JP4913456B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、配線および柱状電極を有する半導体装置の製造方法に関する。

従来の半導体装置には、半導体基板上に柱状電極を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、柱状電極の形成方法としては、半導体ウエハ上の全面に形成された下地金属層上に柱状電極形成領域に対応する部分に開口部を有するメッキレジスト膜を形成し、下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜の開口部内の下地金属層上に柱状電極を形成し、メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離する方法が用いられている。

特許第３４３０２９０号公報

ところで、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれる半導体装置では、一般的に、半導体基板上に形成された配線の接続パッド部上に柱状電極が形成されている。このような半導体装置の製造方法において、柱状電極形成用メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離するとき、柱状電極形成用メッキレジスト膜が主としてその上面側からのみ剥離されるため、配線間の間隔が狭くなったり柱状電極の高さが高くなったりすると、配線間や柱状電極間にレジスト残渣が発生することがある。このレジスト残渣は、配線をマスクとして下地金属層をエッチングするとき、マスクとなってエッチング不良を引き起こし、配線間の短絡の原因となってしまう。

そこで、この発明は、柱状電極形成用メッキレジスト膜を剥離した際にレジスト残渣が発生し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。

この発明は、上記目的を達成するため、一面に複数の接続パッドを有する半導体ウエハの前記一面に前記接続パッドを露出する開口部を有する絶縁膜を形成し、前記接続パッドを含む前記絶縁膜の全面に下地金属層を形成し、前記下地金属層上に前記接続パッドに接続されパターニングされた配線を形成するとともに前記配線を露出し且つ少なくとも前記半導体ウエハのダイシングラインに対応する部分の前記下地金属層を覆うレジスト膜を形成し、前記配線の接続パッド部を露出する第１の開口部を有し且つ前記レジスト膜の少なくとも前記ダイシングラインに対応する部分を露出する第２の開口部を有する柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成し、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の第１の開口部内の前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成し、前記レジスト膜および前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離し、前記配線下以外の前記下地金属層を除去することを特徴とするものである。

この発明によれば、柱状電極形成用メッキレジスト膜のダイシングラインに対応する部分に第２の開口部を形成しているので、この第２の開口部の存在により、柱状電極形成用メッキレジスト膜の平面的な剥離面積が小さくなり、且つ、レジスト剥離液に浸される表面積が大きくなり、これにより柱状電極形成用メッキレジスト膜が剥離されやすくなり、ひいては柱状電極形成用メッキレジスト膜を剥離した際にレジスト残渣が発生しにくいようにすることができる。この場合、柱状電極形成用メッキレジスト膜の第２の開口部つまりダイシングラインに対応する部分の下地金属層をレジスト膜で覆っているのは、柱状電極形成用メッキレジスト膜の第２の開口部つまりダイシングラインに対応する部分の下地金属層上にメッキ膜が形成されないようにするためである。

図１はこの発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図を示す。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の上面中央部には集積回路（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等からなる絶縁膜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等からなる保護膜（絶縁膜）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の上面には銅等からなる下地金属層７が設けられている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線７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９が設けられている。配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０がその上面が柱状電極９の上面と面一となるように設けられている。柱状電極９の上面には半田ボール１１が設けられている。

（製造方法の第１の例）
次に、この半導体装置の製造方法の第１の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、酸化シリコン等からなる絶縁膜３およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）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。

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７を形成する。この場合、下地金属層７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７の上面に、ノボラック系樹脂のポジ型の液状レジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、配線８形成領域に対応する部分に開口部２４を有する配線形成用メッキレジスト膜２３を形成する。この場合、ポジ型であるため、塗布された液状レジストの非露光部が配線形成用メッキレジスト膜２３として残存される。次に、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、配線形成用メッキレジスト膜２３の開口部２４内の下地金属層７の上面に配線８を形成する。

次に、図４に示すように、配線形成用メッキレジスト膜２３をそのまま残存させた状態で、配線８および配線形成用メッキレジスト膜２３の上面に、アクリル系樹脂のネガ型のドライフィルムレジストをラミネートし、露光、現像を行なうことにより、配線８の接続パッド部に対応する部分およびダイシングライン２２に対応する部分に第１の開口部２６および第２の開口部２７を有する柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を形成する。この場合、ネガ型であるため、ラミネートされたドライフィルムレジストの露光部が柱状電極形成用メッキレジスト膜２５として残存される。

次に、図５に示すように、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の第１の開口部２６内の配線８の接続パッド部上面に柱状電極９を形成する。この場合、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の第２の開口部２７つまりダイシングライン２２に対応する部分の下地金属層７は配線形成用メッキレジスト膜２３で覆われているので、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の第２の開口部２７つまりダイシングライン２２に対応する部分の下地金属層７上にはメッキ膜は形成されない。

次に、両メッキレジスト膜２３、２５を同時に剥離する。例えば、モノエタノールアミン系のレジスト剥離液は、アクリル系樹脂のネガ型の柱状電極形成用メッキレジスト膜２５およびノボラック系樹脂のポジ型の配線形成用メッキレジスト膜２３の双方を剥離することができる。そこで、モノエタノールアミン系のレジスト剥離液を用いて、両メッキレジスト膜２３、２５を同時に剥離する。

この場合、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５は、ダイシングライン２２に対応する部分に形成された第２の開口部２７の存在により、平面的な剥離面積が小さくなり、且つ、レジスト剥離液に浸される表面積が大きくなるので、剥離されやすくなる。この結果、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を剥離した際にレジスト残渣が発生しにくいようにすることができる。

ところで、図４に示す製造工程において、配線形成用メッキレジスト膜２３をそのまま残存させた状態で、配線８および配線形成用メッキレジスト膜２３の上面に柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を形成しているので、配線８間に配線形成用メッキレジスト膜２３が存在し、配線８間に柱状電極形成用メッキレジスト膜２５が入り込む余地はない。

そして、ノボラック系樹脂のポジ型の配線形成用メッキレジスト膜２３は、レジスト剥離液に対して溶解して剥離される。この場合、配線形成用メッキレジスト膜２３は、そのダイシングライン２２に対応する部分が柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の第２の開口部２７を介して露出されているため、この第２の開口部２７からレジスト剥離液が浸透し、その上の柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の存在に関係なく、溶解して剥離される。

一方、アクリル系樹脂のネガ型の柱状電極形成用メッキレジスト膜２５は、レジスト剥離液に対して膨潤して剥離される。この場合、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５は、レジスト剥離液と接触している表面から膨潤して剥離されると同時に、配線形成用メッキレジスト膜２３が溶解して剥離されることにより配線８間に形成された図６に示す空洞２８の存在により、浮き上がり、いわゆるリフトオフ法により剥離される。

したがって、配線８間の間隔が狭くなったり柱状電極９の高さが高くなったりした場合であっても、配線８間および柱状電極９間に柱状電極形成用メッキレジスト膜２５のレジスト残渣が発生することがなく、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５のレジスト残渣に起因する配線８間でのショートの発生を確実に防止することができる。

このようにして、両メッキレジスト膜２３、２５を剥離したら、次に、配線８をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図７に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。次に、図８に示すように、配線８および柱状電極９を含む保護膜５の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０をその厚さが柱状電極９の高さよりもやや厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極９の上面は封止膜１０によって覆われている。

次に、封止膜１０の上面側を適宜に研磨することにより、図９に示すように、柱状電極９の上面を露出させるとともに、この露出された柱状電極９の上面を含む封止膜１０の上面を平坦化する。次に、図１０に示すように、柱状電極９の上面に半田ボール１１を形成する。次に、図１１に示すように、半導体ウエハ２１等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。

なお、上記実施形態では、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をアクリル系樹脂のネガ型のドライフィルムレジストで形成した場合について説明したが、これに限らず、アクリル系樹脂のネガ型の液状レジストあるいはノボラック系樹脂のネガ型の液状レジストで形成するようにしてもよい。また、各メッキレジスト膜２３、２５をそれ専用のレジスト剥離液を用いて別々に剥離するようにしてもよい。

また、上記実施形態とは逆に、配線形成用メッキレジスト膜２３をアクリル系樹脂のネガ型の液状レジストで形成し、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をノボラック系樹脂のポジ型のドライフィルムレジストで形成するようにしてもよい。このようにした場合も、配線形成用メッキレジスト膜２３は、そのダイシングライン２２に対応する部分が柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の第２の開口部２７を介して露出されるため、この第２の開口部２７からレジスト剥離液が浸透し、膨潤による剥離が促進され、配線８間における下地金属層７の上面に配線形成用メッキレジスト膜２３のレジスト残渣が発生しにくいようにすることができる。

（製造方法の第２の例）
次に、図１に示す半導体装置の製造方法の第２の例について説明する。まず、図３に示すように、全面に下地金属層７を形成した後に、図１２に示すように、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、下地金属層７の上面全体に配線形成用膜８ａを形成する。この場合、下地金属層７は、例えば、スパッタにより形成されたクロム層上にスパッタによりニッケル層を形成したからなっている。

次に、下地金属層７の上面の配線８形成領域に、ノボラック系樹脂のポジ型の液状レジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、配線形成用レジスト膜３１をパターン形成する。次に、配線形成用レジスト膜３１をマスクとして配線形成用膜８ａをエッチングしてパターニングすると、図１３に示すように、配線形成用レジスト膜３１下に配線８が形成される。次に、配線形成用レジスト膜３１をレジスト剥離液を用いて剥離する。

次に、図１４に示すように、下地金属層７の上面のダイシングライン２２に対応する領域に、ノボラック系樹脂のポジ型の液状レジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、保護用レジスト膜３２をパターン形成する。次に、下地金属層７、配線８および保護用レジスト膜３２の上面に、ノボラック系樹脂のポジ型のドライフィルムレジストをラミネートし、露光、現像を行なうことにより、配線８の接続パッド部に対応する部分およびダイシングライン２２に対応する部分に第１の開口部３４および第２の開口部３５を有する柱状電極形成用メッキレジスト膜３３を形成する。

この場合、非露光部からなるポジ型の配線形成用レジスト膜３１は、同じくポジ型の柱状電極形成用メッキレジスト膜３３の第２の開口部３５に対応する部分が露光され、現像液に対して溶解性となる。そこで、この場合の現像は、配線形成用レジスト膜３１の表面側がある程度溶解しても、柱状電極形成用メッキレジスト膜３３の第２の開口部３５内に配線形成用レジスト膜３１がある程度残るようにする。

次に、下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、柱状電極形成用メッキレジスト膜３３の第１の開口部３４内の配線８の接続パッド部上面に柱状電極９を形成する。この場合、柱状電極形成用メッキレジスト膜３３の第２の開口部３５つまりダイシングライン２２に対応する部分の下地金属層７は保護用レジスト膜３２で覆われているので、柱状電極形成用メッキレジスト膜３３の第２の開口部３５つまりダイシングライン２２に対応する部分の下地金属層７上にはメッキ膜は形成されない。

次に、両保護用レジスト膜３２、３３をレジスト剥離液を用いて同時に剥離する。この場合、保護用レジスト膜３２、３３は、共にノボラック系樹脂のポジ型であるので、共にレジスト剥離液に対して溶解して剥離される。しかも、保護用レジスト膜３２は、ダイシングライン２２に対応する部分のみに形成され、且つ、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の第２の開口部２７を介して露出されているため、この第２の開口部２７からレジスト剥離液が浸透し、溶解して容易に剥離される。

一方、柱状電極形成用メッキレジスト膜３３は、第２の開口部３５の存在により、平面的な剥離面積が小さくなり、且つ、レジスト剥離液に浸される表面積が大きくなるので、剥離されやすくなる。したがって、配線８間の間隔が狭くなったり柱状電極９の高さが高くなったりした場合であっても、配線８間および柱状電極９間に柱状電極形成用メッキレジスト膜３３のレジスト残渣が発生することがなく、柱状電極形成用メッキレジスト膜３３のレジスト残渣に起因する配線８間でのショートの発生を確実に防止することができる。

次に、配線８をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図７に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。この場合、下地金属層７の最上層は例えばニッケル層であるので、下地金属層７と銅からなる配線８との選択比を十分とすることができる。以下、上記と同様の製造工程を経ると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

この発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図。 図１に示す半導体装置の製造方法の第１の例において、当初用意したものの断面図。 図２に続く製造工程の断面図。 図３に続く製造工程の断面図。 図４に続く製造工程の断面図。 図５に続く製造工程の断面図。 図６に続く製造工程の断面図。 図７に続く製造工程の断面図。 図８に続く製造工程の断面図。 図９に続く製造工程の断面図。 図１０に続く製造工程の断面図。 図１に示す半導体装置の製造方法の第２の例において、所定の製造工程の断面図。 図１２に続く製造工程の断面図。 図１３に続く製造工程の断面図。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 接続パッド
３ 絶縁膜
５ 保護膜（絶縁膜）
７ 下地金属層
８ 配線
９ 柱状電極
１０ 封止膜
１１ 半田ボール
２１ 半導体ウエハ
２２ ダイシングライン
２３ 配線形成用メッキレジスト膜
２４ 開口部
２５ 柱状電極形成用メッキレジスト膜
２６ 第１の開口部
２７ 第２の開口部
３１ 配線形成用レジスト膜
３２ 保護用レジスト膜
３３ 柱状電極形成用レジスト膜
３４ 第１の開口部
２５ 第２の開口部

Claims (11)

1. 一面に複数の接続パッドを有する半導体ウエハの前記一面に前記接続パッドを露出する開口部を有する絶縁膜を形成し、前記接続パッドを含む前記絶縁膜の全面に下地金属層を形成し、前記下地金属層上に前記接続パッドに接続されパターニングされた配線を形成するとともに前記配線を露出し且つ少なくとも前記半導体ウエハのダイシングラインに対応する部分の前記下地金属層を覆うレジスト膜を形成し、前記配線の接続パッド部を露出する第１の開口部を有し且つ前記レジスト膜の少なくとも前記ダイシングラインに対応する部分を露出する第２の開口部を有する柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成し、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の第１の開口部内の前記配線の接続パッド部上に柱状電極を形成し、前記レジスト膜および前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離し、前記配線下以外の前記下地金属層を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の発明において、前記配線の形成は、前記下地金属層上に配線形成領域に対応する部分に開口部を有する配線形成用メッキレジスト膜を形成し、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、前記配線形成用メッキレジスト膜の開口部内の前記下地金属層上に配線を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項２に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の形成は、前記配線および前記配線形成用メッキレジスト膜上に、前記配線の接続パッド部に対応する部分および前記ダイシングラインに対応する部分に第１の開口部および第２の開口部を有する柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成する工程であ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、前記配線形成用メッキレジスト膜および前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を同一のレジスト剥離液を用いて同時に剥離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、前記配線形成用メッキレジスト膜はポジ型のレジストで形成し、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜はネガ型のレジストで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５に記載の発明において、前記配線形成用メッキレジスト膜はノボラック系樹脂のポジ型の液状レジストで形成し、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜はアクリル系樹脂のネガ型のドライフィルムレジストで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の発明において、前記レジスト剥離液はモノエタノールアミン系のレジスト剥離液であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項１に記載の発明において、前記配線の形成は、前記下地金属層の全面に形成された配線形成用膜をパターニングして形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の発明において、前記配線を形成した後に、前記ダイシングラインに対応する部分の前記下地金属層を覆う前記レジスト膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の発明において、前記レジスト膜および前記柱状電極形成用メッキレジスト膜は共にポジ型のレジストで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０に記載の発明において、前記レジスト膜はノボラック系樹脂のポジ型の液状レジストで形成し、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜はノボラック系樹脂のポジ型のドライフィルムレジストで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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