JP2004043904A - 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ表面にめっきにより形成される導電膜の厚さを均一にする半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供する。
【解決手段】ウエハ上に導電膜を形成する導電膜形成工程が、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第１工程と、該第１工程に続いて行われ、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第２工程と、該第２工程に続いて行われ、前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第３工程とを有し、前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程を順次繰り返す工程であるか、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする工程である半導体装置の製造方法。前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置する。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特に、半導体装置を構成する平面ウエハ上に、電解めっきにより導電膜を形成する際に、導電膜の厚みを均一に形成する方法を改善した半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の構造として、例えば半導体チップを樹脂に封止した装置（いわゆるＤｕａｌ　Ｉｎｌｉｎｅ　ＰａｃｋａｇｅやＱｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｐａｃｋａｇｅ）では、樹脂装置周辺の側面に金属リード電極を配置する周辺端子配置型が主流であった。
【０００３】
これに対し、近年、急速に普及している半導体装置構造として、例えばＣＳＰ（チップスケールパッケージ）と呼ばれる、装置の平坦な表面に電極を平面上に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来より小さい面積で電子回路ウエハに高密度実装することを可能とする装置構造がある。
【０００４】
ＢＧＡタイプの半導体装置においては、装置の面積が半導体チップの面積にほぼ等しい、いわゆるチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）と呼ばれる構造が、前述のＢＧＡ電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。
チップスケールパッケージは、回路を形成したり、シリコンウエハ（以下、「ウエハ」と略す。）を切断し、個々の半導体チップについて個別に装置化工程を施し、装置を完成するものである。
【０００５】
これに対し、一般的に「ウエハレベルＣＳＰ」と呼ばれる製法においては、このウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止層などを形成し、はんだバンプを形成する。そして、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することで装置構造を具備した半導体チップを得ることができる。この製法では、ウエハ全面に、これらの回路を積層し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、装置構造を有する半導体チップとなり、実装ウエハに対して最小投影面積を有する半導体チップを得ることが可能となる。
【０００６】
このような半導体装置の製造において、ウエハ上に電極を形成する方法の１つとしては、フォトレジストなどを用い、フォトリソグラフィ技術により、電極の形成位置に整合するパターンの開口部を有するレジスト膜を形成し、銅などの金属めっきにより、電極をなす導電膜を形成し、目的形状の電極を形成する方法がある。
【０００７】
また、めっきによるウエハ上への導電膜の形成方法は、めっき装置の形態から、以下に示すディップ式とカップ式の２種類に大別できる。
ディップ式は、周辺部に給電ピンを取り付けたウエハを、めっき浴に鉛直に浸漬する方式であり、制御板による電流密度分布制御、めっき液流制御、めっき液攪拌制御などを行って、めっきが施される。
カップ式は、水平にウエハを配置し、めっき浴に鉛直に浸漬する方式であり、ウエハの取り付け向きにより、フェースダウン型またはフェースアップ型の方法がある。カップ式では、アノード形状がメッシュ型あるいはドーナツ型であり、めっき液流制御などを行って、めっきが施される。
これら２つのめっき方法では、ウエハを鉛直に配置するディップ式の方が、めっき装置のめっき槽を小さくできる上に、複数のウエハを同時にめっきすることができるなどの特徴がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなディップ式では、ウエハ表面のめっきの厚さを均一にするために、制御板を用いて電流密度分布の補正を行っているが、制御板の適正形状を得るには、多数の試行を必要とするため、非常に困難である。さらに、カップ式では、ウエハの周辺部分に給電ピンを配置するため、給電ピンの周辺部分の電流密度が高くなり、結果として、めっきの厚さは、ウエハの中央部分で薄く、周辺部分で厚くなる。このように、従来のめっき方法では、ウエハに均一厚さでめっきするのは困難であった。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ウエハ表面にめっきにより形成される導電膜の厚さを均一にする半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置の製造方法は、ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程であることを特徴とする。
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第１工程と、該第１工程の後に前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第２工程と、該第２工程の後に前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第３工程とを有し、前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程を順次繰り返すことを特徴とする。
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、請求項２または３記載の半導体装置の製造方法において、前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置することを特徴とする。
請求項５記載の半導体製造装置は、ウエハを固定し、回転させる回転盤と、該回転盤を回転駆動させる駆動部と、前記ウエハ上にめっき液を供給するめっき液供給部と、前記めっき液に給電する給電部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程からなるものである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記導電膜形成工程が、回転可能な平板上に固定されたウエハの表面にめっき液を供給しながら行われるものであり、ウエハをめっき浴に浸漬せずに行われるものである。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す概略説明図である。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図１に示すような半導体製造装置を用いて、導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１を固定し、回転させる回転盤１１と、この回転盤１１を回転駆動させる駆動軸１０、駆動源（図示略）などからなる駆動部と、ウエハ１上にめっき液を供給するノズル１２などからなるめっき液供給部と、めっき液に給電する給電電極１３などからなる給電部と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部（図示略）とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ１の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜（図示略）を形成する。
次いで、図１（ａ）に示すように、駆動軸１０を介して駆動源に接続された回転盤１１上に、シリコン製のウエハ１を固定する。次いで、ノズル１２からウエハ１の表面に、めっき液２を供給する（第１工程）。
次いで、図１（ｂ）に示すように、給電電極１３をめっき液２の表面に接触させて、めっき液２に給電し、ウエハ１をめっきする（第２工程）。ここで、給電電極１３はアノードである。また、ウエハ１の外周部、あるいはウエハ１の表面に形成されたレジスト膜の導電膜パターンの開口部の周縁には、あらかじめ、カソード（図示略）を設けておく。
次いで、めっき液２への給電を所定時間行った後、図１（ｃ）に示すように、回転盤１１と共にウエハ１を回転させて、ウエハ１の表面のめっき液２を振り切る（第３工程）。
上記一連の第１工程、第２工程、第３工程を順次繰り返すことにより、ウエハ１の表面に、所望のパターンを有する厚さの均一な導電膜を形成する。なお、この一連の工程を繰り返す回数は、所望の導電膜の大きさや厚さなどに応じて、適宜設定される。
【００１４】
上記第１の工程において、めっき液２をウエハ１の表面に供給する際に、めっき液２の１回の供給量は、ウエハ１の大きさに応じて適宜設定されるが、少なくともめっき液２がウエハ１の表面全面を覆う程度とする。
また、めっき液２としては、一般的に電解めっきに用いられるものは全て挙げられる。
【００１５】
さらに、第２の工程において、給電電極１３からめっき液２に給電する際の電流の大きさおよび給電する時間は、ウエハ１の大きさなどに応じて適宜設定される。
第３の工程において、ウエハ１の表面のめっき液２を振り切る際の回転盤１１の回転数は、ウエハ１の大きさなどに応じて適宜設定されるが、ウエハ１の表面にあるめっき液２を、一瞬にして振り切れる程度であることが望ましい。
【００１６】
この実施形態の半導体装置の製造方法では、導電膜形成工程において、上記一連の第１工程、第２工程、第３工程をこの順に繰り返して間欠的にめっき液２を供給し、例えば、第１工程、第２工程および第３工程を、それぞれ数秒程度で行い、実質的にウエハ１の表面には、常に、適正なめっき成分濃度のめっき液２が存在するようにする。
これにより、めっき中のめっき成分濃度の低下により、めっき液２の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液２中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが抑制される。その結果として、めっきにより、ウエハ１の表面に厚さの均一な導電膜を形成することができる。
【００１７】
さらに、この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ１上のめっき液２を振り切ることにより、ウエハ１の表面に形成されたレジスト膜の微細な導電膜パターンの開口部内のめっき液２が入れ替わるから、この導電膜パターンの開口部の隅々まで、めっき液２中のめっき成分を入り込ませることができる。したがって、導電膜パターンの開口部の隅々まで効率良くめっきすることができるから、めっきのむらが無くなり、均一な厚さの導電膜を形成することができる。
【００１８】
ところで、ウエハをめっき浴中に浸漬するめっき方法では、めっき工程の進行に伴って、めっき浴中のめっき成分濃度の偏りが生じることがある。そのため、レジスト膜などによって形成された導電膜パターンが微細になり、厚さが厚くなる程、この導電膜パターンの開口部の隅々まで、めっき成分が入り込み難くなると考えられる。
【００１９】
この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、レジスト膜などによって形成された導電膜パターンの厚さが厚くなっても、その開口部の隅々まで、めっき成分を入り込ませることができるから、厚さの厚い、膜厚安定な導電膜を形成することができる。具体的には、従来、めっきによりウエハ１の表面に形成される導電膜の厚さは５〜２０μｍ程度であるのに対して、本発明によれば、導電膜の厚さを数十μｍ〜数百μｍ程度まで形成可能となる。
【００２０】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す概略説明図である。第１の実施形態と同じ構成要素には同一符号を付して、説明を省略する。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図２に示すような半導体製造装置を用いて、導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１を固定し、回転させる回転盤１１と、この回転盤１１を回転駆動させる駆動軸１０、駆動源（図示略）などからなる駆動部と、ウエハ１上にめっき液を供給するめっき液供給部と、めっき液に給電する給電部とが一体となったアノードノズル１４と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部（図示略）とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ１の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜（図示略）を形成する。
次いで、図２（ａ）に示すように、回転盤１１上に固定され、駆動軸１０を介して駆動源により回転しているウエハ１の表面に、アノードノズル１４から、めっき液２を供給する。次いで、ウエハ１の表面が、めっき液２で覆われたところで、めっき液２の供給を続けたまま、その表面に接触させたアノードノズル１４から、めっき液２に給電し、ウエハ１をめっきする。
次いで、めっきが所望の厚さまで形成された後、図２（ｂ）に示すように、ウエハ１を回転させたまま、アノードノズル１４から洗浄水を供給して、ウエハ１上のめっき液２を排除する。
ここで、アノードノズル１４は、図１に示したノズル１２および給電電極１３の機能を兼ねるものである。
【００２１】
この実施形態の半導体装置の製造方法において、めっき液２をウエハ１の表面に供給する際のめっき液２の流量、アノードノズル１４からめっき液２に給電する際の電流の大きさ、回転盤１１の回転数は、ウエハ１の大きさなどに応じて適宜設定される。
【００２２】
この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ１のめっき中に、ウエハ１の回転、めっき液２の供給、および、めっき液２への給電を連続的に行うことにより、第１の実施形態における、めっき液２の振り切りと供給を連続的に行うことができる。したがって、ウエハ１の表面には、常に、適正なめっき成分濃度のめっき液２が存在するようになり、より導電膜形成作業の効率の向上を図ることができる。
【００２３】
また、この実施形態の半導体装置の製造方法では、回転しているウエハ１上に、めっき液２を連続的に供給するから、めっき液２の流れを速くすることができる。したがって、ウエハ１の表面に形成されたレジスト膜の微細な導電膜パターンの開口部内に入っためっき液２を、素早く入れ替えることができる。すなわち、ウエハ１のめっき中において、めっき液２のウエハ１の表面における循環を高速で行うことができる。
これにより、めっき中にめっき成分濃度が低下して、めっき液２の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液２中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが無くなる。したがって、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。
【００２４】
ところで、従来、上述のディップ式やカップ式のめっき方法では、めっきを高速化するために、めっき液に給電する電流の大きさを大きくすると、めっきの膜の成形性が悪かった。
一方、この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、めっき液中のめっき成分濃度を、常に、ほぼ一定に保つことができるから、めっき液に給電する電流の大きさを大きくしても、電流密度分布にばらつきが生じることがなく、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成することができる。
【００２５】
図３は、本発明の第３の実施形態を示す概略説明図である。第１の実施形態と同じ構成要素には同一符号を付して、説明を省略する。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図３に示すような半導体製造装置を用いて、上記導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ１を固定し、回転させる回転盤１１と、この回転盤１１を回転駆動させる駆動軸１０、駆動源（図示略）などからなる駆動部と、ウエハ１上にめっき液を供給するめっき液供給部と、めっき液に給電する給電部とが一体となったアノードノズル１５と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部（図示略）とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ１の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜（図示略）を形成する。
次いで、図３に示すように、その先端に、ウエハ１の表面の大きさと同等またはそれ以上の大きさのアノード１５ａを有するアノードノズル１５を、ウエハ１に対向するように配置する。このとき、ウエハ１とアノード１５ａとの間隔を０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度とすることが望ましい。
以下の工程では、上記第１の実施形態または第２の実施形態と同様とする。
【００２６】
すなわち、第１の方法としては、第１の実施形態と同様にして、アノードノズル１５からウエハ１の表面にめっき液２を供給し、次いで、アノード１５ａからめっき液２に給電してウエハ１をめっきし、次いで、めっき液２への給電を所定時間行った後、回転盤１１と共にウエハ１を回転させて、ウエハ１の表面のめっき液２を振り切る一連の工程を順次繰り返す方法が用いられる。
【００２７】
また、第２の方法としては、第２の実施形態と同様にして、回転盤１１上に固定され、駆動軸１０を介して駆動源により回転しているウエハ１の表面に、アノードノズル１５から、めっき液２を供給し、アノード１５ａから、めっき液２に給電し、ウエハ１をめっきする方法が用いられる。
【００２８】
この実施形態の半導体装置の製造方法において、めっき液２をウエハ１の表面に供給する際のめっき液２の流量、アノード１５ａからめっき液２に給電する際の電流の大きさ、回転盤１１の回転数は、ウエハ１の大きさなどに応じて適宜設定される。
【００２９】
また、この実施形態の半導体装置の製造方法では、第１の実施形態または第２の実施形態と同様にして、ウエハ１の表面に、めっき液２を間欠的または連続的に供給して、ウエハ１とアノード１５ａとの間には、めっき液２が常に満たされているようにする。
なお、ウエハ１とアノード１５ａとの間に、めっき液２が常に満たされているようにするために、これら両者の間に、各種吸水材や多孔質材を配置してもよい。
【００３０】
ところで、ウエハ１の表面全面を均一な厚さにめっきするためには、ウエハ１の表面における電流密度分布を均一にし、ウエハ１の表面に、常に十分なめっき成分濃度のめっき液２が接している必要がある。
そのため、この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ１の表面の大きさと同等またはそれ以上の大きさのアノード１５ａを用いて、しかも、ウエハ１とアノード１５ａとの間隔を０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度、好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍとして、両者を配置する。このようにすれば、ウエハ１からアノード１５ａへ向う電流の電流密度分布が、ウエハ１の表面においてほぼ均一となる。したがって、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成することができる上に、微細な導電膜パターンにも対応する精密なめっきが可能となる。
【００３１】
さらに、この実施形態の半導体装置の製造方法によっても、めっき液濃度が均等、かつ安定に保たれることにより、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。
【００３２】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハレベルＣＳＰに限定されるものではなく、半導体回路、フリップチップ、フレキシブル・プリント・回路（ＦＰＣ）、プリント基板などの平面板上へのめっき工程において、めっき厚さの均一性を向上するために有効な方法である。特に、半導体回路の形成技術であるダマシンプロセス、フリップチップの導電膜の形成、バンプの形成には有効な方法である。すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、多数のバンプを整列させて形成したり、高さを均一に形成する場合に有効な方法である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハの表面に導電膜を形成する際に、ウエハの表面にめっき液を間欠的または連続的に供給し、めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持するから、めっき中にめっき成分濃度が低下して、めっき液の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが無く、したがって、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成できる。しかも、微細な電極パターンにも対応する精密なめっきが可能となる。さらに、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。そして、本発明の半導体装置の製造方法は、各種平面板上へのめっき工程においても、有効に適用することができる。
本発明の半導体製造装置によれば、ウエハレベルＣＳＰのみならず、半導体回路、フリップチップ、フレキシブル・プリント・回路（ＦＰＣ）、プリント基板などの平面板上へのめっき工程において、むらが無く、厚さの均一なめっきをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す概略説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１・・・ウエハ、２・・・めっき液、１０・・・駆動軸、１１・・・回転盤、１２・・・ノズル、１３・・・給電電極、１４，１５・・・アノードノズル、１５ａ・・・アノード

Claims (5)

1. ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、
   前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第１工程と、該第１工程の後に前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第２工程と、該第２工程の後に前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第３工程とを有し、前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程を順次繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項２または３記載の半導体装置の製造方法において、
   前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. ウエハを固定し、回転させる回転盤と、該回転盤を回転駆動させる駆動部と、前記ウエハ上にめっき液を供給するめっき液供給部と、前記めっき液に給電する給電部とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。

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