(57)【要約】【課題】多端子化した場合にも配線ロスの増大に起因する性能の劣化を生じにくい高周波対応の半導体装置を提供する。【解決手段】８００ＭＨｚ以上の信号を伝送する再配線８の形成を、所定のプロセスを経て作製された完成ウエハ２１のパッシベーション膜５上に金属スパッタ層又は金属蒸着層２３を形成する工程と、当該金属スパッタ層又は金属蒸着層２３上に金属めっき層２９を積層する工程とを含んで行う。金属スパッタ層又は金属蒸着層２３と金属めっき層２９との積層体をもって形成される再配線８の厚みを表皮の厚さの２倍以上とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のプロセスを経て作製された完成ウエハのパッシベーション膜上に金属スパッタ層又は金属蒸着層を形成する工程と、当該金属スパッタ層又は金属蒸着層上に金属めっき層を積層する工程とを含み、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層と前記金属めっき層との積層体をもって８００ＭＨｚ以上の信号を伝送するバンプ設定用配線を含む所要の再配線を形成する半導体装置の製造方法において、前記再配線の厚みをｈ、前記再配線を流れる電流の角周波数をω、前記再配線の導電率をκ、前記再配線の透磁率をμとしたとき、前記再配線の厚みｈを下記の不等式を満たす範囲に設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【数１】
2004320048.tif 000006
【請求項２】
所定のプロセスを経て作製された完成ウエハのパッシベーション膜上に金属スパッタ層又は金属蒸着層を均一に形成する工程と、当該金属スパッタ層又は金属蒸着層上にフォトレジスト層を均一に形成する工程と、前記フォトレジスト層をバンプ設定用配線を含む所要の再配線パターンで露光する工程と、現像処理により前記フォトレジスト層の露光部分を除去して前記金属スパッタ層又は金属蒸着層の対応部分を露出させる工程と、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層の露出部分に金属めっき層を積層する工程と、前記完成ウエハの表面に付着したフォトレジスト層を除去する工程と、前記金属めっき層より露出した金属スパッタ層又は金属蒸着層を選択的にエッチングし、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層と前記金属めっき層との積層部分のみを残す工程とを含み、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層と前記金属めっき層との積層体をもって８００ＭＨｚ以上の信号を伝送するバンプ設定用配線を含む所要の再配線を形成する半導体装置の製造方法において、前記再配線の厚みをｈ、前記再配線を流れる電流の角周波数をω、前記再配線の導電率をκ、前記再配線の透磁率をμとしたとき、前記再配線の厚みｈを下記の不等式を満たす範囲に設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【数２】
2004320048.tif 000007
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主面上に再配線が施されたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体装置の製造方法に係り、特に、高周波対応のＣＳＰタイプの半導体装置における再配線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機器の小型軽量化、高速化及び高機能化の要求に対処するため、電気機器に実装する半導体装置に対しても小型軽量化、高集積化及び実装の容易化の要求が益々高まっている。
【０００３】
従来より、これらの各要求に対応可能な半導体装置として、主面に半導体素子領域が形成され、かつ当該主面における前記半導体素子領域の外周部に第１のボンディングパッドが配列された一般的な半導体素子を用い、当該半導体素子の主面上に絶縁膜を介して一端が前記第１のボンディングパッドに接続された再配線を施し、当該再配線の他端に形成された第２のボンディングパッド上にバンプ電極を形成したウエハーレベルＣＳＰと呼ばれる半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００４】
このＣＳＰタイプの半導体装置は、バンプ電極を主面の全面に配置することができるので、半導体素子領域の外周部に配列された第１のボンディングパッド上に直接バンプ電極を形成する場合に比べて各バンプ電極間の距離を大きくすることができ、半導体装置の多端子化、ひいては高機能化と実装の容易化とを図ることができる。また、半導体素子を樹脂封止しないので、半導体装置の小型軽量化を図ることができる。
【特許文献１】特開平４−１９８５５号公報
【特許文献２】特開平６−２３７６５３号公報
【特許文献３】米国特許第５６７９９７７号明細書
【特許文献４】米国特許第５８０１４４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＣＳＰタイプの半導体装置においては、より一層の高速化と高機能化とを実現するため、より一層の多端子化が図られている。
【０００６】
然るに、ＣＳＰタイプの半導体装置を多端子化すると、それに伴って再配線の厚み及び幅並びに再配線間の距離が小さくなるため、配線ロスが増大し、半導体装置の性能が劣化する。かかる不都合は、現在普及しつつある高周波対応のＣＳＰタイプの半導体装置において特に顕著になる。
【０００７】
従来のＣＳＰタイプの半導体装置においては、高周波信号に対応するために好適な再配線の厚みが考慮されておらず、配線ロスの増大に起因する性能の劣化を生じやすいという問題がある。
【０００８】
即ち、再配線の厚みが薄いと、配線ロスが増大して再配線からの発熱が大きくなり、この熱によって半導体素子領域が昇温されるため、ＣＳＰタイプの半導体装置の信頼性が低下する。また、ＣＳＰタイプの半導体装置は、再配線された面がフェースダウンの形で配線基板に実装されるため、半導体装置の熱膨張係数と配線基板の熱膨張係数との差に応じた熱ストレスがこれら半導体装置と配線基板との接続部に直接的に作用し、かつ、半導体回路の動作時と非動作時とにおける再配線に流れる電流の変化に伴う熱ストレスの変化が前記接続部に繰り返し作用するため、前記接続部における接続の信頼性が低下する。これらの各不都合は、高周波対応のＣＳＰタイプの半導体装置において特に顕著になる。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであって、その目的は、多端子化した場合にも配線ロスの増大に起因する性能の劣化を生じにくい高周波対応の半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、所定のプロセスを経て作製された完成ウエハのパッシベーション膜上に金属スパッタ層又は金属蒸着層を形成する工程と、当該金属スパッタ層又は金属蒸着層上に金属めっき層を積層する工程とを含み、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層と前記金属めっき層との積層体をもって８００ＭＨｚ以上の信号を伝送するバンプ設定用配線を含む所要の再配線を形成する半導体装置の製造方法において、前記再配線の厚みをｈ、前記再配線を流れる電流の角周波数をω、前記再配線の導電率をκ、前記再配線の透磁率をμとしたとき、前記再配線の厚みｈを下記の不等式を満たす範囲に設定するという構成にした。
【数３】
2004320048.tif 000003
【００１１】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、所定のプロセスを経て作製された完成ウエハのパッシベーション膜上に金属スパッタ層又は金属蒸着層を均一に形成する工程と、当該金属スパッタ層又は金属蒸着層上にフォトレジスト層を均一に形成する工程と、前記フォトレジスト層をバンプ設定用配線を含む所要の再配線パターンで露光する工程と、現像処理により前記フォトレジスト層の露光部分を除去して前記金属スパッタ層又は金属蒸着層の対応部分を露出させる工程と、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層の露出部分に金属めっき層を積層する工程と、前記完成ウエハの表面に付着したフォトレジスト層を除去する工程と、前記金属めっき層より露出した金属スパッタ層又は金属蒸着層を選択的にエッチングし、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層と前記金属めっき層との積層部分のみを残す工程とを含み、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層と前記金属めっき層との積層体をもって８００ＭＨｚ以上の信号を伝送するバンプ設定用配線を含む所要の再配線を形成する半導体装置の製造方法において、前記再配線の厚みをｈ、前記再配線を流れる電流の角周波数をω、前記再配線の導電率をκ、前記再配線の透磁率をμとしたとき、前記再配線の厚みｈを下記の不等式を満たす範囲に設定するという構成にした。
【数４】
2004320048.tif 000004
【００１２】
導体に高周波電流を流した場合、誘磁界が発生する。この誘磁界が時間的に変化すると、レンツの法則により誘磁界を打ち消す方向にうず電流が発生する。このため、導体内の電流分布は、図５に示すように、表面に近い領域にのみ流れ、導体の中心部に向かって指数関数的に減少する。この減少は、一般に表皮効果と呼ばれ、８００ＭＨｚ以上の高周波信号を導体に流すことによって発生する。導体表面の電流Ｉ０に比べて電流密度の大きさが１／ｅになる厚みは、表皮の厚さと呼ばれる。表皮の厚さをｄとすると、表皮の厚さｄは、下記の式（２）で表される。
【数５】
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【００１３】
前記したように電流分布はほぼ指数関数的に変化するため、図５の斜線部分のように、表皮の厚さｄの範囲に電流Ｉ０が流れると近似できる。したがって、再配線の厚みｈを表皮の厚さｄの２倍以上の厚みにすることによって、配線ロスを増大することなく、８００ＭＨｚ以上の高周波信号に対応することができる。
【００１４】
従来の再配線を用いたウエハーレベルＣＳＰは、数ＭＨｚ程度の信号に対応するものであり、８００ＭＨｚ以上の高周波信号に対応する半導体装置をＣＳＰ化するといったことはなく、上記の表皮の厚さを考慮して再配線層の厚さを設計するという設計思想は従来なかったものである。また、高周波対応のＣＳＰタイプの半導体装置を配線基板に実装したときに発生する上記熱ストレスに起因する接続不良の問題も、本願発明者が新規に見出したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製造方法により製造された半導体装置は、再配線の厚みを表皮効果が生じる表皮の厚さの２倍以上としたので、配線ロスを増大することなく、８００ＭＨｚ以上の高周波信号に対応することができる。また、再配線の厚みを表皮効果が生じる表皮の厚さの２倍以上としたことから再配線からの発熱を小さくすることができ、半導体装置に作用する熱ストレスを減少することができて、配線基板との接続の信頼性を高めることができる。さらに、再配線の厚さを所定の厚み以上にしたことにより再配線の熱容量を向上することができるので、再配線からの発熱及び半導体回路からの発熱を効率よく分散させることができ、ＣＳＰタイプの半導体装置に与える熱ストレスを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る半導体装置の一例を、図１乃至図４に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体装置の一部切断した斜視図、図２は本発明に係る半導体装置の要部平面図、図３は本発明に係る半導体装置の要部断面図、図４は本発明に係る半導体装置の各部の寸法を示す説明図である。
【００１７】
図１乃至図３に示すように、本発明に係る半導体装置１は、主面（半導体回路の形成面）２に半導体素子領域３が形成され、主面２における半導体素子領域３の外周部に第１のボンディングパッド４が配列され、前記半導体素子領域３の表面及び前記第１のボンディングパッド４の周囲がパッシベーション膜５にて被覆された半導体素子６と、第１のボンディングパッド４の一部を除く主面２の全面に形成された第１の絶縁膜７と、第１の絶縁膜７上に形成され、一端が第１のボンディングパッド４に接続された再配線８と、再配線８の他端に形成され、第１の絶縁膜７上に配置された第２のボンディングパッド９と、第２のボンディングパッド９の一部を除く第１の絶縁膜７上の全面に形成された第２の絶縁膜１０と、第２のボンディングパッド９に形成されたバンプ電極１１とからなる。
【００１８】
前記第１のボンディングパッド４についてはアルミニウムをもって形成し、前記再配線８及び第２のボンディングパッド９については銅をもって形成した。また、前記第１及び第２の絶縁膜７，１０についてはポリイミド樹脂をもって形成し、前記バンプ電極１１については鉛フリーはんだをもって形成した。
【００１９】
前記再配線８（前記第２のボンディングパッド９を含む）の厚みｈは、配線ロスを増大することなく、８００ＭＨｚ以上の高周波信号に対応できるようにするため、再配線８の厚みをｈ、再配線８を流れる電流の角周波数をω、再配線８の導電率をκ、再配線８の透磁率をμとしたとき、前出の式（１）を満たす範囲に設定される。
【００２０】
このようにすると、再配線８の厚みｈを表皮の厚さｄの２倍以上の厚みにすることができるので、配線ロスを増大することなく、８００ＭＨｚ以上の高周波信号に対応することができる。また、再配線８の厚みｈを表皮の厚さｄの２倍以上の厚みにすることにより、再配線８のロスを抑制できるので、再配線８からの発熱を小さくすることができ、半導体装置に作用する熱ストレスを減少することができて、配線基板との接続の信頼性を高めることができる。さらに、再配線８の厚さを所定の厚み以上にすることにより、再配線８の熱容量を向上することができるので、再配線８からの発熱及び半導体回路からの発熱を効率よく分散させることができ、ＣＳＰタイプの半導体装置に与える熱ストレスを抑制することができる。
【００２１】
図６に、再配線８の材質と再配線８の導電率と再配線８を流れる電流の周波数と再配線８の最低厚みとの関係を示す。なお、厚みｈの上限については特に制限はないが、厚くするほどコスト高になって形状の精度も劣化するので、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２２】
以下、前記本発明に係る半導体装置の製造方法の第１例を、図７乃至図９に基づいて説明する。図７は所定のプロセス処理を経て完成されたいわゆる完成ウエハの平面図、図８は再配線の形成手順の第１例を示す工程図、図９は再配線が形成された完成ウエハの平面図である。
【００２３】
図７に示すように、完成ウエハ２１には、最外周部を除く内周部分に多数個の半導体チップ用の回路２２が所定の間隔で形成されており、その主面２側には、所要のパッシベーション膜５（図１、図３及び図８参照）が形成されている。
【００２４】
本例の半導体装置の製造方法は、まず図８（ａ）に示すように、完成ウエハ２１の主面に形成されたパッシベーション膜５上に、アルミニウム又はアルミニウム合金若しくは銅又は銅合金を用いて、金属スパッタ層又は金属蒸着層２３を均一に形成する。次いで、図８（ｂ）に示すように、当該金属スパッタ層又は金属蒸着層２３上にフォトレジスト層２４を均一に形成し、形成されたフォトレジスト層２４に少なくともバンプ設定用配線を含む所要の再配線パターンが形成されたマスク２５を被せ、マスク２５の外側から所定波長の光２６を照射してフォトレジスト層２４を露光する。しかる後に露光されたフォトレジスト層２４の現像処理を行い、図８（ｃ）に示すように、フォトレジスト層２４の露光部分を除去して、前記金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の前記露光パターンと対応する部分を露出させる。金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の露出パターンには、図９に示すように、リング状の電極部２７と、バンプ設定用の再配線８と、これら電極部２７及びバンプ設定用の再配線８とを連結するリード部２８とが含まれる。次いで、前記電極部３７を一方の電極として、金属スパッタ層又は金属蒸着層３４の露出部分に電気めっき又は精密電鋳を施し、図８（ｄ）に示すように、金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の露出部分に金属めっき層２９を積層する。次いで、完成ウエハ２１の表面に付着したフォトレジスト層２４をアッシング処理等によって除去し、図８（ｅ）に示すように、均一な金属スパッタ層又は金属蒸着層２３上に電極部２７とバンプ設定用の再配線８とリード部２８とを有する金属めっき層２９が形成された完成ウエハ２１を得る。次いで、金属めっき層２９より露出した金属スパッタ層又は金属蒸着層２３を選択的にエッチングし、図８（ｆ）に示すように、金属めっき層２９より露出した金属スパッタ層又は金属蒸着層２３を除去する。これによって、金属スパッタ層又は金属蒸着層２３と金属めっき層２９とが形成された完成ウエハ２１が得られる。最後に、前記完成ウエハ２１をスクライビングして、図１乃至図４に示す所要の半導体チップＩＣ素子１を得る。
【００２５】
なお、本例においては、金属めっき層２９の形成手段として電気めっき法又は精密電鋳法を用いたが、かかる構成に代えて、無電解めっき法を用いて前記金属めっき層２９を形成することもできる。この場合には、金属めっき層２９の形成に電極を必要としないので、フォトレジスト層２４の露光に際して、電極部２７の形成とリード部２８の形成が不要になる。
【００２６】
無電解めっきは、化学めっきとも呼ばれ、素地金属をめっき金属の金属塩溶液中に浸して金属イオンを素地表面に析出させるもので、比較的簡単な設備で密着力が強く均一で十分な厚みを有するめっき層が得られるという特徴がある。前記金属塩は、めっきする金属イオンの供給源となるものであり、銅をめっきする場合には、硫酸銅、塩化第二銅、硝酸銅等の溶液がめっき液として用いられる。銅などの金属イオンは、素地となる金属スパッタ層又は金属蒸着層２３上にのみに析出し、絶縁性のパッシベーション膜５上には析出しない。素地材は、めっき金属イオンに対してイオン化傾向が小さく、かつ、めっき金属イオンの析出に対する触媒作用をもつ必要がある。このため、アルミニウムからなる金属スパッタ層又は金属蒸着層２３上に銅をめっきする場合には、アルミニウム層の表面にニッケルを数μｍ以下の厚さに形成し、硝酸亜鉛液に数秒間浸して亜鉛に置換する前処理を施すことが好ましい。
【００２７】
一方、電気めっき法及び精密電鋳法は、めっき金属のイオンを含むめっき浴中に金属スパッタ層又は金属蒸着層２３が形成された完成ウエハ２１とめっき金属からなる電極とを浸漬し、完成ウエハ２１に形成された金属スパッタ層又は金属蒸着層２３を陰極、めっき浴中に浸漬された電極を陽極として電圧を印加し、めっき浴中の金属イオンを金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の表面に析出させる方法である。電気めっき法及び精密電鋳法も、銅をめっきする場合には、硫酸銅、塩化第二銅、硝酸銅等の溶液がめっき液として用いられる。
【００２８】
本例の半導体装置の製造方法は、完成ウエハ２１に所要のバンプ設定用の再配線８を含む所要の導電パターンを形成し、しかる後に完成ウエハ２１をスクライビングして所要の半導体装置１を得るという構成にしたので、個々の半導体装置に所要の再配線８を形成する場合に比べてＣＳＰタイプの半導体装置を高能率に製造でき、その製造コストを低減することができる。また、完成ウエハ２１に形成された全ての半導体装置に対して均一な厚みの再配線８を高精度に形成することができるので、特性のばらつきを小さくすることができる。さらに、個々の半導体装置１についてスパッタ法又は真空蒸着法及びめっき法を用いて再配線８を形成すると、半導体装置１の外周部に不要の導体が付着して半導体装置の絶縁性が問題になるが、完成ウエハ２１に再配線８を含む所要の導電パターンを形成した場合には、スパッタ時等において完成ウエハ２１の外周部に不要の導体が付着しても、該部は不要部分としてもともと処分されるべき部分であるので、個々の半導体装置１の絶縁性に悪影響を与えることもない。加えて、本例の半導体装置の製造方法は、フォトレジスト層２４がある状態で金属めっき層２９の形成を行い、しかる後に金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の金属めっき層２９が積層されていない部分をエッチングによって除去するようにしたので、図８（ｅ）に示すように、金属めっき層２９が金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の上面にのみ積層され、幅方向に広がらないので、精密なバンプ設定用の再配線８を形成することができ、狭い面積内に多数のバンプ設定用の再配線８を形成することができる。
【００２９】
次に、前記本発明に係る半導体装置の製造方法の第２例を、図１０に基づいて説明する。図１０は再配線の形成手順の第２例を示す工程図である。
【００３０】
本例の半導体装置の製造方法は、図１０（ａ）に示すように、完成ウエハ２１に形成されたパッシベーション膜５上にフォトレジスト層２４を均一に形成し、形成されたフォトレジスト層２４にバンプ設定用の配線を含む所要の再配線パターンが形成されたマスク２５を被せ、マスク２５の外側から所定波長の光２６を照射してフォトレジスト層２４を露光する。しかる後に、露光されたフォトレジスト層２４の現像処理を行い、図１０（ｂ）に示すように、フォトレジスト層２４の露光部分を除去して、パッシベーション膜５の前記露光パターンと対応する部分を露出させる。フォトレジスト層２４の露光パターンは、図９に示すように、電極部２７とバンプ設定用の再配線８とリード部２８とを含む形状にすることができる。次いで、現像処理後の完成ウエハ２１をスパッタ装置又は真空蒸着装置に装着し、図１０（ｃ）に示すように、前記パッシベーション膜５の露出部分に金属スパッタ層又は金属蒸着層２３を形成する。次いで、図１０（ｄ）に示すように、完成ウエハ２１に付着したフォトレジスト層２４をアッシング処理等によって除去した後、電極部２７を一方の電極として、金属スパッタ層又は金属蒸着層２３に電気めっきを施し、図１０（ｅ）に示すように、金属スパッタ層又は金属蒸着層２３の露出部分に金属めっき層２９を積層する。最後に、前記完成ウエハ２１をスクライビングして、図１乃至図４に示す所要の半導体装置１を得る。
【００３１】
なお、本例においても、金属めっき層２９の形成手段として電気めっき法を用いたが、かかる構成に代えて、無電解めっき法を用いて前記金属めっき層２９を形成することもできる。この場合には、金属めっき層２９の形成に電極を必要としないので、フォトレジスト層２４の露光に際して、電極部２７の形成とリード部２８の形成が不要になる。
【００３２】
本例の半導体装置の製造方法は、前記第１例に係る半導体装置の製造方法と同様の効果を有するほか、完成ウエハ２１に導電パターンを形成するための工程数を少なくできるので、ＣＳＰタイプの半導体チップをより高能率に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る半導体装置の一部切断した斜視図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の要部平面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の要部断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の各部の寸法を示す説明図である。
【図５】表皮効果の説明図である。
【図６】再配線の材質と再配線の導電率と再配線を流れる電流の周波数と再配線の最低厚みとの関係を示す表図である。
【図７】所定のプロセス処理を経て完成されたいわゆる完成ウエハの平面図である。
【図８】再配線の形成手順の第１例を示す工程図である。
【図９】再配線が形成された完成ウエハの平面図である。
【図１０】再配線の形成手順の第２例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    半導体装置
２    主面
３    半導体素子領域
４    第１のボンディングパッド
５    パッシベーション膜
６    半導体素子
７    第１の絶縁膜
８    再配線
９    第２のボンディングパッド
１０    第２の絶縁膜
１１    バンプ電極
２１    完成ウエハ
【図１】
2004320048.tif 000008
【図２】
2004320048.tif 000009
【図３】
2004320048.tif 000010
【図４】
2004320048.tif 000011
【図５】
2004320048.tif 000012
【図６】
2004320048.tif 000013
【図７】
2004320048.tif 000014
【図８】
2004320048.tif 000015
【図９】
2004320048.tif 000016
【図１０】
2004320048.tif 000017