JP2005039017A - 半導体装置の製造方法および配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハレベルＣＳＰの製造工程で生じる有機絶縁膜からのガス発生を抑制する。
【解決手段】Ｃｕ配線２を挟む２層の絶縁膜（感光性ポリイミド樹脂膜５および最上層保護膜１２）を共に感光性ポリイミド樹脂系の絶縁材料で構成し、最上層保護膜１２は、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５よりも低温で硬化する材料（低温硬化型樹脂）を使用し、硬化時の温度が、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５を硬化させる際の温度を超えないようにする。これにより、最上層保護膜１２を硬化させる際に下層の感光性ポリイミド樹脂膜５からのガス発生が抑制されるので、Ｃｕ配線２と感光性ポリイミド樹脂膜５との界面にガスが溜まって膨れを引き起こす不良を低減できる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術および配線基板の製造技術に関し、例えば、ウエハ状態でパッケージング工程を完了する、いわゆるウエハレベルＣＳＰ（ＷＣＳＰ）の製造に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パッケージプロセス（後工程）をウエハプロセス（前工程）と一体化し、ウエハ状態でパッケージング工程を完了する方式、いわゆるウエハレベル（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ）ＣＳＰと呼ばれる技術は、ウエハプロセスを応用してパッケージプロセスまでを処理するために、ウエハから切断したチップ毎にパッケージプロセス（後工程）を処理する従来方法に比べて工程数を大幅に低減することができるという利点がある。
【０００３】
上記ウエハレベルＣＳＰは、ボンディングパッドのピッチを半田バンプのピッチに変換するインターポーザと呼ばれるＣＳＰ内部の配線層を、ウエハ上に形成した再配線によって代用しているため、上記した工程数の低減と相俟って、ＣＳＰの製造コストを低減することができるものと期待されている。
【０００４】
ウエハレベルＣＳＰについては、特開２０００−９１３３９号公報（特許文献１）、特開２０００−１３８２４５号公報（特許文献２）、特開２０００−２１６２５３号公報（特許文献３）などに記載がある。
【０００５】
特開平５−２９７６５号公報（特許文献４）は、セラミック多層配線基板とその製造技術を開示している。この文献に記載されたセラミック多層配線基板は、第１絶縁層とその上層の表面配線導体層との間に、第１絶縁層の焼成温度と同じか若しくは低い温度で別異の時期に焼結される第２の絶縁層を設けた積層構造で構成されている。この積層構造は、第１絶縁層上に、この第１絶縁層の焼成温度と同じか若しくは低い温度で焼結する絶縁物を材料とする絶縁ペーストを積層して焼成し、第２の絶縁層を形成することによって得られる。これによれば、焼成時などに発生するガスの熱膨張に起因する亀裂ないし空隙によってリークパスが発生した場合でも、第１絶縁層と別異の時期に焼結される第２の絶縁層によってリークバスの連通が阻止されるので、絶縁劣化による絶縁破壊を未然に回避することができる。
【０００６】
特開平５−１４５２３３号公報（特許文献５）は、所定の回路パターンを備えたポリイミド絶縁層をセラミックベース上に順次積層する薄膜多層回路基板を製造するに際し、セラミックベースの最も近い中間層に形成される絶縁層と、中間層の上層部分に設けられる表面層と、表面層よりもさらに上層部分に設けられる絶縁層のキュア温度をそれぞれ段階的に変化させることによって、表面層回路パターンの金属拡散に起因する障害、部品実装時におけるクラックあるいはパターンの膨れなどの障害を回避する技術を開示している。
【０００７】
特開２００１−３５２１７７号公報（特許文献６）は、基板上に有機樹脂からなる複数の絶縁フィルム層を間に絶縁性接着剤層を介して積層した絶縁層と配線導体層とを形成した多層配線基板において、絶縁性接着剤層のガラス転移温度を基板側の最下層に対し、最上層を低くした多層配線基板を開示している。これによれば、複数の絶縁フィルム層を順次積層して加熱加圧接着していく際に、加熱温度を調整することにより、先に接着した下層の絶縁性接着剤層中の硬化重合未反応残留成分や分解成分の発生を抑制できるので、絶縁層や配線導体層の膨れの発生を無くすことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−９１３３９号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−１３８２４５号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−２１６２５３号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開平５−２９７６５号公報
【００１２】
【特許文献５】
特開平５−１４５２３３号公報
【００１３】
【特許文献６】
特開２００１−３５２１７７号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハレベルＣＳＰの製造工程では、通常のウエハプロセスが完了したウエハ上に再配線を形成し、この再配線を介してボンディングパッドと半田バンプとを電気的に接続する。
【００１５】
再配線を形成するには、まずウエハプロセスが完了したウエハ上に第１の絶縁膜を形成し、続いてその一部を除去することによってボンディングパッドの表面を露出させる。次に、第１の絶縁膜上にメッキやスパッタリング法でＣｕ膜を堆積して再配線を形成する。次に、再配線を保護する第２の絶縁膜を形成し、続いてその一部を除去することによって、再配線の一部を露出させた後、そこに半田バンプを接続する。
【００１６】
このように、ウエハレベルＣＳＰの製造工程では、再配線の上下の絶縁膜（第１の絶縁膜、第２の絶縁膜）を加工する工程を伴うことから、第１および第２の絶縁膜材料として、感光性を有する有機樹脂を使用することによって、フォトリソグラフィ工程の簡略化を図っている。
【００１７】
ところが、上記のような有機樹脂を使用した場合は、有機樹脂中に含まれるガスの発生が問題となる。すなわち、ウエハプロセスが完了したウエハ上に第１の有機樹脂膜を塗布してベーク処理を行った後、その上部に再配線を形成し、続いて再配線の上部に第２の有機樹脂膜を塗布してベーク処理を行うと、第１の有機樹脂膜中に残留していた物質が分解してガス成分を発する。ところが、第１の有機樹脂膜の表面は、再配線や第２の有機樹脂膜で覆われているために、このガスが外部に抜けることができず、再配線と有機樹脂膜との界面に溜まって膨れを引き起こす結果、ウエハが不良品となってしまう。
【００１８】
また、多層配線基板の製造工程においても、配線間の層間絶縁膜を構成する有機絶縁材料中に含まれるガスの発生が問題となる。すなわち、多層配線基板の製造工程では、基板上に絶縁膜と配線とを交互に積層しながら多層配線を形成していくが、例えばｎ層目の絶縁膜の上に配線を形成し、続いてこの配線の上部にｎ＋１層目の絶縁膜材料を塗布してベーク処理を行うと、ｎ層目の絶縁膜中に残留していた物質が分解してガス成分を発する。ところが、ｎ層目の絶縁膜の表面は、配線やｎ＋１層目の絶縁膜で覆われているために、このガスが外部に抜けることができず、配線と絶縁膜との界面に溜まって膨れを引き起こす結果、基板が不良品となってしまう。
【００１９】
このような現象は、上記配線がグランド層である場合、ｎ層目の絶縁膜の表面の大部分を覆ってしまうために特に起こりやすい。そこで、グランド層に微小なガス抜き穴を多数設ける対策も考えられるが、製造工程や検査工程が煩雑となるので、配線基板の製造コストが上昇してしまう。
【００２０】
本発明の目的は、ウエハレベルＣＳＰの製造工程で生じる有機絶縁膜からのガス発生を抑制することによって、ウエハレベルＣＳＰの製造歩留まりを向上させる技術を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、配線基板の製造工程で生じる有機絶縁膜からのガス発生を抑制することによって、配線基板の製造歩留まりを向上させる技術を提供することにある。
【００２２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次の通りである。
【００２４】
本発明による半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する：
（ａ）半導体基板の主面上に、複数の半導体素子、複数の配線および前記複数の配線の一部によって構成された複数の内部接続端子を形成する工程、
（ｂ）前記複数の配線の上部に無機絶縁膜を形成し、前記無機絶縁膜の表面に前記複数の内部接続端子を露出する工程、
（ｃ）前記無機絶縁膜の上部に第１の温度で第１の有機絶縁膜を形成し、前記第１の有機絶縁膜の表面に前記複数の内部接続端子を露出する工程、
（ｄ）前記第１の有機絶縁膜の上部に、それぞれの一端が前記内部接続端子に接続され、他端が外部接続端子を構成する複数の再配線を形成する工程、
（ｅ）前記再配線の上部に前記第１の温度以下の第２の温度で第２の有機絶縁膜を形成し、前記第２の有機絶縁膜の表面に複数の前記外部接続端子を露出する工程、
（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記複数の外部接続端子のそれぞれに、前記第１の温度以下の第３の温度で電極を接続する工程。
【００２５】
また、本発明による配線基板の製造方法は、ベース基板上に２層以上の有機絶縁膜と１層以上の配線とを交互に積層して形成する際、前記２層以上の有機絶縁膜のそれぞれを、先に形成した下層の有機絶縁膜の形成温度以下の温度で形成するものである。
【００２６】
上記した手段によれば、上層の有機絶縁膜を形成する際に、下層の有機絶縁膜の発生するガスの量を有効に低減することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は原則として省略する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の半導体装置であるウエハプロセスを応用して形成したＣＳＰ、いわゆるウエハレベルＣＳＰ（以下、ＷＣＳＰと略記する）の完成状態を示す斜視図、図２は、ＷＣＳＰのＣｕ配線（再配線）およびボンディングパッドを示す斜視図、図３は、ＷＣＳＰの要部拡大断面図である。
【００２９】
本実施の形態１のＷＣＳＰは、単結晶シリコンからなる半導体チップ（以下、単にチップという）１Ｂ、このチップ１Ｂの主面に形成されたＬＳＩ（最上層配線４とボンディングパッドＢＰのみ図示）、チップ１Ｂの最上層に形成された複数個の半田バンプ１４、ボンディングパッドＢＰと半田バンプ１４とを接続するＣｕ配線２などによって構成されている。
【００３０】
上記最上層配線４の上部は、ボンディングパッドＢＰの上部を除き、表面保護膜３で覆われており、この表面保護膜３の上部は、感光性ポリイミド樹脂膜（有機パッシベーション膜）５で覆われている。
【００３１】
上記感光性ポリイミド樹脂膜５の表面には、Ｃｕ配線２が形成されている。Ｃｕ配線２は、その一端部が感光性ポリイミド樹脂膜５に形成された開孔６を通じてボンディングパッドＢＰに接続されており、他端部はバンプランド２Ａを構成している。そして、バンプランド２Ａの表面には、ＷＣＳＰの外部接続端子を構成する半田バンプ１４が接続されている。
【００３２】
上記Ｃｕ配線２の上部は、バンプランド２Ａの上部を除き、最上層保護膜１２で覆われている。この最上層保護膜１２は、感光性ポリイミド樹脂で構成されているが、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５が高温硬化型樹脂で構成されているのに対し、低温硬化型樹脂で構成されている。
【００３３】
次に、上記のように構成されたＷＣＳＰの製造方法を図面に従って工程順に説明する。図４は、製造工程の全体フロー図である。
【００３４】
ＷＣＳＰを製造するには、まず、図５に示すような単結晶シリコンからなる半導体ウエハ（以下、ウエハという）１を用意し、その主面に区画された複数のチップ領域１Ａに周知のウエハプロセスを適用してＬＳＩを形成する。
【００３５】
図６は、上記ウエハ１の各チップ領域１Ａに最上層配線４を形成し、続いて最上層配線４の上部に表面保護膜３を形成した後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで表面保護膜３の一部を除去することによって、ボンディングパッドＢＰを形成したチップ領域１Ａの断面を示している。なお、最上層配線４よりも下層の配線や半導体素子の図示は省略してある。
【００３６】
上記最上層配線４は、スパッタリング法で堆積したアルミニウム（Ａｌ）合金膜をパターニングして形成する。また、最上層配線４を覆う表面保護膜３は、窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法で堆積して形成する。表面保護膜３は、プラズマＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜で構成することもできる。
【００３７】
次に、ボンディングパッドＢＰにプローブ（図示せず）を当てて各チップ領域１Ａの良、不良を判別する試験（ウエハ検査およびプローブ検査）を行った後、図７に示すように、表面保護膜３の上部に回転塗布法で膜厚３５μｍ程度の感光性ポリイミド樹脂膜５を形成し、プリベークを行う。続いて、ボンディングパッドＢＰの上部以外の領域の感光性ポリイミド樹脂膜５を露光およびベークして半硬化させた後、図８に示すように、感光性ポリイミド樹脂膜５の非露光（未硬化）部分を現像して除去することにより、ボンディングパッドＢＰの上部に開孔６を形成する。その後、高温ベーク処理を行なって、半硬化の感光性ポリイミド樹脂膜５を完全硬化させる。
【００３８】
上記感光性ポリイミド樹脂膜５のベーク条件は、例えば次の通りである。まず、表面保護膜３の上部に感光性ポリイミド樹脂膜５を塗布した後、ホットプレート上で９０℃、４分のプリベークを行い、膜中の溶剤を除去する。次に、ボンディングパッドＢＰの上部以外の領域の感光性ポリイミド樹脂膜５を露光した後、ホットプレート上で１０５℃、１分のベークを行い、ポリイミド樹脂の光架橋反応を促進させる。
【００３９】
次に、非露光（未硬化）部分、すなわちボンディングパッドＢＰの上部の膜を現像処理によって除去した後、膜中に残留する溶剤成分などを除去するためのベークを行う。このベークは、温度が低いホットプレートから高いホットプレートへウエハ１を順番に移しながら行う。具体的には、例えば図９に示すように、１４５℃、１７５℃、２２５℃で各３分のベークを行う。このベーク処理により、ポリイミド樹脂の架橋反応が促進されると共に、感光基の分解も始まる。続いて、ウエハ１をベーク炉に移し、酸素濃度２０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中、例えば図１０の実線で示す時間−温度条件（最高温度：３００℃〜３５０℃）でベークを行うことにより、感光性ポリイミド樹脂膜５を完全硬化させる。なお、図中の破線で示した最終工程最高温度は、ＷＣＳＰの最終工程でバンプランド２Ａの表面に半田バンプ１４を接続する際の半田リフロー温度を示している。
【００４０】
次に、ウエハ１の表面をスパッタエッチングすることによって、ボンディングパッドＢＰの表面の自然酸化膜を除去する。なお、有機物による汚染が懸念される場合には、スパッタエッチングに先立って酸素アッシングを行うことが好ましい。また、スパッタエッチングを過剰に行なうと、感光性ポリイミド樹脂膜５の絶縁性が阻害されるので、この点に留意する必要がある。
【００４１】
スパッタエッチング量を最適化するには、例えばスパッタエッチングを行った後に２つのボンディングパッドＢＰにプローブを当てて両者間の抵抗値を測定し、あらかじめ測定しておいた基準値と比較する。ここで、スパッタエッチング量が不足と判断された場合には、スパッタエッチングの電力を上げ、時間を長くするなどの対策を行って同様な工程を繰り返す。他方、スパッタエッチング量が過剰と判断された場合には、次の工程でシード層７を形成した後、酸素アッシングを行い、膜の絶縁性を回復させる。
【００４２】
次に、図１１に示すように、ボンディングパッドＢＰの表面を含む感光性ポリイミド樹脂膜５の上部にシード層７を形成する。シード層７は、例えばスパッタリング法で堆積した膜厚５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度のＣｒ（クロム）膜および膜厚０．１μｍ〜０．７μｍ程度のＣｕ膜で構成する。シード層７は、スパッタリング法の他、蒸着法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法などで形成することもできるが、ここでは、感光性ポリイミド樹脂膜５との接着強度が大きいスパッタリング法を用いる。
【００４３】
上記Ｃｒ膜は、シード層７と下層の感光性ポリイミド樹脂膜５との接着を確保するための接着層であり、その膜厚は、接着を確保できる範囲であれば薄くても構わない。Ｃｒ膜の膜厚は、スパッタエッチングの条件や成膜条件、膜質などによっても変動する。また、Ｃｒ膜に代えてチタン（Ｔｉ）膜やチタン／白金（Ｐｔ）積層膜、タングステン（Ｗ）膜などを使用してもよい。
【００４４】
一方、Ｃｕ膜の膜厚は、次の工程でシード層７の表面にメッキ法で形成するメタル膜の膜厚ばらつきが生じない最小限の膜厚にとどめることが好ましく、メッキの前処理として行なう酸洗浄工程などでの膜減り量も考慮に入れた上で膜厚を決定する。Ｃｕ膜の膜厚を必要以上に厚くした場合、例えば１μｍを超えるような厚い膜厚にした場合は、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下するという問題に加え、後の工程でシード層７の一部をウェットエッチングで除去する際に長時間のエッチングが避けられず、その結果としてＣｕ配線２のサイドエッチングが大きくなってパターンが変形する。
【００４５】
次に、図１２に示すように、Ｃｕ配線形成領域を除いた領域のシード層７をフォトレジスト膜８で覆った後、電解メッキ法を用いてシード層７の表面にメタル膜９を成長させる。メタル膜９は、例えば膜厚３μｍ〜１５μｍ程度のＣｕ膜と膜厚２μｍ〜５μｍ程度のＮｉ（ニッケル）膜とで構成する。
【００４６】
上記Ｃｕ膜は、例えば硫酸／硫酸銅メッキ液を用い、界面活性剤による洗浄および水洗、希硫酸による洗浄および水洗を行った後、シード層７を陰極に接続し、リンを含有するＣｕ板を陽極に接続して形成する。また、半田拡散防止膜であるＮｉ膜は、シード層７を陰極に接続し、Ｎｉ板を陽極に接続して形成する。なお、Ｎｉ膜を形成する前に、界面活性剤による洗浄および水洗、希硫酸による洗浄および水洗を行なうと、良好な膜質のＮｉ膜が得られる場合がある。また、電解メッキに先立ち、Ｃｕ配線形成領域のシード層７を酸素アッシング処理すると、良好なメタル膜９を形成することができる。
【００４７】
次に、フォトレジスト膜８を除去する。フォトレジスト膜８としてノボラック系ポジ型レジストを用いた場合は、アルカリまたは有機溶剤を剥離液として用いる。アルカリは、例えば水酸化ナトリウム３％水溶液（４０℃）を用いる。このとき、露光時と同量ないしは３倍量程度の露光光をフォトレジスト膜８に照射すると剥離が容易になる。一方、有機溶剤としては、アセトン（室温）または市販のレジスト剥離液（１００℃）を用いる。なお、これらの処理を行った後、水洗および乾燥を行い、さらに酸素アッシング処理を行なうと、次の工程でシード層７を除去する作業が容易になる。
【００４８】
次に、フォトレジスト膜８で覆われていた領域のシード層７をウェットエッチングで除去する。シード層７の一部であるＣｕ膜のエッチング液としては、塩化第二鉄、アルカリ系エッチング液など様々な種類があるが、ここでは、硫酸／過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いる。このエッチング液は、１０秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、あまりに長い時間エッチングを行なうと、メタル膜９のサイドエッチングが大きくなったり、タクトが長くなったりする。そのため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。一方、シード層７の他部であるＣｒ膜のエッチング液としては、フェリシアン系エッチング液、塩酸系エッチング液などがあるが、ここでは、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸とを主成分とするエッチング液を用いる。
【００４９】
図１３および図１４に示すように、上記シード層７を除去することにより、感光性ポリイミド樹脂膜５の上部にメタル膜９によって構成されるＣｕ配線２とバンプランド２Ａとが形成される。なお、シード層７をウェットエッチングで除去する際には、メタル膜９の表面も同時にエッチングされるが、メタル膜９の膜厚はシード層７の膜厚に比べて遙かに厚いので支障はない。
【００５０】
上記Ｃｕ配線２とバンプランド２Ａは、無電解メッキ法を用いて形成することもできる。また、ウエハ１の全面にスパッタリング法で堆積したメタル膜をエッチングして形成することもできるが、本実施の形態のように、電解メッキ法を用いた場合には、Ｃｕ配線２の厚膜化、微細化が容易になる。さらに、Ｃｕ配線２に代えて金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）を主成分とするメタル膜と半田拡散防止膜とで再配線を形成することもできる。半田拡散防止膜は、Ｎｉの他、Ｎｉ合金で構成することもできる。
【００５１】
次に、図１５に示すように、Ｃｕ配線２の上部に感光性ポリイミド樹脂からなる最上層保護膜１２を形成する。最上層保護膜１２を構成する感光性ポリイミド樹脂のベーク条件は、例えば次の通りである。まず、ウエハ１の表面に回転塗布法で感光性ポリイミド樹脂膜を塗布する。この感光性ポリイミド樹脂膜は、完全硬化後の膜厚が５μｍ〜２５μｍ程度となるような膜厚で塗布する。次に、ホットプレート上で９０℃、４分のプリベークを行って膜中の溶剤を除去し、続いてバンプランド２Ａの上部以外の領域の感光性ポリイミド樹脂膜を露光した後、ホットプレート上で１０５℃、１分のベークを行ってポリイミド樹脂の光架橋反応を促進させる。
【００５２】
次に、非露光（未硬化）部分、すなわちバンプランド２Ａの上部の膜を現像処理によって除去した後、膜中に残留する溶剤を除去するためのベークを行う。このベークは、温度が低いホットプレートから高いホットプレートへウエハ１を順番に移しながら行う。具体的には、例えば図１６に示すように、１４５℃、１７５℃、２２５℃で各３分のベークを行う。このベーク処理により、ポリイミド樹脂の架橋反応が促進されると共に、感光基の分解も始まる。続いて、ウエハ１をベーク炉に移し、酸素濃度２０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中、例えば図１７の実線で示す時間−温度条件（最高温度：２８０℃〜３００℃）でベークを行って感光性ポリイミド樹脂膜を完全硬化させることにより、最上層保護膜１２を得る。
【００５３】
このように、本実施の形態では、Ｃｕ配線２を挟む２層の絶縁膜（感光性ポリイミド樹脂膜５および最上層保護膜１２）を共に感光性ポリイミド樹脂系の絶縁材料で構成する。そして、最上層保護膜１２は、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５よりも低温で硬化する材料（低温硬化型樹脂）を使用し、硬化時の温度が、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５を硬化させる際の温度を超えないようにする。これにより、最上層保護膜１２を硬化させる際に下層の感光性ポリイミド樹脂膜５からガスが発生する不具合を抑制できるので、Ｃｕ配線２と感光性ポリイミド樹脂膜５との界面にガスが溜まって膨れを引き起こす現象を抑制し、ＷＣＳＰの信頼性および製造歩留まりの向上を図ることができる。
【００５４】
上記の例では、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５を高温硬化型樹脂で構成し、最上層保護膜５を低温硬化型樹脂で構成したが、これら２層の絶縁膜を共に低温硬化型感光性ポリイミド樹脂で構成することも可能である。この場合は、両者の硬化温度がほぼ同じとなるので、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５の硬化時間を長くすることによって、膜中の溶剤成分を充分に除去しておく。そして、最上層保護膜５を硬化させる際は、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５よりも硬化時間を短くすることによって、下層の感光性ポリイミド樹脂膜５からのガス発生を抑制する。
【００５５】
具体的には、前記図６に示す工程に引き続いて、表面保護膜３の上部に低温硬化型感光性ポリイミド樹脂膜を回転塗布した後、ホットプレート上で９０℃、４分のプリベークを行い、膜中の溶剤を除去する。次に、ボンディングパッドＢＰの上部以外の領域の感光性ポリイミド樹脂膜を露光した後、ホットプレート上で１０５℃、１分のベークを行い、ポリイミド樹脂の光架橋反応を促進させる。このベークは、例えば前記図１６に示すように、温度が低いホットプレートから高いホットプレートへウエハ１を順番に移し、１４５℃、１７５℃、２２５℃で各３分のベークを行う。このベーク処理により、ポリイミド樹脂の架橋反応が促進されると共に、感光基の分解も始まる。続いて、ウエハ１をベーク炉に移し、酸素濃度２０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中、例えば図１７の実線で示す時間−温度条件（最高温度：２８０℃〜３００℃、１５０分〜１８０分）でベークを行うことにより、感光性ポリイミド樹脂膜を完全硬化させる。
【００５６】
一方、最上層保護膜５は、上記と同じ低温硬化型感光性ポリイミド樹脂膜を使用し、ホットプレート上でのベーク処理は、前記図１６に示す時間−温度条件で行うが、ベーク炉内での硬化処理は、例えば図１８の実線で示す時間−温度条件（最高温度：２８０℃〜３００℃、１２０分〜１５０分）で行う。
【００５７】
最上層保護膜５を構成する低温硬化型感光性ポリイミド樹脂膜は、ＷＣＳＰ製造の最終工程で行われる半田バンプ１４の形成温度（約２４０℃）よりも低い温度、例えば図１９の実線で示す温度条件（最高温度：２２０℃〜２４０℃）で硬化させることもできる。この場合は、ポリイミド樹脂の架橋反応を促進させるのに長時間（例えば２時間程度）を必要とするが、半田バンプ１４の形成時に下層の感光性ポリイミド樹脂膜５から発生するガスの量をさらに低減することができる。
【００５８】
図２０は、最上層保護膜５の硬化が完了したチップ領域１Ａの要部断面図、図２１は、要部平面図である。
【００５９】
次に、図２２に示すように、バンプランド２Ａの表面に無電解メッキ法を用いて膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のＡｕメッキ層１３を形成した後、図２３に示すように、バンプランド２Ａ上に半田バンプ１４を接続する。なお、バンプランド２Ａ上に半田バンプ１４を形成する工程に先立ってウエハ１の裏面を研削し、ウエハ１の厚さを薄くしてもよい。
【００６０】
また、半田バンプ１４を形成する工程に先立ってバンプランド２Ａの表面を清浄化することが望ましい。バンプランド２Ａの表面を清浄化する方法としては、アルゴン（Ａｒ）によるスパッタエッチングが最適とされているが、本実施の形態のように、ポリイミド樹脂膜を除去した後の清浄化方法としては、酸素アッシングが有効である。特に、プラズマ装置の電極とウエハ１との間にバイアス電圧を印加しながら酸素アッシングを行なうと、有機物汚染だけでなく無機物汚染も取り除くことができるので、バンプランド２Ａと半田バンプ１４の接続信頼性が向上する。
【００６１】
また、最上層保護膜５をベークする工程で発生したガス成分がバンプランド２Ａの表面に付着することによって、半田バンプ１４の接続信頼性を低下させる可能性がある。この場合は、バンプランド２Ａの表面を有機溶剤、例えばモノエタノールアミン／ジエチレングリコールモノブチルエーテル／ブチルセルソルブの混合溶剤で洗浄することにより、バンプランド２Ａの表面に付着したガス成分を有効に除去することができる。
【００６２】
バンプランド２Ａ上に半田バンプ１４を形成するには、図２４、図２５に示すように、バンプランド２Ａの配置に対応する開孔３０が形成された半田印刷マスク３１をウエハ１上に位置合わせして重ね、スキージ３２によってバンプランド２Ａの表面に半田ペースト１４Ａを印刷する。
【００６３】
次に、ウエハ１を２４０℃程度の温度で加熱し、半田ペースト１４Ａをリフローさせることにより、バンプランド２Ａ上に前記図２３に示すような球状の半田バンプ１４が形成される。半田バンプ１４は、例えば９８．５％のＳｎ（錫）、１％のＡｇ（銀）および０．５％のＣｕからなるＰｂ（鉛）フリー半田（溶融温度＝２２０℃〜２３０℃）で構成され、その直径は、１２５μｍ〜４５０μｍ程度である。
【００６４】
半田バンプ１４は、上記した印刷法に代えてメッキ法で形成することもできる。また、あらかじめ球状に成形した半田ボールをバンプランド２Ａ上に供給し、その後、ウエハ１を加熱して半田ボールをリフローすることによって形成することもできる。さらに、ＡｕやＣｕを核としてその周囲を半田材料で覆った半田ボールや、導電性粉末を配合した樹脂で形成したバンプ電極などを使用することもできる。
【００６５】
その後、ウエハ１をバーンイン検査に付して各チップ領域１Ａの最終検査を行った後、図２６に示すように、ダイシングブレード４０を使ってウエハ１の各チップ領域１Ａを個片のチップ１Ｂに切断、分離することにより、前記図１〜図３に示した本実施の形態のＷＣＳＰが完成する。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態は、配線基板上に各種電子部品を搭載する半導体装置に適用したものであり、以下、その製造方法を図面に従って工程順に説明する。
【００６７】
図２７は、内層配線２１を形成した配線基板２０の要部を示す断面図である。配線基板２０は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂など、周知の配線基板用有機樹脂をベース層に用い、電解メッキによるセミアディティブ法、スパッタとエッチングを用いたサブトラクト法など、周知の配線形成技術を使ってＣｕ、Ｗ、Ａｇなどからなる複数層（例えば４層）の配線２１を形成したものである。これらの配線２１は、配線基板２０に形成されたビアホール２２を介して互いに接続されている。また、最下層の配線２１の一部は、ソルダレジスト２３によって覆われており、ソルダレジスト２３によって覆われていない領域が電極パッド２４を構成している。
【００６８】
配線基板２０のベース層は、有機樹脂の他、ガラス、シリコンなどの無機材料であってもよい。また、配線基板２０は、剛性基板の他、フィルム状のフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）であってもよい。また、配線基板２０に代えて、配線２１を有しないベース層のみで構成された基板を用意してもよい。この場合も、ベース層は、有機樹脂の他、ガラス、シリコンなどの無機材料であってもよい。
【００６９】
配線基板２０上に形成する再配線は、前記実施の形態１と同様、電解メッキ法で形成したＣｕ膜で構成することもできるが、ここでは、Ａｌ膜で構成する場合について説明する。また、Ａｌ膜の形成方法として、メッキ法、蒸着法などを用いることもできるが、ここでは、感光性ポリイミド樹脂膜２５に対する接着性に優れたスパッタリング法を用いる場合について説明する。
【００７０】
上記配線基板２０に再配線を形成するには、まず、図２８に示すように、配線基板２０の表面に回転塗布法を用いて感光性ポリイミド樹脂膜２５を形成し、露光およびベーク処理を行った後、非露光（未硬化）部分を現像して除去することにより、最上層の配線２１の一部を露出させる。
【００７１】
感光性ポリイミド樹脂膜２５は、前記実施の形態１で使用した感光性ポリイミド樹脂膜５と同じ高温硬化型樹脂からなり、前記図９、図１０に示した時間−温度条件（最高温度：３００℃〜３５０℃）に従ってベークを行う。
【００７２】
次に、図２９に示すように、感光性ポリイミド樹脂膜２５の上部にスパッタリング法を用いて膜厚３μｍ程度のＡｌ膜２６ａを堆積する。なお、Ａｌ膜２６ａを堆積する工程に先立ってスパッタエッチングを行い、感光性ポリイミド樹脂膜２５で覆われていない領域の配線２１の表面の自然酸化膜を除去しておくことが望ましい。ただし、このスパッタエッチングを過剰に行なうと、感光性ポリイミド樹脂膜２５の絶縁性が阻害されるので、前記実施の形態１で述べた方法により、スパッタエッチング量を最適化することが望ましい。また、有機物による汚染が懸念される場合には、スパッタエッチングに先立って酸素アッシングを行うことが望ましい。
【００７３】
次に、図３０に示すように、フォトレジスト膜１５をマスクにしたウェットエッチングでＡｌ膜２６ａをパターニングすることによって、配線２１に接続されたＡｌ配線（再配線）２６を形成する。なお、Ａｌ膜２６ａのエッチング液として酸を使用する場合、フォトレジスト膜１５の材料は特に限定されないが、エッチング液としてアルカリを使用する場合は、アルカリに耐えられるレジスト材料を選択する必要がある。また、再配線をＡｌ膜２６ａに代えてＣｕとＣｒの積層膜で構成する場合は、Ｃｒのエッチング液に耐えられるレジスト材料を選択する必要がある。これらの場合に適したレジスト材料として、例えばベースポリマーにゴム成分が入ったレジスト材料を用い、現像後に１００℃以上に加熱処理したものを例示することができる。
【００７４】
Ａｌ膜２６ａのエッチングに好適な酸性エッチング液としては、燐酸、酢酸および硝酸の混合液を例示することができる。一方、再配線をＣｕとＣｒの積層膜で構成する場合は、Ｃｒのエッチング液として、過マンガン酸カリウムおよびメタケイ酸ナトリウムの混合溶液を例示することができる。また、Ｃｕのエッチング液として、硫酸−過酸化水素系エッチング液、酸、塩化第二鉄溶液など、広く用いられているエッチング液を例示することができる。なお、Ａｌ膜２６ａの上部にフォトレジスト膜１５を形成した後、エッチングを開始する前に酸素アッシングを行うと、エッチング液によるＡｌ膜２６ａの濡れ性が均一となり、エッチングばらつきを抑制できる。
【００７５】
次に、フォトレジスト膜１５を除去し、続いてレジスト残渣を除去するための酸素アッシングを行った後、図３１に示すように、Ａｌ配線２６の上部に回転塗布法を用いて第２層目の感光性ポリイミド樹脂膜２７を形成し、続いて露光およびベーク処理を行った後、非露光（未硬化）部分を現像して除去することにより、バンプランド２６ｂを形成する。
【００７６】
感光性ポリイミド樹脂膜２７は、前記実施の形態１で使用した最上層保護膜１２と同じ低温硬化型樹脂からなり、前記図１６、図１７に示した時間−温度条件（最高温度：２８０℃〜３００℃）に従ってベークを行う。すなわち、第２層目の感光性ポリイミド樹脂膜２７を硬化させる温度は、第１層目の感光性ポリイミド樹脂膜２５を硬化させる際の温度より低くする。これにより、感光性ポリイミド樹脂膜２７を硬化させる際に下層の感光性ポリイミド樹脂膜２５からガスが発生する不具合を抑制できるので、Ａｌ配線２６と感光性ポリイミド樹脂膜２５との界面にガスが溜まって膨れを引き起こす現象を抑制することができる。
【００７７】
上記の例では、第１層目の感光性ポリイミド樹脂膜２５を高温硬化型樹脂で構成し、第２層目の感光性ポリイミド樹脂膜２７を低温硬化型樹脂で構成したが、これら２層の絶縁膜を共に低温硬化型感光性ポリイミド樹脂で構成することも可能である。この場合は、第１層目の感光性ポリイミド樹脂膜２５の硬化時間を長くすることによって、膜中の溶剤を充分に除去しておく（前記図１６、図１７参照）。そして、第２層目の感光性ポリイミド樹脂膜を硬化させる際は、感光性ポリイミド樹脂膜５よりも硬化時間を短くすることによって、感光性ポリイミド樹脂膜２５からのガス発生を抑制する（前記図１８参照）。
【００７８】
また、上記の例では、２層のポリイミド樹脂膜を感光性ポリイミド樹脂膜（２５、２７）で構成したが、これらの一方または両方を非感光性ポリイミド樹脂膜で構成してもよい。この場合は、非感光性ポリイミド樹脂膜を塗布およびベークした後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングやレーザビームの照射によって、ポリイミド樹脂膜の一部を除去すればよいが、第１層目を高温硬化型樹脂で構成し、第２層目を低温硬化型樹脂で構成するか、または両方共に低温硬化型樹脂で構成し、第１層目の低温硬化型樹脂の硬化時間を第２層目より長くすることは、感光性ポリイミド樹脂膜（２５、２７）を使用する場合と同様である。
【００７９】
また、加工対象となるポリイミド樹脂膜とレーザ光源との間にパターンを描画したマスクを設置し、ポリイミド樹脂膜の一部を除去することも可能である。また、マスクを使用する手段に代えて、レーザ光を走査しながらポリイミド樹脂膜を一箇所ずつ除去するすることも可能である。なお、何れの方法を採用した場合でも、加工後に酸素アッシング処理を行ない、配線（２１、２６）の表面の異物を除去することが望ましい。
【００８０】
図３２は、上記のようにして得られた配線基板２０の上面のバンプランド２６ｂに半田バンプ２８を介して半導体チップ３３をリフロー接続し、配線基板２０の下面の電極パッド２４に半田バンプ２９をリフロー接続することによって完成した半導体装置を示している。
【００８１】
半田バンプ２９は、球状に成形した半田ボールをフラックスによって電極パッド２４に仮付けし、その後、リフローを行うことによって形成することもできる。また、配線基板２０上には、半導体チップ３３の他、各種電子部品を実装することもできる。電子部品と配線基板２０との接続方法も半田バンプ２８に限らず、ワイヤボンディングなど、各種の接続方法を用いることができる。
【００８２】
第２層目の感光性ポリイミド樹脂膜２７は、電子部品の実装工程で行われる半田バンプ２８のリフロー温度より低い温度、例えば前記図１９の実線で示す温度条件で硬化させることもできる。この場合は、ポリイミド樹脂の架橋反応を促進させるのに長時間（例えば２時間程度）を要するが、半田バンプ２８のリフロー時に下層の感光性ポリイミド樹脂膜２５から発生するガスの量を充分に抑制することができる。
【００８３】
また、本実施の形態によれば、配線基板２０の反りを低減することができるという効果も得られる。すなわち、感光性ポリイミド樹脂膜２５、２７をベークする工程では、ベーク後の冷却工程でベース層が配線２１よりも大きく収縮するために、配線基板２０に反りが発生するが、ベークを温度を下げることにより、この反りを低減することができる。
【００８４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８５】
前記実施の形態では、配線の下層と上層にポリイミド樹脂からなる絶縁層を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３層以上のポリイミド樹脂からなる絶縁層の間に２層以上の配線を形成する場合にも適用できる。すなわち、図３３に示すように、ｎ層の絶縁層がある場合には、１層目よりも２層目、２層目よりも３層目というように、各絶縁層のベーク温度を先行する絶縁層のベーク温度よりも低くするか、あるいは図３４に示すように、各絶縁層のベーク温度が先行する絶縁層のベーク温度を超えないようにすることによって、絶縁層に残留する物質の分解によるガス成分の発生を抑制することができるので、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
前記実施の形態では、絶縁層として感光性ポリイミド樹脂を使用する場合について説明したが、エポキシ樹脂その他の感光性有機材料を使用する場合にも適用できる。絶縁層は、フォトリソグラフィ工程を低減する観点から感光性を有する有機材料を使用することが望ましいが、非感光性材料を使用する場合にも適用できる。いずれの場合も、先行する下層の絶縁層のベーク温度を超えない温度で上層の絶縁層をベークすることにより、下層の絶縁層から発生するガスの量を抑制することができる。
【００８７】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【００８８】
上層の有機絶縁膜を形成する際に、下層の有機絶縁膜の発生するガスの量を有効に低減することが可能となるので、配線と有機樹脂膜との界面にガスが溜まって膨れを引き起こす不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体装置の再配線およびボンディングパッドのレイアウトを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの平面図である。
【図６】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図９】ホットプレート内における感光性ポリイミド樹脂の硬化条件を示すグラフである。
【図１０】ベーク炉内における感光性ポリイミド樹脂の硬化条件を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部平面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図１６】ホットプレート内における最上層保護膜の硬化条件を示すグラフである。
【図１７】ベーク炉内における最上層保護膜の硬化条件を示すグラフである。
【図１８】ベーク炉内における感光性ポリイミド樹脂の硬化条件の別例を示すグラフである。
【図１９】ベーク炉内における最上層保護膜の硬化条件の別例を示すグラフである。
【図２０】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図２１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部平面図である。
【図２２】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図２３】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図２４】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法（バンプ形成工程）を示すウエハの斜視図である。
【図２５】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法を示すウエハの要部断面図である。
【図２６】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法（ダイシング工程）を示すウエハの斜視図である。
【図２７】本発明の他の実施の形態である配線基板の製造方法を示す要部断面図である。
【図２８】本発明の他の実施の形態である配線基板の製造方法を示す要部断面図である。
【図２９】本発明の他の実施の形態である配線基板の製造方法を示す要部断面図である。
【図３０】本発明の他の実施の形態である配線基板の製造方法を示す要部断面図である。
【図３１】本発明の他の実施の形態である配線基板の製造方法を示す要部断面図である。
【図３２】本発明の他の実施の形態である配線基板の製造方法を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ
１Ａ チップ領域
１Ｂ 半導体チップ
２ Ｃｕ配線（再配線）
２Ａ バンプランド
３ 表面保護膜
４ 最上層配線
５ 感光性ポリイミド樹脂膜
６ 開孔
７ シード層
８ フォトレジスト膜
９ メタル膜
１２ 最上層保護膜
１３ Ａｕメッキ層
１４ 半田バンプ
１４Ａ 半田ペースト
１５ フォトレジスト膜
２０ 配線基板
２１ 内層配線
２２ ビアホール
２３ ソルダレジスト
２４ 電極パッド
２５ 感光性ポリイミド樹脂膜
２６ Ａｌ配線（再配線）
２６ａ Ａｌ膜
２６ｂ バンプランド
２７ 感光性ポリイミド樹脂膜
２８、２９ 半田バンプ
３０ 開孔
３１ 半田印刷マスク
３２ スキージ
３３ 半導体チップ
４０ ダイシングブレード
ＷＣＳＰ ウエハレベルＣＳＰ

Claims (9)

1. 以下の工程を有する半導体装置の製造方法：
   （ａ）半導体基板の主面上に、複数の半導体素子、複数の配線および前記複数の配線の一部によって構成された複数の内部接続端子を形成する工程、
   （ｂ）前記複数の配線の上部に無機絶縁膜を形成し、前記無機絶縁膜の表面に前記複数の内部接続端子を露出する工程、
   （ｃ）前記無機絶縁膜の上部に第１の温度で第１の有機絶縁膜を形成し、前記第１の有機絶縁膜の表面に前記複数の内部接続端子を露出する工程、
   （ｄ）前記第１の有機絶縁膜の上部に、それぞれの一端が前記内部接続端子に接続され、他端が外部接続端子を構成する複数の再配線を形成する工程、
   （ｅ）前記再配線の上部に前記第１の温度以下の第２の温度で第２の有機絶縁膜を形成し、前記第２の有機絶縁膜の表面に複数の前記外部接続端子を露出する工程、
   （ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記複数の外部接続端子のそれぞれに、前記第１の温度以下の第３の温度で電極を接続する工程。
2. 前記第３の温度を、前記第２の温度以下にすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１および第２の有機絶縁膜は、露光、現像によってパターンを形成し得る感光性機能を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１および第２の有機絶縁膜は、ポリイミド樹脂を主成分として含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１および第２の有機絶縁膜を同一温度で形成し、前記第１の有機絶縁膜の形成時間を前記第２の有機絶縁膜の形成時間よりも長くすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. ベース基板上に２層以上の有機絶縁膜と１層以上の配線とを交互に積層して形成する配線基板の製造方法であって、
   前記２層以上の有機絶縁膜のそれぞれを、先に形成した下層の有機絶縁膜の形成温度以下の温度で形成することを特徴とする配線基板の製造方法。
7. 前記ベース基板上に電子部品を実装する温度を、前記２層以上の有機絶縁膜のうち、最上層の有機絶縁膜を形成する温度以下にすることを特徴とする請求項６記載の配線基板の製造方法。
8. 前記２層以上の有機絶縁膜は、露光、現像によってパターンを形成し得る感光性機能を有する有機絶縁膜を含むことを特徴とする請求項６載の配線基板の製造方法。
9. 前記２層以上の有機絶縁膜は、ポリイミド樹脂を主成分とする有機絶縁膜を含むことを特徴とする請求項６記載の配線基板の製造方法。

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