JP2013211427A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁樹脂層の改質領域の深さ方向のばらつきに基づく絶縁信頼性の低下等を抑制することによって、信頼性や生産性等を向上させた半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置は、第１の配線層３を有する半導体基板２に設けられ、第１の配線層３の一部を露出させる開口部６を有する絶縁樹脂層５と、絶縁樹脂層５上に設けられた第２の配線層７とを具備する。第２の配線層７は無電解金属めっき膜からなる。絶縁樹脂層５は第１の樹脂層１０と第２の樹脂層１２との積層膜を備える。無電解金属めっき膜はめっき金属が絶縁樹脂層５内に侵入することにより生じるアンカー層１４を有し、アンカー層１４は第２の樹脂層１１内のみに形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置とその製造方法に関する。

半導体装置の小型化や低コスト化等を実現する上で、ウエハレベルでパッケージ構造を形成した半導体パッケージ（Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ：ＷＣＳＰ）が実用化されている。また、半導体装置の汎用性等を高める上で、半導体チップの表面保護膜（絶縁樹脂層）上に再配線層（Ｒｅ−Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＲＤＬ）を形成することが行われている。ＷＣＳＰやＲＤＬにおいては、配線層の形成コストの低減等を図るために、絶縁樹脂層の表面を改質する前処理と無電解めっきとを組合せて配線層を形成する技術が提案されている。

絶縁樹脂層の表面を改質する前処理には、アルカリ水溶液やプラズマ等による処理が適用されている。絶縁樹脂層の改質部分に触媒金属を選択的に担持させることによって、絶縁樹脂層上に配線層となる無電解金属めっき膜が選択的に形成される。絶縁樹脂層の改質処理（前処理）では、無電解金属めっき膜の選択的な形成性や絶縁樹脂層と無電解金属めっき膜との密着性の向上等に有効であるものの、アルカリ水溶液やプラズマ等を使用することによる不具合の発生も懸念される。例えば、アルカリ水溶液やプラズマ等による改質処理は、絶縁樹脂層の改質領域の深さがばらつきやすく、これにより無電解金属めっき膜の侵入深さにもばらつきが生じやすい。無電解金属めっき膜の深さ方向のばらつきは、絶縁樹脂層の下側に位置する配線層等との間の絶縁信頼性を低下させる要因となる。

特開２００７−０５６３４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、アルカリ水溶液やプラズマ等を使用した改質処理に伴う不具合、例えば絶縁樹脂層の改質領域の深さ方向のばらつき、またそれに基づく無電解金属めっき膜の侵入深さのばらつきに基づく絶縁信頼性の低下等を抑制することによって、信頼性や生産性等を向上させた半導体装置とその製造方法を提供することにある。

実施形態の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に設けられた第１の配線層と、第１の配線層を覆うように形成された第１の樹脂層と、第１の樹脂層上に形成された第２の樹脂層との積層膜を備え、第１の配線層の一部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、第１の配線層の開口部内に露出された部分と電気的に接続させつつ、絶縁樹脂層上に設けられた、無電解金属めっき膜からなる第２の配線層とを具備する。無電解金属めっき膜は、めっき金属が絶縁樹脂層内に侵入することにより生じるアンカー層を有し、アンカー層は前記第２の樹脂層内のみに形成されている。

第１の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程における半導体基板の準備工程から絶縁樹脂層への開口部の形成工程までを示す断面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程における絶縁樹脂層の前処理工程から再配線層の形成工程までを示す断面図である。 図１に示す半導体装置の第１の変形例を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の第２の変形例を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の再配線層上に半田バンプを形成した状態を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の再配線層上に金属ワイヤを接続した状態を示す断面図である。 第２の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図８に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。 第３の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図１０に示す半導体装置の製造工程における絶縁樹脂層の形成工程から第１の金属めっき膜の形成工程までを示す断面図である。 図１０に示す半導体装置の製造工程における絶縁樹脂層の前処理工程から再配線層の形成工程までを示す断面図である。 図１０に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。 図１０に示す半導体装置の再配線層上に半田バンプを形成した状態を示す断面図である。 実施形態の半導体装置を適用したメモリカードの構成例を示す上面透視図である。

以下、実施形態の半導体装置について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による半導体装置を示している。図１に示す半導体装置１は、シリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板２を具備している。半導体基板２は図示を省略した素子領域を有している。半導体基板２の素子領域には、トランジスタ等の素子構造体やＣｕ配線等が形成されている。半導体基板２上には、第１の配線層としてＡｌ配線層３が形成されている。Ａｌ配線層３は素子領域のＣｕ配線と電気的に接続された外部接続端子３ａとＡｌ配線３ｂとを有している。Ａｌ配線３ｂとしては、テストパッド等が挙げられる。

半導体基板２上には、酸化珪素や窒化珪素膜の無機絶縁物からなるパッシベーション膜４が形成されている。パッシベーション膜４は、外部接続端子３ａやＡｌ配線３ｂを露出させるように形成されている。さらに、パッシベーション膜４上には第１の絶縁樹脂層５が形成されている。第１の絶縁樹脂層５は、外部接続端子３ａの表面を露出させる第１の開口部６を有している。第１の絶縁樹脂層５上には、第２の配線層として再配線層７が外部接続端子３ａの第１の開口部６内に露出された部分と電気的に接続するように形成されている。再配線層７は、表面保護膜としての第２の絶縁樹脂層８で覆われている。第２の絶縁樹脂層８は、再配線層７の一部を露出させる第２の開口部９を有している。

再配線層７の形成には、第１の絶縁樹脂層５の表面を改質する前処理と無電解めっきとの組合せが適用される。第１の絶縁樹脂層５および再配線層７の具体的な構成と第１の絶縁樹脂層５の改質処理および無電解めっきの組合せによる再配線層７の形成工程について、図２および図３に示す半導体装置１の製造工程を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、Ａｌ配線層３やパッシベーション膜４を有する半導体基板２を用意する。半導体基板２上にＡｌ配線層３やパッシベーション膜４を覆う第１の絶縁樹脂層５を形成した後（図２（ｂ））、第１の絶縁樹脂層５に開口部６を形成する（図２（ｃ））。

再配線層７を無電解めっき法で形成するにあたって、まず第１の絶縁樹脂層５の表面を改質する処理を実施する。絶縁樹脂層５の改質工程は、後に詳述するようにアルカリ水溶液やプラズマ等を使用して実施される。この際、アルカリ水溶液やプラズマ等による絶縁樹脂層５の表面改質層は、その深さ（厚さ）にばらつきが生じやすく、これにより無電解金属めっき膜の侵入深さにもばらつきが生じやすくなる。そこで、この実施形態ではアルカリ水溶液やプラズマ等を用いた改質工程で形成される表面改質層の厚さが異なる２種類の絶縁樹脂、言い換えると改質工程における表面改質層の形成されやすさが異なる２種類の絶縁樹脂で第１の絶縁樹脂層５を形成している。

第１の絶縁樹脂層５は、Ａｌ配線層３やパッシベーション膜４を覆うように半導体基板２上に形成され、表面改質層が生じにくい第１の樹脂層１０と、第１の樹脂層１０上に形成され、表面改質層が生じやすい第２の樹脂層１１とを有している。第１の樹脂層１０には、改質工程の処理条件下で形成される表面改質層の厚さが１ｎｍ未満の絶縁樹脂を使用することが好ましい。第２の樹脂層１１には、改質工程の処理条件下で形成される表面改質層の厚さが５ｎｍ以上の絶縁樹脂を使用することが好ましい。

改質処理条件下で形成される表面改質層の厚さが１ｎｍ未満の絶縁樹脂、すなわち表面改質層が実質的に形成されない絶縁樹脂を用いた第１の樹脂層１０でＡｌ配線３ｂを覆うことによって、Ａｌ配線３ｂと再配線層７との絶縁信頼性を維持することができる。また、改質処理条件下で形成される表面改質層の厚さが５ｎｍ以上の絶縁樹脂を用いた第２の樹脂層１１を第１の樹脂層１０上に形成することによって、絶縁樹脂層５と再配線層７との密着性を高めることができる。第２の樹脂層１１に形成される表面改質層の厚さは１０ｎｍ以上であることがより好ましい。表面改質層の厚さの上限は特に限定されるものではないが、実用的には１μｍ以下が好ましい。

表１に樹脂による表面改質層の厚さおよび金属めっき膜の密着性の違いの一例を示す。樹脂層の改質処理は、Ｓｉ基板上に形成した樹脂層を試料として用いて、水酸化カリウムを主成分とするアルカリ水溶液に浸漬して実施した。表面改質層の厚さは以下のようにして測定した。改質処理および無電解めっき後の試料の断面を電子顕微鏡により観察し、改質領域の樹脂層表面からの平均深さを表面改質層の厚さとして測定した。金属めっき膜の密着性は、改質処理を施した試料にＰｄ触媒を付着させた後、無電解Ｎｉめっきを行って形成したＮｉめっき膜に対し、粘着テープを用いた剥離試験を実施して評価した。

表１に示すように、同一条件下で実施した改質処理において、樹脂１（フェノール系樹脂）では表面改質層が検出されていない（検出限界：厚さ１ｎｍ未満）のに対して、樹脂２（ポリイミド系樹脂）では厚さが８ｎｍの表面改質層が検出されている。このような表面改質層の厚さの違いに基づいて、樹脂２上に形成されたＮｉめっき膜は良好な密着性を有しているのに対し、樹脂１上に形成されたＮｉめっき膜は密着性が不十分である。これらの観点から、樹脂１は第１の樹脂層１０の形成材料として有効であり、樹脂２は第２の樹脂層１１の形成材料として有効であることが分かる。

無電解めっき膜の密着性は、表面改質層（改質領域）に触媒金属が担持され、めっき金属が触媒金属と置換して表面改質層（改質領域）内に侵入してアンカー層が生じることにより向上する。従って、絶縁樹脂層に表面改質層を十分に形成することで、無電解めっき膜の密着性が向上する。樹脂２を用いた第２の樹脂層１１には、改質処理工程で十分な表面改質層が形成されるため、そのような樹脂層１１に無電解金属めっき処理を施すことによって、第２の樹脂層１１に対して密着性に優れる無電解金属めっき膜が得られる。言い換えると、絶縁樹脂層５と再配線層７との密着性を高めることができる。

ここで、樹脂２のみで絶縁樹脂層５を形成した場合、再配線層７との密着性を高めることができるものの、Ａｌ配線３ｂと再配線層７との絶縁信頼性（層間絶縁の信頼性）が低下したり、さらにはＡｌ配線３ｂと再配線層７との間でショート不良が発生するおそれがある。前述したように、表面改質層の深さ（厚さ）はばらつきやすく、これにより無電解金属めっき膜の侵入深さにもばらつきが生じやすい。このため、場所によってはＡｌ配線３ｂと再配線層７とが近接もしくは接触するおそれがある。これが絶縁信頼性を低下させたり、さらにはショート不良を発生させる原因となる。

このような点に対して、前処理条件下で実質的な表面改質層が形成されない樹脂層１を用いた第１の樹脂層１０でＡｌ配線３ｂを覆うと共に、その上に樹脂２を用いた第２の樹脂層１１を形成することによって、改質処理時における改質領域の進行を第１の樹脂層１０で実質的に阻止することができる。改質処理条件下で形成される第１の樹脂層１０の表面改質層の厚さが１ｎｍ未満の場合には、第１の樹脂層１０の表面が改質されたとしても、改質領域が内部に進行することはない。従って、表面改質層は実質的に第２の樹脂層１１のみに形成され、第１の樹脂層１０は当初の状態が維持される。このため、無電解めっき処理によるアンカー層は実質的に第２の樹脂層１１のみに形成され、当初の膜厚を有する第１の樹脂層１０が層間絶縁層として維持される。

無電解金属めっき膜の侵入深さにばらつきが発生したとしても、無電解金属めっき膜のアンカー層とＡｌ配線３ｂとの間には第１の樹脂層１０が当初の膜厚で存在し、第１の樹脂層１０が層間絶縁層として機能するため、Ａｌ配線３ｂと無電解金属めっき膜との絶縁信頼性を良好に維持することができる。一方、絶縁樹脂層５と無電解金属めっき膜との密着性は、表面改質層が形成されやすい第２の樹脂層１１により高めることができる。従って、絶縁樹脂層５と無電解金属めっき膜からなる再配線層７との密着性の向上とＡｌ配線３ｂと再配線層７との絶縁信頼性の維持とを両立させることが可能となる。

なお、第１の樹脂層１０では実質的に改質領域が形成されないため、これのみで絶縁樹脂層５を形成した場合には、再配線層７の密着性が低下する。一方、第２の樹脂層１１のみで絶縁樹脂層５を形成した場合には、上述したようにＡｌ配線３ｂと再配線層７との層間絶縁性が低下するおそれがある。第２の樹脂層１１のみからなる絶縁樹脂層５を厚く形成することで、絶縁信頼性を保つことができるものの、その場合には開口部６の形成性が低下する。絶縁樹脂層５には感光性樹脂が使用され、感光性樹脂にフォトリソグラフィ技術を適用して開口部６が形成される。この際に、絶縁樹脂層５が厚すぎると小さな開口径を有する開口部６を精度よく形成することができない。このため、再配線層７の微細化や高密度化、さらには半導体装置の小型化等が妨げられることになる。

第１の樹脂層１０の形成材料は、表１に示したフェノール系樹脂層に限られるものではなく、ポリイミド系樹脂、ベンザオキサゾール（ＰＢＯ）系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等を用いることができる。第２の樹脂層１１の形成材料は、表１に示したポリイミド系樹脂に限られるものではなく、ＰＢＯ系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等を用いることができる。第２の樹脂層１１を表面改質層が形成されやすいポリイミド系樹脂（例えば表１の樹脂２）で形成した場合であっても、例えば組成や置換基等に基づいて表面改質層が形成されにくいポリイミド系樹脂であれば、第１の樹脂層１０の形成材料として使用することができる。ポリイミド系樹脂以外の樹脂も同様である。

第１の樹脂層１０と第２の樹脂層１１とは、表面改質層の形成されやすさが異なる異種の樹脂で形成することに限らず、表面改質層の形成されやすさが異なれば同種の樹脂で形成してもよい。すなわち、第１および第２の樹脂層１０、１１の形成材料には、改質工程の処理条件下で形成される表面改質層の厚さが１ｎｍ未満と５ｎｍ以上の同種の２種類の樹脂を適用することができる。第１および第２の樹脂層１０、１１の形成材料は、開口部６の形成工程を考慮して感光性樹脂であることが好ましく、また耐熱性や密着性等を考慮して熱硬化性樹脂であることが好ましい。

第１の樹脂層１０の厚さは、Ａｌ配線３ｂと再配線層７との間の層間絶縁性を考慮すると３μｍ以上であることが好ましい。第２の樹脂層１１の厚さは、改質領域およびそれに基づく無電解めっき法によるアンカー層の形成領域を確保する上で１μｍ以上であることが好ましい。ただし、第１の樹脂層１０や第２の樹脂層１１の厚さを厚くしすぎると、絶縁樹脂層５の厚さが厚くなることで、開口部６の形成性等が低下するおそれがある。このため、第１の樹脂層１０の厚さは５μｍ以下であることが好ましく、第２の樹脂層１１の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。

第１および第２の樹脂層１０、１１の形成工程および開口部６の形成工程は、例えば以下のようにして実施することが好ましい。まず、第１の樹脂層１０の形成材料となる感光性および熱硬化性を有する樹脂組成物を半導体基板２上に塗布して乾燥させる。次いで、第１の樹脂層１０の形成材料の塗布層上に、第２の樹脂層１１の形成材料となる感光性および熱硬化性を有する樹脂組成物を塗布して乾燥させる。これら樹脂組成物の塗布層の積層膜にフォトリソグラフィ法で開口部６を形成する。次に、各樹脂組成物の熱硬化温度以上の温度でキュア処理して、樹脂組成物の塗布層の積層膜を一括して熱硬化させる。このようにして、第１の樹脂層１０と第２の樹脂層１１との積層膜からなり、外部接続端子３ａを露出させる開口部６を有する第１の絶縁樹脂層５が形成される（図２（ｃ））。

上述したように、第１の樹脂層１０の形成材料と第２の樹脂層１１の形成材料とを一括して露光することで、位置合せのずれは１層分のみ考慮すればよいため、微細なパターンを有する開口部６を精度よく形成することができる。さらに、第１の樹脂層１０の厚さを例えば１μｍ、第２の樹脂層１１の厚さを例えば３μｍとしたとき、フォトリソグラフィ法で形成することが可能な開口部６の最小径は２μｍ程度であり、開口部６のアスペクト比は２程度となる。このような開口部６は特殊な材料や装置を使用することなく、通常の露光現像プロセスで形成することができる。従って、製造工数や製造コストを増加させることなく、再配線層７の微細化や高密度化を実現することが可能となる。

次に、図３（ａ）に示すように、第２の樹脂層１１の表面を再配線層７の配線パターンに応じて選択的に改質処理し、第２の樹脂層１１内に改質領域１２を形成する。第２の樹脂層１１の改質処理は、例えば無機アルカリ水溶液や有機アルカリ水溶液を用いたアルカリ処理、ＡｒプラズマやＯ₂プラズマを用いたプラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理等により実施する。改質処理のパターニング方法としては、例えば印刷法やインクジェット法でアルカリ水溶液を選択的に塗布する方法、第２の樹脂層１１上にマスクパターンを形成した後にプラズマ処理等を実施する方法が挙げられる。

前述したように、改質領域１２は深さ方向にばらつきが生じやすいものの、第１の樹脂層１０は改質領域が実質的に形成されない絶縁樹脂で形成されているため、改質領域１２は第１の樹脂層１０内のみに形成される。次いで、改質処理後の第２の樹脂層１１の表面に触媒金属の溶液や分散液等を塗布する。触媒金属は改質領域１２に選択的に付着するため、配線パターンに応じた触媒金属の付着領域を得ることができる。この際、開口部６の周囲に無電解金属めっき膜の厚さ以下の範囲で改質領域１２および触媒金属の付着領域を形成することで、無電解めっき時に金属めっき膜の厚さと同等の範囲で横方向に広がるため、外部接続端子３ａと金属めっき膜との電気的導通を良好に得ることができる。また、外部接続端子３ａ上にまで触媒金属を付着させてもよい。

次に、改質領域１２およびそれと同範囲の触媒金属の付着領域を有する第２の樹脂層１１に無電解めっき処理を施して、第２の配線層７として無電解金属めっき膜を形成する。無電解金属めっき膜の形成例について以下に述べる。まず、第２の樹脂層１１の改質領域１２にＰｄ触媒を付着させる。次いで、図３（ｂ）に示すように、Ｐｄ触媒を付着させた第２の樹脂層１１に無電解Ｎｉめっき処理を施して、第２の樹脂層１１上に無電解Ｎｉめっき膜１３を形成する。この際、めっき金属（Ｎｉ）は触媒金属が存在する改質領域１２内に侵入してアンカー層（絶縁樹脂とめっき金属との混合層）１４を生じさせる。このようなアンカー層１４を生じさせることによって、無電解Ｎｉめっき膜１３と第２の樹脂層１１との密着性を高めことができる。

無電解Ｎｉめっき膜１３は、例えば０．１〜１０μｍ程度の厚さで形成する。第２の樹脂層１１を構成する絶縁樹脂とめっき金属（Ｎｉ）との混合層であるアンカー層１４は、改質領域１２の深さに応じた厚さを有する。従って、第２の樹脂層１１に改質処理条件下で形成される表面改質層の厚さが５ｎｍ以上の絶縁樹脂を用いることによって、第２の樹脂層１１の表面からの深さが５ｎｍ以上のアンカー層１４が得られる。次いで、無電解Ｎｉめっき膜１３上に選択的にＰｄ触媒等を付着させた後、無電解Ｃｕめっき処理を施して、無電解Ｎｉめっき膜１３上に無電解Ｃｕめっき膜１５を形成する（図３（ｃ））。

図４に示すように、外部接続端子３ａと再配線層７との電気的な接続性を高めるために、予め開口部６内に第１の無電解Ｎｉめっき膜１６を形成しておいてもよい。第２の無電解Ｎｉめっき膜１７は、第１の無電解Ｎｉめっき膜１６上を含めて、第２の樹脂層１１の改質領域１２に基づく触媒金属の付着領域に応じて形成される。第１の無電解Ｎｉめっき膜１６は、第２の樹脂層１１に改質処理を施す前に、外部接続端子３ａ上にＰｄ触媒等を選択的に付着させたり、Ｚｎ粒子を形成するジンケート処理を行った後、無電解Ｎｉめっき処理を施すことにより形成される。第２の樹脂層１１に改質処理を施す前に、外部接続端子３ａ上に第１の無電解Ｎｉめっき膜１６を形成しておくことで、改質処理および無電解Ｎｉめっき処理による外部接続端子３ａの溶解等を防ぐことができる。

第１の無電解Ｎｉめっき膜１６は、図５に示すように、絶縁樹脂層５（第２の樹脂層１０）の開口部６の周辺部分を覆いつつ、開口部６内に形成されていてもよい。これによって、第２の樹脂層１０の開口部６の周辺部分は、第２の樹脂層１１に改質処理を施す前に第１の無電解Ｎｉめっき膜１６で覆われるため、第２の樹脂層１１の改質領域は開口部６の周辺部分を除く部分に形成されることになる。このような形状を有する第１の無電解Ｎｉめっき膜１６を適用することによって、第３の実施形態で詳述するように、第２の無電解Ｎｉめっき膜１７の信頼性等を向上させることが可能となる。

図１および図３（ｃ）はアンカー層１４を有する無電解Ｎｉめっき膜１３と無電解Ｃｕめっき膜１５との積層膜からなる再配線層７を示している。再配線層７の構成は、これに限られるものではない。再配線層７上に半田バンプを形成したり、また金属ワイヤを接続する際に、再配線層７の最表面層はＡｕ膜が好ましいことがある。このような場合には、無電解Ｃｕめっき膜１５上に無電解Ａｕめっき膜が形成される。さらに、再配線層７を形成する無電解金属めっき膜は、Ｎｉ／Ｃｕ積層膜やＮｉ／Ｃｕ／Ａｕ積層膜に限られるものではなく、場合によってはＣｕの単独膜やＮｉ／Ａｕ積層膜であってもよいし、またこれら以外の無電解めっきが可能な金属の単独膜や積層膜であってもよい。

前述したように、無電解Ｎｉめっき膜１３のアンカー層１４は、実質的に第２の樹脂層１１内のみに形成される。従って、アンカー層１４の形成深さ（めっき金属の侵入深さ）にばらつきが発生したとしても、無電解Ｎｉめっき膜１３とＡｌ配線３ｂとの間には第１の樹脂層１０が当初の膜厚で存在し、第１の樹脂層１０が層間絶縁層として機能する。このため、Ａｌ配線３ｂと再配線層７との絶縁信頼性を維持することができる。一方、絶縁樹脂層５と無電解Ｎｉめっき膜１３との密着性は、表面改質層が形成されやすい第２の樹脂層１１により高めることができる。従って、絶縁樹脂層５と再配線層７との密着性の向上とＡｌ配線３ｂと再配線層７との絶縁信頼性の維持とを両立させることが可能となる。

再配線層７の第２の開口部９内に露出された部分には、図６に示すように外部端子として半田バンプ１８が形成されたり、あるいは図７に示すように金属ワイヤ１９が接続される。再配線層７は半田バンプ１８の形成位置や金属ワイヤ１９の接続位置を外部接続端子３ａの形成位置から再配置するときに使用される。このような再配線層７を適用することによって、半導体装置１の汎用性等を高めることができる。例えば、他の半導体装置や外部配線等とワイヤ接続やフリッチチップ（ＦＣ）接続する際に、接続位置を任意に設定することができるため、半導体装置１の接続構造の汎用性を高めることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態による半導体装置について、図８および図９を参照して説明する。図８は第２の実施形態による半導体装置を示している。なお、図８および図９に示す第２の実施形態において、第１の実施形態と同一部分については同一符号を付し、重複する説明の一部を省略する。図８に示す半導体装置２１は、２層構造の再配線層を有することを除いて、第１の実施形態の半導体装置１と同様な構成を有している。

図８に示す半導体装置２１は、Ａｌ配線層３やパッシベーション膜４を覆う第１の絶縁樹脂層５と、第１の絶縁樹脂層５上に設けられた第１の再配線層２２と、第１の再配線層２２を覆う第２の絶縁樹脂層２３と、第２の絶縁樹脂層２３上に設けられた第２の再配線層２４と、第２の再配線層２４を覆う表面保護膜としての第３の絶縁樹脂層２５とを有している。第１の絶縁樹脂層５は、外部接続端子３ａの表面を露出させる第１の開口部６を有している。第２の絶縁樹脂層２３は、第１の再配線層２２の一部の表面を露出させる第２の開口部２６を有している。第３の絶縁樹脂層２５は、第２の再配線層２４の一部の表面を露出させる第３の開口部２７を有している。

第１の再配線層２２は、外部接続端子３ａの第１の開口部６内に露出された部分と電気的に接続されている。第２の再配線層２４は、第１の再配線層２２の第２の開口部２６内に露出された部分と電気的に接続されている。半導体装置２１は第１の再配線層２２と第２の再配線層２４とを有する２層構造の再配線層を備えている。第１および第２の再配線層２２、２４の形成には、第１の実施形態と同様に、絶縁樹脂層の改質処理と無電解めっきとの組合せが適用される。第１の絶縁樹脂層５は第１の樹脂層１０Ａと第２の樹脂層１１Ａとの積層膜を有し、同様に第２の絶縁樹脂層２３は第１の樹脂層１０Ｂと第２の樹脂層１１Ｂとの積層膜を有している。第１および第２の樹脂層１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、１１Ｂの形成材料や厚さ等は、第１の実施形態に詳述した通りである。

第１の再配線層２２は、第１の実施形態と同様に、アンカー層１４Ａを有する無電解Ｎｉめっき膜１３Ａと無電解Ｃｕめっき膜１５との積層膜を有している。アンカー層１４Ａの形成領域となる第１の絶縁樹脂層５の改質領域は、実質的に第２の樹脂層１１Ａ内のみに設けられている。第２の再配線層２４は、第１の再配線層２２と同様に、アンカー層１４Ｂを有する無電解Ｎｉめっき膜１３Ｂと無電解Ｃｕめっき膜１５Ｂとの積層膜を有している。アンカー層１４Ｂの形成領域となる第２の絶縁樹脂層２３の改質領域は、実質的に第２の樹脂層１１Ｂ内のみに形成されている。

このように、表面改質層の形成されやすさが異なる第１の樹脂層１０と第２の樹脂層１１との積層膜は、第１の再配線層２２の形成工程に限らず、第２の再配線層２４形成工程にも適用可能である。そして、アンカー層１４Ｂおよびその形成領域となる絶縁樹脂層２３の改質領域を、実質的に第２の樹脂層１１Ｂ内のみに設けることによって、第１の再配線層２２と第２の再配線層２４との間に存在する第１の樹脂層１０Ｂを良好に層間絶縁層として機能させることができる。一方、第２の絶縁樹脂層２３と第２の再配線層２４との密着性は、表面改質層が形成されやすい第２の樹脂層１１Ｂにより高めることができる。従って、絶縁樹脂層２３と再配線層２４との密着性の向上と再配線層２２、２４間の絶縁信頼性の維持とを両立させることが可能となる。

２層構造を有する再配線層を形成する第１および第２の再配線層２２、２４においても、図９に示すように、開口部６、２６内に予め第１の無電解Ｎｉめっき膜１６Ａ、１６Ｂを形成しておいてもよい。図９に示す半導体装置２１において、第１の再配線層２２は開口部６内に形成された第１の無電解Ｎｉめっき膜１６Ａとアンカー層１４Ａを有する第２無電解Ｎｉめっき膜１７Ａと無電解Ｃｕめっき膜１５Ａとを有する。同様に、第２の再配線層２４は開口部２６内に形成された第１の無電解Ｎｉめっき膜１６Ｂとアンカー層１４Ｂを有する第２無電解Ｎｉめっき膜１７Ｂと無電解Ｃｕめっき膜１５Ｂとを有する。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態による半導体装置について、図１０ないし図１４を参照して説明する。図１０は第３の実施形態による半導体装置を示している。なお、図１０に示す第３の実施形態において、第１および第２の実施形態と同一部分については同一符号を付し、重複する説明の一部を省略する。図１０に示す半導体装置３１は、第１の配線層としてＡｌ配線層３を有する半導体基板２を備えている。Ａｌ配線層３は、図示を省略した半導体基板２の素子領域のＣｕ配線と電気的に接続された外部接続端子３ａを有している。

半導体基板２上には、外部接続端子３ａを露出させるようにパッシベーション膜４が形成されている。パッシベーション膜４上には、第１の絶縁樹脂層５が形成されている。第１の絶縁樹脂層５は、外部接続端子３ａの表面を露出させる第１の開口部６を有している。第１の絶縁樹脂層５上には、第２の配線層として再配線層７が外部接続端子３ａの第１の開口部６内に露出された部分と電気的に接続するように形成されている。再配線層７は、表面保護膜としての第２の絶縁樹脂層８で覆われている。第２の絶縁樹脂層８は、再配線層７の一部を露出させる第２の開口部９を有している。

再配線層７の形成には、第１の実施形態と同様に、第１の絶縁樹脂層５の改質処理と無電解めっきとの組合せが適用される。再配線層７の具体的な構成と第１の絶縁樹脂層５の改質処理および無電解めっきの組合せによる再配線層７の形成工程について、図１１および図１２に示す半導体装置３１の製造工程を参照して説明する。外部接続端子３ａやパッシベーション膜４を有する半導体基板２上に、第１の絶縁樹脂層５を形成した後（図１１（ａ））、第１の絶縁樹脂層５にフォトリソグラフィ法を適用して開口部６を形成する（図１１（ｂ））。第１の絶縁樹脂層５は、開口部６の形成性を考慮して感光性樹脂で形成することが好ましく、また耐熱性を考慮して熱硬化性樹脂で形成することが好ましい。

再配線層７を無電解めっき法で形成するにあたって、まず絶縁樹脂層５の表面を改質処理する。絶縁樹脂層５の改質工程は、第１の実施形態と同様に、無機アルカリ水溶液や有機アルカリ水溶液を用いたアルカリ処理、ＡｒプラズマやＯ₂プラズマを用いたプラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ処理等により実施される。絶縁樹脂層５には、選択した改質工程に応じて適度な表面改質層が形成される絶縁樹脂を適用することが好ましい。このような絶縁樹脂としては、例えばポリイミド系樹脂、ＰＢＯ系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等を挙げることができる。

絶縁樹脂層５の表面をアルカリ水溶液やプラズマ等で改質処理する際に、外部接続端子３ａの表面が開口部６ａ内に露出していると、Ａｌからなる外部接続端子３ａの表面がアルカリ水溶液で溶解したり、またプラズマ等でエッチングされるおそれがある。そこで、第３の実施形態の半導体装置３１においては、図１１（ｃ）に示すように、予め開口部６内に第１の無電解めっき膜３２を形成している。第１の無電解めっき膜３２で開口部６内に露出する外部接続端子３ａを予め覆っておくことによって、絶縁樹脂層５の改質工程における外部接続端子３ａの溶解やエッチング等を防ぐことができる。

第１の無電解めっき膜３２は、絶縁樹脂層５の開口部６内に充填されている。さらに、第１の無電解めっき膜３２は絶縁樹脂層５の開口部６の周辺部分を覆う形状を有することが好ましい。絶縁樹脂層５の開口部６の周辺部分は、絶縁樹脂層５に改質処理を施す前に、第１の無電解めっき膜３３で覆われている。従って、改質領域は絶縁樹脂層５の開口部６の周辺部分には形成されない。このような第１の無電解めっき膜３２は、開口部６内に無電解めっき処理を施す際に、めっき厚さを絶縁樹脂層５の開口部６の深さ以上に設定することで、めっき金属で開口部６の周辺部分まで覆うことができる。

第１の無電解めっき膜３２の形成例について以下に述べる。まず、開口部６内に露出する外部接続端子３ａ上にＺｎ粒子を形成するジンケート処理を行う。次いで、無電解Ｎｉめっき処理を施して、開口部６内に第１の無電解めっき膜３２として第１のＮｉめっき膜を形成する。第１のＮｉめっき膜（３２）はＺｎ上に選択的に形成され、さらにめっき条件等に応じて絶縁樹脂層５の開口部６の周辺部分まで覆うように形成される。

次に、図１２（ａ）に示すように、絶縁樹脂層５の表面を再配線層７の配線パターンに応じて選択的に改質処理し、絶縁樹脂層５内に改質領域１２を形成する。改質処理のパターニング方法としては、例えば印刷法やインクジェット法でアルカリ水溶液を選択的に塗布する方法、絶縁樹脂層５上にマスクパターンを形成した後にプラズマ処理等を実施する方法が挙げられる。次いで、改質処理後の絶縁樹脂層５の表面に触媒金属の溶液や分散液等を塗布する。触媒金属は改質領域１２に選択的に付着するため、配線パターンに応じた触媒金属の付着領域を得ることができる。

次いで、改質領域１２およびそれと同範囲の触媒金属の付着領域を有する絶縁樹脂層５に無電解めっき処理を施して、第２および第３の無電解めっき膜３３、３４を形成する。第２および第３の無電解めっき膜３３、３４の形成例について以下に述べる。まず、絶縁樹脂層５の改質領域１２にＰｄ触媒を付着させる。次いで、図１２（ｂ）に示すように、Ｐｄ触媒を付着させた絶縁樹脂層５に無電解Ｎｉめっき処理を施して、絶縁樹脂層５上に第２の無電解めっき膜３３として第２のＮｉめっき膜を形成する。第２のＮｉめっき膜（３３）は、例えば０．１〜１０μｍ程度の厚さで形成する。

この際、めっき金属（Ｎｉ）は第１のＮｉめっき膜（３２）上および改質領域（触媒金属の付着領域）１２上で成長するため、第１のＮｉめっき膜（３２）と電気的に接続された第２のＮｉめっき膜（３３）を得ることができる。さらに、第２のＮｉめっき膜（３３）を形成する際に、めっき金属（Ｎｉ）は触媒金属が存在する改質領域１２内に侵入してアンカー層（絶縁樹脂とめっき金属との混合層）３５を生じさせる。従って、第２のＮｉめっき膜（３３）と絶縁樹脂層５の密着性を高めることができる。アンカー層３５の厚さは５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。アンカー層３５の厚さが５ｎｍ未満であると再配線層７の密着性が低下し、１０００ｎｍを超えると絶縁樹脂層５へのダメージが大きくなるおそれがある。

次いで、第２のＮｉめっき膜（３３）上に選択的にＰｄ触媒等を付着させた後に無電解Ｃｕめっき処理を施して、第２のＮｉめっき膜（３３）上に第３の無電解めっき膜３４としてＣｕめっき膜を形成する（図１２（ｃ））。Ｃｕめっき膜（３４）は、例えば１〜３０μｍ程度の厚さで形成する。再配線層７は無電解Ｃｕめっき膜（３４）上に形成された無電解Ａｕめっき膜等を有していてもよい。さらに、再配線層７を形成する無電解金属めっき膜は、Ｎｉ／Ｃｕ積層膜やＮｉ／Ｃｕ／Ａｕ積層膜に限られるものではなく、場合によってはＣｕの単独膜やＮｉ／Ａｕ積層膜であってもよいし、またこれら以外の無電解めっきが可能な金属の単独膜や積層膜であってもよい。

第３の実施形態の半導体装置３１においては、絶縁樹脂層５の改質工程の前に開口部６内に第１の無電解めっき膜３２を形成しているため、外部接続端子３ａの溶解やエッチング等を防ぐことができると共に、外部接続端子３ａと再配線層７との電気的導通性を高めることができる。さらに、第１の無電解めっき膜３２は、絶縁樹脂層５の開口部６の周辺部分まで覆う形状を有しているため、第２の無電解めっき膜３３の信頼性等を向上させることができる。すなわち、開口部６の周辺部分にはアンカー層（絶縁樹脂とめっき金属との混合層）３５が形成されないため、第２および第３の無電解めっき膜３３、３４の応力が開口部６の周辺部分で緩和されて信頼性が向上する。

また、第２の無電解めっき膜３３のアンカー層３５が開口部６の周辺部分に形成されていないため、半導体装置３１に反り等が生じた場合においても、再配線層７へのダメージを抑制することができる。さらに、絶縁樹脂層５の開口部６の周辺部分を第１の無電解めっき膜３２で覆うことで、絶縁樹脂層５の改質工程におけるパターニングがしやすくなる。なお、外部接続端子３ａの溶解やエッチング等の防止効果と外部接続端子３ａと再配線層７との電気的導通性の向上効果のみを得るだけであれば、図１３に示すように、第１の無電解めっき膜３２は開口部６内のみに充填された形状を有していてもよい。

再配線層７の第２の開口部９内に露出された部分には、図１４に示すように外部端子として半田バンプ１８が形成されたり、あるいは第１の実施形態で説明したように金属ワイヤが接続される。再配線層７は半田バンプ１８の形成位置や金属ワイヤの接続位置を外部接続端子３ａの形成位置から再配置するときに使用される。このような再配線層７を適用することによって、半導体装置１の汎用性等を高めることができる。例えば、他の半導体装置や外部配線等とワイヤ接続やＦＣ接続する際に、接続位置を任意に設定することができるため、半導体装置１の接続構造の汎用性を高めることが可能となる。

（第４の実施形態）
図１５は第１ないし第３の実施形態による半導体装置１、２１、３１を適用したメモリカードを示している。図１５に示すメモリカード４１は、端子部材と配線部材と素子搭載部材とを兼ねる回路部材としてリードフレーム４２を具備している。リードフレーム４２は、複数の外部接続端子４３と、少なくとも一部が外部接続端子４３に接続された複数のリードを有するリード部４４と、リード部４４に設けられたチップ部品搭載部４５と、半導体チップ搭載部４６とを備えている。チップ部品搭載部４５には、チップ部品（受動部品）４７が搭載されている。リードフレーム４２は、封止樹脂層４８で封止されている。

半導体チップ搭載部４６上には、コントローラチップ４９とＮＡＮＤ型フラッシュメモリのようなメモリチップ５０が配置されている。メモリチップ５０には、第１ないし第３の実施形態による半導体装置１、２１、３１が適用されている。コントローラチップ４９は、外部接続端子４３とメモリチップ５０との間に配置されている。コントローラチップ４９は、リード部４４と金属ワイヤ５１を介して電気的に接続されており、さらにメモリチップ５０と金属ワイヤ５２を介して電気的に接続されている。コントローラチップ４９とメモリチップ５０の電極パッドの配列や種類等によっては、メモリチップ５０の電極パッドを再配置する必要が生じる。

そのような場合において、第１ないし第３の実施形態による半導体装置１、２１、３１が有効である。すなわち、メモリチップ５０の電極パッド５３（３ａ）は、再配線層５４（７）で所望の位置に再配置されている。再配線層５４（７）の端部には、金属ワイヤのボンディング部となる接続部５５（再配線層７の開口部９内に露出された部分）が形成されている。メモリチップ５０の接続パッド５５は、金属ワイヤ５２を介してコントローラチップ４９の電極パッドと電気的に接続されている。このように、再配線層７を利用することによって、半導体装置１、２１、３１（図１５のメモリチップ５０）と他の半導体装置（図１５ではコントローラチップ４９）等との接続性を高めることができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２１，３１…半導体装置、２…半導体基板、３…Ａｌ配線層、３ａ…外部接続端子、３ｂ…Ａｌ配線、４…パッシベーション膜、５，８，２３，２５…絶縁樹脂層、６，９，２６，２７…開口部、７…再配線層、１０，１０Ａ，１０Ｂ…第１の樹脂層、１１，１１Ａ，１１Ｂ…第２の樹脂層、１２…改質領域、１３，１３Ａ，１３Ｂ…無電解Ｎｉめっき膜、１４，１４Ａ，１４Ｂ，３５…アンカー層、１５，１５Ａ，１５Ｂ…無電解Ｃｕめっき膜、１６…第１の無電解Ｎｉめっき膜、１７…第２の無電解Ｎｉめっき膜、２２…第１の再配線層、２３…第２の再配線層、３２…第１の無電解めっき膜、３３…第２の無電解めっき膜、３４…第３の無電解めっき膜。

Claims (5)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に設けられた第１の配線層と、
   前記第１の配線層を覆うように形成された第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層上に形成された第２の樹脂層との積層膜を備え、前記第１の配線層の一部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、
   前記第１の配線層の前記開口部内に露出された部分と電気的に接続させつつ、前記絶縁樹脂層上に設けられた、無電解金属めっき膜からなる第２の配線層とを具備し、
   前記無電解金属めっき膜は、前記絶縁樹脂層の前記開口部の周辺部分を覆いつつ、前記開口部内に設けられた第１のめっき膜と、前記絶縁樹脂層上に設けられ、前記第１のめっき膜と電気的に接続された第２のめっき膜とを備え、
   前記第２のめっき膜は、前記絶縁樹脂層の前記第１のめっき膜に覆われた前記開口部の周辺部分を除く部分にめっき金属が侵入することにより生じるアンカー層を有し、前記アンカー層は実質的に前記第２の樹脂層内のみに形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に設けられた第１の配線層と、
   前記第１の配線層を覆うように形成された第１の樹脂層と、前記第１の樹脂層上に形成された第２の樹脂層との積層膜を備え、前記第１の配線層の一部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、
   前記第１の配線層の前記開口部内に露出された部分と電気的に接続させつつ、前記絶縁樹脂層上に設けられた、無電解金属めっき膜からなる第２の配線層とを具備し、
   前記無電解金属めっき膜は、めっき金属が前記絶縁樹脂層内に侵入することにより生じるアンカー層を有し、前記アンカー層は実質的に前記第２の樹脂層内のみに形成されていることを特徴とする半導体装置。
3. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に設けられた第１の配線層と、
   前記第１の配線層を覆うように形成され、前記第１の配線層の一部を露出させる開口部を有する絶縁樹脂層と、
   前記第１の配線層の前記開口部内に露出された部分と電気的に接続させつつ、前記絶縁樹脂層上に設けられた、無電解金属めっき膜からなる第２の配線層とを具備し、
   前記無電解金属めっき膜は、前記絶縁樹脂層の前記開口部の周辺部分を覆いつつ、前記開口部内に設けられた第１のめっき膜と、前記絶縁樹脂層上に設けられ、前記第１のめっき膜と電気的に接続された第２のめっき膜とを備え、
   前記第２のめっき膜は、前記絶縁樹脂層の前記第１のめっき膜に覆われた前記開口部の周辺部分を除く部分にめっき金属が侵入することにより生じるアンカー層を有することを特徴とする半導体装置。
4. 第１の配線層を有する半導体基板上に、前記第１の配線層を覆う第１の樹脂層と第２の樹脂層との積層膜を備える絶縁樹脂層を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層に前記第１の配線層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層の表面を所望の配線パターンに応じて選択的に改質処理し、実質的に前記絶縁樹脂層の前記第１の樹脂層内のみに改質領域を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層の前記改質領域に触媒金属を選択的に付着させる工程と、
   前記触媒金属を付着させた領域を有する前記絶縁樹脂層に無電解金属めっき処理を施し、前記改質領域にめっき金属が侵入することにより生じるアンカー層を有する無電解金属めっき膜を、第２の配線層として第１の配線層の前記開口部内に露出された部分と電気的に接続させつつ形成する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 第１の配線層を有する半導体基板上に、前記第１の配線層を覆う絶縁樹脂層を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層に前記第１の配線層の一部を露出させる開口部を形成する工程と、
   前記第１の配線層の前記開口部内に露出された部分に触媒金属を選択的に付着させる工程と、
   前記第１の配線層の前記触媒金属を付着させた部分に無電解金属めっき処理を施し、前記絶縁樹脂層の前記開口部の周辺部分を覆いつつ、前記開口部内に第２の配線層の一部として第１のめっき膜を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層の表面を所望の配線パターンに応じて選択的に改質処理し、前記第１のめっき膜に覆われた前記絶縁樹脂層の前記開口部の周辺部分を除いて、前記絶縁樹脂層内に改質領域を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層の前記改質領域に触媒金属を選択的に付着させる工程と、
   前記触媒金属を付着させた領域を有する前記絶縁樹脂層に無電解金属めっき処理を施し、前記改質領域にめっき金属が侵入することにより生じるアンカー層を有する第２のめっき膜を、前記第２の配線層として前記第１のめっき膜と電気的に接続させつつ形成する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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