(57)【要約】【課題】  信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】  バリアメタル１１２に対し、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングを施している。このため、バリアメタル１１２の表面に凹凸部が生じる。したがって、表面ラフネスが増大し、バリアメタル１１２とポリイミド膜１０５との密着力を向上させることができる。この結果、バリアメタル１１２をウェットエッチングする際のサイドエッチの発生を抑制でき、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間に空間が発生することを抑制することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された第１バリア膜とボール下地膜と第２バリア膜とを含む電極パッドと、該電極パッド上に形成されたバンプとを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、
前記絶縁膜と前記保護膜とを貫通する第１開口部を形成する工程と、
前記第１開口部に沿った面と前記保護膜上とに前記第１バリア膜を形成する工程と、
前記第１バリア膜上に前記ボール下地膜を形成する工程と、
前記ボール下地膜上に前記第２バリア膜を形成する工程と、
前記第２バリア膜に表面処理を施す工程と、
前記第２バリア膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜を選択的に除去し、第２開口部を形成する工程と、
前記表面処理を施された第２バリア膜を選択的に除去して前記ボール下地膜を露出する工程と、
前記露出されたボール下地膜と前記パッシベーション膜の前記第２開口部に面した側面と接するように前記バンプを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記表面処理を施す工程は、粗面化処理を施す工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記粗面化処理を施す工程は、前記第２バリア膜を炭素とハロゲンとを含有するガスを用いてエッチング処理する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ハロゲンはフッ素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２乃至４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２バリア膜に粗面化処理を施す工程は、前記第２バリア膜を酸素プラズマ処理する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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】
近年のＬＳＩの小型化の要求に伴い、ＬＳＩ上の複数の電極パッドにハンダボールを固着し、対応する配線基板の電極にハンダボールを直接的に接続することによって、ＬＳＩを配線基板に電気的かつ機械的に結合するフリップチップボールグリッドアレイが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【０００５】
フリップチップ構造の場合、比較的密着力の低い界面である金属のＵＢＭ（Under Bump Metal / Under Ball Metal）とポリイミドなどの樹脂との界面が存在する。従来の製造工程においては、最上層のバリアメタルをウェットエッチングで除去する際に、ウェットエッチングのサイドエッチにより、ポリイミドなどの樹脂とＵＢＭとの間に空間が発生してしまうことがあった。ここで、サイドエッチとは、最上層のバリアメタルの露出面から、該バリアメタルが浸食されることをいう。サイドエッチされた空間が温度サイクル試験などの信頼性試験が行われる際に応力中心の起点となり、ポリイミドなどの樹脂の開口部付近に応力が集中してしまうことがあった。そのため、応力集中箇所を起点にして、バンプにクラック（ひび）が入ってしまうという点で改善の余地を残していた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、半導体基板上に形成された第１バリア膜とボール下地膜と第２バリア膜とを含む電極パッドと、該電極パッド上に形成されたバンプとを備えた半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、絶縁膜と保護膜とを貫通する第１開口部を形成する工程と、第１開口部に沿った面と保護膜上とに第１バリア膜を形成する工程と、第１バリア膜上にボール下地膜を形成する工程と、ボール下地膜上に第２バリア膜を形成する工程と、第２バリア膜に表面処理を施す工程と、第２バリア膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、パッシベーション膜を選択的に除去し、第２開口部を形成する工程と、表面処理を施された第２バリア膜を選択的に除去してボール下地膜を露出する工程と、露出されたボール下地膜とパッシベーション膜の第２開口部に面した側面と接するようにバンプを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
本発明によれば、第２バリア膜に表面処理を施すことにより、第２バリア膜表面を組成変化させ、また、第２バリア膜表面のラフネスを向上させることで第２バリア膜とパッシベーション膜との間の密着力を向上させることができる。このため、ボール下地膜とパッシベーション膜との間に空間が生じることを抑制することができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１０】
図１に本実施形態に係る半導体装置１００の構造を示す。
【００１１】
半導体装置１００は、半導体基板１２０、半導体基板１２０上に形成された金属配線層１０１、金属配線層１０１を被覆する絶縁膜１０２、絶縁膜１０２を被覆する保護膜１０３、金属配線層１０１と接する第１バリア膜である第１バリアメタル１１０、第１バリアメタル１１０上に形成されたボール下地膜であるＵＢＭ１０４、ＵＢＭ１０４上に形成された第２バリア膜である第２バリアメタル１１２、パッシベーション膜としての機能を有するポリイミド膜１０５、ＵＢＭ１０４と接し、外部との電気的接続に用いられるバンプ１０６から構成されている。
【００１２】
金属配線層１０１は、アルミニウムなどにより構成され、半導体基板１２０上にスパッタリング法などにより形成される。
【００１３】
絶縁膜１０２は、ＳｉＯ２膜などにより構成され、金属配線層１０１を絶縁する機能を有する。
【００１４】
保護膜１０３は、ＳｉＯＮ膜などにより構成され、絶縁膜１０２を保護する機能を有する。
【００１５】
ＵＢＭ１０４は、Ｃｕ、Ｎｉなどにより構成され、第１バリアメタル１１０を介して金属配線層１０１と導通する。
【００１６】
第１バリアメタル１１０は、ＴｉＷにより構成され、ＵＢＭ１０４から金属配線層１０１へのメタル成分の拡散を抑制する機能を有する。
【００１７】
第２バリアメタル１１２は、本実施形態においては、ＴｉＷなどにより構成され、ＵＢＭ１０４からポリイミド膜１０５へのメタル成分の拡散を抑制する機能を有する。
【００１８】
第２バリアメタル１１２の表面は、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングされることにより凹凸部が生じる。このため、第２バリアメタル１１２の表面ラフネスが増大し、第２バリアメタル１１２とポリイミド膜１０５との密着力を向上させることができる。また、第２バリアメタル１１２表面近傍の成分組成におけるタングステンの組成比率は、従来のバリアメタルと比較して、約２／３以下となる。さらに、酸素プラズマを用いてプラズマ処理することにより、第２バリアメタル１１２の表面は酸化される。したがって、第２バリアメタル１１２とポリイミド膜１０５との密着力を向上させることができる。
【００１９】
バンプ１０６は、鉛フリーハンダなどにより構成されており、外部との電気的接続に用いられる。
【００２０】
以下、図２〜図３を用いて半導体装置１００の製造工程を示す。
【００２１】
まず、半導体基板（不図示）上にアルミニウムなどからなる金属層をスパッタリング法などを用いて形成し、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングによって最上層配線である金属配線層１０１を形成する。次に、ＣＶＤ法などを用いて、ＳｉＯ２膜１２２、ＳｉＯＮ膜１２４を下から順に成膜する（図２（ａ））。
【００２２】
次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、ＳｉＯ２膜１２２およびＳｉＯＮ膜１２４をエッチングして、半導体基板（不図示）上に絶縁膜１０２および保護膜１０３を順に形成する。ついで、絶縁膜１０２と保護膜１０３とを貫通する第１開口部であるビアホール１２６を形成し、金属配線層１０１を露出する（図２（ｂ））。
【００２３】
ついで、第１開口部であるビアホール１２６に沿った面と保護膜１０３上とに、スパッタリング法による成膜などにより、第１バリアメタル１１０を形成する。続いて、電解めっき技術などを用いて、第１バリアメタル１１０上にボール下地膜であるＵＢＭ１０４を形成する。さらに、ＵＢＭ１０４上にスパッタリング法などを用いて第２バリアメタル１１２を形成する（図２（ｃ））。
【００２４】
次に、第２バリアメタル１１２に対し、表面処理として粗面化処理を施す。ここで、表面処理（粗面化処理）としては、たとえば、第２バリアメタル１１２に対し、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングを施すことができる。また、併せて、酸素プラズマ処理などを施すことができる（図２（ｄ））。表面処理（粗面化処理）としてドライエッチング処理を施すことによって、第２バリアメタル１１２表面の凹凸の数が増加することにより、表面ラフネスは３〜５ｎｍ程度増加する。そのため、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間の密着力が向上する。また、第２バリアメタル１１２の組成は、従来のバリアメタルと比較して、タングステンの組成比が約２／３に減少し、チタンの組成比が約２倍に増加する。さらに、表面処理（粗面化処理）として、酸素プラズマ処理を施すことによって、上述のドライエッチング処理によって増加されたチタン成分が酸化されることによって、チタン成分の接触角度が増大する。そのため、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間の密着力が向上する。また、チタンおよびタングステンの酸化度が約２．５倍程度に増加し、酸素の組成比が約１．５倍程度に増加する。
【００２５】
次に、第２バリアメタル上にパッシベーション膜であるポリイミド膜１０５を形成する。つまり、第２バリアメタル１１２の外縁部と、ＵＢＭ１０４、第１バリアメタル１１０、および保護膜１０３の露出面とを覆うように、パッシベーション膜である感光性を有するポリイミド膜１０５を形成する。次に、ポリイミド膜１０５に所定のパターンを露光して現像することにより、ポリイミド膜１０５を選択的に除去する。すなわち、ポリイミド膜１０５の所定部分に所定サイズの第２開口部１２８を形成し、第２開口部１２８から第２バリアメタル１１２の中央部分を露出させる（図３（ａ））。
【００２６】
次に、露出された第２バリアメタル１１２の中央部分をウェットエッチングなどを用いて選択的に除去して、ＵＢＭ１０４を露出させる（図３（ｂ））。
【００２７】
次に、第２開口部１２８にバンプ１０６を形成する。このとき、バンプ１０６は、ＵＢＭ１０４の側壁および上面と、第２バリアメタル１１２の側壁と、ポリイミド膜１０５の第２開口部１２８に面した側面と、接するように形成される（図３（ｃ））。
【００２８】
以上のプロセスにより、半導体装置１００が形成される。
【００２９】
以下、半導体装置１００の製造方法の効果を説明する。
【００３０】
本実施形態における半導体装置１００の製造プロセスにおいては、第２バリアメタル１１２に対し、炭素とフッ素などのハロゲンガスとを含有するエッチングガスを用いてドライエッチングを施している。このため、第２バリアメタル１１２の表面における凹凸部の数が増加する。したがって、表面ラフネスが増大し、第２バリアメタル１１２とポリイミド膜１０５との密着力を向上させることができる。この結果、第２バリアメタル１１２をウェットエッチングする際のサイドエッチの発生を抑制でき、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間に空間が発生することを抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、表面処理（粗面化処理）として、第２バリアメタル１１２に、ドライエッチング処理と併せて、酸素プラズマ処理を施している。ここで、上述のドライエッチング処理によって、第２バリアメタル１１２表層近傍におけるタングステンの組成比が２／３程度減少し、チタンの組成比が約２倍に増加される。そのため、ドライエッチング処理後に、酸素プラズマ処理を施すことによって、ドライエッチングによって増加されたチタン成分が酸化されることにより、第２バリアメタル１１２表面のチタン成分の接触角度が大きくなる。したがって、第２バリアメタル１１２とポリイミド膜１０５との密着力を向上させることができる。この結果、第２バリアメタル１１２をウェットエッチングする際のサイドエッチの発生を抑制でき、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間に空間が発生することを抑制することができる。
【００３２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００３３】
たとえば、上記実施形態においては、表面処理（粗面化処理）として、ドライエッチング処理と酸素プラズマ処理とを施す形態について説明したが、他の表面処理（粗面化処理）の方法を用いた場合であっても、第２バリアメタル１１２とポリイミド膜１０５との間の密着力を向上させることができ、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間に空間が発生することを抑制することができればよい。
【００３４】
また、上記実施形態においては、第２バリアメタル１１２を表面処理する工程において、ドライエッチング処理と酸素プラズマ処理とを併せて行っているが、それぞれ単独で行うこともできる。この場合でも、第２バリアメタル１１２の表面を処理して、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間の密着力を向上させることができ、ＵＢＭ１０４とポリイミド膜１０５との間に空間が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態に係る半導体装置の構造を模式的に示した断面図である。
【図２】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模式的に示した断面図である。
【図３】実施の形態に係る半導体装置の製造工程を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００      半導体装置
１０１      金属配線層
１０２      絶縁膜
１０３      保護膜
１０４      ＵＢＭ
１０５      ポリイミド膜
１０６      バンプ
１１０      第１バリアメタル
１１２      第２バリアメタル
１２０      半導体基板
１２２      ＳｉＯ２膜
１２４      ＳｉＯＮ膜
１２６      ビアホール
１２８      第２開口部
【図１】
2006049427.tif 000003
【図２】
2006049427.tif 000004
【図３】
2006049427.tif 000005