があ
る。したがって、本実施形態では、放熱用ヴィア１１０
ｃ、１１５ｃおよび放熱用配線層１０４ｃ、１１１ｃ、
１１６ｃがそれぞれ電気的に周囲から絶縁された状態に
なるように形成され、信号伝達の遅延を回避している。

【００８３】以下に、図３０〜図３５を参照し、従来例
と比較して、本実施形態の効果について説明する。ここ
では、本実施形態および従来例についてシミュレーショ
ンの計算を行い、電流密度の増加に対する各配線層の温
度上昇の度合いを参照して、外部への放熱特性について
説明する。

【００８４】本実施形態に対するシミュレーションの一
例として、前述の如く形成された３層の配線構造で、且
つ各絶縁膜中において放熱用ヴィアの口径断面積が一定
とされた構造が採用される。一方、従来例として、本実
施形態と同様に３層の配線層を有し、パッシベーション
膜に絶縁膜（例：窒化シリコン膜、酸化シリコン膜）を
用いた構造を採用する。これより、本実施形態の如く、
金属のパッシベーション膜に加えて、放熱用金属部材を
絶縁膜中に設けた場合について、従来例と比較し、外部
への放熱特性を把握することができる。

【００８５】シミュレーションの際、パラメータとし
て、バンプ電極、金属のパッシベーション膜、コンタク
ト用ヴィアおよび放熱用ヴィア、が単位面積当りに占め
る面積の割合等が用いられ、以下の様に設定される。ま
ず、バンプ電極（例：半田材料）、コンタクト用ヴィア
の占める合計の面積（口径断面積）、金属のパッシベー
ション膜（例：アルミニウム膜）の面積が占める割合
は、第１実施形態（図５）と同様である。この上で、本
実施形態では、１〜３層目の絶縁膜の各層において、放
熱用ヴィアの占める合計の面積（口径断面積）を付与
し、シミュレーションが行われ、その放熱特性への寄与
の度合いを見る。

【００８６】このシミュレーションにおいて、配線層間
の絶縁膜には、プラズマＣＶＤを用いて成膜された絶縁
膜、または、これよりも更に熱伝導率の低い、低誘電率
の絶縁膜（例：有機酸化シリコン膜）等が用いられる。
これらの絶縁膜は、銅等を材料とする低抵抗の配線層の
間に層間絶縁膜として使用される。したがって、特に銅
等が配線材料に用いられた場合を考慮して、外部への放
熱特性を把握することができる。

【００８７】先ず、図３０〜図３２を参照して、各配線
層間の絶縁膜としてプラズマＣＶＤ（例：プラズマ酸化
シリコン膜）が用いられた場合について説明する。

【００８８】図３０〜図３２は、本実施形態および従来
例について、プラズマ酸化シリコン膜が各配線層間の絶
縁膜として用いられた場合の、電流密度の増加に対する
配線層の温度上昇の度合いを示す。１〜３層目の絶縁膜
の各層において、一例として、放熱用ヴィアの口径断面
積が単位面積を占める割合が５％程度となるように設定
される。

【００８９】図３０〜図３２は、それぞれＭ１（１層目
＝最下層）、Ｍ２（２層目）、Ｍ３（３層目＝最上層）
における電流密度の増加に対する配線層の温度上昇の度
合いを示している。各図において、Ｍ１（５％）、Ｍ２
（５％）、Ｍ３（５％）は、各層に放熱用ヴィアを単位
面積当り５％程度設けた場合のシミュレーションの結果
を示している。また、参考として、Ｍ１（０％）、Ｍ２
（０％）、Ｍ３（０％）には、金属のパッシベーション
膜は有するが、放熱用ヴィアが設けられていない場合の
シミュレーションの結果を示す。また、各図において、
従来例の計算結果として、各層の結果をｍ１（１層目＝
最下層）、ｍ２（２層目）、ｍ３（３層目＝最上層）を
用いて示す。

【００９０】シミュレーションを行った結果、図３０〜
図３２に示すように、従来例の場合は１層目（ｍ１）〜
３層目（ｍ３）の配線層の全てにおいて同様の変化状態
を示し、電流密度を増加させると配線層の温度が大きく
上昇することが分かる。これに対して、本実施形態で
は、図３０のＭ１（５％）に示すように、１層目の配線
層（Ｍ１）において、電流密度を増加させると、従来例
の場合に比べ、配線層の温度上昇が大きく抑制されるこ
とが分かる。また、特に、放熱用ヴィアが形成されてい
ない場合（Ｍ１（０％））に比べても、更に、配線層の
温度上昇を抑制する効果を得られることが分かる。これ
より、金属のパッシベーション膜に加えて、放熱用ヴィ
アが形成されると放熱特性が高まり、配線層の温度上昇
を抑制する効果を得られることが分かる。また、図３
１、図３２のＭ２（５％）、Ｍ３（５％）に関しても同
様の効果を得られることが分かる。

【００９１】以上の結果より、パッシベーション膜に金
属を用い、且つ絶縁膜中に放熱用ヴィアが形成されてい
ると、従来例に比べて外部への放熱特性が高まり、１層
目（Ｍ１）〜３層目（Ｍ３）の全てにおいて配線層の温
度上昇が抑制されることが分かる。したがって、本実施
形態において、１〜３層目の絶縁膜（絶縁膜１０２、１
０６、１１３）の任意の層に、プラズマＣＶＤを用いて
成膜された絶縁膜を用いれば、従来例に比べて、配線層
の温度上昇を大きく抑制する効果を得られることが分か
る。また、銅等の低抵抗の材料を配線層として用いれ
ば、高速で且つ放熱特性が高い半導体装置を構成するこ
とが可能となる。

【００９２】次に、図３３〜図３５を参照して、各配線
層間の絶縁膜として低誘電率の絶縁膜（例：有機酸化シ
リコン膜）が用いられた場合について説明する。

【００９３】図３３〜図３５は、本実施形態および従来
例について、有機酸化シリコン膜が各配線層間の絶縁膜
として用いられた場合の、電流密度の増加に対する配線
層の温度上昇の度合いを示す。１〜３層目の絶縁膜の各
層において、一例として、放熱用ヴィアの占める口径断
面積が単位面積を占める割合が５％程度となるように設
定される。

【００９４】図３３〜図３５は、それぞれＭ１（１層目
＝最下層）、Ｍ２（２層目）、Ｍ３（３層目＝最上層）
における電流密度の増加に対する配線層の温度上昇の度
合いを示している。各図において、Ｍ１（５％）、Ｍ２
（５％）、Ｍ３（５％）は、各層に放熱用ヴィアを単位
面積当り５％程度設けた場合のシミュレーションの結果
を示している。また、参考として、Ｍ１（０％）、Ｍ２
（０％）、Ｍ３（０％）には、金属のパッシベーション
膜は有するが、放熱用ヴィアが設けられていない場合の
シミュレーションの結果を示す。また、各図において、
従来例の計算結果として、各層の結果をｍ１（１層目＝
最下層）、ｍ２（２層目）、ｍ３（３層目＝最上層）を
用いて示す。

【００９５】シミュレーションを行った結果、図３３〜
図３５に示すように、従来例の場合は１層目（ｍ１）〜
３層目（ｍ３）の配線層の全てにおいて同様の変化状態
を示し、電流密度を増加させると配線層の温度が大きく
上昇することが分かる。これに対して、本実施形態で
は、図３３のＭ１（５％）に示すように、１層目の配線
層（Ｍ１）において、電流密度を増加させると、従来例
の場合に比べ、配線層の温度上昇が大きく抑制されるこ
とが分かる。また、特に、放熱用ヴィアが形成されてい
ない場合（Ｍ１（０％））に比べても、更に、配線層の
温度上昇を抑制する効果を得られることが分かる。これ
より、金属のパッシベーション膜に加えて、放熱用ヴィ
アが形成されると放熱特性が高まり、配線層の温度上昇
を抑制する効果を得られることが分かる。また、図３
４、図３５のＭ２（５％）、Ｍ３（５％）に関しても同
様の効果を得られることが分かる。

【００９６】以上の結果より、パッシベーション膜に金
属を用い、且つ絶縁膜中に放熱用ヴィアが形成されてい
ると、従来例に比べて外部への放熱特性が高まり、１層
目（Ｍ１）〜３層目（Ｍ３）の全てにおいて配線層の温
度上昇が抑制されることが分かる。

【００９７】また、プラズマＣＶＤを用いて成膜された
絶縁膜の場合（図３０〜図３２を参照する）と比べて、
各層において同様の結果を得られた。低誘電率の絶縁膜
（例：有機酸化シリコン膜）は、プラズマＣＶＤを用い
て成膜された絶縁膜に比べて熱伝導率が低い。したがっ
て、１〜３層目の絶縁膜（絶縁膜１０２、１０６、１１
３）の任意の層に低誘電率の絶縁膜が用いられた場合、
従来例に比べて、配線層の温度上昇の抑制、ひいては放
熱特性を高める効果を得られる。また、銅等の低抵抗の
材料を配線層に用い、且つ配線層間に低誘電率の絶縁膜
を用いた場合においても、高速で且つ放熱特性が高い半
導体装置を構成することが可能となる。

【００９８】本実施形態は、配線層間の容量を低下させ
るべく、所謂、空中配線構造を採用する場合にも有効で
ある。すなわち、空中配線構造では、層間絶縁膜に相当
する領域が、真空であるか、またはガスが封入された状
態にある。真空状態、またはガスが封入された状態にあ
る場合には、熱伝導率が非常に低く、放熱量が著しく低
下する。そこで、本実施形態を適用することにより、効
果的に放熱特性を高め、空中配線構造に大きく寄与する
ことが可能となる。なお、断面図に関しては、図２５〜
図２９と同様である。

【００９９】以上のように、絶縁膜中に放熱用ヴィアが
形成されると装置外部への放熱特性が更に高まることが
分かる。例えば、パッシベーション膜に金属膜を用い、
且つ各層の絶縁膜において、単位面積当り、放熱用ヴィ
アが占める割合が１％以上になるように形成すればよ
い。

【０１００】従来例の如く、パッシベーション膜に、酸
化シリコン膜および窒化シリコン膜等の絶縁膜を用いた
場合には、熱分の伝達がその部分で滞り、装置外部への
放熱が殆ど途絶してしまう。したがって、多層配線構造
において、各配線層間の温度差は殆ど生じず、絶縁膜中
に放熱用ヴィアを設けても放熱特性は高められない。こ
れに対して、第１実施形態のように、パッシベーション
膜に金属膜を用いると、その部分からの放熱量が高ま
り、各配線層間で温度差が生じる。また、このとき、上
層に位置する配線層ほど温度の上昇が小さい。このよう
な状況で、本実施形態のように絶縁膜中に放熱用ヴィア
１１０ｃ、１１５ｃが設けられると、金属のパッシベー
ション膜１１９に熱が効果的に伝達され、温度上昇が抑
制され、半導体装置全体の放熱特性が高まる。

【０１０１】本発明の第４実施形態に係る半導体装置に
よれば、パッシベーション膜１１９は第１実施形態と同
様の構造を有する。このため、第１実施形態と同様の効
果を得られる。

【０１０２】さらに、第４実施形態によれば、絶縁膜中
に、放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃおよび放熱用配線
層１０４ｃ、１１１ｃ、１１６ｃが形成される。このた
め、放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃおよび放熱用配線
層１０４ｃ、１１１ｃ、１１６ｃを介して装置外部へ放
熱が行われるため、半導体装置の放熱特性を高めること
ができる。

【０１０３】さらに、放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃ
および放熱用配線層１０４ｃ、１１１ｃ、１１６ｃが相
互に接続されるように設けられる。そして、最上層の放
熱用配線層１１６ｃは、バリア層１１８を介して、パッ
シベーション膜１１９の直下に形成される。この結果、
広範囲な領域から放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃへ熱
が伝達され、且つ金属のパッシベーション膜１１９を介
して装置外部への放熱特性を高めることが可能となる。
なお、放熱用配線層ヴィア１１０ｃ、１１５ｃが直接接
続されるような構成としても、同様の効果を得られる。

【０１０４】また、本実施形態では、ヴィア１１０ａ、
１１０ｂ、１１５ａ、１１５ｂが形成される過程で、同
時に、放熱用ヴィア１１０ｃ、１１５ｃ等が形成され
る。また、配線層１０４ａ、１０４ｂ、１１１ａ、１１
１ｂ、１１６ａ、１１６ｂが形成される過程で、同時
に、放熱用配線層１０４ｃ、１１１ｃ、１１６ｃ等のパ
ターンが形成される。したがって、本実施形態では、特
に煩雑な工程を付加せずに、放熱用ヴィアおよび放熱用
配線層を形成することができる。

【０１０５】次に、本実施形態の一変形例について、図
３６を参照して説明する。この変形例では、放熱特性を
高めるべく、前述の半導体装置の構造（図２９を参照す
る）において、金属のパッシベーション膜と放熱用配線
層とがバリアメタル層等を介して接続される。

【０１０６】以下、図３６にその構造を示し、特に、金
属のパッシベーション膜と放熱用配線層を、バリアメタ
ル層を介して接続させる手順について説明する。図３６
は、前述の如く半導体基板１０１上に形成され、最上層
に位置する配線層の部分を中心にして、配線層の長さ方
向に垂直な断面図を表す。

【０１０７】先ず、最上層の配線層１１６ａ（または１
１６ｂ）にパッド電極層１１７が設けられた状態で、全
体に亘ってバリア層１１８が形成される。その後、バリ
ア層１１８内に、放熱用配線層１１６ｃに達する接続孔
１４３が形成される。次いで、例えば窒化タンタルから
なるバリアメタル層１４４が、５０ｎｍ以下程度の膜厚
で接続孔１４３内を含めてバリア層１１８上に形成され
る。

【０１０８】次に、パッシベーション膜１１９およびシ
リコン酸化膜１２０が形成される。パッシベーション膜
１１９は、接続孔１４３の位置において、最上層（３層
目）の放熱用配線層１１６ｃと、バリアメタル層１４４
を介して接続される。次に、第１実施形態と同様の工程
により、被膜１２２ａ、１２２ｂ、バリアメタル層１２
３、バンプ電極１２４が形成される。

【０１０９】本発明の第４実施形態の変形例に係る半導
体装置によれば、最上層の放熱用配線層１１６ｃの各々
は、バリアメタル層１４４を介して接続孔１４３内でパ
ッシベーション膜１１９と接続されている。したがっ
て、配線層１１６ｃからの熱分をパッシベーション膜１
１９に効果的に伝達することが可能となり、放熱特性が
高まる。この場合、接続孔１４３の開口部分を大きくす
る等して、放熱用配線層１１６ｃの各々から、パッシベ
ーション膜１１９への熱の伝達を高めることが可能であ
る。

【０１１０】また、一般に、銅とアルミニウムの成分が
直接接触すると反応物が形成される。したがって、放熱
用配線層１１６ｃに銅が用いられ、パッシベーション膜
１１９にアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いら
れ、これらが直接接続されると、銅およびアルミニウム
の間で反応が発生する可能性がある。反応物が形成され
ると、熱伝達の効率が低下する。しかしながら、本変形
例のように、放熱用配線層１１６ｃとパッシベーション
膜１１９の間にバリアメタル層１４４が設けられること
により、銅とアルミニウムによる反応物が形成されるこ
とが防止される。

【０１１１】なお、本変形例では、バリアメタル層１４
４として高融点金属膜または高融点金属窒化膜を用いる
ことができる。具体的には、高融点金属膜としては、タ
ンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン
（Ｗ）、またはチタン（Ｔｉ）等の膜を用いることがで
きる。また、高融点金属窒化膜としては、窒化タンタル
（ＴａＮｘ）の他に、窒化ニオブ（ＮｂＮｘ）、窒化タ
ングステン（ＷＮｘ）、または窒化チタン（ＴｉＮｘ）
等の膜を用いることができる。また、これら、高融点金
属膜および高融点金属窒化膜から選択して積層膜を形成
して用いることが可能である。

【０１１２】本実施形態およびその変形例において、第
１実施形態の変形例と同様に、酸化アルミニウムからな
る被膜１２２ｂに替え、パッシベーション膜１１９の表
面上に保護膜１２５を形成することも可能である。

【０１１３】また、本実施形態およびその変形例におい
て、第２実施形態の如く、パッシベーション膜１１９上
に、放熱用バンプ１３３ｂを形成して（図１６〜１９を
参照）、放熱部分の表面積を増やすことも可能である。
このような場合、半導体装置の放熱特性をさらに高める
ことが可能となる。

【０１１４】また、本実施形態およびその変形例を、第
３実施形態の如く、ワイヤボンディングにより外部の導
電部材と電気的に接続する場合（図２０〜図２４を参
照）にも適用することが可能である。このような場合、
半導体装置の放熱特性をさらに高めることが可能とな
る。

【０１１５】また、第１〜第４実施形態において、配線
材料として銅の他に、アルミニウム、銀、金、タングス
テンや、それらの合金等を配線材料に用いたり、各層毎
に異なる配線材料を用いたりすることもできる。さら
に、ダマシン配線構造またはデァアルダマシン配線構造
を、全ての配線に適用するのではなく、任意の層に適用
することも可能である。アルミニウム、またはアルミニ
ウム合金等を配線層として用いる場合、ダマシン配線構
造およびデュアルダマシン配線構造を適用せずに、ＲＩ
Ｅ法等のドライエッチング技術を用いて、直接、パター
ン状に加工することも可能である。

【０１１６】その他、本発明の思想の範疇において、当
業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るも
のであり、それら変更例及び修正例についても本発明の
範囲に属するものと了解される。

【０１１７】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
配線層の発する熱分を外部へ効果的に放出することによ
り、性能の劣化および長期信頼性の低下を防ぐとともに
高性能化が可能な半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製
造工程を示す断面図。

【図２】 図１に続く工程を示す断面図。

【図３】 図２に続く工程を示す断面図。

【図４】 図３に続く工程を示す断面図。

【図５】 図４の上部一部分を示す断面図。

【図６】 図５に続く工程を示す断面図。

【図７】 図６に続く工程を示す断面図。

【図８】 図７に続く工程を示す断面図。

【図９】 図８に続く工程を示す断面図。

【図１０】 図９に続く工程を示す断面図。

【図１１】 本発明の第１実施形態の効果を示す図。

【図１２】 本発明の第１実施形態の変形例に係る半導
体装置の製造工程を示す断面図。

【図１３】 図１２に続く工程を示す断面図。

【図１４】 図１３に続く工程を示す断面図。

【図１５】 図１４に続く工程を示す断面図。

【図１６】 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の
製造工程を示す断面図。

【図１７】 図１６に続く工程を示す断面図。

【図１８】 図１７に続く工程を示す断面図。

【図１９】 図１８に続く工程を示す断面図。

【図２０】 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の
製造工程を示す断面図。

【図２１】 図２０に続く工程を示す断面図。

【図２２】 図２１に続く工程を示す断面図。

【図２３】 図２２に続く工程を示す断面図。

【図２４】 本発明の第３実施形態の変形例に係る半導
体装置の構成を示す断面図。

【図２５】 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の
製造工程を示す断面図。

【図２６】 図２５に続く工程を示す断面図。

【図２７】 図２６に続く工程を示す断面図。

【図２８】 図２７に続く工程を示す断面図。

【図２９】 図２８に続く工程を示す断面図。

【図３０】 本発明の第４実施形態の効果を示す図。

【図３１】 本発明の第４実施形態の効果を示す図。

【図３２】 本発明の第４実施形態の効果を示す図。

【図３３】 本発明の第４実施形態の効果を示す図。

【図３４】 本発明の第４実施形態の効果を示す図。

【図３５】 本発明の第４実施形態の効果を示す図。

【図３６】 本発明の第４実施形態の変形例に係る半導
体装置の構造を示す断面図。

【符号の説明】

１０１…半導体基板、１０２、１０６、１１３…絶縁
膜、１０３、１０９、１１４、１２３、１３１、１３
４、１４４…バリアメタル層、１０４ａ、１０４ｂ、１
１６ａ、１１６ｂ…配線層、１０５、１１２、１１８…
バリア層、１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ…ヴィアホー
ル、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ…溝、１１０ａ、１
１０ｂ、１１５ａ、１１５ｂ…ヴィア、１１１ａ、１１
１ｂ…配線層、１１７…パッド電極層、１１９、１３
９、１３９ａ、１３９ｂ…パッシベーション膜、１２０
…酸化シリコン膜、１２１、１２７、１３７…開口部、
１２２ａ、１２２ｂ、１２８…不動態被膜、１２４、１
３３ａ…バンプ電極、１２５…保護膜、１３２…フォト
レジストパターン、１３３ｂ…放熱用バンプ、１３５…
導電部材、１４０…被膜、１４１…ワイヤ、１４２…凹
部、１１０ｃ、１１５ｃ…放熱用ヴィア、１０４ｃ、１
１１ｃ、１１６ｃ…放熱用配線層、１４３…接続孔。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH08 HH09 HH11 HH13 HH14 HH17 HH18 HH19 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ08 JJ11 JJ13 JJ14 JJ17 JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33 JJ34 KK08 KK11 KK13 KK14 KK21 KK32 MM01 MM02 MM05 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 QQ09 QQ13 QQ37 QQ48 QQ73 QQ78 QQ89 QQ90 RR01 RR03 RR04 RR06 RR23 RR29 SS11 SS15 SS26 UU07 VV07 WW00 WW02 XX01 XX17 XX18 XX22 XX24 XX28

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板上方に配設された第１絶縁膜と、 前記第１絶縁膜上に配設された第１配線層と、 前記第１配線層および前記第１絶縁膜上方に配設された
   第２絶縁膜と、 前記第２絶縁膜上方に配設され、且つ金属材料から実質
   的に構成された第１保護膜と、 前記金属材料の不動態から実質的に構成され、且つ前記
   第１保護膜の表面上に配設された第２保護膜と、 を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第１保護膜は、アルミニウム、アル
   ミニウム合金から構成される群から選択された材料から
   実質的に構成されることを特徴とする請求項１に記載の
   半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１保護膜は、１０Ｗ／ｍＫ以上の
   熱伝導率を有する材料から実質的に構成されることを特
   徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記第１保護膜は、電気的にフローティ
   ング状態であることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記第１保護膜は、表面に形成された凹
   部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
   １項に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 前記第１および第２保護膜は、１０ｎｍ
   〜１μｍの総膜厚を有することを特徴とする請求項１乃
   至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記第２保護膜は、酸化アルミニウムか
   ら実質的に構成されることを特徴とする請求項１乃至６
   のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記第２保護膜は、１ｎｍ〜１０ｎｍの
   膜厚を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
   か１項に記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 前記第２保護膜の表面から前記第１配線
   層に達するように形成された開口部における前記第１保
   護膜の側壁上に配設された第３絶縁膜と、 前記第１配線層と電気的に接続されるように前記開口部
   に埋め込まれた電極部と、 をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至８のい
   ずれか１項に記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記第１保護膜上方に配設され、且つ
    金属材料から実質的に構成される、第１放熱部材をさら
    に具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
    １項に記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記第１保護膜上方に配設され、且つ
    前記電極部と同じ材料から実質的に構成される、第１放
    熱部材をさらに具備することを特徴とする請求項９に記
    載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 前記第１保護膜は、 前記第１配線層と電気的に接続され、且つ電極部として
    の機能を有する、第１部分と、 前記第１部分と絶縁され、且つ前記第２保護膜がその表
    面上に配設されてなる第２部分と、 を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１
    項に記載の半導体装置。
13. 【請求項１３】 前記第１絶縁膜上に配設され、且つ電
    気的にフローティング状態とされ、且つ金属材料から実
    質的に構成された、第２放熱部材をさらに具備し、 前記第１保護膜は、前記第２放熱部材上方に配設されて
    いることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項
    に記載の半導体装置。
14. 【請求項１４】 前記第２放熱部材は、前記第１配線層
    と略同一の構造を有することを特徴とする請求項１３に
    記載の半導体装置。
15. 【請求項１５】 半導体基板と、 前記半導体基板上方に配設された第１絶縁膜と、 前記第１絶縁膜上に配設された第１配線層と、 前記第１配線層および前記第１絶縁膜上方に配設された
    第２絶縁膜と、 前記第２絶縁膜上方に配設され、且つ金属材料から実質
    的に構成され、且つ前記第１絶縁膜および前記第１配線
    層を保護する機能を有するとともに前記第１配線層から
    の熱を放出する機能を有する、パッシベーション膜と、 前記パッシベーション膜の表面上に配設され、且つ前記
    第１絶縁膜および前記第１配線層を保護する機能を有す
    る、前記金属材料の不動態被膜と、 を具備することを特徴とする半導体装置。