JP3723815B2

JP3723815B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3723815B2
Application number: JP2004223964A
Authority: JP
Inventors: 信之笠井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2017-02-17
Also published as: JP2004320054A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に樹脂封止された半導体装置の配線形成部分周辺に発生する絶縁膜の浮き、剥がれを防止した半導体装置の製造方法に関する。

例えばＧａＡｓＭＭＩＣのような、高出力増幅器、低雑音増幅器やアナログ／ディジタル回路等を含む半導体装置では、素子間、Ｌ、Ｒ、Ｃ間の配線（エアーブリッジ配線、クロスオーバー配線）や内部整合回路、ボンディングパッド、ボンディングパッドへの引きだし配線等にメッキ配線を利用する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
図８は、かかる半導体装置を模式的に表現した上面図であり、チップ１内部にはＦＥＴ、Ｌ、Ｒ、Ｃ等による回路等が配置され、配線２によりボンディングパッド３まで接続されている。
図９は、図８中のＸ−Ｘ'における断面図であり、図１０に、図９の半導体装置の製造工程を示す。

まず、図１０（ａ）に示すように、ＦＥＴ部（Ｂ部）では、半導体基板１０上にイオン注入等でＦＥＴの能動層１１が形成され、更にオーミック電極１２とゲート電極１３が形成された後、配線金属２０により上記ＦＥＴが他の能動素子等と接続され、次いて絶縁膜４０が積層形成された後、該絶縁膜４０の一部を除去してコンタクト部４１が形成される。一方、ボンディングパッド部（Ａ部）では、半導体基板１０上に、該半導体基板１０との密着力強化を兼ねて配線金属２０が設けられた後、絶縁膜４０が積層形成され、更に該絶縁膜４０の一部を除去することによりコンタクト部４１が形成される。
コンタクト部４１は、配線金属２０に絶縁膜４０がオーバーラップした構造を採り、オーバーラップ量は一般に０．５〜２μｍ程度である。

次に、図１０（ｂ）に示すように、メッキ下層レジスト３００を形成した後、開口部の寸法がコンタクト部４１の開口寸法より広く、配線金属２０より狭くなるようにメッキ下層レジスト３００を除去し、続いてスパッタなどによりメッキ給電層３０を形成する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、メッキ上層レジスト３１０を形成した後、メッキ上層レジスト３１０の開口寸法が、メッキ下層レジスト３００の開口寸法より大きくなるように、メッキ上層レジスト３１０の一部を除去する。

次に、図１０（ｄ）に示すように、メッキ工程により、メッキ上層レジスト３１０が開口してメッキ給電層３０が露出している部分にのみ選択的にＡｕメッキ等のメッキ３１を成長させた後、メッキ上層レジスト３１０、メッキ給電層３０、メッキ下層レジスト３００の除去して図９に示すようなメッキ配線３２を有する半導体基板を形成し、最後に半導体基板を樹脂封止することにより（図示せず）半導体装置が完成する。
特開平４−１６２５３２号公報

従来のメッキ配線形成方法で形成した半導体装置では、図９に示すようにメッキ配線３２は絶縁膜４０に隣接しているが、かかる方法で形成されたメッキ配線３２は、一般に圧縮方向の内部応力を有するため、このような構造では、メッキ配線３２は絶縁膜４０を押圧する方向の応力を有している。
特に、半導体装置を安価な樹脂モールドパッケージに封止する場合は、半導体基板への水分の浸透を防止するために、絶縁膜４０を１．５μｍ以上に厚くすることが必要であるが、かかる場合はメッキ配線３と絶縁膜４０との接触面積が増加し、メッキ配線３から絶縁膜にかかる応力が大きくなって臨界値を越えるため、図１１（ａ）（ｂ）に示すような絶縁膜４０の浮きや剥がれ４を引き起こすこととなっていた。
かかる絶縁膜の浮きや剥がれ４は、一般に半導体基板１０と絶縁膜４０との間で発生するため、半導体基板１０表面が露出したり近傍の能動素子に悪影響を与えたりして、素子特性の低下や信頼性の低下を招くこととなっていた。

そこで、本発明は、樹脂封止された半導体基板のメッキ配線の有する圧縮方向の内部応力により、該メッキ配線が隣接する絶縁膜を押圧して発生する絶縁膜の剥離等を防止した樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明は、少なくとも金属配線を有する半導体基板上に水分を透過しない比較的厚い絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁膜の上記金属配線上の所定の位置に第１の開口部を形成するとともに、上記半導体基板表面に接した上記絶縁膜の上記金属配線近傍に間隙を形成する工程と、上記絶縁膜および第１の開口部を覆うように感光性樹脂膜を形成し、上記第１の開口部を含むように上記感光性樹脂膜に第２の開口部を形成する工程と、少なくとも上記第２の開口部を埋め込むようにメッキ層を形成する工程と、上記感光性樹脂膜を除去する工程と、半導体基板を樹脂封止する工程とを含み、金属配線が、ボンディングパッドまたはボンディングパッドへの引出し線からなることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
かかる方法を用いることにより、絶縁膜の金属配線近傍に絶縁膜が不連続となるような間隙が設けられるため、メッキ配線から絶縁膜に押圧方向の応力が発生した場合であっても、絶縁膜の剥離が最も発生しやすい半導体基板表面に接した絶縁膜領域に上記応力が伝わらず、絶縁膜の剥離を防止することが可能となる。

本発明によれば、絶縁膜の金属配線近傍に絶縁膜が不連続となるような間隙が設けられるため、メッキ配線から絶縁膜に押圧方向の応力が発生した場合であっても、絶縁膜の剥離が最も発生しやすい半導体基板表面に接した絶縁膜領域に上記応力が伝わらず、絶縁膜の剥離を防止することが可能となる。

実施の形態１．
図１に、本発明の一の実施の形態により形成した半導体装置のメッキ配線構造を、図２にかかる半導体装置の製造方法を示す。図中、図９、１０と同一符号は、同一または相当部分を示す。
本実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法では、図２（ａ）に示すように、上述の従来の方法と同様の方法で、まずＦＥＴ部（Ｂ部）では、半導体基板１０上にイオン注入等でＦＥＴの能動層１１が形成され、更にオーミック電極１２とゲート電極１３が形成された後、例えばＴｉ／Ａｕ等の配線金属２０により上記ＦＥＴが他の能動素子等と接続され、次いて比較的厚い１．５μｍ程度の絶縁膜４０が積層形成された後、該絶縁膜４０の一部を除去してコンタクト部４１が形成される。

一方、ボンディングパッド部（Ａ部）では、半導体基板１０上に、該半導体基板１０との密着力強化を兼ねて配線金属２０が設けられた後、絶縁膜４０が積層形成され、更に該絶縁膜４０の一部を除去することによりコンタクト部４１が形成される。コンタクト部４１は、配線金属２０に絶縁膜４０がオーバーラップした構造を取り、オーバーラップ量は一般に０．５〜２μｍ程度である。

次に、図２（ｂ）に示すように、メッキ下層レジスト３００を形成した後、開口部の寸法がコンタクト部４１の開口寸法より小さくなるようにメッキ下層レジスト３００を除去する。この場合、メッキ下層レジスト開口部の幅は、コンタクト部分４１に対して、片側で０．５〜２μｍ小さくなるように形成することが好ましい。
続いてスパッタ等により、メッキ下層レジスト３００上および開口部上に、例えばＴｉ／Ａｕ等からなるメッキ給電層３０を形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、メッキ上層レジスト３１０を形成した後、メッキ上層レジスト３１０の開口寸法が、メッキ下層レジスト３００の開口寸法より大きくなるようにメッキ上層レジスト３１０の一部を除去する。

次に、図８（ｄ）に示すように、メッキ工程により、メッキ上層レジスト３１０が開口してメッキ給電層３０が露出している部分にのみ選択的に、Ａｕメッキ等のメッキ３１を成長させる。
かかるメッキ３１は、メッキ上層レジスト３１０の開口部を埋め込むように形成されるため、メッキが薄層状態で形成される場合に比べてメッキの有する内部応力は大きくなり、隣接して設けられた絶縁膜４０の剥離等の原因となりうる。

最後に、メッキ上層レジスト３１０、メッキ給電層３０、メッキ下層レジスト３００の除去して図１に示すようなメッキ配線３２を有する半導体基板が形成された後、通常の方法で樹脂封止することにより（図示せず）、半導体装置が完成する。

図１に示すように、かかる方法を用いて半導体装置の製造方法では、メッキ配線３２と絶縁膜４０が接触しない構造となり、メッキ配線３２と絶縁膜４０との間に０．５〜２μｍ程度の間隙５が設けられることとなる。これにより、従来、メッキ配線３２の有する内部応力により、メッキ配線３２が接触する絶縁膜４０を押圧する方向に発生していた応力が発生せず、特に樹脂封止される半導体装置で使用される比較的厚い絶縁膜において発生していた絶縁膜４０の浮きや剥がれを防止することが可能となる。
尚、本実施の形態および以下の実施の形態では、主に半導体装置のボンディングパッド部分について説明するが、他の能動素子部分等の配線構造にも当然本発明にかかる製造方法を適用することができる。

実施の形態２．
図３に、本実施の形態２にかかる方法で形成したボンディングパッド部分のメッキ配線３１の断面図を示す。かかる構造は、メッキ配線３１に隣接して設けられる絶縁膜４０の半導体基板１０上の部分に、幅１〜３μｍの間隙６を設けるものである。
メッキ配線３１が絶縁膜４０を押すことによる絶縁膜４０の剥離は、図１１に示すように絶縁膜４０の平坦部のメッキ配線３１近傍に発生しやすいため、かかる応力集中部分に、上記間隙６を設けることにより、上記絶縁膜４０の平坦部への応力集中を防止することができ、メッキ配線３１との絶縁膜４０が隣接する構造を用いても絶縁膜４０の浮き、剥離防止が可能となる。

かかる構造を得るには、上記従来の製造工程中、図１０（ａ）の工程において、絶縁膜４０をの一部をエッチングしてコンタクト部４１を形成する際に、同時に間隙６部分の絶縁膜４０もエッチングすることにより間隙６を形成する方法を用いれば良い。

実施の形態３．
図４に、本実施の形態３にかかる方法で形成したボンディングパッド部分のメッキ配線３１の断面図を示す。かかる構造は、実施の形態１および２の特徴を併せ持つ構造であり、メッキ配線３１と絶縁膜４０の間に０．５〜２μｍ程度の間隙５を設けるとともに、該絶縁膜４０の半導体基板１０上の部分に、幅１〜３μｍの間隙６を設けるものである。
実施の形態１のメッキ配線構造は、メッキ配線３１の四方全てに間隙５を設けるのが最も効果的だが、パターン配置や寸法によっては、例えば図４に示すように、一方向だけはメッキ配線３１と絶縁膜４０が隣接する部分を残さざるを得ない場合もある（図４のメッキ配線左側面）。かかる場合には、更に、実施の形態２に示した絶縁層４０の間隙６を設けておくことにより、間隙６が絶縁膜４０の浮き、剥がれを防止する役割を果たすことができる。

かかる構造を得るには、上記実施の形態１の図２（ａ）の工程において、絶縁膜４０をエッチングして間隙６を形成した後、図２（ｂ）以下に示す工程を行なえば良い。

実施の形態４．
図５に、本実施の形態４にかかる方法で形成したボンディングパッド部分のメッキ配線３１の断面図を示す。本実施の形態により形成した配線構造は、従来は図９に示すように、コンタクト部４１のメッキ配線３１と絶縁膜４０の接触部分が、半導体基板１０に対して垂直方向に形成していたものを、図５に示すように、上記垂直方向からメッキ配線外方に、一定の角度をもったテーパ形状７として形成し、メッキ配線３１が絶縁膜４０を横方向に押す応力を低減するものである。
即ち、メッキ配線３１と絶縁膜４０の接触部分がテーパ形状７となることにより、メッキ配線３１が絶縁膜４０を押す応力の一部を、絶縁膜４０の剥離を伴わずに、特にテーパ形状７の上部において、横方向に逃がして緩和することが可能となり、メッキ配線３１の応力による絶縁膜４０の剥離を防止することが可能となる。
特に、コンタクト部４１の開口寸法が５μｍ以下の場合は、実施の形態１に示すような幅０．５〜２μｍの間隙５を形成すると、メッキ幅３１と下層の配線金属２０との実行的な接続寸法は１〜４μｍと細くなってしまうため接続強度が低下するが、本実施の形態のようなテーパ形状７を適用すれば、接続寸法は従来通りの寸法を維持することができ、接続強度の低下を防止することができる。

かかる構造を得るには、図１０に示す従来の製造方法の（ａ）に示す工程、即ち、レジストパターン（図示せず）をマスクにして絶縁膜４０のエッチングを行いコンタクト部４１を形成する工程において、例えばウエットエッチング等の等方性エッチングを用いて絶縁膜４０をエッチングすることにより、絶縁膜４０を図５に示すようなテーパ形状７にした後、従来と同様に、図２（ｂ）以下の工程を行えば良い。
尚、上記テーパ形状７のエッチングには、ウエットエッチングの他、適当なエッチング条件を選択したドライエッチングを用いることによっても可能である。

実施の形態５．
図６に、本実施の形態５にかかる方法で形成したボンディングパッド部分のメッキ配線３１の断面図を示す。本実施の形態で形成したメッキ配線構造は、実施の形態２と実施の形態５の特徴を併せたものであり、メッキ配線３１と絶縁膜４０との接触部分がテーパ形状７になっているとともに、絶縁膜４０にも間隙６が設けられている。
即ち、実施の形態５のテーパ形状７は、メッキ配線３１の四方全てに設けるのが最も効果的だが、例えば絶縁膜４０の開口部の幅が５μｍ以下の場合は、メッキ配線３１と配線金属２０との接続強度を維持するために、絶縁膜４０の開口部側面の一方向だけはテーパ形状７にできない場合もある（図６のメッキ配線左側面）。かかる場合には、更に、実施の形態２に示した絶縁層４０の間隙６を設けておくことにより、間隙６が絶縁膜４０の浮き、剥がれを防止する役割を果たすことができる。

かかる構造を得るには、図１０に示す従来の製造方法の（ａ）に示す工程において、例えば、第１のレジストマスク（図示せず）をマスクにしたウエットエッチング等の等方性エッチングを用いて絶縁膜４０をエッチングして絶縁膜４０をテーパ形状７にした後、更に第２のレジストマスク（図示せず）を用いて絶縁膜４０のテーパ形状７の所定の部分（図６では、メッキ配線の左側面）と、間隙６部分をエッチングする。その後は、図１０（ｂ）以下に示す従来の製造工程を行えば良い。

実施の形態６．
図７に、本実施の形態６にかかる方法で形成したボンディングパッド部分のメッキ配線３１の断面図を示す。本実施の形態で形成したメッキ配線構造は、従来構造の絶縁膜４０を、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮから選択される１または２以上の膜を積層して形成される多層膜４１を用いて形成するものである。
ＳｉＮ膜等の膜質は、膜の形成方法や形成条件により、例えば表１に示すように、膜自身が圧縮（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）応力あるいは引張（ｔｅｎｓｉｌｅ）応力を有するようにできる。

表１の応力の値の＋符号は圧縮応力、−符号は引張り応力を示す。また、ＳｉＮ（１）はＳｉＯ_４とＮＨ_３の混合ガスから、ＳｉＮ（２）はＳｉＨ_４とＮＨ_３とＮ_２の混合ガスから、夫々形成した膜である。
従って、複数の膜を積層して絶縁膜４１を形成することにより、絶縁膜４１全体の内部応力を制御することができるため、隣接して設けられたメッキ配線から絶縁膜４１に働く圧縮方向の応力を押し返すように絶縁膜４１の内部応力を調整することが可能となり、メッキ配線３１から絶縁膜４１にかかる応力を緩和し、絶縁膜４１の剥離を防止することが可能となる。

かかる構造を得るには、図１０に示す従来の製造方法の（ａ）に示す工程において、絶縁膜４０を例えばＳｉＮ膜やＳｉＯ膜を順次積層して形成した後、従来の製造方法と同様の方法を行えば良い。

尚、本実施の形態にかかる方法および構造は、実施の形態１〜５にかかる方法および構造と併用して使用することも可能である。

本発明の実施の形態１にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態１にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置の製造工程断面図である。本発明の実施の形態２にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置のボンディングパッド部分の断面図である。本発明の実施の形態３にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置のボンディングパッド部分の断面図である。本発明の実施の形態４にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置のボンディングパッド部分の断面図である。本発明の実施の形態５にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置のボンディングパッド部分の断面図である。本発明の実施の形態６にかかる方法によりメッキ配線を形成した半導体装置のボンディングパッド部分の断面図である。半導体装置の上面模式図である。従来の方法によりメッキ配線を形成した半導体装置の断面図である。従来の方法によりメッキ配線を形成した半導体装置の製造工程断面図である。（ａ）従来の方法でメッキ配線を形成した半導体装置の絶縁膜剥離部分を示す半導体装置の部分上面図である。（ｂ）従来の方法でメッキ配線を形成した半導体装置の絶縁膜剥離部分を示す半導体装置の部分断面図である。

符号の説明

１チップ、２配線、３ボンディングパッド、５間隙、６間隙、７テーパ形状、１０半導体基板、１１能動層、１２オーミック電極、１３ゲート電極、２０配線金属、３０吸電層、３１メッキ配線、４０絶縁膜、４１絶縁膜、３００メッキ下層レジスト、３１０メッキ上層レジスト。

Claims

少なくとも金属配線を有する半導体基板上に水分を透過しない絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜の該金属配線上の所定の位置に第１の開口部を形成するとともに、該半導体基板表面に接した該絶縁膜の該金属配線近傍に間隙を形成する工程と、
該絶縁膜および該第１の開口部を覆うように感光性樹脂膜を形成し、該第１の開口部を底部に含むように該感光性樹脂膜に第２の開口部を形成する工程と、
少なくとも該第２の開口部を埋め込むようにメッキ層を形成する工程と、
該感光性樹脂膜を除去する工程と、
該半導体基板を樹脂封止する工程とを含み、
該金属配線が、ボンディングパッドまたはボンディングパッドへの引出し線からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。