JP2007214318A

JP2007214318A - 配線の形成方法

Info

Publication number: JP2007214318A
Application number: JP2006032083A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Miyamoto; ツトム宮本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】ＣＳＰと呼ばれる半導体装置において、電解メッキにより配線を形成する際に用いるフォトレジスト膜をポジ型化学増幅型のものによって形成するとき、解像不良が発生しないようにする。
【解決手段】最上層に銅層を有するメッキ電流路としての下地金属層７の上面にアルミニウムからなるバリア層２２を成膜する。次に、バリア層２２の上面にポジ型化学増幅型のフォトレジスト膜２３を形成する。次に、配線形成領域に対応する部分に開口部２５を有する露光マスク２４を用いて紫外線を照射すると、配線形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３中の光酸発生剤からパターン形成に必要な触媒としての酸が発生する。この場合、フォトレジスト膜２３で発生した酸はバリア層２２によって阻止されて下地金属層７の最上層の銅層中に侵入することがなく、したがってこの銅層とフォトレジスト膜２３との界面において酸が中和されることがなく、この酸中和に起因する解像不良が発生しないようにすることができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、銅からなる配線の形成方法に関する。

例えば、ＣＳＰ(Chip Size Package)と呼ばれる半導体装置では、半導体基板上に設けられた絶縁膜上に配線を形成している。従来のこのような配線の形成方法には、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面全体に最上層に銅層を有する下地金属層を成膜し、下地金属層の上面に開口部を有するフォトレジスト膜を形成し、下地金属層をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、フォトレジスト膜の開口部内の下地金属層の上面に配線を形成し、フォトレジスト膜を剥離し、配線下以外の領域における下地金属層を除去するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１５０４５２号公報

ところで、このような半導体装置の技術分野では、より一層の微細化を図るため、フォトレジストとして、高解像、高感度に対する要求から、ポジ型化学増幅型のものが注目されている。このポジ型化学増幅型のフォトレジストでは、光により酸を発生する光酸発生剤を含み、露光により光酸発生剤からパターン形成に必要な触媒としての酸を発生させ、この発生した酸をＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理によってフォトレジスト膜中に拡散させて、酸の触媒作用による化学反応を促進させ、これにより高解像、高感度を可能としている。

ところで、上記従来の配線の形成方法では、下地金属層の最上層を銅からなる配線と同一の金属である銅層によって形成しているので、フォトレジスト膜の材料としてポジ型化学増幅型のフォトレジストを用いた場合には、露光により発生した酸が下地金属層の最上層の銅層中に侵入し、この銅層とフォトレジスト膜との界面において酸が中和され、酸の触媒作用による化学反応が低下し、解像不良が発生することがあるという問題があった。

そこで、この発明は、ポジ型化学増幅型のフォトレジストを用いても、解像不良が発生しないようにすることができる配線の形成方法を提供することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、基板上全面に最上層に銅層を有する下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上にバリア層を形成する工程と、前記バリア層上に開口部を有するポジ型化学増幅型のフォトレジスト膜を形成し、且つ、前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記バリア層を除去して前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記下地金属層を露出させる工程と、前記下地金属層をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、前記フォトレジスト膜の開口部内の前記下地金属層上に配線を形成する工程と、前記フォトレジスト膜及び前記バリア層を除去する工程と、前記配線下以外の領域における前記下地金属層を除去する工程と、を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、下地金属層の最上層の銅層上にバリア層を形成しているので、露光によりフォトレジスト膜で酸が発生しても、この発生した酸がバリア層によって阻止されて下地金属層の最上層の銅層中に侵入することがなく、したがってこの銅層とフォトレジスト膜との界面において酸が中和されることがなく、この酸中和に起因する解像不良が発生しないようにすることができる。

図１はこの発明の配線の形成方法を含む製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、シリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。

接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。

保護膜５の上面には下地金属層７が設けられている。下地金属層７の構造については後で説明するが、その最上層は後述する配線８と同一の金属である銅によって形成されている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線８の一端部は、絶縁膜３及び保護膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。

配線８の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極９が設けられている。配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０がその上面が柱状電極９の上面と面一となるように設けられている。柱状電極９の上面には半田ボール１１が設けられている。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板１上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２、酸化シリコン等からなる絶縁膜３及びポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が形成され、接続パッド２の中央部が絶縁膜３及び保護膜５に形成された開口部４、６を介して露出されたものを用意する。

この場合、ウエハ状態のシリコン基板１には、各半導体装置が形成される領域に所定の機能の集積回路（図示せず）が形成され、接続パッド２はそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図２において、符号２１で示す領域はダイシングストリートに対応する領域である。

次に、図３に示すように、絶縁膜３及び保護膜５の開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面を含む保護膜５の上面全体に下地金属層７を形成する。この場合、下地金属層７は、スパッタ法により成膜された銅層のみであってもよく、またスパッタ法により成膜されたチタンやクロム等の薄膜層上にスパッタ法により銅層を成膜したものであってもよく、要は、その最上層が配線８と同一の金属である銅によって形成されている。

次に、下地金属層７の上面にスパッタ法によりアルミニウムからなるバリア層２２を成膜する。この場合、下地金属層７が銅層のみであってもチタンやクロム等の薄膜層上に銅層が成膜されたものであっても、下地金属層７及びバリア層２２はスパッタ法により連続して成膜することができる。

次に、バリア層２２の上面にスピンコート法によりポジ型化学増幅型のフォトレジスト膜２３を形成する。この場合、ポジ型化学増幅型のフォトレジスト膜２３は、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）の水酸基をｔ−ブトキシカルボニル（ｔ−ＢＯＣ）で保護した溶解阻害剤、光により酸を発生する光酸発生剤、それらを溶解させる溶剤によって構成されている。

次に、図４に示すように、配線８形成領域に対応する部分に開口部２５を有する露光マスク２４を用いて、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３に紫外線を照射する。すると、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３中の光酸発生剤からパターン形成に必要な触媒としての酸が発生する。

次に、この発生した酸をＰＥＢ処理によって配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３中に拡散させ、酸の触媒作用による化学反応を促進させる。すなわち、酸の触媒作用により、ｔ−ＢＯＣ基が脱離し、ＰＨＳが生成され、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３がアルカリ現像液に可溶となる。

次に、図５に示すように、アルカリ現像液を用いて現像を行うと、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３に開口部２６が形成される。この場合、アルカリ現像液としては、一例として、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）２．３８ｗｔ％水溶液を用いる。

このようなアルカリ現像液では、アルミニウムからなるバリア層２２を厚さ方向に約４ｎｍ／ｓｅｃの速度で溶解するので、フォトレジスト膜２３の開口部２６の形成に続いて、当該開口部２６に対応する部分におけるバリア層２２が除去され、当該開口部２６に対応する部分における下地金属層７が露出される。

ここで、下地金属層７の最上層の銅層上にアルミニウムからなるバリア層２２を形成しているので、露光によりフォトレジスト膜２３で酸が発生しても、この発生した酸がバリア層２２によって阻止されて下地金属層７の最上層の銅層中に侵入することがなく、したがってこの銅層とフォトレジスト膜２３との界面において酸が中和されることがなく、この酸中和に起因する解像不良が発生しないようにすることができる。

次に、図６に示すように、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うと、フォトレジスト膜２３の開口部２６内の下地金属層７の上面に配線８が形成される。次に、フォトレジスト膜２３を剥離し、その下に存在したバリア層２２を露出させる。次に、この露出されたバリア層２２をドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去する。

次に、図７に示すように、配線８の一部を含む下地金属層７の上面にフォトレジスト膜２７をパターン形成する。この場合、柱状電極９形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２７には開口部２８が形成されている。この場合のフォトレジスト膜２７の材料は、例えば、ナフトキノンジアジド（ＮＤＱ）系のポジ型フォトレジストあるいは光重合型のネガ型フォトレジストである。

次に、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うと、フォトレジスト膜２７の開口部２８内の配線８の接続パッド部上面に柱状電極９が形成される。次に、フォトレジスト膜２７を剥離し、次いで、配線８をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図８に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。

次に、図９に示すように、配線８を含む保護膜５の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０をスクリーン印刷法やスピンコート法等により厚さが柱状電極９の高さよりもやや厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極９の上面は封止膜１０によって覆われている。

次に、封止膜１０の上面側を適宜に研磨して除去することにより、図１０に示すように、柱状電極９の上面を露出させるとともに、柱状電極９の上面を含む封止膜１０の上面を平坦化する。次に、図１１に示すように、柱状電極９の上面に半田ボール１１を形成する。次に、図１２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板１等をダイシングストリート２１に沿って切断すると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

なお、バリア層２２はＮＱＤ系のポジ型フォトレジストによって形成するようにしてもよい。ＮＱＤ系のポジ型フォトレジストは、主として、ノボラック樹脂、感光剤であるジアゾナフトキノン化合物、それらを溶解させる溶剤によって構成されている。そして、図３に示す工程において、下地金属層７の上面にスピンコート法によりＮＱＤ系のポジ型フォトレジストからなるバリア層２２を形成する。次に、バリア層２２の上面にスピンコート法によりポジ型化学増幅型のフォトレジスト膜２３を形成する。

次に、図４に示すように、配線８形成領域に対応する部分に開口部２５を有する露光マスク２４を用いて紫外線を照射すると、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３中の光酸発生剤から酸が発生する。また、配線８形成領域に対応する部分におけるバリア層２２中のジアゾナフトキノン化合物が転移反応を経てインテルカルボン酸となり、配線８形成領域に対応する部分におけるバリア層２２がアルカリ現像液に可溶となる。

次に、ＰＥＢ処理を行うと、酸の触媒作用により、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３がアルカリ現像液に可溶となる。また、バリア層２２においては、定在波の影響により発生する周期的な寸法変化を低減し、解像性を向上させるための潜像の修正が行われる。次に、アルカリ現像液を用いて現像を行うと、図５に示すように、配線８形成領域に対応する部分におけるフォトレジスト膜２３及びバリア層２２に開口部２６が形成される。

この場合、下地金属層７の最上層の銅層上にＮＱＤ系のポジ型フォトレジストからなるバリア層２２を形成しているので、露光によりフォトレジスト膜２３で酸が発生しても、この発生した酸がバリア層２２によって阻止されて下地金属層７の最上層の銅層中に侵入することがなく、したがってこの銅層とフォトレジスト膜２３との界面において酸が中和されることがなく、この酸中和に起因する解像不良が発生しないようにすることができる。

そして、図６に示す配線８を形成した後に、フォトレジスト膜２３及びバリア層２２をポジ型フォトレジスト剥離液を用いて一括して剥離する。この場合、フォトレジスト膜２３及びバリア層２２をポジ型フォトレジスト剥離液を用いて一括して剥離することができるので、上述の如く、バリア層２２をアルミニウムによって形成した場合と比較して、工程数を少なくすることができる。以下、上記と同様の工程であるので、その説明を省略する。

この発明の配線の形成方法を含む製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図。図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意したものの断面図。図２に続く工程の断面図。図３に続く工程の断面図。図４に続く工程の断面図。図５に続く工程の断面図。図６に続く工程の断面図。図７に続く工程の断面図。図８に続く工程の断面図。図９に続く工程の断面図。図１０に続く工程の断面図。図１１に続く工程の断面図。

符号の説明

１シリコン基板
２接続パッド
３絶縁膜
５保護膜
７下地金属層
８配線
９柱状電極
１０封止膜
１１半田ボール
２１ダイシングストリート
２２バリア層
２３フォトレジスト膜
２７フォトレジスト膜

Claims

基板上全面に最上層に銅層を有する下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層上にバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に開口部を有するポジ型化学増幅型のフォトレジスト膜を形成し、且つ、前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記バリア層を除去して前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記下地金属層を露出させる工程と、
前記下地金属層をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、前記フォトレジスト膜の開口部内の前記下地金属層上に配線を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜及び前記バリア層を除去する工程と、
前記配線下以外の領域における前記下地金属層を除去する工程と、
を有することを特徴とする配線の形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記下地金属層は複数の金属が積層して構成されることを特徴とする配線の形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記バリア層はアルミニウムからなることを特徴とする配線の形成方法。
請求項３に記載の発明において、前記下地金属層及び前記バリア層を連続して成膜することを特徴とする配線の形成方法。
請求項３に記載の発明において、前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記下地金属層を露出させる工程は、アルカリ現像液を用いて、前記フォトレジスト膜への開口部の形成に続いて、前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記バリア層を除去する工程であることを特徴とする配線の形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記バリア層はナフトキノンジアジド系のポジ型のフォトレジストからなることを特徴とする配線の形成方法。
請求項６に記載の発明において、前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記下地金属層を露出させる工程は、アルカリ現像液を用いて、前記フォトレジスト膜への開口部の形成に続いて、前記フォトレジスト膜の開口部に対応する部分における前記バリア層を除去する工程であることを特徴とする配線の形成方法。
請求項６に記載の発明において、前記フォトレジスト膜及び前記バリア層を除去する工程は、レジスト剥離液を用いて、前記フォトレジスト膜及び前記バリア層を一括して除去する工程であることを特徴とする配線の形成方法。
請求項１に記載の発明において、前記基板は半導体基板であることを特徴とする配線の形成方法。
請求項９に記載の発明において、前記半導体基板上に複数の接続パッドが設けられ、前記配線は前記半導体基板上に設けられた絶縁膜上に前記接続パッドに接続させて形成することを特徴とする配線の形成方法。