JP4591028B2

JP4591028B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4591028B2
Application number: JP2004296208A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　豊誠
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: JP2006106580A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体素子を製造するには、半導体ウエハーに半導体素子（回路）を形成し、半導体素子が外部と電気接続できるようにするための電極としてアルミパッドを設け、その上に絶縁膜を形成し、露光・現像等の工程を有する。
この現像工程においては、露光によりパターンが形成された絶縁膜を除去するためにアルカリ溶液が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このようなアルカリ溶液で処理する工程では、一部のアルミパッドが腐食してしまうという場合があった。

特開平０５−１８１２８６号公報

本発明の目的は、アルミパッドが腐食することなくアルカリ溶液で処理する工程が可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（６）に記載の本発明により達成される。
（１）アルミパッドが片面に形成された半導体ウエハーをアルカリ溶液で処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記アルカリ溶液で処理する工程の際に、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面の周囲と、前記半導体ウエハーの側部と、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面と反対の面とをマスキングテープ、または、半導体ウエハーを支持する支持部材およびマスキングテープで被覆していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）前記アルミパッドの表面には、樹脂膜が形成されているものである（１）に記載の半導体装置の製造方法。
（３）前記支持部材は、樹脂フィルムである（２）に記載の半導体装置の製造方法。
（４）前記樹脂膜は、絶縁膜である（２）または（３）に記載の半導体装置の製造方法。
（５）前記アルカリ溶液で処理する工程は、前記樹脂膜を現像する工程である（２）ないし（４）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（６）前記アルカリ溶液で処理する工程は、前記半導体ウエハーを洗浄する工程である（１）ないし（５）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

本発明によれば、アルミパッドが腐食することなくアルカリ溶液で処理する工程が可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
また、アルミパッドの表面に樹脂膜が形成されている場合、その樹脂膜の現像工程において特定のアルミパッドが腐食されるのを防止することができる。
また、前記被覆部材としてマスキングテープを用いた場合、被覆部材の設置および除去等の作業性にも優れる。
また、前記被覆部材は、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面と反対の面を吸着する吸着部材と、前記アルミパッドが形成された面の周囲を掛止する掛止部材とで構成されているものを用いた場合、特に半導体装置の生産性に優れる。

以下、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、アルミパッドを片面に有する半導体ウエハーをアルカリ溶液で処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記アルカリ溶液で処理する工程の際に、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面の周囲と、前記半導体ウエハーの側部と、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面と反対の面とを被覆部材で被覆していることを特徴とするものである。

以下、本発明の半導体装置の製造方法について図１に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。図２は、第１の中間部材のアルミパッドが形成された面の上面図である。
本発明の半導体装置の製造方法では、ステップ１としてアルミパッド２が形成された面を樹脂膜（絶縁膜）３で被覆した第１の中間部材１０を得る（図１Ａ、Ｂ）。次に、ステップ２として、アルミパッド２が形成された面の周囲と、第１の中間部材１０の側部と、第１の中間部材１０のアルミパッド２が形成された面と反対の面とが、被覆部材４ａ〜４ｃで覆われている第２の中間部材１１を得る（図１Ｃ）。次に、ステップ３として、第２の中間部材１１の樹脂膜３を露光・現像する（図１Ｄ）。次に、ステップ４として、第２の中間部材１１の被覆部材４ａ〜４ｃを除去する（図１Ｅ）。

以下、各ステップについて詳細に説明する。
ステップ１
ステップ１では、アルミバッド２が形成された半導体ウエハー１のアルミパッドが形成された面の表面に樹脂膜３を形成する。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
樹脂層３には、種々の用途があるためアルカリ現像されるものであれば特に限定されないが、例えばバッファー層を形成する樹脂層、バッファー層上に積層される樹脂層、バッファー層上に積層される接着材、封止材、シール材等が挙げられる。ここでバッファー層は、半導体素子を被覆し熱応力や、湿分、衝撃、圧力などの外的要因から半導体素子を保護し、信頼性を向上させるために使用される材料である。
ウエハーレベルＣＳＰ（ＣｈｉｐＳＩＺＥＰａｃｋａｇｅ）等に使用されるバッファー層の上に積層される樹脂層は、その上に形成される再配線回路の支持体として絶縁信頼性が必要である。さらに再配線回路上に形成される感光性ソルダーレジストも絶縁性が必要である。
そのためバッファー層上の積層される接着材は、上述したような外的因子から再配線回路ならびに半導体素子を保護し、信頼性を向上させるために使用される材料である。
また、バッファー層上に形成される感光性の接着材は、インターポーザーなどの回路基板、リードフレーム、絶縁基板等との接着性を有し、半導体素子を上記の外的要因から保護し、信頼性を向上させるために使用される材料である。
また、中空構造のパッケージに使用されるシール材は、主に透明性基板と半導体装置とを接着するために使用されるもので、これも半導体素子を上記の外的要因から保護するために使用される材料である。

図１Ａに示すように、半導体ウエハー１には、アルミパッド２が埋め込まれている。このような半導体ウエハー１は、半導体メーカー等により入手することができる。
このアルミパッド２が形成された半導体ウエハー１のアルミパッドが形成された面には、樹脂膜３が形成される。このようにして、第１の中間部材１０を得る（図１Ｂ）。樹脂膜（絶縁膜）３は、フォトリソグラフィー方法（露光・現像）により樹脂をパターニングできる機能を有している。

樹脂膜３を形成する方法としては、ラミネートする方法、スピンコートする方法、スキージングする方法等が挙げられる。これらの中でもラミネートする方法が好ましい。これにより、均一な厚さの樹脂膜３を形成することができる。

樹脂膜３を構成する樹脂としてはネガ型感光性樹脂、ポジ型感光性樹脂等が挙げられ、具体的にはポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリノルボルネン、ポリベンゾオキサゾール、フラーレン等を含む樹脂が挙げられる。

樹脂膜３の厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍが好ましく、特に５〜５０μｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、特に後述する現像工程での現像性に優れる。

ステップ２
ステップ２では、第１の中間部材１０のアルミパッド２が形成された面の周囲と、第１の中間部材１０の側部と、第１の中間部材１０のアルミパッド２が形成された面と反対の面と、を被覆部材４ａ〜４ｃで被覆する。このようにして、第２の中間部材１１を得る（図１Ｃ）。
まず、図２に示すように、アルミパッド２が形成された面の周囲を被覆部材４ａで被覆する。ここで、周囲とは半導体ウエハー１のアルミパッドが形成された面の最外周のことを意味し、半導体回路が無く、シリコン層が表面に露出している部分のことである。
被覆部材４ａとしては、例えばマスキングテープ等の粘着フィルム、ペースト状樹脂や液状樹脂などが挙げられる。これらの中でもマスキングテープ等の粘着フィルムが好ましい。これにより、被覆部材４ａを容易に除去できる。

被覆部材４ａを被覆する方法としては、例えば被覆部材がフィルムの場合はラミネート法等が挙げられ、液状およびペースト状の樹脂の場合は印刷法、ディスペンス法、スピンコート法、ポッティング法等が挙げられる。

また、第１の中間部材１０の側部を被覆部材４ｂで被覆する。被覆部材４ｂとしては、例えばマスキングテープ等の粘着フィルム、ペースト状樹脂や液状樹脂などが挙げられる。これらの中でもマスキングテープ等の粘着フィルムが好ましい。これにより、被覆部材４ｂを容易に除去できる。

被覆部材４ｂを被覆する方法としては、例えば被覆部材がフィルムの場合はラミネート法等が挙げられ、液状およびペースト状の樹脂の場合は印刷法、ディスペンス法、スピンコート法、ポッティング法等が挙げられる。

また、第１の中間部材１０のアルミパッド２が形成された面と反対の面を、被覆部材４ｃで被覆する。被覆部材４ｃとしては、例えばマスキングテープ等の粘着フィルム、ポリイミド、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の非粘着フィルム、エポキシ樹脂等の樹脂板、ペースト状樹脂や液状樹脂などが挙げられる。

被覆部材４ｃを被覆する方法としては、例えばアルミパッド２が形成された面と反対の面に粘着フィルムをラミネートする方法、液状およびペースト状の樹脂を、印刷法、スピンコート法や、ポッティング法等で塗る方法が挙げられる。
このような被覆部材４ａ〜４ｃは、異なるものを用いていも良いが、同じものを用いることが好ましい。

また、被覆部材４ｃは、半導体ウエハー１を支持する支持部材で構成されていても良い。支持部材は、アルカリ溶液が直接半導体ウエハー１に接触しないようにアルミパッド２が形成された面と反対の面を保護するものであれば、特に限定されない。具体的には、アルミパッド２が形成された面と反対の面を保護するような非粘着フィルム等の樹脂フィルム、樹脂基板等が挙げられる。
この場合、樹脂フィルム等上に、アルミパッド２が形成された面を上にして半導体ウエハー１を載せ、被覆部材４ａおよび４ｂで、半導体ウエハー１の周囲と側面を被覆すると同時に、被覆部材４ｂを、被覆部材４ｃである樹脂フィルム等と接着し、シールすることにより、アルミパッド２が形成された面と反対の面を被覆することができる。

また、被覆部材４ａ〜４ｃは、半導体ウエハー１のアルミパッド２が形成された面と反対の面を吸着する吸着部材と、アルミパッド２が形成された面の周囲とを掛止する掛止部材とで構成されていても良い。
吸着部材は、半導体ウエハー１を搬送等する際に用いられるものでも良く、半導体ウエハー１のアルミパッド２が形成された面と反対面をほぼ全面覆うものであることが好ましい。
掛止部材は、半導体ウエハー１のアルミパッド２が形成された面の外周と、半導体ウエハー１の側部とを覆うものであれば（側面を覆い、半導体ウエハーと密着し、アルカリ現像液が半導体ウエハー掛止部材の界面を進入しないものであれば）、特に限定されない。具体的にはシリコンゴムなどのゴム性のシート材が挙げられる。

ステップ３
ステップ３では、第２の中間部材１１の樹脂膜３を露光・現像して、樹脂膜３を除去する（図１Ｄ、Ｅ）。これにより、必要部分のみに樹脂膜３を精度よく配置できる。
樹脂膜３を所定のパターンのマスクを用いて、露光機（ＫｒF、ｉ線、ｈ線、ｇ線など）で、例えば２５〜１，０００ｍJ／ｃｍ²の条件で露光する。この露光により、樹脂膜３の露光された部分は、反応（架橋もしくは転位反応）が促進される。
次に、樹脂膜３を現像する。この現像工程では、樹脂膜３をアルカリ溶液で処理してネガ型であれば未露光部を、ポジ型であれば露光部を除去する。すなわち、露光処理によって、樹脂膜３の露光部分は（ネガ型であれば）架橋反応により、アルカリ溶液に不溶となり、未露光部分のみが溶解される。また、ポジ型であれば、露光部は転位反応をおこし、アルカリに溶けやすくなる構造となり、露光部分のみが溶解される。

従来、アルミパッドを有する半導体ウエハーをアルカリ溶液で処理すると特定のアルミパッドのみが腐食されてしまう場合があった。しかし、この特定のアルミパッドのみが腐食される原因については明らかになっていなかった。本発明者らは、この原因について検討した結果、特定のアルミパッドのみが、アルカリによる腐食を加速させる局部電池効果が生じる状態になっていると推測した。ここで局部電池効果とは、異種材料（金属）が接した際、材料（金属）間に電荷の差を生じ、これにより電位差（電圧）が発生し、電荷の高い方から低い方へ電子の移動（電流）も発生する現象であり、イオン化傾向の大きい材料（金属）の腐食が促進される。本発明者らはアルカリにより腐食されてしまう特定のアルミパッドと接続している材料を半導体ウエハー側部と裏部と推定し、半導体ウエハーとアルカリ溶液との接触部分を最小限にすることを試行したものである。すなわち、半導体ウエハーのアルミパッドが形成されている回路部分の以外を覆うことを特徴とするものである。具体的には、アルミパッドを片面に有する半導体ウエハーをアルカリ溶液で処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記アルカリ溶液で処理する工程の際に、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面の周囲と、前記半導体ウエハーの側部と、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面と反対の面とを被覆部材で被覆している。これにより、前記半導体ウエハーの側部や、アルミパッドが形成された面と反対側の面がアルカリと接触しないために、電子の消費を防止でき、電池効果を抑制することができる。よって、特定のアルミパッドが腐食されること無く半導体装置を製造することができるものである。

このようにして得られたアルミパッド２を有する半導体ウエハー１に各種配線等を行い、封止樹脂等で封止し、基板、リードフレーム搭載し、ワイヤーボンディング等で接続して、最終的な半導体装置を得る。

また、アルカリ溶液で処理する工程としては、上述の樹脂膜３の現像工程に限定されず、アルミパッドを有する半導体ウエハー１表面をアルカリ溶液で処理する工程の全てに適用可能である。具体的には、半導体ウエハー１を洗浄する工程等も挙げられる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
１．樹脂膜の形成
下記樹脂ワニスをＰＥＴフィルム（２５ＲＬ−０７、王子製紙社製）に塗布し、８０℃で１５分間乾燥することにより、厚み５０μｍの樹脂フィルムを得た。
次に、この樹脂フィルムをアルミパッドが形成された半導体ウエハー（８インチ）に６０℃でラミネートし、半導体ウエハー上に樹脂膜を形成した。

２．樹脂ワニスの配合
２−１．メタクリロイル基含有フェノール樹脂の合成
フェノールノボラック（大日本インキ化学工業（株）製、フェノライトＴＤ−２０９０−６０Ｍ）の不揮発分７０％ＭＥＫ溶液６００ｇ（ＯＨ約４当量）を、２ｌのフラスコ中に投入し、これにトリブチルアミン１ｇ、およびハイドロキノン０．２ｇを添加し、１１０℃に加温した。その中へ、グリシジルメタクリレート２８４ｇ（２モル）を３０分間で滴下した後、１１０℃で５時間攪拌反応させることにより、不揮発分８０％メタクリロイル基含有フェノール樹脂（メタクリロイル基変性率５０％）を得た。

２−２．樹脂ワニスの調製
上述の不揮発分８０％のメタクリロイル基含有フェノール樹脂１００重量部、メタクリル樹脂（三洋化成(株)製、ネオマーＰＭ２０１）２０重量部、エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業(株)製、エピクロンＮ−８６５）３５重量部、シリカフィラー（(株)アドマテックス製、アドマファインＳＥ５０１０）１００重量部、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）３４重量部、光重合開始剤（チバ・ガイギー社製、イルガキュア６５１）１重量部を秤量し、ディスパーザー（５０００ｒｐｍ）で約３０分間攪拌し、樹脂ワニスを調製した。

３．樹脂膜の露光
半導体ウエハー上の樹脂膜を所定のパターンのマスクを用いて、露光機（ｉ線）で、２００J／ｃｍ²露光した。

４．半導体ウエハーの被覆
樹脂膜が形成された半導体ウエハーの上面（アルミパッドが形成された面）の外周（半導体ウエハーの外周から５ｍｍ）と、半導体ウエハーの側部と、裏面とをマスキングテープ（プリント基板用、Ｎ−３８０、日東電工社製）を用いて被覆した。

５．樹脂膜の現像（アルカリ処理）
半導体ウエハー上の樹脂膜を表１に示す種々の濃度のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を用いて所定時間現像し、樹脂膜の未露光部分を除去した半導体ウエハーを得た。アルカリ現像液の濃度および現像時間は、アルミパッドに過酷な条件である比較的高濃度、長時間とし、その条件を表1に示した。

６．半導体装置の製造
現像工程後に半導体ウエハーの被覆材を除去し、個片化した後、基板に搭載し、ワイヤーボンディングで基板と接続した。その後、封止し、基板に半田ボールを搭載することにより半導体装置を製造した。

（実施例２）
半導体ウエハーの裏面を下記に記載する支持部材で被覆した以外は、実施例１と同様にした。
支持部材として、ポリイミドフィルム（ユーピレックス−７５Ｓ、宇部興産社製）を半導体ウエハーのサイズより直径が１ｃｍ大きいサイズに切り、その上に露光した半導体ウエハーをのせた。次に、樹脂膜が形成された半導体ウエハーの上面（アルミパッドが形成された面）の外周（半導体ウエハーの外周から５ｍｍ）と、ポリイミドフィルムをマスキングテープ（プリント基板用、Ｎ−３８０、日東電工社製）で貼り付け、半導体ウエハーの外周部、側面および裏面に現像液が染み込まないようにした。

（実施例３）
半導体ウエハーの被覆部材として、下記の吸着部材を用いた以外は実施例１と同様にした。
吸着部材として、８インチよりひとまわり大きい平面板上に多数の穴が開いたものと、半導体ウエハーのサイズよりも直径が約１ｃｍ大きいシリコンゴムシート（厚み１ｍｍ）を準備し、中央部を半導体ウエハーのサイズよりも直径が５ｍｍ小さいサイズの円形に切り抜いて得たリング状シートを用いた。
上記平面板状に半導体ウエハーを置き、該半導体ウエハーの外周部を５ｍｍ覆い隠すように前記のリング状シートを位置合わせして載せた。その後、半導体ウエハーを載せた平面板を吸引し、半導体ウエハー及びゴムシートがずれないことを確認し、また、半導体ウエハーとゴムシート界面が密着していることを確認した。

（比較例１）
半導体ウエハーを被覆部材で被覆しなかった以外は、実施例１と同様にした。

各実施例および比較例で得られた半導体ウエハーおよび半導体装置について以下の評価を行なった。評価項目を内容と共に示す。得られた結果を表１に示す。
１．アルミパッドの腐食の有無
アルミパッドの腐食の有無は、樹脂膜を現像処理した後のアルミパッドの腐食状態を顕微鏡で評価した。各符号は、以下の通りである。
◎：アルミパッドの腐食無し。
○：アルミパッドの腐食がほとんど無く、実用可能。
△：アルミパッドの腐食が少し有り、実用不可。
×：アルミパッドの腐食有り。

２．現像性
現像性は、現像後のパターニングされた樹脂を観察し、現像残渣の有無や、樹脂剥離の有無を評価した。各符号は以下の通りである。
◎：現像残渣や樹脂剥離がほとんど無く、実用可能。
○：現像残渣もしくは樹脂剥離が少しあるが、実用可能。
△：現像残渣もしくは樹脂剥離が少しあり、実用不可。
×：現像残渣もしくは樹脂剥離があり、実用不可。

表１から明らかなように、実施例１〜３の半導体装置では、アルミパッドの腐食が無いまたはほとんど無く実用可能なレベルであった。したがって、特定のアルミパッドが腐食されるのを改善していることを示した。
また、現像性については、どの現像液濃度・現像時間においても比較例１とほぼ同様であり、従来と同様のレベルであり、実用可能であった。

本発明の半導体装置の製造方法では、半導体ウエハーの洗浄、絶縁膜の現像等のアルカリ溶液で処理する工程を有するものであってもアルミパッドを腐食することなく半導体装置を製造することができる。

半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。第１の中間部材のアルミパッドが形成された面の上面図である。

符号の説明

１半導体ウエハー
２アルミパッド
３樹脂膜
４ａ被覆部材
４ｂ被覆部材
４ｃ被覆部材
１０第１の中間部材
１１第２の中間部材

Claims

アルミパッドが片面に形成された半導体ウエハーをアルカリ溶液で処理する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記アルカリ溶液で処理する工程の際に、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面の周囲と、前記半導体ウエハーの側部と、前記半導体ウエハーのアルミパッドが形成された面と反対の面とをマスキングテープ、または、半導体ウエハーを支持する支持部材およびマスキングテープで被覆していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記アルミパッドの表面には、樹脂膜が形成されているものである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記支持部材は、樹脂フィルムである請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂膜は、絶縁膜である請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
前記アルカリ溶液で処理する工程は、前記樹脂膜を現像する工程である請求項２ないし４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記アルカリ溶液で処理する工程は、前記半導体ウエハーを洗浄する工程である請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。