(57)【要約】【課題】  多層配線の半導体装置が熱負荷を受けて生じる熱応力によって、配線を水分等から保護するパッシベーション膜に剥離やクラックが発生することを抑制する。【解決手段】モールド樹脂と最も近く、凹凸のある最上層配線よりも下層にパッシベーション膜を設け、熱負荷を受けて生じる熱応力が凹凸のある最上層配線に集中することを防ぎ、パッシベーション膜の剥離やクラックを抑制する。カバーコート材であるポリイミド膜の表面にフッ素系ガスを用いたプラズマ処理を行ってポリイミド膜表面で重合した密着性の高い疎水性膜で被覆するため、最上層配線も水分等から保護される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板表面に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜表面に形成された配線と、
前記パッシベーション膜および前記配線表面に形成されたポリイミド膜と、
前記ポリイミド膜表面に形成された疎水性膜とを備えた半導体装置。
【請求項２】
前記疎水性膜は、前記ポリイミド膜表面にフッ素系ガスを用いたプラズマ処理を行うことで形成されることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を含む半導体基板表面に絶縁膜とアルミニウム等によって配線を形成し、パッシベーション膜で被覆した半導体装置が知られている。パッシベーション膜は、配線の機械的損傷、ごみ付着、水分、電気特性を不安定にさせる可動イオンの侵入等を防いで半導体装置を保護し、半導体装置の信頼性を確保する。
【０００３】
半導体装置は、通常、樹脂材料によってモールドされる。樹脂材料でモールドされた半導体装置が外部からの熱負荷等を受けると、モールド樹脂やパッシベーション膜と配線等との熱膨張係数の差に起因する熱応力によって、パッシベーション膜に剥離やクラックが生ずるという問題があった。特にモールド樹脂に最も近い位置にある最上層の配線を被覆するパッシベーション膜は、最上層配線によって段差部ができるため、その段差部に応力が集中して剥離やクラックが発生し易い。パッシベーション膜にクラックが発生してしまうと、そのクラックがモールド樹脂から受ける熱応力によって伸展し、大きなクラックとなり易い。
【０００４】
この問題に対して、例えば特許文献１では、多層配線構造のプラスチックパッケージ型半導体装置において、最上層配線の近傍に下層配線を配置して最上層配線による段差構造を緩和することで、パッシベーション膜の剥離やクラックが発生することを抑制している。
【特許文献１】特開平６−８４８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、最上層配線の近傍に下層の配線を配置するため、配線パターンが制限されてしまう。また、最上層配線の段差構造は緩和されるが解消されていないため、最上層配線を被覆するパッシベーション膜への熱応力を十分に小さくすることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明では、半導体素子が形成された半導体基板と、半導体基板表面に形成されたパッシベーション膜と、パッシベーション膜表面に形成された配線と、パッシベーション膜および配線表面に形成されたポリイミド膜と、ポリイミド膜表面に形成された疎水性膜とを備えた半導体装置を提供する。
【０００７】
本発明において、疎水性膜は、ポリイミド膜の表面に対して、フッ素系ガス（Ｆ２、ＣＦ４、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ４、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６等）を用いたプラズマ処理を行うことによってポリイミド膜表面に形成することができる。このように形成された疎水性膜は、ポリイミド膜との密着性に優れており、より確実に配線を保護することができる。
【０００８】
本発明では、パッシベーション膜の表面に配線を形成するため、パッシベーション膜は凹凸の無い状態で配線の下層を被覆することができ、段差構造に起因するパッシベーション膜の剥離やクラックの発生を抑制できる。配線はカバーコート膜として用いるポリイミド膜によって被覆し、その表面をさらに疎水性膜によって被覆して配線の特性劣化に影響する水分等を遮断するため、配線の特性劣化も抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、凹凸のある配線の下層にパッシベーション膜が形成されているため、特に配線のデザインを制限することなく凹凸のない状態のパッシベーション膜を形成することができ、パッシベーション膜の剥離やクラックを抑制できる。パッシベーション膜表面に形成された配線は、ポリイミド膜及びポリイミド膜と密着性が高い疎水性膜によって保護される。モールド樹脂や配線の材料変更や、デザインルールの制限を行わずにパッシベーション膜の耐久性を向上させられるため、近年より一層小型化、高性能化が進む半導体装置においても、信頼性の高い製品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）ポリイミド膜表面にフッ素系ガスを用いたプラズマ処理を行って、疎水性膜を形成する。
（特徴２）パッシベーション膜は、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、リン酸シリケートガラス（Phosphosilicate Glass：ＰＳＧ）等の緻密な膜を作成する。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施例の半導体装置１である。半導体装置１は、半導体素子が表面に設けられている半導体基板２、半導体基板２の表面に形成された絶縁膜３、絶縁膜３の表面に形成され、コンタクト埋め込み１０を介して半導体基板２と接続している下層配線４、下層配線４および絶縁膜３を被覆する層間絶縁膜５、層間絶縁膜５の表面に形成されたパッシベーション膜６、パッシベーション膜６の表面に形成された最上層配線７、最上層配線７およびパッシベーション膜６の表面を被覆するポリイミド膜８、ポリイミド膜８の表面を被覆する疎水性膜９によって構成されている。図１は、２層配線の半導体装置を図示しているが、３層配線以上の多層配線構造であってもよい。多層配線構造の場合には、図１において下層配線４と層間絶縁膜５が多層積層された状態になり、最上層の層間絶縁膜の表面にパッシベーション膜６が形成され、さらにその表面に最上層配線７が形成される。
【００１２】
ポリイミドは高い熱的安定性、機械的靭性、絶縁性を有する有機高分子である。特に芳香族ポリイミドは半導体の分野では本実施例のような表面保護膜（カバーコート膜）としての用途の他、層間絶縁膜等としての利用が検討されている。
【００１３】
一般に、含フッ素高分子は、低吸水率、低誘電率、撥水撥油性、化学的安定性、熱的安定性、難燃性などの優れた特性を示すことが知られている。ポリイミド膜の表面に対してフッ素系ガスのプラズマ処理を行うことで、疎水性の高い含フッ素高分子がポリイミド膜表面で形成され、ポリイミド膜が疎水性膜で被覆される。例えば、ＣＦ４等のフルオロカーボンガスをプラズマ処理によって重合する場合、ポリイミド膜表面で疎水性膜であるフルオロカーボン重合物が形成され、ポリイミド膜を被覆する。また、例えば特開平７−３３０９０２号公報に記載されているＣＦ4等のフッ素系ガスのラジカルを用いてポリイミドをフッ素プラズマ処理する方法を行うと、ポリイミド膜の表面近傍に疎水性の含フッ素ポリイミド膜を形成することができる。
【００１４】
本実施例では、カバーコート膜として用いるポリイミド膜の表面に対しフッ素系ガスを用いたプラズマ処理を行うため、簡便な工程で、ポリイミド膜の表面を疎水性膜で被覆することができる。また、ポリイミド膜表面もしくは表面近傍での化学反応によって疎水性膜がポリイミド膜表面に形成されるため、下層のポリイミド膜との密着性に優れ、確実に最上層配線およびその下層配線等を保護することが可能である。
【００１５】
パッシベーション膜６は、配線を機械的損失や水分、アルカリイオン等から保護する機能を有し、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、ＰＳＧ（Phosphosilicate Glass）等、あるいはこれらの積層膜を用いることができる。シリコン窒化膜は水分やアルカリイオンの遮蔽機能が高く、また、ＰＳＧは内部に存在するアルカリイオンを固定し不活性化するゲッタリング能力が大きく、好適に用いることができる。
【００１６】
本実施例によれば、凹凸のある最上層配線の下層にパッシベーション膜が形成されているため、特に配線のデザインを制限することなく凹凸のない状態のパッシベーション膜を形成することができ、パッシベーション膜の剥離やクラックを抑制できる。最上層配線よりも下層の配線等は、凹凸のない高耐久のパッシベーション膜によって被覆されるため、より確実に保護することができる。最上層配線は、下層のポリイミド膜と密着性が高い疎水性膜によって保護される。モールド樹脂や配線の材料変更や、デザインルールの制限を行わずにパッシベーション膜の耐久性を向上させられるため、近年より一層小型化、高性能化が進む半導体装置においても、信頼性の高い製品を提供することができる。
【００１７】
以下に、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。本実施例の製造方法は、最上層配線形成工程とパッシベーション膜形成工程の順序が逆である点と、カバーコート膜として用いるポリイミド膜表面にフッ素系ガスを用いたプラズマ処理を行う点に特徴があり、その他は一般的な半導体装置の製造方法と同様である。
【００１８】
まず、半導体素子が表面に形成された半導体基板２の表面に絶縁膜３を形成する。絶縁膜３としては、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。次に、絶縁膜３にコンタクトホールを設け、タングステン等を埋め込んでコンタクト埋め込み１０を形成する。
【００１９】
次に、絶縁膜３の表面にスパッタ等によって下層配線膜を形成し、フォトリソグラフィ、エッチング等で配線パターンを形成し、下層配線４を作製する。配線を構成する材料としては、例えば、アルミニウムや銅が用いられる。下層配線４は、コンタクト埋め込み１０を介して半導体基板２の表面に形成された半導体素子と電気的に接続している。
【００２０】
次に、プラズマＣＶＤ法等によって下層配線４の表面に層間絶縁膜５を形成する。層間絶縁膜５としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。３層以上の多層配線構造の場合には、上記の下層配線４の形成工程と、層間絶縁膜５の形成工程とを繰り返し実施する。ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing：化学的機械的研磨）法によって層間絶縁膜５を平坦化すると、次の工程でその表面に形成するパッシベーション膜等の凹凸が緩和され、好ましい。
【００２１】
次に、プラズマＣＶＤ法等によって、層間絶縁膜５の表面にパッシベーション膜６を形成する。パッシベーション膜６としては、上記のようにシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ＰＳＧ、あるいはこれらの積層物等を好適に用いることができる。
【００２２】
層間絶縁膜５およびパッシベーション膜６にフォトリソグラフィ、エッチング等によってビアホール（配線間接続開口）を設けた後、その表面にパターン化された最上層配線７を形成する。最上層配線７は、下層配線４と同様の方法によって形成することができる。上記のとおり、本実施例では、最上層配線形成工程と、パッシベーション膜形成工程が、従来の半導体装置の製造方法と逆となっている。従来の製造工程の順序を変更するのみであり、大幅な製造工程の変更をする必要がない。
【００２３】
上記の工程によって最上層配線７まで形成された半導体基板２の表面に、ポリアミド酸をスピンコート塗布した後、アニール処理によって重合して、ポリイミド膜８を形成し、最上層配線７およびパッシベーション膜６を被覆する。
【００２４】
さらに、本実施例では、ポリイミド膜８にＣＦ4 等のフッ素系ガスを用いてフッ素プラズマ処理を行い、ポリイミド膜８の表面に疎水性膜を形成する。尚、本工程では、半導体装置の製造工程においてシリコン酸化膜のエッチング工程などに用いられているＣＦ４等のフッ素系ガスのプラズマ処理技術を利用することが可能である。
【００２５】
ポリイミド膜を疎水性の膜で被覆するには、例えば、ポリイミド膜表面に疎水性の樹脂を塗布する方法を用いることも可能であるが、本実施例のように、フッ素系ガスを用いたプラズマ処理によってポリイミド膜表面を反応させてその表面に疎水性膜を形成すれば、簡便な方法で密着性のよい疎水膜を形成することができ、製造工程での手間やコスト、時間を大幅に増大させることがない。
【００２６】
上記のように、本実施例の半導体装置によれば、従来の製造工程を入れ替えるだけで、パッシベーション膜の凹凸を解消し、パッシベーション膜の剥離やクラックを抑制することができる。また、カバーコート材として用いられるポリイミド膜をフッ素系ガスによってプラズマ処理するという簡便な方法によって、その表面に下層膜との密着性の高い疎水性膜を形成でき、これによって最上層配線も保護される。本実施例の半導体装置は、従来の半導体装置の製造工程を大幅に変更することなく製造できるため、製造工程での手間やコスト、時間を大幅に増大させることなく、製造することが可能である。
【００２７】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例の半導体装置を説明する図。
【符号の説明】
【００２９】
１    半導体装置
２    半導体基板
３    絶縁膜
４    下層配線
５    層間絶縁膜
６    パッシベーション膜
７    最上層配線
８    ポリイミド膜
９    疎水性膜
１０  コンタクト埋め込み  
【図１】
2010062177.tif 000003