JP5095991B2

JP5095991B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5095991B2
Application number: JP2006351185A
Authority: JP
Inventors: 昭一児谷
Original assignee: 株式会社テラミクロス
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008166341A

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置には、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に複数の配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線を含む半導体基板上に封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４２８７６号公報

上記従来の半導体装置の製造方法では、まず、半導体ウエハ上の全面に銅を含む金属からなる下地金属層を形成している。次に、下地金属層上に、下地金属層をメッキ電流路とした銅の電解メッキにより、複数の配線を形成している。次に、配線の接続パッド部上面に、下地金属層をメッキ電流路とした銅の電解メッキにより、柱状電極を形成している。次に、配線および柱状電極をマスクとして下地金属層をエッチングして、配線下にのみ下地金属層を残存させている。

ところで、銅メッキ液としては、無光沢銅メッキ液と光沢銅メッキ液とがある。無光沢銅メッキ液を用いて配線を形成した場合には、配線の表面粗さがＲａで数千Åとなる。光沢銅メッキ液を用いて配線を形成した場合には、配線の表面粗さがＲａで数十〜百数十Åとなる。ここで、光沢銅メッキ液は、銅の結晶成長を細かくする作用を与えるブライトナー成分と呼ばれる添加剤成分（例えば、ＳＰＳ（ビススルファイト２ナトリウム））を含んだ銅メッキ液である。

一方、配線の表面粗さが大きいと、特に高周波信号の伝達を行なう場合には、信号伝達遅延等の問題が発生する可能性があると言われている。高周波信号の伝達に必要な配線の表面粗さの要求レベルは、Ｒａで三百Å以下が好ましいと言われている。したがって、配線の形成は、無光沢銅メッキ液を用いるのは好ましくなく、光沢銅メッキ液を用いる方が好ましい。

しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法では、配線を光沢銅メッキ液を用いて形成しても、配線をマスクとして銅を含む金属からなる下地金属層をエッチングすると、銅からなる配線も若干エッチングされ、配線の表面粗さがＲａで四百〜八百Åと大きくなってしまうという問題があった。

そこで、この発明は、配線の表面粗さを電解メッキにより形成したときの表面粗さと同等レベルとすることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、複数の配線を形成する工程と、前記配線上の全面に、前記下地金属層をメッキ電流路とした、前記配線の材料と選択エッチングが可能な金属の電解メッキにより、配線保護金属膜を形成する工程と、前記配線の接続パッド部上の前記配線保護金属膜上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、外部接続用電極を形成する工程と、前記配線保護金属膜および前記外部接続用電極をマスクとして前記下地金属層をエッチングして、前記配線下にのみ前記下地金属層を残存させる工程と、前記外部接続用電極をマスクとして前記配線保護金属膜をエッチングして、前記外部接続用電極下にのみ前記配線保護金属膜を残存させるエッチング工程と、前記半導体ウエハをダイシングして、複数個の半導体装置を得る工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、複数の配線を形成する工程と、前記配線上の全面に、前記下地金属層をメッキ電流路とした、前記配線の材料と選択エッチングが可能な金属の電解メッキにより、配線保護金属膜を形成する工程と、前記配線の接続パッド部上の前記配線保護金属膜をエッチングして除去し、前記接続パッド部を露出させる工程と、前記接続パッド部上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、外部接続用電極を形成する工程と、前記配線保護金属膜および前記外部接続用電極をマスクとして前記下地金属層をエッチングして、前記配線下にのみ前記下地金属層を残存させる工程と、前記配線上に残存した前記配線保護金属膜をエッチングするエッチング工程と、前記半導体ウエハをダイシングして、複数個の半導体装置を得る工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１又は２に記載の発明において、前記複数の配線を形成する工程は、前記各配線の表面粗さＲａが数十Å〜三百Åとなるように形成することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３に記載の発明において、前記配線は光沢銅メッキ液を用いて形成することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１から４の何れか一項に記載の発明において、前記下地金属層および前記配線は銅によって形成することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１から５の何れか一項に記載の発明において、前記配線保護金属膜はニッケルによって形成することを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、前記配線保護金属膜の膜厚は１μｍであることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１から７の何れか一項に記載の発明において、前記エッチング工程の後、前記外部接続用電極の周囲に封止膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項８に記載の発明において、前記封止膜を形成した後に、前記外部接続用電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、配線上に形成された配線保護金属膜をマスクとして下地金属層をエッチングして、配線下にのみ下地金属層を残存させているので、配線の上面が配線保護金属膜によって保護されてエッチングされることはなく、したがって配線の表面粗さを電解メッキにより形成したときの表面粗さと同等レベルとすることができる。

（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、シリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。

接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。

保護膜５の上面には銅を含む金属からなる下地金属層７が設けられている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線８の一端部は、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。配線８の接続パッド部上面には、配線８の材料である銅と選択エッチングが可能なニッケル等の金属からなる配線保護金属膜９が設けられている。

配線保護金属膜９の上面には銅からなる柱状電極(外部接続用電極）１０が設けられている。配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１１がその上面が柱状電極１０の上面と面一となるように設けられている。柱状電極１０の上面には半田ボール１２が設けられている。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）の上面にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２、酸化シリコン等からなる絶縁膜３およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が形成され、接続パッド２の中央部が絶縁膜３および保護膜５に形成された開口部４、６を介して露出されたものを用意する。

この場合、半導体ウエハ２１の上面において各半導体装置が形成される領域には所定の機能の集積回路（図示せず）が形成され、接続パッド２はそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図２において、符号２２で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。

次に、図３に示すように、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面を含む保護膜５の上面全体に下地金属層７を形成する。この場合、下地金属層７は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。

次に、下地金属層７の上面にメッキレジスト膜２３をパターン形成する。この場合、配線８形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２３には開口部２４が形成されている。次に、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２３の開口部２４内の下地金属層７の上面に配線８を形成する。この場合、光沢銅メッキ液を用いると、配線８の表面粗さはＲａで数十〜百数十Åとなる。

次に、図４に示すように、下地金属層７をメッキ電流路とした、配線８の材料である銅と選択エッチングが可能なニッケル等の金属の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２３の開口部２４内の配線８の上面全体に配線保護金属膜９を形成する。次に、メッキレジスト膜２３を剥離すると、図５に示すように、配線８下以外の領域における下地金属層７の上面が露出される。

次に、図６に示すように、配線保護金属膜９を含む下地金属層７の上面にメッキレジスト膜２５をパターン形成する。この場合、配線８の接続パッド部つまり柱状電極１０形成領域に対応する部分におけるレジスト膜２５には開口部２６が形成されている。次に、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線８の接続パッド部上面に形成された配線保護金属膜９の上面に柱状電極１０を形成する。

次に、メッキレジスト膜２５を剥離すると、図７に示すように、配線８下以外の領域における下地金属層７の上面が露出される。次に、配線保護金属膜９および柱状電極１０をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図８に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。この場合、配線８の上面は、当該上面全体に形成された配線保護金属膜９によって保護され、エッチングされることはない。

次に、柱状電極１０をマスクとして配線保護金属膜９をエッチングすると、図９に示すように、柱状電極１０下以外の領域における配線保護金属膜９が除去され、柱状電極１０下にのみ配線保護金属膜９が残存される。この状態では、柱状電極１０下以外の領域における配線８の表面が露出される。

ここで、配線保護金属膜９の材料がニッケルであると、そのエッチング液として、硝酸を主成分としたもの（例えば、テクニックジャパン（株）製のメックリムーバーＮＨ−１８６０）を用いると、銅からなる配線８および柱状電極１０はほとんどエッチングされることはない。したがって、特に、配線８の表面粗さは電解メッキにより形成したときの表面粗さ（Ｒａで数十〜百数十Å）と同等レベルとすることができる。

また、配線保護金属膜９の膜厚は、図８に示す下地金属層７のエッチング工程において、配線８の上面を十分に保護することができ、且つ、図９に示す工程において、柱状電極１０下以外の領域における配線保護金属膜９をエッチングして除去するときの処理能力を考慮すると、必要最低限の膜厚であることが好ましく、例えば１μｍ程度が好ましい。

次に、図１０に示すように、配線８および柱状電極１０を含む保護膜５の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１１をスクリーン印刷法やスピンコート法等によりその厚さが柱状電極１０の高さよりもやや厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極１０の上面は封止膜１１によって覆われている。

次に、封止膜１１の上面側を適宜に研磨して除去することにより、図１１に示すように、柱状電極１０の上面を露出させるとともに、この露出された柱状電極１０の上面を含む封止膜１１の上面を平坦化する。次に、図１２に示すように、柱状電極１０の上面に半田ボール１２を形成する。次に、図１３に示すように、ダイシングライン２２に沿って、封止膜１１、保護膜５、絶縁膜３および半導体ウエハ２１をダイシングすると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

このようにして得られた半導体装置では、図７に示すように、配線８上に形成された配線保護金属膜９をマスクとして下地金属層７をエッチングして、図８に示すように、配線８下にのみ下地金属層７を残存させているので、配線８の上面が配線保護金属膜９によって保護されてエッチングされることはなく、したがって配線８の表面粗さを電解メッキにより形成したときの表面粗さ（Ｒａで数十〜百数十Å）と同等レベルとすることができる。なお、配線８の表面粗さは、高周波信号の伝達を行なうことを考慮すると、Ｒａで３００Å以下であればよい。

ところで、図１に示す半導体装置では、銅からなる配線８の接続パッド部と同じく銅からなる柱状電極１０との間にニッケル等からなる配線保護金属膜９を設けてるので、配線８の接続パッド部と柱状電極１０との間の密着信頼性や電気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、次に、このような不都合を解消することができるこの発明の第２実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図１４はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、配線８の接続パッド部と柱状電極１０との間に配線保護金属膜９を設けずに、銅からなる配線８の接続パッド部上面に同じく銅からなる柱状電極１０を直接設けた点である。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。この場合、図５に示す工程後に、図１５に示すように、配線保護金属膜９を含む下地金属層７の上面にメッキレジスト膜２５をパターン形成する。この場合、配線８の接続パッド部に対応する部分におけるレジスト膜２５に開口部２６が形成されている。

次に、メッキレジスト膜２５をマスクとして配線保護金属膜９をエッチングすると、図１６に示すように、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線保護金属膜９が除去され、配線８の接続パッド部上面が露出される。この場合も、配線保護金属膜９の材料がニッケルであると、そのエッチング液として、硝酸を主成分としたもの（例えば、テクニックジャパン（株）製のメックリムーバーＮＨ−１８６０）を用いると、銅からなる配線８の接続パッド部はほとんどエッチングされることはない。

次に、図１７に示すように、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の配線８の接続パッド部上面に柱状電極１０を形成する。次に、メッキレジスト膜２５を剥離すると、図１８に示すように、配線８下以外の領域における下地金属層７の上面が露出される。

次に、配線保護金属膜９および柱状電極１０をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図１９に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。この場合、配線８の上面は、当該上面に形成された配線保護金属膜９および柱状電極１０によって保護され、エッチングされることはない。なお、柱状電極１０の上面は若干エッチングされるが、当該上面は図１１に示すような研磨工程においてやや研磨されるか、当該上面に図１２に示すような工程において半田ボール１２が形成されるだけであるので、別に問題はない。

次に、配線保護金属膜９のすべてをエッチングして除去すると、図２０に示すように、柱状電極１０下以外の領域における配線８の上面が露出される。この場合も、配線保護金属膜９の材料がニッケルであると、そのエッチング液として、硝酸を主成分としたもの（例えば、テクニックジャパン（株）製のメックリムーバーＮＨ−１８６０）を用いると、銅からなる配線８および柱状電極１０はほとんどエッチングされることはない。従って、この場合にも、配線８の表面粗さは電解メッキにより形成したときの表面粗さ（Ｒａで数十〜百数十Å）と同等レベルとすることができる。以下、上記第１実施形態の場合と同様に、封止膜形成工程、半田ボール形成工程およびダイシング工程を経ると、図１４に示す半導体装置が複数個得られる。

このようにして得られた半導体装置では、銅からなる配線８の接続パッド部上面に同じく銅からなる柱状電極１０を直接形成しているので、図１に示すように、その間にニッケル等からなる配線保護金属膜９がある場合と比較して、密着信頼性や電気特性に及ぼす影響を皆無とすることができる。

なお、上記各実施形態において、配線保護金属膜９を除去後の配線８の表面粗さＲａを数十Å〜百数十Åとしたが、表面粗さＲａは、冒頭に記載に記載した如く、数十Å（例えば三十Å）〜三百Å程度でも十分である。

この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意したものの断面図。図２に続く工程の断面図。図３に続く工程の断面図。図４に続く工程の断面図。図５に続く工程の断面図。図６に続く工程の断面図。図７に続く工程の断面図。図８に続く工程の断面図。図９に続く工程の断面図。図１０に続く工程の断面図。図１１に続く工程の断面図。図１２に続く工程の断面図。この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。図１４に示す半導体装置の製造に際し、所定の断面図。図１５に続く工程の断面図。図１６に続く工程の断面図。図１７に続く工程の断面図。図１８に続く工程の断面図。図１９に続く工程の断面図。

符号の説明

１シリコン基板
２接続パッド
３絶縁膜
５保護膜
７下地金属層
８配線
９配線保護金属膜
１０柱状電極
１１封止膜
１２半田ボール
２１半導体ウエハ

Claims

半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、複数の配線を形成する工程と、
前記配線上の全面に、前記下地金属層をメッキ電流路とした、前記配線の材料と選択エッチングが可能な金属の電解メッキにより、配線保護金属膜を形成する工程と、
前記配線の接続パッド部上の前記配線保護金属膜上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、外部接続用電極を形成する工程と、
前記配線保護金属膜および前記外部接続用電極をマスクとして前記下地金属層をエッチングして、前記配線下にのみ前記下地金属層を残存させる工程と、
前記外部接続用電極をマスクとして前記配線保護金属膜をエッチングして、前記外部接続用電極下にのみ前記配線保護金属膜を残存させるエッチング工程と、
前記半導体ウエハをダイシングして、複数個の半導体装置を得る工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、複数の配線を形成する工程と、
前記配線上の全面に、前記下地金属層をメッキ電流路とした、前記配線の材料と選択エッチングが可能な金属の電解メッキにより、配線保護金属膜を形成する工程と、
前記配線の接続パッド部上の前記配線保護金属膜をエッチングして除去し、前記接続パッド部を露出させる工程と、
前記接続パッド部上に、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキにより、外部接続用電極を形成する工程と、
前記配線保護金属膜および前記外部接続用電極をマスクとして前記下地金属層をエッチングして、前記配線下にのみ前記下地金属層を残存させる工程と、
前記配線上に残存した前記配線保護金属膜をエッチングするエッチング工程と、
前記半導体ウエハをダイシングして、複数個の半導体装置を得る工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１又は２に記載の発明において、前記複数の配線を形成する工程は、前記各配線の表面粗さＲａが数十Å〜三百Åとなるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項３に記載の発明において、前記配線は光沢銅メッキ液を用いて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１から４の何れか一項に記載の発明において、前記下地金属層および前記配線は銅によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１から５の何れか一項に記載の発明において、前記配線保護金属膜はニッケルによって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、前記配線保護金属膜の膜厚は１μｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１から７の何れか一項に記載の発明において、前記エッチング工程の後、前記外部接続用電極の周囲に封止膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項８に記載の発明において、前記封止膜を形成した後に、前記外部接続用電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。