JP4936695B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体基板上に形成された金属層を露出するように基板裏面から開口部を形成し、この開口部を介して前記金属層に接続された配線を形成する半導体装置及びその製造方法に関し、特に、開口の形成状態をモニターするための技術に関する。

近年、三次元実装技術として、また新たなパッケージ技術として、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が注目されている。ＣＳＰとは、半導体チップの外形寸法と略同サイズの外形寸法を有する小型パッケージをいう。

従来より、ＣＳＰの一種として、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型の半導体装置が知られている。このＢＧＡ型の半導体装置は、半田等の金属部材からなるボール状の導電端子をパッケージの一主面上に格子状に複数配列し、パッケージの他の面上に搭載される半導体チップと電気的に接続したものである。

そして、このＢＧＡ型の半導体装置を電子機器に組み込む際には、各導電端子をプリント基板上の配線パターンに圧着することで、半導体チップとプリント基板上に搭載される外部回路とを電気的に接続している。

このようなＢＧＡ型の半導体装置は、側部に突出したリードピンを有するＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等の他のＣＳＰ型の半導体装置に比べて、多数の導電端子を設けることが出来、しかも小型化できるという長所を有する。このＢＧＡ型の半導体装置は、例えば携帯電話機に搭載されるデジタルカメラのイメージセンサチップとしての用途がある。この一例として、半導体チップの一主面上もしくは両主面上に、例えばガラスから成る支持体が接着されるものがある。尚、関連する技術文献として、以下の特許文献１が挙げられる。

次に、半導体チップに１枚の支持体が接着された場合のＢＧＡ型の半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。

図８乃至図１０は、イメージセンサチップに適用可能な従来例に係るＢＧＡ型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。

最初に、図８に示すように半導体基板３０上の表面に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等から成る絶縁層３１を介してアルミニウムを主成分とする金属層から成るパッド電極３２を形成する。そして、パッド電極３２を含む半導体基板３０上にエポキシ樹脂層から成る接着剤３３を介して、例えばガラスから成る支持体３４を接着する。

次に、図９に示すようにパッド電極３２に対応する半導体基板３０の裏面に開口部を有したレジスト層３５を形成し、これをマスクにして例えばＳＦ_６とＯ_２をエッチングガスとしたプラズマエッチングを半導体基板３０に対して行い、更に絶縁層３１をエッチングして半導体基板３０の裏面からパッド電極３２に到達する開口部３６を形成する。

そして、図１０に示すように開口部３６内を含む半導体基板３０の裏面にシリコン酸化膜等からなる絶縁膜４５を形成し、パッド電極３２上の絶縁膜４５を除去した後に、全面にバリア層３７を形成する。さらに、バリア層３７上に、メッキ用のシード層３８を形成し、そのシード層３８上でメッキ処理を行って、例えば銅（Ｃｕ）から成る配線層３９を形成する。さらに、配線層３９上に保護層４０を形成し、保護層４０の所定位置に開口部を設けて配線層３９とコンタクトする導電端子４１を形成する。

その後、図示しないが、半導体基板３０及びそれに積層された上記各層を切断して、個々の半導体チップに分離する。こうして、パッド電極３２と導電端子４１とが電気的に接続されたＢＧＡ型の半導体装置が形成される。
特開２００３−３０９２２１号公報

しかし、前述したように開口部３６を形成した後に、実際に形成された開口部３６の形状がどのような状態であるかは、実際にウエハを割って断面観察してみないとわからなかった。即ち、上述したように半導体基板３０上に絶縁層３１を介して形成されたパッド電極３２を露出するように不透明な半導体基板３０の裏面から開口部３６を形成していくため、顕微鏡で開口部３６の開口状態を観察しようとする場合、透明な支持体３４側から開口部３６の開口状態を観察する必要があった。しかしながら、その支持体３４方向から観察しようとした場合、金属層であるパッド電極３２の存在により、開口部３６を認識することはできない。そのため、図１１に点線で示すように半導体基板３０が完全には開口していない場合や、逆にオーバーエッチングが進んでしまい、開口部３６の底部で開口径が大きくなっている等のエッチング状況や、開口部３６の開口径の確認等ができなかった。

そこで、上記開口部３６の形成状態を断面観察しないでも確認できるようにすることを目的とする。

本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された金属層を露出するように基板裏面から開口部が形成され、この開口部を介して前記金属層に配線層が接続されて成るものにおいて、前記開口部の形成状態をモニターするためのモニター開口部を有することを特徴とするものである。

また、前記モニター開口部が、スクライブライン上に形成されることを特徴とするものである。

更に、前記モニター開口部下には、前記金属層が配置されないことを特徴とするものである。

また、前記モニター開口部下には、前記金属層と同一層から成り、開口径を観察するためのモニターパターンが設けられていることを特徴とするものである。

更に、前記モニターパターンが、矩形パターンであることを特徴とするものである。

また、前記モニターパターンが、丸形、十字形、ひし形から成るパターンであることを特徴とするものである。

また、前記配線層を被覆する保護層に形成された開口部を介して露出した前記配線層上に導電端子が形成されていることを特徴とするものである。
更に、前記金属層を含む前記半導体基板上に支持体を有することを特徴とするものである。

そして、その製造方法は、半導体基板上に形成された金属層を露出するように基板裏面から開口部が形成され、この開口部を介して前記金属層に配線層が接続されて成るものにおいて、前記開口部の形成状態をモニターするためのモニター開口部を形成することを特徴とするものである。

本発明では、開口部の形成状態をモニターするためのモニター開口部を有することで、従来のような断面観察を行なうことなく、開口部の形成状態を確認することができる。

また、前記モニター開口部が、スクライブライン上に形成され、しかも、当該モニター開口部下には、金属層が配置されないようにすることだけで、開口部の形成状態を容易に観察することができる。

また、前記モニター開口部下に前記金属層と同一層から成り、開口径を観察するための矩形パターンから成るモニターパターンを設けることで、開口部の開口径を容易に観察することができる。

次に、本発明の実施形態である半導体装置及びその製造方法について図１乃至図７を参照しながら説明する。

最初に、図１に示すようにシリコンウエハから成る半導体基板１上の表面に、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等から成る絶縁層２を介してアルミニウムを主成分とする金属層から成るパッド電極３を形成する。そして、パッド電極３を含む半導体基板１上にエポキシ樹脂層から成る接着剤４を介して、例えばガラス基板から成る支持体５を接着する。尚、本実施形態のシリコンウエハは個々のシリコンチップに分割された後は、例えばＣＣＤ（Ｃａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ・チップとなる。そのため、外部からの光をシリコンチップの表面のＣＣＤデバイスで受光する必要があり、支持体５はガラス基板のような透明基板、もしくは半透明基板を用いる必要がある。

尚、前記支持体５は、シリコンチップが受光や発光するものでない場合には、不透明基板であっても良いが、従来のように支持体３４側から開口部３６の開口状態を観察する場合には、不透明基板は適当ではない。しかしながら、後述するモニター開口部６ｂを開口した後に、支持体５を剥がし、その後にモニター開口部６ｂの開口状態を観察する場合には、不透明基板を用いても良い。更には、本発明は、初めから支持体５が接着されていない半導体基板１にモニター開口部６ｂを開口させ、その開口状態を観察するものに適用するものでも良い。

また、支持体５は、ガラス基板に限定されるものではなく、プラスチック等の板材でも、更にはテープ状のものであっても構わない。

また、前記パッド電極３はアルミニウム以外の金属、例えば銅（Ｃｕ）や銅合金等でも良い。

次に、図２に示すようにパッド電極３に対応する半導体基板１の裏面に開口部を有したレジスト層ＰＲを形成し、これをマスクにして少なくともＳＦ_６とＯ_２をエッチングガスとしてプラズマエッチングを半導体基板１に対して行い、開口部６ａを形成する。このとき、図３（ａ）に示すスクライブライン上にも開口部６ｂを形成する。この開口部６ｂが、本発明のモニター開口部に相当する（以下、モニター開口部６ｂと呼ぶ）。このモニター開口部６ｂを図３（ａ）の紙面の下側から顕微鏡を用いて観察することで、この開口部６ｂが形成された状態を確認でき、同一条件で形成された半導体チップ上の開口部６ａの形成状態を確認できる。

この場合、モニター開口部６ｂの下にはパッド電極３と成る金属層を形成しないように構成しておくことで、顕微鏡を介してモニター開口部６ｂを目視できる。

また、図３（ｂ）に示すようにモニター開口部６ｂの下に、複数個にパターニング形成された金属層３ａを等間隔で配置するようにしても良い。このような複数の金属層３ａから成るモニターパターン５０が、前記モニター開口部６ｂと重なるように形成されることで、モニター開口部６ｂの開口径を観察することができる。即ち、例えば、５μｍ幅の金属層３ａを５μｍ間隔で配列させた矩形パターンの金属層３から成るモニターパターン５０を用いた場合、図４に示すようにモニター開口部６ｂに重なる金属層３ａが４本あり、当該金属層３ａのない隙間が金属層３ａの４つ分あるため、およそ５×８＝４０μｍの寸法で開口部６ｂが形成されていることが観察できる。

従って、このモニター開口部６ｂを観察することで、半導体チップ上の開口部６ａの形成作業が適正に行われたか否かが判断でき、従来のようにウエハーを割って断面観察することなく、図１１に示すような半導体基板３０が完全には開口していない場合や、逆にオーバーエッチングが進んでしまい、開口部３６の底部で開口径が大きくなっている等のエッチング状況や、開口部３６の開口径の確認等が行えるようになった。

尚、本実施形態では、前記モニター開口部６ｂをスクライブライン上に形成しているが、半導体チップ内の空き領域に形成するものでも良い。また、この場合において、モニター開口部６ｂの位置に合わせてモニターパターン５０を配置するようにしても良い。

更に、前記モニターパターン５０は矩形パターンに制限されるものではなく、例えば、丸形、十字形、ひし形等から成る各種モニターパターン５０を前記スクライブライン上または前記半導体チップに形成するものであっても良い。

また、モニター開口部６ｂの開口径は、必ずしも開口部６ａの開口径と同一寸法である必要は無く、異なる開口径を有するモニター開口部６ｂを観察することで、開口部６ａの形成状態を判定するものでも良い。更には、それぞれ異なる開口径を有する複数のモニター開口部６ｂを形成することで、開口部６ａの形成状態を判定するものでも良い。このような複数種類のモニター開口部６ｂを形成することで、半導体装置の実パターン条件に沿った各種の開口部６aの形成状態を判定することができ、観察作業性を向上させることができる。

そして、図５に示すように前記絶縁層２をエッチングして半導体基板１の裏面からパッド電極３に到達する開口部６を形成する。

続いて、図６に示すように開口部６内を含む半導体基板１の裏面にシリコン酸化膜等から成る絶縁層７を形成し、パッド電極３上の絶縁層７を除去した後に、全面にバリア層８を形成する。このバリア層８は、例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）層であることが好ましい。もしくはバリア層８は、ＴｉＷ，Ｔａ，ＴａＮ等の高融点金属及びその化合物であればチタンナイトライド層以外の金属から成るものであっても良く、更には、それらの積層構造であっても良い。

更に、前記バリア層８上にメッキ用のシード層９（例えば、Ｃｕ層）を形成し、そのシード層９上でメッキ処理を行って、例えば銅（Ｃｕ）から成る配線層１０を形成する。

また、図７に示すように配線層１０上に保護層１１を形成し、保護層１１の所定位置に開口部１２を設け、その配線層１０が露出した部分に例えば、Ｎｉ層１３、Ａｕ層１４を形成した後に、前記Ｎｉ層１３、Ａｕ層１４を介して配線層１０とコンタクトする導電端子１５をスクリーン印刷法を用いて形成する。ここで、本実施形態では、前記保護層１１としてレジスト層を用い、導電端子１５として半田から成る導電端子１５を形成しているが、これに制限されるものではない。

その後、図示しないが、半導体基板１及びそれに積層された上記各層を切断して、個々の半導体チップに分離する。こうして、パッド電極３と導電端子１５とが電気的に接続されたＢＧＡ型の半導体装置が形成される。

尚、本実施形態では、配線層１０はメッキ処理により形成されるものとしたが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えばメッキ用のシード層９を形成しないで、メッキ処理以外の方法により配線層１０が形成されるものであってもよい。例えば、アルミニウムやその合金から成る層をスパッタ形成するものでもよい。

また、本実施形態は導電端子１５が形成された半導体装置に適用されるものとして説明しているが、本発明これに制限されるものではなく、例えば半導体基板１を貫通する開口部６が形成されるものであれば、導電端子１５が形成されない半導体装置にも適用できるもので、例えばＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型の半導体装置にも適用される。

本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の課題を説明するための半導体装置の製造途中の断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 絶縁層
３ パッド電極
４ 接着剤
５ 支持体
６ａ 開口部
６ｂ モニター開口部
７ 絶縁層
８ バリア層
９ シード層
１０ 配線層
１１ 保護層
１２ 開口部
１３ Ｎｉ層
１４ Ａｕ層
１５ 導電端子
５０ モニターパターン

Claims (14)

1. 半導体基板上に形成された金属層を露出するように基板裏面から開口部が形成され、この開口部を介して前記金属層に配線層が接続されて成る半導体装置において、
   前記開口部の形成状態をモニターするためのモニター開口部を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記モニター開口部が、スクライブライン上に形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. 前記モニター開口部下には、金属層が配置されないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記モニター開口部下には、前記金属層と同一層から成り、開口径を観察するためのモニターパターンが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記モニターパターンが、矩形または丸形または十字形またはひし形から成るパターンであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記配線層を被覆する保護層に形成された開口部を介して露出した前記配線層上に導電端子が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記金属層を含む前記半導体基板上に支持体を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の半導体装置。
8. 半導体基板上に形成された金属層を露出するように基板裏面から開口部が形成され、この開口部を介して前記金属層に配線層が接続されて成る半導体装置の製造方法において、
   前記開口部の形成状態をモニターするためのモニター開口部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記モニター開口部が、スクライブライン上に形成されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記モニター開口部下には、金属層が配置されないように金属層を形成することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記モニター開口部下には、前記金属層と同一層から成り、開口径を観察するためのモニターパターンを形成することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記モニターパターンが、矩形または丸形または十字形またはひし形から成るパターンであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記配線層を被覆する保護層に形成された開口部を介して露出した前記配線層上に導電端子を形成することを特徴とする請求項８乃至請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記金属層を含む前記半導体基板上に支持体を接着する工程を有することを特徴とする請求項８乃至請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。