JP2017045864A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置の信頼性を向上する。
【解決手段】再配線RDL1(RDL2)の配線幅方向の断面視において、配線溝WD1(WD2)の側面には、傾斜部SLP1(SLP2)が形成されている。そして、配線幅方向における配線溝WD1(WD2)の最大開口幅L1(L2)は、配線幅方向における再配線RDL1(RDL2)の最大配線幅W1(W2)よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝WD1(WD2)は、再配線RDL1(RDL2)を内包するように形成されている。
【選択図】図7
【解決手段】再配線RDL1(RDL2)の配線幅方向の断面視において、配線溝WD1(WD2)の側面には、傾斜部SLP1(SLP2)が形成されている。そして、配線幅方向における配線溝WD1(WD2)の最大開口幅L1(L2)は、配線幅方向における再配線RDL1(RDL2)の最大配線幅W1(W2)よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝WD1(WD2)は、再配線RDL1(RDL2)を内包するように形成されている。
【選択図】図7
Description
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、例えば、再配線(Redistribution layer)を有する半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
特開2003−229450号公報(特許文献1)には、アルミニウムパッドを覆う絶縁膜にアルミニウムパッドの表面の一部を露出する開口部を設け、この開口部の側面に窪みを形成する技術が記載されている。さらに、この技術では、窪みを含む開口部内からはみ出すように金属配線層を形成することが記載されている。
例えば、家電用途や通信用途に代表される民生品用途の半導体装置では、低消費電力化と小型化と低コスト化とが開発トレンドである。一方、車載用途の半導体装置においては、これらの開発トレンドに加えて、高温環境下での高電圧動作の信頼性向上が必要とされる。この点に関し、低コスト化を推進する観点から、高価な金(Au)ワイヤに替えて、安価な銅(Cu)ワイヤを使用することが検討されている。この場合、銅ワイヤは、金ワイヤに比べて硬いため、ワイヤを接続するパッドにダメージを与えやすい。このことから、銅ワイヤを使用する際、銅ワイヤを直接パッドに接続するのではなく、例えば、パッドと接続される銅配線からなる再配線を形成し、この再配線と銅ワイヤとを接続することが検討されている。この再配線構造によれば、厚膜の再配線によるパワートランジスタのオン抵抗の低減や、再配線を使用した配線レイアウト設計によりチップ面積の縮小化を図ることができる。さらには、安価な銅ワイヤとの接続構造を採用することによる低コスト化を図ることができるとともに、再配線の占有面積増大による放熱性の向上も図ることができる。
ところが、現状の再配線構造では、再配線間の絶縁耐圧を確保するように再配線間の距離を設計しても、実際の再配線構造では、設計値通りの絶縁耐圧を確保することができていないことを本発明者は見出した。すなわち、現状の再配線構造には、絶縁耐圧を確保する観点から改善の検討が必要である。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態における半導体装置は、再配線の配線幅方向の断面視において、配線溝の側面には、傾斜部が形成されている。そして、配線幅方向における配線溝の最大開口幅は、配線幅方向における再配線の最大配線幅よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝は、再配線を内包するように形成されている。
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
(実施の形態1)
<改善の検討>
まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。ここで、本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術(未公知技術)を意図して記載された技術である。
<改善の検討>
まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。ここで、本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術(未公知技術)を意図して記載された技術である。
図1は、関連技術に存在する改善の余地を説明するための図であり、互いに隣り合うように配置された再配線RDL1と再配線RDL2とを模式的に示す図である。図1において、層間絶縁膜IL上に表面保護膜(パッシベーション膜)PASが形成されており、この表面保護膜PAS上にポリイミド膜PIF1が形成されている。そして、ポリイミド膜PIF1上に、互いに離間するように再配線RDL1と再配線RDL2とが配置されている。再配線RDL1および再配線RDL2のそれぞれは、例えば、銅の拡散を防止する機能を有するバリア導体膜BCFと、このバリア導体膜BCF上に形成された銅膜CUFとから構成されている。さらに、再配線RDL1および再配線RDL2を覆うように、ポリイミド膜PIF3が形成されている。
図1に示すように、関連技術では、例えば、再配線RDL2の側面に、銅の拡散を防止するバリア膜BCFが存在しないことから、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF3との界面に沿って銅のマイグレーションMGが生じやすくなる。本発明者は、この銅のマイグレーションMGが発生するメカニズムを解明したので、以下に、銅のマイグレーションMGが発生するメカニズムについて、図1を参照しながら説明する。
図1において、例えば、半導体装置が高湿度の環境下に置かれると、有機絶縁膜であるポリイミド膜PIF3は水分を吸湿しやすい性質を有しているので、ポリイミド膜PIF3が水分を吸湿する。この結果、図1に示すポリイミド膜PIF3とポリイミド膜PIF1の界面に水分が溜まる。このとき、例えば、再配線RDL1と再配線RDL2との間に高電位が印加されているとすると、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF3との界面に存在する水分と、高電位の印加に伴う電界の影響とによって、+電位側(正電位側)の再配線RDL2の側面から露出している銅膜CUFが腐食する。そして、銅膜CUFの腐食によって発生した銅イオンが電界によって−電位側(負電位側)にドリフトして析出する。この結果、図1に示すように、再配線RDL2の左側の側面から再配線RDL1側に向かって銅のマイグレーションMGが発生するのである。
したがって、再配線RDL2の左側側面から延びる銅のマイグレーションによって、再配線RDL1と再配線RDL2との絶縁距離は、再配線RDL1と再配線RDL2との間の距離よりも狭くなる。このことは、再配線RDL1と再配線RDL2との間の耐圧が低下することを意味する。すなわち、関連技術においては、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF3との界面に沿った銅のマイグレーションMGによって、互いに隣り合う再配線RDL1と再配線RDL2との間での絶縁耐圧が低下することになる。つまり、再配線RDL1と再配線RDL2との間に印加される最大電位差を考慮して、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧を確保できるように、再配線RDL1と再配線RDL2との間の距離を設計しても、銅のマイグレーションMGによって、実質的な再配線RDL1と再配線RDL2との絶縁距離が短くなるのである。この結果、関連技術では、銅のマイグレーションMGに起因して、設計値通りの絶縁耐圧を確保することができず、これによって、半導体装置の信頼性低下を招くことになるのである。
以上のことから、関連技術においては、互いに隣り合う再配線RDL1と再配線RDL2との間で絶縁耐圧が低下するという改善の余地が存在する。つまり、関連技術では、半導体装置の信頼性を向上する観点から改善の余地が存在するのである。そこで、本実施の形態1では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態1における技術的思想について説明することにする。
<半導体チップの平面レイアウト構成>
図2は、本実施の形態1における半導体チップCHPの平面レイアウト構成例を示す平面図である。図2に示すように、本実施の形態1における半導体チップCHPの平面形状は、矩形形状をしている。半導体チップCHPの内部領域に形成されている太線で囲まれた複数の四角形のそれぞれが、再配線の一部を露出した開口部OP3に対応しており、この開口部OP3から再配線に設けられた金膜が露出している。そして、この開口部OP3から露出している金膜に銅ワイヤが接続されることになる。
図2は、本実施の形態1における半導体チップCHPの平面レイアウト構成例を示す平面図である。図2に示すように、本実施の形態1における半導体チップCHPの平面形状は、矩形形状をしている。半導体チップCHPの内部領域に形成されている太線で囲まれた複数の四角形のそれぞれが、再配線の一部を露出した開口部OP3に対応しており、この開口部OP3から再配線に設けられた金膜が露出している。そして、この開口部OP3から露出している金膜に銅ワイヤが接続されることになる。
図3は、図2に示す半導体チップCHPの一部領域を拡大した拡大図であり、具体的には、1つの開口部OP3に対応した領域の拡大図である。図3に示すように、例えば、アルミニウム膜からなるパッドPD1の表面の一部を露出する開口部OP1が設けられており、この開口部OP1を介してパッドPD1と電気的に接続されるように再配線RDL1が形成されている。そして、再配線RDL1は、x方向に延在し、x方向に延在した再配線RDL1の一部領域を露出するように開口部OP3が設けられており、この開口部OP3から露出する再配線RDL1と銅からなるワイヤWとが電気的に接続されている。さらに、平面視において、再配線RDL1を内包するように配線溝WD1が形成されている。
<半導体チップのデバイス構造>
次に、本実施の形態1における半導体チップCHPのデバイス構造について説明する。図4は、図3のA−A線で切断した断面図であり、本実施の形態1における半導体装置のデバイス構造の一例を示す図である。特に、図4は、図3において再配線の延在するx方向である配線長方向の断面図に対応する。図4に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板1Sの主面には、集積回路を構成する複数の電界効果トランジスタQが形成されている。そして、この電界効果トランジスタQを覆うように層間絶縁膜が形成されており、この層間絶縁膜を貫通して、電界効果トランジスタQと電気的に接続されるプラグPLGが形成されている。そして、プラグPLGを形成した層間絶縁膜上には、例えば、ダマシン法によって、配線WL1が形成されている。この配線WL1は、プラグPLGを介して、電界効果トランジスタQと電気的に接続されている。ここで、図4では、図示を省略するが、配線WL1上には、多層配線が形成されており、この多層配線層を覆うように最上層の層間絶縁膜ILが形成されている。
次に、本実施の形態1における半導体チップCHPのデバイス構造について説明する。図4は、図3のA−A線で切断した断面図であり、本実施の形態1における半導体装置のデバイス構造の一例を示す図である。特に、図4は、図3において再配線の延在するx方向である配線長方向の断面図に対応する。図4に示すように、例えば、シリコンからなる半導体基板1Sの主面には、集積回路を構成する複数の電界効果トランジスタQが形成されている。そして、この電界効果トランジスタQを覆うように層間絶縁膜が形成されており、この層間絶縁膜を貫通して、電界効果トランジスタQと電気的に接続されるプラグPLGが形成されている。そして、プラグPLGを形成した層間絶縁膜上には、例えば、ダマシン法によって、配線WL1が形成されている。この配線WL1は、プラグPLGを介して、電界効果トランジスタQと電気的に接続されている。ここで、図4では、図示を省略するが、配線WL1上には、多層配線が形成されており、この多層配線層を覆うように最上層の層間絶縁膜ILが形成されている。
そして、図4に示すように、層間絶縁膜IL上には、例えば、アルミニウム合金膜からなるパッドPD1が形成されている。すなわち、半導体基板1Sの上方には、パッドPD1が形成されており、このパッドPD1を覆うように、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜からなる表面保護膜PASが形成されている。この表面保護膜PASには、開口部OP1が形成されており、この開口部OP1の底部からは、パッドPD1の表面の一部が露出している。
続いて、図4に示すように、表面保護膜PAS上には、ポリイミド膜PIF1が形成されており、このポリイミド膜PIF1には、開口部OP2が形成されている。さらに、ポリイミド膜PIF1上には、ポリイミド膜PIF2が形成されており、このポリイミド膜PIF2には、開口部OP2と繋がる配線溝WD1が形成されている。つまり、ポリイミド膜PIF1に形成されている開口部OP2は、表面保護膜PASに形成されている開口部OP1と連通するように形成されており、かつ、ポリイミド膜PIF2に形成されている配線溝WD1とも繋がっている。
次に、開口部OP1から露出するパッドPD1の表面から、開口部OP1の側面と開口部OP2の内壁(底面と側面)と再配線溝WD1の内壁(底面と側面)とにわたって、バリア導体膜BCFが形成されている。そして、このバリア導体膜BCF上に銅膜CUFが形成され、銅膜CUFは、開口部OP1と開口部OP2と配線溝WD1とを埋め込むように形成されている。このように、開口部OP1と開口部OP2と配線溝WD1の内部にわたって、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL1が形成されていることになる。さらに、再配線RDL1は、銅膜CUFの表面の一部領域に形成されたニッケル膜NFと金膜AFとを有している。そして、再配線RDL1を覆うようにポリイミド膜PIF2上にポリイミド膜PIF3が形成されており、このポリイミド膜PIF3には、開口部OP3が形成されている。この開口部OP3の底面からは、再配線RDL1の一部である金膜AFが露出している。そして、この開口部OP3から露出する金膜AFの表面には、例えば、銅を主成分とするワイヤWが接続されている。
ここで、本明細書でいう「主成分」とは、部材を構成する構成材料のうち、最も多く含まれている材料成分のことをいい、例えば、「銅を主成分とする材料」とは、部材の材料が銅を最も多く含んでいることを意味している。本明細書で「主成分」という言葉を使用する意図は、例えば、部材が基本的に銅から構成されているが、その他に不純物を含む場合を排除するものではないことを表現するために使用している。
続いて、再配線RDL1の材料について説明する。再配線RDL1は、バリア導体膜BCFと銅膜CUFとニッケル膜NFと金膜AFとから形成されているため、以下では、バリア導体膜BCFの具体的な材料について説明する。バリア導体膜BCFは、再配線RDL1を構成する配線材料(主に銅)のポリイミド膜PIF1〜PIF3中への拡散を抑制する機能を有する膜から形成されている。例えば、バリア導体膜BCFは、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、チタンタングステン(TiW)膜、クロム(Cr)膜、タンタル(Ta)膜、タングステン(W)膜、窒化タングステン(WN)膜、高融点金属膜、貴金属膜(Pd、Ru、Pt、Niなど)から形成することができる。
このとき、チタン膜の場合の膜厚は、100nm以上であることが望ましく、窒化チタン膜やチタンタングステン膜の場合の膜厚は、50nm以上であることが望ましい。また、クロム膜の場合の膜厚は、50nm以上であることが望ましく、タンタル膜、タングステン膜、窒化タングステン膜の場合の膜厚は、20nm以上であることが望ましい。さらに、高融点金属膜や貴金属膜の場合の膜厚は、50nm以上であることが望ましい。
なお、再配線RDL1の膜厚は、例えば、3μm〜20μm程度であり、再配線RDL1の配線幅は、4μm〜100μm程度である。
続いて、図5は、図3のB−B線で切断した断面図である。すなわち、図5は、図3において再配線RDL1の延在するx方向と交差するy方向(配線幅方向)の断面図に対応する。図5に示すように、層間絶縁膜IL上に表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PAS上にポリイミド膜PIF1が形成されている。さらに、ポリイミド膜PIF1上にポリイミド膜PIF2が形成されており、このポリイミド膜PIF2には、配線溝WD1が形成されている。このとき、図5において、配線溝WD1には傾斜部SLP1が形成されていることがわかる。すなわち、本実施の形態1では、再配線の配線幅方向の断面視において、配線溝WD1に傾斜部SLP1が形成されていることになる。そして、この配線溝WD1の内部には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL1が配置されており、この再配線RDL1を覆うポリイミド膜PIF2上には、ポリイミド膜PIF3が形成されている。ここで、図5に示すように、再配線RDL1の側面SS1Aおよび側面SS1Bのそれぞれからバリア導体膜BCFの端部が露出している。
以上のことから、本実施の形態1における半導体チップCHPは、図2〜図5に示すように、パッドPD1と、パッドPD1を覆う表面保護膜PASと、表面保護膜PASからパッドPD1の表面の一部分を露出する開口部OP1とを備える。さらに、本実施の形態1における半導体チップCHPは、開口部OP1と連通する開口部OP2と、開口部OP2と繋がる配線溝WD1とが形成されたポリイミド膜PIF1(PIF2)と、開口部OP1と開口部OP2と配線溝WD1とに形成された再配線RDL1とを備える。そして、本実施の形態1における半導体チップCHPは、再配線RDL1を覆うポリイミド膜PIF3と、ポリイミド膜PIF3から再配線RDL1の一部分を露出する開口部OP3とを備える。このようにして、本実施の形態1における半導体チップCHPには、パッドPD1の上方に、パッドPD1と電気的に接続される再配線構造が形成されていることになる。
<互いに隣り合う再配線の平面レイアウト構成>
図3〜図5では、1つのパッドPD1と接続される再配線RDL1を取り上げて、再配線構造を接続したが、実際には、例えば、2つのパッドのそれぞれと接続される2つの再配線が並んで配置されているので、以下では、2つのパッドのそれぞれと接続される2つの再配線が並んで配置されている構成を例に挙げて、平面レイアウト構成および配線幅方向における断面構成を説明する。
図3〜図5では、1つのパッドPD1と接続される再配線RDL1を取り上げて、再配線構造を接続したが、実際には、例えば、2つのパッドのそれぞれと接続される2つの再配線が並んで配置されているので、以下では、2つのパッドのそれぞれと接続される2つの再配線が並んで配置されている構成を例に挙げて、平面レイアウト構成および配線幅方向における断面構成を説明する。
図6は、2本の再配線RDL1および再配線RDL2がy方向に並びながら、それぞれx方向に延在している状態を示す模式図である。図6に示すように、パッドPD1とパッドPD2とがy方向に並んで配置されている。そして、パッドPD1の表面の一部領域を露出する開口部OP1が表面保護膜(図示せず)に設けられており、この開口部OP1を介してパッドPD1と電気的に接続されるように再配線RDL1がx方向に延在している。同様に、パッドPD2の表面の一部領域を露出する開口部OP4が表面保護膜(図示せず)に設けられており、この開口部OP4を介してパッドPD2と電気的に接続されるように再配線RDL2がx方向に延在している。したがって、再配線RDL1と再配線RDL2とkは、互いに並行してx方向に延在するように配置されていることになる。
<互いに隣り合う再配線の配線幅方向の断面構成>
次に、互いに隣り合う再配線RDL1と再配線RDL2の配線幅方向の断面構成について説明する。図7は、図6のA−A線で切断した断面図である。図7に示すように、層間絶縁膜IL上には、表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PAS上にポリイミド膜PIF1が形成されている。そして、ポリイミド膜PIF1上には、ポリイミド膜PIF2が形成されており、このポリイミド膜PIF2には、互いに離間して配置された配線溝WD1と配線溝WD2とが形成されている。配線溝WD1には、傾斜部SLP1が形成されており、傾斜部SLP1が形成された配線溝WD1の内部には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL1が形成されている。同様に、配線溝WD2には、傾斜部SLP2が形成されており、傾斜部SLP2が形成された配線溝WD2の内部には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL2が形成されている。
次に、互いに隣り合う再配線RDL1と再配線RDL2の配線幅方向の断面構成について説明する。図7は、図6のA−A線で切断した断面図である。図7に示すように、層間絶縁膜IL上には、表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PAS上にポリイミド膜PIF1が形成されている。そして、ポリイミド膜PIF1上には、ポリイミド膜PIF2が形成されており、このポリイミド膜PIF2には、互いに離間して配置された配線溝WD1と配線溝WD2とが形成されている。配線溝WD1には、傾斜部SLP1が形成されており、傾斜部SLP1が形成された配線溝WD1の内部には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL1が形成されている。同様に、配線溝WD2には、傾斜部SLP2が形成されており、傾斜部SLP2が形成された配線溝WD2の内部には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL2が形成されている。
ここで、再配線RDL1の側面SS1Aおよび側面SS1Bのそれぞれからバリア導体膜BCFの端部が露出している。同様に、再配線RDL1の側面SS1Aと対向する再配線RDL2の側面SS2Bからバリア導体膜BCFの端部が露出している。さらには、再配線RDL2のもう一方の側面SS2Aからもバリア導体膜BCFの端部が露出している。そして、再配線RDL1および再配線RDL2を覆うように、ポリイミド膜PIF2上には、ポリイミド膜PIF3が形成されている。
<実施の形態1における特徴>
続いて、本実施の形態1における特徴点について説明する。本実施の形態1における特徴点は、例えば、図7に示すように、配線幅方向の断面視において、配線溝WD1の側面に傾斜部SLP1が形成され、かつ、配線幅方向における配線溝WD1の最大開口幅L1は、配線幅方向における再配線RDL1の最大配線幅W1よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝WD1は、再配線RDL1を内包している点にある(図6参照)。同様に、本実施の形態1における特徴点は、図7に示すように、配線幅方向の断面視において、配線溝WD2の側面に傾斜部SLP2が形成され、かつ、配線幅方向における配線溝WD2の最大開口幅L2は、配線幅方向における再配線RDL2の最大配線幅W2よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝WD2は、再配線RDL2を内包している点にある(図6参照)。ここで、図7に示すように、再配線RDL1の側面SS1Aにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP1Aと定義し、再配線RDL1の側面SS1Bにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP1Bと定義する。同様に、再配線RDL2の側面SS2Aにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP2Aと定義し、再配線RDL2の側面SS2Bにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP2Bと定義する。
続いて、本実施の形態1における特徴点について説明する。本実施の形態1における特徴点は、例えば、図7に示すように、配線幅方向の断面視において、配線溝WD1の側面に傾斜部SLP1が形成され、かつ、配線幅方向における配線溝WD1の最大開口幅L1は、配線幅方向における再配線RDL1の最大配線幅W1よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝WD1は、再配線RDL1を内包している点にある(図6参照)。同様に、本実施の形態1における特徴点は、図7に示すように、配線幅方向の断面視において、配線溝WD2の側面に傾斜部SLP2が形成され、かつ、配線幅方向における配線溝WD2の最大開口幅L2は、配線幅方向における再配線RDL2の最大配線幅W2よりも大きく、かつ、平面視において、配線溝WD2は、再配線RDL2を内包している点にある(図6参照)。ここで、図7に示すように、再配線RDL1の側面SS1Aにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP1Aと定義し、再配線RDL1の側面SS1Bにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP1Bと定義する。同様に、再配線RDL2の側面SS2Aにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP2Aと定義し、再配線RDL2の側面SS2Bにおいて、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3との接する点を3重点TP2Bと定義する。
この場合、本実施の形態1における特徴点を具現化した一態様として、例えば、図7に示すように、再配線RDL1の側面SS1Aおよび側面SS1Bが配線溝WD1の傾斜部SLP1に接することになる。言い換えれば、側面SS1Aに存在する3重点TP1Aおよび側面SS1Bに存在する3重点TP1Bが配線溝WD1の傾斜部SLP1に存在するということができる。同様に、再配線RDL2の側面SS2Aおよび側面SS2Bが配線溝WD2の傾斜部SLP2に接している。言い換えれば、側面SS2Aに存在する3重点TP2Aおよび側面SS2Bに存在する3重点TP2Bが配線溝WD2の傾斜部SLP2に存在するということができる。
これにより、本実施の形態1における再配線構造によれば、以下に示す効果を得ることができる。例えば、銅のマイグレーションは、積層された膜の界面に沿って進行する。このとき、例えば、図7に示すように、本実施の形態1では、まず、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面は、銅の拡散を防止する機能を有するバリア導体膜BCFによって、銅膜CUFとの接触が防止されている。したがって、まず、本実施の形態1における再配線構造によれば、銅膜CUFの下層に形成されているバリア導体膜BCFによって、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面への銅のマイグレーションが抑制される。一方、再配線RDL1において、バリア導体膜BCFの端部は、側面SS1Aおよび側面SS1Bのそれぞれから露出し、傾斜部SLP1に接している。同様に、再配線RDL2においても、バリア導体膜BCFの端部は、側面SS2Aおよび側面SS2Bのそれぞれから露出し、傾斜部SLP2に接している。したがって、例えば、再配線RDL1の側面SS1Aと再配線RDL2の側面SS2Bとの間に存在するポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面は、バリア導体膜BCFで覆われていないため、銅のマイグレーションが生じる可能性がある。言い換えれば、3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間では、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿って、銅のマイグレーションが生じるおそれがある。
この点に関し、例えば、3重点TP1Aと3重点TP2Bとを結ぶ直線に沿って、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面が形成されている場合を考える。この場合、3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間の距離は短いことから、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿って、銅のマイグレーションが生じると、この銅のマイグレーションによって、再配線RDL1の3重点TP1Aと、再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の実質的な導体間距離はさらに短くなる。このことは、再配線RDL1と再配線RDL2との絶縁距離が短くなることを意味し、これによって、再配線RDL1と再配線RDL2との絶縁耐圧が低下することになる。
これに対し、本実施の形態1では、図7に示すように、配線幅方向の断面視において、ポリイミド膜PIF2に形成されている配線溝WD1に傾斜部SLP1が形成され、かつ、配線溝WD2に傾斜部SLP2が形成されている。そして、本実施の形態1では、3重点TP1Aが傾斜部SLP1に接し、かつ、3重点TP2Aが傾斜部SLP2に接するように、配線溝WD1に再配線RDL1が配置され、かつ、配線溝WD2に再配線RDL2が配置されている。この結果、本実施の形態1では、図7に示すように、ポリイミド膜PIF2の表面形状に沿った3重点TP1A(バリア導体膜BCFの第1端部に相当)と3重点TP2B(バリア導体膜BCFの第2端部に相当)との間の距離は、3重点TP1Aと3重点TP2Bとの直線距離よりも長くなる。このことは、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間の距離が長くなることを意味する。すなわち、銅のマイグレーションは、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿って進行する。このことを考慮すると、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間の距離が長くなるということは、この界面に沿って銅のマイグレーションが生じても、再配線RDL1の3重点TP1Aと、再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の実質的な導体間距離を確保できることを意味する。したがって、本実施の形態1によれば、たとえ、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿って銅のマイグレーションが生じても、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧の低下が起こりにくく、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧を確保することができるのである。このことから、本実施の形態1によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
このように、本実施の形態1における技術的思想は、積極的に銅のマイグレーションを抑制する思想ではなく、銅のマイグレーションが発生することを前提として、如何にマイグレーションに起因する再配線間の絶縁耐圧の低下を抑制できるかという観点に着目した思想である。そして、本実施の形態1では、上述した技術的思想を具現化するにあたって、再配線間の距離を一定に維持しながら、マイグレーションが進行する界面に沿った距離を長くすることができれば、マイグレーションに起因する再配線間の絶縁耐圧の低下を抑制できるという点に着目し、上述した本実施の形態1における特徴点を想到している。
つまり、本実施の形態1における基本思想は、銅のマイグレーションが進行する界面に沿った距離を長くするというものである。この基本思想は、図7に示すように、配線溝WD1(WD2)の側面に傾斜部SLP1(SLP2)を形成し、かつ、配線溝WD1(WD2)の最大開口幅L1(L2)を、再配線RDL1(RDL2)の最大配線幅W1(W2)よりも大きくし、さらに、配線溝WD1(WD2)が再配線RDL1(RDL2)を内包する構成として具現化されることになる。
以上のようにして、本実施の形態1における再配線構造によれば、たとえ、銅のマイグレーションが生じても、再配線間の実質的な絶縁距離を確保することができ、これによって、再配線間の絶縁耐圧の低下を抑制することができる。このことから、本実施の形態1における再配線構造を適用した半導体装置によれば、信頼性の向上を図ることができる。
<変形例1>
次に、本変形例1における再配線構造について説明する。図8は、配線幅方向の断面視において、本変形例1における再配線構造を示す断面図である。図8に示す再配線構造では、図7とは異なり、再配線RDL1の側面SS1Aおよび側面SS1Bのそれぞれは、配線溝WD1の底面BS1に接している。言い換えれば、本変形例1における再配線構造では、3重点TP1Aおよび3重点TP1Bは、配線溝WD1の底面BS1に存在するということもできる。つまり、バリア導体膜BCFの端部は、配線溝WD1の底面BS1に接しているということもできる。同様に、再配線RDL2の側面SS2Aおよび側面SS2Bのそれぞれは、配線溝WD2の底面BS2に接しており、したがって、3重点TP2Aおよび3重点TP2Bは、配線溝WD2の底面BS2に存在するということができる。つまり、バリア導体膜BCFの端部は、配線溝WD2の底面BS2に接しているということもできる。
次に、本変形例1における再配線構造について説明する。図8は、配線幅方向の断面視において、本変形例1における再配線構造を示す断面図である。図8に示す再配線構造では、図7とは異なり、再配線RDL1の側面SS1Aおよび側面SS1Bのそれぞれは、配線溝WD1の底面BS1に接している。言い換えれば、本変形例1における再配線構造では、3重点TP1Aおよび3重点TP1Bは、配線溝WD1の底面BS1に存在するということもできる。つまり、バリア導体膜BCFの端部は、配線溝WD1の底面BS1に接しているということもできる。同様に、再配線RDL2の側面SS2Aおよび側面SS2Bのそれぞれは、配線溝WD2の底面BS2に接しており、したがって、3重点TP2Aおよび3重点TP2Bは、配線溝WD2の底面BS2に存在するということができる。つまり、バリア導体膜BCFの端部は、配線溝WD2の底面BS2に接しているということもできる。
このように構成されている本変形例1における再配線構造でも、ポリイミド膜PIF2に形成された傾斜部SLP1および傾斜部SLP2を設けることにより、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間の距離を長くすることができる。この結果、本変形例1においても、たとえ、銅のマイグレーションが生じても、再配線RDL1と再配線RDL2との間の実質的な絶縁距離を確保することができ、これによって、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧の低下を抑制することができる。すなわち、本変形例1における再配線構造を適用した半導体装置によっても、半導体装置の信頼性を向上することができる。
なお、図8において、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った3重点TP1Aと3重点TP2Bとの距離は、傾斜部SLP1と傾斜部SLP2を形成することにより長くなる。一方、図8に示すように、3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間には、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面も存在し、この界面は、直線的に形成されている。したがって、本変形例1では、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った経路と、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面に沿った経路との2系統の経路によって、銅のマイグレーションが進行する可能性がある。この点に関し、本変形例1では、上述した傾斜部SLP1および傾斜部SLP2の存在によって、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿ったマイグレーションの進行経路は長くすることができる。一方、本変形例1の構成では、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面に沿ったマイグレーションの進行経路は直線的に形成されることになる。このことから、本変形例1では、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面に沿ったマイグレーションの進行経路については、前記実施の形態1における基本思想(界面に沿った経路長を長くする思想)が具現化されていないことになる。したがって、本変形例1では、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面に沿ったマイグレーションによって、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧が低下することが懸念される。この点に関し、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面が存在するのは、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2とを別々の膜として形成しているからであって、例えば、本変形例1における再配線構造において、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2とを一体的に1つの膜として形成すれば、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2との界面が存在しなくなる。したがって、本変形例1では、傾斜部SLP1と傾斜部SLP2を設けることにより、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿ったマイグレーションの進行経路を長くする構成とともに、ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF2とを一体的に1つの膜として形成する構成を採用することが望ましい。この組み合わせ構成によれば、確実に、銅のマイグレーションに起因する再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧の低下を効果的に抑制することができる。
<変形例2>
続いて、本変形例2における再配線構造について説明する。図9は、配線幅方向の断面視において、本変形例2における再配線構造を示す断面図である。図9に示す再配線構造では、ポリイミド膜PIF2に傾斜部SLP1を有する配線溝WD1と傾斜部SLP2を有する配線溝WD2とを設けるとともに、配線溝WD1と配線溝WD2との間のポリイミド膜PIF2の表面に凹凸形状10を設けている。
続いて、本変形例2における再配線構造について説明する。図9は、配線幅方向の断面視において、本変形例2における再配線構造を示す断面図である。図9に示す再配線構造では、ポリイミド膜PIF2に傾斜部SLP1を有する配線溝WD1と傾斜部SLP2を有する配線溝WD2とを設けるとともに、配線溝WD1と配線溝WD2との間のポリイミド膜PIF2の表面に凹凸形状10を設けている。
これにより、本変形例2によれば、再配線RDL1と再配線RDL2との間の距離を一定にしながら、さらに、銅のマイグレーションが進行するポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間の距離を長くすることができる。つまり、本変形例2によれば、ポリイミド膜PIF2の表面に凹凸形状10を設けることにより、3重点TP1Aと3重点TP2Bとの間の距離をさらに長くできる点に特徴点がある。
ポリイミド膜PIF2の表面に形成される凹凸形状10は、例えば、ポリイミド膜PIF2に配線溝WD1および配線溝WD2を形成するフォトリソグラフィ工程を利用することができる。特に、配線溝WD1と配線溝WD2との間の距離を解像限界よりも狭くすることにより、凹凸形状用のマスクパターンを形成することなく、解像しない光の強度分布(明暗パターン)に応じて、自然に凹凸形状10を形成することができる。例えば、ポリイミド膜PIF2は、4μm程度まで解像するが、配線溝WD1と配線溝WD2との間の距離を解像限界以下の1μm程度にすることにより、凹凸形状10を形成できる。
さらに、本変形例2によれば、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に凹凸形状10が形成されているため、凹凸形状10によるアンカー効果によって、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との密着性を向上することができる。ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との密着性を向上できるということは、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に隙間が生じにくくなることを意味する。このことは、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿って、銅のマイグレーションが進行しにくくなることを意味する。したがって、本変形例2によれば、凹凸形状10によって、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った距離が長くなる点と、凹凸形状10に起因するアンカー効果によって、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との密着性が向上する点との相乗効果によって、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧の低下を効果的に抑制することができる。
<半導体装置の製造方法>
次に、本実施の形態1における半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、製造工程を示す図面においては、再配線の配線長方向の断面図(左図)と、再配線の配線幅方向の断面図(右図)とを並べて図示している。
次に、本実施の形態1における半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、製造工程を示す図面においては、再配線の配線長方向の断面図(左図)と、再配線の配線幅方向の断面図(右図)とを並べて図示している。
まず、例えば、シリコンからなる半導体基板を用意し、この半導体基板に複数の電界効果トランジスタを形成する。その後、複数の電界効果トランジスタを形成した半導体基板上に多層配線層を形成する。図10では、多層配線層の最上層に形成されている層間絶縁膜ILが図示されている。図10に示すように、層間絶縁膜IL上に、例えば、アルミニウム膜やアルミニウム合金膜(AlSi膜やAlSiCu膜など)からなる導体膜を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、導体膜をパターニングすることにより、パッドPD1(PD2)を形成する。
次に、パッドPD1(PD2)を覆う層間絶縁膜IL上に表面保護膜PASを形成する。表面保護膜PASは、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜から形成され、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用することにより形成することができる。その後、図11に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、表面保護膜PASに開口部OP1(OP4)を形成する。このとき、開口部OP1(OP4)の底面にパッドPD1(PD2)の一部領域が露出する。
続いて、図12に示すように、開口部OP1(OP4)を形成した表面保護膜PAS上に、感光性を有するポリイミド膜PIF1を形成した後、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、ポリイミド膜PIF1に開口部OP2(OP5)を形成する。この開口部OP2(OP5)は、表面保護膜PASに形成された開口部OP1(OP4)と連通するように形成される。
そして、図13に示すように、開口部OP2(OP5)を形成したポリイミド膜PIF1上にポリイミド膜PIF2を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、ポリイミド膜PIF2に配線溝WD1および配線溝WD2を形成する。配線溝WD1(WD2)は、ポリイミド膜PIF1に形成された開口部OP2(OP5)と繋がるように形成される。このとき、図13の右図に示すように、配線幅方向の断面視において、配線溝WD1の側面には、傾斜部SLP1が形成され、配線溝WD2の側面には、傾斜部SLP2が形成される。これらの傾斜部SLP1および傾斜部SLP2の水平面からの傾斜角度は、30°〜60°に設定することができ、例えば、45°に設定される。つまり、垂直面の傾斜角度は90°であることから、傾斜部SLP1および傾斜部SLP2の傾斜角度は、90°よりも小さくなることになる。
次に、図14に示すように、開口部OP1(OP4)の内壁と開口部OP2(OP5)の内壁と配線溝WD1(WD2)の内壁とを含むポリイミド膜PIF2上にバリア導体膜BCFを形成する。このバリア導体膜BCFは、例えば、チタン膜や窒化チタン膜などから形成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。その後、例えば、スパッタリング法を使用することにより、バリア導体膜BCF上に銅膜からなるシード膜SDFを形成する。
続いて、図15に示すように、シード膜SDF上にレジスト膜PR1を形成した後、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜PR1をパターニングする。レジスト膜PR1のパターニングは、再配線を形成する領域を開口するように行なわれる。そして、図16に示すように、例えば、電解めっき法を使用することにより、バリア導体膜BCFを介して、開口部OP1(OP4)と開口部OP2(OP5)と配線溝WD1(WD2)とを埋め込む銅膜CUFを形成する。その後、図17に示すように、銅膜CUF上を含むレジスト膜PR1上にレジスト膜PR2を形成し、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜PR2に開口領域を形成する。この開口領域からは銅膜CUFの表面の一部が露出する。次に、レジスト膜PR2に形成された開口領域から露出する銅膜CUF上に、例えば、電解めっき法を使用することにより、ニッケル膜NFと金膜AFとの積層膜を形成する。
その後、図18に示すように、レジスト膜PR2およびレジスト膜PR1を除去する。これにより、再配線RDL1および再配線RDL2を形成することができる。続いて、図19に示すように、再配線RDL1および再配線RDL2のそれぞれに含まれる銅膜CUFを部分的にエッチングする。図19に示すように、このエッチング工程は、配線幅方向における配線溝WD1の最大開口幅L1が、配線幅方向における再配線RDL1の最大配線幅W1よりも大きくなり、かつ、平面視において、配線溝WD1が、再配線RDL1を内包するように行なわれる。同様に、このエッチング工程によって、配線幅方向における配線溝WD2の最大開口幅L2が、配線幅方向における再配線RDL2の最大配線幅W2よりも大きくなり、かつ、平面視において、配線溝WD2が、再配線RDL2を内包することになる。具体的には、図19に示すように、配線幅方向の断面視において、再配線RDL1の側面は、傾斜部SLP1に接し、かつ、再配線RDL2の側面は、傾斜部SLP2に接することになる。なお、図19以降の製造工程図においては、銅膜CUFとシード膜SDFとを一体的に銅膜CUFと記載している。
そして、図20に示すように、例えば、ウェットエッチングを使用することにより、再配線RDL1および再配線RDL2から露出するバリア導体膜BCFを除去する。この結果、図20に示すように、配線幅方向の断面視において、再配線RDL1の側面からバリア導体膜BCFの端部が露出し、バリア導体膜BCFの端部は、傾斜部SLP1に接することになる。同様に、再配線RDL2の側面からバリア導体膜BCFの端部が露出し、バリア導体膜BCFの端部は、傾斜部SLP2に接することになる。
次に、図21に示すように、再配線RDL1および再配線RDL2を覆うように、ポリイミド膜PIF2上にポリイミド膜PIF3を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、再配線RDL1の一部分を露出する開口部OP3(OP6)を形成する。このとき、開口部OP3(OP6)からは、金膜AFが露出する。
以上のようにして、本実施の形態1における再配線構造を形成することができる。本実施の形態1における再配線構造によれば、例えば、図21の右図に示すように、互いに隣り合う再配線RDL1と再配線RDL2は、再配線RDL1の側面が配線溝WD1に設けられている傾斜部SLP1に接し、かつ、再配線RDL2の側面が配線溝WD2に設けられた傾斜部SLP2に接するように形成される。この結果、本実施の形態1における再配線構造によれば、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3との界面に沿った再配線RDL1と再配線RDL2との間の距離を長くすることができる。このため、本実施の形態1によれば、たとえ、ポリイミド膜PIF2とポリイミド膜PIF3の界面に沿って、銅のマイグレーションが発生しても、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧を確保することができる。したがって、本実施の形態1における再配線構造を有する半導体装置によれば、信頼性を向上することができる。
(実施の形態2)
<再配線構造>
本実施の形態2では、互いに隣り合う再配線において、界面に沿った再配線間の距離を長くする技術的思想を、前記実施の形態1とは別の構成で具現化した例について説明する。
<再配線構造>
本実施の形態2では、互いに隣り合う再配線において、界面に沿った再配線間の距離を長くする技術的思想を、前記実施の形態1とは別の構成で具現化した例について説明する。
図22は、配線幅方向の断面視において、互いに隣り合う再配線RDL1と再配線RDL2との構成を示す断面図である。図22において、層間絶縁膜IL上に表面保護膜PASが形成されており、この表面保護膜PAS上に互いに離間してポリイミド膜PIF1が形成されている。そして、互いに離間したポリイミド膜PIF1のうちの一方のポリイミド膜PIF1上には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL1が形成され、互いに離間したポリイミド膜PIF1のうちの他方のポリイミド膜PIF1上には、バリア導体膜BCFと銅膜CUFからなる再配線RDL2が形成されている。さらに、この再配線RDL1および再配線RDL2を覆うように、ポリイミド膜PIF3が形成されている。このように構成されている本実施の形態2における再配線構造では、例えば、図22に示す再配線RDL1に着目すると、再配線RDL1の右側の側面SS1Aに、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3とが接する3重点TP1Aが存在している。また、再配線RDL1の左側の側面SS1Bに、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3とが接する3重点TP1Bが存在している。同様に、図22に示す再配線RDL2に着目すると、再配線RDL2の右側の側面SS2Aに、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3とが接する3重点TP2Aが存在し、再配線RDL2の左側の側面SS2Bに、銅膜CUFとバリア導体膜BCFとポリイミド膜PIF3とが接する3重点TP2Bが存在している。
ここで、本実施の形態2における特徴点は、例えば、図22に示すように、再配線RDL1の下層に形成されているポリイミド膜PIF1は、再配線RDL1と平面的に重なる領域にだけ形成されている点にある。同様に、本実施の形態2における特徴点は、例えば、図22に示すように、再配線RDL2の下層に形成されているポリイミド膜PIF1は、再配線RDL2と平面的に重なる領域にだけ形成されている点にある。言い換えれば、本実施の形態2における特徴点は、再配線RDL1の下層に形成されているポリイミド膜PIF1の配線幅方向の幅と再配線RDL1の配線幅方向の幅とは等しく、再配線RDL2の下層に形成されているポリイミド膜PIF1の配線幅方向の幅と再配線RDL2の配線幅方向の幅とは概ね等しくなっているということができる。
これにより、本実施の形態2における再配線構造によれば、以下に示す効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態2における再配線構造によれば、図22に示すように、再配線RDL1の3重点TP1Aと再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の界面に沿った経路は、実線矢印で示す経路となる。つまり、本実施の形態2における再配線構造によれば、再配線RDL1の3重点TP1Aと再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の界面に沿った経路を破線矢印で示す直線距離よりも長くすることができるのである。このことは、再配線RDL1の3重点TP1Aと再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の界面に沿って、銅のマイグレーションが生じても、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧を確保できることを意味する。
例えば、配線幅方向に連続して形成されたポリイミド膜PIF1上に再配線RDL1と再配線RDL2とを形成する場合、再配線RDL1の3重点TP1Aと再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の界面(ポリイミド膜PIF1とポリイミド膜PIF3との界面)に沿った経路は、図22の破線矢印で示す直線経路となる。これに対し、本実施の形態2における再配線構造によれば、再配線RDL1の3重点TP1Aと再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の界面に沿った経路を、図22の破線矢印で示す直線経路よりも長い図22の実線矢印で示す経路とすることができるのである。つまり、本実施の形態2における再配線構造によれば、再配線RDL1の3重点TP1Aと再配線RDL2の3重点TP2Bとの間の界面に沿った経路を長くすることができるのである。このことから、本実施の形態2における再配線構造によれば、銅のマイグレーションが生じても、再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧を確保できる。
このように、本実施の形態2における再配線構造では、再配線RDL1の下層に形成されているポリイミド膜PIF1を再配線RDL1と平面的に重なる領域にだけに形成し、かつ、再配線RDL2の下層に形成されているポリイミド膜PIF1を再配線RDL2と平面的に重なる領域にだけに形成している。これにより、本実施の形態2によれば、銅のマイグレーションに起因する再配線RDL1と再配線RDL2との間の絶縁耐圧の低下を抑制することができ、これによって、半導体装置の信頼性を向上することができる。
<再配線構造の製造方法>
次に、本実施の形態2における再配線構造の製造方法について図面を参照しながら説明する。図23〜図25では、再配線の配線長方向の断面図(左図)と、再配線の配線幅方向の断面図(右図)とを並べて図示している。
次に、本実施の形態2における再配線構造の製造方法について図面を参照しながら説明する。図23〜図25では、再配線の配線長方向の断面図(左図)と、再配線の配線幅方向の断面図(右図)とを並べて図示している。
まず、図23に示す状態では、既に、パッドPD1(PD2)を覆う表面保護膜PASを形成する工程と、表面保護膜PASにパッドPD1(PD2)の表面の一部を露出する開口部OP1(OP4)を形成する工程と表面保護膜PAS上にポリイミド膜PIF1を形成する工程とが実施されている。さらに、図23に示す状態では、既に、ポリイミド膜PIF1に、開口部OP1(OP4)と連通する開口部OP2(OP5)を形成する工程と、開口部OP1(OP4)と開口部OP2(OP5)とを埋め込み、かつ、ポリイミド膜PIF1上を延在する再配線RDL1(RDL2)を形成する工程とも実施されている。このとき、図23に示す状態では、図23の右図に示すように、配線幅方向に連続して形成されているポリイミド膜PIF1上に、再配線RDL1と再配線RDL2とが形成されていることがわかる。
続いて、図24に示すように、再配線RDL1および再配線RDL2をマスクにして、ポリイミド膜PIF1を加工する。具体的には、再配線RDL1および再配線RDL2をマスクにして、ポリイミド膜PIF1に酸素プラズマを使用したアッシング処理を施す。これにより、図24に示すように、再配線RDL1と平面的に重なる領域にだけ形成されたポリイミド膜PIF1を再配線RDL1の下層に形成することができるとともに、再配線RDL2と平面的に重なる領域にだけ形成されたポリイミド膜PIF1を再配線RDL2の下層に形成することができる。
そして、図25に示すように、再配線RDL1および再配線RDL2を覆うポリイミド膜PIF3を形成し、その後、このポリイミド膜PIF3に、再配線RDL1(RDL2)の一部分を露出する開口部OP3(OP6)を形成する。以上のようにして、本実施の形態2における再配線構造を製造することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
<変形例>
前記実施の形態では、再配線の主要な構成膜として銅膜を使用する例について説明したが、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、再配線の主要な構成膜を銀膜(Ag膜)から構成することもできる。この場合、銀膜と銅ワイヤとの密着性は良好であることから、再配線の銅ワイヤとの密着性を向上するための金膜を形成することが不要となる。この結果、半導体装置の製造工程の簡略化、および、高価な金膜を使用しないことによる製造コストの削減を図ることができる。
前記実施の形態では、再配線の主要な構成膜として銅膜を使用する例について説明したが、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、再配線の主要な構成膜を銀膜(Ag膜)から構成することもできる。この場合、銀膜と銅ワイヤとの密着性は良好であることから、再配線の銅ワイヤとの密着性を向上するための金膜を形成することが不要となる。この結果、半導体装置の製造工程の簡略化、および、高価な金膜を使用しないことによる製造コストの削減を図ることができる。
前記実施の形態は、以下の形態を含む。
(付記1)
第1パッドと、
前記第1パッドを覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜から前記第1パッドの表面の一部分を露出する第1開口部と、
前記第1開口部と連通する第2開口部が形成された第1ポリイミド膜と、
前記第1開口部と前記第2開口部とを埋め込み、かつ、前記第1ポリイミド膜上に形成された第1配線と、
前記第1配線を覆う第2ポリイミド膜と、
前記第2ポリイミド膜から前記第1配線の一部分を露出する第3開口部と、
を備え、
前記第1ポリイミド膜は、前記第1配線と平面的に重なる領域にだけ形成されている、半導体装置。
第1パッドと、
前記第1パッドを覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜から前記第1パッドの表面の一部分を露出する第1開口部と、
前記第1開口部と連通する第2開口部が形成された第1ポリイミド膜と、
前記第1開口部と前記第2開口部とを埋め込み、かつ、前記第1ポリイミド膜上に形成された第1配線と、
前記第1配線を覆う第2ポリイミド膜と、
前記第2ポリイミド膜から前記第1配線の一部分を露出する第3開口部と、
を備え、
前記第1ポリイミド膜は、前記第1配線と平面的に重なる領域にだけ形成されている、半導体装置。
(付記2)
付記1に記載の半導体装置において、
前記第1配線の配線長方向を第1方向とし、前記第1方向と交差する前記第1配線の配線幅方向を第2方向とする場合、前記第1ポリイミド膜の前記第2方向の幅と前記第1配線の前記第2方向の幅とは等しい、半導体装置。
付記1に記載の半導体装置において、
前記第1配線の配線長方向を第1方向とし、前記第1方向と交差する前記第1配線の配線幅方向を第2方向とする場合、前記第1ポリイミド膜の前記第2方向の幅と前記第1配線の前記第2方向の幅とは等しい、半導体装置。
(付記3)
(a)第1パッドを覆う絶縁膜を形成する工程、
(b)前記絶縁膜に前記第1パッドの表面の一部を露出する第1開口部を形成する工程、
(c)前記絶縁膜上に第1ポリイミド膜を形成する工程、
(d)前記第1ポリイミド膜に、前記第1開口部と連通する第2開口部を形成する工程、
(e)前記第1開口部と前記第2開口部とを埋め込み、かつ、前記第1ポリイミド膜上を延在する第1配線を形成する工程、
(f)前記第1配線をマスクにして、前記第1ポリイミド膜を加工する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記第1配線を覆う第2ポリイミド膜を形成する工程、
(h)前記第2ポリイミド膜に、前記第1配線の一部分を露出する第3開口部を形成する工程、
を備える、半導体装置の製造方法。
(a)第1パッドを覆う絶縁膜を形成する工程、
(b)前記絶縁膜に前記第1パッドの表面の一部を露出する第1開口部を形成する工程、
(c)前記絶縁膜上に第1ポリイミド膜を形成する工程、
(d)前記第1ポリイミド膜に、前記第1開口部と連通する第2開口部を形成する工程、
(e)前記第1開口部と前記第2開口部とを埋め込み、かつ、前記第1ポリイミド膜上を延在する第1配線を形成する工程、
(f)前記第1配線をマスクにして、前記第1ポリイミド膜を加工する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記第1配線を覆う第2ポリイミド膜を形成する工程、
(h)前記第2ポリイミド膜に、前記第1配線の一部分を露出する第3開口部を形成する工程、
を備える、半導体装置の製造方法。
(付記4)
付記3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程は、前記第1配線をマスクにして、前記第1ポリイミド膜をアッシングする工程である、半導体装置の製造方法。
付記3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程は、前記第1配線をマスクにして、前記第1ポリイミド膜をアッシングする工程である、半導体装置の製造方法。
(付記5)
付記3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程の後、前記第1ポリイミド膜は、前記第1配線と平面的に重なる領域にだけ形成されている、半導体装置の製造方法。
付記3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(f)工程の後、前記第1ポリイミド膜は、前記第1配線と平面的に重なる領域にだけ形成されている、半導体装置の製造方法。
L1 最大開口幅
L2 最大開口幅
OP1 開口部
OP2 開口部
OP3 開口部
OP4 開口部
OP5 開口部
OP6 開口部
PAS 表面保護膜
PD1 パッド
PD2 パッド
PIF1 ポリイミド膜
PIF2 ポリイミド膜
PIF3 ポリイミド膜
RDL1 再配線
RDL2 再配線
SLP1 傾斜部
SLP2 傾斜部
W1 最大配線幅
W2 最大配線幅
WD1 配線溝
WD2 配線溝
L2 最大開口幅
OP1 開口部
OP2 開口部
OP3 開口部
OP4 開口部
OP5 開口部
OP6 開口部
PAS 表面保護膜
PD1 パッド
PD2 パッド
PIF1 ポリイミド膜
PIF2 ポリイミド膜
PIF3 ポリイミド膜
RDL1 再配線
RDL2 再配線
SLP1 傾斜部
SLP2 傾斜部
W1 最大配線幅
W2 最大配線幅
WD1 配線溝
WD2 配線溝
Claims (16)
- 第1パッドと、
前記第1パッドを覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜から前記第1パッドの表面の一部分を露出する第1開口部と、
前記第1開口部と繋がる第2開口部が形成された第1ポリイミド膜と、
前記第2開口部と繋がる第1配線溝が形成された第2ポリイミド膜と、
前記第1開口部と前記第2開口部と前記第1配線溝とに形成された第1配線と、
前記第1配線を覆う第3ポリイミド膜と、
前記第3ポリイミド膜から前記第1配線の一部分を露出する第3開口部と、
を備え、
前記第1配線の配線長方向を第1方向とし、前記第1方向と交差する前記第1配線の配線幅方向を第2方向とする場合、前記第2方向の断面視において、前記第1配線溝の側面には、第1傾斜部が形成され、かつ、前記第2方向における前記第1配線溝の最大開口幅は、前記第2方向における前記第1配線の最大配線幅よりも大きく、
平面視において、前記第1配線溝は、前記第1配線を内包する、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1配線の側面は、前記第1傾斜部に接している、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1配線の側面は、前記第1配線溝の底面に接している、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1配線は、第1バリア導体膜と、前記第1バリア導体膜上に形成された第1導体膜とを含む、半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置において、
前記第1配線の側面から前記第1バリア導体膜の端部が露出している、半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記第1バリア導体膜の前記端部は、前記第1傾斜部に接している、半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記第1バリア導体膜の前記端部は、前記第1配線溝の底面に接している、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
さらに、半導体装置は、第2パッドを有し、
前記第1ポリイミド膜には、前記第1配線溝と離間する第2配線溝が形成され、
前記第2配線溝には、前記第1配線と隣り合う第2配線であって、前記第2パッドと電気的に接続された前記第2配線が形成され、
前記第2方向の断面視において、前記第2配線溝の側面には、第2傾斜部が形成され、かつ、前記第2方向における前記第2配線溝の最大開口幅は、前記第2方向における前記第2配線の最大配線幅よりも大きく、
平面視において、前記第2配線溝は、前記第2配線を内包する、半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
前記第1配線は、第1バリア導体膜と、前記第1バリア導体膜上に形成された第1導体膜とを含み、
前記第2配線は、第2バリア導体膜と、前記第2バリア導体膜上に形成された第2導体膜とを含み、
前記第1配線の第1側面から前記第1バリア導体膜の第1端部が露出し、
前記第1側面と対向する前記第2配線の第2側面から前記第2バリア導体膜の第2端部が露出している、半導体装置。 - 請求項9に記載の半導体装置において、
前記第2ポリイミド膜の表面形状に沿った前記第1端部と前記第2端部との間の距離は、前記第1端部と前記第2端部の直線距離よりも長い、半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
前記第1配線溝と前記第2配線溝との間の前記第2ポリイミド膜の表面には、凹凸形状が形成されている、半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1ポリイミド膜と前記第2ポリイミド膜とは、一体的に形成されている、半導体装置。 - (a)第1パッドを覆う絶縁膜を形成する工程、
(b)前記絶縁膜に前記第1パッドの表面の一部を露出する第1開口部を形成する工程、
(c)前記絶縁膜上に第1ポリイミド膜を形成する工程、
(d)前記第1ポリイミド膜に、前記第1開口部と繋がる第2開口部を形成する工程、
(e)前記第1ポリイミド膜上に第2ポリイミド膜を形成する工程、
(f)前記第2ポリイミド膜に、前記第2開口部と繋がる第1配線溝を形成する工程、
(g)前記第1開口部と前記第2開口部と前記第1配線溝とを埋め込む第1配線を形成する工程、
(h)前記第1配線を部分的にエッチングする工程、
(i)前記(h)工程の後、前記第1配線を覆う第3ポリイミド膜を形成する工程、
(j)前記第3ポリイミド膜に、前記第1配線の一部分を露出する第3開口部を形成する工程、
を備え、
前記第1配線の配線長方向を第1方向とし、前記第1方向と交差する前記第1配線の配線幅方向を第2方向とする場合、前記(f)工程は、前記第2方向の断面視において、前記第1配線溝の側面に第1傾斜部を形成し、
前記(h)工程の後において、前記第2方向における前記第1配線溝の最大開口幅は、前記第2方向における前記第1配線の最大配線幅よりも大きく、かつ、平面視において、前記第1配線溝は、前記第1配線を内包する、半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程の後、前記第2方向の断面視において、前記第1配線の側面は、前記第1傾斜部に接している、半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程は、
(g1)前記第1開口部の内面と前記第2開口部の内面と前記第1配線溝の内面とを含む前記第2ポリイミド膜上に第1バリア導体膜を形成する工程、
(g2)前記第1バリア導体膜を介して、前記第1開口部と前記第2開口部と前記第1配線溝とを埋め込む第1導体膜を形成することにより、前記第1バリア導体膜と前記第1導体膜を含む前記第1配線を形成する工程、
を有し、
前記(h)工程の後、前記第2方向の断面視において、前記第1配線の側面から前記第1バリア導体膜の端部が露出し、前記第1バリア導体膜の前記端部は、前記第1傾斜部に接している、半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程では、第2パッドを覆う前記絶縁膜を形成し、
前記(b)工程では、前記絶縁膜に前記第2パッドの表面の一部を露出する第4開口部を形成し、
前記(d)工程では、前記第4開口部と繋がる第5開口部を形成し、
前記(f)工程では、前記第5開口部と繋がる第2配線溝を形成し、かつ、前記第2方向の断面視において、前記第2配線溝の側面に第2傾斜部を形成し、
前記(g)工程では、前記第4開口部と前記第5開口部と前記第2配線溝とを埋め込む第2配線を形成し、
前記(h)工程では、前記第2配線を部分的にエッチングし、
前記(i)工程では、前記(h)工程の後、前記第2配線を覆う前記第3ポリイミド膜を形成し、
前記(j)工程では、前記第3ポリイミド膜に、前記第2配線の一部分を露出する第6開口部を形成し、
前記(h)工程の後において、前記第2方向における前記第2配線溝の最大開口幅は、前記第2方向における前記第2配線の最大配線幅よりも大きく、かつ、平面視において、前記第2配線溝は、前記第2配線を内包する、半導体装置の製造方法。
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