JP2006237159A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、通電層を除去する際における第1のめっき膜の損傷を抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の一の態様によれば、ウェハW上に通電層4を形成する工程と、所定の位置に開口5aを有するレジストマスク5を通電層4上に形成する工程と、通電層4に電流を供給して、めっき法により開口5a内にめっき膜6を形成する工程と、開口5aを形成するレジストマスク5の内側面5bを後退させて、内側面5bとめっき膜6との間隔を広げる工程と、通電層4に電流を供給して、めっき法によりめっき膜6を覆うように内側面5bの後退した開口5a内にめっき膜7を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
従来から、半導体チップ上に形成された半田バンプにより半導体チップとBGA基板等のインターポーザ基板とをフリップチップ接続する技術が知られている。
半田バンプは、Sn−Pb等のPb系半田を用いて形成されてきたが、近年、環境に対する鉛の影響等から例えばSn−Ag等のPbフリー半田を用いて形成されつつある。
Sn−Ag半田を使用して、半田バンプを形成する場合には、めっき法が利用されている(例えば特許文献1参照)。例えば、パッシベーション膜上に通電層を形成し、通電層に電流を供給するとともにSn及びAgの二元系のめっき液を供給することにより、通電層上にSn−Ag半田を形成し、その後Sn−Ag半田をリフローして、半田バンプを形成している。
しかしながら、二元系のめっき液は管理し難いため、Sn−Ag半田の組成を正確に管理することは困難である。このようなことから、一元系のめっき液によりAg膜及びSn膜を積層するように形成し、その後これらをリフローさせて、Sn−Agの半田バンプを形成する技術が注目されている。
しかしながら、この技術においては、Ag膜及びSn膜形成後において通電層を除去する際に、Ag膜の側面が薬液等によりエッチングされ、損傷してしまうおそれがある。この結果、半田バンプが所望の組成にならず、融点が変化してしまうとともに機械的強度が低下してしまうおそれがある。
米国特許第6569752号明細書
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、本発明は、通電層を除去する際における第1のめっき膜の損傷を抑制できる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一の態様によれば、基板上に通電層を形成する工程と、所定の位置に開口を有するレジストマスクを前記通電層上に形成する工程と、前記通電層に電流を供給して、めっき法により前記開口内に第1のめっき膜を形成する工程と、前記開口を形成する前記レジストマスクの内側面を後退させて、前記内側面と前記第1のめっき膜との間隔を広げる工程と、前記通電層に電流を供給して、めっき法により前記第1のめっき膜を覆うように前記内側面の後退した前記開口内に第2のめっき膜を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に形成された通電層と、前記通電層上に形成された第1のめっき膜と、前記通電層上に形成され、前記第1のめっき膜の上面と側面を覆う第2のめっき膜とを具備することを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の一の態様の半導体装置の製造方法によれば、通電層を除去する際における第1のめっき膜の損傷を抑制することができる。本発明の他の態様の半導体装置によれば、第1のめっき膜の損傷を抑制した半導体装置を提供することができる。
(第1の実施の形態)
以下、第1の実施の形態について説明する。図1(a)〜図3(b)は本実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。
まず、本実施の形態で使用する半導体ウェハ(基板)について説明する。図1(a)に示されるように、トランジスタ等の半導体素子(図示せず)が形成された半導体ウェハW(以下、単に「ウェハ」と称する。)上には、電極パッド1及びパッシベーション膜2が形成されている。電極パッド1を構成する材料としては例えばAl等が挙げられ、またパッシベーション膜2を構成する材料としては例えばSiN等が挙げられる。本実施の形態では、電極パッド1がAlから構成されており、またパッシベーション膜2がSiNから構成されている場合について説明する。
パッシベーション膜2は電極パッド1上にも形成されており、またパッシベーション膜2上にはポリイミド膜3が形成されている。パッシベーション膜2上にポリイミド膜3を形成することにより、後述する半田バンプ8を形成したときの応力を緩和することができ、また半導体チップとインターポーザ基板との間に充填されるアンダーフィル剤との密着性を向上させることができる。なお、本実施の形態では、パッシベーション膜2上にポリイミド膜3を形成しているが、ポリイミド膜3を形成しなくともよい。
このような電極パッド1等が形成されたウェハWを使用して、以下の工程を行う。まず、図1(a)に示されるように、ポリイミド膜3上に、めっき時に電流を供給するための通電層4を形成する。ここで、パッシベーション膜2とポリイミド膜3には、電極パッド1上の部分に開口がそれぞれ形成されているので、電極パッド1上の部分においては、通電層4が電極パッド1に接する。通電層4を構成する材料としては、例えばTiやTiW等のTi系材料等が挙げられる。本実施の形態では、通電層がTi系材料から構成されている場合について説明する。なお、通電層は多層構造のものであってもよい。
ポリイミド膜3上に通電層4を形成した後、図1(b)に示されるように、所定の位置に開口5aを有するレジストマスク5を通電層4上に形成する。本実施の形態では、開口5aは、電極パッド1上に形成されている。
通電層4上にレジストマスク5を形成した後、通電層4に電流を供給するとともに開口5a内にめっき液を供給して、めっき法により図1(c)に示されるように開口5a内にめっき膜6(第1のめっき膜)を形成する。めっき膜6を構成する材料としては、例えばCu,Ag,Au等の金属が挙げられる。本実施の形態ではめっき膜6がAgから構成されている場合について説明する。
開口5a内にめっき膜6を形成した後、例えばウエットエッチング或いはドライエッチング等により、開口5aを形成しているレジストマスク5の内側面5bを所定量後退させて、図2(a)に示されるように内側面5bとめっき膜6との間隔を広げる。ウエットエッチングとしては、例えば現像液やレジスト剥離液等を使用して行われるエッチングが挙げられ、またドライエッチングとしては、例えばO等によるアッシングが挙げられる。
内側面5bとめっき膜6との間隔を広げた後、通電層4に電流を供給するとともに開口5a内にめっき液を供給して、めっき法により図2(b)に示されるようにめっき膜6を覆うように開口5a内にめっき膜7(第2のめっき膜)を形成する。めっき膜7を構成する材料としては、例えばめっき膜6を構成している金属とは異なる金属が挙げられる。本実施の形態では、めっき膜7がSnから構成されている場合について説明する。
めっき膜7を形成した後、図2(c)に示されるようにレジスト剥離液等の薬液によりレジストマスク5を除去する。その後、図3(a)に示されるようにめっき膜6,7に覆われている部分以外の通電層4を除去する。本実施の形態では、通電層4がTi系材料から構成されているので、希弗酸等を使用して通電層4を除去することができる。ここで、めっき膜6,7に覆われている部分の通電層4は、後述する半田バンプ8中に含まれるSnの拡散を抑制するためのバリアメタルとして機能する。
通電層4を除去した後、めっき膜6,7をリフローさせて、図3(b)に示されるように半田バンプ8を形成する。本実施の形態では、めっき膜6はAgから構成されており、めっき膜7はSnから構成されているので、半田バンプ8はSn−Agから構成されている。
その後、特に図示しないが、半田バンプ8が形成されたウェハWをダイシングして、半導体チップを形成し、半田バンプ8を用いてBGA基板等のインターポーザ基板にフリップチップ実装する。そして最後に半導体チップとインターポーザ基板との間にアンダーフィル剤を充填するとともに封止樹脂により半導体チップを封止することにより、半導体装置が得られる。
本実施の形態では、めっき膜6を形成した後、レジストマスク5の内側面5bを後退させて、内側面5bとめっき膜6との間隔を広げているので、めっき膜7を形成した際に、めっき膜6の上面と側面がめっき膜7により覆われる。これにより、通電層4を除去する際のめっき膜6の損傷を抑制することができる。その結果、所望の組成の半田バンプ8が得られるので、融点の変化及び機械的強度の低下を抑制することができる。なお、本実施の形態では、めっき膜7はSnから構成されているので、希弗酸により通電層4を除去した場合であっても、めっき膜7はほぼエッチングされない。
(第2の実施の形態)
以下、第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と重複する説明は省略することもある。本実施の形態では、第1の実施の形態で説明した手法を用いてウェハレベルCSP(Chip Scale Package)の再配置配線を形成する例について説明する。図4(a)〜図6(c)は本実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。
図4(a)に示されるように、ポリイミド膜3上に通電層4を形成する。本実施の形態においても、通電層4がTi系材料から構成されている場合について説明する。
ポリイミド膜3上に通電層4を形成した後、図4(b)に示されるように、所定の位置に開口5aを有するレジストマスク5を通電層4上に形成する。本実施の形態では、開口5aは、再配置配線を形成する位置に形成されている。
通電層4上にレジストマスク5を形成した後、通電層4に電流を供給するとともに開口5a内にめっき液を供給して、めっき法により図4(c)に示されるように開口5a内にめっき膜6を形成する。本実施の形態では、めっき膜6がCuから構成されている場合について説明する。
開口5a内にめっき膜6を形成した後、ウエットエッチング或いはドライエッチングにより、開口5aを形成しているレジストマスク5の内側面5bを所定量後退させて、図5(a)に示されるように内側面5bとめっき膜6との間隔を広げる。
内側面5bとめっき膜6との間隔を広げた後、通電層4に電流を供給するとともに開口5a内にめっき液を供給して、めっき法により図5(b)に示されるようにめっき膜6を覆うようにめっき膜9(第2のめっき膜)を形成する。めっき膜9を構成する材料としては、例えばポリイミド等の絶縁材料が挙げられる。本実施の形態では、めっき膜9がポリイミドから構成されている場合について説明する。
めっき膜9を形成した後、図5(c)に示されるようにレジスト剥離液等の薬液によりレジストマスク5を除去する。その後、図6(a)に示されるようにめっき膜6,9に覆われている部分以外の通電層4を除去する。ここで、めっき膜6,9に覆われている部分の通電層4は、めっき膜6を構成するCuの拡散を抑制するためのバリアメタルとして機能する。
通電層4を除去した後、図6(b)に示されるようにめっき膜9に開口9aを形成する。その後、図6(c)に示されるように、開口9a内にバリアメタル10を形成し、バリアメタル10上に半田バンプ11を形成する。なお、本実施の形態では、半田バンプ11を上記第1の実施の形態で説明した手法により形成していないが、第1の実施の形態で説明した手法により形成してもよい。
その後、特に図示しないが、半田バンプ8が形成されたウェハWをダイシングして、半導体チップを形成することにより、半導体装置が得られる。
本実施の形態では、めっき膜6を形成した後、レジストマスク5の内側面5bを後退させて、内側面5bとめっき膜6との間隔を広げているので、めっき膜9を形成した際に、めっき膜6の上面と側面がめっき膜9により覆われる。これにより、通電層4を除去する際のめっき膜6の損傷を抑制することができる。この結果、再配置配線として機能するめっき膜6の断線及び短絡等を抑制することができる。なお、本実施の形態では、めっき膜9はポリイミドから構成されているので、希弗酸により通電層4を除去した場合であっても、めっき膜9はほぼエッチングされない。
本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
図1(a)〜図1(c)は第1の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。 図2(a)〜図2(c)は第1の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。 図3(a)及び図3(b)は第1の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。 図4(a)〜図4(c)は第2の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。 図5(a)〜図5(c)は第2の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。 図6(a)〜図6(c)は第2の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセスの模式図である。
符号の説明
W…ウェハ、4…通電層、5…レジストマスク、5a…開口、5b…内側面、6,7,9…めっき膜、8,11…半田バンプ。

Claims (5)

  1. 基板上に通電層を形成する工程と、
    所定の位置に開口を有するレジストマスクを前記通電層上に形成する工程と、
    前記通電層に電流を供給して、めっき法により前記開口内に第1のめっき膜を形成する工程と、
    前記開口を形成する前記レジストマスクの内側面を後退させて、前記内側面と前記第1のめっき膜との間隔を広げる工程と、
    前記通電層に電流を供給して、めっき法により前記第1のめっき膜を覆うように前記内側面の後退した前記開口内に第2のめっき膜を形成する工程と
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第2のめっき膜を形成する工程後、前記レジストマスクを除去する工程と、前記第1のめっき膜及び前記第2のめっき膜に覆われている部分以外の前記通電層を除去する工程とをさらに具備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. 前記通電層を除去する工程後、前記第1のめっき膜及び前記第2のめっき膜をリフローさせて、半田バンプを形成する工程をさらに具備す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。
  4. 前記第1のめっき膜はCu,Ag,及びAuのいずれかから構成されており、前記第2のめっき膜はSn,及びポリイミドのいずれかから構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
  5. 基板と、
    前記基板上に形成された通電層と、
    前記通電層上に形成された第1のめっき膜と、
    前記通電層上に形成され、前記第1のめっき膜の上面と側面を覆う第2のめっき膜と
    を具備することを特徴とする半導体装置。
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