JP3720391B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体装置の高密度化に伴い、半導体素子の多層化の開発が進められ、最近の半導体装置においては、一般的に、半導体チップと封止樹脂の間のバッファとして、また、配線層を積層する際の層間絶縁膜として、ポリイミド膜が用いられている。図12〜図16は、半導体チップと封止樹脂の間のバッファとしてポリイミド膜を用いた従来の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。また、図17は、その製造工程を示したフローチャートである。まず、図12に示すように、シリコン等から構成された半導体基板1上にボンディングパット2及び絶縁膜3が形成されており(図17のステップS1)、その上にポリイミド膜4が全体的に塗布され、また、ポリイミド膜4上にはレジスト5が塗布されている。次に、フォトマスク等を用いて露光した後に溶媒に浸して図13に示すように必要な部分のレジスト5だけを残し、その後に、レジスト5に覆われていない部分のポリイミド膜4を有機アルカリ溶液等の現像液で溶かして図14に示すように除去し、さらに、図15に示すように残りのレジスト5を除去することによりポリイミドパターンが形成される(図17のステップS2)。
【0003】
このとき、現像液で溶けたポリイミド膜4がとびきらずに、ポリイミド残渣4aがボンディングパッド2及び絶縁膜3上に残ってしまう。または、ボンディングパット2をポリイミドパターン形成時の現像液から保護する目的で、厚さ数μm程度に薄いポリイミド膜(図示せず)を、図15のポリイミド残渣4と同様に、ボンディングパッド2及び絶縁膜3上に残す場合もある。このようにしてパターン形成されたポリイミド膜4は、次に、約350℃で加熱され硬化される(図17のステップS3)。硬化後、ボンディングパット2及び絶縁膜3上に存在するポリイミド残渣4a、または、ボンディングパッド2の保護のために残した薄いポリイミド膜(図示せず)を、図16に示すように、酸素プラズマ6を用いたアッシャーで除去する(図17のステップS4)。この時、ポリイミド膜4の表面がアッシャーにより荒らされ、ダメージ層4bが発生する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の製造方法において製造した半導体装置においては、ダメージ層4bはポリイミド膜4との密着力が弱いため、図18に示すように、ボンディングパッド2に外部電極(図示せず)と接続するためのワイヤー7をボンディングした後に樹脂8により樹脂封止を行なった場合、封止樹脂8がダメージ層4bとともにポリイミド膜4から剥離してしまうことがあり、ポリイミド膜4と封止樹脂8との密着性が悪く信頼性が劣るという課題を有していた。
【0005】
また、ボンディングパット2上に突起電極9を形成する場合(図10参照)や、ポリイミド膜4を層間絶縁膜として用いる場合(図11参照)、ダメージ層4b上にスパッタリング法等により金属膜を形成するが、その場合に、ダメージ層4bにより金属膜とポリイミド膜4との密着性が悪くなってしまうという課題や、または、ダメージ層4bと金属膜が混合層を形成してしまい、そのために、エッチングの際の溶剤にその混合層が溶けきらずに残ってしまい、エッチング不良となるなどの課題を有していた。
【0006】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ポリイミド膜4の表面に生じたダメージ層4bを完全に除去し、ポリイミド膜4と封止樹脂および金属膜との密着性を向上させ、それにより、封止樹脂および金属膜等の剥離を防止し、信頼性の高い半導体装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、請求項1の発明は、半導体基板と、上記半導体基板に設けられ、上記半導体基板上に形成された後に加熱して硬化されているとともに、当該加熱後のアッシング処理により発生するダメージ層を除去するための加熱処理およびスパッタエッチング処理が施された表面を有するポリイミドパターンとを備えた半導体装置であって、上記ダメージ層を除去するための上記加熱処理は、300〜500℃において1時間以上行うものであり、上記スパッタエッチング処理は上記加熱処理に続けて行うものである。
【0008】
請求項2の発明によれば、半導体基板と、上記半導体基板に設けられ、ダメージ層を除去するための酸洗浄およびスパッタエッチング処理が施された表面を有するポリイミドパターンとを備えた半導体装置であって、上記スパッタエッチング処理は上記酸洗浄処理に続けて行うものである。
【0009】
また、請求項3の発明によれば、ポリイミドパターンとともに半導体基板の表面を封止する封止樹脂を備えている。
【0010】
また、請求項4の発明によれば、ポリイミドパターン上および半導体基板上に設けられた金属膜を備えている。
【0011】
請求項5の発明によれば、半導体基板上にポリイミド膜からなるポリイミドパターンを形成する工程と、形成された上記ポリイミドパターンを加熱により硬化させる工程と、不要部に残ったポリイミド残渣をアッシングにより除去する工程と、上記ポリイミドパターンを加熱して、ダメージ層を減少させる工程と、上記ポリイミドパターンの表面をスパッタエッチングして、上記ダメージ層を除去する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、上記ダメージ層を減少させるための上記加熱は、300〜500℃において1時間以上行い、上記スパッタエッチング処理は、上記ダメージ層を減少させるための上記加熱処理に続けて行う。
【0013】
請求項6の発明によれば、半導体基板上にポリイミド膜からなるポリイミドパターンを形成する工程と、不要部に残ったポリイミド残渣をアッシングにより除去する工程と、上記ポリイミドパターンの表面を酸洗浄して、ダメージ層を減少させる工程と、上記ポリイミドパターンの表面をスパッタエッチングして、上記ダメージ層を除去する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、上記スパッタエッチング処理は、上記ダメージ層を減少させるための上記酸洗浄処理に続けて行う。
【0014】
また、請求項7の発明によれば、ポリイミドパターンとともに半導体基板の表面を樹脂封止する工程を備えている。
【0015】
請求項8の発明によれば、ポリイミドパターン上および半導体基板上に金属膜を設ける工程を備えている。
【0016】
【作用】
請求項1の発明によれば、ポリイミドパターンの表面に生じたダメージ層が、加熱処理およびスパッタエッチング処理により完全に除去されている。
【0017】
請求項2の発明によれば、ポリイミドパターンの表面に生じたダメージ層が、酸洗浄およびスパッタエッチング処理により完全に除去されている。
【0018】
請求項3の発明によれば、ポリイミドパターンと封止樹脂との密着性が高い。
【0019】
請求項4の発明によれば、ポリイミドパターンと金属膜との密着性が高い。
【0020】
請求項5の発明によれば、ポリイミドパターンの表面にアッシング工程において生じたダメージ層が、加熱処理およびスパッタエッチング処理により完全に除去される。
【0022】
請求項6の発明によれば、ポリイミドパターンの表面にアッシング工程において生じたダメージ層が、酸洗浄およびスパッタエッチング処理により完全に除去される。
【0023】
請求項7の発明によれば、ダメージ層が除去されているため、ポリイミドパターンと封止樹脂との密着性が高くなる。
【0024】
請求項8の発明によれば、ダメージ層が除去されているため、ポリイミドパターンと金属膜との密着性が高くなる。
【0025】
【実施例】
実施例1.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図1〜図4は本発明の実施例1における半導体装置の製造方法を示す断面図である。また、図5は、それを示したフローチャートである。図5のステップS1〜S4は、上述した従来の半導体装置の製造工程と同じである。すなわち、まず、従来の半導体装置と同様に、図1に示すように、半導体基板1上にボンディングパッド2及び絶縁膜3を形成した(図5のステップS1)後に、ポリイミド膜4によるポリイミドパターンを形成する(図5のステップS2)。次に、ポリイミドパターンを加熱して硬化させた(図5のステップS3)後に、図2に示すように、酸素プラズマ6を用いたアッシャーによりポリイミド残渣4aを除去すると(図5のステップS4)、その際に、ポリイミド膜4の表面に酸素プラズマ6により荒らされたダメージ層4bが形成される。
【0026】
この実施例においては、ダメージ層4bを除去するために、次に、図3に示すように、ポリイミド膜4を形成した半導体基板1を窒素雰囲気中で350℃において90分程度加熱する。このとき、ポリイミド膜4の表面に存在するダメージ層4bに環化反応、または、重合反応等を引き起こさせ、酸素プラズマ6により荒らされたダメージ層4bを修復させ減少させる(図5のステップS5)。この窒素雰囲気中での加熱の温度及び時間は、上述に限らず、300〜500℃程度で1時間以上加熱すると効果が出る。
【0027】
しかしながら、窒素雰囲気中で加熱する工程だけでは、ダメージ層4bを減少させるだけで、完全には修復することができないため、この実施例においては、さらにArプラズマ14を用いたスパッタエッチングを行い(図5のステップS6)、残りのダメージ層4bを物理的に取り除くことにより、完全にダメージ層4bを除去することができる。
【0028】
以上のように、この実施例においては、ポリイミド残渣4aを除去する際に用いられる酸素プラズマ6により荒らされたポリイミド膜4の表面のダメージ層4bを、窒素雰囲気中で加熱させて減少させた後、残りのダメージ層4bをArプラズマ14によるスパッタエッチング処理により完全に除去するようにしたので、後述の実施例3(図9参照)で示すように樹脂封止した場合にも、ダメージ層4bとポリイミド層4との密着性の悪さから封止樹脂8が剥離するようなこともなく、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【0029】
実施例2.
この実施例は、ダメージ層4bを除去する他の方法を示したものである。図8は、この実施例における製造工程を示したフローチャートである。図8のステップS1〜S4については、上述した実施例1と同じであるため、ここでは説明は省略する。この実施例においては、ステップS4において生じたダメージ層4bを、まず、硫酸過水(H2SO4とH2O2の混合液)、硫酸(H2SO4)、塩酸(HCl)、または、リン酸(H3PO4)等で酸洗浄し、図6に示すように、ダメージ層4bを酸により溶解させ減少させる(図8のステップS5A)。しかしながら、酸洗浄だけでは完全にダメージ層4bを除去することができないため、実施例1と同様に、図7に示すように、Arプラズマ14によりポリイミド膜4の表面をスパッタエッチングして、残りのダメージ層4bを物理的に除去する(図8のステップS6)。このようにすることにより、この実施例においても、完全にダメージ層4bを除去した信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【0030】
実施例3.
以下の実施例においては、上述の実施例1または実施例2の半導体装置の応用例について説明したものである。図9は、実施例1または実施例2で示した製造工程によりポリイミド膜4の表面に生じたダメージ層4bを除去した後に、樹脂封止を行ったこの実施例における半導体装置の部分的な断面図である。図において、1〜4は図1と同じであるため、同一符号により示しここでは説明を省略する。この実施例においては、外部電極(図示せず)と接続するためのワイヤ7がボンディングパッド2に電気的に接続されており、樹脂8により全体が樹脂封止されている。ポリイミド膜4の表面にダメージ層4b(図18参照)がないことからポリイミド膜4と封止樹脂8との密着力が向上し、上述した従来例のようにダメージ層4bとともに封止樹脂8が剥離する等の破損を防ぐことができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0031】
実施例4.
この実施例は、実施例1または実施例2の半導体装置の他の応用例について説明する。この実施例においては、図10に示すように突起電極9を形成する場合について説明する。図において、1〜4は図1と同じである。まず、実施例1または実施例2の方法により、ダメージ層4bを除去した後に、ボンディングパッド2、絶縁膜3およびポリイミド膜4を覆うように半導体基板1の表面全体に、スパッタ法等により金属層10が形成されている。また、ボンディングパッド2上には、金属層10を介して、金等からなる突起電極9が設けられている。ここで、突起電極9は、突起電極9を形成しない部分にレジスト(図示せず)等を施した後にめっき法等により形成されるが、金属層10は突起電極9をめっき法により形成する際のカソード電極として用いられる。金属層10は多層の金属層から構成されており、その材料としては、例えば、下層から順にCr/Cu/Auとなっているものや、同じく下層から順に、TiW/Au、TiN/TiW/Au、または、Ti/Ni/Auとなっているもの等が用いられる。図10は、めっき法等により、突起電極9を形成し、上述のレジストを除去した後の断面図である。さらに、突起電極9をエッチングマスクとして、ウェットエッチング、又は、ドライエッチング法等によって、突起電極9の下部以外の金属層10を除去することにより、突起電極9が完成される。
【0032】
この実施例においても、ダメージ層4b(図2参照)がないことから、突起電極9の形成工程中に、金属層10がポリイミド膜4上ではがれたり、または、ダメージ層4bと金属層10との混合層が原因となってエッチング不良等が生じたりするのを防止することができ、突起電極9を良好に形成することができる。
【0033】
実施例5.
この実施例においても、実施例1または実施例2の半導体装置の他の応用例について説明する。この実施例においては、図11に示すように、ポリイミド膜4を半導体装置の層間絶縁膜に適用した場合について示す。この実施例においては、図11に示すように、半導体基板1上に第1の配線層11が形成されており、第1の配線層11上にはポリイミド膜4が形成されている。ポリイミド膜4は、実施例1または2の製造工程により、ダメージ層4b(図2参照)が完全に除去されている。ポリイミド膜4上には、ポリイミド膜4を層間絶縁膜にして、金属膜から構成された第2の配線層12が形成されている。本実施例においても、上述の実施例4と同様に、ダメージ層4bが完全に除去されているため、ポリイミド膜4と第2の配線層12との密着力が向上し、また、ダメージ層4bと配線層12との混合層が生じることもないのでエッチング不良も防止することが可能となる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、請求項1または請求項2の発明によれば、ポリイミド膜4の表面が加熱処理とスパッタエッチング処理、または、酸洗浄とスパッタエッチング処理が施され、完全にポリイミド膜の表面のダメージ層4bが除去されているので、後工程において樹脂封止を行った場合や金属膜をポリイミド膜4上に設けた場合においても、封止樹脂や金属膜とポリイミド膜4との密着力が向上し、それらがポリイミド膜4から剥離することを防ぐことができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0035】
請求項3の発明によれば、ポリイミド膜4の表面のダメージ層4bが除去されているので、ポリイミドパターンと封止樹脂との密着力を向上させることができ、封止樹脂のポリイミドパターンからの剥離を防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【0036】
請求項4の発明によれば、ポリイミド膜4の表面のダメージ層4bが除去されているので、ポリイミドパターンと金属膜との密着力を向上させることができ、金属膜のポリイミドパターンからの剥離を防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【0037】
請求項5の発明によれば、ポリイミドパターンの表面にアッシング工程において生じたダメージ層を、加熱処理およびスパッタエッチング処理により完全に除去するので、後工程で設けられる封止樹脂および金属膜等がポリイミドパターンから剥離することのない信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【0039】
請求項6の発明によれば、ポリイミドパターンの表面にアッシング工程において生じたダメージ層が、酸洗浄およびスパッタエッチング処理により完全に除去されるので、後工程で設けられる封止樹脂および金属膜等がポリイミドパターンから剥離することがなく、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【0040】
請求項7の発明によれば、ダメージ層が除去されているため、ポリイミドパターンと封止樹脂との密着性が高くなり、半導体装置の信頼性が向上する。
【0041】
請求項8の発明によれば、ダメージ層が除去されているため、ポリイミドパターンと金属膜との密着性が高くなり、半導体装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1におけるポリイミドパターンを形成した状態の半導体装置を示す断面図である。
【図2】 図1の半導体装置のポリイミド残渣を除去するためのアッシング工程を示した断面図である。
【図3】 図2のアッシング工程により生じたダメージ層を除去するために窒素雰囲気中で加熱している状態を示す断面図である。
【図4】 図3の工程で除去しきれなかったダメージ層を除去するためのArプラズマによるスパッタエッチング処理を施している状態を示す断面図である。
【図5】 実施例1の製造工程を示すフローチャートである。
【図6】 実施例2におけるダメージ層を除去するための酸洗浄を施した状態を示す断面図である。
【図7】 図6の工程で除去しきれなかったダメージ層を除去するためのArプラズマによるスパッタエッチング処理を施している状態を示す断面図である。
【図8】 実施例2における製造工程を示すフローチャートである。
【図9】 実施例3における半導体装置を示した断面図である。
【図10】 実施例4における半導体装置を示した断面図である。
【図11】 実施例5における半導体装置を示した断面図である。
【図12】 従来の半導体装置における製造工程を示した断面図である。
【図13】 従来の半導体装置における製造工程を示した断面図である。
【図14】 従来の半導体装置における製造工程を示した断面図である。
【図15】 従来の半導体装置において、ポリイミドパターン形成後に、ポリイミド残渣が残った状態を示した断面図である。
【図16】 図15におけるポリイミド残渣を除去するためのアッシング工程を示した断面図である。
【図17】 従来の半導体装置の製造工程を示したフローチャートである。
【図18】 従来の半導体装置を樹脂封止した状態を示した断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 ボンディングパッド、3 絶縁膜、4 ポリイミド膜、4a ポリイミド残渣、7 ワイヤ、8 封止樹脂、9 突起電極、10 金属膜、11 第一の配線層、12 第二の配線層。
Claims (8)
- 半導体基板と、
上記半導体基板に設けられ、上記半導体基板上に形成された後に加熱して硬化されているとともに、当該加熱後のアッシング処理により発生するダメージ層を除去するための加熱処理およびスパッタエッチング処理が施された表面を有するポリイミドパターンと
を備えた半導体装置であって、
上記ダメージ層を除去するための上記加熱処理は、300〜500℃において1時間以上行うものであり、
上記スパッタエッチング処理は上記加熱処理に続けて行うものである
ことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板と、
上記半導体基板に設けられ、ダメージ層を除去するための酸洗浄およびスパッタエッチング処理が施された表面を有するポリイミドパターンと
を備えた半導体装置であって、
上記スパッタエッチング処理は上記酸洗浄処理に続けて行うものである
ことを特徴とする半導体装置。 - 上記ポリイミドパターンとともに上記半導体基板の表面を封止する封止樹脂を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。
- 上記ポリイミドパターン上および上記半導体基板上に設けられた金属膜を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。
- 半導体基板上にポリイミド膜からなるポリイミドパターンを形成する工程と、
形成された上記ポリイミドパターンを加熱により硬化させる工程と、
不要部に残ったポリイミド残渣をアッシングにより除去する工程と、
上記ポリイミドパターンを加熱して、ダメージ層を減少させる工程と、
上記ポリイミドパターンの表面をスパッタエッチングして、上記ダメージ層を除去する工程と
を備えた半導体装置の製造方法であって、
上記ダメージ層を減少させるための上記加熱は、300〜500℃において1時間以上行い、
上記スパッタエッチング処理は、上記ダメージ層を減少させるための上記加熱処理に続けて行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上にポリイミド膜からなるポリイミドパターンを形成する工程と、
不要部に残ったポリイミド残渣をアッシングにより除去する工程と、
上記ポリイミドパターンの表面を酸洗浄して、ダメージ層を減少させる工程と、
上記ポリイミドパターンの表面をスパッタエッチングして、上記ダメージ層を除去する工程と
を備えた半導体装置の製造方法であって、
上記スパッタエッチング処理は、上記ダメージ層を減少させるための上記酸洗浄処理に続けて行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 上記ポリイミドパターンとともに上記半導体基板の表面を樹脂封止する工程を備えたことを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ポリイミドパターン上および上記半導体基板上に金属膜を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体装置の製造方法。
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