JP2008130923A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、微細化しても剥離が生じ難い金属層を導電膜上に形成することを図ることを目的とする。
【解決手段】
集積回路が形成され、集積回路に電気的に接続された電極１２を有する半導体基板１０に、電極１２を覆うように導電膜１８を形成する。導電膜１８に電流を流して行う電解メッキによって導電膜１８の一部上に金属層２６を形成し、導電膜１８に対して金属層２６に対するよりも強いエッチング作用のある第１のエッチャントによって、金属層２６をマスクとして導電膜１８をエッチングする。このとき、導電膜１８の、金属層２６下の部分をサイドエッチングする。金属層２６に対して導電膜１８に対するよりも強いエッチング作用のある第２のエッチャントによって、金属層２６をエッチングする。このとき、金属層２６の、導電膜１８のサイドエッチングによって導電膜１８からオーバーハングした部分をエッチングする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

近年、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれる、半導体チップ上に配線を形成して外部端子を形成するパッケージが開発されている（特許文献１）。また、半導体装置の小型化に伴い、配線を微細化することも要求されている。配線の形成方法として、導電膜に電流を流して行う電解メッキによって導電膜上に金属層を形成し、金属層をマスクとして導電膜をエッチングすることが知られているが、エッチングのときに導電膜がサイドエッチングされるため、金属層の端部が浮いた状態となっており、金属層の剥離が生じやすくなっていた。
特開２００５−３９０１７号公報

本発明は、微細化しても剥離が生じ難い金属層を導電膜上に形成することを図ることを目的とする。

（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板に、前記電極を覆うように導電膜を形成する工程と、
（ｂ）前記導電膜に電流を流して行う電解メッキによって前記導電膜の一部上に金属層を形成する工程と、
（ｃ）前記導電膜に対して前記金属層に対するよりも強いエッチング作用のある第１のエッチャントによって、前記金属層をマスクとして前記導電膜をエッチングする工程と、
（ｄ）前記金属層に対して前記導電膜に対するよりも強いエッチング作用のある第２のエッチャントによって、前記金属層をエッチングする工程と、
を含み、
前記（ｃ）工程で、前記導電膜の、前記金属層下の部分をサイドエッチングし、
前記（ｄ）工程で、前記金属層の、前記導電膜のサイドエッチングによって前記導電膜からオーバーハングした部分をエッチングする。本発明によれば、導電膜のエッチング時点では金属層を最終的な仕上げ幅よりも広くしておくので、導電膜を広い幅で確保することができ、金属層の剥離を防止することができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程で、前記金属層の一部上にエッチングレジスト層を形成し、前記エッチングレジスト層をマスクとして前記金属層をエッチングしてもよい。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程で、マスクなしで前記金属層をエッチングしてもよい。
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、前記金属層の厚みを、前記（ｄ）工程後の金属層の厚みよりも、前記（ｃ）工程での前記導電膜のサイドエッチング量だけ厚く形成する。
（５）この半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記導電膜上に、前記金属層と同じ材料からなる金属膜を形成し、
前記（ｄ）工程で、前記金属層とともに前記金属膜をエッチングしてもよい。
（６）この半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程前に、前記半導体基板の前記電極が形成された面に前記電極の少なくとも一部を避けるように樹脂層を形成する工程をさらに含み、
前記（ａ）工程で、前記樹脂層上に前記導電膜を形成してもよい。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る方法で製造された半導体装置を示す図である。半導体装置は、半導体チップ１を有する。半導体チップ１は、集積回路１９が形成され、半導体チップ１内に形成された内部配線を介して集積回路１９に電気的に接続された電極１２を有する。半導体チップ１には、電極１２の少なくとも一部が露出する様にパッシベーション膜１４が形成されている。半導体チップ１の電極１２が形成された面（パッシベーション膜１４の表面）に、電極１２の少なくとも一部を避けて樹脂層（応力緩和層）１６が形成されている。樹脂層１６の側面１７は傾斜面になっていてもよい。電極１２上から樹脂層１６上に配線２が形成されており、樹脂層１６上で配線２の一部（ランド）上に外部端子（ハンダボール）３０が設けられている。

図２（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、半導体基板１０（例えばＳｉ（シリコン）からなる半導体ウエハ）を使用する。半導体基板１０には集積回路１９を形成する。詳しくは、半導体基板１０の一方の面に、周知の半導体プロセスによって集積回路１９を形成する。集積回路は、半導体基板１０の一方の表層に作りこまれる。また、集積回路１９に電気的に接続されるように電極１２（図１参照）を形成し、電極１２の少なくともが露出する様にパッシベーション膜１４を形成する。言い換えると、集積回路１９から接続された内部配線のうち、パッシベーション膜１４から露出する部分が電極１２である。パッシベーション膜１４は無機材料（例えばＳｉ等の無機酸化物）で形成されてもよい。

図１及び図２（Ａ）に示すように、半導体基板１０の電極１２が形成された面に電極１２を避けるように樹脂層（応力緩和層）１６を形成する。樹脂層１６は、少なくとも電極１２の一部を避けて形成する。例えば、感光性樹脂によってフォトリソグラフィを適用して樹脂層１６を形成してもよい。また、熱硬化性樹脂を使用して樹脂層１６を形成してもよい。樹脂層１６は、その底面と側面１７との角度が鋭角になるように、側面１７が傾斜していてもよい。側面１７の傾斜は、熱硬化性樹脂前駆体の熱収縮によって形成される。樹脂層１６を、後述する半導体基板１０の切断ラインを避けて形成すれば、カッタ（又はスクライバ）の目詰まりを防止することができる。樹脂層１６の表面は、ドライエッチングなどによって粗面加工しておく。

樹脂層１６（その表面）上に導電膜１８を形成する。樹脂層１６の表面が粗面加工されていると導電膜１８の密着性が高く、導電膜１８の樹脂層１６との密着面が、粗面に対応した形状になって平坦面よりも広い面積を有するようになる。また、導電膜１８は、樹脂層１６上から連続的に電極１２を覆うように形成する。導電膜１８は、パッシベーション膜１４上にも形成してよい。導電膜１８は、チタンとタングステンの混合材料から形成してもよい。さらに、本実施の形態では、導電膜１８上に金属膜２０を形成する。金属膜２０は、後述する電解メッキで析出する金属層２６と同じ金属（例えば銅）で形成する。導電膜１８又は金属膜２０は、スパッタリングによって形成することができる。

導電膜１８上に（さらに金属膜２０上に）、導電膜１８（さらに金属膜２０）の一部とオーバーラップする領域に開口２２を有するようにメッキレジスト層２４を形成する。メッキレジスト層２４の開口２２は、電極１２とオーバーラップするとともに、電極１２上の部分から配線の形状で連続的に延びる部分を有する。開口２２は、最終的な配線２（図１参照）の幅よりも大きく形成する。メッキレジスト層２４は、感光性樹脂で形成することができる。感光性樹脂は、紫外線硬化性樹脂であってもよいが、熱硬化性樹脂であれば硬化を簡単に行える。感光性樹脂前駆体層を導電膜１８上に形成し、露光・現像を含むフォトリソグラフィによって開口２２を形成し、硬化することでメッキレジスト層２４を形成する。なお、感光性樹脂前駆体層を硬化するときに、開口２２の内側面が傾斜するように、開口２２を外方向に拡がるテーパー形状にしてもよい。

導電膜１８（又はこれに加えて金属膜２０）に電流を流して行う電解メッキによって、メッキレジスト層２４の開口２２内に金属層２６を形成する。電解メッキにおいて、導電膜１８（又はこれに加えて金属膜２０）は電極として使用する。金属層２６は例えば銅からなる層である。金属層２６は、メッキレジスト層２４の高さを超えないように（つまり開口２２から盛り上がらないように）形成することで、開口２２の幅で形成することができる。

図２（Ｂ）に示すように、メッキレジスト層２４を除去する。

次に、金属層２６をマスクとして、金属膜２０の金属層２６とオーバーラップしない部分をエッチングする。エッチングには、例えば二硫酸アンモニウムを主成分とする溶液などのエッチング液）を使用する。すると、図２（Ｃ）に示すように、金属層２６と同じ材料からなる金属膜２０がエッチングされる。続いて、導電膜１８をエッチングする。例えば過酸化水素水を主成分とするエッチング液によって、導電膜１８をエッチングする。このときのエッチングには、導電膜１８に対して金属層２６に対するよりも強いエッチング作用のある第１のエッチャントを使用してもよい。図２（Ｄ）に示すように、導電膜１８の、金属層２６下の部分がサイドエッチングされる。これにより、金属層２６の端部が導電膜１８からオーバーハングする。この時点で、導電膜１８、金属膜２０及び金属層２６は配線の形状になるが、少なくとも金属膜２０と金属層２６は最終的な配線２（図１参照）の幅よりも大きい。

次に、例えば二硫酸アンモニウム水溶液などのエッチング液によって、金属層２６をエッチングする。このときのエッチングには、金属層２６に対して導電膜１８に対するよりも強いエッチング作用のある第２のエッチャントを用いてもよい。詳しくは、図３（Ａ）に示すように、金属層２６の一部上にエッチングレジスト層２８を形成し、エッチングレジスト層２８をマスクとして金属層２６（あるいはこれに加えて金属膜２０）をエッチングする。エッチングレジスト層２８の幅は、最終的な配線２（図１参照）の幅である。金属層２６とともに金属膜２０をエッチングする。これによって、金属層２６（あるいはこれに加えて金属膜２０）の、導電膜１８のサイドエッチングによって導電膜１８からオーバーハングした部分をエッチングする（図３（Ｂ）参照）。こうして、導電膜１８、金属膜２０及び金属層２６からなる配線２が形成される。本実施の形態によれば、導電膜１８のエッチング時点では金属層２６を最終的な仕上げ幅よりも広くしておくので、導電膜１８を広い幅で確保することができ、金属層２６の剥離を防止することができる。

図３（Ｃ）に示すように、エッチングレジスト層２８を除去する。さらに、図１に示すように、金属層２６上に外部端子３０を形成する。外部端子３０は、ハンダで形成してもよい。例えばクリームハンダを金属層２６上に設け、これを溶融して表面張力でボール状に形成してもよい。そして、半導体基板１０を切断（ダイシング又はスクライビング）して、図１に示すように、半導体装置を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図４（Ａ）〜図４（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、金属層１２６を形成するまでの工程は、第１の実施の形態の金属層２６を形成するまでの工程と同じである。ただし、本実施の形態では、金属層１２６を厚み方向にもエッチングするので、金属層１２６の厚みを、図２（Ｂ）に示す金属層２６よりも厚く形成しておく。このとき、金属層１２６の厚みは、後述する金属膜１８のサイドエッチ量Ｗよりも大きくしてもよい。また、例えば、金属層１２６の厚みは、図４（Ｂ）で示す最終的に配線３として残したい金属層２６（言い換えると、後述する金属層１２６のエッチング工程後の当該金属層の厚み）よりも、導電膜１８のサイドエッチ量Ｗ（図４（Ａ）参照）と同じ量だけ厚くしてもよい。ここでサイドエッチ量とは、導電膜１８をサイドエッチングした際の、導電膜１８の端部と、当該端部に最も近い金属膜１２６の端部との間の距離といってもよい。

図４（Ａ）に示すように、導電膜１８をエッチングして、導電膜１８の、金属層１２６下の部分をサイドエッチングする。この工程も第１の実施の形態と同じであるため説明を省略する。続いて、本実施の形態では、マスクなしで金属層１２６をエッチングする。エッチング自体のプロセスは第１の実施の形態で説明した内容が該当する。本実施の形態によれば、マスクを使用しないので、金属層１２６の側面のみならず上面からもエッチングが進み、金属層１２６の全体が小さくなる。こうして、図４（Ｂ）に示すように、導電膜１８、金属膜２０及び金属層１２６からなる配線３が形成される。本実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した効果に加えて、金属膜２０をエッチングするときのエッチングレジスト層の形成を省略できるため、工程数が削減できるという効果がある。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る方法で製造された半導体装置を示す図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１…半導体チップ、 ２…配線、 ３…配線、 １０…半導体基板、 １２…電極、 １４…パッシベーション膜、 １６…樹脂層、 １７…側面、 １８…導電膜、 ２０…金属膜、 ２２…開口、 ２４…メッキレジスト層、 ２６…金属層、 ２８…エッチングレジスト層、 ３０…外部端子、 １２６…金属層

Claims (6)

1. （ａ）集積回路が形成され、前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板に、前記電極を覆うように導電膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記導電膜に電流を流して行う電解メッキによって前記導電膜の一部上に金属層を形成する工程と、
   （ｃ）前記導電膜に対して前記金属層に対するよりも強いエッチング作用のある第１のエッチャントによって、前記金属層をマスクとして前記導電膜をエッチングする工程と、
   （ｄ）前記金属層に対して前記導電膜に対するよりも強いエッチング作用のある第２のエッチャントによって、前記金属層をエッチングする工程と、
   を含み、
   前記（ｃ）工程で、前記導電膜の、前記金属層下の部分をサイドエッチングし、
   前記（ｄ）工程で、前記金属層の、前記導電膜のサイドエッチングによって前記導電膜からオーバーハングした部分をエッチングする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記（ｄ）工程で、前記金属層の一部上にエッチングレジスト層を形成し、前記エッチングレジスト層をマスクとして前記金属層をエッチングする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記（ｄ）工程で、マスクなしで前記金属層をエッチングする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程では、前記金属層の厚みを、前記（ｄ）工程後の金属層の厚みよりも、前記（ｃ）工程での前記導電膜のサイドエッチング量だけ厚く形成する半導体装置の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記（ａ）工程で、前記導電膜上に、前記金属層と同じ材料からなる金属膜を形成し、
   前記（ｄ）工程で、前記金属層とともに前記金属膜をエッチングする半導体装置の製造方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記（ａ）工程前に、前記半導体基板の前記電極が形成された面に前記電極の少なくとも一部を避けるように樹脂層を形成する工程をさらに含み、
   前記（ａ）工程で、前記樹脂層上に前記導電膜を形成する半導体装置の製造方法。

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