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の上方に樹脂層３０を形成する工程と、（ｂ）樹脂層３０を樹脂層３０の突起方向に外力を加えながらキュアすることにより、樹脂突起４０を形成する工程と、（ｃ）電極パッド１６と電気的に接続する導電層５０を、樹脂突起４０の上方に至るように形成する工程と、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樹脂層を形成する工程と、
（ｂ）前記樹脂層を該樹脂層の突起方向に外力を加えながらキュアすることにより、樹脂突起を形成する工程と、
（ｃ）前記電極パッドと電気的に接続する導電層を、前記樹脂突起の上方に至るように形成する工程と、
を含む。
【０００５】
本発明によれば、樹脂層をその突起方向に外力を加えながらキュアするので、樹脂は半導体基板の表面に濡れてその平面方向に広がりながらも垂直方向に突起した状態で硬化する。これにより、キュア後の樹脂突起の立ち上がりを緩やかにすることができる。すなわち、樹脂突起の接触角を小さくすることができる。したがって、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上に他の層等を介して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）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、
前記外力は、重力又は遠心力であってもよい。
【０００８】
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）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。
【０００９】
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】
【００１０】
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。
【００１１】
（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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
（２）次に、図３〜図５に示すように、樹脂層３０を形成する。
【００１５】
ここで、樹脂層３０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３０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。
【００１６】
樹脂層３０は、フォトリソグラフィ工程により所定形状にパターニングすることができる。具体的には、まず、図３に示すように、感光性の樹脂材料２０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。樹脂材料２０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、樹脂材料２０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３０を所定形状にパターニングすることができる。樹脂層３０の断面は例えば矩形形状をなしている。
【００１７】
ここで、樹脂層３０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３０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。
【００１８】
上述した樹脂層３０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）により形成することもできる。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。
【００１９】
（３）次に、図６及び図７に示すように、樹脂層３０をキュアすることにより樹脂突起４０を形成する。
【００２０】
キュア工程では、例えば樹脂層３０を加熱することにより、樹脂を溶融させ、その後に硬化収縮させる。本実施の形態では、樹脂層３０をその突起方向に外力を加えながらキュアする。少なくとも樹脂層３０の硬化が開始するまで外力を加える。図６に示すように、外力は重力Ｆ_Ｇであってもよい。詳しくは、半導体基板１０を樹脂層３０の突起方向に重力Ｆ_Ｇが加えられるように（逆さまに）セットし、その状態でキュア工程を行う。その場合、重力Ｆ_Ｇの加えられる方向と半導体基板１０の主面に対する垂直方向とを一致させることができる。あるいは、外力は遠心力であってもよい。すなわち、半導体基板１０を遠心分離機（図示しない）にセットし、遠心分離機の回転によって遠心力を加えながら樹脂層３０をキュアしてもよい。その場合も、遠心力の加えられる方向と半導体基板１０の主面に対する垂直方向とを一致させることができる。
【００２１】
本実施の形態によれば、樹脂層３０をその突起方向に外力を加えながらキュアするので、樹脂は半導体基板１０の表面に濡れてその平面方向に広がりながらも垂直方向に突起した状態で硬化する。これにより、キュア後の樹脂突起４０の立ち上がりを緩やかにすることができる。すなわち、樹脂突起４０の接触角を小さくすることができる。したがって、導電層５０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。
【００２２】
図７に示すように、キュア後の樹脂突起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。樹脂突起４０の全周において立ち上がりが緩やかであれば、導電層５０を高い密着性をもってあらゆる方向から樹脂突起４０上に延出させることができる。
【００２３】
（４）次に、図８〜図１１に示すように、電極パッド１６と電気的に接続する導電層５０を、樹脂突起４０上に至るように形成する。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、電極パッド１６とは反対側の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（例えば電極パッド１６側及びそれとは反対側）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。
【００２７】
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Ｏ_２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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。本変形例では、樹脂突起１４０の形態が上述と異なる。
【００３１】
本変形例では、それぞれの電極パッド１６に対していずれかの樹脂突起１４０が対となるように、樹脂層のパターニング工程では互いに離間した複数の樹脂層を形成する。例えば、複数の略円柱状の樹脂層をパターニングして形成した後、キュア工程により、複数の略半球状の樹脂突起１４０を形成する。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１４０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１４０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１４０の一部が露出することにより、応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。
【００３２】
なお、本変形例においては、樹脂突起１４０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。
【００３３】
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】
【００３４】
【図１】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。
【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機器を示す図である。
【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。
【符号の説明】
【００３５】
１０…半導体基板１６…電極パッド１８…パッシベーション膜
３０…樹脂層４０…樹脂突起５０…導電層１４０…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樹脂層を形成する工程と、
（ｂ）前記樹脂層を該樹脂層の突起方向に外力を加えながらキュアすることにより、樹脂突起を形成する工程と、
（ｃ）前記電極パッドと電気的に接続する導電層を、前記樹脂突起の上方に至るように形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１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、
前記外力は、重力又は遠心力である半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｃ）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】