JP2006049427A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
近年のLSIの小型化の要求に伴い、LSI上の複数の電極パッドにハンダボールを固着し、対応する配線基板の電極にハンダボールを直接的に接続することによって、LSIを配線基板に電気的かつ機械的に結合するフリップチップボールグリッドアレイが知られている。 In response to recent demands for miniaturization of LSIs, the solder balls are fixed to a plurality of electrode pads on the LSI, and the solder balls are directly connected to the electrodes of the corresponding wiring board, thereby electrically connecting the LSI to the wiring board. Flip chip ball grid arrays that are mechanically coupled are also known.
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。 However, the prior art described in the above literature has room for improvement in the following points.
フリップチップ構造の場合、比較的密着力の低い界面である金属のUBM(Under Bump Metal / Under Ball Metal)とポリイミドなどの樹脂との界面が存在する。従来の製造工程においては、最上層のバリアメタルをウェットエッチングで除去する際に、ウェットエッチングのサイドエッチにより、ポリイミドなどの樹脂とUBMとの間に空間が発生してしまうことがあった。ここで、サイドエッチとは、最上層のバリアメタルの露出面から、該バリアメタルが浸食されることをいう。サイドエッチされた空間が温度サイクル試験などの信頼性試験が行われる際に応力中心の起点となり、ポリイミドなどの樹脂の開口部付近に応力が集中してしまうことがあった。そのため、応力集中箇所を起点にして、バンプにクラック(ひび)が入ってしまうという点で改善の余地を残していた。 In the case of a flip chip structure, there is an interface between a metal UBM (Under Bump Metal / Under Ball Metal), which is an interface with relatively low adhesion, and a resin such as polyimide. In the conventional manufacturing process, when the uppermost barrier metal is removed by wet etching, a space may be generated between a resin such as polyimide and UBM due to side etching of wet etching. Here, the side etching means that the barrier metal is eroded from the exposed surface of the uppermost barrier metal. The side-etched space becomes the starting point of the stress center when a reliability test such as a temperature cycle test is performed, and the stress sometimes concentrates near the opening of a resin such as polyimide. Therefore, there remains room for improvement in that cracks are generated in the bump starting from the stress concentration point.
本発明によれば、半導体基板上に形成された第1バリア膜とボール下地膜と第2バリア膜とを含む電極パッドと、該電極パッド上に形成されたバンプとを備えた半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、絶縁膜と保護膜とを貫通する第1開口部を形成する工程と、第1開口部に沿った面と保護膜上とに第1バリア膜を形成する工程と、第1バリア膜上にボール下地膜を形成する工程と、ボール下地膜上に第2バリア膜を形成する工程と、第2バリア膜に表面処理を施す工程と、第2バリア膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、パッシベーション膜を選択的に除去し、第2開口部を形成する工程と、表面処理を施された第2バリア膜を選択的に除去してボール下地膜を露出する工程と、露出されたボール下地膜とパッシベーション膜の第2開口部に面した側面と接するようにバンプを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to the present invention, a semiconductor device including an electrode pad including a first barrier film, a ball base film, and a second barrier film formed on a semiconductor substrate, and a bump formed on the electrode pad is manufactured. A method of sequentially forming an insulating film and a protective film on a semiconductor substrate; a step of forming a first opening penetrating the insulating film and the protective film; and a surface along the first opening; Forming a first barrier film on the protective film, forming a ball base film on the first barrier film, forming a second barrier film on the ball base film, and forming a second barrier film on the second barrier film A step of performing a surface treatment, a step of forming a passivation film on the second barrier film, a step of selectively removing the passivation film to form a second opening, and a second barrier film subjected to the surface treatment Selectively removing the ball underlayer to expose the ball underlayer; The method of manufacturing a semiconductor device which comprises a step of forming a bump in contact with the issued balls base film and a side surface facing the second opening of the passivation film is provided.
本発明によれば、第2バリア膜に表面処理を施すことにより、第2バリア膜表面を組成変化させ、また、第2バリア膜表面のラフネスを向上させることで第2バリア膜とパッシベーション膜との間の密着力を向上させることができる。このため、ボール下地膜とパッシベーション膜との間に空間が生じることを抑制することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, the surface treatment is performed on the second barrier film to change the composition of the second barrier film surface, and the roughness of the second barrier film surface is improved to improve the second barrier film and the passivation film. The adhesion between the two can be improved. For this reason, it can suppress that a space arises between a ball | bowl base film and a passivation film. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be provided.
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供される。 According to the present invention, a highly reliable semiconductor device is provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
図1に本実施形態に係る半導体装置100の構造を示す。
FIG. 1 shows the structure of a
半導体装置100は、半導体基板120、半導体基板120上に形成された金属配線層101、金属配線層101を被覆する絶縁膜102、絶縁膜102を被覆する保護膜103、金属配線層101と接する第1バリア膜である第1バリアメタル110、第1バリアメタル110上に形成されたボール下地膜であるUBM104、UBM104上に形成された第2バリア膜である第2バリアメタル112、パッシベーション膜としての機能を有するポリイミド膜105、UBM104と接し、外部との電気的接続に用いられるバンプ106から構成されている。
The
金属配線層101は、アルミニウムなどにより構成され、半導体基板120上にスパッタリング法などにより形成される。
The
絶縁膜102は、SiO2膜などにより構成され、金属配線層101を絶縁する機能を有する。
The
保護膜103は、SiON膜などにより構成され、絶縁膜102を保護する機能を有する。
The
UBM104は、Cu、Niなどにより構成され、第1バリアメタル110を介して金属配線層101と導通する。
The UBM 104 is made of Cu, Ni, or the like, and is electrically connected to the
第1バリアメタル110は、TiWにより構成され、UBM104から金属配線層101へのメタル成分の拡散を抑制する機能を有する。
The
第2バリアメタル112は、本実施形態においては、TiWなどにより構成され、UBM104からポリイミド膜105へのメタル成分の拡散を抑制する機能を有する。
In the present embodiment, the
第2バリアメタル112の表面は、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングされることにより凹凸部が生じる。このため、第2バリアメタル112の表面ラフネスが増大し、第2バリアメタル112とポリイミド膜105との密着力を向上させることができる。また、第2バリアメタル112表面近傍の成分組成におけるタングステンの組成比率は、従来のバリアメタルと比較して、約2/3以下となる。さらに、酸素プラズマを用いてプラズマ処理することにより、第2バリアメタル112の表面は酸化される。したがって、第2バリアメタル112とポリイミド膜105との密着力を向上させることができる。
The surface of the
バンプ106は、鉛フリーハンダなどにより構成されており、外部との電気的接続に用いられる。
The
以下、図2〜図3を用いて半導体装置100の製造工程を示す。
Hereinafter, the manufacturing process of the
まず、半導体基板(不図示)上にアルミニウムなどからなる金属層をスパッタリング法などを用いて形成し、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングによって最上層配線である金属配線層101を形成する。次に、CVD法などを用いて、SiO2膜122、SiON膜124を下から順に成膜する(図2(a))。
First, a metal layer made of aluminum or the like is formed on a semiconductor substrate (not shown) using a sputtering method or the like, and the
次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、SiO2膜122およびSiON膜124をエッチングして、半導体基板(不図示)上に絶縁膜102および保護膜103を順に形成する。ついで、絶縁膜102と保護膜103とを貫通する第1開口部であるビアホール126を形成し、金属配線層101を露出する(図2(b))。
Next, the SiO 2
ついで、第1開口部であるビアホール126に沿った面と保護膜103上とに、スパッタリング法による成膜などにより、第1バリアメタル110を形成する。続いて、電解めっき技術などを用いて、第1バリアメタル110上にボール下地膜であるUBM104を形成する。さらに、UBM104上にスパッタリング法などを用いて第2バリアメタル112を形成する(図2(c))。
Next, the
次に、第2バリアメタル112に対し、表面処理として粗面化処理を施す。ここで、表面処理(粗面化処理)としては、たとえば、第2バリアメタル112に対し、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングを施すことができる。また、併せて、酸素プラズマ処理などを施すことができる(図2(d))。表面処理(粗面化処理)としてドライエッチング処理を施すことによって、第2バリアメタル112表面の凹凸の数が増加することにより、表面ラフネスは3〜5nm程度増加する。そのため、UBM104とポリイミド膜105との間の密着力が向上する。また、第2バリアメタル112の組成は、従来のバリアメタルと比較して、タングステンの組成比が約2/3に減少し、チタンの組成比が約2倍に増加する。さらに、表面処理(粗面化処理)として、酸素プラズマ処理を施すことによって、上述のドライエッチング処理によって増加されたチタン成分が酸化されることによって、チタン成分の接触角度が増大する。そのため、UBM104とポリイミド膜105との間の密着力が向上する。また、チタンおよびタングステンの酸化度が約2.5倍程度に増加し、酸素の組成比が約1.5倍程度に増加する。
Next, a roughening process is performed on the
次に、第2バリアメタル上にパッシベーション膜であるポリイミド膜105を形成する。つまり、第2バリアメタル112の外縁部と、UBM104、第1バリアメタル110、および保護膜103の露出面とを覆うように、パッシベーション膜である感光性を有するポリイミド膜105を形成する。次に、ポリイミド膜105に所定のパターンを露光して現像することにより、ポリイミド膜105を選択的に除去する。すなわち、ポリイミド膜105の所定部分に所定サイズの第2開口部128を形成し、第2開口部128から第2バリアメタル112の中央部分を露出させる(図3(a))。
Next, a
次に、露出された第2バリアメタル112の中央部分をウェットエッチングなどを用いて選択的に除去して、UBM104を露出させる(図3(b))。
Next, the exposed central portion of the
次に、第2開口部128にバンプ106を形成する。このとき、バンプ106は、UBM104の側壁および上面と、第2バリアメタル112の側壁と、ポリイミド膜105の第2開口部128に面した側面と、接するように形成される(図3(c))。
Next, the
以上のプロセスにより、半導体装置100が形成される。
The
以下、半導体装置100の製造方法の効果を説明する。
Hereinafter, effects of the method for manufacturing the
本実施形態における半導体装置100の製造プロセスにおいては、第2バリアメタル112に対し、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングを施している。このため、第2バリアメタル112の表面における凹凸部の数が増加する。したがって、表面ラフネスが増大し、第2バリアメタル112とポリイミド膜105との密着力を向上させることができる。この結果、第2バリアメタル112をウェットエッチングする際のサイドエッチの発生を抑制でき、UBM104とポリイミド膜105との間に空間が発生することを抑制することができる。
In the manufacturing process of the
また、本実施形態においては、表面処理(粗面化処理)として、第2バリアメタル112に、ドライエッチング処理と併せて、酸素プラズマ処理を施している。ここで、上述のドライエッチング処理によって、第2バリアメタル112表層近傍におけるタングステンの組成比が2/3程度減少し、チタンの組成比が約2倍に増加される。そのため、ドライエッチング処理後に、酸素プラズマ処理を施すことによって、ドライエッチングによって増加されたチタン成分が酸化されることにより、第2バリアメタル112表面のチタン成分の接触角度が大きくなる。したがって、第2バリアメタル112とポリイミド膜105との密着力を向上させることができる。この結果、第2バリアメタル112をウェットエッチングする際のサイドエッチの発生を抑制でき、UBM104とポリイミド膜105との間に空間が発生することを抑制することができる。
In the present embodiment, as the surface treatment (roughening treatment), oxygen plasma treatment is performed on the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
たとえば、上記実施形態においては、表面処理(粗面化処理)として、ドライエッチング処理と酸素プラズマ処理とを施す形態について説明したが、他の表面処理(粗面化処理)の方法を用いた場合であっても、第2バリアメタル112とポリイミド膜105との間の密着力を向上させることができ、UBM104とポリイミド膜105との間に空間が発生することを抑制することができればよい。
For example, in the above-described embodiment, the embodiment in which the dry etching treatment and the oxygen plasma treatment are performed as the surface treatment (roughening treatment) has been described. However, when another surface treatment (roughening treatment) method is used. Even so, it is only required that the adhesion between the
また、上記実施形態においては、第2バリアメタル112を表面処理する工程において、ドライエッチング処理と酸素プラズマ処理とを併せて行っているが、それぞれ単独で行うこともできる。この場合でも、第2バリアメタル112の表面を処理して、UBM104とポリイミド膜105との間の密着力を向上させることができ、UBM104とポリイミド膜105との間に空間が発生することを抑制できる。
Moreover, in the said embodiment, in the process of surface-treating the
100 半導体装置
101 金属配線層
102 絶縁膜
103 保護膜
104 UBM
105 ポリイミド膜
106 バンプ
110 第1バリアメタル
112 第2バリアメタル
120 半導体基板
122 SiO2膜
124 SiON膜
126 ビアホール
128 第2開口部
DESCRIPTION OF
105
Claims (5)
前記半導体基板上に絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、
前記絶縁膜と前記保護膜とを貫通する第1開口部を形成する工程と、
前記第1開口部に沿った面と前記保護膜上とに前記第1バリア膜を形成する工程と、
前記第1バリア膜上に前記ボール下地膜を形成する工程と、
前記ボール下地膜上に前記第2バリア膜を形成する工程と、
前記第2バリア膜に表面処理を施す工程と、
前記第2バリア膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜を選択的に除去し、第2開口部を形成する工程と、
前記表面処理を施された第2バリア膜を選択的に除去して前記ボール下地膜を露出する工程と、
前記露出されたボール下地膜と前記パッシベーション膜の前記第2開口部に面した側面と接するように前記バンプを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising an electrode pad including a first barrier film, a ball base film, and a second barrier film formed on a semiconductor substrate, and a bump formed on the electrode pad,
Forming an insulating film and a protective film in order on the semiconductor substrate;
Forming a first opening that penetrates the insulating film and the protective film;
Forming the first barrier film on the surface along the first opening and on the protective film;
Forming the ball base film on the first barrier film;
Forming the second barrier film on the ball base film;
Applying a surface treatment to the second barrier film;
Forming a passivation film on the second barrier film;
Selectively removing the passivation film and forming a second opening;
Selectively removing the second barrier film subjected to the surface treatment to expose the ball base film;
Forming the bump so as to contact the exposed ball base film and a side surface of the passivation film facing the second opening;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記表面処理を施す工程は、粗面化処理を施す工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the surface treatment is a surface roughening treatment.
前記粗面化処理を施す工程は、前記第2バリア膜を炭素とハロゲンとを含有するガスを用いてエッチング処理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。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
The step of performing the surface roughening treatment is a step of etching the second barrier film using a gas containing carbon and halogen.
前記ハロゲンはフッ素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the halogen is fluorine.
前記第2バリア膜に粗面化処理を施す工程は、前記第2バリア膜を酸素プラズマ処理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。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of roughening the second barrier film is a step of performing oxygen plasma treatment on the second barrier film.
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