JP2010251687A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から侵入する水分に起因した再配線どうしのショートが防止された半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２上に形成された第１樹脂層３０と、第１樹脂層３０の上面に形成されてパッド部４４を構成する再配線４８と、この再配線４８および第１樹脂層３０の上面を被覆する第２樹脂層３２とを備えている。そして、パッド部４４は、第２樹脂層の開口部１３から露出する露出領域４４Ａと、第２樹脂層３２により被覆される被覆領域４４Ｂとから成り、この被覆領域４４Ｂの幅（Ｌ１）を１０μｍ以上としている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、半導体基板の主面に配線や外部端子が形成されるＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）に関する。

従来、電子機器にセットされる回路装置は、携帯電話、携帯用のコンピューター等に採用されるため、小型化、薄型化、軽量化が求められている。これらの条件を満たすために、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる、内蔵される半導体素子と同等のサイズを有する半導体装置が開発されている。

これらのＣＳＰの中でも特に小型化なものとしてＷＬＰがある。従来から知られているＷＬＰの構造が下記特許文献１に記載されている。図１２（Ａ）を参照して、この文献に開示された半導体装置１００の構造を説明する。

半導体装置１００は、拡散工程により各種素子が形成された半導体基板１０２の上面に、例えば３層程度の多層の配線層１０４が絶縁膜を介して積層されている。更に、最上層の配線層は例えばシリコン窒化膜から成る絶縁膜１０６により被覆されている。また、最上層の配線層から成るパッド電極１２０が絶縁膜１０６から露出している。

絶縁膜１０６の上面には第１樹脂層１０８および第２樹脂層１１２が順次積層されている。第１樹脂層１０８および第２樹脂層１１２は、厚みが１０μｍ程度のポリイミド樹脂から成る。第１樹脂層１０８の上面には再配線１１０が形成されており、この再配線１１０の一部分はパッド１１４を構成している。パッド１１４は第２樹脂層１１２を部分的に除去して設けた開口部１１６から外部に露出しており、半田から成る外部端子１１８がパッド１１４の露出部分に付着されている。また、再配線１１０の端部は第１樹脂層１０８を貫通してパッド電極１２０と接続されている。

また、従来のＷＬＰの製造方法として、次の製造方法が知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。先ず、半導体素子の拡散層等が形成された半導体ウェハ上に窒化シリコン膜から成る第１の保護膜を成膜する。第１の保護膜上等に第１の配線層を形成した後、第１の保護膜上にポリイミド膜から成る第２の保護膜を成膜する。そして、第２の保護膜上等に第２の配線層を形成した後、ポリイミド膜から成る第３の保護膜を成膜する。このとき、半導体素子形成領域の周囲に、第１の配線層と第２の配線層から成る周縁パターンを形成する。その後、半導体ウェハをダイシング・ソーで切断し、チップ状態にする。

特開２０００−２９４６０７号公報 特開平８−１７２０６２号公報 特開平５−４１４４９号公報

しかしながら、上記した構成の半導体装置では、半導体装置１００の内部に外部から水分が侵入することにより、再配線１１０同士の間でショートが発生してしまう問題があった。

図１２（Ｂ）を参照して、この問題を詳述する。先ず、再配線１１０の一部から成るパッド１１４の上面は、半田から成る外部接続端子１１８を溶着させるために、部分的に第２樹脂層１１２を除去して設けた開口部１１６から外部に露出している。しかしながら、使用状況下に於いて開口部１１６を経由して内部に水分が進入する。この図では、外部から装置内部に水分が進入する経路を矢印にて示している。具体的には、水分が進入する経路は、外部端子１１８と開口部１１６の側面、パッド１１４の上面と第２樹脂層１１２との界面、パッド１１４の側面と第２樹脂層１１２との界面の順番となる。そして、第１樹脂層１０８と第２樹脂層１１２との界面まで水分が到達すると、この界面に進入した水分を経由して隣接された再配線１１０同士がショートしてしまう。

更に図１２（Ｂ）を参照して、開口部１１６の端部からパッド１１４の端部までの距離Ｌ１０は、半導体装置の製造工程に於けるマスク位置合わせ時の誤差（例えば５μｍ程度）程度に短く形成される。この様に距離Ｌ１０が短く設定されると、パッド１１４の上面および側面を経由して、外部からの水分が早期に両樹脂層の界面に進入してショートを誘発してしまう。

更に、上記した問題は、第２樹脂層１１２の材料としてポリイミドを採用するとより顕著となる。その理由は、ポリイミド系の樹脂と銅から成る再配線１１０との密着強度が、他の樹脂材料と比較すると劣るからである。即ち、再配線１１０と第２樹脂層１１２との間に、水分が通過する経路となる剥離が容易に発生する。

本発明は上記した問題を鑑みて成され、本発明の目的は、外部から侵入する水分に起因した再配線どうしのショートが防止された半導体装置を提供することにある。

本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上面に形成されて一部がパッド部を構成する再配線と、前記再配線および前記第１樹脂層の上面を被覆すると共に、前記パッド部の少なくとも一部が露出するように開口部が設けられた第２樹脂層と、を備え、前記再配線の前記パッド部は、前記第２樹脂層に設けられた前記開口部から上面が露出する露出領域と、前記露出領域を囲むように設けられて前記第２樹脂層により被覆される被覆領域とを含み、前記パッド部の前記被覆領域の幅を１０μｍ以上とすることを特徴とする。

本発明によれば、パッド部の最外周部を第２樹脂層により被覆される被覆領域とし、この被覆領域の幅を１０μｍ以上としている。この様にすることで、パッド部の被覆領域の上面と第２樹脂層３２との境界が長くなる。結果的に、外部から侵入する水分が、第１樹脂層と第２樹脂層との境界に到達するまでの距離が長くなり、この境界に水分が侵入することによる再配線どうしのショートが防止される。また、最終的には侵入した水分によるショートが発生するとしても、ショートに到るまでの時間を長くして半導体装置の寿命を延ばすことが可能となる。

本発明の半導体装置の構成を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は拡大された断面図であり、（Ｃ）は再配線を示す平面図である。 本発明の半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の半導体装置の構成を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は拡大された断面図である。 本発明の半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は拡大された平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図であり、（Ｄ）は平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図である。 背景技術の半導体を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は拡大された断面図である。

図１を参照して、本実施形態の半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０を全体的に示す断面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置１０の一部分を拡大して示す断面図であり、図１（Ｃ）は再配線４８のみを抜き出して示す平面図である。

図１（Ａ）を参照して、半導体装置１０は半導体基板１２の上面側に配線と外部端子４６が配置されたＷＬＰであり、概略的な構成は次の通りである。先ず、シリコン等の半導体材料から成る半導体基板１２の上面付近には、拡散工程により素子が形成されている。そして、半導体基板１２の上面を被覆する絶縁層（不図示）は、第１樹脂層３０により被覆され、この第１樹脂層３０の上面にはパッド電極４２と接続された再配線４８が形成されている。再配線４８および第１樹脂層３０の上面は第２樹脂層３２により被覆されている。また、再配線４８の一部から成るパッド部４４は第２樹脂層３２から露出しており、半田等の導電性接着材から成る外部端子４６がパッド部４４の上面に溶着されている。

図１（Ｂ）を参照して、半導体装置１０の構成を詳細に説明する。半導体基板１２には、拡散領域によりトランジスタ、抵抗等が形成されており、平面視で四角形形状を呈している。半導体基板１２の構造としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。また、半導体基板１２の材料としては、シリコンでも良いし化合物半導体基板であってもよい。

半導体基板１２の上面には、１層以上の配線層１５が設けられている。配線層１５は、アルミニウムやアルミニウム合金を主材料とする配線層が酸化シリコンから成る絶縁層を介して積層されることにより形成されている。配線層１５の具体的な構成は図４を参照して後述する。

配線層１５の上面は例えば窒化シリコン膜から成る絶縁膜１７により被覆されている。また、最上層の配線層をパッド状に形成したパッド電極４２は、絶縁膜１７を部分的に除去して設けた開口部から露出している。

第１樹脂層３０は、絶縁膜１７を被覆するように形成される。第１樹脂層３０は、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）膜、ポリイミド樹脂膜等の樹脂材料を主体として形成され、その厚みは１０μｍ程度である。ここで、第１樹脂層３０の材料としては熱硬化性樹脂でも良いし、熱可塑性樹脂でも良い。更に、第１樹脂層３０は、粒状のアルミナ等から成るフィラーが充填された樹脂材料から構成されても良い。この様にすることで、第１樹脂層３０の熱伝導性が向上される。

再配線４８は、第１樹脂層３０の上面に形成される。再配線４８は、メッキ用金属層とメッキ層とを積層させて構成されている。具体的には、メッキ用金属層は、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層から成る高融点金属膜に、Ｃｕ層またはニッケル（Ｎｉ）層が積層して構成されており、メッキ層を形成する際の種として用いられる。また、メッキ層としては、電解メッキ法により形成されるＣｕメッキ層が採用され、このＣｕメッキ層の厚みは例えば５μｍ以上１０μｍ以下（一例として１０μｍ）である。このように、再配線４８の大部分は電解メッキにより形成される銅から成るので、再配線４８の上面および側面の殆どは銅が露出する主面となる。再配線４８の上面および側面は、例えばポリイミドから成る第２樹脂層３２により被覆される。

第２樹脂層３２は、第１樹脂層３０の上面、再配線４８の上面および側面を被覆している。第２樹脂層３２の材料および厚さは、第１樹脂層３０と同様で良く、ＰＢＯ膜またはポリイミド樹脂膜から構成されている。また、第２樹脂層３２を部分的に除去することにより開口部１３が形成されており、パッド部４４の露出領域４４Ａの上面はこの開口部１３から露出している。

図１（Ｃ）を参照して、再配線４８は、外部端子４６が付着されるパッド部４４と、半導体基板１２側のパッド電極４２とパッド部４４とを接続するように一体に延在する配線部１９とから構成される。

パッド部４４は平面視で円形を呈しており、パッド部４４の中央部に配置された露出領域４４Ａと、この露出領域４４Ａを囲む周縁部から成る被覆領域４４Ｂとから構成されている。

露出領域４４Ａは、図１（Ｂ）に示した開口部１３から露出する部位であり、上面には半田から成る外部端子４６が溶着される。円形を呈する露出領域４４Ａの直径Ｌ２は例えば２５０μｍ以上２７０μｍ以下である。

被覆領域４４Ｂは、パッド部４４の周縁部でありリング状に構成される。図１（Ｂ）に示すように、被覆領域４４Ｂの上面および側面は第２樹脂層３２により被覆される。換言すると、露出領域４４Ａは、第２樹脂層３２により被覆される被覆領域４４Ｂにより囲まれている。本形態では、外部から進入する水分によるショートを抑制するために、被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は背景技術よりも長く設定されている。具体的には、被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は例えば１０μｍ以上であり、特に好ましくは２０μｍ以上である。この様にすることで、ショートを抑制する効果がありこの事項は図２を参照して詳述する。

配線部１９は、パッド部４４とパッド電極４２とを電気的に接続するように、パッド部４４と一体的にパッド電極４２に到るまで形成されている。ここでは、パッド電極４２側からパッド部４４に向かって徐々に幅が広くなる様に配線部１９は形成されている。

図２の断面図を参照して、被覆領域４４Ｂの幅を長くすることにより、上記したショートが抑制される事項を詳述する。この図では、外部から半導体装置の内部へと進む水分の進行方向を矢印にて示している。

先ず、外部から侵入した水分により再配線４８同士がショートするメカニズムは次の通りである。開口部１３から侵入する水分は、開口部１３の端部であるＰ１を経由して、再配線４８の上面と第２樹脂層３２との界面を伝って装置内部（紙面上にて右側）に到達する。そして、再配線４８の端部Ｐ２まで進行した水分は、その後に、再配線４８の側面と第２樹脂層３２との境界を経由して再配線４８の側面下端（Ｐ３）まで到達する。また、Ｐ３は第２樹脂層３２と第１樹脂層３０との境界面でもあるので、Ｐ３に到達した水分は両樹脂層の境界に沿ってその後進行する。この様になると、第１樹脂層３０と第２樹脂層３２との境界面に沿って進行した水分により、隣接する再配線４８どうしがショートしてしまう。更に、上記した水分の進入に伴い、再配線４８が腐食することで酸化銅が生成され、このことにより第２樹脂層３２と再配線４８との剥離が進行する。更には、第１樹脂層３０と第２樹脂層３２との境界にも酸化銅が侵入してしまい、この酸化銅を介して再配線４８どうしがショートする恐れもある。

本形態では、上記したショートを抑制するために、パッド部４４の周囲に被覆領域４４Ｂを設け、この被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１を１０μｍ以上としている。上記した背景技術では、図１２（Ｂ）を参照すると、第２樹脂層１１２で覆われるパッド１１４の幅は、半導体製造の誤差分（例えば５μｍ程度）であった。しかしながら、本形態では、第２樹脂層３２により被覆される被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１を、背景技術の倍以上としている。この様にすることで、開口部１３の端部Ｐ１から再配線４８の端部Ｐ２までの距離が長くなる。従って、Ｐ１からＰ２までの距離を長くすることにより、結果的にＰ１とＰ３との距離も長くなるので、進入した水分がＰ３まで到達し難くなり、再配線４８間のショートが抑制される。

本形態の効果を検証するために、上記したＬ１がそれぞれ１０μｍおよび２０μｍである２つの半導体装置に対して、ＰＣＴ試験を行った。ここで、ＰＣＴ試験（プレッシャークッカーテスト）とは半導体装置の耐湿性を評価するために開発された試験である。具体的には、上記した２つの構造の半導体装置をそれぞれ３０個ずつ用意し、これらの半導体装置に対して、温度が１３０℃、湿度が８５％の処理を２００時間連続して行い。その後、不良となった半導体装置の個数をカウントした。

この試験の結果、Ｌ１が１０μｍである半導体装置に関しては、用意された３０個の中で１１個に不良が発生した。一方、Ｌ１が２０μｍである半導体装置に関しては、３０個の中で３個に不良が発生した。このことから、被覆領域４４Ｂの長さＬ１は２０μｍ以上が特に好適であることが判明した。また、Ｌ１の値が背景技術の様に数μｍの半導体装置に対してＰＣＴ試験を行うと、殆どの半導体装置が不良となることが予測される。

図３の各断面図を参照して、次に、上記したショートを抑制する他の構成を説明する。これらの図に示す各半導体装置の構成は図１に示したものと基本的には同様であるので、相違点を中心に説明する。

図３（Ａ）を参照して、ここでは、再配線４８を構成するＣｕ膜４８Ａの表面（上面および側面）を、酸化防止膜４８Ｂにより被覆している。換言すると、再配線４８の大部分を構成するＣｕ膜４８Ａが酸化防止膜４８Ｂにより包み込まれた構成が実現される。酸化防止膜４８Ｂとしては、Ｃｕ（銅）よりも耐酸化性に優れる金属が採用され、例えば金、パラジューム、ニッケルまたはこれらの積層体が採用される。酸化防止膜４８Ｂの一例としては、厚みが３．０μｍのニッケル、厚みが０．２μｍのパラジュームおよび厚みが０．２μｍの金がこの順番で積層された積層体から成る。また、ここでは、第２樹脂層３２と再配線４８との境界面は、第２樹脂層３２と酸化防止膜４８Ｂとが接する境界となる。

この様に、再配線４８の表面に酸化防止膜４８Ｂを設けることにより、侵入した水分による再配線４８の酸化が防止される。具体的には、Ｐ１から第２樹脂層３２と再配線４８との境界に侵入した水分は、再配線４８を構成するＣｕ膜４８Ａには接触せず、再配線４８の上面を構成する酸化防止膜４８Ｂに接触する。上記したように、酸化防止膜４８Ｂは酸化し難い材料である金やパラジュームから成るので、酸化防止膜４８Ｂは水に接触しても殆ど酸化しない。再配線４８が酸化すると第２樹脂層３２と再配線４８との剥離が発生するが、酸化防止膜４８Ｂを採用することにより酸化に伴う剥離が防止されている。ここで、パッド部の被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は必ずしも１０μｍ以上に設定される必要はないが、Ｌ１を１０μｍ以上にすることで外部から侵入する水分に対する耐性を向上させることができる。

図３（Ｂ）を参照して、ここでは、パッド部４４の露出領域４４Ａおよびその周囲の第２樹脂層３２が被覆されるように金属膜４０が形成されている。具体的には、露出領域４４Ａ、開口部１３に面する第２樹脂層３２の側面および開口部１３を囲む第２樹脂層３２の上面を被覆するように、一体の金属膜４０が形成される。金属膜４０としては、銅、金またはパラジュームあるいはこれらの積層体から成る。一例として、金属膜４０がスパッタ膜により形成される場合、厚みが０．２μｍ程度のニッケル、チタン、クロムまたは銅から金属膜４０が構成される。また、銅メッキ膜から金属膜４０が構成される場合、金属膜４０の厚さは５μｍ以上となる。更に、金属膜４０の上面は鍔状（リング状）に金属膜４０により被覆され、この部分の幅Ｌ３は例えば５μｍ以上である。

上記のように金属膜４０を設けることにより、水分が進入する経路が長くなり再配線４８間のショートが抑制される。具体的には、外部から内部（両樹脂層の界面Ｐ３）に進入する水分の経路は、金属膜４０の端部と第２樹脂層３２との界面Ｐ４→Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３となる。即ち、金属膜４０を設けることにより、外部からの水分の経路には、第２樹脂層３２と金属膜４０との界面が追加される。従って、水分が通過する経路が長くなる分、水分が外部からＰ３まで到達し難くなり、ショートが防止される。ここでも、パッド部の被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は必ずしも１０μｍ以上に設定される必要はないが、Ｌ１を１０μｍ以上にすることで外部から侵入する水分に対する耐性が向上する。

図３（Ｃ）に示す構成は、図３（Ａ）に示した酸化防止膜４８Ｂと、図３（Ｂ）に示した金属膜４０とを組みあわせたものである。ここでは、金属膜４０を形成することでＰ３までの経路が長くされており、更に、酸化防止膜４８Ｂを設けることで進入した水分による再配線４８の酸化を防止している。ここでも、被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は１０μｍ以上でもそれ以下でも良い。

図４を参照して、次に、半導体基板１２の上面に形成される配線層１５の具体的な構成を説明する。ここでは、絶縁層を介して３層の配線層か積層されている。具体的には、半導体基板１２の上面には、下層から、酸化膜１６、第１配線層１８、第１絶縁層２０、第２配線層２２、第２絶縁層２４、第３配線層２６および第３絶縁層２８が積層されている。

酸化膜１６は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により半導体基板１２上に形成される。そして、酸化膜１６には、フォトリソグラフィ技術を用い、ＣＨＦ_３またはＣＦ_４系のガスを用いたドライエッチングにより、コンタクトホールが形成される。そして、このコンタクトホールにはタングステン（Ｗ）がＣＶＤ法により埋設される。

酸化膜１６の上面には、コンタクトホールを経由して拡散領域と接続された第１配線層１８が形成される。第１配線層１８は、例えば、バリアメタル膜、金属膜および反射防止膜がこの順番で積層して成る。ここで、バリアメタル膜は、チタン（Ｔｉ）やチタンナイトライド（ＴｉＮ）等の高融点金属から成る。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）膜やアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）膜、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）膜等から選択されて成るアルミニウム（Ａｌ）を主体とする合金膜から成る。反射防止膜は、ＴｉＮ、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の高融点金属から成る。

上記した酸化膜１６および第１配線層１８が被覆されるように、第１絶縁層２０が形成される。この第１絶縁層２０は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｓｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜およびＴＥＯＳ膜を順次積層されて構成されている。この様に、複数層の膜で第１絶縁層２０を構成することにより、第１絶縁層２０の上面の平坦性が向上される。また、第１絶縁層２０の所望の箇所を部分的に貫通させることで、第１配線層１８と第２配線層２２とを接続させるコンタクトホールが形成される。

第１絶縁層２０の上面に第２配線層２２が形成される。第２配線層２２は、第１配線層１８と同様に、バリアメタル膜、金属膜、反射防止膜の積層体により成る。そして、第２配線層２２は、所定箇所にて第１絶縁層２０を貫通して下層の第１配線層１８と電気的に接続される。

第２配線層２２および第１絶縁層２０の上面が被覆されるように、第２絶縁層２４が形成される。第２絶縁層２４の構成は、上記した第１絶縁層２０と同様で良く、例えば、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜およびＴＥＯＳ膜をこの順番で積層して形成される。

第２絶縁層２４の上面には第３配線層２６が形成される。第３配線層２６は、上記した第１配線層１８と同様に、バリアメタル膜、金属膜、反射防止膜の積層体である。また、第３配線層２６の一部から図１（Ｂ）に示すパッド電極４２が形成される。更に、所定箇所の第２絶縁層２４を貫通して、第２配線層２２と第３配線層２６が電気的に接続される。

第２絶縁層２４および第３配線層２６を被覆するように、第３絶縁層２８が形成される。第３絶縁層２８は、第２絶縁層２４および第３配線層２６を被覆するＴＥＯＳ膜およびこのＴＥＯＳ膜の上面を被覆するシリコン窒化（ＳｉＮ）膜から構成される。ＳｉＮ膜は、耐湿性に優れ、下層の層間絶縁層への水分の浸入を防止し、配線層の腐食を防止する。そして、ＴＥＯＳ膜及びＳｉＮ膜によりジャケットコート膜が形成される。

また、パッド電極４２と成る第３配線層２６の上面は、部分的に第３絶縁層２８を除去することにより設けられた開口部３６から露出して、再配線４８と接続される。

また、第３絶縁層２８の上面には、第１樹脂層３０、再配線４８および第２樹脂層３２が順次積層されている。

図５から図１１を参照して、上記した半導体装置の製造方法を説明する。

図５を参照して、先ず、前工程を経て多数の素子形成領域１４が設けられた半導体ウェハ５０を用意する。図５（Ａ）は半導体ウェハ５０を全体的に示す平面図であり、図５（Ｂ）は素子形成領域１４を拡大して示す平面図である。

図５（Ａ）を参照して、半導体ウェハ５０には、複数の素子形成領域１４がマトリックス状に配置される。そして、個々の素子形成領域１４は、半導体ウェハ５０に格子状に規定されたスクライブライン５２により囲まれている。

図５（Ｂ）を参照して、マトリックス状に配置された各素子形成領域１４の間にはスクライブの為のマージン領域であるスクライブ領域３４が設けられている。この図では、スクライブ領域３４をドットのハッチングにて示している。

一点鎖線で示されるスクライブライン５２は、半導体ウェハ５０を分割する際の基準となるスクライブセンターを示しており、このスクライブライン５２にて囲まれる領域が１つの半導体装置となる。そして、この囲まれる領域は、中央部付近に矩形に形成された素子形成領域１４と、この素子形成領域１４を囲むスクライブ領域３４とを含む。

次に、図６の各断面図を参照して、半導体基板１２の上面に各配線層および絶縁層を設ける工程を説明する。

図６（Ａ）を参照して、半導体ウェハである半導体基板１２を準備し、半導体基板１２上に酸化膜１６を形成する。酸化膜１６は、例えば、熱酸化膜法により形成され、酸化性雰囲気下において７００〜１２００（℃）に加熱することで形成される。尚、酸化膜１６としては、熱酸化膜法により形成したシリコン酸化膜上に、例えば、ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜を堆積する場合でも良い。また、半導体基板１２としては、単結晶基板でなるもの、単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されるものが考えられる。半導体基板１２の材料としては、シリコンまたは化合物半導体が採用される。ここで、半導体基板１２の上面付近には、拡散領域により半導体素子が形成される。

次に、酸化膜１６にフォトリソグラフィ技術を用い、ＣＨＦ_３またはＣＦ_４系のガスを用いたドライエッチングにより、コンタクトホールを形成する。そして、このコンタクトホールをＷにより埋設する。

次に、酸化膜１６の上面に第１配線層１８を形成する。具体的には、先ず、酸化膜１６の上面に、スパッタリング法により、バリアメタル膜としてＴｉやＴｉＮ等の高融点金属を堆積する。更に、このバリアメタル膜の上面に、スパッタリング法により、金属膜としてＡｌ膜またはＡｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜、Ａｌ−Ｃｕ膜等から選択されて成るＡｌ合金膜を堆積する。更に、この金属膜の上面に、スパッタリング法で反射防止膜として、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の高融点金属を堆積する。その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い、前述したバリアメタル膜、金属膜及び反射防止膜を選択的に除去し、第１配線層１８を形成する。

次に、第１配線層１８上を含む、酸化膜１６上に第１絶縁層２０を形成する。第１絶縁層２０は、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜およびＴＥＯＳ膜の順序で積層して形成される。ここで、ＴＥＯＳ膜は、例えば、ＣＶＤ法により４００（℃）程度に加熱された状態にて成膜される。また、ＳＯＧ膜は、回転塗布法により、下層のＴＥＯＳ膜上に塗布された後、１５０〜２００（℃）で乾燥を行い、４００（℃）で焼成される。

次に、第１絶縁層２０にフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、ＣＨＦ_３またはＣＦ_４系のガスを用いたドライエッチングによりコンタクトホール（不図示）を形成する。このコンタクトホールは、第１配線層１８と形成予定の第２配線層２２とを電気的に接続するために用いられる。

図６（Ｂ）を参照して、次に、第１絶縁層２０の上面に第２配線層２２を形成する。第２配線層２２の形成方法は上記した第１配線層１８と同様である。即ち、第２配線層２２は、スパッタリング法により、バリアメタル膜、金属膜および反射防止膜を積層させてエッチングすることにより形成される。このとき、第１絶縁層２０を部分的に除去して設けられたコンタクトホールにも第２配線層２２が形成される。

次に、第１絶縁層２０の上面および第２配線層２２が被覆されるように、第２絶縁層２４を形成する。第２絶縁層２４の形成方法は上記した第１絶縁層２０と同様である。即ち、第１絶縁層２０の上面に、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜およびＴＥＯＳ膜をこの順序で積層することで第２絶縁層２４が形成される。更に、第１絶縁層２０の場合と同様に、第２絶縁層２４を貫通するコンタクトホール（不図示）を形成する。

図６（Ｃ）を参照して、次に、第２絶縁層２４の上面に第３配線層２６を形成する。第３配線層２６の形成方法は上記した第１配線層１８および第２配線層２２と同様である。即ち、第２絶縁層２４の上面に、スパッタリング法でバリアメタル膜、金属膜および反射防止膜を順次積層させてエッチングすることにより、第３配線層２６が形成される。尚、第３配線層２６の一部分をパッド状にすることでパッド電極４２が形成される。

次に、第２絶縁層２４の上面および第３配線層２６が被覆されるように第３絶縁層２８を形成する。最上層に形成される第３絶縁層２８は、ジャケットコート膜やパッシベーション膜と称される。第３絶縁層２８は、ＴＥＯＳ膜を第２絶縁層２４の上面に形成した後に、このＴＥＯＳ膜の上面をＳｉＮ膜で被覆することにより形成される。ここで、ＴＥＯＳ膜は、ＣＶＤ法により４００（℃）程度に加熱された状態にて成膜される。また、ＳｉＮ膜は、プラズマＣＶＤ法により４００（℃）程度に加熱された状態にて成膜される。

更に、第３絶縁層２８を部分的に除去して開口部３６を設け、第３配線層２６の一部から成るパッド電極４２の上面を開口部３６から露出させる。第３絶縁層２８の部分的な除去は、ＣＨＦ_３またはＣＦ_４系のガスを用いたドライエッチングにより行われる。

図７を参照して、次に、半導体基板１２上に第１樹脂層３０を設け、この第１樹脂層３０の上面に再配線４８を形成する。

図７（Ａ）を参照して、半導体基板１２上に形成された絶縁膜１７の上面に第１樹脂層３０を形成する。ここで、この図に示す絶縁膜１７は、図６（Ｃ）に示す第３絶縁層２８に対応している。第１樹脂層３０としては熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の両方が採用可能であり、具体的には、回転塗布法により形成されるＰＢＯ膜またはポリイミド樹脂膜等が用いられる。更にまた、第１樹脂層３０としては、これらの樹脂材料に、粒状のアルミナ等のフィラーが充填されたものが採用されても良い。ここで、形成される第１樹脂層３０の厚みは例えば１０μｍ程度である。

図７（Ｂ）を参照して、パッド電極４２を被覆している部分の第１樹脂層３０を除去することで、パッド電極４２の上面を第１樹脂層３０の開口部から露出させる。

図７（Ｃ）を参照して、次に、第１樹脂層３０の上面に再配線４８を形成する。再配線４８の具体的な製造方法は、第１樹脂層３０の上面にメッキ用金属層を形成した後に、このメッキ用金属層にＣｕメッキ層を成膜することにより形成される。ここで、メッキ用金属層は、クロム（Ｃｒ）層、Ｔｉ層またはＴｉＷ層から成る高融点金属膜に、Ｃｕ層またはニッケル（Ｎｉ）層が積層して構成される。これらのメッキ用金属層はスパッタリングにより形成される。そして、Ｃｕメッキ層は、電解メッキ法によりメッキ用金属層の表面に成膜される銅から成る。また、再配線４８は、第１樹脂層３０の上面に加えて、パッド電極４２の上面にも形成される。

図７（Ｄ）の平面図を参照して、再配線４８は、円形に形成されるパッド部４４と、このパッド部４４とパッド電極４２とを接続するように一体に形成される配線部１９とから構成される。

図８から図１１を参照して、再配線４８の上面を第２樹脂層３２により被覆する。本工程は、製造される半導体装置の構造により異なる。図２、図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示される半導体装置の製造方法を、それぞれ図８、図９、図１０および図１１を参照して以下に説明する。

図８を参照して、図２に示される半導体装置を製造するための本工程を説明する。即ち、本工程では、パッド部４４の周縁部に所定以上の幅の被覆領域４４Ｂを形成する。

図８（Ａ）を参照して、先ず、第１樹脂層３０の上面および再配線４８を第２樹脂層３２により被覆する。第２樹脂層３２の材料および厚さは上記した第１樹脂層３０と同様でよく、回転塗布法により形成されるＰＢＯ膜またはポリイミド樹脂膜等が用いられる。

図８（Ｂ）および図８（Ｃ）を参照して、次に、第２樹脂層３２を部分的に除去することにより開口部１３を設け、この開口部１３からパッド部４４の上面を部分的に露出させる。

本工程では、パッド部４４の中心部付近である露出領域４４Ａのみが露出するように開口部１３が形成される。そして、パッド部４４の周縁部付近の被覆領域４４Ｂの上面は第２樹脂層３２により被覆された状態となる。また、被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は１０μｍ以上（特に好ましくは２０μｍ以上）とされる。この様にすることで、外部から進入した水分が第１樹脂層３０と第２樹脂層３２との界面に到達することが抑制され、再配線４８同士のショートが防止される。

図９を参照して、図３（Ａ）に示される再配線を形成する構造を説明する。即ち、本工程では、再配線４８の酸化を防止するための酸化防止膜４８Ｂが設けられている。

図９（Ａ）を参照して、先ず、Ｃｕ膜４８Ａの側面および上面を酸化防止膜４８Ｂにより被覆する。酸化防止膜４８Ｂは、電解メッキ法等によりＣｕ膜４８Ａの表面に成膜される。酸化防止膜４８Ｂを構成する金属としては、Ｃｕ膜４８Ａを構成する銅よりも耐酸化性に優れる金属が採用される。具体的には、金、パラジューム、ニッケルまたはこれらの積層体が、酸化防止膜４８Ｂとして採用される。

図９（Ｂ）を参照して、次に、再配線４８および第１樹脂層３０の上面を第２樹脂層３２により被覆する。第２樹脂層３２の形成方法は図８（Ａ）を参照して説明した通りである。ここでは、再配線４８の最外層である酸化防止膜４８Ｂの上面および側面が、第２樹脂層３２により被覆される。

図９（Ｃ）を参照して、次に、第２樹脂層３２を部分的に除去することにより開口部１３を設け、この開口部１３からパッド部４４を部分的に露出させる。この様にすることで、パッド部４４の大部分は露出領域４４Ａとして開口部１３から外部に露出し、パッド部４４の周縁部は第２樹脂層３２により被覆される被覆領域４４Ｂとなる。被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は、上記したように１０μｍ以上でも良いしそれ以下でも良い。

ここでは、露出領域４４Ａでは、再配線４８の酸化防止膜４８Ｂが開口部１３から外部に露出している。また、被覆領域４４Ｂでは、酸化防止膜４８Ｂが第２樹脂層３２により被覆されている。

図１０を参照して、図３（Ｂ）に示される金属膜を形成する方法を説明する。

図１０（Ａ）を参照して、先ず、第１樹脂層３０の上面および再配線４８が被覆されるように第２樹脂層３２を形成する。

図１０（Ｂ）を参照して、次に、第２樹脂層３２を部分的に除去することにより開口部１３を設ける。このことにより、パッド部４４の露出領域４４Ａは開口部１３から外部に露出し、パッド部４４の周囲の被覆領域４４Ｂは第２樹脂層３２に被覆された状態となる。ここで、被覆領域４４Ｂの幅Ｌ１は１０μｍ以上でも良いしそれ未満でも良い。

図１０（Ｃ）を参照して、次に、開口部１３およびその周囲の第２樹脂層３２の上面が被覆されるように、金属膜４０を形成する。具体的には、開口部１３から露出するパッド部４４（露出領域４４Ａ）の上面、開口部１３に面する第２樹脂層３２の側面および開口部１３を囲む第２樹脂層３２の上面に、金属膜４０が形成される。

ここで、金属膜４０の形成方法は、再配線４８と同様でよい。即ち、ＣｒやＴｉから成るメッキ層金属層に、Ｃｕから成るメッキ層を積層した後に、選択的エッチングを行うことで金属膜４０が形成される。ここでは、開口部１３の側面が傾斜面であることにより、スパッタリング等の成膜方法でこの側面に容易に金属膜４０を成膜できる。

図１１を参照して、図３（Ｃ）に示す再配線４８および金属膜４０を形成する方法を説明する。

図１１（Ａ）を参照して、先ず、Ｃｕ膜４８Ａおよび酸化防止膜４８Ｂから成る再配線４８を第１樹脂層３０の上面に形成し、この再配線４８および第１樹脂層３０の上面を第２樹脂層３２により被覆する。

図１１（Ｂ）を参照して、次に、第２樹脂層３２を部分的に除去することで開口部１３を設け、この開口部１３の底面にパッド部４４の上面（露出領域４４Ａ）を露出させる。

図１１（Ｃ）を参照して、次に、開口部１３およびその周囲に金属膜４０を形成する。具体的には、開口部１３に露出するパッド部４４の上面、開口部１３に面する第２樹脂層３２の側面および開口部１３を囲む第２樹脂層３２の上面に、連続する金属膜４０を形成する。

以上の工程により、外部からの水分の進入を抑制するための各構造（図２から図３（Ｃ）参照）が実現される。

上記工程が終了した後は、図１１（Ｃ）を参照して、開口部１３から露出するパッド部４４（ここでは金属膜４０）に、粉末状の半田とフラックスとの混合物である半田クリームを塗布した後に、半田クリームを溶融させることで外部端子４６（図１（Ａ）参照）が形成される。

次に、図５（Ａ）に示す半導体ウェハ５０をバックグラインドして半導体基板を所定の厚みにする。更に、半導体基板にレーザーマーキングを行った後に、半導体ウェハ５０をスクライブライン５２（図５（Ａ）参照）に沿って切断することにより小片化し、ＷＬＰである半導体装置を得る。更には、電気特性を測定した後に外観検査を行って、図１（Ａ）に構造を示す半導体装置１０が製造される。

１０ 半導体装置
１２ 半導体基板
１３ 開口部
１４ 素子形成領域
１５ 配線層
１６ 酸化膜
１７ 絶縁膜
１８ 第１配線層
１９ 配線部
２０ 第１絶縁層
２２ 第２配線層
２４ 第２絶縁層
２６ 第３配線層
２８ 第３絶縁層
３０ 第１樹脂層
３２ 第２樹脂層
３４ スクライブ領域
３６ 開口部
４０ 金属膜
４２ パッド電極
４４ パッド部
４４Ａ 露出領域
４４Ｂ 被覆領域
４６ 外部端子
４８ 再配線
５０ 半導体ウェハ
５２ スクライブライン

Claims (6)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された第１樹脂層と、
   前記第１樹脂層の上面に形成されて一部がパッド部を構成する再配線と、
   前記再配線および前記第１樹脂層の上面を被覆すると共に、前記パッド部の少なくとも一部が露出するように開口部が設けられた第２樹脂層と、を備え、
   前記再配線の前記パッド部は、前記第２樹脂層に設けられた前記開口部から上面が露出する露出領域と、前記露出領域を囲むように設けられて前記第２樹脂層により被覆される被覆領域とを含み、
   前記パッド部の前記被覆領域の幅を１０μｍ以上とすることを特徴とする半導体装置。
2. 前記被覆領域の幅を２０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 銅から成る前記再配線の上面および側面を酸化防止膜により被覆することを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
4. 前記酸化防止膜は、金またはパラジュームから成ることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記露出領域の上面および前記開口部の側面を、一体的に形成された金属膜により被覆することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体装置。
6. 前記金属膜は、前記開口部を囲む前記第２樹脂膜の上面まで連続して一体的に形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
   
   
   

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