(57)【要約】【課題】微細な配線パターンを高精度に形成することを可能とし、半導体装置あるいは配線基板の製造に好適に適用できる配線形成方法を提供する。【解決手段】基板４０の表面に、電気的絶縁性を備えた樹脂材からなる第１の絶縁層４１を形成し、該第１の絶縁層に積層して、電気的絶縁性および感光性を備えた樹脂材からなる第２の絶縁層４２を形成する工程と、該第２の絶縁層を露光および現像して、底面に前記第１の絶縁層の表面が露出するパターン溝４４を形成する工程と、前記パターン溝の内面を含む前記第２の絶縁層４２の表面にめっき用のシード層４６を形成した後、該シード層の表面に前記パターン溝４４を露出させたレジストパターン４８を形成する工程と、前記シード層をめっき給電層とする電解めっきを施して、前記パターン溝内を導体５２により充填する工程と、前記レジストパターンを除去した後、前記第２の絶縁層の表面に露出するシード層４６をエッチングにより除去して、前記パターン溝４４内に形成された導体５２からなる配線パターンを形成する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に、電気的絶縁性を備えた樹脂材からなる第１の絶縁層を形成し、該第１の絶縁層に積層して、電気的絶縁性および感光性を備えた樹脂材からなる第２の絶縁層を形成する工程と、
該第２の絶縁層を露光および現像して、底面に前記第１の絶縁層の表面が露出するパターン溝を形成する工程と、
前記パターン溝の内面を含む前記第２の絶縁層の表面にめっき用のシード層を形成した後、該シード層の表面に前記パターン溝を形成する部位を露出させたレジストパターンを形成する工程と、
前記シード層をめっき給電層とする電解めっきを施して、前記パターン溝内を導体により充填する工程と、
前記レジストパターンを除去した後、前記第２の絶縁層の表面に露出するシード層をエッチングにより除去して、前記パターン溝内に形成された導体からなる配線パターンを形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
パターン溝内に電解めっきを施して導体を形成する際に、前記導体を異種金属からなる複数の導体層によって形成することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
第１の絶縁層を形成する際に、基板表面に感光性を備えた樹脂材を用いて第１の絶縁層を形成し、
第１の絶縁層を露光および現像して、前記基板に形成された配線パターンと第１の絶縁層の表面に形成される配線パターンとを電気的に接続する開口穴を形成した後、第１の絶縁層を熱硬化させることを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
【請求項４】
基板として半導体ウエハを使用し、半導体ウエハの電極端子形成面側に、第１の絶縁層と第２の絶縁層を形成して半導体ウエハの電極端子と電気的に接続する配線パターンを形成することを特徴とする請求項１、２または３記載の配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配線形成方法に関し、より詳細には半導体ウエハあるいは配線基板等の電子部品に配線を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造する方法として、半導体ウエハの電極端子形成面に再配線パターンを形成し、再配線パターンに外部接続端子を接合し、半導体ウエハを個片にダイシングすることによって半導体装置を形成する方法がある。図５は、この半導体ウエハ１０の電極端子１２を形成した面を絶縁層１４により被覆し、絶縁層１４の表面に電極端子１２と電気的に接続した再配線パターン１６を形成した状態を示す。１８は外部接続端子としてのはんだボールである。
【０００３】
この半導体装置の製造方法においては、微細に再配線パターン１６を形成する必要があることから、微細配線が可能なセミアディティブ法によって再配線パターン１６を形成している。
図６にセミアディティブ法によって再配線パターン１６を形成する方法を示す。セミアディティブ法によって再配線パターンを形成する方法としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照。図６（ａ）は、半導体ウエハ１０の電極端子形成面をポリイミド等からなる絶縁層１４によって被覆し、絶縁層１４の表面をめっき用のシード層２０によって被覆した状態を示す。シード層２０は銅をスパッタリングすることによって形成することができる。なお、配線パターンと絶縁層１４との密着性を良好にするため、絶縁層１４との密着性のよいクロムをスパッタリングし、次いで銅をスパッタリングしてシード層２０を形成するといったことも行われる。
【０００４】
図６（ｂ）は、シード層２０の表面を感光性レジストにより被覆し、露光および現像して配線パターンを形成する部位のシード層２０を露出させたレジストパターン２２を形成した状態を示す。２０ａがシード層２０の露出部である。
図６（ｃ）は、次に、シード層２０をめっき給電層とする電解銅めっきを施して露出部２０ａに導体２４（銅めっき）を盛り上げて形成した状態である。図６（ｄ）は、レジストパターン２２を除去して、レジストパターン２２によって被覆されていたシード層２０を露出させた状態、図６（ｅ）は、絶縁層１４の表面上に露出しているシード層２０をエッチングして再配線パターン１６が形成された状態である。
【０００５】
図７は、図６（ｃ）に示すようにシード層２０の露出部２０ａに導体２４を盛り上げて形成した後、シード層２０をめっき給電層とするニッケルめっき等を施してバリア層２６を形成する場合を示す。図７（ａ）が導体２４の表面にバリア層２６を形成した状態、図７（ｂ）がレジストパターン２２を除去した状態、図７（ｃ）が、絶縁層１４の表面に露出するシード層２０を除去して再配線パターン１６を形成した状態である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８３７１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２７０９５号公報
【特許文献３】
特開２００１−５３０７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した半導体ウエハの電極端子形成面上に再配線パターン１６を形成する場合のように、セミアディティブ法によって配線パターンを形成する場合は、シード層を設けて配線パターンとなる導体を形成した後、シード層の不要部分、上述した例では、絶縁層１４の表面に露出するシード層２０をエッチングして除去している。シード層２０の厚さは１μｍ以下できわめて薄く、簡単にエッチングによって除去できることから、シード層２０を除去する際には、導体２４やバリア層２６については、レジスト等で被覆することなくシード層２０をエッチングしている。導体２４等をレジスト等で保護せずにエッチングしても、配線パターンの仕上がり形状にとくに問題となる影響を与えないからである。
【０００８】
しかしながら、半導体ウエハの電極端子形成面に形成する再配線パターンや、配線基板に形成する配線パターンのパターン幅や間隔が２０μｍ以下といったように、きわめて微細になってくると、シード層をエッチングした際に配線パターンとなる導体がエッチングされることが無視できなくなり、配線パターンが所定の仕上がり精度に形成されず、所定の精度に配線パターンを形成することができなくなるという問題が生じる。
【０００９】
図８は、シード層２０をエッチングして配線パターンを形成する際に、シード層２０と配線パターンとなる導体２４がエッチングされる様子を示している。破線がエッチング前の導体２４の側面位置を示す。図８（ａ）はシード層２０と導体２４からなる場合、図８（ｂ）はシード層２０、導体２６およびバリア層２６から成る場合である。
シード層２０をエッチングする際には、導体２４の外表面がエッチング液にさらされてエッチングされるが、上層よりも下層側が侵食されやすいという傾向があり、図のように導体２４よりもシード層２０が幅狭となるようにエッチングされる。したがって、導体２４を所定の幅にエッチングしたとしても、シード層２０がオーバーエッチングされることになる。また、図８（ｂ）に示す導体２４とバリア層２６のように異種金属からなる場合は、各層のエッチングの侵食度合いが異なることから、配線パターンの側面が不均一な形状になる。
【００１０】
このように、シード層２０をエッチングする際に導体２４の側面がエッチングされて侵食される作用は、配線パターンのパターン幅が２０μｍ以下といったように細幅になってくると無視できなくなり、配線パターンがオーバーエッチングされて所定の幅寸法に仕上がらないといった問題が生じる。また、オーバーエッチングとならないようにエッチングを制御した場合は、配線パターン間のシード層２０の間隔が狭くなると、配線パターン間のシード層が完全にエッチングされず配線パターンが電気的に短絡するといった問題が起こり得る。
このような問題は、配線基板にセミアディティブ法によって配線パターンを形成する際に、配線パターンをきわめて微細に形成する場合に生じる問題である。
【００１１】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置あるいは配線基板を形成するといった際に、配線パターンの幅寸法が所定の幅寸法に仕上がらなかったり、配線パターンが設計位置から位置ずれするといった問題を解消して、きわめて微細な配線パターンを形成する場合であっても、確実にかつ高精度に配線パターンを形成することができる配線形成方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、配線形成方法において、基板表面に、電気的絶縁性を備えた樹脂材からなる第１の絶縁層を形成し、該第１の絶縁層に積層して、電気的絶縁性および感光性を備えた樹脂材からなる第２の絶縁層を形成する工程と、該第２の絶縁層を露光および現像して、底面に前記第１の絶縁層の表面が露出するパターン溝を形成する工程と、前記パターン溝の内面を含む前記第２の絶縁層の表面にめっき用のシード層を形成した後、該シード層の表面に前記パターン溝を露出させたレジストパターンを形成する工程と、前記シード層をめっき給電層とする電解めっきを施して、前記パターン溝内を導体により充填する工程と、前記レジストパターンを除去した後、前記第２の絶縁層の表面に露出するシード層をエッチングにより除去して、前記パターン溝内に形成された導体からなる配線パターンを形成することを特徴とする。
【００１３】
また、前記パターン溝内に電解めっきを施して導体を形成する際に、前記導体を異種金属からなる複数の導体層によって形成することを特徴とする。
また、前記第１の絶縁層を形成する際に、基板表面に感光性を備えた樹脂材を用いて第１の絶縁層を形成し、第１の絶縁層を露光および現像して、前記基板に形成された配線パターンと第１の絶縁層の表面に形成される配線パターンとを電気的に接続する開口穴を形成した後、第１の絶縁層を熱硬化させることを特徴とする。
また、前記基板として半導体ウエハを使用し、半導体ウエハの電極端子形成面側に、第１の絶縁層と第２の絶縁層を形成して半導体ウエハの電極端子と電気的に接続する配線パターンを形成することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１は本発明に係る配線形成方法を示す説明図である。本発明に係る配線形成方法では、半導体ウエハや配線基板等の基板に絶縁層を介して配線パターンを形成する際に、絶縁層を第１の絶縁層と第２の絶縁層の２層構造として配線パターンを形成することを特徴とする。
【００１５】
図１は半導体ウエハや配線基板等の基板４０上に本発明方法によって配線パターンを形成する基本的な製造工程を示す。
図１（ａ）は、基板４０の表面に第１の絶縁層４１を形成した状態を示す。絶縁層４１は、たとえば感光性を有する樹脂フィルム（たとえば、ポリイミドフィルム）をラミネートして形成することができる。第１の絶縁層４１は基板４０に形成されている電極端子や配線パターンと、この基板４０上方に形成する配線パターンとを電気的に絶縁するためのものである。第１の絶縁層４１には必要に応じて基板４０の表面に形成されている電極端子あるいは配線パターンと第１の絶縁層４１の表面に形成する配線パターンとを電気的に接続するための開口穴を設ける。第１の絶縁層４１は所要の加工を施した後、加熱して硬化させる。
【００１６】
図１（ｂ）は、第１の絶縁層４１の表面に第２の絶縁層４２を積層して形成した状態を示す。第２の絶縁層４２も、感光性を有するポリイミドフィルム等の樹脂フィルムをラミネートして形成する。なお、第１の絶縁層４１と第２の絶縁層４２は樹脂フィルムをラミネートして形成する他、電気的絶縁性および感光性を有する樹脂材を所定の厚さにコーティングするといった方法によって形成することも可能であり、第１の絶縁層４１、第２の絶縁層４２の形成方法はとくに限定されるものではない。
【００１７】
図１（ｃ）は、第２の絶縁層４２を露光および現像して、第１の絶縁層４１の表面に所定パターンで形成する配線パターンにしたがってパターン溝４４を形成した状態を示す。なお、図１（ｃ）は、配線パターンの長手方向に対して垂直方向から見た断面を示す。第１の絶縁層４１は加熱して硬化させているから、第２の絶縁層４２を露光および現像する操作によって第２の絶縁層４２のみがパターニングされ、パターン溝４４の底面に第１の絶縁層４１の表面が露出する。
図１（ｄ）は、パターン溝４４の内面を含む第２の絶縁層４２の表面にめっき用のシード層４６を形成した状態を示す。シード層４６はめっき給電層として形成するものであり、厚さ１μｍ以下程度に薄く形成すればよい。シード層４６は、無電解めっき、スパッタリング法、蒸着法等によって形成することができる。
【００１８】
図１（ｅ）は、シード層４６の表面に感光性レジストを塗布し、感光性レジストを露光および現像して、シード層４６の表面で配線パターンを形成する部位（パターン溝）を露出させたレジストパターン４８を形成した状態を示す。
図１（ｆ）は、シード層４６をめっき給電層とする電解銅めっきと電解ニッケルめっきをこの順に施して、パターン溝４４内に銅めっき層５０とニッケルめっき層からなるバリア層５１とからなる導体５２を設けた状態を示す。銅めっき層５０はシード層４６をめっき給電層とする電解めっきにより、パターン溝４４内に銅めっきを盛り上げるように形成する。
パターン溝４４内に形成する導体５２は第２の絶縁層４２の厚さと略同じ厚さ〜第２の絶縁層の２倍程度の厚さに銅めっきを盛り上げて形成する。いいかえれば、第２の絶縁層４２は形成しようとする配線パターンの厚さと略同じ厚さ〜１／２程度の厚さに形成するものである。
【００１９】
図１（ｇ）は、レジストパターン４８を除去して第２の絶縁層４２の表面にシード層４６を露出させた状態、図１（ｈ）は、第２の絶縁層４２の表面に露出するシード層４６をエッチングして除去し、銅めっき層５０とバリア層５１とからなる導体５２からなる配線パターン５２ａが形成された状態を示す。
シード層４６の厚さは、パターン溝４４に充填されている導体５２とくらべてはるかに薄いから、シード層４６をエッチングして除去する際には、パターン溝４４に充填された導体５２をレジスト等で保護せずにエッチングすればよい。
【００２０】
図２は、図１（ｈ）に示す、配線パターン５２ａを形成した状態を拡大して示している。本実施形態の配線形成方法では、導体５２がパターン溝４４内に充填された状態でシード層４６をエッチングするから、シード層４６をエッチングする際に導体５２の側面部分が第２の絶縁層４２によって保護されて外部に露出せず、導体５２の側面がシード層４６をエッチングするエッチング液によって侵食されることがない。すなわち、配線パターン５２ａは、第２の絶縁層４２に形成されたパターン溝４４の形状にしたがって形成され、シード層４６をエッチングする際に、導体５２の幅寸法が変動したり、導体５２の断面形状が不均一になったりすることがない。また、配線パターン５２ａを構成する導体５２がバリア層５１を備える場合のように、導体５２が異種金属を積層してなる場合でも配線パターン５２ａの形成精度が低下するといった問題が生じないという利点がある。
【００２１】
本実施形態の配線形成方法では、配線パターン５２ａの仕上がり精度は第２の絶縁層４２を露光および現像して形成するパターン溝４４の精度によって規定される。
セミアディティブ法によって配線パターンを形成する場合は、図６に示すように、感光性レジストを露光および現像してレジストパターン２２を形成し、シード層２０の露出部２０ａにめっきにより導体２４を盛り上げて形成するから、感光性レジストは導体２４の厚さよりも厚いものが使用される。これに対して、本実施形態の配線形成方法で使用する第２の絶縁層４２の厚さは、配線パターン５２ａの厚さと同程度か、あるいは配線パターン５２ａの厚さよりも薄いから、第２の絶縁層４２を露光および現像してパターン溝４４を形成する際の精度は、従来の感光性レジストを露光および現像して配線パターンを形成する際の精度よりも良好になる。これによって、従来のセミアディティブ法による場合にくらべてより微細な配線パターンを精度よく形成することが可能になる。
【００２２】
また、配線パターン５２ａとなる導体５２はパターン溝４４に充填されて保持されることにより、安定的に保持され、パターン幅およびパターン間隔が２０μｍ以下といったきわめて微細な配線パターンを形成する場合でも、配線パターン５２ａの短絡を防止し、高精度に配線パターンを形成することが可能となる。
【００２３】
図３は、上述した配線形成方法を利用して半導体ウエハ１０の電極端子形成面に再配線パターン１６を形成して半導体装置を形成する方法を示す。
図３（ａ）は、半導体ウエハ１０の電極端子形成面に第１の絶縁層４１を形成した状態である。再配線パターンと電極端子１２とを電気的に接続するため、電極端子１２の配置位置に合わせて第１の絶縁層４１に開口穴４１ａを形成する。第１の絶縁層４１は、たとえば感光性の樹脂フィルムをラミネートして形成し、露光および現像して開口穴４１ａを形成した後、加熱して硬化させる。
図３（ｂ）は、第１の絶縁層４１の上に第２の絶縁層４２を形成し、露光および現像して再配線パターンを形成するためのパターン溝４４を形成した状態を示す。パターン溝４４の底面には第１の絶縁層４１の表面が露出する。図は、再配線パターンの長手方向に平行な方向から見た状態を示す。
【００２４】
図３（ｃ）は、銅のスパッタリングによってめっき用のシード層４６を形成し、シード層４６の表面で配線パターンを形成する部位（パターン溝）を露出するようにレジストパターン４８を形成した状態である。シード層４６はパターン溝４４の内面、開口穴４１ａの内面、第２の絶縁層４２の表面を被覆するように形成する。第１の絶縁層４１と配線パターンとの密着性を良好にするため、まずクロムをスパッタリングし、次いで銅をスパッタリングしてシード層４６を２層構成とすることもできる。シード層４６は、厚さ１μｍ以下ときわめて薄く形成する。
【００２５】
図３（ｄ）は、シード層４６をめっき給電層とする電解銅めっきを施して、シード層４６の露出部分に銅めっき層５０を盛り上げて形成した状態を示す。銅めっき層５０は、パターン溝４４が銅めっき層５０によって充填される程度の厚さに形成する。５１は銅めっき層５０の表面を被覆するように設けたバリア層である。こうして、パターン溝４４に充填される導体５２の主要部は銅めっき層５０とバリア層５１からなることになる。なお、バリア層５１は適宜設けるものであり、バリア層５１に使用する金属も適宜選択すればよい。
【００２６】
図３（ｅ）は、レジストパターン４８を除去し、第２の絶縁層４２の表面に露出するシード層４６をエッチングにより除去して、配線パターン５２ａを形成した状態である。パターン溝４４内には導体５２からなる配線パターン５２ａ、すなわち再配線パターン１６が形成される。再配線パターン１６は、半導体ウエハ１０の電極端子１２と電気的に接続した状態で第１の絶縁層４１の表面に形成される。
図３（ｆ）は、再配線パターン１６を形成した面をソルダーレジスト等の保護膜４３により被覆し、再配線パターン１６の引き出し端側に外部接続端子を接合するランド１６ａを露出させた状態を示す。ランド１６ａに、はんだボール等の外部接続端子を接合することにより、電極端子１２と外部接続端子とが再配線パターン１６を介して電気的に接続された半導体装置を得ることができる。
【００２７】
この実施形態においても、第２の絶縁層４２に設けたパターン溝４４内に導体５２を充填するように形成され、シード層４６の露出部分をエッチングする際には、導体５２が第２の絶縁層４２によってその側面が保護されて外部に露出しないから、第２の絶縁層４２に設けたパターン溝４４の形状にしたがって再配線パターン１６が形成される。したがって、再配線パターン１６をきわめて微細に形成する場合であっても、高精度に再配線パターン１６を形成することが可能となる。
【００２８】
図４は、本発明に係る配線形成方法を多層配線基板の製造に適用した例を示す。図４（ａ）は、コア基板６０の配線パターン６２が形成された面を第１の絶縁層４１により被覆し、配線パターン６２に位置合わせして開口穴４１ａを形成した状態を示す。図４（ｂ）は、第２の絶縁層４２によって第１の絶縁層４１を被覆した状態、図４（ｃ）は、第２の絶縁層４２を露光および現像して、配線パターンを形成するためのパターン溝４４を形成した状態を示す。
【００２９】
図４（ｄ）は、次いで、パターン溝４４の内面を含む第２の絶縁層４２の表面にシード層を形成し、シード層の表面にパターン溝４４が形成された部位を露出させるレジストパターンを形成し、シード層をめっき給電層として電解銅めっきを施してパターン溝４４を銅めっきからなる導体６４によって充填した後、レジストパターンを除去し、シード層の露出部分をエッチングして除去することにより、配線パターン６２と電気的に接続された配線パターン６４ａを形成した状態を示す。
【００３０】
図４（ｅ）は、上述した方法と同様の方法により、配線パターン６４ａと電気的に接続する上層の配線パターン６５を形成した状態を示す。４１１が配線パターン６５を形成する際に設けた第１の絶縁層、４２１が第２の絶縁層である。配線パターン６４ａと配線パターン６５とはビア６５ａを介して電気的に接続され、配線パターン６４ａと配線パターン６２とはビア６４ｂを介して電気的に接続されている。
このように、多層配線基板を形成する場合も、配線パターンを形成する絶縁層を２層構造とし、第２の絶縁層にパターン溝を形成して配線パターンを形成することによって、きわめて微細な配線パターンを高精度に形成することが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る配線形成方法は、上述したように、微細な配線パターンをきわめて高精度に形成することができ、微細な配線パターンを高精度に形成する必要がある半導体装置あるいは配線基板の製造に好適に適用することができ、これによって高精度で信頼性の高い半導体装置あるい配線基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線形成方法を示す説明図である。
【図２】配線パターンを形成した状態を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明に係る配線形成方法により半導体ウエハの電極端子形成面に再配線パターンを形成する方法を示す説明図である。
【図４】本発明に係る配線形成方法により多層配線基板を形成する方法を示す説明図である。
【図５】半導体ウエハの電極端子形成面に再配線パターンを形成した状態を示す断面図である。
【図６】セミアディティブ法によって配線パターンを形成する方法を示す説明図である。
【図７】配線パターンを形成する他の方法を示す説明図である。
【図８】配線パターンとなる導体の側面がエッチングされる様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　半導体ウエハ
１２　電極端子
１４　絶縁層
１６　再配線パターン
２０　シード層
２４　導体
２６　バリア層
４０　基板
４１　第１の絶縁層
４１ａ　開口穴
４２　第２の絶縁層
４４　パターン溝
４６　シード層
４８　レジストパターン
５０　銅めっき層
５１　バリア層
５２、６４　導体
５２ａ、６４ａ、６５　配線パターン
６０　コア基板
６２　配線パターン
６４ｂ、６５ａ　ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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