JP2002313930A

JP2002313930A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002313930A
Application number: JP2001112640A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Shimoishizaka; 望下石坂; Ryuichi Sawara; 隆一佐原; Noriyuki Kaino; 憲幸戒能; Yoshifumi Nakamura; 嘉文中村; Takahiro Kumakawa; 隆博隈川; Kazumi Watase; 和美渡瀬
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】信号の反射および損失を低減した半導体装置
およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、基準電位電極２３に
接続された第１シールド配線２６と第２シールド配線３
５とが金属配線３０の周囲に設けられた構造を有し、信
号伝送時の金属配線の特性インピーダンスをほぼ一定に
維持することができる。このため、高速信号伝送時の信
号の反射および損失を減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の集積
回路部を保護し、かつ外部装置と半導体素子の電気的な
接続を確保し、高密度な実装を可能とした半導体装置お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置およびその製造方法
は、電子機器の小型化、高機能化に伴い、小型化、高密
度化、高速化を要求されるようになっている。例えば、
メモリー用パッケージとして、ＬＯＣ（リード・オン・
チップ）あるいはＳＯＮ（スモール・アウトライン・ノ
ンリード）、特表平０６−５０４４０８号公報に開示さ
れているＴＡＢ（テープ・オートメイテッド・ボンディ
ング）テープを利用したμＢＧＡ（マイクロ・ボール・
グリッド・アレイ）等のパッケージが開発されている。

【０００３】以下、従来のμＢＧＡと呼ばれる半導体装
置およびその製造方法について図面を参照しながら説明
する。

【０００４】図７は、従来のμＢＧＡと呼ばれる半導体
装置を示す断面図である。図８は、図７に示した従来の
半導体装置のソルダーレジスト８および金属ボール９を
除いた状態の上面図である。

【０００５】図７および図８に示すように、従来の半導
体装置１００は、半導体基板１、半導体基板１上に形成
された半導体装置電極２、半導体基板１上に形成された
低弾性材料膜３、低弾性材料膜３上に形成された柔軟性
シート４、柔軟性シート４の表面に形成された外部電極
５、柔軟性シート４上に形成され、外部電極５と電気的
に接続された金属配線６、金属配線６を半導体装置電極
２まで延設し接合した部分リード７、柔軟性シート４と
金属配線６とを被覆し、外部電極５を開口したソルダー
レジスト８、および外部電極５上に接合された金属ボー
ル９を備える。

【０００６】図７に示すように、従来のμＢＧＡと呼ば
れる半導体装置１００は、半導体基板１上に低弾性材料
膜３を介して柔軟性シート４が接合された構造であり、
半導体装置電極２と柔軟性シート４の表面上の外部電極
５とが、金属配線６および部分リード７によって電気的
に接続されたものである。

【０００７】次に、従来の半導体装置の製造方法を説明
する。

【０００８】まず、半導体基板１上に低弾性材料膜３を
形成する。低弾性材料膜３は、絶縁性材料であり且つ接
着性を有する。

【０００９】次に、低弾性材料膜３の上面を覆うように
柔軟性シート４を形成する。このとき、柔軟性シート４
としては、上面上に予め外部電極５、金属配線６および
部分リード７が形成され、柔軟性シート４と金属配線６
とを被覆し、外部電極５上にわたる領域を開口したソル
ダーレジスト８が形成されたものを使用する。

【００１０】次に、ＴＡＢ（テープ・オートメイテッド
・ボンディング）作業を行なうために通常用いられる従
来の熱圧着または超音波ボンディング技術を用いて、部
分リード７と半導体装置電極２とを電気的に接続する。

【００１１】次に、柔軟性シート４上の外部電極５の上
にハンダ等の金属ボール９を接合する。

【００１２】以上の方法によって、従来のμＢＧＡと呼
ばれる半導体装置１００を製造している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】金属配線６は、それぞ
れ特性インピーダンスを有する。特性インピーダンスと
は、配線が無限に長いとしたときの各点における２線間
の電圧と電流の比であり、場所によらず伝送線に固有な
量である。特性インピーダンスをＩ、配線の単位長さあ
たりの静電容量をＣ、インダクタンスをＬとするとＩ＝（Ｌ／Ｃ）^1/2 （１）と表わされる。

【００１４】従来のμＢＧＡと呼ばれる半導体装置１０
０では、半導体装置電極２と外部電極５とを電気的に接
続する金属配線６の周囲に、シールド機能を有する部材
が存在しない。従って、半導体装置電極２から外部電極
５に高速信号を伝送すると、金属配線６の間で互いに配
線間カップリングが生じ、それぞれの金属配線６の静電
容量Ｃが不均一になる。このため、上記式（１）から分
かるように、特性インピーダンスも大きく変動してしま
う。従って、半導体装置電極２から外部電極５の間に高
速信号を伝送すると、信号の反射および損失が大きいと
いう不具合がある。

【００１５】さらに、金属配線６の特性インピーダンス
が各配線で不均一であることから、金属配線６を通じて
伝送されるそれぞれの信号の過渡特性が、各配線におい
て異なる。このため、例えば、２つの高速信号の同期を
とる必要がある半導体装置の入力回路として、外部電極
５から半導体装置電極２までの距離を等しく設計した２
本の金属配線を用いたとしても、２本の金属配線を通じ
て伝送される各信号の過渡特性の差によって、入力回路
の応答時間に差が生じ、半導体装置が正常に動作する余
裕が小さくなるという不具合がある。

【００１６】本発明は、上記不具合を解決するためにな
されたものであり、金属配線の特性インピーダンスをほ
ぼ一定に維持し、信号の反射および損失を低減した半導
体装置およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体回路を備える半導体基板と、上記半導体基板の上
面上に設けられ、上記半導体回路に接続された内部電極
と、上記半導体基板の上面上のうち、上記内部電極を除
く領域に形成された保護膜と、上記保護膜を覆うように
形成された第１シールド配線と、上記第１シールド配線
を覆うように形成された第１絶縁膜と、上記第１絶縁膜
上に形成され、上記内部電極に接続された金属配線と、
上記金属配線と電気的に接続された外部電極と、上記金
属配線を覆うように形成された第２絶縁膜と、上記第２
絶縁膜を覆うように形成された第２シールド配線とを備
える。

【００１８】本発明によれば、内部電極と外部電極とを
電気的に接続する金属配線の周囲に、シールド配線を設
けた構造とすることによって、信号伝送時の金属配線の
特性インピーダンスをほぼ一定に維持することができ
る。

【００１９】上記内部電極の上部は、導体バリア膜であ
り、上記第１シールド配線と上記導体バリア膜とは、１
つの導体膜をパターニングすることによって同時に形成
されている。

【００２０】このことによって、第１シールド配線と導
体バリア膜とを同じ工程で形成するので、半導体装置の
製造工程を削減することができる。

【００２１】上記第１絶縁膜は、上記第１シールド配線
を貫通して上記保護膜と接着されているプラグ部を備え
る。

【００２２】このことによって、第１絶縁膜はプラグ部
を介して保護膜に直接密着するので、第１絶縁膜と保護
膜との密着強度が向上する。

【００２３】上記外部電極上に金属ボールを接合するこ
とによって、μＢＧＡを容易に得ることができる。

【００２４】上記内部電極は、少なくとも１つの基準電
位電極を含み、上記第１シールド配線と上記第２のシー
ルド配線とは、上記基準電位電極と電気的に接続されて
いる。

【００２５】このことによって、第１シールド配線およ
び第２のシールド配線の電位は、基準電位と等しくな
る。従って、信号伝送時の金属配線の特性インピーダン
スをより安定に維持することができる。

【００２６】上記金属配線が、その上下において、それ
ぞれ上記第１絶縁膜と上記第２絶縁膜とを挟んで、上記
第１シールド配線と上記第２シールド配線とに対向して
なるストリップライン構造を構成している。

【００２７】本発明によれば、金属配線の上下に、それ
ぞれ上記第１絶縁膜と上記第２絶縁膜とが配置され、さ
らにその上下に第１シールド配線と第２シールド配線と
が配置されるので、容易にストリップライン構造を有す
る半導体装置を得ることができる。

【００２８】上記金属配線のうち２本以上の配線は、特
性インピーダンスが等しい。

【００２９】このことによって、それぞれの金属配線を
同一条件で終端処理し、駆動した場合、それぞれの金属
配線を伝送される信号の過渡応答をほぼ正確に合致させ
ることができる。このため、例えば２つの高速信号の同
期をとる必要がある半導体装置の入力回路に、半導体装
置の外部電極から半導体装置電極までの距離を等しく設
計した金属配線を用いることによって、入力回路の応答
時間をほぼ等しくすることができ、半導体装置が正常に
動作する余裕を大きくすることができる。

【００３０】上記導体バリア膜と上記第１絶縁膜とは、
互いに選択的にエッチングが可能な材料により構成され
ていることが好ましい。

【００３１】金属配線の形成に先立って、基板表面を選
択的にエッチングすることによって、第１絶縁膜の表面
を微細に粗化することができる。このことによって、第
１絶縁膜と金属配線との密着強度を向上させることがで
きる。また、導体バリア膜および第１シールド配線の表
面に残っている第１絶縁膜の現像残渣を除去することが
できる。

【００３２】また、上記金属配線と上記第２シールド配
線とは、互いに選択的にエッチングが可能な材料により
構成されていることが好ましい。

【００３３】このことによって、第２シールド配線をエ
ッチングする際に、金属配線がエッチングされることを
防止することができる。

【００３４】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
回路を有する半導体基板と、上記半導体基板の上面上に
設けられ、上記半導体回路に接続された内部電極と、上
記半導体基板の上面上の上記内部電極を除く領域に形成
された保護膜とを備える基板を用意する工程（ａ）と、
上記工程（ａ）の後、基板上に導体膜を形成する工程
（ｂ）と、上記導体膜をパターニングすることによっ
て、上記内部電極上の少なくとも一部を覆う導体バリア
膜と、上記保護膜の一部を覆う第１シールド配線とを形
成する工程（ｃ）と、上記工程（ｃ）の後、基板上に第
１絶縁膜を堆積する工程（ｄ）と、上記第１絶縁膜をパ
ターニングすることによって、上記導体バリア膜の少な
くとも一部を露出させる工程（ｅ）と、上記第１絶縁膜
上に、上記導体バリア膜に接続された金属配線を形成す
る工程（ｆ）と、上記工程（ｆ）の後、基板上に第２絶
縁膜を形成する工程（ｇ）と、上記工程（ｇ）の後、基
板上に第２シールド配線を形成する工程（ｈ）とを含
む。

【００３５】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
内部電極と外部電極とを電気的に接続する金属配線の周
囲に、シールド配線を設けた構造を有し、信号伝送時の
金属配線の特性インピーダンスをほぼ一定に維持するこ
とが可能な半導体装置が得られる。

【００３６】上記工程（ｃ）の途中または後で、上記第
１シールド配線に開口部を形成する工程をさらに含むこ
とが好ましい。

【００３７】このことによって、第１絶縁膜は開口部内
にプラグ部を形成し、このプラグ部を介して開口部の内
部で保護膜に直接密着する。従って、開口部が形成され
ていない場合と比較して、第１絶縁膜と保護膜との密着
強度が高くなる。

【００３８】上記工程（ｈ）の前に、上記第２絶縁膜を
貫通して上記金属配線に到達する第１開口部を形成する
工程（ｉ）と、上記工程（ｈ）の後で、基板上に第３絶
縁膜を形成する工程（ｊ）と、上記第３絶縁膜を貫通し
て、上記第１開口部及びその周辺に位置する上記第２シ
ールド配線に到達する第２開口部を形成する工程（ｋ）
と、上記第３絶縁膜をエッチングマスクとして、上記第
２シールド配線のうちの上記第２開口部内に位置する部
分を除去することによって、外部電極を形成する工程
（ｌ）とをさらに含むことが好ましい。

【００３９】第３絶縁膜をエッチングマスクとしても使
用して、第２シールド配線の不要部分をエッチング除去
するので、レジストマスクを別途形成する工程を削減す
ることができ、より低コストで半導体装置を提供するこ
とができる。

【００４０】上記工程（ｌ）の後に、上記外部電極上に
金属ボールを接合する工程をさらに含んでもよい。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図を参照しながら説明する。

【００４２】図１は、本実施形態の半導体装置１０の各
部を透視するように示した斜視図である。図２は、図１
に示した線ＩＩ−ＩＩに沿った本実施形態の半導体装置
の断面図である。

【００４３】図１および図２に示すように、本実施形態
の半導体装置１０は、半導体回路が設けられた半導体基
板２１を備える。半導体基板２１の上面には、半導体回
路に接続された電極２２と、基準電位電極２３とが形成
されており、さらに半導体基板２１の上面を覆うように
形成されたパッシベーション膜２４が形成されている。
さらに、パッシベーション膜２４を貫通し、電極２２を
露出する開口部（不図示）が形成されている。

【００４４】電極２２上には、開口部（不図示）を埋め
るように金属製バリア膜膜２５が形成されている。ま
た、パッシベーション膜２４上には、第１シールド配線
２６と第１シールド配線２６を貫通する複数の開口部２
７とが形成されている。

【００４５】さらに基板上には、第１絶縁膜２８が形成
されている。第１絶縁膜２８は、図２に示すように、開
口部２７を埋めるプラグ部２７ａを有している。第１絶
縁膜２８とパッシベーション膜２４とは、プラグ部２７
ａを介して接着している。また、第１絶縁膜２８を貫通
し、金属製バリア膜２５の一部および第１シールド配線
２６の一部を露出させる開口部２９が形成されている。

【００４６】第１絶縁膜２８の上には、金属配線３０お
よび外部電極３１が形成されている。金属配線３０は、
開口部２９を通じて金属製バリア膜２５および第１シー
ルド配線２６に接続されている。さらに、金属配線３０
は、外部電極３１に電気的に接続されている。ここで、
図１に示す金属配線３０のうち、金属配線３０ａと３０
ｂは、配線距離が等しい金属配線である。

【００４７】さらに図１および図２に示すように、基板
上には、第２絶縁膜３２と、第２絶縁膜３２を貫通して
外部電極３１の上面を露出させる開口部３３と、第２絶
縁膜３２を貫通して金属配線３０の上面の一部を露出さ
せる開口部３４とが形成されている。

【００４８】第２絶縁膜３２の上には、第２シールド配
線３５が形成されている。第２シールド配線３５は、第
２絶縁膜３２を被覆するように形成されており、開口部
３４を通じて金属配線３０に接続されている。第２シー
ルド配線３５上にはソルダーレジスト３６が形成されて
いる。開口部３３には、金属ボール３７が外部電極端子
３１上に載置されている。

【００４９】第１シールド配線２６と第２シールド配線
３５とは、それぞれ基準電位電極２３と電気的に接続さ
れている。

【００５０】つまり、本実施形態の半導体装置１０は、
電極２２と外部電極３１とを電気的に接続する金属配線
３０の上下の層に、基準電位電極２３に接続された第１
シールド配線２６と第２シールド配線３５とを設けるこ
とによってストリップライン構造を有している。

【００５１】金属配線３０は、それぞれ特性インピーダ
ンスを有する。特性インピーダンスとは、配線が無限に
長いとしたときの各点における２線間の電圧と電流の比
であり、場所によらず伝送線に固有な量であり、上述の
式（１）のように表わされる。

【００５２】本実施形態の半導体装置のように、金属配
線３０の上下の層に、基準電位となる第１シールド配線
２６および第２シールド配線３５が設けられていると、
高速信号伝送時の互いに隣接する金属配線３０同士の配
線間カップリングが抑制される。このことによって、金
属配線３０の特性インピーダンスがほぼ一定に保たれ
る。

【００５３】上述のように、本実施形態の半導体装置１
０は、電極２２と外部電極３１とを電気的に接続する金
属配線３０の上下の層に、基準電位電極２３に接続され
た第１シールド配線２６と第２シールド配線３５とを設
けることによってストリップライン構造を有し、このこ
とによって、高速信号伝送時の金属配線３０の特性イン
ピーダンスをほぼ一定に維持している。このため、金属
配線３０において、信号の反射および損失を軽減するこ
とができる。また、信号の反射および損失を軽減するの
で、半導体装置１０の周囲への電磁波の漏洩を低減し、
半導体装置１０自体への雑音の混入を減少させることも
できる。

【００５４】さらに、金属配線３０の特性インピーダン
スがほぼ等しくなっているので、それぞれの金属配線３
０を同一条件で終端処理し、駆動した場合、それぞれの
金属配線を伝送される信号の過渡応答をほぼ正確に合致
させることができる。このため、例えば２つの高速信号
の同期をとる必要がある半導体装置１０の入力回路とし
て、外部電極３１から半導体装置電極２２までの距離を
等しく設計した金属配線３０ａおよび３０ｂを用いるこ
とによって、入力回路の応答時間がほぼ等しくなり、半
導体装置１０が正常に動作する余裕を大きくすることが
できる。

【００５５】なお、ここでは２本の金属配線３０ａおよ
び３０ｂの特性インピーダンスが等しい場合について説
明したが、２本以上の金属配線３０の特性インピーダン
スが等しい場合についても同様である。

【００５６】次に、本実施形態の半導体装置の製造方法
について、図を参照しながら説明する。図３〜図６は、
本実施形態の半導体装置の製造方法における工程を示す
断面図である。

【００５７】まず、図３（ａ）に示す工程で、Ａｌから
なる電極２２および基準電位電極２３と、パッシベーシ
ョン膜２４とが形成されており、パッシベーション膜２
４を貫通し、電極２２および基準電位電極２３を露出す
る開口部（不図示）が上面に形成された半導体基板２１
を用意する。この半導体基板２１上に、第１金属薄膜３
８をスパッタリング法を用いて形成する。第１金属薄膜
３８は、パッシベーション膜２４の開口部を経由して電
極２２と基準電位電極２３とに電気的に接続する。ここ
で形成した第１金属薄膜３８は、下層と上層とからなる
２層構造を有する。本実施形態では、第１金属薄膜３８
の下層には、パッシベーション膜２４および電極２２と
強い密着強度を有し、第１金属薄膜３８の上層の金属の
エッチング液に対するバリア性を有する金属を用いる。
本実施形態では、第１金属薄膜３８の下層の金属として
Ｔｉ−Ｗ合金膜を用いている。第１金属薄膜３８の上層
には、シールド機能を有する低抵抗率の金属が好まし
く、本実施形態ではＣｕ膜を用いている。第１金属薄膜
３８の下層を構成するＴｉ−Ｗ合金膜の厚さは、Ｃｕエ
ッチング液に対するバリア性の観点から０．１μｍ以上
とすることが好ましく、また析出応力とエッチングの容
易さとの観点から０．５μｍ以下にすることが好まし
い。本実施形態では０．２μｍとしている。第１金属薄
膜３８の上層を構成するＣｕ膜の厚さは、電気抵抗の観
点から０．３μｍ以上とすることが好ましく、また析出
応力とエッチングの容易さとの観点から１．０μｍ以下
とすることが好ましい。本実施形態では０．５μｍ程度
に形成している。

【００５８】なお、第１金属薄膜３８と電極２２との接
触抵抗を低減するために、第１金属薄膜３８のスパッタ
リングに先立って、Ａｒガスによるドライエッチングを
用いて、Ａｌからなる電極２２上のＡｌ酸化膜を除去す
ることが好ましい。ドライエッチング量は、Ｓｉ熱酸化
膜の厚さに換算して１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度であり、好
ましくは２０ｎｍ程度である。Ａｒガスによるドライエ
ッチング後に、電極２２上にＡｌ酸化膜が再び形成され
ることを防止するため、Ａｒガスによるドライエッチン
グから第１金属薄膜３８のスパッタリングまでの工程は
真空中で行なう。

【００５９】次に、図３（ｂ）に示す工程で、第１金属
薄膜３８上にポジ型感光性レジストを塗布する。その
後、乾燥、露光および現像することによりレジストパタ
ーン３９を形成する。レジストパターン３９は、０．５
μｍ〜２．０μｍの範囲内の厚さで形成し、好ましくは
１．０μｍ程度の厚さに形成する。

【００６０】次に、図３（ｃ）に示す工程で、レジスト
パターン３９をマスクとするウエットエッチングを行な
うことによって、第１金属薄膜３８をパターニングす
る。このことによって、電極２２を被覆する金属製バリ
ア膜２５と、基準電位電極２３に電気的に接続された第
１シールド配線２６と、パッシベーション膜２４を露出
する開口部２７とを形成する。

【００６１】上記工程におけるウエットエッチングで
は、第１金属薄膜３８の上層を構成するＣｕ膜のエッチ
ング液として、過硫酸ナトリウム水溶液を用い、第１金
属薄膜３８の下層を構成するＴｉ−Ｗ合金膜のエッチン
グ液として、過酸化水素を用いる。レジストパターン３
９は、第１金属薄膜３８のエッチング後に剥離する。

【００６２】次に、図３（ｄ）に示す工程で、感光性絶
縁材料を半導体基板２１上に塗布し、その後、乾燥、露
光および現像することによってパターニングし、第１絶
縁膜２８と、第１絶縁膜２８を貫通して金属製バリア膜
２５および第１シールド配線２６を露出する開口部２９
とを形成する。

【００６３】この工程で、第１絶縁膜２８は、金属製バ
リア膜２５と第１シールド配線２６とに密着する。同時
に、第１絶縁膜２８には、開口部２７を埋めるプラグ部
２７ａが形成される。第１絶縁膜２８は、このプラグ部
２７ａを介して開口部２７の内部でパッシベーション膜
２４に直接密着する。このことによって、開口部２７が
形成されていない場合と比較して、第１絶縁膜２６とパ
ッシベーション膜２４との密着強度が向上する。

【００６４】第１絶縁膜２８は、塗付したときの平坦性
維持と、露光および現像性との観点から５μｍ〜５０μ
ｍ程度の膜厚で形成し、好ましくは３０μｍ程度の膜厚
で形成する。

【００６５】感光性絶縁材料としては、エステル結合型
ポリイミド、アクリレート系エポキシ等のポリマー材料
を用いればよく、特に限定されない。

【００６６】次に、図４（ａ）に示す工程で、基板上
に、第２金属薄膜４０をスパッタリング法により形成す
る。このとき、第２金属薄膜４０のスパッタリングに先
立って、基板表面のプラズマ処理を行なうことによっ
て、第１絶縁膜２８の表面を微細に粗化する。このこと
によって、第１絶縁膜２８と第２金属薄膜４０との密着
強度を向上させるとともに、開口部２９内に露出する金
属製バリア膜２５および第１シールド配線２６の表面に
残っている第１絶縁膜２８の現像残渣を除去し、金属製
バリア膜２５および第１シールド配線２６と、第２金属
薄膜４０との接触抵抗を低下させることができる。プラ
ズマ処理の条件（処理方法、反応ガスなど）は、金属製
バリア膜２５および第１シールド配線２６をほとんどエ
ッチングせず、第１絶縁膜２８の表面を選択的に粗化エ
ッチングできるものであればよい。本実施形態では、Ｒ
ＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）処
理法およびＯ₂ガスの組み合わせを用いる。

【００６７】第２金属薄膜４０は、下層と上層とからな
る２層構造を有する。本実施形態の第２金属薄膜４０の
下層には、第１絶縁膜２８、金属製バリア膜２５および
第１シールド配線２６と強い密着強度を有し、且つ、第
２金属薄膜４０の上層の金属のエッチング液に対するバ
リア性を有する金属を用いる。本実施形態では、第２金
属薄膜４０の下層の金属としてＴｉ−Ｗ合金膜を用いて
いる。第２金属薄膜４０の上層には、電解めっきのシー
ド層としての機能を有する低抵抗率の金属が必要であ
り、本実施形態ではＣｕ膜を用いている。第２金属薄膜
４０の下層を構成するＴｉ−Ｗ合金膜の厚さは、Ｃｕエ
ッチング液に対するバリア性の観点から０．１μｍ以上
であることが好ましく、析出応力とエッチングの容易さ
との観点から０．５μｍ以下であることが好ましい。本
実施形態では０．２μｍとしている。第２金属薄膜４０
の上層を構成するＣｕ膜の厚さは、電気抵抗の観点から
０．３μｍ以上であることが好ましく、析出応力とエッ
チングの容易さの観点から１．０μｍ以下であることが
好ましい。本実施形態では０．５μｍ程度に形成してい
る。

【００６８】次に、図４（ｂ）に示す工程で、基板上に
ポジ型感光性レジストを塗布し、乾燥、露光および現像
することによって、めっきレジスト４１を形成する。後
行程の電解Ｃｕめっき厚を５μｍ〜１５μｍとするため
に、めっきレジスト４１の厚さは、２０μｍ程度に形成
する。その後、Ｏ₂ガスを用いたプラズマ処理によっ
て、めっきレジスト４１の現像残渣を除去する。

【００６９】次に、図４（ｃ）に示す工程で、電解Ｃｕ
めっき法により、めっきレジスト４１が形成された領域
以外の領域、つまり第２金属薄膜４０が露出している領
域の上に金属膜４２を選択的に形成する。金属膜４２
は、電気抵抗と機械的強度の観点から５μｍ〜１５μｍ
の厚さに形成し、好ましくは１０μｍ程度の厚さに形成
する。

【００７０】次に、図５（ａ）に示す工程で、めっきレ
ジスト４１を剥離除去することによって、第２金属薄膜
４０を露出する開口部４３を形成する。更にＯ₂ガスに
よるプラズマ処理によって、開口部４３内のめっきレジ
スト４１の剥離残渣を除去する。

【００７１】次に、図５（ｂ）に示す工程で、第２金属
薄膜４０と金属膜４２とをＣｕエッチング液（例えば、
過硫酸ナトリウム水溶液）を用いてエッチングする。こ
のことによって、金属膜４２よりも膜厚が薄く、開口部
４３内に露出した第２金属薄膜４０の上層のＣｕ膜が先
行して除去される。次いで、開口部４３内に露出した第
２金属薄膜４０の下層（Ｔｉ−Ｗ合金膜）と金属膜４２
とをＴｉ−Ｗ合金エッチング液（例えば、過酸化水素
水）を用いてエッチングすることによって、開口部４３
内に第１絶縁膜２８の表面が露出する。また、開口部４
３を除く領域には、金属膜４２と第２金属薄膜４０との
積層体である金属配線３０が形成される。

【００７２】次に、図５（ｃ）に示す工程で、感光性絶
縁材料を基板上に塗布し、その後、乾燥、露光および現
像することによりパターニングすることによって、第２
絶縁膜３２と、金属配線３０を露出する開口部３３およ
び開口部３４を形成する。このとき、開口部３３内に露
出している金属配線３０は外部電極３１となる。

【００７３】第２絶縁膜３２は、塗付したときの平坦性
維持と、露光および現像性の観点から５μｍ〜５０μｍ
の膜厚に形成し、好ましくは３０μｍ程度に形成する。

【００７４】また、感光性絶縁材料としては、エステル
結合型ポリイミド、アクリレート系エポキシ等のポリマ
ー材料を用いればよく、特に限定されない。

【００７５】次に、図５（ｄ）に示す工程で、基板上に
第３金属薄膜４４をスパッタリング法によって形成す
る。このとき、第３金属薄膜４４のスパッタリングに先
立って、プラズマ処理によって第２絶縁膜３２の表面を
微細に粗化する。このことによって、第２絶縁膜３２と
第３金属薄膜４４との密着強度を向上させるとともに、
開口部３３内に露出する外部電極２９、開口部３４内に
露出する金属配線３０の表面に残った第２絶縁膜３２の
現像残渣を除去する。プラズマ処理の条件（処理方法、
反応ガスなど）は、上層がＣｕ膜からなる金属配線３０
をほとんどエッチングせず、第２絶縁膜３２の表面を選
択的に粗化エッチングできるものであればよい。本実施
形態では、ＲＩＥ処理法およびＯ₂ガスの組み合わせを
用いる。

【００７６】第３金属薄膜４４は、下層と上層とからな
る２層構造を有する。第３金属薄膜４４の下層には、第
２絶縁膜３２や金属配線層２８と強い密着強度を有し、
且つ第３金属薄膜４４の上層の金属のエッチング液に対
するバリア性を有する金属を用いる。本実施形態では、
第３金属薄膜４４の下層の金属としてＴｉ−Ｗ合金膜を
用いている。第３金属薄膜４４の上層には、シールド機
能を有する低抵抗率の金属が好ましく、本実施形態では
Ｃｕ膜を用いている。第３金属薄膜４４の下層を構成す
るＴｉ−Ｗ合金膜の厚さは、Ｃｕエッチング液に対する
バリア性の観点から０．１μｍ以上であることが好まし
く、析出応力とエッチングの容易さの観点から０．５μ
ｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、０．２
μｍ程度としている。第３金属薄膜４４の上層を構成す
るＣｕ膜の厚さは、電気抵抗の観点から０．３μｍ以上
であることが好ましく、析出応力とエッチングの容易さ
の観点から１．０μｍ以下であることが好ましい。本実
施形態では、０．５μｍ程度に形成している。

【００７７】次に、図６（ａ）に示す工程で、基板上に
感光性絶縁材料を塗布し、その後、乾燥、露光および現
像することによりソルダーレジスト３６と、第３金属薄
膜４４を露出する開口部４５とを形成する。この開口部
４５は、上記した開口部３３と同じ位置に形成される。
感光性絶縁材料としては、エステル結合型ポリイミド、
アクリレート系エポキシ等のポリマー材料を用いればよ
く、特に限定されない。

【００７８】ソルダーレジスト３６の膜厚は、耐熱性と
機械強度の観点から１０μｍ以上であることが好まし
く、また露光および現像性の観点から５０μｍ以下であ
ることが好ましい。本実施形態では、ソルダーレジスト
３６を３０μｍ程度の膜厚で形成している。

【００７９】次に、図６（ｂ）に示す工程で、ソルダー
レジスト３６をマスクとするウエットエッチングを行な
うことによって、第３金属薄膜４４をパターニングし、
第２シールド配線３５を形成する。この工程におけるウ
エットエッチングでは、第３金属薄膜４４の上層を構成
するＣｕ膜のエッチング液として、過硫酸ナトリウム水
溶液を用い、第３金属薄膜４４の下層を構成するＴｉ−
Ｗ合金膜のエッチング液として、過酸化水素を用いる。
このことによって、第３金属薄膜４４の下層を構成する
Ｔｉ−Ｗ合金膜と、金属配線３０の上層を構成するＣｕ
膜とが、同時にエッチングされることを防止することが
できる。

【００８０】この工程で形成された第２シールド配線３
５は、上記の図５（ｃ）に示す工程で形成された開口部
３３および開口部３４を通じて金属配線３０に電気的に
接続されている。金属配線３０と、基準電位電極２３お
よび第１シールド配線２６とは電気的に接続されている
ので、第１シールド配線２６と第２シールド配線３５と
は、常に基準電位となる。

【００８１】次に、図６（ｃ）に示す工程で、外部電極
３１上にバリアメタル膜（不図示）として厚さ５μｍ程
度のＮｉ膜と、厚さ０．０５μｍ程度のＡｕ膜とを、そ
れぞれ無電解めっきによって形成する。次いで、開口部
４５内に露出した外部電極３１上に金属ボール３７を載
置する。この載置された金属ボール３７を外部電極３１
に溶融接合することによって、半導体装置１０が得られ
る。なお、金属ボール３７の材料としては、ハンダ、
銅、ニッケルあるいはハンダメッキされた他の金属でも
一向に構わない。

【００８２】上述のように、本実施形態の半導体装置の
製造方法によれば、上記図６（ｂ）に示す工程で、ソル
ダーレジスト３６をマスクとするウエットエッチングを
行なうことによって、第３金属薄膜４４のうち、開口部
４５（３３）に露出した外部電極３１上に形成された部
分を除去し、第２シールド配線３５と形成する。このこ
とによって、第２シールド配線３５と形成するためのレ
ジストマスクを別途形成する工程を削減することがで
き、半導体装置を製造するコストを低減することができ
る。

【００８３】なお、本実施形態では、第１金属薄膜３
８、第２金属薄膜４０および第３金属薄膜４４として、
下層がＴｉ−Ｗ合金膜、上層がＣｕ膜である積層膜を用
いたが、Ｔｉ−Ｗ合金膜に代えて、Ｔｉ膜もしくはＣｒ
膜を用いてもよい。

【００８４】また、本実施形態では、めっきレジスト４
１の形成にポジ型感光性レジストを用いたが、ネガ型感
光性レジストを用いても良い。

【００８５】また、本実施形態では、Ｃｕエッチング液
として過硫酸ナトリウム水溶液を用いたが、過硫酸ナト
リウム水溶液の代わりに塩化第二鉄溶液、塩化第二銅溶
液、Ｃｕ（ＮＨ₃）₄Ｃｌ₂溶液等を用いてもよい。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置電極と外部
電極とを電気的に接続する金属配線層の上下の層に、基
準電位となるシールド層を設けた構造とすることによっ
て、高速信号伝送時の金属配線の特性インピーダンスを
ほぼ一定とすることができる。このため、信号の反射お
よび損失を軽減するとともに、半導体装置の周囲への電
磁波の漏洩や半導体装置への雑音の混入も減少させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による半導体装置の各部を透
視するように示した斜視図である。

【図２】図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿った半導体装置
の断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態による半
導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態による半
導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態による半
導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態による半
導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。

【図７】従来の半導体装置を示す断面図である。

【図８】従来の半導体装置の上面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２電極３低弾性材料膜４柔軟性シート５外部電極６金属配線７部分リード８ソルダーレジスト９、３７金属ボール１０、１００半導体装置２１半導体基板２２電極２３基準電位電極２４パッシベーション膜２５金属製バリア膜２６第１シールド配線２７、２９、３３、３４、４３、４５開口部２７ａプラグ部２８第１絶縁膜３０、３０ａ、３０ｂ金属配線３１外部電極３２第２絶縁膜３５第２シールド配線３６ソルダーレジスト３８第１金属薄膜３９レジストパターン４０第２金属薄膜４１めっきレジスト４２金属膜４４第３金属薄膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０４Ｊ (72)発明者戒能憲幸大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者中村嘉文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者隈川隆博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者渡瀬和美大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F033 HH07 HH11 HH13 HH17 HH18 HH23 JJ01 JJ11 JJ17 JJ18 JJ23 KK07 KK08 KK11 KK18 KK23 MM05 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP28 PP33 QQ00 QQ08 QQ09 QQ11 QQ19 QQ37 QQ94 QQ98 RR22 RR27 SS22 TT03 VV03 VV05 VV07 XX00 XX10 XX12 XX21 XX27 XX33 XX34 5F038 BE07 BH10 BH19 CA06 CA07 CA10 EZ14 EZ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体回路を備える半導体基板と、上記半導体基板の上面上に設けられ、上記半導体回路に
接続された内部電極と、上記半導体基板の上面上のうち、上記内部電極を除く領
域に形成された保護膜と、上記保護膜を覆うように形成された第１シールド配線
と、上記第１シールド配線を覆うように形成された第１絶縁
膜と、上記第１絶縁膜上に形成され、上記内部電極に接続され
た金属配線と、上記金属配線と電気的に接続された外部電極と、上記金属配線を覆うように形成された第２絶縁膜と、上記第２絶縁膜を覆うように形成された第２シールド配
線と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体装置において、上記内部電極の上部は、導体バリア膜であり、上記第１シールド配線と上記導体バリア膜とは、１つの
導体膜をパターニングすることによって同時に形成され
ていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】請求項１に記載の半導体装置において、上記第１絶縁膜は、上記第１シールド配線を貫通して上
記保護膜と接着されているプラグ部を備えることを特徴
とする半導体装置。
【請求項４】請求項１に記載の半導体装置において、上記外部電極上に金属ボールが接合されていることを特
徴とする半導体装置。
【請求項５】請求項１に記載の半導体装置において、上記内部電極は、少なくとも１つの基準電位電極を含
み、上記第１シールド配線と上記第２のシールド配線とは、
上記基準電位電極と電気的に接続されていることを特徴
とする半導体装置。
【請求項６】請求項１に記載の半導体装置において、上記金属配線が、その上下において、それぞれ上記第１
絶縁膜と上記第２絶縁膜とを挟んで、上記第１シールド
配線と上記第２シールド配線とに対向してなるストリッ
プライン構造を構成していることを特徴とする半導体装
置。
【請求項７】請求項１に記載の半導体装置において、上記金属配線のうち２本以上の配線は、特性インピーダ
ンスが等しいことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項１に記載の半導体装置において、上記導体バリア膜と上記第１絶縁膜とは、互いに選択的
にエッチングが可能な材料により構成されていることを
特徴とする半導体装置。
【請求項９】請求項１に記載の半導体装置において、上記金属配線と上記第２シールド配線とは、互いに選択
的にエッチングが可能な材料により構成されていること
を特徴とする半導体装置。
【請求項１０】半導体回路を有する半導体基板と、上
記半導体基板の上面上に設けられ、上記半導体回路に接
続された内部電極と、上記半導体基板の上面上の上記内
部電極を除く領域に形成された保護膜とを備える基板を
用意する工程（ａ）と、上記工程（ａ）の後、基板上に導体膜を形成する工程
（ｂ）と、上記導体膜をパターニングすることによって、上記内部
電極上の少なくとも一部を覆う導体バリア膜と、上記保
護膜の一部を覆う第１シールド配線とを形成する工程
（ｃ）と、上記工程（ｃ）の後、基板上に第１絶縁膜を堆積する工
程（ｄ）と、上記第１絶縁膜をパターニングすることによって、上記
導体バリア膜の少なくとも一部を露出させる工程（ｅ）
と、上記第１絶縁膜上に、上記導体バリア膜に接続された金
属配線を形成する工程（ｆ）と、上記工程（ｆ）の後、基板上に第２絶縁膜を形成する工
程（ｇ）と、上記工程（ｇ）の後、基板上に第２シールド配線を形成
する工程（ｈ）と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の半導体装置の製造
方法において、上記工程（ｃ）の途中または後で、上記第１シールド配
線に開口部を形成する工程をさらに含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項１２】請求項１０に記載の半導体装置の製造
方法において、上記工程（ｈ）の前に、上記第２絶縁膜を貫通して上記
金属配線に到達する第１開口部を形成する工程（ｉ）
と、上記工程（ｈ）の後で、基板上に第３絶縁膜を形成する
工程（ｊ）と、上記第３絶縁膜を貫通して、上記第１開口部及びその周
辺に位置する上記第２シールド配線に到達する第２開口
部を形成する工程（ｋ）と、上記第３絶縁膜をエッチングマスクとして、上記第２シ
ールド配線のうちの上記第２開口部内に位置する部分を
除去することによって、外部電極を形成する工程（ｌ）
とをさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項１３】請求項１２に記載の半導体装置の製造
方法において、上記工程（ｌ）の後に、上記外部電極上に金属ボールを
接合する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装
置の製造方法。