説明

半導体装置及びその製造方法

【課題】絶縁膜上に下地金属層と上部金属層からなる配線を備えた半導体装置において、下地金属層のサイドエッチングによる絶縁膜と上部金属層との密着性の劣化を抑制することができる半導体装置、及び、その製造方法を提供する。
【解決手段】配線本体16が形成される絶縁膜14の上面には、配線本体16のパターンに対応し、かつ、絶縁膜14の上面から所定の深さの凹部14aが設けられ、当該凹部14aを含む絶縁膜14上面に、配線の一部であり、かつ、密着層であるチタン薄膜15を介して配線本体16が設けられている。凹部14aの幅は、配線本体16の幅よりも狭くなるように設定される。チタン薄膜15は配線本体16の配線幅よりも狭く形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話機や携帯情報端末、デジタルカメラ、マルチメディアプレーヤ等の携帯型の電子機器の普及が著しい。携帯型の電子機器においては、小型化や高機能化に対する市場の要望が高く、このような要望に応えるため電子機器に搭載される半導体装置の高密度実装技術が重要な役割を担っている。
【0003】
従来、高密度実装技術を用いた半導体装置としては、半導体装置の大きさを個々の半導体チップの外形寸法と略同じ外形寸法に近づけることができるチップサイズパッケージ(Chip Size Package;以下、「CSP」と略記する)と呼ばれるパッケージ構造を備えた半導体装置が知られている。そして、近年においては、このCSPの一形態として、半導体ウエハのサイズを維持した状態で封止層を形成したのち、個々のCSPに個片化して完成されるウエハレベルCSP(又は、WLP;Wafer Level Package)と呼ばれる半導体装置(以下、単に「半導体装置」と略記する)が実用化されている。
【0004】
この半導体装置は、半導体基板の一面(以下、上面と記す)側に所望の半導体素子や集積回路が形成されており、これらの半導体素子等を覆うように、当該上面側に絶縁膜が設けられている。この絶縁膜上には、さらに再配線が設けられている。再配線は、一端側が絶縁膜に設けられた開口部を介して、半導体基板の上面に形成された半導体素子等の接続パッドに接続され、他端側が絶縁膜上に任意の配線パターンを有して延在するように形成されている。そして、これらの再配線及び絶縁膜を含む半導体基板の上面側には、さらに保護絶縁膜が設けられている。ここで、保護絶縁膜には、上記再配線の他端側のランドが露出する開口部が設けられ、当該開口部を介して、外部接続用電極としての半田ボールや突起電極(半田バンプ)が接続されている。
【0005】
そして、このような半導体装置は、概略、以下のように製造される。まず、半導体基板の上面において区画された複数の半導体装置形成領域の各々に、半導体素子や集積回路が形成された半導体ウエハを準備する。この半導体ウエハに対して、絶縁膜形成、及び、再配線形成の各工程からなる配線形成工程を行う。次いで、半導体ウエハの状態で、保護絶縁膜形成、及び、外部接続用電極形成の各工程を経た後、ダイシングして個々の半導体チップとして切り出すことにより、各半導体装置が完成する。
【0006】
このような半導体装置によれば、小型・高性能化、実装の高密度化、製造プロセスの効率化を図ることができる。なお、上述したようなウエハレベルCSP型のパッケージ構造を有する半導体装置やその製造方法については、例えば特許文献1、2に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2009−246218号公報
【特許文献2】特開2011−114133号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述したような半導体装置においては、半導体素子等が形成された半導体基板面上に、絶縁膜を形成し、その絶縁膜上に再配線を形成することにより、当該再配線の一端側に接続された半導体素子等の接続パッドと、他端側のランドに接続された外部接続用電極とが電気的に接続されている。ここで、上述した特許文献1、2には、再配線の配線構造として、チタン(Ti)等からなるメッキ用の下地金属層上に、銅(Cu)等からなるメッキ配線層が積層された構成が開示されている。メッキ用金属層は、電解メッキによりメッキ配線層を形成する際のシード層となるとともに、下層の絶縁膜と上層のメッキ配線層との密着性を高める機能を有して効果を有している。
【0009】
そして、このような配線構造を有する再配線は、概略、以下のように製造される。まず、半導体基板上に開口部を設けた絶縁膜を形成した後、半導体基板の全面を被覆するように、チタン等のメッキ用の下地金属層を形成する。次いで、メッキ用の下地金属層上に、所定の配線パターンに応じた開口部を有するフォトレジストを形成した後、電解メッキを行うことにより、開口部内に露出するメッキ金属層上にのみ、銅等のメッキ配線層を形成する。次いで、フォトレジストを除去した後、所定のパターン形状で形成されたメッキ配線層をマスクにして、メッキ用の下地金属層をエッチングすることにより、メッキ配線層の直下にのみメッキ用の下地金属層が残留した積層構造を有する再配線が形成される。
【0010】
しかしながら、上述した製造方法に示したように、所定のパターン形状で形成されたメッキ配線層をマスクにして、下層のメッキ用の下地金属層をエッチングする工程において、メッキ配線層の配線パターンの端部近傍直下のメッキ用の下地金属層がエッチングにより除去される、サイドエッチングが生じる場合がある。この場合、メッキ配線層の配線パターンの端部近傍にはメッキ用の下地金属層が存在しないため、メッキ用の下地金属層による下層の絶縁膜と上層のメッキ配線層との密着幅が狭くなって、密着性が劣化し、半導体装置の製造歩留まりや信頼性の低下を招くという問題を有している。特に、このメッキ用の下地金属層のサイドエッチングは、メッキ用の下地金属層の材質やエッチング条件等に応じて、そのエッチング量は略一定であるため、半導体装置の小型化や高集積化に伴って再配線の配線パターンが微細化されるほど、相対的にエッチング量の比率が高まって、下層の絶縁膜と上層のメッキ配線層との密着幅がさらに狭くなって、密着性が著しく劣化するという問題を有している。
【0011】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、絶縁膜上に下地金属層と上部金属層からなる配線を備えた半導体装置において、絶縁膜と上部金属層との密着性の劣化を抑制することができる半導体装置、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明に係る半導体装置は、
一面側に接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドの一部を露出する開口部と、上面に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部内の前記絶縁膜上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた配線層と、
を有することを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
一面側に設けられた接続パッドを被覆するように絶縁膜が設けられた半導体基板を用意し、
前記絶縁膜に、前記接続パッドの一面側が露出する開口部を形成すると共に、前記絶縁膜の上面の一部に凹部を形成し、
前記開口部内及び前記凹部が形成された前記絶縁膜の上面に、密着層を含む下地金属層を形成し、
前記下地金属層の上面側の前記凹部内を含む領域に、所定のパターンを有する上部金属層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、絶縁膜上に下地金属層と上部金属層からなる配線を備えた半導体装置において、下地金属層のサイドエッチングによる絶縁膜と上部金属層との密着性の劣化を抑制して、製造歩留まりや信頼性の高い配線構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図2】本実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図3】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図(その1)である。
【図4】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図(その2)である。
【図5】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図(その3)である。
【図6】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図(その4)である。
【図7】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図(その5)である。
【図8】本実施形態に係る半導体装置の比較例を示す概略プロセス図である。
【図9】本実施形態に係る半導体装置の作用効果を説明するために比較例に対比させた概略プロセス図である。
【図10】本実施形態に係る半導体装置の他の作用効果を説明するための概略断面図である。
【図11】本実施形態に係る半導体装置に適用される絶縁膜上面の凹部の他の構成例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る半導体装置及びその製造方法について、実施形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に係る半導体装置について説明する。ここでは、ウエハレベルCSP型のパッケージ構造を有する半導体装置を例に示す。
【0017】
(半導体装置)
図1は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す概略平面図であり、図2は、本実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。ここで、図2(a)は、図1に示した半導体装置におけるIIA−IIA線(本明細書においては図1中に示したローマ数字の「2」に対応する記号として便宜的に「II」を用いる。)に沿った断面を示す図であり、図2(b)は、図1に示した半導体装置におけるIIB−IIB線に沿った断面を示す図である。
【0018】
本実施形態に係る半導体装置10は、例えば図1、図2(a)、(b)に示すように、所定の機能を有する集積回路(図示を省略)が上面11a側(図1の紙面表面側、又は、図2(a)、(b)の上面側;一面側)に形成されたシリコン、GaAs等からなる半導体基板11を備えている。ここで、集積回路は、周知のトランジスタやダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子により形成されている。
【0019】
図1、図2(a)、(b)に示すように、半導体基板11の上面11aには、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド12が設けられている。また、半導体基板11の上面11aには、酸化シリコンや窒化シリコン等からなるパッシベーション膜13が設けられている。ここで、パッシベーション膜13は、例えば、半導体基板11の上面11aの周縁部分を除く、中央部に矩形状または正方形状に形成されている。また、パッシベーション膜13は、半導体基板11の上面11aの周縁部分には形成されておらず、当該周縁部分において半導体基板11の上面11aが略枠状に露出されている。パッシベーション膜13には、各接続パッド12の上面の、例えば中央部分を露出させる複数の開口部13hが設けられている。
【0020】
パッシベーション膜13の上面には、ポリイミド系樹脂等からなる絶縁膜14が、半導体基板11の上面11aに関する法線の方向から見て、すなわち、半導体基板11を平面視して、例えばパッシベーション膜13と略同一の形状となるように設けられている。パッシベーション膜13の開口部13hに対応する部分の絶縁膜14には、開口部14hが設けられている。すなわち、各接続パッド12の上面は、パッシベーション膜13に設けられた開口部13h、及び、絶縁膜14に設けられた開口部14hを介して露出されている。なお、本実施形態では、複数の接続パッド12が、半導体基板11の上面11aの外周縁に沿って、全体として略矩形枠状をなすように配列された構成を示したが、各接続パッド12の配列はこれに限られるものではなくい。
【0021】
ここで、図2(a)、(b)に示すように、絶縁膜14の上面には、後述する配線本体16のパターンに対応する領域に、当該絶縁膜14の上面から半導体基板11方向に所定の深さの凹状の凹部14aが設けられている。具体的には、凹部14aは、絶縁膜14の上面から、例えば、当該絶縁膜14の膜厚の1/3程度の深さを有し、さらに、後述する配線本体16の配線幅よりも狭く、かつ、配線本体16のパターンに沿って連続的に延在するように設けられている。
【0022】
また、図2(a)、(b)に示すように、絶縁膜14の上面には、後述する配線本体16のパターンに対応する領域であって、かつ、上記凹部14aを含む領域に、下地金属層(アンダーバンプメタル;UBM)の一部であるチタン(Ti)等の薄膜(以下、チタン薄膜と記す)15が設けられている。具体的には、チタン薄膜15は、後述する製造方法に示すように、上層に形成される銅薄膜16−1及び銅配線層16−2からなる配線本体16を、マスクに用いてエッチングすることにより形成される。このとき、チタン薄膜15はサイドエッチングされることにより、配線本体16の端部近傍の領域(サイドエッチング部15x)が除去されるため、例えば図2(a)、(b)に示すように、配線本体16の配線幅よりも狭く形成されている。ここで、チタン薄膜15は、下層の絶縁膜14と上層の配線本体16との密着性を高める、密着層としての機能を有しているとともに、配線本体16を構成する銅薄膜16−1及び銅配線層16−2とともに、配線の一部(下地金属層)としての機能も有している。
【0023】
絶縁膜14上のチタン薄膜15の上面には、図1、図2(a)、(b)に示すように、配線本体16が設けられている。配線本体16は、例えば、上述したチタン薄膜15とともに下地金属層を形成する銅(Cu)等の薄膜(以下、銅薄膜と記す)と、当該銅薄膜の上面に設けられた上部金属層である銅等の配線層(以下、銅配線層と記す)とを積層した配線構造を有するものを適用することができる。具体的には、配線本体16は、後述する製造方法に示すように、上述した密着層であるチタン薄膜15上に形成された銅薄膜をシード層として電解メッキを行い、当該銅薄膜の上面に上部金属層である銅配線層を成長させることにより形成される。このとき、下地金属層の銅薄膜と上部金属層の銅配線層の2層からなる金属層が一体化するように形成されるので、図2(a)、(b)においてはそれらの境界の図示を省略した。
【0024】
ここで、絶縁膜14の上面に設けられた各配線本体16の一端部16aは、絶縁膜14及びパッシベーション膜13に設けられた開口部14h及び13h内において、チタン薄膜15を介して、各接続パッド12に接続されている。また、各配線本体16の他端部にはランド16bが形成されている。そして、各配線本体16の一端部16aと他端部(ランド16b)の間は、これらと一体的に形成された引き回し線部16cにより接続されている。
【0025】
また、図2(a)、(b)に示すように、配線本体16、絶縁膜14及び半導体基板11の各上面には、熱硬化性のエポキシ樹脂等からなる保護絶縁膜17が設けられている。保護絶縁膜17には、各配線本体16のランド16bの上面を露出させる複数の開口部17hが設けられている。保護絶縁膜17の上面には、開口部17hを介して露出するランド16bに接続された外部接続用の半田ボール18が設けられている。
【0026】
このように、本実施形態に係る半導体装置10においては、配線本体16のパターンに対応する領域の絶縁膜14上面に、当該絶縁膜14の上面から所定の深さの凹部14aが設けられ、当該凹部14aを含む絶縁膜14上面に、配線の一部であり、かつ、密着層であるチタン薄膜15を介して配線本体16が設けられている。これにより、チタン薄膜15が、サイドエッチングにより、配線本体16の配線幅よりも狭く形成された場合であっても、絶縁膜14上面の凹部14aにより、チタン薄膜15を介して配線本体16と絶縁膜14とが密着する面積を十分広く確保することができる。これは換言すれば、半導体装置の小型化や高集積化に伴って、配線が微細化された場合であっても、配線と絶縁膜との間に介在するチタン層による密着面積を十分確保することができることを意味する。したがって、本実施形態によれば、配線本体16と絶縁膜14との密着性を向上させて信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0027】
また、本実施形態においては、絶縁膜14の上面に凹状の凹部14aを設けて、当該凹部14aを含む領域に、チタン薄膜15を介して配線本体16を設けた構成を有している。これにより、配線本体16の膜厚を厚くした場合であっても、半導体基板11の上面11aから配線本体16の上面までの高さを抑制することができる。したがって、配線本体16が形成された半導体基板11上に、保護絶縁膜17等を形成する場合であっても、絶縁膜14と保護絶縁膜17間に気泡が入りにくくして信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0028】
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図3〜図7は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。ここでは、図2(a)に示した断面構造を有する半導体装置について製造方法を説明する。
【0029】
上述した半導体装置10の製造方法は、まず、図3(a)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と記す;半導体基板)の上面21aに、図示を省略した集積回路、及び、当該集積回路に接続されたアルミニウム軽金属等からなる接続パッド12が形成されたものを予め準備する。ここで、半導体ウエハ21の上面21aには、集積回路及び接続パッド12を被覆するように、酸化シリコン等からなるパッシベーション膜13、及び、ポリイミド系樹脂等の感光性の絶縁膜14が積層形成されている。
【0030】
次いで、図3(b)、図4(a)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、パッシベーション膜13及び絶縁膜14に、接続パッド12の上面の、例えば中央部分が露出する開口部13h、14hを形成すると同時に、絶縁膜14の上面に、配線本体16のパターンに対応し、かつ、所定の深さを有する凹状の凹部14aを形成する。具体的には、図3(b)に示すように、少なくとも、開口部13h、14hの形成箇所に対応する領域には、露光装置の光源からの光(露光光)40を高い比率(透過率)で透過させる透過部(第1の透過部)32を有し、また、凹部14aの形成箇所に対応する領域には、透過部32における露光光40の透過比率を1とした場合に、露光光40を例えば1/3の比率で透過させる1/3透過部(第2の透過部)33(又は、露光光40を例えば2/3の比率で遮光する2/3遮光部)を有し、パッシベーション膜13及び絶縁膜14を残存させる領域には、露光光40を遮断する遮光部31を有する露光マスク(レチクル)40を用意する。
【0031】
フォトリソグラフィ法の露光工程において、このようなマスク30を用いることにより、図3(b)に示すように、露光光40に対して、透過部32では例えば露光光40に近似する高い光エネルギーを有する透過光41が絶縁膜14及びパッシベーション膜13に照射され、1/3透過部33では例えば露光光40の1/3の光エネルギーを有する透過光42が絶縁膜14及びパッシベーション膜13に照射される。このような露光工程における光エネルギーに依存して、絶縁膜14及びパッシベーション膜13の感光深さが異なるため、現像工程において、マスク30の透過部32に対応する領域では、絶縁膜14及びパッシベーション膜13が完全に除去されて、その下層の接続パッド12の上面が露出する開口部13h、14hが形成され、同時に、マスク30の1/3透過部33に対応する領域では、絶縁膜14の上面から膜厚の1/3程度のみが除去された凹部14aが形成される。
【0032】
なお、この開口部13h、14h及び凹部14aを形成する工程においては、半導体ウエハ21を個別の半導体装置10に個片化する際のダイシングストリート22及びその両側の近傍領域における、絶縁膜14及びパッシベーション膜13も同時に、完全に除去されて、図4(a)に示すように、当該領域の半導体ウエハ21の上面21aが露出する。そして、開口部13h、14h、凹部14aが形成された絶縁膜14及びパッシベーション膜13をベーク処理して固化する。
【0033】
次いで、図4(b)、(c)に示すように、半導体ウエハ21の上面側の全域、すなわち、パッシベーション膜13及び絶縁膜14の各開口部13h、14hを介して露出された接続パッド12の上面、絶縁膜14の上面、並びに、ダイシングストリート22及びその両側の近傍領域に対応する部分の半導体ウエハ21の上面21aに、下地金属層を構成するチタン薄膜15、及び、銅薄膜16−1を形成する。ここで、チタン薄膜15及び銅薄膜16−1は、例えばスパッタリング法を用いて形成される。
【0034】
次いで、図5(a)に示すように、銅薄膜16−1の上面にポジ型の液状レジストからなるメッキレジスト膜23をパターン形成する。ここで、後述する銅配線層16−2の形成領域に対応する部分のメッキレジスト膜23には、開口部23hが形成されている。次いで、図5(b)に示すように、銅薄膜16−1をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜23の開口部23h内の銅薄膜16−1の上面に銅配線層16−2が形成される。その後、銅薄膜16−1の上面からメッキレジスト膜23が剥離される。
【0035】
次いで、図6(a)に示すように、銅配線層16−2をエッチングマスクとして用いて、当該銅配線層16−2が形成されていない領域(すなわち、銅配線層16−2に被覆されず露出している領域)の銅薄膜16−1をエッチングして除去することにより、銅配線層16−2の直下にのみ銅薄膜16−1を残存させる。これにより、銅配線層16−2とその直下に残存する銅薄膜16−1が配線本体16として一体的に形成される。
【0036】
次いで、図6(b)に示すように、配線本体16をエッチングマスクとして用いて、当該配線本体16が形成されていない領域(すなわち、配線本体16に被覆されず露出している領域)のチタン薄膜15をウェットエッチングにより除去することにより、配線本体16の直下にのみチタン薄膜15を残存させる。これにより、配線本体16が密着層であるチタン薄膜15を介して絶縁膜14の上面に密着した構成が得られる。また、チタン薄膜15が配線本体16とともに、配線の一部を構成する。ここで、チタン薄膜15をエッチングする工程においては、オーバーエッチング気味に処理を行うことにより、絶縁膜14や半導体ウエハ21上に、チタン薄膜15の残渣が存在しないように、完全に除去する。これにより、絶縁膜14や半導体ウエハ21上に残存するチタン薄膜15の残渣が除去されて、配線間ショート等の導通不良が防止されるとともに、後述する保護絶縁膜17と絶縁膜14及び半導体ウエハ21との密着性を向上させることができる。このとき、チタン薄膜15がオーバーエッチングされることにより、図6(b)に示すように、配線本体16の端部近傍の領域(サイドエッチング部15x)においてチタン薄膜15が除去されるサイドエッチングが生じる。
【0037】
次いで、図7(a)に示すように、半導体ウエハ21の上面側の全域、すなわち、配線本体16の上面、絶縁膜14の上面、並びに、ダイシングストリート22及びその両側の近傍領域に対応する部分の半導体ウエハ21の上面21aに、熱硬化性のエポキシ樹脂等からなる保護絶縁膜17が形成される。ここで、保護絶縁膜17には、配線本体16のランド16bが露出する開口部17hが形成される。
【0038】
そして、図7(a)に示すように、保護絶縁膜17に形成された開口部17hを介して、配線本体16のランド16bに接続されるように外部接続用の半田ボール18が形成される。なお、ここでは、半田ボール18を形成する場合について説明したが、ランドグリッドアレイ(Land grid array;LGA)型のパッケージに適用されるような、半田印刷による突起状の電極パッドを形成するものであってもよい。
【0039】
次いで、図7(b)に示すように、保護絶縁膜17及び半田ボール18が形成された半導体ウエハ21を、ダイシングストリート22に沿って切断して個片化することにより、図1、図2(a)、(b)に示した半導体装置10が複数個得られる。
【0040】
このような半導体装置10の製造方法においては、絶縁膜14及びパッシベーション膜13に被覆された接続パッド12の上面を露出する開口部14h、13hと、絶縁膜14の上面に、配線本体16のパターンに対応し、かつ、所定の深さを有する凹状の凹部14aと、を同一の工程により形成することができる。したがって、製造プロセスの増加や変更を伴うことなく、配線本体16と絶縁膜14との密着性を向上させて信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0041】
次に、上述した実施形態に係る半導体装置及びその製造方法の作用効果について、比較対象となる配線構造(以下、比較例と記す)を示して詳しく説明する。ここでは、上述した実施形態に示した半導体装置の比較例として、シリコン基板上に形成された絶縁膜の上面に、本発明の特徴である凹部を設けることなく、配線が直接設けられた構成を示す。
【0042】
図8は、本実施形態に係る半導体装置の比較例を示す概略プロセス図であり、図9は、本実施形態に係る半導体装置の作用効果を説明するために比較例に対比させた概略プロセス図である。ここで、図8(a)、(c)は、比較例における配線の製造プロセスの概略平面図であり、図8(b)、(d)は、各々、図8(a)、(c)に示したVIIIB−VIIIB線、VIIID−VIIID線(本明細書においては図8中に示したローマ数字の「8」に対応する記号として便宜的に「VIII」を用いる。)に沿った断面を示す図である。また、図9(a)、(c)は、本実施形態における配線の製造プロセスの概略平面図であり、図9(b)、(d)は、各々、図9(a)、(c)に示したIXB−IXB線、IXD−IXD線に沿った断面を示す図である。図10は、本実施形態に係る半導体装置の他の作用効果を説明するための概略断面図である。ここでは、本実施形態に係る半導体装置との対比を簡易にするために、同等の構成については同一の符号を付して示す。
【0043】
まず、比較例について説明する。
本実施形態の比較例における配線の製造プロセスは、まず、図8(a)、(b)に示すように、半導体ウエハ21の上面に、各接続パッド12を被覆するように、それぞれ、上面が略平坦なパッシベーション膜13及び絶縁膜14が順次積層形成され、そのパッシベーション膜13及び絶縁膜14に、接続パッド12の上面が露出する開口部13h、14h、及び、ダイシングストリート22を含む領域の半導体ウエハ21の上面21aが露出する開口部が形成される。
【0044】
次いで、開口部13h、14hを有するパッシベーション膜13及び絶縁膜14が形成された半導体ウエハ21の上面に、下地金属層であるチタン薄膜15及び銅薄膜16−1が形成される。ここで、チタン薄膜15及び銅薄膜16−1は、開口部13h、14hを介して各接続パッド12に接続されている。次いで、銅薄膜16−1の上面に、所定のパターンを有する上部金属層である銅配線層16−2を電解メッキにより形成し、当該銅配線層16−2をマスクとして、銅配線層16−2に被覆されず露出している領域の銅薄膜16−1及びチタン薄膜15を順次エッチングすることにより、図8(c)、(d)に示すように、絶縁膜14の上面に、チタン薄膜15を介して、銅薄膜16−1と銅配線層16−2からなる配線本体16が形成された構成が得られる。この銅薄膜16−1と銅配線層16−2は一体的に形成されている。
【0045】
ここで、銅配線層16−2及び銅薄膜16−1からなる配線本体16をマスクとして、上述したように、チタン薄膜15をオーバーエッチング気味に除去した場合のサイドエッチング量について、詳しく検証する。例えばチタン薄膜15の膜厚を180nmに設定し、所定のエッチング条件を適用することにより、図8(d)に示すように、サイドエッチングにより配線本体16の端部から配線本体16の下部に沿って除去されるチタン薄膜15の寸法(すなわち、サイドエッチング部15xの寸法;サイドエッチング量)を2μmとする。ここで、チタン薄膜15のサイドエッチング量は、チタン薄膜15の膜厚や材質、エッチング条件等に依存するため、配線本体16の幅に関わらず、略一定の値になることが知られている。そして、チタン薄膜15に対するサイドエッチングは、配線本体16のパターン全周の端部近傍において生じることから、図8(d)に示すように、特定の断面に着目した場合、サイドエッチング部15xの総寸法は配線本体16の左右両端部近傍において、概ね(2×2=)4μmになる。このことから、例えば、配線幅が15μmの配線本体16の場合、チタン薄膜15の残存寸法は、(15−2×2=)11μmと計算される。したがって、配線本体16の幅(15μm)の2/3以上の領域でチタン薄膜15を介して、配線本体16と絶縁膜14が密着することになり、相互の密着性は概ね確保される。
【0046】
しかしながら、今後、半導体装置の小型化や高集積化に伴って、配線がさらに微細化された場合、例えば配線本体16の配線幅が10μm以下になった場合には、上記と同等寸法のサイドエッチングが生じることにより、チタン薄膜15の残存寸法は、例えば(10−2×2=)6μmと計算される。この残存寸法は、配線本体16の幅(10μm)の2/3以下となり、配線本体16と絶縁膜14との間に介在するチタン薄膜15による密着面積が小さくなって、相互の密着性が損なわれるという問題を有している。
【0047】
また、上面が平坦な絶縁膜14上に、チタン薄膜15を介して配線本体16を形成した構成を有しているため、配線本体16の膜厚を厚くした場合には、半導体基板11の上面11aから配線本体16の上面までの高さが増大することになる。そのため、配線本体16が形成された半導体基板11上に、保護絶縁膜17等を形成する場合に、絶縁膜14と保護絶縁膜17間に気泡が入りやすくなるという問題を有している。
【0048】
これに対して、上述した本実施形態においては、まず、図9(a)、(b)に示すように、半導体ウエハ21上の接続パッド12を被覆するように形成されたパッシベーション膜13及び絶縁膜14に対して、接続パッド12の上面が露出する開口部13h、14hを形成する。このとき同時に、絶縁膜14上に形成される配線本体16のパターンに対応し、かつ、絶縁膜14の膜厚の、例えば1/3を除去した凹状の凹部14aを形成する。ここで、凹部14aの幅は、例えば配線本体16の幅よりも、例えば数μm狭くなるように設定する。そして、凹部14aが形成された絶縁膜14の上面に、下地金属層であるチタン薄膜15及び銅薄膜16−1を全面に形成した後、銅薄膜16−1の上面に、上部金属層であるパターニングされた銅配線層16−2を形成する。次いで、銅配線層16−2をマスクとして、露出している銅薄膜16−1及びチタン薄膜15を順次エッチングすることにより、図9(c)、(d)に示すように、絶縁膜14の上面の凹部14a上に、チタン薄膜15を介して、銅薄膜16−1と銅配線層16−2からなる配線本体16が形成された構成が得られる。
【0049】
ここで、絶縁膜14の上面に形成される凹部14aは、絶縁膜14の膜厚を例えば3μmに設定した場合、その深さが概ね1μmになるように形成される。また、凹部14aの端部は、絶縁膜14及びパッシベーション膜13に開口部13h、14hや凹部14aを形成した後、ベーク処理して固化することにより、概ね45°の傾斜面を有している。このとき、チタン薄膜15の配線幅方向の寸法は、配線本体16の幅に比較して、[(√2−1)×2≒]0.828μmだけ大きくなる。これにより、比較例と同様に、例えば配線幅が10μmの配線本体16において、4μmのサイドエッチングが生じた場合であっても、チタン薄膜15の残存寸法は、6.828μmと計算される。したがって、配線本体16の幅(10μm)の2/3以上の領域で、チタン薄膜15を介して、配線本体16と絶縁膜14が密着することになり、比較例の場合に比較して、相互の密着性が良好に確保される。
このように、絶縁膜14の上面に凹部14aを形成しているので、絶縁膜14とチタン薄膜15との密着面積、及び、チタン薄膜15と配線本体16との密着面積を増加させることができ、従って密着性を向上させて、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【0050】
また、絶縁膜14の上面に凹状の凹部14aを設けて、当該凹部14aを覆うようにチタン薄膜15を介して配線本体16を形成することにより、半導体基板11の上面11aから配線本体16の上面までの高さを抑制することができる。したがって、配線本体16が形成された半導体基板11上に保護絶縁膜17等を形成する場合であっても、絶縁膜14と保護絶縁膜17間に気泡が入りにくくすることができる。
【0051】
さらに、凹部14aの幅を、配線本体16の幅よりも狭くなるように設定することにより、凹部14aの深さや幅、配線本体16の膜厚、物性によっては、図10(a)に示すように、配線本体16の他端部に設けられるランド16bの上面に、凹部14aの形状に応じた凹凸16dが生じる場合がある。本実施形態では、図10(b)に示すように、このような断面形状を有するランド16bの上面に、半田ボール18等の外部接続用電極を形成することにより、図8(d)に示したように、ランド16bの上面が平坦である場合に比較して、ランド16bと半田ボール18との密着面積を増加させることができるので、密着性を向上させて、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【0052】
(他の構成例)
図11は、本実施形態に係る半導体装置に適用される絶縁膜上面の凹部の他の構成例を示す概略断面図である。
【0053】
上述した実施形態においては、図9(a)に示したように、絶縁膜14の上面に、配線本体16のパターンに対応し、かつ、所定の深さを有する凹状の凹部14aを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、凹部の形状は、配線本体16と絶縁膜14との間に介在するチタン薄膜15による密着面積を十分確保することができるものであれば、例えば次に示すような各種の断面形状を有するものであってもよい。
【0054】
例えば、図11(a)に示す凹部は、配線本体16の両端部近傍の配線直下に、幅の狭いV字状の溝部14bを有するものである。また、図11(b)に示す凹部は、配線幅よりも狭く浅い溝部14cと、浅い溝部14cの配線本体16の両端部近傍の配線直下に、幅の狭い深いV字状の溝部14bを有するものである。また、図11(c)に示す凹部は、配線幅よりも狭い凹部14a内の底面部に細かな凹凸14dを有するもの、又は、底面部表面が粗加工されているものである。また、図11(d)、(e)に示す凹部は、配線幅よりも広い幅の凹部14a内に1又は複数の突部eを有するものである。
【0055】
このような構成の凹部14aを有する半導体装置10においても、上述したように、チタン薄膜15を介して、配線本体16と絶縁膜14との密着性が良好に確保されるとともに、配線本体16の高さを抑制して、保護絶縁膜17形成時に気泡が入りにくくすることができ、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【0056】
なお、本発明は、上述した実施形態に示した構成に限定されるものではなく、例えば図11(f)に示すように、絶縁膜14の上面に配線本体16の幅よりも狭い突部14fを1又は複数有するものであっても、上述した効果のうち、配線本体16と絶縁膜14の密着性を向上させることができる。
【0057】
また、上述した実施形態においては、絶縁膜14の上面に形成される凹部14aについて、幅や深さ等、種々のパラメータの具体的な数値を示したが、本発明はこれに限定さるものではない。すなわち、本発明は、配線本体16と絶縁膜14との間に介在するチタン薄膜15に、所定のサイドエッチングが生じた場合であっても、相互の密着面積を十分確保することができるものであれば、他の形状や数値を有するものであってもよい。
【0058】
さらに、本実施形態においては、本発明が適用される構成として、ウエハレベルCSP型のパッケージ構造を有する半導体装置を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、感光性の絶縁膜の上面にサイドエッチングの影響を受けやすい金属層を含む配線が形成された構成及び製造プロセスを有するものであれば、他の半導体装置であってもよいし、半導体装置以外の他の電子部品等であっても良好に適用することができる。
【0059】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【0060】
(付記)
請求項1に記載の発明は、
一面側に接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドの一部を露出する開口部と、上面に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部内の前記絶縁膜上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた配線層と、
を有することを特徴とする半導体装置である。
【0061】
請求項2に記載の発明は、
前記密着層の幅は、前記配線層の幅よりも狭く、前記凹部の幅は、前記配線層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置である。
【0062】
請求項3に記載の発明は、
前記密着層は、下地金属層を構成し、前記配線層は、上部金属層を構成し、前記下地金属層及び前記上部金属層が一体的に形成された配線を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置である。
【0063】
請求項4に記載の発明は、
前記絶縁膜はポリイミドを含み、前記密着層はチタンを含む金属層であり、前記配線層は銅を含む金属層であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置である。
【0064】
請求項5に記載の発明は、
前記配線の一端側は、前記開口部を介して、前記接続パッドの一面側に接続され、
前記配線の他端側には、外部接続用端子が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4記載の半導体装置である。
【0065】
請求項6に記載の発明は、
一面側に設けられた接続パッドを被覆するように絶縁膜が設けられた半導体基板を用意し、
前記絶縁膜に、前記接続パッドの一面側が露出する開口部を形成すると共に、前記絶縁膜の上面の一部に凹部を形成し、
前記開口部内及び前記凹部が形成された前記絶縁膜の上面に、密着層を含む下地金属層を形成し、
前記下地金属層の上面側の前記凹部内を含む領域に、所定のパターンを有する上部金属層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【0066】
請求項7に記載の発明は、
前記密着層の幅は、前記下地金属層をエッチングすることにより、前記上部金属層の前記パターンの幅よりも狭くなり、
露光光を高い透過率で透過させる第1の透過部と、前記第1の透過部の前記透過率よりも低い透過率で前記露光光を透過させる第2の透過部と、を有する露光マスクを用いて、一の露光処理により、前記絶縁膜の感光深さを異ならせて、前記開口部及び前記凹部を共に形成することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法である。
【0067】
請求項8に記載の発明は、
前記密着層の一面側にシード層を形成し、
前記シード層を用いて電解メッキにより前記所定のパターンを有する前記上部金属層を形成することを特徴とする請求項6又は7記載の半導体装置の製造方法である。
【符号の説明】
【0068】
10 半導体装置
11 半導体基板
12 接続パッド
13 パッシベーション膜(絶縁膜)
14 絶縁膜
14a 凹部
15 チタン薄膜(密着層、下地金属層)
15x サイドエッチング部
16 配線本体
16−1 銅薄膜(下地金属層)
16−2 銅配線層(上部金属層)
17 保護絶縁膜
18 半田ボール(外部接続用端子)
21 半導体ウエハ(半導体基板)
22 ダイシングストリート

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一面側に接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドの一部を露出する開口部と、上面に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部内の前記絶縁膜上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた配線層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記密着層の幅は、前記配線層の幅よりも狭く、前記凹部の幅は、前記配線層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記密着層は、下地金属層を構成し、前記配線層は、上部金属層を構成し、前記下地金属層及び前記上部金属層が一体的に形成された配線を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記絶縁膜はポリイミドを含み、前記密着層はチタンを含む金属層であり、前記配線層は銅を含む金属層であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項5】
前記配線の一端側は、前記開口部を介して、前記接続パッドの一面側に接続され、
前記配線の他端側には、外部接続用端子が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4記載の半導体装置。
【請求項6】
一面側に設けられた接続パッドを被覆するように絶縁膜が設けられた半導体基板を用意し、
前記絶縁膜に、前記接続パッドの一面側が露出する開口部を形成すると共に、前記絶縁膜の上面の一部に凹部を形成し、
前記開口部内及び前記凹部が形成された前記絶縁膜の上面に、密着層を含む下地金属層を形成し、
前記下地金属層の上面側の前記凹部内を含む領域に、所定のパターンを有する上部金属層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記密着層の幅は、前記下地金属層をエッチングすることにより、前記上部金属層の前記パターンの幅よりも狭くなり、
露光光を高い透過率で透過させる第1の透過部と、前記第1の透過部の前記透過率よりも低い透過率で前記露光光を透過させる第2の透過部と、を有する露光マスクを用いて、一の露光処理により、前記絶縁膜の感光深さを異ならせて、前記開口部及び前記凹部を共に形成することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記密着層の一面側にシード層を形成し、
前記シード層を用いて電解メッキにより前記所定のパターンを有する前記上部金属層を形成することを特徴とする請求項6又は7記載の半導体装置の製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate


【公開番号】特開2013−26367(P2013−26367A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−158678(P2011−158678)
【出願日】平成23年7月20日(2011.7.20)
【出願人】(311014314)株式会社テラミクロス (42)
【Fターム(参考)】