JP5247998B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。

従来のＣＳＰ(chip size package)と呼ばれる半導体装置の製造方法において、半導体ウエハ上に電解メッキにより例えば外部接続用電極としての柱状電極を形成する場合には、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うことにより、メッキレジスト膜の開口部内に柱状電極を形成している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４９６１１号公報

上記従来の半導体装置の製造方法において、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する場合には、下地金属層上の全面にネガ型の未露光のメッキレジスト膜を形成し、複数個の半導体装置に対応するサイズの柱状電極形成用露光マスクを用いたステップ露光を行なうことにより、メッキレジスト膜全体を露光し、次いで現像を行なうことにより、柱状電極形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜に開口部を形成している。

ところで、上記特許文献１には記載がないが、下地金属層の周辺部をメッキ用接続端子部として使用するため、メッキレジスト膜の周辺部を除去して下地金属層の周辺部を露出させる必要がある。このため、ネガ型のメッキレジスト膜の周辺部上面に遮光リングを配置した状態で、柱状電極形成用露光マスクを用いたステップ露光を行ない、次いで現像を行なうことにより、柱状電極形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜に開口部を形成し、且つ、メッキレジスト膜の周辺部を除去して下地金属層の周辺部を露出させている。

しかしながら、上記のような半導体装置の製造方法では、メッキレジスト膜の周辺部上面に配置された遮光リングのすぐ内側におけるメッキレジスト膜もステップ露光されるため、メッキ用接続端子部のすぐ内側におけるメッキレジスト膜にも開口部が形成される。この状態における半導体ウエハの周辺部の一例の平面図を図２０（Ａ）に示し、そのＢ−Ｂ線に沿う断面図を図２０（Ｂ）に示す。

図２０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、半導体ウエハ４１の上面全体には下地金属層４２が形成され、下地金属層４２の周辺部以外の上面にはメッキレジスト膜４３が形成され、メッキレジスト膜４３には円形状の開口部４４が形成されている。この場合、下地金属層４２の周辺部からなるメッキ用接続端子部４２ａのすぐ内側におけるメッキレジスト膜４３の周辺部には外側が開放された開口部４４ａが形成されている。

一方、半導体ウエハ４１をメッキ治具に取り付け、メッキ治具の給電部材をメッキ用接続端子部４２ａに接触させたとき、この接触部分へのメッキ液の浸入を防止する必要がある。このため、図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、メッキ治具のシールリング４５をメッキレジスト膜４３の周辺部上面に接触させているが、メッキレジスト膜４３の周辺部に外側が開放された開口部４４ａが形成されていると、この開口部４４ａをシールリング４５で完全に覆うことができない。

この結果、メッキ液がメッキレジスト膜４３の周辺部の開口部４４ａを介してメッキ用接続端子部４２ａの部分に浸入し、メッキ液が酸性であることから、メッキ用接続端子部４２ａが腐食し、メッキ治具の給電部材によるメッキ用接続端子部４２ａに対する安定した接触を得ることができず、給電が不安定になり、メッキ不良の原因となってしまうという問題がある。

そこで、この発明は、電解メッキにより柱状電極を形成するとき、半導体ウエハ上の全面に形成された下地金属層の周辺部からなるメッキ用接続端子部の部分へのメッキ液の浸入を確実に防止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、半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に未露光の第１のメッキレジスト膜を形成する工程と、前記第１のメッキレジスト膜の周辺部を除去して前記下地金属層の周辺部をメッキ用接続端子部として使用するために露出させる工程と、露光および現像を行なうことにより、前記第１のメッキレジスト膜に配線形成用開口部を形成し、且つ、前記下地金属層上において前記メッキ用接続端子部の内側に前記第１のメッキレジスト膜からなるリング状のシールリング接触部を形成する工程と、前記シールリング接触部に、前記第１のメッキレジスト膜の周辺部をメッキしないためのメッキ治具のシールリングを接触させ、且つ、前記メッキ用接続端子部に前記メッキ治具の給電部材を接触させた状態で、電解メッキを行なうことにより、前記第１のメッキレジスト膜の配線形成用開口部内の前記下地金属層上に配線を形成する工程と、前記配線、前記第１のメッキレジスト膜、前記シールリング接触部および前記メッキ用接続端子部上の全面に未露光の第２のメッキレジスト膜を形成する工程と、露光および現像を行なうことにより、前記第２のメッキレジスト膜に柱状電極形成用開口部を形成し、且つ、前記第２のメッキレジスト膜の周辺部を除去して前記メッキ用接続端子部および前記シールリング接触部の少なくとも外周側を露出させる工程と、前記シールリング接触部に、前記第２のメッキレジスト膜の周辺部をメッキしないための前記メッキ治具のシールリングを接触させ、且つ、前記メッキ用接続端子部に前記メッキ治具の給電部材を接触させた状態で、電解メッキを行なうことにより、前記第２のメッキレジスト膜の柱状電極形成用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する工程と、前記両メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離する工程と、前記配線をマスクとして前記下地金属層の不要な部分をエッチングして除去する工程と、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、半導体ウエハ上の全面に形成された下地金属層上においてメッキ用接続端子部の内側に第１のメッキレジスト膜からなるシールリング接触部を形成しているので、第２のメッキレジスト膜に柱状電極形成用開口部を形成するとき、第２のメッキレジスト膜の周辺部を除去してメッキ用接続端子部およびシールリング接触部の少なくとも外周側を露出させ、電解メッキにより柱状電極を形成するとき、シールリング接触部にメッキ治具のシールリングを接触させることができ、第２のメッキレジスト膜の周辺部に外側が開放された柱状電極形成用開口部が形成されていても、メッキ用接続端子部の部分へのメッキ液の浸入を確実に防止することができる。

図１はこの発明の一実施形態としての製造方法により製造された半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、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、２個のみを図示するが実際には多数の、アルミニウム系金属等からなる接続パッド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。

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）を用意する。ここで、図２において、縦線と横線とで囲まれた正方形状の領域は半導体装置形成領域２２である。したがって、図２に示す縦線および横線はダイシングストリートに対応する領域である。

次に、図３は図２のIII−III線に沿う断面図を示す。この場合、図３は、左側から右側に向かって、半導体ウエハ２１の左側の周辺部の部分の断面図、半導体ウエハ２１の１つの半導体装置形成領域２２の部分の断面図、半導体ウエハ２１の右側の周辺部の部分の断面図を示す。

図３に示すように、半導体ウエハ２１の半導体装置形成領域２２上には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５が形成され、接続パッド２の中央部は絶縁膜３および保護膜５に形成された開口部４、６を介して露出されている。半導体ウエハ２１の周辺部上には絶縁膜３および保護膜５のみが形成されている。なお、図２においては、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６は、あまりに小さくなるため、図示していない。

次に、図４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の上面全体に、ノボラック系樹脂からなるポジ型の液状レジストを塗布し、未露光の第１のメッキレジスト膜２３を形成する。次に、図５および図６に示すように、第１のメッキレジスト膜２３の周辺部をエッジリンス法により除去し、下地金属層７の周辺部をメッキ用接続端子部７ａとして使用するために露出させる。

次に、図７に示すように、第１のメッキレジスト膜２３の周辺部上面に第１の遮光リング２４を配置する。次に、複数（例えば３行３列の合計９つ）の半導体装置形成領域２２に対応するサイズの配線形成用露光マスク２５を用意する。この場合、配線形成用露光マスク２５は配線８形成領域に対応する部分を透過部２５ａとされ、それ以外を遮光部２５ｂとされたものからなっている。

次に、配線形成用露光マスク２５を用いたステップ露光を行なうことにより、第１のメッキレジスト膜２３全体を露光する。すると、半導体装置形成領域２２に対応する部分における第１のメッキレジスト膜２３においては、配線８形成領域に対応する領域が露光部となり、それ以外の領域が非露光部となる。半導体装置形成領域２２の周囲に対応する部分における第１のメッキレジスト膜２３においては、第１の遮光リング２４によって覆われた領域が非露光部となり、それ以外の領域が配線形成用露光マスク２５の露光パターンに応じて露光される。

次に、図８および図９に示すように、現像を行なうと、半導体装置形成領域２２においては、配線８形成領域に対応する部分における第１のメッキレジスト膜２３に開口部２３ａ（図８では、あまりに小さくなるため、図示せず）が形成される。半導体装置形成領域２２の周囲においては、下地金属層７の上面においてメッキ用接続端子部７ａの内側に第１のメッキレジスト膜２３からなるリング状のシールリング接触部２６が形成され、その内側における第１のメッキレジスト膜２３に配線形成用露光マスク２５の露光パターンに応じたダミー開口部２３ｂが形成される。この場合、シールリング接触部２６は第１の遮光リング２４によって覆われた部分によって形成されるため、その外周部に外側が開放された開口部が形成されることはない。

次に、図１０に示すように、シールリング接触部２６の上面外周側半分にメッキ治具のシールリング２７を接触させ、且つ、メッキ用接続端子部７ａの上面にメッキ治具の給電部材（図示せず）を接触させ、銅の電解メッキを行うと、半導体装置形成領域２２においては、第１のメッキレジスト膜２３の開口部２３ａ内の下地金属層７の上面に配線８が形成される。半導体装置形成領域２２の周囲においては、シールリング接触部２６の内側における第１のメッキレジスト膜２３のダミー開口部２３ｂ内の下地金属層７の上面にダミー配線８ａが形成される。この場合、メッキ治具のシールリング２７をシールリング接触部２６の上面外周側半分に接触させているので、シール不良が発生することはなく、シール不良に起因するメッキ不良が発生することもない。

次に、図１１に示すように、第１のメッキレジスト膜２３およびシールリング接触部２６をそのまま残存させた状態で、配線８、ダミー配線８ａ、第１のメッキレジスト膜２３、シールリング接触部２６およびメッキ用接続端子部７ａの上面全体に、アクリル系樹脂からなるネガ型のドライフィルムレジストをラミネートし、未露光の第２のメッキレジスト膜２８を形成する。

次に、図１２に示すように、第２のメッキレジスト膜２８の周辺部上面に第２の遮光リング２９を配置する。この場合、第２の遮光リング２９の内径はシールリング接触部２６の内径（つまり図７に示す第１の遮光リング２４の内径）よりもある程度大きくなっているが、同じ寸法であってもよい。次に、複数（例えば３行３列の合計９つ）の半導体装置形成領域２２に対応するサイズの柱状電極形成用露光マスク３０を用意する。この場合、柱状電極形成用露光マスク３０は配線８の接続パッド部（柱状電極９形成領域）に対応する部分を遮光部３０ａとされ、それ以外を透過部３０ｂとされたものからなっている。

次に、柱状電極形成用露光マスク３０を用いたステップ露光を行なうことにより、第２のメッキレジスト膜２８全体を露光する。すると、半導体装置形成領域２２に対応する部分における第２のメッキレジスト膜２８においては、配線８の接続パッド部（柱状電極９形成領域）に対応する領域が非露光部となり、それ以外の領域が露光部となる。半導体装置形成領域２２の周囲に対応する部分における第２のメッキレジスト膜２８においては、第２の遮光リング２９によって覆われた領域が非露光部となり、それ以外の領域が柱状電極形成用露光マスク３０の露光パターンに応じて露光される。

次に、図１３に示すように、現像を行なうと、半導体装置形成領域２２においては、配線８の接続パッド（柱状電極９形成領域）に対応する部分における第２のメッキレジスト膜２８に開口部２８ａが形成される。半導体装置形成領域２２の周囲においては、シールリング接触部２６の上面内周側半分以下よりも外側における第２のメッキレジスト膜２８が除去され、その内側における第２のメッキレジスト膜２８に柱状電極形成用露光マスク３０の露光パターンに応じたダミー開口部（図示せず）が形成される。この状態では、シールリング接触部２６の上面内周側半分以下よりも外側およびメッキ接続端子部７ａは露出されている。

ここで、第１のメッキレジスト膜２３は、非露光部からなり、第２のメッキレジスト膜２８によって覆われているが、第２のメッキレジスト膜２８が露光部によって形成されることにより、ラミネートされた未露光のドライフィルムレジストを露光するとき、第２の遮光リング２９下以外の領域が同時に露光される。また、アクリル系樹脂からなるネガ型のドライフィルムレジストの現像液としては、一般に、アルカリ系の現像液（Ｎａ２ＣＯ３、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等）を使用するが、この現像液によってノボラック系樹脂からなるポジ型の第１のメッキレジスト膜２３が現像される等侵されることはない。

次に、図１４に示すように、シールリング接触部２６の上面外周側半分に上記と同様のメッキ治具のシールリング２７を接触させ、且つ、メッキ用接続端子部７ａの上面にメッキ治具の給電部材（図示せず）を接触させ、銅の電解メッキを行うと、半導体装置形成領域２２においては、第２のメッキレジスト膜２８の開口部２８ａ内の配線９の接続パッド部上面に柱状電極９が形成される。半導体装置形成領域２２の周囲においては、図示していないが、第２のメッキレジスト膜２８のダミー開口部内のダミー配線の接続パッド部上面にダミー柱状電極が形成される。

この場合、メッキ治具のシールリング２７を第２のメッキレジスト膜２８の周辺部上面ではなくシールリング接触部２６の上面外周側半分に接触させているので、シールリング接触部２６の内側における第２のメッキレジスト膜２８の周辺部にステップ露光に起因する外側が開放されたダミー開口部が形成されていても、メッキ用接続端子部７ａの部分へのメッキ液の浸入を確実に防止することができる。

次に、両メッキレジスト膜２３、２８を同時に剥離する。例えば、モノエタノールアミン系の剥離液は、アクリル系樹脂からなるネガ型の第２のメッキレジスト膜２８およびノボラック系樹脂からなるポジ型の第１のメッキレジスト膜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剥離液を用いて、両メッキレジスト膜２３、２８を同時に剥離する。

次に、配線８およびダミー配線８ａ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１５に示すように、配線８およびダミー配線８ａ下にのみ下地金属層７が残存される。次に、図１６に示すように、柱状電極９、ダミー柱状電極（図示せず、以下、その説明を省略する）、配線８およびダミー配線８ａ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および柱状電極９の上面側を適宜に研磨することにより、図１７に示すように、柱状電極９の上面を露出させ、且つ、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１８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１９に示すように、ダイシング工程を経ると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

この発明の一実施形態としての製造方法により製造された半導体装置の断面図。 図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意したものの平面図。 図２のIII−III線に沿う断面図。 図３に続く工程の断面図。 図４に続く工程の平面図。 図５のVI−VI線に沿う断面図。 図６に続く工程の断面図。 図７に続く工程の平面図。 図８のIX−IX線に沿う断面図。 図９に続く工程の断面図。 図１０に続く工程の断面図。 図１１に続く工程の断面図。 図１２に続く工程の断面図。 図１３に続く工程の断面図。 図１４に続く工程の断面図。 図１５に続く工程の断面図。 図１６に続く工程の断面図。 図１７に続く工程の断面図。 図１８に続く工程の断面図。 従来の半導体装置の製造方法を説明するために示すもので、（Ａ）は半導体ウエハの周辺部の一例の平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）は図２０に続く工程を説明するために示す平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図。

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
７ 下地金属層
７ａ メッキ用接続端子部
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 半導体装置形成領域
２３ 第１のメッキレジスト膜
２４ 第１の遮光リング
２５ 配線形成用露光マスク
２６ シールリング接触部
２７ メッキ治具のシールリング
２８ 第２のメッキレジスト膜
２９ 第２の遮光リング
３０ 柱状電極形成用露光マスク

Claims (5)

1. 半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、
   前記下地金属層上に未露光の第１のメッキレジスト膜を形成する工程と、
   前記第１のメッキレジスト膜の周辺部を除去して前記下地金属層の周辺部をメッキ用接続端子部として使用するために露出させる工程と、
   露光および現像を行なうことにより、前記第１のメッキレジスト膜に配線形成用開口部を形成し、且つ、前記下地金属層上において前記メッキ用接続端子部の内側に前記第１のメッキレジスト膜からなるリング状のシールリング接触部を形成する工程と、前記シールリング接触部に、前記第１のメッキレジスト膜の周辺部をメッキしないためのメッキ治具のシールリングを接触させ、且つ、前記メッキ用接続端子部に前記メッキ治具の給電部材を接触させた状態で、電解メッキを行なうことにより、前記第１のメッキレジスト膜の配線形成用開口部内の前記下地金属層上に配線を形成する工程と、
   前記配線、前記第１のメッキレジスト膜、前記シールリング接触部および前記メッキ用接続端子部上の全面に未露光の第２のメッキレジスト膜を形成する工程と、
   露光および現像を行なうことにより、前記第２のメッキレジスト膜に柱状電極形成用開口部を形成し、且つ、前記第２のメッキレジスト膜の周辺部を除去して前記メッキ用接続端子部および前記シールリング接触部の少なくとも外周側を露出させる工程と、
   前記シールリング接触部に、前記第２のメッキレジスト膜の周辺部をメッキしないための前記メッキ治具のシールリングを接触させ、且つ、前記メッキ用接続端子部に前記メッキ治具の給電部材を接触させた状態で、電解メッキを行なうことにより、前記第２のメッキレジスト膜の柱状電極形成用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する工程と、
   前記両メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離する工程と、
   前記配線をマスクとして前記下地金属層の不要な部分をエッチングして除去する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の発明において、前記下地金属層の不要な部分を除去した後に、前記柱状電極の周囲を覆う封止膜を形成する工程と、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程と、ダイシングにより前記半導体ウエハを切断して半導体装置を複数個得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に記載の発明において、前記第１のメッキレジスト膜に対する露光は、前記第１のメッキレジスト膜の周辺部上面に第１の遮光リングを配置した状態で、配線形成用露光マスクを用いたステップ露光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、前記第２のメッキレジスト膜に対する露光は、前記第２のメッキレジスト膜の周辺部上面に第２の遮光リングを配置した状態で、柱状電極形成用露光マスクを用いたステップ露光であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項４に記載の発明において、前記第２の遮光リングの内径は前記第１の遮光リングの内径よりも大きいか同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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