半導体装置の製造方法
【課題】 本発明の目的は、導電層の密着性の向上及びマイグレーションの防止を図ることにある。
【解決手段】 半導体装置の製造方法は、(a)電極パッド16及びパッシベーション膜18を有する半導体基板10の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層20を形成する工程と、(b)第1のエネルギー供給処理により、樹脂層20を硬化収縮させることなく融解させる工程と、(c)第2のエネルギー供給処理により、融解後の樹脂層30を硬化収縮させて樹脂突起40を形成する工程と、(d)電極パッド16と電気的に接続し、かつ樹脂突起40の上方を通る導電層50を形成する工程と、を含む。
【解決手段】 半導体装置の製造方法は、(a)電極パッド16及びパッシベーション膜18を有する半導体基板10の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層20を形成する工程と、(b)第1のエネルギー供給処理により、樹脂層20を硬化収縮させることなく融解させる工程と、(c)第2のエネルギー供給処理により、融解後の樹脂層30を硬化収縮させて樹脂突起40を形成する工程と、(d)電極パッド16と電気的に接続し、かつ樹脂突起40の上方を通る導電層50を形成する工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電気的接続信頼性の向上を図るため、樹脂突起上に導電層が形成された樹脂コアバンプを外部端子とする半導体装置が開発されている。これによれば、半導体基板に樹脂突起が形成された後に、電極パッドから樹脂突起上に至る導電層が形成される。一般的に、導電層を形成する工程では、電極パッド上の酸化層を除去するため、Ar逆スパッタが行われる。しかし、Ar逆スパッタを行うと、それにより樹脂突起の表面の炭化が進行し、その結果、樹脂の絶縁抵抗が低下し、マイグレーションが引き起こされる可能性がある。また、上述した構造の場合、導電層は立体的形状をなす樹脂突起上を通るように形成されるので、導電層の剥離又は断線の防止を図ることが要求される。
【特許文献1】特開平2−272737号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的は、導電層の密着性の向上及びマイグレーションの防止を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させることなく融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、融解後の前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む。
【0005】
本発明によれば、樹脂層を融解させてその表面を滑らかな曲面に形成し、その形状から硬化収縮させるので、最終的に立ち上がりが緩やかな樹脂突起を形成することができる。これにより、導電層の剥離及び断線の防止を図り、その密着性の向上を図ることができる。
【0006】
なお、本発明において、特定のAの上方にBが設けられているとは、A上に直接Bが設けられている場合と、A上に他を介してBが設けられている場合と、を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。
【0007】
(2)本発明に係る半導体装置の製造方法は、
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を表層部が中心部よりも進行するように融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む。
【0008】
本発明によれば、樹脂層の表層部を融解させてその表面を滑らかな曲面に形成し、その形状から硬化収縮させるので、最終的に立ち上がりが緩やかな樹脂突起を形成することができる。これにより、導電層の剥離及び断線の防止を図り、その密着性の向上を図ることができる。
【0009】
(3)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程において、前記樹脂層を前記中心部を除き前記表層部のみを融解させてもよい。
【0010】
(4)この半導体装置の製造方法において、
前記第1及び第2のエネルギー供給処理は、いずれも加熱処理であり、
前記(c)工程の加熱温度は、前記(b)工程の加熱温度よりも高くてもよい。
【0011】
(5)この半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程により、前記樹脂層を略四角形の断面形状に形成し、
前記(b)工程により、前記樹脂層を略半円の断面形状に形成してもよい。
【0012】
(6)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、
前記導電層を形成する前に、Arガスにより、前記電極パッドの表面から酸化膜を除去するとともに、前記樹脂突起の表面の炭化を進行させ、
前記導電層を形成した後に、前記導電層をマスクとして前記樹脂突起を部分的に除去してもよい。
【0013】
これによれば、Arガスにより樹脂突起の炭化が進行し、炭化層(又はプラズマ重合層)が形成されたとしても、樹脂突起の立ち上がりが緩やかに形成されているので、これにより樹脂突起を炭化層等を残すことなく容易に除去することができる。特に、炭化層等は、樹脂突起の根元部に残存しやすいが、本発明によれば樹脂突起の根元部に残存する炭化層等を容易に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0015】
(半導体装置の製造方法)
図1〜図11は、本発明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。
【0016】
(1)まず、図1及び図2に示すように、半導体基板10を用意する。半導体基板10は、例えば半導体ウエハである(図1参照)。その場合、半導体基板10は、半導体チップとなる複数のチップ領域12を有し、それぞれのチップ領域12の内部に集積回路14が形成されている。すなわち、半導体基板10を複数の半導体チップに分割する場合、個々の半導体チップが個々の集積回路14を有することになる。集積回路14は、少なくともトランジスタ等の能動素子を含む。チップ領域12は、例えば平面視が矩形形状(例えば長方形)をなしている。それぞれのチップ領域12には、複数の電極パッド(例えばアルミパッド)16が形成されている。複数の電極パッド16は、チップ領域12の対向する2辺(例えば長辺側の2辺)又は4辺に沿って配列されていてもよい。その場合、各辺に1列又は複数列の電極パッド16が配列されている。電極パッド16がチップ領域12の端部に配列している場合、集積回路14は、複数の電極パッド16により囲まれた中央部に形成されていてもよい。あるいは、電極パッド16は、集積回路14と平面視において重なる領域に形成されていてもよい。電極パッド16は、内部配線(図示しない)により集積回路14と電気的に接続されている。
【0017】
半導体基板10の表面(集積回路14の形成面)には、パッシベーション膜(保護膜)18が形成されている。パッシベーション膜18は、無機系又は有機系のいずれから形成してもよく、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の少なくとも1層により形成することができる。パッシベーション膜18には、電極パッド16を開口する開口部19が形成されている。開口部19により、電極パッド16の少なくとも一部(例えば中央部のみ)が露出している。なお、電極パッド16上には、多くの場合、酸化層17が形成されている。酸化層17は、例えば自然酸化によるものであり、電極パッド16の表面を被覆している。
【0018】
(2)次に、図3〜図5に示すように、樹脂層20を形成する。
【0019】
樹脂層20は、半導体基板10上(詳しくはパッシベーション膜18上)であって、平面視において電極パッド16と異なる領域に形成することができる。樹脂層20の形成領域は限定されるものではないが、例えば所定の幅を有する直線状に形成することができる。その場合、半導体基板10のチップ領域12の境界(例えば長辺方向)に沿って(例えば平行に)延出するように形成することができる。
【0020】
具体的には、まず、図3に示すように、感光性の樹脂層20aを例えばスピンコート法により半導体基板10上に塗布する。その後、図4に示すように、開口部24を有するマスク22を半導体基板10上に配置し、光エネルギー26を照射して露光を行う。樹脂層20aとして、光エネルギー26の照射部分において現像液の溶解性が減少するネガ型を使用した場合には、マスク22の開口部24から露出する領域のみに樹脂を残すことができる。あるいは、逆に、樹脂層20aとして、光エネルギー26の照射部分において現像液の溶解性が増加するポジ型を使用した場合には、マスク22により覆われた領域のみに樹脂を残すことができる。その後、現像工程を行うことにより、図5に示すように、樹脂層20を所定形状にパターニングすることができる。樹脂層20は、略四角形(略矩形)の断面形状に形成することができる。
【0021】
ここで、樹脂層20の樹脂材料の一例としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂等の弾性樹脂材料が挙げられる。また、樹脂層20は、例えばベンゼン環及びそれが縮合した環をもつ有機化合物の芳香族化合物であるポリイミド、ポリベンゾオキサゾル、ベンゾシクロブテン又はエポキシ等であることができる。なお、樹脂層20はエネルギー硬化型樹脂(例えば熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂)である。
【0022】
上述した樹脂層20のパターニング工程の変形例として、例えば液滴吐出法(例えばインクジェット法)を適用してもよい。これによれば、樹脂材料を必要な領域のみに直接吐出することができる。特に、インクジェット法によれば、インクジェットプリンタ用に実用化された技術を応用することによって、高速かつインク(樹脂材料)を無駄なく経済的に設けることができる。
【0023】
(3)その後、図6及び図7に示すように、樹脂突起40を形成する。
【0024】
まず、図6に示すように、第1のエネルギー供給処理(例えば加熱処理、光照射処理)により、樹脂層30を融解させる。その場合、樹脂層30は硬化収縮(架橋反応)させない。詳しくは、樹脂層30をその全部又は一部の硬化収縮反応が開始しないように融解させる。熱硬化型樹脂を使用した場合には、樹脂が溶融する程度の温度及び時間により加熱処理を行い、樹脂層30を溶融させ、表面を滑らかな曲面に形成する。例えばパターニング後の樹脂層20の断面形状が略四角形状であれば、融解後の樹脂層30の断面形状は略半円形状に形成することができる。加熱温度及び加熱時間は、樹脂材料に応じて適宜調整することができる。
【0025】
その後、図7に示すように、第2のエネルギー供給処理(例えば加熱処理、光照射処理)により、融解後の樹脂層30を硬化収縮させる。融解後の樹脂層30の断面形状が略半円形状をなす場合には、本工程において硬化収縮させる(硬化収縮反応を完了させる)ことにより、立ち上がりが緩やかな樹脂突起40を形成することができる。熱硬化型樹脂を使用した場合には、溶融後の樹脂が硬化収縮する程度の温度及び時間により加熱処理を行う。その場合、上述した硬化時の加熱温度は、溶融時の加熱温度よりも高くてもよい。すなわち、樹脂材料の硬化温度は、樹脂材料の融解温度よりも高くてもよい。樹脂材料の硬化温度は、樹脂材料に加えられる添加剤(硬化剤・架橋剤)の量又は成分を変更することにより適宜調整することができる。また、硬化時の加熱時間は、溶融時の加熱時間よりも長くしてもよい。なお、第1及び第2のエネルギー供給処理は、一連の工程により行うことができる。
【0026】
図7に示すように、樹脂突起40は、表面が曲面となっている。樹脂突起40の断面は、例えば略半円形状をなしている。樹脂突起40の立ち上がり角度(立ち上がり近傍の傾斜面の接線とパッシベーション膜18の表面のなす角度(いわゆる接触角))θは、少なくともθ<90°(最適にはθ≒0°)である。また、樹脂突起40の立ち上がりは、外方向(斜め上方向)に凹状をなすように湾曲して形成されている。
【0027】
(4)次に、図8〜図10に示すように、電極パッド16と電気的に接続し、かつ樹脂突起40上を通る導電層50を形成する。なお、図8は導電層の形成工程後の部分平面図であり、図9は図8のIX−IX線断面図であり、図10は図8のX−X線断面図である。
【0028】
まず、導電層50を形成する前に、電極パッド16上の酸化層17を除去する。酸化層17は、例えば、自然酸化により成長したものや、上述した樹脂のキュア工程により成長したものである。酸化層17の除去方法として、例えばArガスの逆スパッタを適用することができる。Arガスの逆スパッタを半導体基板10の全面に行うと、これにより、樹脂突起40の表面の炭化が進行する。すなわち、樹脂突起40の表面に、炭化層又は炭化層に至る前の層(例えばプラズマ重合層)が形成される。なお、本実施の形態は、このように炭化層等が形成されてしまう場合に特に有益である。
【0029】
導電層50は、スパッタ法又は蒸着法により導電箔を成膜し、その後、導電箔をパターニングすることにより形成することができる。導電層50は、例えば、下地となる第1の層(例えばTiW層)52と、その上の第2の層(例えばAu層)54とからなる複数層により形成することができる。その場合、導電箔を第1及び第2の層52,54により形成し、レジストをマスクとしてエッチング(例えばウエットエッチング)により第2の層54をパターニングし、パターニング後の第2の層54をマスクとして第1の層52をパターニングしてもよい。下地となる第1の層52は、金属拡散防止、密着性向上又はメッキ層として利用することができる。変形例として、下地となる第1の層52をスパッタ法又は蒸着法により形成し、その上の第2の層54を無電解メッキ又は電気メッキにより形成することもできる。これにより、第2の層54を容易に厚く形成することができる。あるいは、導電層50は、単一層(例えばAu層)により形成することもできる。なお、導電層50の材質は上述に限られず、例えば、Cu,Ni,Pd,Al,Cr等を使用することができる。
【0030】
導電層50は、電極パッド16と樹脂突起40の間を電気的に接続する配線層である。導電層50は、少なくとも、電極パッド16上、パッシベーション膜18上、及び樹脂突起40上を通るように形成する。本実施の形態では、樹脂突起40の立ち上がりが緩やかに形成されているので、導電層50の密着性の向上を図ることができる。そのため、導電層50の剥離及び断線の防止を図ることができる。図9に示す例では、導電層50を、樹脂突起40上を超えて、さらにパッシベーション膜18上に至るように形成する。言い換えれば、導電層50を、樹脂突起40から複数方向(例えば反対方向)に分岐してパッシベーション膜18上に至るように形成する。これにより、導電層50の下地に対するさらなる密着性の向上を図ることができる。なお、導電層50は、樹脂突起40上に形成されている電気的接続部56を有する。
【0031】
図10及び図11に示すように、導電層50を形成した後に、導電層50をマスクとして樹脂突起40を部分的に除去してもよい。これにより、例えば実装時における接着剤の排出性の向上を図ることができる。例えば、樹脂突起40が所定の幅を有する直線状に形成され、樹脂突起40の長さ方向に複数の電気的接続部56が所定間隔をあけて配列されている場合、隣接する電気的接続部56同士の間から露出する部分を異方性のエッチャント(例えばO2プラズマ)58によりエッチングして除去する。その場合、パッシベーション膜18の損傷を防止するため、隣接する電気的接続部56同士の間に樹脂の残渣44を設けるようにエッチングすることができる。本実施の形態によれば、樹脂突起40の立ち上がりが緩やかになっているため、樹脂突起40の根元部に異方性のエッチャントが進入しやすくなり、これにより、樹脂突起40の根元部に形成される炭化層等を従来に増して容易に除去することができる。したがって、炭化層等に起因するマイグレーションを防止し、信頼性の向上を図ることができる。
【0032】
こうして、複数の樹脂コアバンプ60を有する半導体装置100を製造することができる。樹脂コアバンプ60は、半導体基板10の一方の面(集積回路14の形成面)に形成され、樹脂突起42と、樹脂突起42上に形成された電気的接続部56と、を含む。これによれば、樹脂突起42がコアとなりそれ自体が弾力性を有するので、実装時における応力緩和機能や電気的接続信頼性の向上を図ることができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、上述した半導体装置の製造方法の内容から導き出せる構成を有する。
【0033】
(電子機器)
図12は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスを示す図である。電子デバイス(例えば表示デバイス)1000は、半導体装置100を含む。図12に示す例では、電子デバイス1000は、半導体装置100と、樹脂フィルム等からなる第1の基板200と、ガラス等からなる第2の基板300と、を含む。半導体装置100は、例えば第1の基板200にフェースダウン実装され、詳しくは、第1の基板200に形成された配線パターンと、半導体装置100の樹脂コアバンプ60とが電気的に接続されている。半導体装置100と第1の基板200の間には、図示しない絶縁性接着剤(例えばNCF(Non Conductive Film)又はNCP(Non Conductive Paste))が設けられている。あるいは、第1の基板200を省略して、半導体装置100を第2の基板300にフェースダウン実装することもできる。電子デバイス1000の例としては、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、EL(Electrical Luminescence)ディスプレイなどが挙げられる。なお、図13には本発明の実施の形態に係る電子機器の一例としてノート型パーソナルコンピュータが示され、図14には携帯電話が示されている。
【0034】
(変形例)
図15は、本発明の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【0035】
本変形例では、第1のエネルギー供給処理により、樹脂層130を表層部132が中心部134よりも進行するように融解させる。例えば、熱硬化型樹脂を使用した場合には、ホットエアにより加熱処理を行い、樹脂層130の表層部132を溶融させる。ホットエアによる加熱処理は、例えば大気圧よりも減圧した状態で行うことができる。また、樹脂層130は、表層部132が中心部134よりも融解が進行していればよく、表層部132及び中心部134を同時に融解させてもよい。あるいは、樹脂層130の中心部134を除く表層部132のみを融解させてもよい。また、第1のエネルギー供給処理により、少なくとも樹脂層130の表層部132の融解が進行していればよく、表層部132の少なくとも一部の硬化収縮反応が同時に開始されていてもよい。本工程により、図15に示すように、樹脂層130をその表面が滑らかな曲面に形成することができる。
【0036】
その後、第2のエネルギー供給処理を行うことにより、融解後の樹脂層130を硬化収縮させる。本変形例においても、融解後の樹脂層130の表面が滑らかな曲面に形成されているので、その形状から硬化収縮させることにより、立ち上がりが緩やかな樹脂突起を形成することができる。
【0037】
図16は、本発明の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本変形例では、樹脂突起240の形態が上述と異なる。
【0038】
樹脂層のパターニングの詳細は、上述した内容を適用することができる。ただし、本変形例では、導電層50の形成工程前において、それぞれの電極パッド16に対していずれかの樹脂突起240が対となるように、互いに離間させて複数の樹脂突起240を形成する。そのために、樹脂層は、例えば個々が円柱状をなす複数にパターニングした後、第1及び第2のエネルギー供給処理を行うことにより略半球状の樹脂突起240を形成することができる。それらの詳細は上述した通りである。
【0039】
導電層50は、例えば、いずれか1つの電極パッド16といずれか1つの樹脂突起240の間を電気的に接続する。その場合、導電層50は、1つの樹脂突起240の一部のみを覆うように形成してもよいし、その全部を覆うように形成してもよい。前者の場合、樹脂突起240の一部が露出することにより、外力が開放されるので、実装時の電気的接続部56(導電層50)のクラックを防止することができる。
【0040】
なお、本変形例においては、樹脂突起240をあらかじめ個々に離間して形成するので、上述した例のように、導電層50を形成した後の樹脂突起の部分的な除去工程を省略することができる。
【0041】
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。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本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】本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】本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】本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5】本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】本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】本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】本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】図8のIX−IX線断面図である。
【図10】図8のX−X線断面図である。
【図11】本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12】本実施の形態に係る電子デバイスを示す図である。
【図13】本実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図14】本実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図15】本実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図16】本実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【0043】
10…半導体基板 16…電極パッド 18…パッシベーション膜
20…樹脂層 30…樹脂層 40…樹脂突起 50…導電層
100…半導体装置 130…樹脂層 132…表層部 134…中心部
240…樹脂突起
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電気的接続信頼性の向上を図るため、樹脂突起上に導電層が形成された樹脂コアバンプを外部端子とする半導体装置が開発されている。これによれば、半導体基板に樹脂突起が形成された後に、電極パッドから樹脂突起上に至る導電層が形成される。一般的に、導電層を形成する工程では、電極パッド上の酸化層を除去するため、Ar逆スパッタが行われる。しかし、Ar逆スパッタを行うと、それにより樹脂突起の表面の炭化が進行し、その結果、樹脂の絶縁抵抗が低下し、マイグレーションが引き起こされる可能性がある。また、上述した構造の場合、導電層は立体的形状をなす樹脂突起上を通るように形成されるので、導電層の剥離又は断線の防止を図ることが要求される。
【特許文献1】特開平2−272737号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的は、導電層の密着性の向上及びマイグレーションの防止を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させることなく融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、融解後の前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む。
【0005】
本発明によれば、樹脂層を融解させてその表面を滑らかな曲面に形成し、その形状から硬化収縮させるので、最終的に立ち上がりが緩やかな樹脂突起を形成することができる。これにより、導電層の剥離及び断線の防止を図り、その密着性の向上を図ることができる。
【0006】
なお、本発明において、特定のAの上方にBが設けられているとは、A上に直接Bが設けられている場合と、A上に他を介してBが設けられている場合と、を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。
【0007】
(2)本発明に係る半導体装置の製造方法は、
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を表層部が中心部よりも進行するように融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む。
【0008】
本発明によれば、樹脂層の表層部を融解させてその表面を滑らかな曲面に形成し、その形状から硬化収縮させるので、最終的に立ち上がりが緩やかな樹脂突起を形成することができる。これにより、導電層の剥離及び断線の防止を図り、その密着性の向上を図ることができる。
【0009】
(3)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程において、前記樹脂層を前記中心部を除き前記表層部のみを融解させてもよい。
【0010】
(4)この半導体装置の製造方法において、
前記第1及び第2のエネルギー供給処理は、いずれも加熱処理であり、
前記(c)工程の加熱温度は、前記(b)工程の加熱温度よりも高くてもよい。
【0011】
(5)この半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程により、前記樹脂層を略四角形の断面形状に形成し、
前記(b)工程により、前記樹脂層を略半円の断面形状に形成してもよい。
【0012】
(6)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、
前記導電層を形成する前に、Arガスにより、前記電極パッドの表面から酸化膜を除去するとともに、前記樹脂突起の表面の炭化を進行させ、
前記導電層を形成した後に、前記導電層をマスクとして前記樹脂突起を部分的に除去してもよい。
【0013】
これによれば、Arガスにより樹脂突起の炭化が進行し、炭化層(又はプラズマ重合層)が形成されたとしても、樹脂突起の立ち上がりが緩やかに形成されているので、これにより樹脂突起を炭化層等を残すことなく容易に除去することができる。特に、炭化層等は、樹脂突起の根元部に残存しやすいが、本発明によれば樹脂突起の根元部に残存する炭化層等を容易に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0015】
(半導体装置の製造方法)
図1〜図11は、本発明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。
【0016】
(1)まず、図1及び図2に示すように、半導体基板10を用意する。半導体基板10は、例えば半導体ウエハである(図1参照)。その場合、半導体基板10は、半導体チップとなる複数のチップ領域12を有し、それぞれのチップ領域12の内部に集積回路14が形成されている。すなわち、半導体基板10を複数の半導体チップに分割する場合、個々の半導体チップが個々の集積回路14を有することになる。集積回路14は、少なくともトランジスタ等の能動素子を含む。チップ領域12は、例えば平面視が矩形形状(例えば長方形)をなしている。それぞれのチップ領域12には、複数の電極パッド(例えばアルミパッド)16が形成されている。複数の電極パッド16は、チップ領域12の対向する2辺(例えば長辺側の2辺)又は4辺に沿って配列されていてもよい。その場合、各辺に1列又は複数列の電極パッド16が配列されている。電極パッド16がチップ領域12の端部に配列している場合、集積回路14は、複数の電極パッド16により囲まれた中央部に形成されていてもよい。あるいは、電極パッド16は、集積回路14と平面視において重なる領域に形成されていてもよい。電極パッド16は、内部配線(図示しない)により集積回路14と電気的に接続されている。
【0017】
半導体基板10の表面(集積回路14の形成面)には、パッシベーション膜(保護膜)18が形成されている。パッシベーション膜18は、無機系又は有機系のいずれから形成してもよく、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の少なくとも1層により形成することができる。パッシベーション膜18には、電極パッド16を開口する開口部19が形成されている。開口部19により、電極パッド16の少なくとも一部(例えば中央部のみ)が露出している。なお、電極パッド16上には、多くの場合、酸化層17が形成されている。酸化層17は、例えば自然酸化によるものであり、電極パッド16の表面を被覆している。
【0018】
(2)次に、図3〜図5に示すように、樹脂層20を形成する。
【0019】
樹脂層20は、半導体基板10上(詳しくはパッシベーション膜18上)であって、平面視において電極パッド16と異なる領域に形成することができる。樹脂層20の形成領域は限定されるものではないが、例えば所定の幅を有する直線状に形成することができる。その場合、半導体基板10のチップ領域12の境界(例えば長辺方向)に沿って(例えば平行に)延出するように形成することができる。
【0020】
具体的には、まず、図3に示すように、感光性の樹脂層20aを例えばスピンコート法により半導体基板10上に塗布する。その後、図4に示すように、開口部24を有するマスク22を半導体基板10上に配置し、光エネルギー26を照射して露光を行う。樹脂層20aとして、光エネルギー26の照射部分において現像液の溶解性が減少するネガ型を使用した場合には、マスク22の開口部24から露出する領域のみに樹脂を残すことができる。あるいは、逆に、樹脂層20aとして、光エネルギー26の照射部分において現像液の溶解性が増加するポジ型を使用した場合には、マスク22により覆われた領域のみに樹脂を残すことができる。その後、現像工程を行うことにより、図5に示すように、樹脂層20を所定形状にパターニングすることができる。樹脂層20は、略四角形(略矩形)の断面形状に形成することができる。
【0021】
ここで、樹脂層20の樹脂材料の一例としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂等の弾性樹脂材料が挙げられる。また、樹脂層20は、例えばベンゼン環及びそれが縮合した環をもつ有機化合物の芳香族化合物であるポリイミド、ポリベンゾオキサゾル、ベンゾシクロブテン又はエポキシ等であることができる。なお、樹脂層20はエネルギー硬化型樹脂(例えば熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂)である。
【0022】
上述した樹脂層20のパターニング工程の変形例として、例えば液滴吐出法(例えばインクジェット法)を適用してもよい。これによれば、樹脂材料を必要な領域のみに直接吐出することができる。特に、インクジェット法によれば、インクジェットプリンタ用に実用化された技術を応用することによって、高速かつインク(樹脂材料)を無駄なく経済的に設けることができる。
【0023】
(3)その後、図6及び図7に示すように、樹脂突起40を形成する。
【0024】
まず、図6に示すように、第1のエネルギー供給処理(例えば加熱処理、光照射処理)により、樹脂層30を融解させる。その場合、樹脂層30は硬化収縮(架橋反応)させない。詳しくは、樹脂層30をその全部又は一部の硬化収縮反応が開始しないように融解させる。熱硬化型樹脂を使用した場合には、樹脂が溶融する程度の温度及び時間により加熱処理を行い、樹脂層30を溶融させ、表面を滑らかな曲面に形成する。例えばパターニング後の樹脂層20の断面形状が略四角形状であれば、融解後の樹脂層30の断面形状は略半円形状に形成することができる。加熱温度及び加熱時間は、樹脂材料に応じて適宜調整することができる。
【0025】
その後、図7に示すように、第2のエネルギー供給処理(例えば加熱処理、光照射処理)により、融解後の樹脂層30を硬化収縮させる。融解後の樹脂層30の断面形状が略半円形状をなす場合には、本工程において硬化収縮させる(硬化収縮反応を完了させる)ことにより、立ち上がりが緩やかな樹脂突起40を形成することができる。熱硬化型樹脂を使用した場合には、溶融後の樹脂が硬化収縮する程度の温度及び時間により加熱処理を行う。その場合、上述した硬化時の加熱温度は、溶融時の加熱温度よりも高くてもよい。すなわち、樹脂材料の硬化温度は、樹脂材料の融解温度よりも高くてもよい。樹脂材料の硬化温度は、樹脂材料に加えられる添加剤(硬化剤・架橋剤)の量又は成分を変更することにより適宜調整することができる。また、硬化時の加熱時間は、溶融時の加熱時間よりも長くしてもよい。なお、第1及び第2のエネルギー供給処理は、一連の工程により行うことができる。
【0026】
図7に示すように、樹脂突起40は、表面が曲面となっている。樹脂突起40の断面は、例えば略半円形状をなしている。樹脂突起40の立ち上がり角度(立ち上がり近傍の傾斜面の接線とパッシベーション膜18の表面のなす角度(いわゆる接触角))θは、少なくともθ<90°(最適にはθ≒0°)である。また、樹脂突起40の立ち上がりは、外方向(斜め上方向)に凹状をなすように湾曲して形成されている。
【0027】
(4)次に、図8〜図10に示すように、電極パッド16と電気的に接続し、かつ樹脂突起40上を通る導電層50を形成する。なお、図8は導電層の形成工程後の部分平面図であり、図9は図8のIX−IX線断面図であり、図10は図8のX−X線断面図である。
【0028】
まず、導電層50を形成する前に、電極パッド16上の酸化層17を除去する。酸化層17は、例えば、自然酸化により成長したものや、上述した樹脂のキュア工程により成長したものである。酸化層17の除去方法として、例えばArガスの逆スパッタを適用することができる。Arガスの逆スパッタを半導体基板10の全面に行うと、これにより、樹脂突起40の表面の炭化が進行する。すなわち、樹脂突起40の表面に、炭化層又は炭化層に至る前の層(例えばプラズマ重合層)が形成される。なお、本実施の形態は、このように炭化層等が形成されてしまう場合に特に有益である。
【0029】
導電層50は、スパッタ法又は蒸着法により導電箔を成膜し、その後、導電箔をパターニングすることにより形成することができる。導電層50は、例えば、下地となる第1の層(例えばTiW層)52と、その上の第2の層(例えばAu層)54とからなる複数層により形成することができる。その場合、導電箔を第1及び第2の層52,54により形成し、レジストをマスクとしてエッチング(例えばウエットエッチング)により第2の層54をパターニングし、パターニング後の第2の層54をマスクとして第1の層52をパターニングしてもよい。下地となる第1の層52は、金属拡散防止、密着性向上又はメッキ層として利用することができる。変形例として、下地となる第1の層52をスパッタ法又は蒸着法により形成し、その上の第2の層54を無電解メッキ又は電気メッキにより形成することもできる。これにより、第2の層54を容易に厚く形成することができる。あるいは、導電層50は、単一層(例えばAu層)により形成することもできる。なお、導電層50の材質は上述に限られず、例えば、Cu,Ni,Pd,Al,Cr等を使用することができる。
【0030】
導電層50は、電極パッド16と樹脂突起40の間を電気的に接続する配線層である。導電層50は、少なくとも、電極パッド16上、パッシベーション膜18上、及び樹脂突起40上を通るように形成する。本実施の形態では、樹脂突起40の立ち上がりが緩やかに形成されているので、導電層50の密着性の向上を図ることができる。そのため、導電層50の剥離及び断線の防止を図ることができる。図9に示す例では、導電層50を、樹脂突起40上を超えて、さらにパッシベーション膜18上に至るように形成する。言い換えれば、導電層50を、樹脂突起40から複数方向(例えば反対方向)に分岐してパッシベーション膜18上に至るように形成する。これにより、導電層50の下地に対するさらなる密着性の向上を図ることができる。なお、導電層50は、樹脂突起40上に形成されている電気的接続部56を有する。
【0031】
図10及び図11に示すように、導電層50を形成した後に、導電層50をマスクとして樹脂突起40を部分的に除去してもよい。これにより、例えば実装時における接着剤の排出性の向上を図ることができる。例えば、樹脂突起40が所定の幅を有する直線状に形成され、樹脂突起40の長さ方向に複数の電気的接続部56が所定間隔をあけて配列されている場合、隣接する電気的接続部56同士の間から露出する部分を異方性のエッチャント(例えばO2プラズマ)58によりエッチングして除去する。その場合、パッシベーション膜18の損傷を防止するため、隣接する電気的接続部56同士の間に樹脂の残渣44を設けるようにエッチングすることができる。本実施の形態によれば、樹脂突起40の立ち上がりが緩やかになっているため、樹脂突起40の根元部に異方性のエッチャントが進入しやすくなり、これにより、樹脂突起40の根元部に形成される炭化層等を従来に増して容易に除去することができる。したがって、炭化層等に起因するマイグレーションを防止し、信頼性の向上を図ることができる。
【0032】
こうして、複数の樹脂コアバンプ60を有する半導体装置100を製造することができる。樹脂コアバンプ60は、半導体基板10の一方の面(集積回路14の形成面)に形成され、樹脂突起42と、樹脂突起42上に形成された電気的接続部56と、を含む。これによれば、樹脂突起42がコアとなりそれ自体が弾力性を有するので、実装時における応力緩和機能や電気的接続信頼性の向上を図ることができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、上述した半導体装置の製造方法の内容から導き出せる構成を有する。
【0033】
(電子機器)
図12は、本発明の実施の形態に係る電子デバイスを示す図である。電子デバイス(例えば表示デバイス)1000は、半導体装置100を含む。図12に示す例では、電子デバイス1000は、半導体装置100と、樹脂フィルム等からなる第1の基板200と、ガラス等からなる第2の基板300と、を含む。半導体装置100は、例えば第1の基板200にフェースダウン実装され、詳しくは、第1の基板200に形成された配線パターンと、半導体装置100の樹脂コアバンプ60とが電気的に接続されている。半導体装置100と第1の基板200の間には、図示しない絶縁性接着剤(例えばNCF(Non Conductive Film)又はNCP(Non Conductive Paste))が設けられている。あるいは、第1の基板200を省略して、半導体装置100を第2の基板300にフェースダウン実装することもできる。電子デバイス1000の例としては、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、EL(Electrical Luminescence)ディスプレイなどが挙げられる。なお、図13には本発明の実施の形態に係る電子機器の一例としてノート型パーソナルコンピュータが示され、図14には携帯電話が示されている。
【0034】
(変形例)
図15は、本発明の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【0035】
本変形例では、第1のエネルギー供給処理により、樹脂層130を表層部132が中心部134よりも進行するように融解させる。例えば、熱硬化型樹脂を使用した場合には、ホットエアにより加熱処理を行い、樹脂層130の表層部132を溶融させる。ホットエアによる加熱処理は、例えば大気圧よりも減圧した状態で行うことができる。また、樹脂層130は、表層部132が中心部134よりも融解が進行していればよく、表層部132及び中心部134を同時に融解させてもよい。あるいは、樹脂層130の中心部134を除く表層部132のみを融解させてもよい。また、第1のエネルギー供給処理により、少なくとも樹脂層130の表層部132の融解が進行していればよく、表層部132の少なくとも一部の硬化収縮反応が同時に開始されていてもよい。本工程により、図15に示すように、樹脂層130をその表面が滑らかな曲面に形成することができる。
【0036】
その後、第2のエネルギー供給処理を行うことにより、融解後の樹脂層130を硬化収縮させる。本変形例においても、融解後の樹脂層130の表面が滑らかな曲面に形成されているので、その形状から硬化収縮させることにより、立ち上がりが緩やかな樹脂突起を形成することができる。
【0037】
図16は、本発明の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本変形例では、樹脂突起240の形態が上述と異なる。
【0038】
樹脂層のパターニングの詳細は、上述した内容を適用することができる。ただし、本変形例では、導電層50の形成工程前において、それぞれの電極パッド16に対していずれかの樹脂突起240が対となるように、互いに離間させて複数の樹脂突起240を形成する。そのために、樹脂層は、例えば個々が円柱状をなす複数にパターニングした後、第1及び第2のエネルギー供給処理を行うことにより略半球状の樹脂突起240を形成することができる。それらの詳細は上述した通りである。
【0039】
導電層50は、例えば、いずれか1つの電極パッド16といずれか1つの樹脂突起240の間を電気的に接続する。その場合、導電層50は、1つの樹脂突起240の一部のみを覆うように形成してもよいし、その全部を覆うように形成してもよい。前者の場合、樹脂突起240の一部が露出することにより、外力が開放されるので、実装時の電気的接続部56(導電層50)のクラックを防止することができる。
【0040】
なお、本変形例においては、樹脂突起240をあらかじめ個々に離間して形成するので、上述した例のように、導電層50を形成した後の樹脂突起の部分的な除去工程を省略することができる。
【0041】
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。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本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】本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】本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】本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5】本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】本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】本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】本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】図8のIX−IX線断面図である。
【図10】図8のX−X線断面図である。
【図11】本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12】本実施の形態に係る電子デバイスを示す図である。
【図13】本実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図14】本実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図15】本実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図16】本実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【0043】
10…半導体基板 16…電極パッド 18…パッシベーション膜
20…樹脂層 30…樹脂層 40…樹脂突起 50…導電層
100…半導体装置 130…樹脂層 132…表層部 134…中心部
240…樹脂突起
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させることなく融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、融解後の前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項2】
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を表層部が中心部よりも進行するように融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項3】
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程において、前記樹脂層を前記中心部を除き前記表層部のみを融解させる半導体装置の製造方法。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1及び第2のエネルギー供給処理は、いずれも加熱処理であり、
前記(c)工程の加熱温度は、前記(b)工程の加熱温度よりも高い半導体装置の製造方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程により、前記樹脂層を略四角形の断面形状に形成し、
前記(b)工程により、前記樹脂層を略半円の断面形状に形成する半導体装置の製造方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程において、
前記導電層を形成する前に、Arガスにより、前記電極パッドの表面から酸化膜を除去するとともに、前記樹脂突起の表面の炭化を進行させ、
前記導電層を形成した後に、前記導電層をマスクとして前記樹脂突起を部分的に除去する半導体装置の製造方法。
【請求項1】
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させることなく融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、融解後の前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項2】
(a)電極パッド及びパッシベーション膜を有する半導体基板の上方に、エネルギー硬化型の樹脂層を形成する工程と、
(b)第1のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を表層部が中心部よりも進行するように融解させる工程と、
(c)第2のエネルギー供給処理により、前記樹脂層を硬化収縮させて樹脂突起を形成する工程と、
(d)前記電極パッドと電気的に接続し、かつ前記樹脂突起の上方を通る導電層を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項3】
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程において、前記樹脂層を前記中心部を除き前記表層部のみを融解させる半導体装置の製造方法。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1及び第2のエネルギー供給処理は、いずれも加熱処理であり、
前記(c)工程の加熱温度は、前記(b)工程の加熱温度よりも高い半導体装置の製造方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程により、前記樹脂層を略四角形の断面形状に形成し、
前記(b)工程により、前記樹脂層を略半円の断面形状に形成する半導体装置の製造方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程において、
前記導電層を形成する前に、Arガスにより、前記電極パッドの表面から酸化膜を除去するとともに、前記樹脂突起の表面の炭化を進行させ、
前記導電層を形成した後に、前記導電層をマスクとして前記樹脂突起を部分的に除去する半導体装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【公開番号】特開2007−27208(P2007−27208A)
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−203487(P2005−203487)
【出願日】平成17年7月12日(2005.7.12)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年7月12日(2005.7.12)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
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