JP2011091432A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＳＰと呼ばれる半導体装置において、配線相互間のエレクトロマイグレーションに起因するショートを防止する手段を提供する。
【解決手段】配線８の接続パッド部上面には柱状電極１１が設けられている。配線８の表面および柱状電極１１の外周面は、ポリイミド系樹脂、ＰＢＯ系樹脂等からなるエレクトロマイグレーション防止膜１２によって覆われている。これにより、配線８相互間のエレクトロマイグレーションに起因するショートを防止することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置には、ＣＳＰ（chip size package）と呼ばれるものがある。この半導体装置は、上面に複数の接続パッドが設けられた半導体基板を備えている。半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面には配線が接続パッドに接続されて設けられている。配線の接続パッド部上面には柱状電極が設けられている。配線を含む絶縁膜の上面には封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられている。柱状電極の上面には半田ボールが設けられている。

特開２００４−２０７３０６号公報

ところで、上記従来の半導体装置では、配線を直接覆う封止膜をエポキシ系樹脂によって形成しているので、エレクトロマイグレーションの発生により、配線中の金属（銅）イオンが封止膜中に拡散し、配線相互間でショートが発生する要因の一つになるという問題があった。

また、封止膜の材料として、エポキシ系樹脂中にシリカ等からなるフィラーを混入したものを用いることがある。このような半導体装置では、配線がフィラーによる機械的ダメージを受けることがあるため、当該機械的ダメージによる配線の断線を防止するには、配線の微細化に限界があるという問題があった。

そこで、この発明は、配線相互間のエレクトロマイグレーションに起因するショートを防止することができ、且つ、封止膜の材料としてフィラー入りの樹脂を用いても、配線がフィラーによる機械的ダメージを受けにくいようにすることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る発明の製造方法は、半導体基板上に複数の配線を形成する工程と、前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、前記配線の表面、前記柱状電極の表面および前記半導体基板上にエレクトロマイグレーション防止膜を形成する工程と、前記エレクトロマイグレーション防止膜上に封止膜を形成する工程と、前記柱状電極の上面に形成された前記エレクトロマイグレーション防止膜を含む前記封止膜の上面側を研削して前記柱状電極の上面を露出させる工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明に係る発明の製造方法は、半導体基板上に複数の配線を形成する工程と、前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、前記配線の表面、前記柱状電極の表面および前記半導体基板上にエレクトロマイグレーション防止膜を形成する工程と、前記柱状電極の上部表面に形成された前記エレクトロマイグレーション防止膜を除去する工程と、前記エレクトロマイグレーション防止膜および前記柱状電極上に封止膜を形成する工程と、前記封止膜の上面側を研削して前記柱状電極の上面を露出させる工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係る発明の製造方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記配線は銅を含む金属によって形成し、前記柱状電極は銅によって形成することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係る発明の製造方法は、請求項３に記載の発明において、前記エレクトロマイグレーション防止膜はポリイミド系樹脂またはＰＢＯ系樹脂によって形成することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係る発明の製造方法は、請求項３に記載の発明において、前記封止膜はフィラー入りのエポキシ系樹脂によって形成することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係る発明の製造方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程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、少なくとも配線の表面にエレクトロマイグレーション防止膜をもうけているので、配線相互間のエレクトロマイグレーションに起因するショートを防止することができる。また、エレクトロマイグレーション防止膜が保護膜として機能することにより、封止膜の材料としてフィラー入りの樹脂を用いても、配線がフィラーによる機械的ダメージを受けにくいようにすることができる。

この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。 図１に示す半導体装置の製造方法の一例において、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。 この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。 図１１に示す半導体装置の製造方法の一例において、所定の工程の断面図。 図１２に続く工程の断面図。

（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、ＣＳＰと呼ばれるもので、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や窒化シリコン等の無機材料からなる絶縁膜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、ＰＢＯ（Poly Benzo Oxysazole）系樹脂等の有機樹脂からなる保護膜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の周辺部には凹部７が設けられている。

保護膜５の上面には配線８が設けられている。配線８は、保護膜５の上面に設けられた銅等からなる下地金属層９と、下地金属層９の上面に設けられた銅からなる上部金属層１０との２層構造となっている。配線８の一端部は、絶縁膜３および保護膜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１１が設けられている。

配線８の表面、柱状電極１１の外周面および保護膜５の上面にはポリイミド系樹脂、ＰＢＯ系樹脂等からなるエレクトロマイグレーション防止膜１２が設けられている。保護膜５の凹部７に対応する部分におけるエレクトロマイグレーション防止膜１２の周辺部には凹部１３が設けられている。

保護膜５およびエレクトロマイグレーション防止膜１２の凹部７、１３を介した露出された絶縁膜３の上面およびエレクトロマイグレーション防止膜１２の上面にはシリカ等からなるフィラー入りのエポキシ系樹脂からなる封止膜１４がその上面が柱状電極１１の上面と面一となるように設けられている。柱状電極１１の上面には半田ボール１５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（以下、半導体ウエハ２１という）の上面にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２、酸化シリコンや窒化シリコン等からなる絶縁膜３およびポリイミド系樹脂、ＰＢＯ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および保護膜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、半導体ウエハ２１の上面において各半導体装置が形成される領域には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部分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２２で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。そして、ダイシングライン２２およびその両側に対応する部分における保護膜５には凹部７が形成されている。

次に、図３に示すように、絶縁膜３および保護膜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９を形成する。この場合、下地金属層９は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。

次に、下地金属層９の上面にメッキレジスト膜２３をパターン形成する。この場合、上部金属層１０形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２３には開口部２４が形成されている。次に、下地金属層９をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２３の開口部２４内の下地金属層９の上面に上部金属層１０を形成する。次に、メッキレジスト膜２３を剥離する。

次に、図４に示すように、上部金属層１０を含む下地金属層９の上面にメッキレジスト膜２５をパターン形成する。この場合、上部金属層１０の接続パッド部つまり柱状電極１１形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２５には開口部２６が形成されている。次に、下地金属層９をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の上部金属層１０の接続パッド部上面に柱状電極１１を形成する。

次に、メッキレジスト膜２５を剥離し、次いで、上部金属層１０をマスクとして上部金属層１０下以外の領域における下地金属層９をエッチングして除去すると、図５に示すように、上部金属層１０下にのみ下地金属層９が残存される。この状態では、下地金属層９およびその上面に形成された上部金属層１０により、配線８が形成されている。

次に、図６に示すように、配線８の表面、柱状電極１１の外周面および保護膜５の上面に、スピンコート法等により、ポリイミド系樹脂、ＰＢＯ系樹脂等からなるエレクトロマイグレーション防止膜１２を形成する。次に、保護膜５の凹部７に対応する部分におけるエレクトロマイグレーション防止膜１２に、フォトリソグラフィ法により、凹部１３を形成する。

次に、図７に示すように、保護膜５およびエレクトロマイグレーション防止膜１２の凹部７、１３を介した露出された絶縁膜３の上面およびエレクトロマイグレーション防止膜１２の上面に、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、シリカ等からなるフィラー入りのエポキシ系樹脂からなる封止膜１４をその厚さが柱状電極１１の高さ（柱状電極１１の上面に形成されたエレクトロマイグレーション防止膜１２の厚さを含む）よりも厚くなるように形成する。

次に、柱状電極１１の上面に形成されたエレクトロマイグレーション防止膜１２を含む封止膜１４の上面側を適宜に研削して除去することにより、図８に示すように、柱状電極１１の上面およびその外周面に形成されたエレクトロマイグレーション防止膜１２の上面を露出させるとともに、これらの露出面を含む封止膜１４の上面を平坦化する。

次に、図９に示すように、柱状電極１１の上面に半田ボール１５を形成する。次に、図１０に示すように、半導体ウエハ２１、絶縁膜３および封止膜１４をダイシングライン２２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。

このようにして得られた半導体装置では、図１に示すように、配線８の表面および柱状電極１１の外周面をポリイミド系樹脂、ＰＢＯ系樹脂等からなるエレクトロマイグレーション防止膜１２で覆っているので、配線８相互間でエレクトロマイグレーションが発生することがなく、配線８のエレクトロマイグレーションに起因するショートを防止することができる。

また、図１に示す半導体装置では、配線８の表面をポリイミド系樹脂、ＰＢＯ系樹脂等からなるエレクトロマイグレーション防止膜１２で覆っているので、エレクトロマイグレーション防止膜１２が保護膜として機能することにより、封止膜１４の材料としてシリカ等からなるフィラー入りのエポキシ系樹脂を用いても、配線８がフィラーによる機械的ダメージを受けにくいようにすることができる。

ところで、図１に示す半導体装置では、柱状電極１１の外周面全体をエレクトロマイグレーション防止膜１２で覆い、柱状電極１１の上面に半田ボール１５を設けているので、柱状電極１１の外周面を覆っているエレクトロマイグレーション防止膜１２の上面が露出されている。この場合、エレクトロマイグレーション防止膜１２をポリイミド系樹脂またはＰＢＯ系樹脂によって形成すると、これらの樹脂が吸湿性を有するため、耐湿信頼性が低下してしまう。そこで、次に、耐湿信頼性を向上することができるこの発明の第２実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図１１はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、柱状電極１１の下部外周面をエレクトロマイグレーション防止膜１２で覆い、柱状電極１１の上部外周面を封止膜１４で覆った点である。

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。この場合、図６に示す工程後に、図１２に示すように、絶縁膜５およびエレクトロマイグレーション防止膜１２の凹部７、１３を介して露出された絶縁膜３の上面および柱状電極１１の外周面に形成されたエレクトロマイグレーション防止膜１２を除くエレクトロマイグレーション防止膜１２の上面に、スピンコート法等により、レジスト膜４１を形成する。この場合、柱状電極１１の周囲におけるエレクトロマイグレーション防止膜１２の上面に形成されたレジスト膜４１の厚さは柱状電極１１の高さのほぼ半分となっている。

次に、レジスト膜４１の上面よりも上側に突出された柱状電極１１の上部外周面に形成されたエレクトロマイグレーション防止膜１２をエッチングして除去すると、図１３に示すように、レジスト膜４１の上面よりも上側に突出された柱状電極１１の上部外周面が露出される。以下、上記第１実施形態における製造方法と同様に、封止膜形成工程、半田ボール形成工程およびダイシング工程を経ると、図１１に示すように、柱状電極１１の上部外周面が封止膜１４で覆われた構造の半導体装置が複数個得られる。

このようにして得られた半導体装置では、図１１に示すように、柱状電極１１の上部外周面を水分を通さないエポキシ系樹脂からなる封止膜１４で覆っているので、耐湿信頼性を向上することができる。なお、封止膜１４をシリカ等からなるフィラー入りのエポキシ系樹脂によって形成しても、同様に、耐湿信頼性を向上することができる。

１ シリコン基板
２ 接続パッド
３ 絶縁膜
５ 保護膜
８ 配線
１１ 柱状電極
１２ エレクトロマイグレーション防止膜
１４ 封止膜
１５ 半田ボール

Claims (6)

1. 半導体基板上に複数の配線を形成する工程と、
   前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、
   前記配線の表面、前記柱状電極の表面および前記半導体基板上にエレクトロマイグレーション防止膜を形成する工程と、
   前記エレクトロマイグレーション防止膜上に封止膜を形成する工程と、
   前記柱状電極の上面に形成された前記エレクトロマイグレーション防止膜を含む前記封止膜の上面側を研削して前記柱状電極の上面を露出させる工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 半導体基板上に複数の配線を形成する工程と、
   前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、
   前記配線の表面、前記柱状電極の表面および前記半導体基板上にエレクトロマイグレーション防止膜を形成する工程と、
   前記柱状電極の上部表面に形成された前記エレクトロマイグレーション防止膜を除去する工程と、
   前記エレクトロマイグレーション防止膜および前記柱状電極上に封止膜を形成する工程と、
   前記封止膜の上面側を研削して前記柱状電極の上面を露出させる工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の発明において、前記配線は銅を含む金属によって形成し、前記柱状電極は銅によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３に記載の発明において、前記エレクトロマイグレーション防止膜はポリイミド系樹脂またはＰＢＯ系樹脂によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項３に記載の発明において、前記封止膜はフィラー入りのエポキシ系樹脂によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項１または２に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images