JP2005353980A

JP2005353980A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005353980A
Application number: JP2004175484A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yoshishiki; 剛吉敷
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】ボンディングパッド部８の変色や腐蝕を防止して、ボンディングパッド部とバンプとの固着の信頼性を高めることができる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板１上に絶縁膜２を介して、パッド電極となる金属膜３を形成し、金属膜３上に反射防止膜４を形成し、金属膜３および反射防止膜４を加工し、金属配線およびパッド電極をパターン形成し、パッシベーション膜５をその上に形成し、パッシベーション膜５に開口部５ａを形成し、半導体基板１上にポリイミド膜７を形成し、このポリイミド膜の開口部７ａを形成し、パッシベーション膜５をマスクに反射防止膜４を除去し、ボンディングパッド部８を形成する。また、ポリイミド膜の開口部端７ｂと前記ボンディングパッド部端８ａの間を所定の距離Ｌだけ離す。
【選択図】図１

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にバッファーコート層を有する半導体装置の製造方法に関する。

従来、半導体装置として半導体素子チップ表面にパッシベーション膜を形成し、このチップをモールド樹脂で封止したものが提供されている。近年、半導体装置の大型化に伴い、温度変化によるモールド樹脂とパッシベーション膜間の応力が大きくなり、界面での剥離による信頼性の低下が懸念される。そこで、この応力を緩和するためにモールド樹脂とパッシベーション膜の間にバッファ層としてポリイミド膜を設けて、応力緩和を図り、パッシベーション膜のクラック発生を防止することが行われている。
図２は、バッファコート層を形成した従来の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部製造工程断面図である。この製造工程は、例えば、特許文献１に示されており、パッド電極近傍の断面図を示す。
金属膜３上に反射防止膜４を被着させた構造のパッド電極パターンを形成し（同図（ａ））、パッシベーション膜５となる絶縁膜を形成し（同図（ｂ））、続いてバッファコート層となるポリイミド膜７を形成し、その後、ポリイミド膜７にボンディングパッド開口パターンを形成した後、熱処理を実施し（同図（ｃ））、形成したポリイミドパターンをマスクに前記パッシベーション膜５および反射防止膜４を順次エッチングにて除去し、ボンディングパッド部８を形成する（同図（ｄ））。

図３は、バッファコート層を形成した別の従来の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部製造工程断面図である。この製造工程は、例えば、特許文献２に示されており、パッド電極近傍の断面図を示す。
金属膜３にてパッド電極をパターン形成し（同図（ａ））、パッシベーション膜５となる絶縁膜を形成し（同図（ｂ））、続いてバッファコート層となるポリイミド膜７を形成し、その後、ポリイミド膜７にボンディングパッド開口パターンを形成し（同図（ｃ））、形成したポリイミドパターンをマスクに前記パッシベーション膜５をエッチングしてボンディングパッド部８を形成する（同図（ｄ））。
図４は、図２（ｄ）の工程に続き、バンプを形成するときの問題点を示す図であり、同図（ａ）はバンプ形成前のシード層であるＵＢＭ（ＵｎｄｅｒＢｕｍｐＭｅｔａｌ）層を形成した後の図、同図（ｂ）はバンプを形成した後の図、同図（ｃ）はインナーリードとバンプを固着する時の図である。

同図（ａ）において、ポリイミド膜７とパッシベーション膜５の間でひさし１２が形成され、このひさし１２には、スパッタ法で形成するＵＢＭ層９が被覆されないため、その後形成するバンプ１０に形状不良が発生することがある。
同図（ｂ）において、バンプ１０を形成した後に、バンプ１０をマスクにＵＢＭ層９を除去するときに、ＵＢＭ層９の残渣１３がポリイミド膜７上に残り、隣り合う金属膜３（パッド）間の絶縁不良を発生することがある。
同図（ｃ）において、バンプ１０とインナーリード１１を固着するときに、パンプ１０からポリイミド膜７に圧力が加わり、この圧力でポリイミド膜７に亀裂１４が入ったり、ポリイミド膜７とパッシベーション膜５の界面で剥離が生じることがある。
このように、ポリイミド膜７に開けた開口部より大きな面積を占めるパンプ１０を形成すると、同図（ａ）〜同図（ｃ）のような３つの問題点が発生する。尚、図３（ｄ）の工程に続き、バンプを形成するときでも同様の問題点が発生する。

これらの３つの問題点を解決するために、ポリイミド膜７に開けた開口部の大きさをパッシベーション膜５の開口部（バンプの占有面積）より大きくした例について説明する。ここでは、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）実装した場合を例として挙げる。
図５は、ＴＡＢ実装した場合の従来の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の要部断面図であり、チップ１からアウターリード１５までに対応するものである。これは、ＴＡＢ実装した場合の一般的な図である（非特許文献１参照）。
ＴＡＢテープ（テープキャリア）は、１２５μｍ程度の厚みのポリイミド上に固着された銅箔をエッチングしてパターンを形成して製作される。ＴＡＢテープのインナーリード１１と、素子が作り込まれた半導体基板１（チップ）のパッド電極上に形成されたバンプ１０とを一括ボンディングで固着する。つぎに、図５の従来の半導体装置の製造方法について説明する。

図６は、図５の従来の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｆ）は、工程順に示した要部製造工程断面図である。この製造工程は、パッド電極近傍の断面図を示す。
素子が作り込まれた半導体基板１上に絶縁膜２を介して、パッド電極となる金属膜３である、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜を８００ｎｍの厚さで形成し、さらに、この金属膜３上に反射防止膜４となる金属膜である、例えば、ＴｉＮ膜を２０ｎｍの厚さで形成し、これら形成した金属膜３および反射防止膜４をフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて加工し、図示しない金属配線およびパッド電極（ここでは金属膜３である）をパターン形成する（同図（ａ））。
つぎに、金属配線およびパッド電極上にプラズマＣＶＤ法によりパッシベーション膜５となるシリコン窒化膜を１０００ｎｍの厚さで形成する（同図（ｂ））。

つぎに、フォトリソグラフィおよびエッチング技術にてパッシベーション膜５を開口し、このときのフォトレジスト６をそのまま再度マスクとして使い、反射防止膜４であるＴｉＮ膜をドライエッチングにて除去し、ボンディングパッド部８（パッド電極（金属膜３）が露出した箇所）を形成する（同図（ｃ））。
つぎに、マスクとして用いたフォトレジスト６を除去し、プラズマダメージ回復のために４００℃程度でアニール処理を実施する（同図（ｄ））。
つぎに、この半導体基板１上にポリイミド液を滴下、回転塗布し、バッファコート層となるポリイミド膜７を形成し、このポリイミド膜７を露光・現像し、パッシベーション膜５の開口部５ａ（ボンディングパッド部８）よりも大きくポリイミド膜７を開口する。その後、ポリイミド膜７を硬化するために熱処理を行う（同図（ｅ））。

つぎに、ＵＢＭ層９を形成し、その上にバンプ１０を形成し、その後、このバンプ１０をマスクに不要のＵＢＭ層９を除去する。続いて、インナーリード１１とバンプ１０を固着する（同図（ｆ））。
図４で説明した問題点を解決するために、図６では半導体基板１上に形成されるバッファコート層となるポリイミド膜の開口部７ａをパッシベーションの開口部５ａよりも大きくする。こうすると、バンプを形成する箇所のＵＢＭ層９はパッシベーション膜５上に形成されるため、図４（ａ）のようなひさし１２はなく、バンプ１０の形状不良は発生しない。また、パッシベーション膜５上にはＵＢＭ層の残渣１３は発生しないため、隣り合う金属膜３の間の絶縁不良は発生はない。また、バンプ１０とインナーリード１１を固着するとき、ポリイミド膜７はバンプ１０から圧力を受けないために、ポリイミド膜７に亀裂が導入されることはなく、またポリイミド膜７の剥離も発生しない。このように、前記の３つの問題点が全てが解決される。
特開平１０−９２９２６号公報特開平４−１７９１２４号公報香山晋成瀬邦彦著、「ＶＬＳＩパッケージング技術（上）」、日経ＢＰ社出版、１９９３年５月３１日、ｐｐ７９

しかし、図６（ｅ）の工程では、パッシベーション膜５を開口し、パッド電極となる金属膜３であるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜が表面に露出した状態で、ポリイミド膜７を全面に被覆し、その後、ポリイミド膜の開口部７ａを露光・現像で形成する。
ポリイミド膜の開口部７ａを形成するための現像処理はアルカリ現像液（ＴＭＡＨ：ＴｅｔｒａｍｅｔｈｙｌＡｍｍｏｎｉｕｍＨｙｄｒｏｘｉｄｅ）で行う。このアルカリ現像液にＡｌは溶解するので、現像時間が長くなると、露出したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜であるボンディングパッド部８は変色したり、腐蝕したりする。またｐｎ接合部の光起電力効果によりＡｌとアルカリ現像液との反応が加速され露出したボンディングパッド部８が変色したり、腐蝕することもある。また、ボンディングパッド部８にポリイミド膜７の残渣が発生しないように、特に、ウェハの直径が大きくなると、ポリイミド膜７の現像時間は長めに設定されることが一般的であり、ボンディングパッド部８が変色したり、腐蝕し易い状態となる。

ボンディングパッド部８が変色したり、腐食したりすると、ボンディングパッド部８に形成されるバンプ１０とボンディングパッド部８との固着の信頼性が低下する。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ボンディングパッド部の変色や腐蝕を防止して、ボンディングパッド部とバンプとの固着の信頼性を高めることができる半導体装置の製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、半導体基板上にパッド電極である金属膜と、該金属膜上に反射防止膜をそれぞれ形成する工程と、該反射防止膜に前記反射防止膜が露出する開口部を形成する工程と、該開口部および前記パッシベーション膜上にポリイミド膜を形成し、該ボリイミド膜に前記パッシベーション膜の開口部が露出する開口部を形成する工程と、前記パッシベーション膜をマスクに前記反射防止膜を除去し、ボンディングパッド部を形成する工程とを有する製造方法とする。
また、前記ポリイミド膜の開口部が、前記ボンディングパッド部より大きいとよい。
また、前記ポリイミド膜の開口部端と、前記ボンディングパッド部端の間の距離が１０μｍ以上で、５０μｍ以下であるとよい。

この発明によれば、バッファコート層であるポリイミド膜の開口部がボンディングパッド開口部よりも大きくした場合においても、パッド電極となる金属膜がポリイミド膜を加工する工程において、アルカリ現像液に直接さらされないようにすることで、パッド電極の変色や腐蝕を防止することができる。変色や腐蝕が防止されることで、バンプとボンデングパッド部との固着の信頼性を高めることができる。

この発明の実施の形態は、ＴＡＢ実装などにおいて、パッド電極上のポリイミド膜（バッファコート層）の開口部を形成した後に、パッド電極上に形成した反射防止膜を除去することでパッド電極の表面が変色、腐食することを防止することと、ポリイミド膜の開口部をボンディングパッド部より大きく形成して、ポリイミド膜がインナーリードで圧接されるのを防止することである。以下の説明では、従来構造と同一部位には同一の符号を付した。

図１は、この発明の一実施例の半導体装置の製造方法を示す図であり、同図（ａ）から同図（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。これらの図はパッド電極近傍の断面図である。
素子が作り込まれた半導体基板１上に絶縁膜２を介して、パッド電極となる金属膜３、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜を厚さ８００ｎｍで形成し、さらに、この金属膜３上に反射防止膜４となる、例えば、ＴｉＮ膜を厚さ２０ｎｍで形成する。金属膜３および反射防止膜４をフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて加工し、図示しない金属配線およびパッド電極をパターン形成する。ここで示す金属膜３がパッド電極となる（同図（ａ））。
つぎに、金属配線およびパッド電極上を含む基板全面にプラズマＣＶＤ法によりパッシベーション膜５となるシリコン窒化膜を厚さ１０００ｎｍで形成する（同図（ｂ））。

つぎに、フォトリソグラフィおよびエッチング技術により、フォトレジスト６をマスクにパッシベーション膜５に開口部５ａを形成する（同図（ｃ））。
つぎに、マスクとして使ったフォトレジスト６を除去し、その後、プラズマダメージ回復のため４００℃程度でアニール処理を実施する（同図（ｄ））。
つぎに、この半導体基板１上にポリイミド液を滴下、回転塗布し、厚さ１２μｍのバッファコート層となるポリイミド膜７を形成する。このポリイミド膜７を露光・現像し、開口部５ａよりも大きくポリイミド膜の開口部７ａを形成し、ポリイミド膜７を硬化させるため熱処理を実施する。このとき現像時間が長くなってもポリイミド膜の開口部７ａの金属膜３は反射防止膜４でカバーされており、金属膜３（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜）は露出しない。そのため、ポリイミド膜の開口部７ａの金属膜３（ボンディングパッド部８）の変色や腐蝕は発生しない（同図（ｅ））。

つぎに、パッシベーション膜５をマスクに反射防止膜４であるＴｉＮ膜を異方性ドライエッチングにて除去してボンディングパッド部８を形成する。このときマスクとして作用したパッシベーション膜５が露出した箇所は２００ｎｍ程度エッチングされ薄くなる。異方性ドライエッチングの際にボンディングパッド部８に付着した反応性生成物を有機アミン系薬品によるウェット処理で除去する。その後、ＵＢＭ層９を形成し、その上にバンプ１０を形成し、このバンプ１０をマスクに不要のＵＢＭ層９を除去する。続いて、インナーリード１１とバンプ１０を固着する（同図（ｆ））。
前記の同図（ｅ）の工程において、前記のポリイミド膜の開口部端７ｂと前記ボンディングパッド部端８ａの間の距離Ｌを１０μｍ以上で、５０μｍ以下とする。１０μｍ未満では、ポリイミド膜７上に付着したＵＢＭ層の残渣１３がバンプ１０に近づき過ぎて、隣り合う金属膜３の間の絶縁を低下させることがある。また、ＴＡＢ実装時にインナーリード１１とバンプ１０を固着させる場合、位置ずれによりポリイミド膜７にインナーリード１１が接触して、ポリイミド膜７に亀裂を生じることがある。一方、５０μｍを超えるとポリイミド膜７が形成されない面積が増大してバッファ効果が弱まることがある。通常、ポリイミド膜の開口部７ａの形状はボンディングパット部８の形状と相似形で四角形であるため、ポリイミド膜の開口部７ａの辺とボンディングパッド部８の辺の間隔が１０μｍ以上で５０μｍ以下ということになる。

ここではパッド電極となる金属膜３をＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜で形成したが、Ａｌ−Ｓｉ膜でもＡｌ−Ｃｕ膜でもよい。さらに、金属膜３はバリアメタルを用いた積層構造であってもよい。
また、パッシベーション膜５をシリコン窒化膜で形成したが、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜であっても構わない。
また、副次的効果として、ボンディングパッド部８近傍ではパッシベーション膜５のみの段差となるため、ポリイミド膜７とパッシベーション膜５を合わせた段差より大幅に段差が緩和される。そのため、バンプ１０を形成する時に必要となるＵＢＭ膜９のステップカバレッジを良好にすることができる。

この発明の一実施例の半導体装置の製造方法を示す図であり、（ａ）から（ｆ）は工程順に示した要部製造工程断面図バッファコート層を形成した従来の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部製造工程断面図バッファコート層を形成した別の従来の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部製造工程断面図図２（ｄ）の工程に続き、バンプを形成するときの問題点を示す図であり、（ａ）はバンプ形成前のシード層であるＵＢＭ層を形成した後の図、（ｂ）はパンプを形成した後の図、（ｃ）はインナーリードとバンプを固着する時の図ＴＡＢ実装した場合の従来の半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部断面図である。図５の従来の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｆ）は、工程順に示した要部製造工程断面図

符号の説明

１半導体基板
２絶縁膜
３金属膜
４反射防止膜
５パッシベーション膜
５ａパッシベーション膜の開口部
６フォトレジスト
７ポリイミド膜
７ａポリイミド膜の開口部
７ｂポリイミド膜の開口部端
８ボンディングパッド部
８ａボンディングパッド部端
９ＵＢＭ膜
１０バンプ
１１インナーリード
１２ひさし
１３残渣
１４亀裂
Ｌポリイミド膜の開口部端とボンディングパッド部端の間の距離

Claims

半導体基板上にパッド電極である金属膜と、該金属膜上に反射防止膜をそれぞれ形成する工程と、該反射防止膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、該パッシベーション膜に前記反射防止膜が露出する開口部を形成する工程と、該開口部および前記パッシベーション膜上にポリイミド膜を形成し、該ポリイミド膜に前記パッシベーション膜の開口部が露出する開口部を形成する工程と、前記パッシベーション膜をマスクに前記反射防止膜を除去し、ボンディングパッド部を形成す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。
前記ポリイミド膜の開口部が、前記ボンディングパッド部より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記ポリイミド膜の開口部端と、前記ボンディングパッド部端の間の距離が１０μｍ以上で、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。