JP2005038932A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置、およびこのような半導体を低コストで製造する方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の半導体基板１上には、電極パッド２が形成されている。そして半導体基板１上の電極パッド２が形成されている領域以外には、第１の絶縁層３が設けられている。また、電極パッド２と電気的に接続されている主導体層６ａが設けられており、金属柱９によって、主導体層６ａの表面の一部と突起電極１０とは電気的に接続されている。また主導体層６ａの金属柱側表面のうち、金属柱９と接していない領域上には金属層７が設けられている。さらに、第２の絶縁層４と主導体層６ａとの間には、バリアメタル層５および下地金属層６ｂが設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体装置の半導体基板１上には、電極パッド２が形成されている。そして半導体基板１上の電極パッド２が形成されている領域以外には、第１の絶縁層３が設けられている。また、電極パッド２と電気的に接続されている主導体層６ａが設けられており、金属柱９によって、主導体層６ａの表面の一部と突起電極１０とは電気的に接続されている。また主導体層６ａの金属柱側表面のうち、金属柱９と接していない領域上には金属層７が設けられている。さらに、第２の絶縁層４と主導体層６ａとの間には、バリアメタル層５および下地金属層６ｂが設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、ウエハレベルＣＳＰの半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器、モバイル機器に代表されるように、電子機器の小型化、軽量化が進展しており、半導体パッケージにおいても小型化、軽量化が要望されている。
【０００３】
この要望に対応すべく、これまでのＱＦＰ、ＴＳＯＰ等のパッケージに代わり、半導体チップとほぼ同等の大きさにパッケージをするＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が登場し、実用に至っている。
【０００４】
現在、ＣＳＰにおける主流の形態は、ワイヤボンド技術を用いたフェイスアップ構造のＣＳＰであるが、近年このワイヤボンドタイプのＣＳＰをさらに小型化、軽量化でき、チップサイズと同一サイズにパッケージ可能な、そしてより低コストでＣＳＰを製造可能なウエハレベルＣＳＰと呼ばれる製品が登場している。
【０００５】
このウエハレベルＣＳＰにおいては、従来のＣＳＰのように半導体ウエハからチップを個片化してから個別にパッケージを行うのではなく、半導体ウエハの状態で各チップ上に絶縁層、再配線層および外部電極を形成しパッケージングを完成後、個片化を行う。これにより、チップサイズと同一サイズのパッケージが可能であるとともに、低コストで製造が可能である。
【０００６】
ウエハレベルＣＳＰのうち、最も単純な構造の一例を図６に示す。図６は、ウエハレベルＣＳＰの概略的な構成を示す断面図である。同図に示すウエハレベルＣＳＰ構造においては、半導体基板４１上には、Ａｌ電極４２と、このＡｌ電極４２部分に開口を有する無機材料よりなる第１の絶縁層４３とが形成されている。さらに第１の絶縁層４３上には、Ａｌ電極４２部分に開口を有する第２の絶縁層４４が形成されている。Ａｌ電極４２および第１の絶縁層４３上には、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等からなるバリアメタル層４５と、例えば、銅（Ｃｕ）からなる下地金属層４６ｂと、主導体層４６ａとによりなる再配線層４６が形成されている。そして再配線層４６上には、この再配線層４６の一部分を露出する開口部を有する第３の絶縁層４８が形成され、その開口部には外部出力端子として、ハンダボールよりなる突起電極４９が形成されている。
【０００７】
図６に示すウエハレベルＣＳＰは従来のＣＳＰに対し全体に占めるＳｉの割合が高く有機材料の割合が低く、そのため一般的に多く用いられる有機材料からなる実装基板との間の線膨張係数の差が大きく、実装後の信頼性が低下する傾向にある。
【０００８】
そこで、ウエハレベルＣＳＰの実装後の信頼性を向上させるため様々な方法が提案されており、例えば、再配線層のランド部分と外部出力端子との間に金属柱を形成する方法がある。その代表的な方法としては、例えば、すでに製品化されているウエハレベルＣＳＰにみられるように、金属柱を銅（Ｃｕ）等のメッキにより形成する方法や、ワイヤボンドを用いたバンプ形成により作製する方法がある。
【０００９】
しかしながら、Ｃｕ等のメッキにより金属柱を形成する方法では、１００μｍを超えるような高さの金属柱を形成するには多くの時間を要してしまう。
【００１０】
また、金属柱をワイヤボンドにより形成したバンプで形成する場合、基板上の広い範囲に１つづつワイヤバンプを形成していくため、多くの時間を必要とし、また、金属柱の形状の制御を厳密に行うことは困難である。
【００１１】
これらの点を考慮した方法として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているように、ハンダをリフローすることにより金属柱を形成し、その後、充填材でハンダボールの隙間を埋め研磨することで、ハンダからなる金属柱を形成する方法がある。このように、金属柱の材料としてハンダを用いることで、ハンダボールを再配線層上に搭載後リフローすることにより、または、ハンダペーストを再配線層上に印刷後リフローを行うことにより、数万個の金属柱を形成している。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−１４４２０４号公報（公開日：平成１３年５月２５日）
【００１３】
【特許文献２】
特開平９−２１３８３０号公報（公開日：平成９年８月１５日）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハンダとの濡れ性の良好な再配線層上にハンダボールを搭載しリフローを行うと、リフロー時にハンダが再配線層上に流れ出してしまい、その結果、金属柱の形状が安定しない。このような場合には、金属柱の形状を安定させるために、金属柱を形成する部分にのみ開口部を備える有機絶縁材（有機樹脂）をパターニングにより形成し、ハンダの広がりを制御することが多い。しかし、リフロー後、半導体装置内に有機絶縁材を残す場合、高い信頼性を有する有機絶縁材を用いる必要があるが、このような有機絶縁材は一般的に高価である。また有機絶縁材を半導体装置内に残せば、界面の数が増加することになり、その結果、界面間での剥離の発生により半導体装置の信頼性が低下する虞がある。
【００１５】
また、ボール搭載のためのリフロー後に剥離をする場合は、通常のレジストではリフローによりレジストが硬化等の反応を起こし、剥離が困難になるため、特殊なレジスト、もしくは剥離方法が必要になるという問題がある。
【００１６】
現在のＣＳＰパッケージにおいては、突起電極を直径２００μｍ〜８００μｍのハンダボールや、ハンダ印刷によって形成するのが主流である。また、ウエハレベルＣＳＰでは、さらに小型軽量化が望まれるＩＣに用いられる場合が多く、現状より小さな突起電極、即ち、直径２００μｍ〜５００μｍの金属柱、および、突起電極の形成が必要である。また、パッケージが基板実装された後の温度変化、または実装の曲げ、衝撃の影響を受けても接合部に亀裂が入り断線しないように、再配線層と金属柱、金属柱と突起電極との接合強度の高くすることが望ましい。そこで、金属柱を導電性接着剤で接合する方法が考えられるが、数万という金属柱を所定の位置に搭載し接合することは困難であり、また、導電性接着剤による接合は、強度も低い傾向にあるという問題がある。
【００１７】
ウエハレベルＣＳＰにおいては、通常１つの半導体基板は数万個の端子を有するため、金属柱の形成手法においては、その作業性は重要である。さらに、金属柱の一端部には外部出力端子を形成するため、その大きさや形状が均一でない場合には、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、大きさや形状が均一な金属柱を有し、基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置、およびこのような半導体装置を低コストで製造する方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上記の課題を解決するために、半導体基板上に形成された電極パッドと、上記半導体基板上の上記電極パッドが形成されている領域以外に設けられた絶縁層と、上記電極パッドと電気的に接続されている導体層と、上記導体層の表面の一部と外部電極とを電気的に接続する金属柱と、上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱と接していない領域上に設けられた金属層とを備えることを特徴としている。
【００２０】
本発明において、上記「金属柱側表面」とは、上記金属柱が設けられる側の上記導体層の表面を指しており、より具体的には、上記絶縁層または上記金属パッドと接触していない領域をいう。
【００２１】
上記の構成によれば、金属柱と導体層とが接する領域以外の導体層上には、金属柱材料との濡れ性の悪い金属層が形成されているため、金属柱を構成する材料が導体層に流れ出ることはなく、金属柱の大きさや形状は均一になっている。また、有機絶縁材（有機樹脂）を用いなくても、金属柱を構成する材料が導体層に流れ出すの防止することができる。これによれば、有機樹脂を削減できるため半導体装置内の樹脂界面は少なくなるので、界面間の剥離の発生による半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。また、半導体装置に設けられた金属柱により、半導体装置を基板に実装する場合に発生する応力は分散・緩和されるので、金属層に亀裂が入ることはない。それゆえ、基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【００２２】
本発明の半導体装置においては、上記金属柱および上記突起電極は、ハンダから構成されることが好ましい。
【００２３】
ハンダから構成される金属柱とすれば、金属柱の高さを容易に調製することができ、また、導体層との接合強度を高くすることができる。さらに突起電極をハンダから構成すれば、金属柱と突起電極との接合強度を高くすることができる。それゆえ、上記の構成によれば、導体層と金属柱、金属柱と突起電極との接合強度を高めることで、信頼性がより向上された半導体装置を提供することができる。
【００２４】
このとき、上記金属柱を構成するハンダの融点は、上記突起電極を構成するハンダの融点よりも高いことが好ましい。
【００２５】
これによれば、突起電極を形成するときに、金属柱が溶融することはない。それゆえ、突起電極を形成時に溶融による変形がなく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２６】
また、上記金属層は、ニッケル、アルミニウム、クロム、もしくは、これらを主成分とする金属からなることが好ましい。
【００２７】
ニッケル、アルミニウム、クロム、もしくはこれらを主成分とする金属は、ハンダとの濡れ性が劣る物質、もしくは、酸化膜等の表面皮膜をもつ物質である。したがって、このような物質からなる金属層とすれば、金属柱をハンダにより形成した場合、金属柱と導体層とが接する領域以外にハンダが広がることはないので、金属柱の形状や大きさの均一性が向上された半導体装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明の半導体装置においては、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層が設けられていることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、バリアメタル層により、絶縁層と導体層との間での反応による信頼性の低下が防止される。また、下地金属層により、バリアメタル層と導体層との密着性を高めることができる。それゆえ、信頼性がさらに向上した半導体装置を提供することができる。
【００３０】
また、上記導体層は、銅からなることが好ましい。
【００３１】
電気抵抗の低い銅からなる導体層とすることで、電気パッドと突起電極との電気信号の伝達を効率よく行うことができる。また、銅であれば、例えばメッキ等により数μｍの膜厚の導体層を容易に形成できる。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、半導体基板上の電極パッドが形成されている領域以外に絶縁層を形成する工程と、上記電極パッドに電気的に接続される導体層を形成する工程と、少なくとも上記導体層の金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外に金属層を形成する工程と、上記金属柱形成部に金属柱を形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００３３】
本発明において、上記「金属柱形成部」とは、上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱が形成される領域を指している。
【００３４】
上記の構成によれば、上記金属柱形成部以外の導体層上に金属層を形成することにより、金属柱形成部に金属柱を形成するときに、金属柱を構成するための材料が導体層上に流れ出ることはない。これにより、大きさや形状が均一に揃った金属柱を形成することができる。また、上記の構成によれば、高価な有機絶縁材を用いずに金属柱を構成するための材料が導体層に流れ出すのを防止することができる。それゆえ、半導体装置を低コストで製造することができる。
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、バリアメタル層を形成することで、電極パッドの金属および、絶縁層と導体層との間での拡散を防ぐことができる。また、下地金属層を形成することにより、バリアメタル層と導体層との密着性を高めることができる。それゆえ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００３７】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、さらに、上記下地金属層上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第１の感光性レジストを形成する工程と、上記第１の感光性レジストを利用して、上記導体層をメッキにより形成する工程と、上記第１の感光性レジストを剥離する工程と、上記導体層上に第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第２の感光性レジスト形成する工程と、上記第２の感光性レジストを利用して、上記金属層を電解メッキにより形成する工程と、上記第２の感光性レジストを剥離する工程と、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、を含む構成とすることが好ましい。
【００３８】
このとき、金属層の形成方法として無電解メッキ法を用いる場合、上記導体層を形成後、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、その後、第２のレジストを形成する工程と、上記金属層を形成する工程と、上記第２の感光性レジストを剥離する工程と、を含む構成とすることが好ましい。
【００３９】
このような無電解メッキ工程を含む半導体装置の製造方法とすることにより、レジストを形成した金属柱形成部を除く導体層に金属層を形成できる。また、このような方法を用いることにより金属層形成後に、下地金属層およびバリアメタル層のエッチング液に触れることがなく金属層を溶融する等の悪影響を与えないと共に、金属層を溶融せず、下地金属層およびバリアメタル層を選択的にエッチングするエッチング液を用いる必要がなくエッチングが容易である。
【００４０】
また、金属層は、例えば、導体層のマイグレーション等に対する保護層としても働くため、導体層表面を確実に金属層を形成できる利点もある。
【００４１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記金属層を形成後、該金属層の表面を酸化させる工程を含むことが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、ニッケル等においては金属層の表面に自然酸化膜が形成されておりハンダとの濡れ性が悪いが、より確実にハンダとの濡れ性の悪い金属表面層（酸化膜層）を形成でき、それゆえ、好適に使用される半導体装置を製造することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態にかかる半導体装置は、主として、半導体基板１、電極パッド２、第１の絶縁層３、第２の絶縁層４、バリアメタル層５、下地金属層６ｂおよび主導体層（導体層）６ａから構成される再配線層６、金属層７、第３の絶縁層８、金属柱９、および突起電極（外部電極）１０とを備えて構成されている。
【００４５】
半導体基板１は、シリコンウエハ上に半導体素子（図示せず）が設けられて構成されたものである。
【００４６】
電極パッド２は、半導体基板１上に形成されている。電極パッド２は、金属からなるパッドであれば、その大きさや形状等は特に限定されるものではないが、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉ）、銅アルミニウム（ＡｌＣｕ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの金属からなることである。
【００４７】
半導体基板１上の電気パッド２が形成されている領域以外には、第１の絶縁層３（絶縁層）が設けられている。本実施の形態では、第１の絶縁層３は、電極パッド２を露出する開口部３ａを備えている。本実施の形態では、第１の絶縁層３は、絶縁物質から構成されていれば特に限定されるものではないが、好ましくは、第１の絶縁層３は、無機絶縁膜から構成されていることであり、より好ましくは、シリコン酸化膜もしくは窒化膜を主成分とする無機絶縁膜から構成されていることである。
【００４８】
第１の絶縁層３の膜厚は、特に限定されるものではないが、０．１μｍ〜３μｍの範囲内であることが好ましく、０．３μｍ〜１μｍの範囲内であることがより好ましい。第１の絶縁層３の膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、半導体基板１と主導体層６ａとの間を絶縁できなくなる虞があり好ましくない。また、第１の絶縁層３の膜厚が、上記好ましい範囲を上回る場合は半導体装置の製造に時間を要し、また、半導体装置の反りが大きくなり好ましくない。
【００４９】
さらに、第１の絶縁層３上には、電極パッド２を露出する開口部４ａを備えた第２の絶縁層４が設けられている。
【００５０】
本実施の形態では、第２の絶縁層４は、絶縁物質から構成されていれば特に限定されるものではないが、好ましくは、第２の絶縁層４は、吸湿性が低く、化学的安定性の高い物質から構成されていることであり、具体的には、例えば、感光性のイミド系樹脂（例えばポリイミド等）や、ＰＢＯ系樹脂（例えば、ポリベンズオキサゾール等）などから構成されていることである。また、半導体基板１が備える半導体素子部分のクロストークを防止する必要がある場合には、第２の絶縁層４としては、誘電率の低い、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の有機絶縁物質を用いることが好ましい。
【００５１】
第２の絶縁層４の膜厚は、特に限定されるものではないが、０．５μｍ〜３５μｍの範囲内であることが好ましく、３μｍ〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。第２の絶縁層４の膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、半導体基板１と主導体層６ａとの間を絶縁できなくなる虞があり好ましくない。また、第２の絶縁層４の膜厚が、上記好ましい範囲を上回る場合は特に問題はないが、半導体装置の反りが大きくなるため好ましくない。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、電極パッド２と主導体層６ａとの間での拡散、第２の絶縁層４と主導体層６ａとの間での反応により半導体装置の信頼性が低下しないように、バリアメタル層５および下地金属層６ｂが設けられている。
【００５３】
バリアメタル層５は、金属から構成される層であれば特に限定されるものではないが、第２の絶縁層４との密着性の良い金属から構成されることが好ましく、このような物質として、具体的には、例えば、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、およびこれらの合金が挙げられる。また、バリアメタル層５の膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいが、０．０１μｍ〜１μｍの範囲内とすることが好ましく、０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内とすることがより好ましい。このような膜厚のバリアメタル層５は、例えば、スパッタ法により形成すればよい。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、バリアメタル層５と主導体層６ａとの密着性を高めるために、バリアメタル層５上には、下地金属層６ｂが設けられている。下地金属層６ｂは、金属から構成されるものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは、主導体層６ａを構成する金属と同一の金属を用いることである。また、下地金属層６ｂの膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいが、０．０１μｍ〜３μｍの範囲内とすることが好ましく、０．１５μｍ〜０．６０μｍの範囲内とすることがより好ましい。このような膜厚の下地金属層６ｂは、例えばスパッタ法により形成すればよい。
【００５５】
本実施の形態では、主導体層６ａは、下地金属層６ｂ上に設けられており、一端が開口部４ａおよび開口部３ａから突出することにより、電極パッド２に電気的に接続されている。
【００５６】
主導体層６ａを構成する物質としては、例えば、電気抵抗の低い物質を用いることが好ましく、具体的には、例えば、メッキ等により数μｍの膜厚を容易に形成できるＣｕ等を用いることが好ましいが、これらは特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいものとする。
【００５７】
本実施の形態では、主導体層６ａの膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいものとするが、主導体層６ａの膜厚を１μｍ〜１０μｍの範囲内とすることが好ましく、５μｍ〜１０μｍの範囲内とすることがより好ましい。主導体層６ａの膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、電気抵抗が信号電圧の低下や遅延となる虞があり好ましくない。また主導体層６の膜厚が上記好ましい範囲を上回ると、厚い膜厚の絶縁膜が必要となり反りが大きくなり、また、メッキ形成時間に長い時間を要するため好ましくない。
【００５８】
そして、主導体層６ａの金属柱側表面のうち、金属柱９と接していない領域上には、金属層が設けられている。本実施の形態では、金属層７には、主導体層６ａに設けられた金属柱形成部（図示せず）を露出する開口部７ａが備えられている。金属層７は、金属柱９を構成するための材料が主導体層６ａに流れないように設けられている。本実施の形態では、金属層７は、図１に示すように、主導体層６ａの表面部、および、主導体層６ａ、下地金属層６ｂの積層部の側部を覆っている。
【００５９】
本実施の形態では、特に限定されるものではないが、金属層７は、ハンダとの濡れ性が低い金属（あるいは金属化合物）から構成することが好ましく、具体的には、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、もしくは、これらを主成分とする金属で、特に表面に酸化膜を形成したＮｉから構成することが好ましい。これにより、ハンダボールを主導体層６ａ上に搭載後リフローを行うことにより、またはハンダペーストを主導体層６ａ上に印刷後リフローを行うことにより、ハンダから構成される金属柱９を形成することができる。
【００６０】
また金属層７の膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいが、０．１μｍ〜５μｍの範囲内とすることが好ましく、１μｍ〜３μｍの範囲内とすることがより好ましい。金属層７の膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、低い濡れ性が確保できなくなる等となる虞があり好ましくない。また金属層７の膜厚が、上記好ましい範囲を上回ると配線の応力が強く導電層と剥離する等の問題を発生する、この部分の配線抵抗が高くなる虞があり好ましくない。
【００６１】
そして開口部７ａにより露出された主導体層６ａの金属柱形成部には、金属柱９が形成されている。金属柱９は、本実施の形態の半導体装置を基板に実装する場合に発生する応力を分散・緩和するために設けられている。
【００６２】
本実施の形態では、金属柱９は、ハンダから構成されていることが好ましい。これにより、金属柱９の高さを容易に調製することができ、また、主導体層６ａと金属柱９との接合強度を高めることができる。上記ハンダは特に限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ／Ｐｂ共晶ハンダ、もしくは環境対応材料であるＳｎ／Ａｇ／Ｃｕに代表される鉛フリーハンダ、および、特に２６０℃以上の高融点を有するハンダ等を用いればよい。また、突起電極１０をハンダから構成するときには、突起電極１０を構成するハンダの融点よりも、金属柱９を構成するハンダの融点を高くすることが好ましい。これにより、突起電極１０を形成するときに、金属柱９が溶融するのを防ぐことができる。
【００６３】
本実施の形態では、第２の絶縁層４上および金属層７上には、金属柱９を露出する開口部８ａが備えられた第３の絶縁層８が設けられており、金属柱９の側面は、第３の絶縁層８で覆われている。
【００６４】
第３の絶縁層８は、第２の絶縁層４および金属層７と密着性が良く、また、金属柱９の高さ以上、具体的には、１００μｍ以上の膜厚の形成が可能で、機械的研磨性に優れ、熱膨張係数や弾性率の低い材料、具体的には例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、酸無水物系樹脂などの樹脂から構成されることが好ましい。また、第３の絶縁層８は、上記樹脂中にシリカよりなるフィラを含有していてもよい。
【００６５】
そして、開口部８ａから露出する金属柱９上には、突起電極１０が形成されている。本実施の形態では、突起電極１０はハンダから構成されていることが好ましい。金属柱９および突起電極１０をハンダから構成することで、金属柱９と突起電極１０との接合強度を高くすることができる。突起電極１０を構成するハンダは特に限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ／Ｐｂの共晶ハンダ、もしくは環境対応材料であるＳｎ／Ａｇ／Ｃｕに代表される鉛フリーハンダを用いることができる。
【００６６】
次に、図１に示す半導体装置の製造工程の一例を、図２および図３に沿って説明する。なお、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、これに限定されるものではない。
【００６７】
図２および図３に示すのは、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を概略的に示す図である。
【００６８】
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、図示しない半導体素子を有する半導体基板１上に電極パッド２を形成する。そして、半導体基板１上の電極パッド２が形成されている領域以外に、第１の絶縁層３が形成されている。
【００６９】
次に、第１の絶縁層３上に、感光性樹脂（例えば感光性のポリイミド系樹脂、もしくはＰＢＯ系樹脂）をスピンコート法により塗布した後、プリベークにより仮硬化を行う。その後、アライナー、ステッパ等を使用してパターン形状を露光し、電極パッド２部分に開口を有するようにこの部分の感光性樹脂を感光させ、現像液に可溶な状態にし、現像により除去する。その後、第１の絶縁層３上の感光性樹脂に２００℃〜３５０℃の温度をかけることで、図２（ｂ）に示すように第２の絶縁層４を形成する。
【００７０】
次に、図２（ｃ）に示すように、電極パッド２上および第２の絶縁層４上にバリアメタル層５として、例えば膜厚０．１μｍ〜０．３μｍのＴｉをスパッタ法により形成する。そしてバリアメタル層５上には、下地金属層６ｂとして、例えば、膜厚０．１５μｍ〜０．６０μｍのＣｕをスパッタ法により形成する。
【００７１】
次に、電極パッド２に電気的に接続される主導体層６ａを形成する。本実施の形態では、主導体層６ａの形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の工程を実施することで、主導体層６ａを効率よく形成することができる。
【００７２】
具体的には、例えば、図２（ｄ）に示すように、下地金属層６ｂ上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により、主導体層６ａ形成部分を除く部分に第１の感光性レジスト１１ａを形成する。第１の感光性レジスト１１ａの形成後、仮硬化を行う（図２（ｅ））。
【００７３】
そして、例えば、東京応化工業株式会社製ＰＭＥＲ等の第１の感光性レジスト１１ａを利用して、主導体層６ａを形成する。具体的には、第１の感光性レジスト１１ａの開口部に、例えば、硫酸銅からなる銅メッキ液を用いて電解メッキを行うことにより、図２（ｆ）に示すように、Ｃｕからなる主導体層６ａを形成する。主導体層６ａを形成後、感光性レジスト１１ａを除去する（図２（ｇ））。
【００７４】
次に、主導体層６ａの金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外の主導体層６ａ上に金属層７を形成する。本実施の形態では、金属層７の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の工程を実施することで、金属層７を効率よく形成することができる。
【００７５】
具体的には、例えば、主導体層６ａ上に、第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により、金属柱９を形成するために露出される主導体層６ａの一部分を除く主導体層６ａの上面、もしくは表面のみが露出されるように、第２の感光性レジスト１１ｂを形成する。その後仮硬化を行う（図２（ｈ））。
【００７６】
そして、第２の感光性レジスト１１ｂを利用して、金属層７を形成する。具体的には、第２の感光性レジスト１１ｂの開口部に、例えば、電解メッキ法により膜厚１μｍ〜３μｍのＮｉ層を形成する。その後、剥離液により第２の感光性レジスト１１ｂを除去する（図３（ｉ））。
【００７７】
次に、例えば、過硫酸アンモニウムを主成分とするエッチング液、および、過酸化水素水や無機アンモニアを主成分とし、望ましくは主導体層６ａに表面保護層を一時的に形成しエッチング液から保護する役割を有する添加剤を含むエッチング液を用いて、再配線層部分以外、すなわち、金属層７が形成されていない部分の下地金属層６ｂおよびこの部分の下に位置するバリアメタル層５をエッチングにより除去する（図３（ｊ））。
【００７８】
次に、主導体層６ａの金属柱形成部に、金属柱９を形成する。本実施の形態では、金属柱９の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次のようにして形成することができる。
【００７９】
具体的には、例えば、図３（ｋ）に示すように、主導体層６ａが露出される部分に、ハンダボールを搭載、もしくは、ハンダ印刷を行いリフローすることにより金属柱９を形成する。ここで、金属層７がＮｉであれば、金属層７表面には自然酸化膜が形成されているため、主導体層６ａと金属層７との濡れ性の差を利用して、主導体層６ａの露出部分以外にハンダが流れることなく金属柱９を形成できる。このように金属層７のハンダとの濡れ性の低さを利用することで、大きさや形状が均一な金属柱９を形成することができる。このとき例えば、Ｓｎ：９５％，Ｓｎ：５％からなる高温ハンダや、２６０℃以上に高融点を有するハンダをリフローすれば、これ以降のリフロー工程において金属柱が溶融することがなく変形により断線等の信頼性を低下させることなく信頼性の高い半導体装置が形成できる。
【００８０】
金属柱９は、上述したように、突起電極１０を形成するときに溶融しないことが望ましいが、信頼性を確保できる場合は、突起電極１０と同一、もしくは高融点をもたないハンダを用いてもよい。
【００８１】
この後、図３（ｌ）に示すように、金属柱９を覆うように、例えば、シリカフィラと酸無水物系樹脂よりなる第３の絶縁層８を印刷により形成する。
【００８２】
この後、図３（ｍ）に示すように、第３の絶縁層８に対して機械的研磨、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）等を行うことにより、金属柱９の表面が露出するまで研磨する。
【００８３】
次に、露出した金属柱９上にハンダボールを搭載、もしくは、Ｓｎ／Ｐｂ共晶ハンダやＳｎ／Ａｇ／Ｃｕハンダを印刷し窒素雰囲気でリフローを行うことにより、図３（ｎ）に示すような突起電極１０を形成する。
【００８４】
本実施の形態によれば、上記リフローを行うときには、上述した第１の感光性レジスト１１ａや第２の感光性レジスト１１ｂは除去されている。したがって、本実施の形態によれば、リフローの熱による、第１の感光性レジスト１１ａや第２の感光性レジスト１１ｂの硬化・脆化等の問題を考慮する必要がない。それゆえ、第１の感光性レジスト１１ａや第２の感光性レジスト１１ｂとして、一般的な安価な感光性樹脂を用いて半導体装置を製造することができる。
【００８５】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は、上述した構成に限らず、例えば、図３（ｉ）に示す金属層７の形成後、エッチングを実施する前に、大気中で金属層７表面に対して１５０℃〜３５０℃の範囲で加熱処理、もしくは、薬液による表面処理を施す等して金属層７の表面を意図的に酸化させ、これにより金属層７の表面に金属膜（酸化膜）を形成してもよい。なお、金属層７の表面の酸化により、金属層７が形成されていない主導体層６ａ、すなわち金属形成部にも酸化膜が形成されるが、この酸化膜は、例えば上述した下地金属層６ｂを除去するときに用いるエッチング液を用いて、下地金属層６ｂの除去と同時に選択的に除去すればよい。これにより、金属層７に濡れ性の悪い層を形成することができる。このように、金属層７の表面を酸化すれば、金属層７の表面に形成された金属被膜（酸化膜）は自然酸化膜に比べ確実にハンダとの濡れ性が悪くハンダの広がりを制御できる。なお、この金属層７の表面を酸化する工程は、主導体層６ａを形成後、バリアメタル層５および下地金属層６ｂを除去した後にも行うことができる。
【００８６】
〔実施の形態２〕
本発明にかかる実施の他の形態について図４および図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便宜上、前記実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。図４および図５に示すのは、本実施の他の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す図である。
【００８７】
まず、図４（ａ）に示すように、図示しない半導体素子を有する半導体基板１上に電極パッド２を形成する。そして、半導体基板１上の電極パッド２が形成されている領域以外に、第１の絶縁層３を形成する。
【００８８】
次に、第１の絶縁層３上に、感光性樹脂（例えば感光性のポリイミド系樹脂、もしくはＰＢＯ樹脂）をスピンコート法により塗布した後、プリベークにより仮硬化を行う。その後、アライナー、ステッパ等を使用してパターン形状を露光し、電極パッド２部分に開口を有するようにこの部分の感光性樹脂を露光させ、現像液に可溶な状態にし、現像により除去する。その後、第１の絶縁層３上の感光性樹脂に２５０℃〜３５０℃の温度をかけることで、図４（ｂ）に示すように、第２の絶縁層４を形成する。
【００８９】
次に、図４（ｃ）に示すように、電極パッド２上および第２の絶縁層４上にバリアメタル層５として、例えば膜厚０．１５μｍ〜０．３０μｍのＴｉをスパッタ法により形成する。そしてバリアメタル層５上には、下地金属層６ｂとして、例えば、膜厚０．１５μｍ〜０．６０μｍのＣｕをスパッタ法により形成する。
【００９０】
次に、図４（ｄ）に示すように、下地金属層６ｂ上に、第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により、主導体層６ａの形成部分を除く部分に第１の感光性レジスト１１ａを形成する。第１の感光性レジスト１１ａの形成後、仮硬化を行う（図４（ｅ））。
【００９１】
そして、第１の感光性レジスト１１ａを利用して主導体層６ａを形成する。具体的には、第１の感光性レジスト１１ａの開口部に、例えば、硫酸銅からなる銅メッキ液を用いて電解メッキを行うことにより、Ｃｕからなる主導体層６ａを形成する。主導体層６ａを形成後、第１の感光性レジスト１１ａを除去する（図４（ｆ））。
【００９２】
次に、例えば、過硫酸アンモニウムを主成分とするエッチング液、および、過酸化水素水や無機アンモニアを主成分とし、望ましくは主導体層６ａに影響を与えないような添加剤を有するエッチング液を用いて、主導体層６ａが形成されていない部分の下地金属層６ｂおよびこの部分の下に位置するバリアメタル層５をエッチングにより除去する（図４（ｇ））。
【００９３】
次に、図４（ｈ）に示すように、主導体層６ａ上に、第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により金属柱９を形成するために露出される主導体層６ａの一部分を除く主導体層６ａの上面、もしくは表面のみが露出されるように、第２の感光性レジスト１１ｂを形成する。その後仮硬化を行う。
【００９４】
次に、図５（ｉ）に示すように、例えば無電解メッキ法により、主導体層６ａ上に、主導体層６ａを構成する金属とは異なる金属、好ましくは、ハンダに対して濡れ性の低い金属、もしくは、表面に金属被膜を形成する金属、例えばＮｉからなる金属層７を形成する。その後、第２の感光性レジスト１１ｂを除去する（図５（ｊ））。この方法によれば、導体層のマイグレーション等に対する保護層としても働くため、導体層表面を確実に金属層を形成できる利点もある。
【００９５】
そして、望ましくは第２の感光性レジスト１１ｂの除去前に大気中で金属層７表面を加熱処理、もしくは、薬液による表面処理を施すことにより金属層７の表面を酸化し、金属層７の表面に金属被膜を形成する。この場合、導体層６は第２の感光性レジストに保護されており酸化されることなく後処理することなくハンダからなる金属柱を形成できる。ここで、第２の感光性レジスト１１ｂが加熱、もしくは薬液処理に耐えられない場合には、第２の感光性レジスト１１ｂを除去後、金属層７に上記処理を実施し金属皮膜（酸化膜）を形成し、その後、金属層７と主導体層６ａとに形成される金属被膜の耐薬性の差を利用し主導体層６ａに形成された金属被膜のみを薬液により選択的に除去する。
【００９６】
そして図５（ｋ）に示すように、主導体層６ａが露出される部分に、ハンダボールを搭載、もしくは、ハンダ印刷を行いリフローすることにより金属柱９を形成する。
【００９７】
この後、図５（ｌ）に示すように、金属柱９を覆うように、例えば、シリカフィラと酸無水物系樹脂よりなる第３の絶縁層８を印刷により形成する。
【００９８】
次に、図５（ｍ）に示すように、第３の絶縁層８に対して機械的研磨、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）等を行うことにより、金属柱９の表面が露出するまで研磨する。
【００９９】
次に、図５（ｎ）に示すように、露出した金属柱９上にハンダボールを搭載、もしくは、Ｓｎ／Ｐｂ共晶ハンダやＳｎ／Ａｇ／Ｃｕハンダを印刷し窒素雰囲気でリフローを行うことにより突起電極１０を形成する。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、以上のように、半導体基板上に形成された電極パッドと、上記半導体基板上の上記電極パッドが形成されている領域以外に設けられた絶縁層と、上記電極パッドと電気的に接続されている導体層と、上記導体層の表面の一部と外部電極とを電気的に接続する金属柱と、上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱と接していない領域上に設けられた金属層とを備える構成である。
【０１０１】
それゆえ、金属層を設けることにより、金属柱の大きさや形状が均一となった半導体装置を提供することができる。また、半導体装置に設けられた金属柱により、半導体装置を基板に実装する場合に発生する応力は分散・緩和されるので、金属層に亀裂が入ることはない。それゆえ、基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０２】
本発明の半導体装置は、以上のように、上記金属柱および上記突起電極は、ハンダから構成される構成である。
【０１０３】
それゆえ、導体層と金属柱、金属柱と突起電極との接合強度を高めることで、信頼性がより向上された半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０４】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、上記金属柱を構成するハンダの融点は、上記突起電極を構成するハンダの融点よりも高い構成である。
【０１０５】
それゆえ、突起電極形成時のハンダよりなる金属柱が変形することなく信頼性高い半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０６】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、上記金属層は、ニッケル、クロム、アルミニウムまたは、これらを主成分とする金属からなる構成である。
【０１０７】
それゆえ、ハンダの濡れ性の低い表面層を形成でき金属柱の形状や大きさの均一性が向上された半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０８】
また、本発明の半導体装置は、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層が設けられている構成である。
【０１０９】
それゆえ、信頼性がさらに向上した半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１０】
また、本発明の半導体装置は、上記導体層は、銅からなる構成である。
【０１１１】
それゆえ、電気抵抗の低い信号の損失が少なく信号伝送の良好な半導体装置を提供することができる。
【０１１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、半導体基板上の電極パッドが形成されている領域以外に絶縁層を形成する工程と、上記電極パッドに電気的に接続される導体層を形成する工程と、上記導体層の金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外に金属層を形成する工程と、上記金属柱形成部に金属柱を形成する工程とを含む構成である。
【０１１３】
それゆえ、大きさや形状が均一に揃った金属柱を形成することができる。また、これによれば、高価な有機絶縁材を用いずに金属柱を構成する材料が導体層に流れ出すのを防止することができる。それゆえ、半導体装置を低コストで製造することができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記電極パッドおよび絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層を形成する工程をと含んでいてもよい。
【０１１５】
これにより、反応・拡散により信頼性が低下することのない半導体装置を製造することができるという効果を奏する。
【０１１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、さらに、上記下地金属層上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第１の感光性レジストを形成する工程と、上記第１の感光性レジストを利用して、上記導体層をメッキにより形成する工程と、上記導体層上に第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第２の感光性レジストを形成する工程と、上記第２の感光性レジストを利用して、上記金属層をメッキにより形成する工程と、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、を含む構成としてもよい。
【０１１７】
このとき、例えば、上記導体層をメッキにより形成した後、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する構成としてもよい。
【０１１８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、このような工程を含むことにより、金属層を効率よく形成することができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記金属層を形成後、該金属層の表面を酸化させる工程を含んでいてもよい。
【０１２０】
これにより、金属層の表面に形成される金属被膜はハンダの広がりをより確実に制御でき、好適に使用される半導体装置を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図６】従来のウエハレベルＣＳＰの概略的な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 電極パッド
３ 第１の絶縁層
３ａ 開口部
４ 第２の絶縁層
４ａ 開口部
５ バリアメタル層
６ａ 主導体層（導体層）
６ｂ 下地金属層
７ 金属層
８ 第３の絶縁層
９ 金属柱
１０ 突起電極（外部電極）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、ウエハレベルＣＳＰの半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器、モバイル機器に代表されるように、電子機器の小型化、軽量化が進展しており、半導体パッケージにおいても小型化、軽量化が要望されている。
【０００３】
この要望に対応すべく、これまでのＱＦＰ、ＴＳＯＰ等のパッケージに代わり、半導体チップとほぼ同等の大きさにパッケージをするＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が登場し、実用に至っている。
【０００４】
現在、ＣＳＰにおける主流の形態は、ワイヤボンド技術を用いたフェイスアップ構造のＣＳＰであるが、近年このワイヤボンドタイプのＣＳＰをさらに小型化、軽量化でき、チップサイズと同一サイズにパッケージ可能な、そしてより低コストでＣＳＰを製造可能なウエハレベルＣＳＰと呼ばれる製品が登場している。
【０００５】
このウエハレベルＣＳＰにおいては、従来のＣＳＰのように半導体ウエハからチップを個片化してから個別にパッケージを行うのではなく、半導体ウエハの状態で各チップ上に絶縁層、再配線層および外部電極を形成しパッケージングを完成後、個片化を行う。これにより、チップサイズと同一サイズのパッケージが可能であるとともに、低コストで製造が可能である。
【０００６】
ウエハレベルＣＳＰのうち、最も単純な構造の一例を図６に示す。図６は、ウエハレベルＣＳＰの概略的な構成を示す断面図である。同図に示すウエハレベルＣＳＰ構造においては、半導体基板４１上には、Ａｌ電極４２と、このＡｌ電極４２部分に開口を有する無機材料よりなる第１の絶縁層４３とが形成されている。さらに第１の絶縁層４３上には、Ａｌ電極４２部分に開口を有する第２の絶縁層４４が形成されている。Ａｌ電極４２および第１の絶縁層４３上には、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等からなるバリアメタル層４５と、例えば、銅（Ｃｕ）からなる下地金属層４６ｂと、主導体層４６ａとによりなる再配線層４６が形成されている。そして再配線層４６上には、この再配線層４６の一部分を露出する開口部を有する第３の絶縁層４８が形成され、その開口部には外部出力端子として、ハンダボールよりなる突起電極４９が形成されている。
【０００７】
図６に示すウエハレベルＣＳＰは従来のＣＳＰに対し全体に占めるＳｉの割合が高く有機材料の割合が低く、そのため一般的に多く用いられる有機材料からなる実装基板との間の線膨張係数の差が大きく、実装後の信頼性が低下する傾向にある。
【０００８】
そこで、ウエハレベルＣＳＰの実装後の信頼性を向上させるため様々な方法が提案されており、例えば、再配線層のランド部分と外部出力端子との間に金属柱を形成する方法がある。その代表的な方法としては、例えば、すでに製品化されているウエハレベルＣＳＰにみられるように、金属柱を銅（Ｃｕ）等のメッキにより形成する方法や、ワイヤボンドを用いたバンプ形成により作製する方法がある。
【０００９】
しかしながら、Ｃｕ等のメッキにより金属柱を形成する方法では、１００μｍを超えるような高さの金属柱を形成するには多くの時間を要してしまう。
【００１０】
また、金属柱をワイヤボンドにより形成したバンプで形成する場合、基板上の広い範囲に１つづつワイヤバンプを形成していくため、多くの時間を必要とし、また、金属柱の形状の制御を厳密に行うことは困難である。
【００１１】
これらの点を考慮した方法として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているように、ハンダをリフローすることにより金属柱を形成し、その後、充填材でハンダボールの隙間を埋め研磨することで、ハンダからなる金属柱を形成する方法がある。このように、金属柱の材料としてハンダを用いることで、ハンダボールを再配線層上に搭載後リフローすることにより、または、ハンダペーストを再配線層上に印刷後リフローを行うことにより、数万個の金属柱を形成している。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−１４４２０４号公報（公開日：平成１３年５月２５日）
【００１３】
【特許文献２】
特開平９−２１３８３０号公報（公開日：平成９年８月１５日）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハンダとの濡れ性の良好な再配線層上にハンダボールを搭載しリフローを行うと、リフロー時にハンダが再配線層上に流れ出してしまい、その結果、金属柱の形状が安定しない。このような場合には、金属柱の形状を安定させるために、金属柱を形成する部分にのみ開口部を備える有機絶縁材（有機樹脂）をパターニングにより形成し、ハンダの広がりを制御することが多い。しかし、リフロー後、半導体装置内に有機絶縁材を残す場合、高い信頼性を有する有機絶縁材を用いる必要があるが、このような有機絶縁材は一般的に高価である。また有機絶縁材を半導体装置内に残せば、界面の数が増加することになり、その結果、界面間での剥離の発生により半導体装置の信頼性が低下する虞がある。
【００１５】
また、ボール搭載のためのリフロー後に剥離をする場合は、通常のレジストではリフローによりレジストが硬化等の反応を起こし、剥離が困難になるため、特殊なレジスト、もしくは剥離方法が必要になるという問題がある。
【００１６】
現在のＣＳＰパッケージにおいては、突起電極を直径２００μｍ〜８００μｍのハンダボールや、ハンダ印刷によって形成するのが主流である。また、ウエハレベルＣＳＰでは、さらに小型軽量化が望まれるＩＣに用いられる場合が多く、現状より小さな突起電極、即ち、直径２００μｍ〜５００μｍの金属柱、および、突起電極の形成が必要である。また、パッケージが基板実装された後の温度変化、または実装の曲げ、衝撃の影響を受けても接合部に亀裂が入り断線しないように、再配線層と金属柱、金属柱と突起電極との接合強度の高くすることが望ましい。そこで、金属柱を導電性接着剤で接合する方法が考えられるが、数万という金属柱を所定の位置に搭載し接合することは困難であり、また、導電性接着剤による接合は、強度も低い傾向にあるという問題がある。
【００１７】
ウエハレベルＣＳＰにおいては、通常１つの半導体基板は数万個の端子を有するため、金属柱の形成手法においては、その作業性は重要である。さらに、金属柱の一端部には外部出力端子を形成するため、その大きさや形状が均一でない場合には、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、大きさや形状が均一な金属柱を有し、基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置、およびこのような半導体装置を低コストで製造する方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上記の課題を解決するために、半導体基板上に形成された電極パッドと、上記半導体基板上の上記電極パッドが形成されている領域以外に設けられた絶縁層と、上記電極パッドと電気的に接続されている導体層と、上記導体層の表面の一部と外部電極とを電気的に接続する金属柱と、上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱と接していない領域上に設けられた金属層とを備えることを特徴としている。
【００２０】
本発明において、上記「金属柱側表面」とは、上記金属柱が設けられる側の上記導体層の表面を指しており、より具体的には、上記絶縁層または上記金属パッドと接触していない領域をいう。
【００２１】
上記の構成によれば、金属柱と導体層とが接する領域以外の導体層上には、金属柱材料との濡れ性の悪い金属層が形成されているため、金属柱を構成する材料が導体層に流れ出ることはなく、金属柱の大きさや形状は均一になっている。また、有機絶縁材（有機樹脂）を用いなくても、金属柱を構成する材料が導体層に流れ出すの防止することができる。これによれば、有機樹脂を削減できるため半導体装置内の樹脂界面は少なくなるので、界面間の剥離の発生による半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。また、半導体装置に設けられた金属柱により、半導体装置を基板に実装する場合に発生する応力は分散・緩和されるので、金属層に亀裂が入ることはない。それゆえ、基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【００２２】
本発明の半導体装置においては、上記金属柱および上記突起電極は、ハンダから構成されることが好ましい。
【００２３】
ハンダから構成される金属柱とすれば、金属柱の高さを容易に調製することができ、また、導体層との接合強度を高くすることができる。さらに突起電極をハンダから構成すれば、金属柱と突起電極との接合強度を高くすることができる。それゆえ、上記の構成によれば、導体層と金属柱、金属柱と突起電極との接合強度を高めることで、信頼性がより向上された半導体装置を提供することができる。
【００２４】
このとき、上記金属柱を構成するハンダの融点は、上記突起電極を構成するハンダの融点よりも高いことが好ましい。
【００２５】
これによれば、突起電極を形成するときに、金属柱が溶融することはない。それゆえ、突起電極を形成時に溶融による変形がなく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２６】
また、上記金属層は、ニッケル、アルミニウム、クロム、もしくは、これらを主成分とする金属からなることが好ましい。
【００２７】
ニッケル、アルミニウム、クロム、もしくはこれらを主成分とする金属は、ハンダとの濡れ性が劣る物質、もしくは、酸化膜等の表面皮膜をもつ物質である。したがって、このような物質からなる金属層とすれば、金属柱をハンダにより形成した場合、金属柱と導体層とが接する領域以外にハンダが広がることはないので、金属柱の形状や大きさの均一性が向上された半導体装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明の半導体装置においては、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層が設けられていることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、バリアメタル層により、絶縁層と導体層との間での反応による信頼性の低下が防止される。また、下地金属層により、バリアメタル層と導体層との密着性を高めることができる。それゆえ、信頼性がさらに向上した半導体装置を提供することができる。
【００３０】
また、上記導体層は、銅からなることが好ましい。
【００３１】
電気抵抗の低い銅からなる導体層とすることで、電気パッドと突起電極との電気信号の伝達を効率よく行うことができる。また、銅であれば、例えばメッキ等により数μｍの膜厚の導体層を容易に形成できる。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、半導体基板上の電極パッドが形成されている領域以外に絶縁層を形成する工程と、上記電極パッドに電気的に接続される導体層を形成する工程と、少なくとも上記導体層の金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外に金属層を形成する工程と、上記金属柱形成部に金属柱を形成する工程とを含むことを特徴としている。
【００３３】
本発明において、上記「金属柱形成部」とは、上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱が形成される領域を指している。
【００３４】
上記の構成によれば、上記金属柱形成部以外の導体層上に金属層を形成することにより、金属柱形成部に金属柱を形成するときに、金属柱を構成するための材料が導体層上に流れ出ることはない。これにより、大きさや形状が均一に揃った金属柱を形成することができる。また、上記の構成によれば、高価な有機絶縁材を用いずに金属柱を構成するための材料が導体層に流れ出すのを防止することができる。それゆえ、半導体装置を低コストで製造することができる。
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、バリアメタル層を形成することで、電極パッドの金属および、絶縁層と導体層との間での拡散を防ぐことができる。また、下地金属層を形成することにより、バリアメタル層と導体層との密着性を高めることができる。それゆえ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００３７】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、さらに、上記下地金属層上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第１の感光性レジストを形成する工程と、上記第１の感光性レジストを利用して、上記導体層をメッキにより形成する工程と、上記第１の感光性レジストを剥離する工程と、上記導体層上に第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第２の感光性レジスト形成する工程と、上記第２の感光性レジストを利用して、上記金属層を電解メッキにより形成する工程と、上記第２の感光性レジストを剥離する工程と、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、を含む構成とすることが好ましい。
【００３８】
このとき、金属層の形成方法として無電解メッキ法を用いる場合、上記導体層を形成後、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、その後、第２のレジストを形成する工程と、上記金属層を形成する工程と、上記第２の感光性レジストを剥離する工程と、を含む構成とすることが好ましい。
【００３９】
このような無電解メッキ工程を含む半導体装置の製造方法とすることにより、レジストを形成した金属柱形成部を除く導体層に金属層を形成できる。また、このような方法を用いることにより金属層形成後に、下地金属層およびバリアメタル層のエッチング液に触れることがなく金属層を溶融する等の悪影響を与えないと共に、金属層を溶融せず、下地金属層およびバリアメタル層を選択的にエッチングするエッチング液を用いる必要がなくエッチングが容易である。
【００４０】
また、金属層は、例えば、導体層のマイグレーション等に対する保護層としても働くため、導体層表面を確実に金属層を形成できる利点もある。
【００４１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記金属層を形成後、該金属層の表面を酸化させる工程を含むことが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、ニッケル等においては金属層の表面に自然酸化膜が形成されておりハンダとの濡れ性が悪いが、より確実にハンダとの濡れ性の悪い金属表面層（酸化膜層）を形成でき、それゆえ、好適に使用される半導体装置を製造することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態にかかる半導体装置は、主として、半導体基板１、電極パッド２、第１の絶縁層３、第２の絶縁層４、バリアメタル層５、下地金属層６ｂおよび主導体層（導体層）６ａから構成される再配線層６、金属層７、第３の絶縁層８、金属柱９、および突起電極（外部電極）１０とを備えて構成されている。
【００４５】
半導体基板１は、シリコンウエハ上に半導体素子（図示せず）が設けられて構成されたものである。
【００４６】
電極パッド２は、半導体基板１上に形成されている。電極パッド２は、金属からなるパッドであれば、その大きさや形状等は特に限定されるものではないが、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）、シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉ）、銅アルミニウム（ＡｌＣｕ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの金属からなることである。
【００４７】
半導体基板１上の電気パッド２が形成されている領域以外には、第１の絶縁層３（絶縁層）が設けられている。本実施の形態では、第１の絶縁層３は、電極パッド２を露出する開口部３ａを備えている。本実施の形態では、第１の絶縁層３は、絶縁物質から構成されていれば特に限定されるものではないが、好ましくは、第１の絶縁層３は、無機絶縁膜から構成されていることであり、より好ましくは、シリコン酸化膜もしくは窒化膜を主成分とする無機絶縁膜から構成されていることである。
【００４８】
第１の絶縁層３の膜厚は、特に限定されるものではないが、０．１μｍ〜３μｍの範囲内であることが好ましく、０．３μｍ〜１μｍの範囲内であることがより好ましい。第１の絶縁層３の膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、半導体基板１と主導体層６ａとの間を絶縁できなくなる虞があり好ましくない。また、第１の絶縁層３の膜厚が、上記好ましい範囲を上回る場合は半導体装置の製造に時間を要し、また、半導体装置の反りが大きくなり好ましくない。
【００４９】
さらに、第１の絶縁層３上には、電極パッド２を露出する開口部４ａを備えた第２の絶縁層４が設けられている。
【００５０】
本実施の形態では、第２の絶縁層４は、絶縁物質から構成されていれば特に限定されるものではないが、好ましくは、第２の絶縁層４は、吸湿性が低く、化学的安定性の高い物質から構成されていることであり、具体的には、例えば、感光性のイミド系樹脂（例えばポリイミド等）や、ＰＢＯ系樹脂（例えば、ポリベンズオキサゾール等）などから構成されていることである。また、半導体基板１が備える半導体素子部分のクロストークを防止する必要がある場合には、第２の絶縁層４としては、誘電率の低い、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の有機絶縁物質を用いることが好ましい。
【００５１】
第２の絶縁層４の膜厚は、特に限定されるものではないが、０．５μｍ〜３５μｍの範囲内であることが好ましく、３μｍ〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。第２の絶縁層４の膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、半導体基板１と主導体層６ａとの間を絶縁できなくなる虞があり好ましくない。また、第２の絶縁層４の膜厚が、上記好ましい範囲を上回る場合は特に問題はないが、半導体装置の反りが大きくなるため好ましくない。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、電極パッド２と主導体層６ａとの間での拡散、第２の絶縁層４と主導体層６ａとの間での反応により半導体装置の信頼性が低下しないように、バリアメタル層５および下地金属層６ｂが設けられている。
【００５３】
バリアメタル層５は、金属から構成される層であれば特に限定されるものではないが、第２の絶縁層４との密着性の良い金属から構成されることが好ましく、このような物質として、具体的には、例えば、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、およびこれらの合金が挙げられる。また、バリアメタル層５の膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいが、０．０１μｍ〜１μｍの範囲内とすることが好ましく、０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内とすることがより好ましい。このような膜厚のバリアメタル層５は、例えば、スパッタ法により形成すればよい。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、バリアメタル層５と主導体層６ａとの密着性を高めるために、バリアメタル層５上には、下地金属層６ｂが設けられている。下地金属層６ｂは、金属から構成されるものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは、主導体層６ａを構成する金属と同一の金属を用いることである。また、下地金属層６ｂの膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいが、０．０１μｍ〜３μｍの範囲内とすることが好ましく、０．１５μｍ〜０．６０μｍの範囲内とすることがより好ましい。このような膜厚の下地金属層６ｂは、例えばスパッタ法により形成すればよい。
【００５５】
本実施の形態では、主導体層６ａは、下地金属層６ｂ上に設けられており、一端が開口部４ａおよび開口部３ａから突出することにより、電極パッド２に電気的に接続されている。
【００５６】
主導体層６ａを構成する物質としては、例えば、電気抵抗の低い物質を用いることが好ましく、具体的には、例えば、メッキ等により数μｍの膜厚を容易に形成できるＣｕ等を用いることが好ましいが、これらは特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいものとする。
【００５７】
本実施の形態では、主導体層６ａの膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいものとするが、主導体層６ａの膜厚を１μｍ〜１０μｍの範囲内とすることが好ましく、５μｍ〜１０μｍの範囲内とすることがより好ましい。主導体層６ａの膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、電気抵抗が信号電圧の低下や遅延となる虞があり好ましくない。また主導体層６の膜厚が上記好ましい範囲を上回ると、厚い膜厚の絶縁膜が必要となり反りが大きくなり、また、メッキ形成時間に長い時間を要するため好ましくない。
【００５８】
そして、主導体層６ａの金属柱側表面のうち、金属柱９と接していない領域上には、金属層が設けられている。本実施の形態では、金属層７には、主導体層６ａに設けられた金属柱形成部（図示せず）を露出する開口部７ａが備えられている。金属層７は、金属柱９を構成するための材料が主導体層６ａに流れないように設けられている。本実施の形態では、金属層７は、図１に示すように、主導体層６ａの表面部、および、主導体層６ａ、下地金属層６ｂの積層部の側部を覆っている。
【００５９】
本実施の形態では、特に限定されるものではないが、金属層７は、ハンダとの濡れ性が低い金属（あるいは金属化合物）から構成することが好ましく、具体的には、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、もしくは、これらを主成分とする金属で、特に表面に酸化膜を形成したＮｉから構成することが好ましい。これにより、ハンダボールを主導体層６ａ上に搭載後リフローを行うことにより、またはハンダペーストを主導体層６ａ上に印刷後リフローを行うことにより、ハンダから構成される金属柱９を形成することができる。
【００６０】
また金属層７の膜厚は、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよいが、０．１μｍ〜５μｍの範囲内とすることが好ましく、１μｍ〜３μｍの範囲内とすることがより好ましい。金属層７の膜厚が、上記好ましい範囲を下回ると、低い濡れ性が確保できなくなる等となる虞があり好ましくない。また金属層７の膜厚が、上記好ましい範囲を上回ると配線の応力が強く導電層と剥離する等の問題を発生する、この部分の配線抵抗が高くなる虞があり好ましくない。
【００６１】
そして開口部７ａにより露出された主導体層６ａの金属柱形成部には、金属柱９が形成されている。金属柱９は、本実施の形態の半導体装置を基板に実装する場合に発生する応力を分散・緩和するために設けられている。
【００６２】
本実施の形態では、金属柱９は、ハンダから構成されていることが好ましい。これにより、金属柱９の高さを容易に調製することができ、また、主導体層６ａと金属柱９との接合強度を高めることができる。上記ハンダは特に限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ／Ｐｂ共晶ハンダ、もしくは環境対応材料であるＳｎ／Ａｇ／Ｃｕに代表される鉛フリーハンダ、および、特に２６０℃以上の高融点を有するハンダ等を用いればよい。また、突起電極１０をハンダから構成するときには、突起電極１０を構成するハンダの融点よりも、金属柱９を構成するハンダの融点を高くすることが好ましい。これにより、突起電極１０を形成するときに、金属柱９が溶融するのを防ぐことができる。
【００６３】
本実施の形態では、第２の絶縁層４上および金属層７上には、金属柱９を露出する開口部８ａが備えられた第３の絶縁層８が設けられており、金属柱９の側面は、第３の絶縁層８で覆われている。
【００６４】
第３の絶縁層８は、第２の絶縁層４および金属層７と密着性が良く、また、金属柱９の高さ以上、具体的には、１００μｍ以上の膜厚の形成が可能で、機械的研磨性に優れ、熱膨張係数や弾性率の低い材料、具体的には例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、酸無水物系樹脂などの樹脂から構成されることが好ましい。また、第３の絶縁層８は、上記樹脂中にシリカよりなるフィラを含有していてもよい。
【００６５】
そして、開口部８ａから露出する金属柱９上には、突起電極１０が形成されている。本実施の形態では、突起電極１０はハンダから構成されていることが好ましい。金属柱９および突起電極１０をハンダから構成することで、金属柱９と突起電極１０との接合強度を高くすることができる。突起電極１０を構成するハンダは特に限定されるものではなく、例えば、Ｓｎ／Ｐｂの共晶ハンダ、もしくは環境対応材料であるＳｎ／Ａｇ／Ｃｕに代表される鉛フリーハンダを用いることができる。
【００６６】
次に、図１に示す半導体装置の製造工程の一例を、図２および図３に沿って説明する。なお、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、これに限定されるものではない。
【００６７】
図２および図３に示すのは、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を概略的に示す図である。
【００６８】
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、図示しない半導体素子を有する半導体基板１上に電極パッド２を形成する。そして、半導体基板１上の電極パッド２が形成されている領域以外に、第１の絶縁層３が形成されている。
【００６９】
次に、第１の絶縁層３上に、感光性樹脂（例えば感光性のポリイミド系樹脂、もしくはＰＢＯ系樹脂）をスピンコート法により塗布した後、プリベークにより仮硬化を行う。その後、アライナー、ステッパ等を使用してパターン形状を露光し、電極パッド２部分に開口を有するようにこの部分の感光性樹脂を感光させ、現像液に可溶な状態にし、現像により除去する。その後、第１の絶縁層３上の感光性樹脂に２００℃〜３５０℃の温度をかけることで、図２（ｂ）に示すように第２の絶縁層４を形成する。
【００７０】
次に、図２（ｃ）に示すように、電極パッド２上および第２の絶縁層４上にバリアメタル層５として、例えば膜厚０．１μｍ〜０．３μｍのＴｉをスパッタ法により形成する。そしてバリアメタル層５上には、下地金属層６ｂとして、例えば、膜厚０．１５μｍ〜０．６０μｍのＣｕをスパッタ法により形成する。
【００７１】
次に、電極パッド２に電気的に接続される主導体層６ａを形成する。本実施の形態では、主導体層６ａの形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の工程を実施することで、主導体層６ａを効率よく形成することができる。
【００７２】
具体的には、例えば、図２（ｄ）に示すように、下地金属層６ｂ上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により、主導体層６ａ形成部分を除く部分に第１の感光性レジスト１１ａを形成する。第１の感光性レジスト１１ａの形成後、仮硬化を行う（図２（ｅ））。
【００７３】
そして、例えば、東京応化工業株式会社製ＰＭＥＲ等の第１の感光性レジスト１１ａを利用して、主導体層６ａを形成する。具体的には、第１の感光性レジスト１１ａの開口部に、例えば、硫酸銅からなる銅メッキ液を用いて電解メッキを行うことにより、図２（ｆ）に示すように、Ｃｕからなる主導体層６ａを形成する。主導体層６ａを形成後、感光性レジスト１１ａを除去する（図２（ｇ））。
【００７４】
次に、主導体層６ａの金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外の主導体層６ａ上に金属層７を形成する。本実施の形態では、金属層７の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の工程を実施することで、金属層７を効率よく形成することができる。
【００７５】
具体的には、例えば、主導体層６ａ上に、第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により、金属柱９を形成するために露出される主導体層６ａの一部分を除く主導体層６ａの上面、もしくは表面のみが露出されるように、第２の感光性レジスト１１ｂを形成する。その後仮硬化を行う（図２（ｈ））。
【００７６】
そして、第２の感光性レジスト１１ｂを利用して、金属層７を形成する。具体的には、第２の感光性レジスト１１ｂの開口部に、例えば、電解メッキ法により膜厚１μｍ〜３μｍのＮｉ層を形成する。その後、剥離液により第２の感光性レジスト１１ｂを除去する（図３（ｉ））。
【００７７】
次に、例えば、過硫酸アンモニウムを主成分とするエッチング液、および、過酸化水素水や無機アンモニアを主成分とし、望ましくは主導体層６ａに表面保護層を一時的に形成しエッチング液から保護する役割を有する添加剤を含むエッチング液を用いて、再配線層部分以外、すなわち、金属層７が形成されていない部分の下地金属層６ｂおよびこの部分の下に位置するバリアメタル層５をエッチングにより除去する（図３（ｊ））。
【００７８】
次に、主導体層６ａの金属柱形成部に、金属柱９を形成する。本実施の形態では、金属柱９の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次のようにして形成することができる。
【００７９】
具体的には、例えば、図３（ｋ）に示すように、主導体層６ａが露出される部分に、ハンダボールを搭載、もしくは、ハンダ印刷を行いリフローすることにより金属柱９を形成する。ここで、金属層７がＮｉであれば、金属層７表面には自然酸化膜が形成されているため、主導体層６ａと金属層７との濡れ性の差を利用して、主導体層６ａの露出部分以外にハンダが流れることなく金属柱９を形成できる。このように金属層７のハンダとの濡れ性の低さを利用することで、大きさや形状が均一な金属柱９を形成することができる。このとき例えば、Ｓｎ：９５％，Ｓｎ：５％からなる高温ハンダや、２６０℃以上に高融点を有するハンダをリフローすれば、これ以降のリフロー工程において金属柱が溶融することがなく変形により断線等の信頼性を低下させることなく信頼性の高い半導体装置が形成できる。
【００８０】
金属柱９は、上述したように、突起電極１０を形成するときに溶融しないことが望ましいが、信頼性を確保できる場合は、突起電極１０と同一、もしくは高融点をもたないハンダを用いてもよい。
【００８１】
この後、図３（ｌ）に示すように、金属柱９を覆うように、例えば、シリカフィラと酸無水物系樹脂よりなる第３の絶縁層８を印刷により形成する。
【００８２】
この後、図３（ｍ）に示すように、第３の絶縁層８に対して機械的研磨、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）等を行うことにより、金属柱９の表面が露出するまで研磨する。
【００８３】
次に、露出した金属柱９上にハンダボールを搭載、もしくは、Ｓｎ／Ｐｂ共晶ハンダやＳｎ／Ａｇ／Ｃｕハンダを印刷し窒素雰囲気でリフローを行うことにより、図３（ｎ）に示すような突起電極１０を形成する。
【００８４】
本実施の形態によれば、上記リフローを行うときには、上述した第１の感光性レジスト１１ａや第２の感光性レジスト１１ｂは除去されている。したがって、本実施の形態によれば、リフローの熱による、第１の感光性レジスト１１ａや第２の感光性レジスト１１ｂの硬化・脆化等の問題を考慮する必要がない。それゆえ、第１の感光性レジスト１１ａや第２の感光性レジスト１１ｂとして、一般的な安価な感光性樹脂を用いて半導体装置を製造することができる。
【００８５】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は、上述した構成に限らず、例えば、図３（ｉ）に示す金属層７の形成後、エッチングを実施する前に、大気中で金属層７表面に対して１５０℃〜３５０℃の範囲で加熱処理、もしくは、薬液による表面処理を施す等して金属層７の表面を意図的に酸化させ、これにより金属層７の表面に金属膜（酸化膜）を形成してもよい。なお、金属層７の表面の酸化により、金属層７が形成されていない主導体層６ａ、すなわち金属形成部にも酸化膜が形成されるが、この酸化膜は、例えば上述した下地金属層６ｂを除去するときに用いるエッチング液を用いて、下地金属層６ｂの除去と同時に選択的に除去すればよい。これにより、金属層７に濡れ性の悪い層を形成することができる。このように、金属層７の表面を酸化すれば、金属層７の表面に形成された金属被膜（酸化膜）は自然酸化膜に比べ確実にハンダとの濡れ性が悪くハンダの広がりを制御できる。なお、この金属層７の表面を酸化する工程は、主導体層６ａを形成後、バリアメタル層５および下地金属層６ｂを除去した後にも行うことができる。
【００８６】
〔実施の形態２〕
本発明にかかる実施の他の形態について図４および図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便宜上、前記実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。図４および図５に示すのは、本実施の他の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す図である。
【００８７】
まず、図４（ａ）に示すように、図示しない半導体素子を有する半導体基板１上に電極パッド２を形成する。そして、半導体基板１上の電極パッド２が形成されている領域以外に、第１の絶縁層３を形成する。
【００８８】
次に、第１の絶縁層３上に、感光性樹脂（例えば感光性のポリイミド系樹脂、もしくはＰＢＯ樹脂）をスピンコート法により塗布した後、プリベークにより仮硬化を行う。その後、アライナー、ステッパ等を使用してパターン形状を露光し、電極パッド２部分に開口を有するようにこの部分の感光性樹脂を露光させ、現像液に可溶な状態にし、現像により除去する。その後、第１の絶縁層３上の感光性樹脂に２５０℃〜３５０℃の温度をかけることで、図４（ｂ）に示すように、第２の絶縁層４を形成する。
【００８９】
次に、図４（ｃ）に示すように、電極パッド２上および第２の絶縁層４上にバリアメタル層５として、例えば膜厚０．１５μｍ〜０．３０μｍのＴｉをスパッタ法により形成する。そしてバリアメタル層５上には、下地金属層６ｂとして、例えば、膜厚０．１５μｍ〜０．６０μｍのＣｕをスパッタ法により形成する。
【００９０】
次に、図４（ｄ）に示すように、下地金属層６ｂ上に、第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により、主導体層６ａの形成部分を除く部分に第１の感光性レジスト１１ａを形成する。第１の感光性レジスト１１ａの形成後、仮硬化を行う（図４（ｅ））。
【００９１】
そして、第１の感光性レジスト１１ａを利用して主導体層６ａを形成する。具体的には、第１の感光性レジスト１１ａの開口部に、例えば、硫酸銅からなる銅メッキ液を用いて電解メッキを行うことにより、Ｃｕからなる主導体層６ａを形成する。主導体層６ａを形成後、第１の感光性レジスト１１ａを除去する（図４（ｆ））。
【００９２】
次に、例えば、過硫酸アンモニウムを主成分とするエッチング液、および、過酸化水素水や無機アンモニアを主成分とし、望ましくは主導体層６ａに影響を与えないような添加剤を有するエッチング液を用いて、主導体層６ａが形成されていない部分の下地金属層６ｂおよびこの部分の下に位置するバリアメタル層５をエッチングにより除去する（図４（ｇ））。
【００９３】
次に、図４（ｈ）に示すように、主導体層６ａ上に、第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により金属柱９を形成するために露出される主導体層６ａの一部分を除く主導体層６ａの上面、もしくは表面のみが露出されるように、第２の感光性レジスト１１ｂを形成する。その後仮硬化を行う。
【００９４】
次に、図５（ｉ）に示すように、例えば無電解メッキ法により、主導体層６ａ上に、主導体層６ａを構成する金属とは異なる金属、好ましくは、ハンダに対して濡れ性の低い金属、もしくは、表面に金属被膜を形成する金属、例えばＮｉからなる金属層７を形成する。その後、第２の感光性レジスト１１ｂを除去する（図５（ｊ））。この方法によれば、導体層のマイグレーション等に対する保護層としても働くため、導体層表面を確実に金属層を形成できる利点もある。
【００９５】
そして、望ましくは第２の感光性レジスト１１ｂの除去前に大気中で金属層７表面を加熱処理、もしくは、薬液による表面処理を施すことにより金属層７の表面を酸化し、金属層７の表面に金属被膜を形成する。この場合、導体層６は第２の感光性レジストに保護されており酸化されることなく後処理することなくハンダからなる金属柱を形成できる。ここで、第２の感光性レジスト１１ｂが加熱、もしくは薬液処理に耐えられない場合には、第２の感光性レジスト１１ｂを除去後、金属層７に上記処理を実施し金属皮膜（酸化膜）を形成し、その後、金属層７と主導体層６ａとに形成される金属被膜の耐薬性の差を利用し主導体層６ａに形成された金属被膜のみを薬液により選択的に除去する。
【００９６】
そして図５（ｋ）に示すように、主導体層６ａが露出される部分に、ハンダボールを搭載、もしくは、ハンダ印刷を行いリフローすることにより金属柱９を形成する。
【００９７】
この後、図５（ｌ）に示すように、金属柱９を覆うように、例えば、シリカフィラと酸無水物系樹脂よりなる第３の絶縁層８を印刷により形成する。
【００９８】
次に、図５（ｍ）に示すように、第３の絶縁層８に対して機械的研磨、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）等を行うことにより、金属柱９の表面が露出するまで研磨する。
【００９９】
次に、図５（ｎ）に示すように、露出した金属柱９上にハンダボールを搭載、もしくは、Ｓｎ／Ｐｂ共晶ハンダやＳｎ／Ａｇ／Ｃｕハンダを印刷し窒素雰囲気でリフローを行うことにより突起電極１０を形成する。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、以上のように、半導体基板上に形成された電極パッドと、上記半導体基板上の上記電極パッドが形成されている領域以外に設けられた絶縁層と、上記電極パッドと電気的に接続されている導体層と、上記導体層の表面の一部と外部電極とを電気的に接続する金属柱と、上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱と接していない領域上に設けられた金属層とを備える構成である。
【０１０１】
それゆえ、金属層を設けることにより、金属柱の大きさや形状が均一となった半導体装置を提供することができる。また、半導体装置に設けられた金属柱により、半導体装置を基板に実装する場合に発生する応力は分散・緩和されるので、金属層に亀裂が入ることはない。それゆえ、基板実装後も高い信頼性を有する半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０２】
本発明の半導体装置は、以上のように、上記金属柱および上記突起電極は、ハンダから構成される構成である。
【０１０３】
それゆえ、導体層と金属柱、金属柱と突起電極との接合強度を高めることで、信頼性がより向上された半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０４】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、上記金属柱を構成するハンダの融点は、上記突起電極を構成するハンダの融点よりも高い構成である。
【０１０５】
それゆえ、突起電極形成時のハンダよりなる金属柱が変形することなく信頼性高い半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０６】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、上記金属層は、ニッケル、クロム、アルミニウムまたは、これらを主成分とする金属からなる構成である。
【０１０７】
それゆえ、ハンダの濡れ性の低い表面層を形成でき金属柱の形状や大きさの均一性が向上された半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０８】
また、本発明の半導体装置は、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層が設けられている構成である。
【０１０９】
それゆえ、信頼性がさらに向上した半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１１０】
また、本発明の半導体装置は、上記導体層は、銅からなる構成である。
【０１１１】
それゆえ、電気抵抗の低い信号の損失が少なく信号伝送の良好な半導体装置を提供することができる。
【０１１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、半導体基板上の電極パッドが形成されている領域以外に絶縁層を形成する工程と、上記電極パッドに電気的に接続される導体層を形成する工程と、上記導体層の金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外に金属層を形成する工程と、上記金属柱形成部に金属柱を形成する工程とを含む構成である。
【０１１３】
それゆえ、大きさや形状が均一に揃った金属柱を形成することができる。また、これによれば、高価な有機絶縁材を用いずに金属柱を構成する材料が導体層に流れ出すのを防止することができる。それゆえ、半導体装置を低コストで製造することができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記電極パッドおよび絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層を形成する工程をと含んでいてもよい。
【０１１５】
これにより、反応・拡散により信頼性が低下することのない半導体装置を製造することができるという効果を奏する。
【０１１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、さらに、上記下地金属層上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第１の感光性レジストを形成する工程と、上記第１の感光性レジストを利用して、上記導体層をメッキにより形成する工程と、上記導体層上に第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第２の感光性レジストを形成する工程と、上記第２の感光性レジストを利用して、上記金属層をメッキにより形成する工程と、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、を含む構成としてもよい。
【０１１７】
このとき、例えば、上記導体層をメッキにより形成した後、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する構成としてもよい。
【０１１８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、このような工程を含むことにより、金属層を効率よく形成することができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、上記金属層を形成後、該金属層の表面を酸化させる工程を含んでいてもよい。
【０１２０】
これにより、金属層の表面に形成される金属被膜はハンダの広がりをより確実に制御でき、好適に使用される半導体装置を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の製造工程を概略的に示す図である。
【図６】従来のウエハレベルＣＳＰの概略的な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 電極パッド
３ 第１の絶縁層
３ａ 開口部
４ 第２の絶縁層
４ａ 開口部
５ バリアメタル層
６ａ 主導体層（導体層）
６ｂ 下地金属層
７ 金属層
８ 第３の絶縁層
９ 金属柱
１０ 突起電極（外部電極）
Claims (11)
- 半導体基板上に形成された電極パッドと、
上記半導体基板上の上記電極パッドが形成されている領域以外に設けられた絶縁層と、
上記電極パッドと電気的に接続されている導体層と、
上記導体層の表面の一部と外部電極とを電気的に接続する金属柱と、
上記導体層の金属柱側表面のうち、上記金属柱と接していない領域上に設けられた金属層とを備えることを特徴とする半導体装置。 - 上記金属柱および上記外部電極は、ハンダから構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。
- 上記金属柱を構成するハンダの融点は、上記突起電極を構成するハンダの融点よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
- 上記金属層は、導電層にくらべハンダと濡れ性の悪い金属もしくは表面皮膜を有する金属、例えばニッケル、アルミニウム、クロム、および、これらを主成分とする金属からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
- 上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
- 上記導体層は、銅からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
- 半導体基板上の電極パッドが形成されている領域以外に絶縁層を形成する工程と、
上記電極パッドに電気的に接続される導体層を形成する工程と、
少なくとも上記導体層の金属柱側表面のうち、金属柱形成部以外に金属層を形成する工程と、
上記金属柱形成部に金属柱を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - さらに、上記絶縁層と上記導体層との間に、バリアメタル層および下地金属層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項７〜８において、上記下地金属層上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第１の感光性レジストを形成する工程と、
上記第１の感光性レジストを利用して、上記導体層をメッキにより形成する工程と、
少なくとも上記導体層上の金属柱形成部分と導体間の一部に第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第２の感光性レジストを形成する工程と、
上記第２の感光性レジストを利用して、上記金属層を電解メッキにより形成する工程と、
上記金属層を形成後、上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程とを含む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。 - 請求項７〜８において、上記下地金属層上に第１の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第１の感光性レジストを形成する工程と、
上記第１の感光性レジストを利用して、上記導体層をメッキにより形成する工程と、
上記バリアメタル層および上記下地金属層を除去する工程と、
上記導体層上に第２の感光性樹脂を塗布し、露光および現像により第２の感光性レジストを形成する工程と、
上記第２の感光性レジストを利用して、上記導体層の金属柱を形成する以外の部分に上記金属層を無電解メッキにより形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - さらに、上記金属層の表面を酸化させる工程を含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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