(57)【要約】  十分な酸化耐性又はマイグレーション耐性を有する配線を備えた半導体装置を実現できるようにする。半導体基板（１０１）の上に形成された第１の絶縁膜（１２１）と、第１の絶縁膜（１２１）の上に形成された第１の配線（１３１）と、第１の配線（１３１）を覆うように、第１の絶縁膜（１２１）の上に設けられた第２の絶縁膜（１２２）と、第２の絶縁膜（１２２）の上に形成された第２の配線（１３２）とを備えている。第２の絶縁膜（１２２）は、第１の配線（１３１）の上面を露出する第１の開口部（１２２ａ）及び第２の開口部（１２２ｂ）を有している。第２の配線（１３２）は、シード層（１４２）と、シード層（１４２）の全側面を被覆する第１のめっき層（１４５）とを有し、シード層（１４２）は、第２の開口部（１２２ｂ）の周囲には形成されていない。
2015097979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上に形成された第１の配線と、
前記第１の配線を覆うように、前記第１の絶縁膜の上に設けられた第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上に形成された第２の配線とを備え、
前記第２の絶縁膜は、前記第１の配線を露出する第１の開口部及び第２の開口部を有し、
前記第２の配線は、前記第１の開口部及びその周囲に設けられたシード層と、前記シード層の上に設けられ、前記シード層の全側面を被覆する第１のめっき層とを有し、
前記シード層は、前記第２の開口部及びその周囲には設けられていない、半導体装置。
【請求項２】
前記シード層は第１の金属からなり、
前記第１のめっき層は、前記第１の金属よりも硬度が高い、第２の金属からなる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の金属は銅であり、
前記第２の金属はニッケルである、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記シード層と前記第１のめっき層との間に設けられた第２のめっき層をさらに備え、
前記第１のめっき層は、前記第２のめっき層の上面及び全側面を被覆する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２のめっき層は、前記第２の配線におけるベース層である、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の開口部は、複数であり、
前記第２のめっき層は、複数の前記第１の開口部のそれぞれに対応して設けられ、互いに分離された複数の部分を有し、
前記第１のめっき層は、前記第２のめっき層の前記複数の部分を一体に被覆する、請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記複数の部分は、一列に配置されている、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記複数の部分は、マトリックス状に配置されている、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１のめっき層は、前記第２の配線におけるベース層である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の開口部は、複数設けられている、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の開口部は、平面長方形状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１の絶縁膜の上に、前記第１の配線と隣接して設けられた第３の配線をさらに備え、
前記第２の配線は前記第１の配線及び前記第３の配線の上に跨がって形成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２の配線は、前記第１のめっき層の上に設けられた第３のめっき層を有している、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１の配線は、前記第２の開口部から露出する部分に凹部を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第２の配線はバンプパッドである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第１の開口部において、前記シード層と前記第１の配線との間にバリア層が設けられている請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記シード層と前記バリア層とは側端部の位置が一致している請求項１６に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板及び半導体装置等に厚膜の配線を形成する方法として、セミアディティブ（semi additive）法がある。例えば、特許文献１には、セミアディティブ法による、絶縁性基板上への配線形成方法が記載されている。具体的には、まず、絶縁性樹脂からなる基板上に銅のシード層を形成する。その後、パターン形成用の開口部を有するレジストパターンを形成し、電界めっきを行いレジストパターンの開口部内に厚膜の配線を形成する。配線を形成した後にレジストパターンを除去し、その後、配線以外の部分に残存するシード層を除去する。【０００３】
また、特許文献２には、半導体チップ搭載用基板に形成された接続端子であって、基板表面に形成された接続端子の表面が無電界めっき皮膜で被覆される配線が開示されている。【０００４】
また、特許文献３には、電界めっきにより銅配線の側面をニッケルや金により被覆した構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−１１７６３７号公報
【特許文献３】特開２０１３−９３３６０号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、配線の側面から銅のシード層が露出した状態となる。このため、例えば銅の酸化による劣化又は銅のマイグレーションにより配線ショートが発生するおそれがある。
【０００７】
特許文献２の構成では、接続端子を側面も含めてすべて無電解めっき皮膜により被覆できる。しかし、無電界めっきは電界めっきに比べてめっき制御性が難しく、配線以外の絶縁膜にもめっきされるなどの課題がある。また、一般にめっき速度が遅く生産性の面からも課題がある。
【０００８】
特許文献３の構成では、電界めっきを行うために、電流供給源とシード層とを接続する必要がある。このため、皮膜を形成した後に、不必要な配線及びシード層を除去することになる。従って、配線の一部が必ず皮膜から露出した構造となる。その結果、銅の露出部における酸化による劣化又はマイグレーションにより、配線がショートするおそれがある。
【０００９】
本開示は、十分な酸化耐性又はマイグレーション耐性を有する配線を備えた半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【００１０】
本開示の半導体装置の一態様は、半導体基板の上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に形成された第１の配線と、第１の配線を覆うように、第１の絶縁膜の上に設けられた第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に形成された第２の配線とを備えている。そして第２の絶縁膜は、第１の配線の上面を露出する第１の開口部及び第２の開口部を有している。そして第２の配線は、第１の開口部及びその周囲に設けられたシード層と、シード層の上に設けられ、シード層の全側面を被覆する第１のめっき層とを有している。そしてシード層は、第２の開口部及びその周囲には設けられていない。
【００１１】
半導体装置の一態様において、シード層は第１の金属からなり、第１のめっき層は、第１の金属よりも硬度が高い、第２の金属からなる構成とすることができる。
【００１２】
この場合において、第１の金属は銅であり、第２の金属はニッケルである構成とすることができる。
【００１３】
半導体装置の一態様は、シード層と第１のめっき層との間に設けられた第２のめっき層をさらに備え、第１のめっき層は、第２のめっき層の上面及び全側面を被覆する構成とすることができる。
【００１４】
この場合において、第２のめっき層は、第２の配線におけるベース層とすることができる。
【００１５】
半導体装置の一態様において、第１の開口部は、複数であり、第２のめっき層は、複数の第１の開口部のそれぞれに対応して設けられ、互いに分離された複数の部分を有し、第１のめっき層は、第２のめっき層の複数の部分を一体に被覆する構成とすることができる。
【００１６】
この場合において、複数の部分は、一列に配置されていてもよく、マトリックス状に配置されていてもよい。
【００１７】
半導体装置の一態様において、第１のめっき層は、第２の配線におけるベース層とすることができる。
【００１８】
さらに、第１の開口部は、複数設けられている構成とすることができる。
【００１９】
半導体装置の一態様において、第１の開口部は、平面長方形状であってもよい。
【００２０】
半導体装置の一態様は、第１の絶縁膜の上に、第１の配線と隣接して設けられた第３の配線をさらに備え、第２の配線は、第１の配線及び第３の配線の上に跨がって設けられており、第３の配線と接続されていない構成とすることができる。
【００２１】
半導体装置の一態様において、第２の配線は、第１のめっき層の上に設けられた第３のめっき層を有していてもよい。
【００２２】
半導体装置の一態様において、第１の配線は、第２の開口部から露出する部分に凹部を有していてもよい。
【００２３】
半導体装置の一態様において、第２の配線はバンプパッドとすることができる。
【００２４】
半導体装置の一態様において、第１の開口部において、シード層と第１の配線との間にバリア層が設けられていてもよい。
【００２５】
半導体装置の一態様において、シード層とバリア層とは側端部の位置が一致していてもよい。
【００２６】
本開示の半導体装置によれば、十分な酸化耐性又はマイグレーション耐性を有する配線を備えた半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す半導体装置の１Ｂ−１Ｂ線における断面図である。
【図２Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｃ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｄ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ｃ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
【図５】第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
【図６】第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図７Ａ】第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８Ａ】第２の実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す半導体装置の８Ｂ−８Ｂ線における断面図である。
【図９Ａ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｂ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｃ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ａ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｂ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｃ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０Ｄ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１Ａ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。
【図１１Ｂ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。
【図１１Ｃ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。
【図１２Ａ】第２の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す半導体装置の１２Ｂ−１２Ｂ線における断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａに示す半導体装置の１２Ｃ−１２Ｃ線における断面図である。
【図１３Ａ】第２の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す半導体装置の１３Ｂ−１３Ｂ線における断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａに示す半導体装置の１３Ｃ−１３Ｃ線における断面図である。
【図１４】第３の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１の実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂに示すように第１の実施形態に係る半導体装置は、半導体基板１０１の上に設けられた下地層１１０の上に第１の絶縁膜１２１が設けられている。第１の絶縁膜１２１の上には第１の配線１３１が設けられている。第１の配線１３１を覆うように第１の絶縁膜１２１の上には第２の絶縁膜１２２が設けられている。第２の絶縁膜１２２は、第１の配線１３１の上面を露出する第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂを有している。第２の絶縁膜１２２の上には第２の配線１３２が設けられている。第２の配線１３２は、第１の開口部１２２ａ及びその周囲に設けられており、第２の開口部１２２ｂ及びその周囲には設けられていない。第２の配線１３２は、第１の開口部１２２ａにおいて第１の配線１３１と接続されており、第２の開口部１２２ｂにおいては、第１の配線１３１と接続されていない。
【００２９】
第２の配線１３２は、バリア層１４１と、バリア層１４１の上に接して設けられたシード層１４２と、シード層１４２の上に接して設けられた電解めっき層とを有している。バリア層１４１は、第２の絶縁膜１２２の上面における第１の開口部１２２ａの周囲の部分、第１の開口部１２２ａの側面及び第１の配線１３１の上面における第１の開口部１２２ａから露出する部分と接している。電解めっき層は、第１のめっき層１４５と、第１のめっき層１４５とシード層１４２との間に設けられた第２のめっき層１４６と、第１のめっき層１４５の上に設けられた第３のめっき層１４７とを有している。第２のめっき層１４６は、シード層１４２と接している。
【００３０】
平面視において、バリア層１４１、シード層１４２及び第２のめっき層１４６は、ほぼ同じ大きさである。従って、バリア層１４１、シード層１４２及び第２のめっき層１４６の側端部の位置はほぼ一致している。以下において、バリア層１４１、シード層１４２及び第２のめっき層１４６を合わせて下部領域１４８と呼ぶ。下部領域１４８の側面は、半導体基板１０１の主面に対してほぼ垂直となる。
【００３１】
平面視において、第１のめっき層１４５は、下部領域１４８よりも大きく、下部領域１４８の外側に拡がっている。従って、第１のめっき層１４５は、下部領域１４８の上面及び側面を覆い、下部領域１４８よりも外側において下端部が第２の絶縁膜１２２の上面と接している。このため、下部領域１４８は、第１の配線１３１、第２の絶縁膜１２２及び第１のめっき層１４５により外部から遮断されている。
【００３２】
下部領域１４８は、第１の開口部１２２ａを完全に埋め込んでおらず、下部領域１４８の上面における第１の開口部１２２ａと対応する位置には凹部が存在している。第１のめっき層１４５は、下部領域１４８の凹部を埋めるように設けられている。第１のめっき層１４５は十分に厚く、第１のめっき層１４５の上面は平坦になっている。第１のめっき層１４５の上に設けられた第３のめっき層１４７の上面も平坦になっている。第１のめっき層１４５と第３のめっき層１４７とは、平面視においてほぼ同じ大きさであり、第１のめっき層１４５及び第３のめっき層１４７の側端部の位置はほぼ一致している。
【００３３】
バリア層１４１は、例えばチタンからなる。バリア層１４１の厚さは、例えば０．２μｍ程度とすることができる。シード層１４２は、例えば銅からなる。シード層１４２の厚さは、例えば０．２μｍ程度とすることができる。第１のめっき層１４５は、例えばニッケルからなる。第１のめっき層１４５の厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。第２のめっき層１４６は、例えば銅からなる。第２のめっき層１４６の厚さは、例えば０．４μｍ程度とすることができる。第３のめっき層１４７は、例えば金からなる。第３のめっき層１４７の厚さは、例えば０．３μｍ程度とすることができる。第１のめっき層１４５は、第２の配線１３２を構成する金属層のうち最も質量が大きいベース層である。
【００３４】
第２の配線１３２は、第２の開口部１２２ｂの周囲には設けられていない。従って、バリア層１４１及びシード層１４２を含む下部領域１４８並びに第１のめっき層１４５、第２のめっき層１４６及び第３のめっき層１４７は、第２の開口部１２２ｂ及びその周囲には設けられていない。また、バリア層１４１は、第１の配線１３１の第２の開口部１２２ｂから露出する部分とは接していない。第１の配線１３１における第２の開口部１２２ｂから露出する部分は、第１の配線１３１の他の部分よりも窪んだ凹部１３１ａとなっている。
【００３５】
第１の絶縁膜１２１の上には、第３の配線１３３及び第４の配線１３４が設けられている。第３の配線１３３及び第４の配線１３４は、第１の配線１３１と並行して設けられている。第２の配線１３２は、第１の配線１３１、第３の配線１３３及び第４の配線１３４の上に跨がって形成されている。第２の配線１３２は、第３の配線１３３及び第４の配線１３４とは接続されておらず、第１の配線１３１とのみ接続されている。第２の絶縁膜１２２は、第３の配線１３３を露出する開口部及び第４の配線１３４を露出する開口部を有していなくてよい。第１の配線１３１、第３の配線１３３及び第４の配線１３４は、例えばアルミ配線とすることができる。第３の配線１３３及び第４の配線１３４は設けられていなくてもよい。
【００３６】
下地層１１０の上には、下層配線１１１が設けられている。下層配線１１１は例えばアルミ配線とすることができる。第１の絶縁膜１２１は、下層配線１１１を覆うように設けられている。第１の配線１３１は、第１の絶縁膜１２１を貫通するビア１１２により、下層配線１１１と接続されている。
【００３７】
第１の絶縁膜１２１及び第２の絶縁膜１２２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜又はテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）膜等とすることができる。半導体基板１０１には、トランジスタ等の半導体素子が設けられていてよい。
【００３８】
本実施形態の半導体装置は、配線のうち酸化又はマイグレーションの懸念がある銅等の材料からなる部分の上面及び側面が、ニッケル等の安定した金属からなる皮膜により覆われている。このため、バンプパッド等の配線の上に保護膜が設けられていない半導体装置において、特に信頼性を向上させることができる。また、配線の表面が銅よりも硬度が高いニッケル材料によって被覆されていることにより、バンプの強度を高め、バンプの接続時の圧着力を大きくすることができる。また、ニッケルの上に金を被覆することにより配線の表面をより安定させることができる。このため、接続性を向上させることもできる。
【００３９】
第１の実施形態に係る半導体装置は以下のようにして形成することができる。まず、図２Ａに示すように、半導体基板１０１の上に設けられた下地層１１０の上に、下層配線１１１を形成する。続いて、下地層１１０の上に第１の絶縁膜１２１を形成する。続いて、第１の絶縁膜１２１に下層配線１１１を露出する開口部を設ける。この後、第１の絶縁膜１２１の上に、第１の配線１３１及びその第１の配線１３１と下層配線１１１とを接続するビア１１２を形成する。続いて、第１の絶縁膜１２１の上に、第１の配線１３１を覆うように、第２の絶縁膜１２２を形成する。この後、第２の絶縁膜１２２に第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂを形成する。第１の開口部１２２ａは、第２の配線１３２を設ける領域に形成し、第２の開口部１２２ｂは、第２の配線１３２を設けない領域に形成する。
【００４０】
第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂは、第２の配線１３２の上面の平坦性を確保できる大きさとすることが好ましい。例えば、第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂの平面サイズは５μｍ角程度とすることができる。埋め込み性の観点からは、第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂは、角部が面取りされている方が好ましい。第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂは、平面正方形状でなくてもよい。また、第１の開口部１２２ａと第２の開口部１２２ｂとは、大きさ及び平面形状の少なくとも一方が異なっていてもよい。
【００４１】
第１の絶縁膜１２１及び第２の絶縁膜１２２は、ＳｉＮ膜又はＴＥＯＳ膜等とすることができる。第１の絶縁膜１２１及び第２の絶縁膜１２２は化学気相堆積（ＣＶＤ）法等により形成することができる。第１の絶縁膜１２１及び第２の絶縁膜１２２の膜厚は１μｍ程度とすればよい。下層配線１１１、第１の配線１３１は、スパッタ法等によりアルミニウム膜を形成し、その後、リソグラフィー及びドライエッチングによりアルミニウム膜をパターニングして形成することができる。ビア１１２は、第１の絶縁膜１２１に下層配線１１１を露出する開口部を設けておくことにより、第１の配線１３１と同時に形成することができる。
【００４２】
次に、図２Ｂに示すように、第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂの内部を含む第２の絶縁膜１２２上の全面にチタンからなるバリア層１４１及び銅からなるシード層１４２を順次形成する。バリア層１４１及びシード層１４２はスパッタ法等により形成することができる。バリア層１４１及びシード層１４２の厚さは、それぞれ０．２μｍ程度とすることができる。続いて、第２の配線１３２を形成する領域を囲むようにレジストパターン１７１を形成する。レジストパターン１７１は、最終的に下部領域１４８となる部分を露出し、外寸が第１のめっき層１４５の外寸と一致するように形成する。レジストパターン１７１の厚さは特に限定されないが、１μｍ程度とすることができる。
【００４３】
次に、図２Ｃに示すように、銅の電解めっきを行い、シード層１４２が露出した部分の上に第２のめっき層１４６となる銅めっき層を形成する。
【００４４】
次に、図２Ｄに示すように、レジストパターン１７１を除去し、第２のめっき層１４６を厚さが０．４μｍ程度になるまでエッチングする。これにより、レジストパターン１７１に覆われていなかった部分には、バリア層１４１、シード層１４２及び第２のめっき層１４６からなる下部領域１４８が形成される。一方、レジストパターン１７１に覆われていて、第２のめっき層１４６が形成されていなかった部分においては、シード層１４２及びバリア層１４１が除去されて、第２の絶縁膜１２２が露出する。従って、第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８と第２の開口部１２２ｂの周辺に形成された下部領域１４８とは、分離される。
【００４５】
次に、図３Ａに示すように、第２の配線１３２を形成する領域を露出する開口部を有するレジストパターン１７２を形成する。レジストパターン１７２の開口部は、第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８よりも大きくし、第２の絶縁膜１２２の上面が露出するようにする。
【００４６】
次に、図３Ｂに示すように、ニッケルの電解めっきを行い、レジストパターン１７２の開口部に第１のめっき層１４５を形成する。この後、第１のめっき層１４５の上に、金の電解めっきを行い、第３のめっき層１４７を形成する。第１のめっき層１４５は、１０μｍ程度の膜厚とすることができる。第３のめっき層１４７は０．３μｍ程度の膜厚とすることができる。
【００４７】
第１のめっき層１４５及び第３のめっき層１４７を形成する際には、第２の開口部１２２ｂの周辺に形成された下部領域１４８から電流を供給する。第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８と、第２の開口部１２２ｂの周辺に形成された下部領域１４８とは分離されているが、第１の配線１３１を介して電気的に接続されている。このため、第１のめっき層１４５は、第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８の上面及び側面と、第２の絶縁膜１２２の露出部分を覆うように形成できる。
【００４８】
次に、図３Ｃに示すように、レジストパターン１７２を除去した後、全面エッチ等により第２の配線１３２の下部領域１４８となった部分を除いて、第２のめっき層１４６、シード層１４２及びバリア層１４１を除去する。この際、第１の配線１３１における第２の開口部１２２ｂから露出する部分もエッチングされ、凹部が形成される場合がある。凹部が形成されても半導体装置の動作には問題ない。
【００４９】
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、従来のセミアディティブ法を大きく変更することなく、銅からなる部分の酸化又はマイグレーション等を大きく低減した半導体装置を形成できる。このため、配線ショート等の発生が大幅に低減された信頼性が高い半導体装置を実現できる。また、第２の配線の形成位置を、レジストパターンの位置により正確に設定できるという利点も得られる。
【００５０】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態の第１変形例について、図４を用いて説明する。図４は第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の平面構成を示している。
【００５１】
本変形例の半導体装置は、第２の配線１３２が幅広の第１の配線１３１の上に形成されている点で、第１の実施形態の半導体装置と異なる。この場合には、図４に示すように、第１の開口部１２２ａを第１の配線１３１の幅に合わせて長方形状としてもよい。これにより、下部領域１４８における第１の配線１３１と接触している部分の割合が高くなり、電解めっきの際に供給する電流量を多くすることができる。これにより、第１のめっき層１４５及び第３のめっき層１４７を安定して形成することが可能となる。
【００５２】
第１の開口部１２２ａの平面サイズは、特に限定されないが下部領域１４８の平面サイズの２０％程度とすることができる。第１の開口部１２２ａの幅は、第２の配線１３２の上面の平坦性を確保する観点から５μｍ程度とすることが好ましい。第１の開口部１２２ａの角部は、埋め込み性の観点から面取りされている方が好ましい。
【００５３】
（第１の実施形態の第２変形例）
図５は、第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の平面構成を示している。図５に示すように、第１の配線１３１の幅に合わせた長方形状の第１の開口部１２２ａを設ける代わりに、第１の開口部１２２ａを複数設けてもよい。このような構成としても、下部領域１４８における第１の配線１３１と接触している部分の割合を高くし、電解めっきの際に供給する電流量を多くすることができる。特に、第１の開口部１２２ａ同士の間隔をある程度広くすることにより、第２の配線１３２を形成する領域全体にわたって均一に安定して電流を供給することが可能となる。
【００５４】
第１の開口部１２２ａの平面サイズは、第２の配線１３２の上面の平坦性を確保する観点から５μｍ角程度とすることができる。第１の開口部１２２ａの角部は、埋め込み性の観点から面取りされている方が好ましい。第１の開口部１２２ａの数は２つに限らない、３つ以上設けてもよい。第１の開口部１２２ａを複数設ける場合に、すべてが同じ大きさ及び形状を有していなくてかまわない。
【００５５】
（第１の実施形態の第３変形例）
第１の実施形態においては、シード層１４２と第１のめっき層１４５との間に第２のめっき層１４６を設けた。しかし、図６に示すように、第２のめっき層１４６を設けなくてもよい。第２のめっき層１４６を設けないことにより、半導体装置の製造工数を低減することができる。
【００５６】
本変形例の半導体装置は以下のようにして形成することができる。まず、図７Ａに示すように、第１の実施形態と同様にして、第２の絶縁膜１２２の上に、バリア層１４１及びシード層１４２を形成する。この後、第２の配線１３２の下部領域１４８となる部分を囲むように開口部が設けられたレジストパターン１７３を形成する。
【００５７】
次に、図７Ｂに示すように、レジストパターン１７３をマスクとしてエッチングを行い、シード層１４２及びバリア層１４１を選択的に除去して第２の絶縁膜１２２を露出させる。これにより、バリア層１４１及びシード層１４２からなる下部領域１４８が形成される。第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８と第２の開口部１２２ｂの周辺に形成された下部領域１４８とは分離されている。
【００５８】
次に、図７Ｃに示すように、レジストパターン１７３を除去した後、第２の配線１３２を形成する領域を露出する開口部を有するレジストパターン１７２を形成する。第１の実施形態と同様に、レジストパターン１７２の開口部は、第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８よりも大きくし、第２の絶縁膜１２２の上面が露出するようにする。続いて、第１の実施形態と同様にして、ニッケルの電解めっきを行い、レジストパターン１７２の開口部に第１のめっき層１４５を形成する。
【００５９】
この後、第１の実施形態と同様にして、レジストパターン１７２の除去、シード層１４２及びバリア層１４１の不要部分の除去を行う。
【００６０】
本変形例においては、第２のめっき層１４６を形成しないため、第１の実施形態よりも工数を減らすことができる。
【００６１】
第１の実施形態の第１変形例及び第２変形例の半導体装置を、本変形例のようにすることもできる。
【００６２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａ及び図８Ｂは第２の実施形態に係る半導体装置を示している。
【００６３】
本実施形態の半導体装置は、厚い銅めっき層である第２のめっき層１４６Ａが設けられ、第２のめっき層１４６Ａよりも薄い第１のめっき層１４５Ａが設けられている点で第１の実施形態の半導体装置と異なる。以下においては、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００６４】
第１の開口部１２２ａを除く第２の絶縁膜１２２の上における第２のめっき層１４６Ａの厚さは、例えば１０μｍ程度とすることができる。第２のめっき層１４６Ａは、第２の配線１３２を構成する金属層のうち最も質量が大きいベース層である。第２のめっき層１４６Ａは第１の開口部１２２ａを埋めるように設けられている。第２のめっき層１４６Ａの平面サイズは、第１の実施形態と同様にバリア層１４１及びシード層１４２とほぼ同じである。バリア層１４１、シード層１４２及び第２のめっき層１４６Ａからなる下部領域１４８Ａの側面は、ほぼ垂直な面となっている。
【００６５】
第１のめっき層１４５Ａの厚さは０．４μｍ程度とすることができる。第１のめっき層１４５Ａは、第１の実施形態と同様に、下部領域１４８Ａの上面及び側面を完全に覆っている。第１のめっき層１４５Ａの平面サイズは、下部領域１４８Ａよりも大きい。第１のめっき層１４５Ａは、下部領域１４８Ａよりも外側において、第２の絶縁膜１２２と接している。このため、下部領域１４８Ａは、第１の配線１３１、第２の絶縁膜１２２及び第１のめっき層１４５Ａにより外部から遮断されている。
【００６６】
第３のめっき層１４７Ａの厚さは０．３μｍ程度とすることができる。第３のめっき層１４７Ａは、上面及び側面を含む第１のめっき層１４５Ａの上に設けられている。第３のめっき層１４７Ａの平面サイズは、第１のめっき層１４５Ａよりも大きい。第３のめっき層１４７Ａは、第１のめっき層１４５Ａよりも外側において、第２の絶縁膜１２２と接している。
【００６７】
本実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置と同様に、第２の配線１３２における銅からなる部分がニッケル等の安定した金属からなる皮膜により覆われている。このため、バンプパッド等の配線の上に保護膜が設けられていない半導体装置において、特に信頼性を向上させることができる。また、銅めっき層の厚さを厚くすることにより、バンプパッドとしての硬度及び強度を確保しつつ、バンプ接続時における下地配線及び素子への応力を緩和することもできる。電気的抵抗の低減も期待できる。また、第１の実施形態と比べて、ニッケルの使用量を低減できる。
【００６８】
本実施形態の半導体装置は、以下のようにして形成することができる。まず、第１の実施形態と同様にして、図９Ａに示す第２のめっき層１４６までの部分を形成する。
【００６９】
次に、図９Ｂに示すように、レジストパターン１７１を残したまま、第２の配線１３２を形成する領域に開口を有するレジストパターン１７５を形成する。
【００７０】
次に、図９Ｃに示すように、銅の電解めっきを行い、レジストパターン１７５の開口部内に銅を積み増し、第２のめっき層１４６Ａを形成する。
【００７１】
次に、図１０Ａに示すように、レジストパターン１７１及びレジストパターン１７５を除去し、レジストパターン１７５に覆われていた部分において、第２のめっき層１４６の厚さが０．４μｍ程度となるまでエッチングする。これにより、レジストパターン１７５の開口部に対応する部分には、厚い第２のめっき層１４６Ａを有する下部領域１４８Ａが形成される。レジストパターン１７１に覆われていなかった部分には、薄い第２のめっき層１４６を有する下部領域１４８が形成される。レジストパターン１７１に覆われていた部分はシード層１４２及びバリア層１４１が除去されて、第２の絶縁膜１２２が露出する。従って、下部領域１４８Ａと下部領域１４８とは分離される。
【００７２】
次に、図１０Ｂに示すように、第２の配線１３２を形成する領域を露出する開口部を有するレジストパターン１７２を形成する。レジストパターン１７２の開口部は、第１の開口部１２２ａの周辺に形成された下部領域１４８Ａよりも大きくし、第２の絶縁膜１２２の上面が露出するようにする。
【００７３】
次に、図１０Ｃに示すように、ニッケルの電解めっきを行い、下部領域１４８Ａの上面及び側面を覆う第１のめっき層１４５Ａを形成する。次に、金の電解めっきを行い、第１のめっき層１４５Ａを覆う第３のめっき層１４７Ａを形成する。第１のめっき層１４５Ａ及び第３のめっき層１４７Ａを形成する際には、第１の実施形態と同様に、第２の開口部１２２ｂの周辺に形成された下部領域１４８から電流を供給する。
【００７４】
この後、図１０Ｄに示すように、第１の実施形態と同様にして、レジストパターン１７２の除去、シード層１４２及びバリア層１４１の不要部分の除去を行う。
【００７５】
本実施形態の半導体装置の製造方法において、レジストパターン１７１とレジストパターン１７５とは、高精度な位置合わせが不要である。また、レジストパターン１７２は、第２の配線１３２を形成する領域以外に形成されている第２のめっき層１４６を被覆できればよいため、膜厚が薄くてかまわない。また、高精度な位置合わせは不要である。
【００７６】
本実施形態においては、レジストパターン１７１を除去せずにレジストパターン１７５を形成する例を示した。しかし、レジストパターン１７１を除去してもよい。
【００７７】
例えば、図１１Ａに示すように、第２のめっき層１４６を形成する工程までを行う。次に、図１１Ｂに示すように、レジストパターン１７１を除去し、第２の配線１３２を形成する領域に開口を有するレジストパターン１７６を形成する。次に、図１１Ｃに示すように、銅の電解めっきを行い、レジストパターン１７６の開口部内に銅を積み増し、第２のめっき層１４６Ａを形成する。
【００７８】
この後、レジストパターン１７６を除去し、第２の実施形態と同様にして、シード層１４２及びバリア層１４１を選択的に除去し、電解めっきにより第１のめっき層１４５Ａ及び第３のめっき層１４７Ａを形成する。続いて、シード層１４２及びバリア層１４１の不要部分の除去を行う。
【００７９】
（第２の実施形態の第１変形例）
第２の実施形態においては、バリア層１４１及びシード層１４２と平面サイズがほぼ等しい第２のめっき層１４６Ａを設ける例を示した。しかし、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、互いに分離された複数の部分２４６に分割された第２のめっき層１４６Ｂを設けてもよい。
【００８０】
図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、本変形例の半導体装置において、第２のめっき層１４６Ｂは、３つの部分２４６を有している。第２の配線１３２の短手方向において、バリア層１４１及びシード層１４２の幅と、部分２４６の幅とはほぼ一致している。一方、第２の配線１３２の長手方向において、部分２４６の幅は、バリア層１４１及びシード層１４２の幅よりも短い。第２の配線１３２の長手方向において、部分２４６は、互いに間隔をおいて一列に設けられている。それぞれの部分２４６の上面及び側面は、第１のめっき層１４５Ｂに覆われている。従って、部分２４６は、第１のめっき層１４５Ｂを介して隣接している。本変形例の半導体装置は、第１のめっき層１４５Ｂが、第２のめっき層１４６Ｂの複数の部分２４６を一体に被覆している。このため、ニッケル等からなる第１のめっき層１４５Ｂは、平面視において格子状となる。従って、第２の配線１３２の強度をさらに向上させることができる。
【００８１】
第２のめっき層１４６Ｂの分割数は３つに限らない。２つであっても、４つ以上であってもよい。また、第２の配線１３２の長手方向において、第２のめっき層１４６Ｂを分割した例を示したが、第２の配線１３２の短手方向において、第２のめっき層１４６Ｂを分割してもよい。また、第２の配線１３２の長手方向と短手方向との両方において、第２のめっき層１４６Ｂを分割して、部分２４６をマトリックス状に配置してもよい。
【００８２】
本変形例の半導体装置は、レジストパターン１７５の形状を変形することにより第２の実施形態と同様にして形成することができる。
【００８３】
（第２の実施形態の第２変形例）
第１変形例においては、部分２４６の１つだけが第１の開口部１２２ａにより第１の配線１３１と接続されている例を示した。しかし、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、複数の部分２４６が第１の開口部１２２ａにより第１の配線１３１と接続されている構成としてもよい。
【００８４】
図１３Ａ〜図１３Ｃにおいては、第１の開口部１２２ａが第２の配線１３２の短手方向に２つ設けられている。このため、第２の配線１３２の短手方向に隣接する２つの部分２４６が第１の配線１３１と接続されている。但し、第１の開口部１２２ａは１つであってもよい。
【００８５】
第２のめっき層１４６Ｂの分割数は２×３に限らない。縦方向及び横方向の両方を任意の数に分割したマトリックスとすることができる。第１の開口部１２２ａの数も２つに限らない。第２のめっき層１４６Ｂの分割数に合わせて、第１の開口部１２２ａを設ければよい。
【００８６】
第２の実施形態及びその変形例の半導体装置においても、第１の配線１３１の形状によっては、第１の実施形態の第１変形例又は第２変形例のような第１の開口部１２２ａを設けることができる。第２の実施形態の第２変形例においては、１つの部分２４６が複数の第１の開口部１２２ａと対応するようにしてもよい。
【００８７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。図１４は第３の実施形態に係る半導体装置を示している。図１４に示すように、デバイスチップ４０１は、左側に入力及び制御信号のバンプパッド群４０２が配置され、右側に出力のバンプパッド群４０３が配置されている。左側のバンプパッド群４０２の個々のバンプパッドは相対的に大きなサイズであるため、第２の実施形態の第２変形例のように、第２の配線のベースとなる銅めっき層をマトリックス状に複数の部分に分割し、ニッケルめっき層を平面視において格子状として強度を向上させたバンプパッドとすることができる。
【００８８】
右側のバンプパッド群４０３の個々のバンプパッドはバンプパッド群４０２の個々のバンプパッドよりも小さく各々の間隔も狭い。このため、ニッケルめっき層と金めっき層を形成するためのレジストパターンは、個々の銅めっき層ごとに開口部を設けなくても、複数個の銅めっき層を含む開口部を形成して、電解めっきを行うことも可能である。
【００８９】
このような構造によりバンプパッド（第２の配線）の強度を強化した構造とすることができると共に、個々の大きさ、配置の異なるバンプパッド群４０２及び４０３のバランスもとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示の半導体装置は、十分な酸化耐性又はマイグレーション耐性を有する配線を備えており、バンプパッド等を有する半導体装置等として有用である。特に、厚膜で、ライン／スペースが細い配線パターンを有する半導体装置等として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１０１      半導体基板
１１０      下地層
１１１      下層配線
１１２      ビア
１２１      第１の絶縁膜
１２２      第２の絶縁膜
１２２ａ    第１の開口部
１２２ｂ    第２の開口部
１３１      第１の配線
１３１ａ    凹部
１３２      第２の配線
１３３      第３の配線
１３４      第４の配線
１４１      バリア層
１４２      シード層
１４５      第１のめっき層
１４５Ａ    第１のめっき層
１４５Ｂ    第１のめっき層
１４６      第２のめっき層
１４６Ａ    第２のめっき層
１４６Ｂ    第２のめっき層
１４７      第３のめっき層
１４７Ａ    第３のめっき層
１４８      下部領域
１４８Ａ    下部領域
１７１      レジストパターン
１７２      レジストパターン
１７３      レジストパターン
１７４      レジストパターン
１７５      レジストパターン
１７６      レジストパターン
２４６      部分
４０１      デバイスチップ
４０２      バンプパッド群
４０３      バンプパッド群
【図１Ａ】
2015097979.tif 000003
【図１Ｂ】
2015097979.tif 000004
【図２Ａ】
2015097979.tif 000005
【図２Ｂ】
2015097979.tif 000006
【図２Ｃ】
2015097979.tif 000007
【図２Ｄ】
2015097979.tif 000008
【図３Ａ】
2015097979.tif 000009
【図３Ｂ】
2015097979.tif 000010
【図３Ｃ】
2015097979.tif 000011
【図４】
2015097979.tif 000012
【図５】
2015097979.tif 000013
【図６】
2015097979.tif 000014
【図７Ａ】
2015097979.tif 000015
【図７Ｂ】
2015097979.tif 000016
【図７Ｃ】
2015097979.tif 000017
【図８Ａ】
2015097979.tif 000018
【図８Ｂ】
2015097979.tif 000019
【図９Ａ】
2015097979.tif 000020
【図９Ｂ】
2015097979.tif 000021
【図９Ｃ】
2015097979.tif 000022
【図１０Ａ】
2015097979.tif 000023
【図１０Ｂ】
2015097979.tif 000024
【図１０Ｃ】
2015097979.tif 000025
【図１０Ｄ】
2015097979.tif 000026
【図１１Ａ】
2015097979.tif 000027
【図１１Ｂ】
2015097979.tif 000028
【図１１Ｃ】
2015097979.tif 000029
【図１２Ａ】
2015097979.tif 000030
【図１２Ｂ】
2015097979.tif 000031
【図１２Ｃ】
2015097979.tif 000032
【図１３Ａ】
2015097979.tif 000033
【図１３Ｂ】
2015097979.tif 000034
【図１３Ｃ】
2015097979.tif 000035
【図１４】
2015097979.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月7日(2016.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
半導体基板及び半導体装置等に厚膜の配線を形成する方法として、セミアディティブ（ｓｅｍｉ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）法がある。例えば、特許文献１には、セミアディティブ法による、絶縁性基板上への配線形成方法が記載されている。具体的には、まず、絶縁性樹脂からなる基板上に銅のシード層を形成する。その後、パターン形成用の開口部を有するレジストパターンを形成し、電解めっきを行いレジストパターンの開口部内に厚膜の配線を形成する。配線を形成した後にレジストパターンを除去し、その後、配線以外の部分に残存するシード層を除去する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
また、特許文献２には、半導体チップ搭載用基板に形成された接続端子であって、基板表面に形成された接続端子の表面が無電解めっき皮膜で被覆される配線が開示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
また、特許文献３には、電解めっきにより銅配線の側面をニッケルや金により被覆した構造が記載されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本開示の半導体装置の一態様は、半導体基板の上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に形成された第１の配線と、第１の配線を覆うように、第１の絶縁膜の上に設けられた第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に形成された第２の配線とを備えている。そして第２の絶縁膜は、第１の配線を露出する第１の開口部及び第２の開口部を有している。そして第２の配線は、第１の開口部及びその周囲に設けられたシード層と、シード層の上に設けられ、シード層の全側面を被覆する第１のめっき層とを有している。そしてシード層は、第２の開口部及びその周囲には設けられていない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
第２の配線１３２は、第２の開口部１２２ｂ及び第２の開口部１２２ｂの周囲には設けられていない。従って、バリア層１４１及びシード層１４２を含む下部領域１４８並びに第１のめっき層１４５、第２のめっき層１４６及び第３のめっき層１４７は、第２の開口部１２２ｂ及びその周囲には設けられていない。また、バリア層１４１は、第１の配線１３１の第２の開口部１２２ｂから露出する部分とは接していない。第１の配線１３１における第２の開口部１２２ｂから露出する部分は、第１の配線１３１の他の部分よりも窪んだ凹部１３１ａとなっている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
次に、図２Ｂに示すように、第１の開口部１２２ａ及び第２の開口部１２２ｂの内部を含む第２の絶縁膜１２２上の全面にチタンからなるバリア層１４１及び銅からなるシード層１４２を順次形成する。バリア層１４１及びシード層１４２はスパッタ法等により形成することができる。バリア層１４１及びシード層１４２の厚さは、それぞれ０．２μｍ程度とすることができる。続いて、第２の配線１３２を形成する領域を囲むようにレジストパターン１７１を形成する。レジストパターン１７１は、最終的に下部領域１４８となる部分をその開口部において露出し、その開口部の外寸が第２のめっき層１４６の外寸と一致するように形成する。レジストパターン１７１の厚さは特に限定されないが、１μｍ程度とすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、従来のセミアディティブ法を大きく変更することなく、銅からなる配線の酸化又はマイグレーション等を大きく低減した半導体装置を形成できる。このため、配線ショート等の発生が大幅に低減された信頼性が高い半導体装置を実現できる。また、第２の配線の形成位置を、レジストパターンの位置により正確に設定できるという利点も得られる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
次に、図１０Ａに示すように、レジストパターン１７１及びレジストパターン１７５を除去し、レジストパターン１７５に覆われていた部分において、第２のめっき層１４６の厚さが０．４μｍ程度となるまでエッチングする。これにより、レジストパターン１７５の開口部に対応する部分には、厚い第２のめっき層１４６Ａを有する下部領域１４８Ａが形成される。レジストパターン１７５に覆われていた部分には、薄い第２のめっき層１４６を有する下部領域１４８が形成される。レジストパターン１７１に覆われていた部分はシード層１４２及びバリア層１４１が除去されて、第２の絶縁膜１２２が露出する。従って、下部領域１４８Ａと下部領域１４８とは分離される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
本実施形態においては、レジストパターン１７１を除去せずにレジストパターン１７５を形成する例を示した。しかし、レジストパターン１７５を形成する前に、レジストパターン１７１を除去してもよい。
【国際調査報告】
2015097979.tif 000037
2015097979.tif 000038
2015097979.tif 000039
2015097979.tif 000040