JP4873179B2

JP4873179B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4873179B2
Application number: JP2007289515A
Authority: JP
Inventors: 康則黒澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP2008153629A

Description

本発明のいくつかの態様は、半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の小型化の要求に伴い、半導体ウエハの能動面に配線やバンプとなる金属層を形成するプロセスが開発されており、半導体装置を薄型化するため、薄い半導体ウエハが使用される場合がある。その場合、薄い半導体ウエハを補強するためにその裏面に樹脂層を形成することが知られている（特許文献１）。しかし、従来の技術では、半導体ウエハの裏面に樹脂層を形成するときに、能動面の金属層に傷を付けるおそれがあり、その対策が必要であった。
特開２０００−３３２０３４号公報

本発明は、高品質の半導体装置を製造す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た半導体基板の前記集積回路に電気的に接続された電極を有する第１の面に前記電極を覆うように導電膜を形成し、前記導電膜上に前記導電膜の一部が露出する開口を有するようにメッキレジスト層を形成し、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前記メッキレジスト層からの露出部上に金属層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後に、前記メッキレジスト層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）工程後に、前記半導体基板の前記第１の面とは反対の第２の面に樹脂層を形成する工程と、
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程後に、前記金属層をマスクとして、前記導電膜の前記金属層からの露出部をエッチングして除去するとともに前記エッチングによって前記金属層の表面もエッチングする工程と、
を含む。本発明によれば、樹脂層を形成した後に金属層の表面をエッチングするので、樹脂層を形成するときに金属層に傷がついてもそれを除去することができる。
（２）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た半導体基板の前記集積回路に電気的に接続された電極を有する第１の面に応力緩和層を形成し、前記応力緩和層及び前記電極を覆うように導電膜を形成し、前記導電膜上に前記導電膜の一部が露出する開口を有するようにメッキレジスト層を形成し、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前記メッキレジスト層からの露出部上に金属層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後に、前記メッキレジスト層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）工程後に、前記半導体基板の前記第１の面とは反対の第２の面に樹脂層を形成する工程と、
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程後に、前記金属層をマスクとして、前記導電膜の前記金属層からの露出部をエッチングして除去するとともに前記エッチングによって前記金属層の表面もエッチングする工程と、
を含む。本発明によれば、樹脂層を形成した後に金属層の表面をエッチングするので、樹脂層を形成するときに金属層に傷がついてもそれを除去することができる。
（３）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）半導体基板の第１の面に形成された導電膜上に形成され、前記導電膜の一部の上に位置する開口部を有するメッキレジスト層の前記開口部内に金属層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後に、前記メッキレジスト層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）工程後に、前記半導体基板の前記第１の面とは反対の第２の面に樹脂層を形成する工程と、
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程後に、前記金属層をマスクとして前記導電膜の一部をエッチングにより除去する工程と、
を含む。

上記の半導体装置の製造方法においては、例えば、前記（ｄ）工程において、前記金属層をマスクとすることにより、新たにレジストを用いることなく導電膜のパターニングをすることが可能となる。また、上記の半導体装置の製造方法により、前記金属層と前記半導体基板の前記第１の面との間に導電膜が介在する構成を有する半導体装置の製造が可能となるが、このような構成によれば、前記金属層の密着性や前記金属層に含まれる成分の前記半導体基板への浸透等を抑制することが可能となる。更に、上記の半導体装置の製造方法によれば、前記（ｄ）工程において、前記金属層の材料、あるいはエッチング剤を適宜選択することにより、前記金属層の表面もエッチングすることが可能となり、このような工程を、前記（ｄ）工程の以前に前記金属層に付着した不純物の除去あるいは前記金属層に生じた傷の修復に積極的に利用することが可能となる。
（４）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）半導体基板の第１の面に配置された第１の樹脂層を覆うように配置された導電膜上に形成され、前記導電膜の一部の上に位置する開口部を有するメッキレジスト層の前記開口部内に金属層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後に、前記メッキレジスト層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）工程後に、前記半導体基板の前記第１の面とは反対の第２の面に樹脂層を形成する工程と、
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程後に、前記金属層をマスクとして前記導電膜の一部をエッチングにより除去する工程と、
を含む。

上記の半導体装置の製造方法においては、例えば、前記（ｄ）工程において、前記金属層をマスクとすることにより、新たにレジストを用いることなく導電膜のパターニングをすることが可能となる。また、上記の半導体装置の製造方法により、前記金属層と前記半導体基板の前記第１の面との間に導電膜が介在する構成を有する半導体装置の製造が可能となるが、このような構成によれば、前記金属層の密着性や前記金属層に含まれる成分の前記半導体基板への浸透等を抑制することが可能となる。更に、上記の半導体装置の製造方法によれば、前記（ｄ）工程において、前記金属層の材料、あるいはエッチング剤を適宜選択することにより、前記金属層の表面もエッチングすることが可能となり、このような工程を、前記（ｄ）工程の以前に前記金属層に付着した不純物の除去あるいは前記金属層に生じた傷の修復に積極的に利用することが可能となる。
（５）この半導体装置の製造方法において、前記（ｄ）工程において、前記金属層の一部も前記エッチングによりエッチングされてもよい。
（６）この半導体装置の製造方法において、前記（ｃ）工程を、前記金属層が支持体に接触するように、前記半導体基板を前記支持体に載せて行ってもよい。
（７）この半導体装置の製造方法において、前記（ｃ）工程後に前記（ｂ）工程を行ってもよい。
（８）この半導体装置の製造方法において、前記（ａ）工程において、前記金属層を、前記メッキレジスト層の高さを超えないように形成してもよい。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）〜図３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（例えばＳｉ（シリコン）からなる半導体ウエハ）１０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１９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に半導体基板に形成された内部配線を介して電気的に接続されるように電極１２を形成し、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を形成する。言い換えると、集積回路１９から接続された配線のうち、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）で形成されることが多い。

図１（Ａ）に示すように、集積回路１９に電気的に接続された電極１２を有する第１の面（パッシベーション膜１４の表面）１６に電極１２を覆うように導電膜１８を形成する。導電膜１８は少なくとも１層からなり、複数層から形成してもよい。例えば、パッシベーション膜１４上にチタンとタングステンの混合材料からなる下地層を形成し、その上に、後述する電解メッキで析出する金属と同じ金属（例えば銅）からなる表皮層を形成してもよい。導電膜１８はスパッタリングによって形成することができる。

図１（Ｂ）に示すように、導電膜１８上に導電膜１８の一部が露出する開口２０を有するようにメッキレジスト層２２を形成する。メッキレジスト層２２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２０を形成し、硬化することでメッキレジスト層２２を形成する。開口２０は、電極１２とオーバーラップするように形成し、電極１２より大きく電極１２の全体を囲む大きさで形成してもよいし、電極１２と一部がオーバーラップするが他の部分がオーバーラップしないように形成してもよい。なお、感光性樹脂前駆体層を硬化するときに、開口２０の内側面が傾斜するように、開口２０を外方向に拡がるテーパー形状にしてもよい。言い換えると、メッキレジスト層２２の半導体基板１０と対向する面側の開口より、メッキレジスト層２２の半導体基板１０と対向する面とは反対面側の開口の方が大きくなっていてもよい。

図１（Ｃ）に示すように、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のメッキレジスト層２２からの露出部上に金属層２４を形成する。電解メッキで導電膜１８は電極として使用する。金属層２４は例えば銅からなる層である。金属層２４は、メッキレジスト層２２の高さを超えないように（つまり開口２０から盛り上がらないように）形成することで、開口２０の幅で形成することができる。

図１（Ｄ）に示すように、メッキレジスト層２２を除去する。

次に、半導体基板１０の第１の面１６とは反対の第２の面２６に樹脂層２８を形成する。この工程は、半導体基板１０を支持体３０に支持させて（あるいは載せて）行う。詳しくは、第１の面１６を支持体３０に向けて、金属層２４を支持体３０に接触させる。導電膜１８が支持体３０に接触してもよい。そして、図２（Ａ）に示すように、第２の面２６に樹脂前駆体層３２を形成する。樹脂前駆体は、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。樹脂前駆体層３２の形成は、スクリーン印刷によって行えば材料の無駄が少ないが、スピンコートによって行うことを妨げるものではない。樹脂前駆体層３２を硬化して樹脂層２８を形成する（図２（Ｂ）参照）。例えば、樹脂前駆体層３２として熱硬化性樹脂を用いた場合は、この樹脂前駆体層３２に熱を加えて硬化させて樹脂層２８を形成する。あるいは、テープ又はシートを貼り付けることで樹脂層２８を設けてもよい。樹脂層２８を設けることで、半導体基板１０の第２の面２６を保護するとともに、薄い半導体基板１０を補強することができる。

図２（Ｃ）に示すように、金属層２４をマスクとして、導電膜１８の金属層２４からの露出部をエッチングして除去する。このとき、エッチングによって金属層２４の表面もエッチングされる。本実施の形態によれば、樹脂層２８を形成した後に金属層２４の表面をエッチングするので、樹脂層２８を形成するときに金属層２４に傷がついてもそれを除去することができる。また、樹脂層２８の形成プロセスで、樹脂前駆体層３２を硬化するときに形成された金属層２４上の酸化膜も除去することができる。本実施の形態では、金属層２４及び導電膜１８によって、電極１２上にバンプが形成される。

図３に示すように、金属層２４上に外部端子３４を形成する。外部端子３４は、半田で形成してもよい。例えばクリーム半田を金属層２４上に設け、クリーム半田を溶融して表面張力でボール状に形成してもよい。本実施の形態では、外部端子３４を設ける前に樹脂層２８を形成するので、外部端子３４を避けるように半導体基板１０を支持する工夫が不要であって工程の簡略化を図ることができる。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４に示すように、半導体装置（フリップチップタイプの半導体装置）を得ることができる。

（第１の実施の形態の変形例）
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の変形例を説明する図である。本変形例では、図５（Ａ）に示すように、開口２０を有するメッキレジスト層２２を残したままで樹脂層２８を形成する。詳しくは、メッキレジスト層２２を支持体３０に接触させる。金属層２４が、メッキレジスト層２２よりも低く、開口２０から盛り上がらないようになっていれば、金属層２４が支持体３０に接触しないので傷が付くことを防止できる。樹脂層２８の形成プロセスは、図２（Ａ）を参照して説明した内容を適用することができる。そして、図５（Ｂ）に示すように樹脂層２８を形成した後、メッキレジスト層２２を除去する。本変形例でも、上記第１の実施の形態で説明した効果を達成することができる。

（第２の実施の形態）
図６（Ａ）〜図９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。

図６（Ａ）に示すように、集積回路が形成された半導体基板１０の集積回路１９に電気的に接続された電極１２を有する第１の面１６に応力緩和層１００を形成する。半導体基板１０、集積回路１９、電極１２及び第１の面１６については第１の実施の形態で説明した内容が該当し、さらに、パッシベーション膜１４の内容も本実施の形態に適用される。応力緩和層（または第１の樹脂層）１００は、少なくとも電極１２の少なくとも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応力緩和層１００を形成してもよい。また、熱硬化性樹脂を使用して応力緩和層１００を形成してもよい。応力緩和層１００の側面は傾斜面になっていてもよい。この傾斜面は、熱硬化性樹脂前駆体の熱収縮によって形成される。応力緩和層１００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。

図６（Ｂ）に示すように、応力緩和層１００及び電極１２を覆うように導電膜１１８を形成する。導電膜１１８には、図１（Ａ）を参照して説明した導電膜１８の内容が該当する。

図６（Ｃ）に示すように、導電膜１１８上に導電膜１１８の一部が露出する開口１２０を有するようにメッキレジスト層１２２を形成する。メッキレジスト層１２２の開口１２０は、導電膜１１８の電極１２上の部分を露出するとともに、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露出している。メッキレジスト層１２２のその他の詳細は、図１（Ｂ）を参照して説明したメッキレジスト層２２の内容が該当する。

図６（Ｄ）に示すように、導電膜１１８に電流を流して行う電解メッキによって導電膜１１８のメッキレジスト層１２２からの露出部上に金属層１２４を形成する。電解メッキによる金属層１２４の形成については、図１（Ｃ）を参照して説明した電解メッキ及び金属層２４の内容が該当する。

図６（Ｅ）に示すように、メッキレジスト層１２２を除去する。

次に、半導体基板１０の第１の面１６とは反対の第２の面２６に樹脂層（または第２の樹脂層）２８を形成する。この工程では、第１の面１６を支持体３０に向けて、金属層１２４を支持体３０に接触させる。導電膜１１８が支持体３０に接触してもよい。そして、図７（Ａ）に示すように、第２の面２６に樹脂前駆体層３２を形成する。樹脂前駆体層３２を硬化して樹脂層２８を形成する（図７（Ｂ）参照）。例えば、樹脂前駆体層３２として熱硬化性樹脂を用いた場合は、この樹脂前駆体層３２に熱を加えて硬化させて樹脂層２８を形成する。樹脂層２８を設けることで、半導体基板１０の第２の面２６を保護するとともに、薄い半導体基板１０を補強することができる。その他の詳細は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して説明した内容が該当する。

図７（Ｃ）に示すように、金属層１２４をマスクとして、導電膜１１８の金属層１２４からの露出部をエッチングして除去し、エッチングによって金属層１２４の表面を研磨する。その詳細及び作用効果は、図２（Ｃ）を参照して説明した内容が該当する。本実施の形態では、金属層１２４及び導電膜１１８によって、電極１２に電気的に接続される配線が形成される。

図８（Ａ）に示すように、ソルダレジスト層１３０を形成する。ソルダレジスト層１３０は、金属層１２４の一部（例えばランド）を露出させるように、金属層１２４のその他の部分全体を覆うように形成する。ソルダレジスト層１３０は、応力緩和層１００上に載っていてもよい。ただし、ソルダレジスト層１３０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。ソルダレジスト層１３０は、感光性樹脂を使用し、フォトリソグラフィの工程によってパターニングし硬化して形成することができる。熱硬化性樹脂であれば熱によって硬化することができる。

図８（Ｂ）に示すように、金属層１２４上に外部端子１３４を形成する。外部端子１３４の詳細は、図３を参照して説明した内容が該当する。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９に示すように、半導体装置（フリップチップタイプの半導体装置）を得ることができる。

（第２の実施の形態の変形例）
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の変形例を説明する図である。本変形例では、図１０（Ａ）に示すように、開口１２０を有するメッキレジスト層１２２を残したままで樹脂層２８を形成する。詳しくは、メッキレジスト層１２２を支持体３０に接触させる。金属層１２４が、メッキレジスト層１２２よりも低く、開口１２０から盛り上がらないようになっていれば、金属層１２４が支持体３０に接触しないので傷が付くことを防止できる。樹脂層２８の形成プロセスは、図７（Ａ）を参照して説明した内容を適用することができる。そして、図１０（Ｂ）に示すように樹脂層２８を形成した後、メッキレジスト層１２２を除去する。本変形例でも、上記第２の実施の形態（第１の実施の形態の説明を引用）で説明した効果を達成することができる。

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（Ａ）〜図１（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２（Ａ）〜図２（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３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は、本発明の第１の実施の形態に係る方法によって製造された半導体装置を示す図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の変形例を説明する図である。図６（Ａ）〜図６（Ｅ）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。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）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。図８（Ａ）及び図８（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。図９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。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０…半導体基板、１２…電極、１４…パッシベーション膜、１６…第１の面１８…導電膜、２０…開口、２２…メッキレジスト層、２４…金属層、２６…第２の面２８…樹脂層、３０…支持体、３２…樹脂前駆体層、３４…外部端子、１００…応力緩和層、１１８…導電膜、１２０…開口、１２２…メッキレジスト層、１２４…金属層、１３０…ソルダレジスト層、１３４…外部端子

Claims

（ａ）集積回路が形成された半導体基板の前記集積回路に電気的に接続された電極を有する第１の面に応力緩和層を形成し、前記応力緩和層及び前記電極を覆うように導電膜を形成し、前記導電膜上に前記導電膜の一部が露出する開口を有するようにメッキレジスト層を形成し、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前記メッキレジスト層からの露出部上に金属層を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後に、前記メッキレジスト層を除去する工程と、
（ｃ）前記（ａ）工程後に、前記半導体基板の前記第１の面とは反対の第２の面に樹脂層を形成する工程と、
（ｄ）前記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）工程後に、前記金属層をマスクとして、前記導電膜の前記金属層からの露出部をエッチングして除去するとともに前記エッチングによって前記金属層の表面もエッチングする工程と、
を含み、
前記（ｃ）工程を、前記金属層が支持体に接触するように、前記半導体基板を前記支持体に載せて行う半導体装置の製造方法。
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）工程後に、前記（ｂ）工程を行う半導体装置の製造方法。
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程において、前記金属層を、前記メッキレジスト層の高さを超えないように形成する半導体装置の製造方法。