(57)【要約】【課題】  感光性樹脂が剥離でき、隣接する突起電極どうしの短絡発生がない半導体装置の製造方法を提供することである。【解決手段】  感光性樹脂２０の開口内の電極下地膜１８上にコア層２２と半田層２４を形成する工程と、感光性樹脂２０を除去し、電極下地膜１８をエッチングしてコア層２２に整合した領域に電極下地膜１８を残す工程と、加熱処理を行ない半田層２４を溶融させるリフロー工程と、バリアメタル１７をエッチングしてコア層２２に整合した領域にバリアメタル１７を残す工程とを有する。半田層２４の溶融工程前に感光性樹脂２０を剥離しているため、感光性樹脂２０は高温雰囲気にさらされず、感光性樹脂２０を剥離液で剥離でき、電極下地膜１８とバリアメタル１７のエッチング残りが生じることはなく、隣接する突起電極どうしが短絡することは発生しない。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の電極パッドが開口するように絶縁膜をパターニングし、全面にバリアメタルと電極下地膜を形成し、前記電極パッド上の前記電極下地膜が露出する開口を有する感光性樹脂を形成する工程と、
前記感光性樹脂の開口内の前記電極下地膜上にコア層と半田層を形成する工程と、
前記感光性樹脂を除去し、前記電極下地膜をエッチングして前記コア層に整合した領域に前記電極下地膜をパターニングする工程と、
加熱処理を行ない前記半田層を溶融させる工程と、
前記バリアメタルをエッチングして前記コア層に整合した領域に前記バリアメタルをパターニングする工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記バリアメタルはチタンタングステン合金からなる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バリアメタルのエッチング工程はウェット処理により行なう
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ウェット処理は過酸化水素からなるエッチャントを使用する
ことを特徴とする請求項３記載の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し、とくにコア層と半田層からなる突起電極を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コア層と半田層からなる突起電極を形成する方法として、たとえば特許文献１の製造方法が提案されている。
特許文献１の突起電極の製造方法は、半導体基板の電極パッドを開口するように絶縁膜をパターニングする。つぎに半導体基板の全面にチタンタングステン合金からなるバリアメタルと銅からなる電極下地膜を順次形成する。その後、感光性樹脂を全面に形成し、電極パッド領域上の電極下地膜が露出する開口を形成するように感光性樹脂をパターニングする。つぎに、電極下地膜をメッキ電極として使用するメッキ処理により感光性樹脂開口内の電極下地膜上にコア層と半田層を形成する。半田層は感光性樹脂の膜厚以上に形成すると、メッキ被膜は等方的に形成され断面形状がマッシュルーム形状となる。つぎに半田層を溶融させるリフロー処理を行なう。その後、感光性樹脂を除去し、さらに電極下地膜とバリアメタルとをエッチングしてコア層に整合した領域に残すようにパターニングする。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４０９８号公報（段落００２６から００３４、および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の製造方法によれば、感光性樹脂の残渣発生がなく突起電極が均一に形成され、そのため突起電極高さが揃い実装ばらつきのない、突起電極が得られるという利点を有する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では感光性樹脂が剥離できないという不具合が発生する。特許文献１では、前述のように、半田層を溶融した後、感光性樹脂を剥離する製造方法を採用している。
鉛を含まない半田層、たとえば錫と銀との合金からなる半田層を溶融させるには、温度２６０℃程度に加熱する必要がある。この温度雰囲気にさらされることにより、感光性樹脂は変質し、炭化してしまう。炭化した感光性樹脂は剥離液で剥離することは不可能となる。炭化して剥離できない感光性樹脂がエッチングマスクとして作用し、電極下地膜とバリアメタルをコア層に整合した領域のみにパターニングすることができない。
この結果、突起電極間の領域にも電極下地膜とバリアメタルとが残存し、隣接する突起電極どうしが短絡してしまうという問題点が発生する。
【０００６】
本発明の目的は上記の不都合を解決して、感光性樹脂を剥離でき、隣接する突起電極どうしの短絡発生がない半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法においては、半導体基板の電極パッドが開口するように絶縁膜をパターニングし、全面にバリアメタルと電極下地膜を形成し、電極パッド上の電極下地膜が露出する開口を有する感光性樹脂を形成する工程と、感光性樹脂の開口内の電極下地膜上にコア層と半田層を形成する工程と、感光性樹脂を除去し、電極下地膜をエッチングしてコア層に整合した領域に電極下地膜をパターニン
グする工程と、加熱処理を行ない半田層を溶融させる工程と、バリアメタルをエッチングしてコア層に整合した領域にバリアメタルをパターニングする工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法では、感光性樹脂の開口内の電極下地膜上にコア層と半田層を形成する工程と、感光性樹脂を除去し、電極下地膜をエッチングしてコア層に整合した領域に電極下地膜をパターニングする工程と、加熱処理を行ない半田層を溶融させるリフロー工程と、バリアメタルをエッチングしてコア層に整合した領域にバリアメタルをパターニングする工程とを有する。
本発明の製造方法では、半田層のリフロー工程前に感光性樹脂を剥離し除去している。このため感光性樹脂は高温雰囲気にさらされることはなく、感光性樹脂を剥離液で剥離でき、電極下地膜とバリアメタルのエッチング残りが生じることはない。この結果、隣接する突起電極どうしが短絡することは発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を使用して本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を説明する。図１から図６は本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１０】
はじめに図１に示すように、半導体基板１２上のアルミニウムからなるとともに入出力端子となる電極パッド１４が露出するように絶縁膜１６に開口部を形成する。この絶縁膜１６は酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの無機絶縁膜、またはポリイミド膜などの有機絶縁膜が適用可能である。
【００１１】
その後、半導体基板１２上の全面にバリアメタル１７と電極下地膜１８をスパッタリング装置を用いて順次形成する。スパッタリング装置によるバリアメタル１７と電極下地膜１８の形成は、好ましくは減圧雰囲気中で連続して形成し、両被膜間に酸化膜が形成されないようにする。バリアメタル１７と電極下地膜１８を減圧雰囲気中で連続して形成すると、両被膜の密着性が良好となる。
バリアメタル１７は、チタンが５重量％から２０重量％を含み残りがタングステンとするチタンタングステン合金からなり、厚さ０．１μｍ〜０．５μｍで形成する。また電極下地膜１８は、銅からなり、厚さ０．２μｍ〜１μｍで形成する。バリアメタル１７と電極下地膜１８は電極パッド１４と突起電極との接続層の役割と相互拡散を防ぐバリヤ層の役割をもつとともに、コア層と半田層をメッキ法にて形成するときのメッキ電極としての役割ももつ。電極下地膜１８は銅以外にニッケルや、金や、パラジウムや、モリブデン被膜、あるいはこれらの被膜の合金膜も適用可能である。
【００１２】
その後、電極下地膜１８上の全面に回転塗布法により感光性樹脂２０を形成し、フォトリソグラフィー技術によりコア層と半田層形成領域が開口するように感光性樹脂２０をパターニングする。
【００１３】
つぎに図２に示すように、感光性樹脂２０開口内の電極下地膜１８上に銅をメッキ法により成長させ、コア層２２を形成する。このコア層２２は５μｍ〜２５μｍの厚さで形成する。コア層２２を感光性樹脂２０の膜厚以上に形成すると、メッキ被膜は等方的に成長し、断面形状はマッシュルーム形状となる。
コア層２２は半田からなる半田層と電極下地膜１８との相互拡散を防ぐ役割をもつ。さらにコア層２２は半田層と機械的および電気的に接合する役割も有し、コア層２２は半田との濡れ性が良好な材料を選択する。コア層２２としては銅以外に、ニッケルや、ニッケル合金も適用可能であるが、メッキ形成のしやすさやコスト的に銅が好ましい。
またコア層２２は、半田層とコア層２２からなる突起電極を形成した半導体装置と、回路基板とを実装するとき、半導体装置と回路基板との間のギャップ寸法を制御する役割ももち、ギャップ寸法に対応してコア層２２のメッキ厚さを調整すればよい。
【００１４】
つぎに図３に示すように、電極下地膜１８をメッキ電極とするメッキ法により、コア層２２上に半田からなる半田層２４を形成する。半田層２４は、前述の半導体装置と回路基板との実装時に、回路基板の回路パターンに濡れ広がって電気的および機械的な接合する役割をもち、厚さ２０μｍ〜４０μｍ形成する。半田層２４は錫と銀からなる。
【００１５】
つぎに図４に示すように、コア層２２と半田層２４のメッキ処理におけるメッキ阻止膜として使用した感光性樹脂２０を、レジスト剥離液に浸漬して剥離する。本発明の製造方法では、感光性樹脂２０は高温雰囲気にさらされておらず、レジスト剥離液で残渣が発生することなく完全に感光性樹脂２０を剥離できる。
その後、銅被膜からなる電極下地膜１８を、リン酸を主成分とするエッチング液を用いるウェットエッチングによりパターニングする。前述のように感光性樹脂２０は完全に剥離され残渣発生がないことから、電極下地膜１８はコア層２２に整合した領域のみに形成するようパターニングできる。
【００１６】
つぎに図５に示すように、半導体基板１２の半田層２４形成した側の全面にフラックスを塗布して、加熱処理を行ない半田を溶融させる。前述のように半田層２４は錫と銀からなり、温度２６０℃に加熱する。溶融した半田は表面張力で丸まりコア層２２表面に球状の半田層２４を形成できる。この結果、半田層２４の半田は銅からなるコア層２２に濡れ半田層２４とコア層２２の機械的および電気的接合は良好となる。またコア層２２の断面形状がマッシュルーム形状となっており、コア層２２の外縁部はひさし状に張り出しているため、半田はコア層２２の上面だけに濡れる。
なお、このときチタンタングステン合金からなるバリアメタル１７が電極下地膜１８形成領域以外の全面で露出しているが、チタンタングステン合金は半田との濡れ性は悪く、半田層２４がバリアメタル１７に濡れ広がることは発生しない。したがって、半田層２４の半田量の変化は発生せず、突起電極の高さばらつきはない。
【００１７】
つぎに図６に示すように、チタンタングステン合金からなるバリアメタル１７を、過酸化水素をエッチャントとするウェットエッチングにより、コア層２２に整合する領域にパターニングする。
本発明の製造方法においては、半田層２４のリフロー処理を行なったのち、バリアメタル１７のエッチング処理を行なうことにより、バリアメタル１７のエッチング残渣の発生がなくなる。この理由を以下詳しく説明する。
【００１８】
メッキにより形成した半田層２４は錫と銀とは合金化されておらず、半田層２４の表面に錫が偏析している。錫が偏析している状態で過酸化水素を用いてチタンタングステン合金からなるバリアメタル１７をエッチングすると、過酸化水素中の酸素と半田層２４表面の錫とが反応して、錫の酸化物がバリアメタル１７の表面に生成される。錫の酸化物は過酸化水素ではエッチングできず、錫の酸化物がエッチングマスクとなってバリアメタル１７が残存する。
このため半田層２４を溶融していない状態で、バリアメタル１７のエッチング処理を行なうとバリアメタル１７は完全にエッチングされず、残存したバリアメタル１７によって、隣接する突起電極どうしが短絡するという問題点が発生する。
【００１９】
これに対して本発明の製造方法では、半田層２４をリフロー処理して溶融させたのち、チタンタングステン合金からなるバリアメタル１７を、過酸化水素によりパターニングしている。
半田層２４を溶融させると錫と銀とは合金化され、表面に錫が偏析することはなく、過酸化水素を用いたバリアメタル１７のエッチングにおいて、錫の酸化物は生成されず、バリアメタル１７はエッチング残りが発生することなく、完全にエッチング除去できる。したがって、本発明の製造方法においては隣接する突起電極どうしが短絡するという問題点は発生しない。
【００２０】
なお、本発明では銅からなる電極下地膜１８をエッチングしてから半田層２４のリフロー処理を行なっており、電極下地膜１８のエッチング処理前に半田層２４のリフロー処理を行なっていない。この製造方法を採用する理由は、半田層２４をリフローするとき、銅からなる電極下地膜１８は半田との濡れ性がよく、半田層２４が電極下地膜１８に濡れ広がり、半田層２４の半田量のばらつきが発生し、突起電極高さの均一性が得られなくなることを防止するためである。
【００２１】
この結果、半田層２４とコア層２２からなる突起電極を、電極下地膜１８とバリアメタル１７を介して電極パッド１４上に形成することができる。
なお、チタンタングステン合金からなるバリアメタル１７のエッチャントである過酸化水素にペーハー（ｐＨ）を調整するために、水酸化アンモニウムを添加してもよい。過酸化水素と水酸化アンモニウムからなるエッチャントを用いると、エッチングの進行が緩やかになり、エッチャントの突沸現象がなくなり、半導体基板１２の割れや欠けの発生を防止できる。また水酸化アンモニウムの代わりに、アンモニア水や水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを過酸化水素水に添加してチタンタングステン合金からなるバリアメタル１７をエッチングしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１２  半導体基板
１４  電極パッド
１６  絶縁膜
１７  バリアメタル
１８  電極下地膜
２０  感光性樹脂
２２  コア層
２４  半田層
【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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