(57)【要約】【課題】絶縁膜及び銅を材料とする構成要素と封止樹脂との密着性を強固にし、耐湿信頼性を増加させる。【解決手段】ＢＴ樹脂系基板と、エポキシ樹脂系基板とを含む群から選択される基板３０上に絶縁膜４０を形成する。絶縁膜上に、配線４２を含む、銅配線及び銅ポストを形成する。半導体基板上に設けられている絶縁膜、銅配線及び銅ポストの露出面に対して、窒素系ガスを用いて、プラズマ処理する。この露出面を覆って封止する封止部４４を形成する。【選択図】図３
2007043084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜及び当該絶縁膜上に設けられている配線を含む、銅を材料とする構成要素を有する基板であって、ＢＴ樹脂系基板と、エポキシ樹脂系基板とを含む群から選択される当該基板を準備する工程と、
前記基板に対して、窒素系ガスを用いて、プラズマ処理する工程と
を含むことを特徴とする基板の表面改質方法。
【請求項２】
前記プラズマ処理する工程は、圧力を最大でも４０Ｐａとすることにより、イオンを主たる活性種として行う工程であること特徴とする請求項１に記載の基板の表面改質方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理する工程は、圧力を２６．７Ｐａとすることにより、イオンを主たる活性種として行う工程であること特徴とする請求項２に記載の基板の表面改質方法。
【請求項４】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を最大でも１０００Ｗとし、窒素系ガス流量を最大でも５００sccmとし、かつステージ温度を最高でも１００℃として、最短でも２０秒間プラズマ処理する工程であることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板の表面改質方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を５００Ｗとし、窒素系ガス流量を２００sccmとし、かつステージ温度を８０℃として、２０秒間プラズマ処理する工程であることを特徴とする請求項４に記載の基板の表面改質方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を最大でも１０００Ｗとし、窒素系ガス流量を最大でも５００sccmとし、かつステージ温度を最高でも１００℃として、最短でも４５秒間プラズマ処理することにより、前記銅を材料とする構成要素の露出面を褐色とする工程であることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板の表面改質方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を５００Ｗとし、窒素ガス流量を２００sccmとし、かつステージ温度を８０℃として、６０秒間プラズマ処理することにより、前記銅を材料とする構成要素の露出面を褐色とする工程であることを特徴とする請求項６に記載の基板の表面改質方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理する工程は、前記絶縁膜が、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリベンゾオキサゾール及びベンゾシクロブテンを含む樹脂群から選択される材料により形成されている前記基板に対して行われる工程であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板の表面改質方法。
【請求項９】
前記プラズマ処理する工程は、前記窒素系ガスを、窒素ガス、アンモニアガス、及びヒドラジンガスを含む群から選択される一種のガス又は二種以上のガスの任意の組み合わせの混合ガスを用いてプラズマ処理する工程であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板の表面改質方法。
【請求項１０】
前記プラズマ処理する工程の後に、前記銅を材料とする構成要素の表面の銅の存在割合において、Ｃｕ2Ｏの存在割合を増加させる加熱処理をさらに行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板の表面改質方法。
【請求項１１】
前記加熱処理工程は、前記銅を材料とする構成要素の表面の単位面積あたりのＣｕ2Ｏの存在割合を、最小でも５０％とする加熱処理工程であることを特徴とする請求項１０に記載の基板の表面改質方法。
【請求項１２】
前記加熱処理工程は、１７０℃から１８０℃の範囲で３０秒間行う加熱処理工程であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の基板の表面改質方法。
【請求項１３】
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、配線を含む、銅を材料とする構成要素を形成する工程と、
前記基板上に設けられている前記絶縁膜及び前記構成要素の露出面に対して、窒素系ガスを用いて、プラズマ処理する工程と、
前記絶縁膜及び前記構成要素の露出面を覆って封止する封止部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記プラズマ処理する工程は、圧力を最大でも４０Ｐａとすることにより、イオンを主たる活性種として行う工程であること特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記プラズマ処理する工程は、圧力を２６．７Ｐａとすることにより、イオンを主たる活性種として行う工程であること特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を最大でも１０００Ｗとし、窒素系ガス流量を最大でも５００sccmとし、かつステージ温度を最高でも１００℃として、最短でも２０秒間プラズマ処理する工程であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を５００Ｗとし、窒素系ガス流量を２００sccmとし、かつステージ温度を８０℃として、２０秒間プラズマ処理する工程であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を最大でも１０００Ｗとし、窒素系ガス流量を最大でも５００sccmとし、かつステージ温度を最高でも１００℃として、最短でも４５秒間プラズマ処理することにより、前記銅を材料とする構成要素の露出面を褐色とする工程であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記プラズマ処理する工程は、印加電力を５００Ｗとし、窒素ガス流量を２００sccmとし、かつステージ温度を８０℃として、６０秒間プラズマ処理することにより、前記銅を材料とする構成要素の露出面を褐色とする工程であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記絶縁膜を形成する工程は、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリベンゾオキサゾール及びベンゾシクロブテンを含む樹脂群から選択される材料により形成する工程であり、
前記封止部を形成する工程は、エポキシ系樹脂及びポリイミド系樹脂を含む群から選択される材料により形成する工程であることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記プラズマ処理する工程は、前記窒素系ガスを、窒素ガス、アンモニアガス、及びヒドラジンガスを含む群から選択される一種のガス又は二種以上のガスの任意の組み合わせの混合ガスを用いてプラズマ処理する工程であることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記プラズマ処理する工程は、個片化工程前の基板に対して行われる工程であり、当該プラズマ処理する工程の後に、さらに個片化工程を含むことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記プラズマ処理する工程の後に、前記銅を材料とする構成要素の表面の銅の存在割合において、Ｃｕ2Ｏの存在割合を増加させる加熱処理をさらに行うことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記加熱処理工程は、前記銅を材料とする構成要素の表面の単位面積あたりのＣｕ2Ｏの存在割合を、最小でも５０％とする加熱処理工程であることを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記加熱処理工程は、１７０℃から１８０℃の範囲で３０秒間行う加熱処理工程であることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記プラズマ処理する工程は個片化工程前の基板に対して行われる工程であり、当該プラズマ処理する工程の後に前記加熱処理工程を行い、当該加熱処理工程後にさらに個片化工程を行うことを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
半導体基板上に形成される銅を材料とする構成要素の表面の単位面積あたりのＣｕ2Ｏの存在割合を、最小でも５０％としてあることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の表面改質方法及び半導体装置の製造方法に関する。特に、基板（いわゆる半導体チップをも含む。）、この基板上に設けられている絶縁膜、及び／又はこの絶縁膜上に設けられている、銅配線、銅ポストといった銅（Ｃｕ）を材料とする構成要素と、封止樹脂との接着性を増加させ、かつ耐湿信頼性を確保するための基板の表面改質方法、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスルールのさらなる微細化の進展により、基板上に形成される配線はより細く、かつ配線同士の間隔はより狭くされる傾向にある。このような微細化の進展により、基板上に形成される絶縁膜、この絶縁膜上に形成される銅配線といった構成要素と、これら構成要素を封止する封止樹脂との相互の良好な接着性及び耐湿信頼性を確保することが困難になってきている。
【０００３】
現状では、基板上に設けられた銅配線の表面を酸化することにより、（プリント配線基板の内部の銅配線については黒化処理して、銅配線の表面を粗面化することにより）、封止樹脂の接着性を確保している。
【０００４】
また、パッケージ化された半導体装置のさらなる小型化、薄型化が要求されている。この要求に応えるために、パッケージ外形サイズが半導体チップの外形サイズと実質的に同一である、ウェハレベルチップサイズパッケージ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）（以下、単にＷ−ＣＳＰとも称する。）と呼ばれるパッケージ形態が提案されている。
【０００５】
ここで、図２及び図３を参照して、従来のＷ−ＣＳＰの構成につき説明する。
【０００６】
図２（Ａ）は、半導体装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図２（Ｂ）は、銅配線パターンと銅ポストとの接続関係を説明するために、図２（Ａ）の実線１１で囲んだ部分領域を拡大して示した概略的な要部平面図である。また、図３は、図２（Ａ）のＩ−Ｉ破線により切断した切断面を示す概略的な図である。
【０００７】
Ｗ−ＣＳＰ１０は、半導体チップ３０を含んでいる。この半導体チップ３０は、その周縁に複数の電極パッド３４を具えている。これら電極パッド３４は、半導体チップ３０の周縁に沿って配設されている。これら複数の電極パッド３４を露出させるように、絶縁膜４０が形成されている。絶縁膜４０の表面上には、露出している電極パッド３４に接続される複数の銅配線４２が形成されている。
【０００８】
いわゆる再配線層である銅配線４２上には、銅ポスト４６が設けられている。そして、絶縁膜４０と銅配線４２とを覆い、かつ銅ポスト４６の頂面を露出させる封止部４４が設けられている。さらに、銅ポスト４６の頂面上には、外部端子４７が設けられている。
【０００９】
例えば、このような構成を有するＷ−ＣＳＰの製造工程において、封止部を形成する前に、絶縁膜、銅配線、及び／又は銅ポストの封止部に対する接着性を増加させる目的で、アルゴンガスや酸素ガス等によりアッシング処理を行う半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
また、半導体チップと多層配線基板（実装基板）との間のアンダーフィル樹脂を不要としながらも、可撓性導電部材と弾性を有する絶縁性樹脂層とによって、金属バンプに働く変形応力を緩和して実装信頼性を増加させると共に、実装基板を含む周辺デバイス等が再生処理時のダメージを受けるのを回避し、しかも低コストを実現できる半導体装置及びその製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
さらに、基板上に形成された半導体チップのパッド部の電極部の表面をプラズマクリーニングし、次いで、はんだ溶融液中にて電極部に超音波を印加して電極部表面の酸化膜を除去し、然る後、電極部表面上に直接はんだバンプを形成することにより、はんだバンプを電極部表面上に容易かつ強固に接合する半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００４−０１４７８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１３５６６３号公報
【特許文献３】特開２０００−１３３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、かかる黒化処理を行った上で、特にデバイスのさらなる高周波化、高速化を図ろうとすれば、配線の粗面化に起因するいわゆる表皮効果により、デバイスの動作速度又は信頼性を損なうおそれがある。
【００１３】
また、特許文献１、特許文献２及び特許文献３が開示する処理工程により、絶縁膜、銅配線等の銅を材料とする構成と、これらに対する封止樹脂（封止部）との良好な接着性及び耐湿信頼性を併せて確保することは極めて困難である。すなわち、従来の処理には以下に示すような問題点があった。
【００１４】
（１）アッシング処理（プラズマ処理）を行う場合には、各種絶縁材料毎にアッシング条件出しを行う必要がある。しかしながら、接着性と併せて耐湿信頼性を満たす条件を見い出すのは困難である。すなわち、絶縁膜材料、共存する銅配線の表面改質を同時に最適化するのは困難である。
【００１５】
（２）プロセスルールの微細化が進み、配線同士の間隔が小さくなると、特に耐湿信頼性を満足させられなくなる。
【００１６】
（３）アッシング条件が変わると、銅（銅を材料とする構成要素）に対する樹脂接着力が変動して最適化が難しい。
【００１７】
（４）アッシング処理後、処理済サンプルの保管条件及び樹脂封止までの処理待ちにかかる時間的な制限があるため、半導体装置の製造工程におけるＴＡＴ（Turn Around Time）を短くすることができず管理が面倒である。
【００１８】
（５）アッシング処理後、封止工程を行うまでの取り扱いに問題がある場合には、銅配線、及び／又は銅ポストに対する樹脂の良好な接着性を得ることができない。
【００１９】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みなされたものである。すなわち、この発明の目的は、半導体基板の処理方法及び半導体装置の製造方法において、基板上に形成される絶縁膜、及び／又はこの絶縁膜上に形成される配線、電極ポスト等の銅を材料とする構成要素と、これら構成要素を封止する封止樹脂との良好な接着性を確保し、かつ耐湿信頼性を増加させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するにあたり、この発明の基板の表面改質方法は、下記のような工程を含んでいる。
【００２１】
すなわち、絶縁膜及びこの絶縁膜上に設けられている配線を含む、銅を材料とする構成要素を有する基板であって、ＢＴ樹脂系基板と、エポキシ樹脂系基板とを含む群から選択される基板を準備する。
【００２２】
この基板に対して、窒素系ガスを用いて、プラズマ処理する。
【００２３】
また、この発明の半導体装置の製造方法は、下記のような工程を含んでいる。
【００２４】
すなわち、半導体基板上に絶縁膜を形成する。
【００２５】
絶縁膜上に、配線を含む、銅を材料とする構成要素を形成する。
【００２６】
半導体基板上に設けられている絶縁膜及び構成要素の露出面（表面）に対して、窒素系ガスを用いて、プラズマ処理する。
【００２７】
絶縁膜及び構成要素の露出面を覆って封止する封止部を形成する。
【発明の効果】
【００２８】
この発明の基板の表面改質方法及び半導体装置の製造方法によれば、絶縁膜及び銅を材料とする構成要素の露出面に対して、窒素ガスを用いるプラズマ処理を行うことにより、電気的な特性を損なう露出面の粗面化をすることなく、より大きな（化学的）結合を発揮する面を形成することができる。従って、上述のプラズマ処理された露出面は、封止樹脂との接着性がより増加しており、また、経時的な接着力の低下を顕著に抑制することができる。
【００２９】
さらに、絶縁膜及び銅を材料とする構成体それぞれの表面に対する封止樹脂の接着性が増加することにより、耐湿信頼性が増加する。
【００３０】
さらにまた、プラズマ処理、又はプラズマ処理及び加熱処理を行うことにより、銅を材料とする構造体の表面の単位面積あたりの銅の存在割合において、Ｃｕ2Ｏの割合を最小でも５０％とすることができる。このようにすれば、銅を材料とする構造体と封止部との接着力を顕著に増加させることができる。また、このようにすれば、構造体が高温高湿環境下に曝されたとしても、銅を材料とする構造体と封止部との接着力の経時的な低下の程度をより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
この発明の基板の処理方法及び半導体装置の製造方法の実施例について具体的に説明する。以下の説明において、特定の材料、条件及び数値条件等を用いることがあるが、これらは好適例の一つに過ぎず、従って、この発明は何らこれらに限定されるものではない。
【００３２】
（第１の実施例）
まず、サンプルを準備した。サンプルは図２及び３を参照して既に説明したＷ−ＣＳＰとは封止樹脂が設けられていないことを除き、同様の形態を有している。
【００３３】
具体的には、このサンプルは、周縁に沿って複数の電極パッドが配設されている半導体チップを有している。
【００３４】
また、サンプルはこの半導体チップ上に電極パッドを露出する絶縁膜を有している。この発明のプラズマ処理工程に適用できる絶縁膜の材料としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）およびベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の樹脂を挙げることができる。特に好ましくは、ポリイミド系樹脂又はエポキシ系樹脂とするのがよい。このサンプルにおいては、絶縁膜としてポリイミド系樹脂を用いた。
【００３５】
さらに、サンプルは銅配線を有している。銅配線は、絶縁膜上に延在し、一端が電極パッドに接続されていて、及び他端には銅ポストが接続されている。
【００３６】
また、このサンプルには封止樹脂が設けられていないが、実際の半導体装置として既に説明したＷ−ＣＳＰとする場合には、絶縁膜、銅配線及び銅ポストを封止する封止樹脂が設けられることになる。
【００３７】
この発明のプラズマ処理工程に適用して好適な封止樹脂は、従来公知の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等から任意好適なものを選択することができる。この封止樹脂として、特に好ましくはエポキシ系樹脂及びポリイミド系樹脂とするのがよい。このサンプルにおいては、封止樹脂として熱硬化性エポキシ樹脂を用いた。
【００３８】
サンプルに対してプラズマ処理を行った。このプラズマ処理は、従来公知の装置を用いて、誘導結合放電方式により、反応ガスをイオン化、ラジカル化することにより実施した。
【００３９】
この発明のプラズマ処理に際して、チャンバ内に存在する活性種は、電子、イオン、及びラジカルである。これら電子、イオン、及びラジカルは、チャンバ内に同時に共存しうるが、これらのチャンバ内における存在比は、印加電力、ガス流量、圧力、及びガスの種類を任意好適な条件に設定することで、イオンが主たる活性種となる条件、又はラジカルが主たる活性種となる条件として適宜決定することができる。
【００４０】
例えば、従来、常用されている酸素ガスを用いるプラズマ処理において、イオンを主たる活性種とすれば、良好な耐湿信頼性を確保できる。しかしながら、ラジカルを主たる活性種とすれば耐湿信頼性が低下してしまう。
【００４１】
本願発明の窒素系ガスを用いるプラズマ処理の場合には、イオンを主たる活性種とする条件としても、ラジカルを主たる活性種とする条件としても、いずれの条件でも、封止部（封止樹脂）と絶縁膜との接着性のみならず、封止部と銅を材料とする構成要素である銅配線及び銅ポストとの接着力も顕著に増加する。従って、耐湿信頼性をも確保することができる。
【００４２】
ここでいう「イオンを主たる活性種とする条件」とは、処理圧力が低い条件、すなわち、例えば圧力を最大でも４０Ｐａ（３００mＴorr）程度とする条件をいう。一般に、真空度が高いほどイオンの平均自由工程が長くなる。従って、サンプル表面に供給されるイオン量がラジカル量より多くなる状態となる。
【００４３】
また、ここでいう「ラジカルを主たる活性種とする条件」とは、圧力を既に説明した「イオンを主たる活性種とする条件」よりも高くする条件をいう。
【００４４】
ラジカルを主たる活性種とする条件としては、好ましくは、例えば印加電力を２００Ｗ以上とし、かつ圧力を６６．５Ｐａ（５００mＴorr）以下とする条件が挙げられる。
【００４５】
つまり、真空度がより低くされるので、イオンの平均自由工程は小さく、イオンはすぐに失活してしまう。そのため、圧力が高いとイオン量に比べラジカル量が多くなる状態となる。
【００４６】
プラズマ処理は、好ましくは例えば印加電力を最大でも１０００Ｗ（ワット）とし、窒素系ガス流量を最大でも５００sccmとし、かつステージ温度を最高でも１００℃として、最短でも２０秒間プラズマ処理する工程とするのがよい。
【００４７】
この例では、印加電力を５００Ｗとし、窒素系ガス流量を２００sccmとし、圧力を２００mＴorr、すなわち２６．７Ｐａ、すなわち、「イオンを主たる活性種とする条件」とし、かつステージ温度を８０℃として、２０秒間行った。
【００４８】
この窒素系ガスとしては、窒素ガス、アンモニアガス、ヒドラジンガス単独あるいはこれらの混合ガス等、窒素を含んだガスであればいずれのガスも用いることができる。
【００４９】
この発明のプラズマ処理により処理されたサンプルは、絶縁膜及び銅配線の表面（露出面）に結合した窒素系の基を有している。ここでいう窒素系の基とは、アミノ基、アミド基等の窒素を含む基を意味する。
【００５０】
絶縁膜及び銅を材料とする構成要素の表面に結合している窒素系の基と封止樹脂の官能基とが形成する結合は強固である。その上、特に絶縁膜と封止樹脂との接着性についていえば、窒素ガスを用いるプラズマ処理により絶縁膜に生じる凹凸の程度は、酸素ガスを用いるプラズマ処理により生じる凹凸の程度と比較すると、より大きい。
【００５１】
従って、本願発明のプラズマ処理工程によれば、電気的な特性を損なう露出面の粗面化をすることなく、より大きな（化学的）結合を発揮する露出面を形成することができる。
【００５２】
また、この発明の窒素ガスを用いるプラズマ処理によれば、銅を材料とする配線及び銅ポストの表面は窒化されて、封止樹脂との接着性がより増加する。従って、かかる表面窒化によって、例えば高温高湿ストレス下に晒されたとしても封止樹脂との経時的な接着力の低下を顕著に抑制することができる。
【００５３】
第１の実施例によれば、次のような効果が得られる。
【００５４】
（１）絶縁膜及び銅を材料とする構成要素それぞれの表面に対する封止樹脂の接着性が増加することにより、これら絶縁膜、銅を材料とする構成要素、及び封止樹脂同士の密着性が強くなる。結果として、耐湿信頼性が増加する。
【００５５】
（２）多種の絶縁膜に対して同様の効果が得られ、また処理条件のマージンが広いため条件出しの負担が減る。
【００５６】
（３）ドライ処理なので環境に与えるインパクトが小さい。
【００５７】
（４）従来の酸素プラズマ処理を行う場合には、直後に樹脂封止工程を行うことができないが、この発明の窒素ガスを用いるプラズマ処理を行えば、樹脂封止工程を直ちに実施できる。従って、ＴＡＴをより短くすることができる。
【００５８】
（第２の実施例）
第２の実施例では、既に説明した第１の実施例と同一形態のサンプルを用いて、窒素ガスを用いて、銅配線及び銅ポストが褐色に変色する条件でプラズマ処理を実施した。
【００５９】
ここでいう「褐色に変色する」とは、銅を材料とする構成要素、すなわち銅配線及び銅ポストがこの発明のプラズマ処理工程に付されることにより、その表面が酸化されてはいないがあたかも酸化されたかのような褐色を呈する状態をいう。これは銅が窒化される程度が高いためと考えられる。
【００６０】
プラズマ処理する工程は、好ましくは例えば印加電力を最大でも１０００Ｗとし、窒素系ガス流量を最大でも５００sccmとし、かつステージ温度を最高でも１００℃として、最短でも４５秒間プラズマ処理することにより、銅を材料とする構成要素の露出面を褐色とする工程とするのがよい。
【００６１】
この例では、プラズマ処理は、印加電力を５００Ｗとし、窒素ガス流量を２００sccmとし、圧力を２６．７Ｐａ（２００mＴorｒ）、すなわちイオンを主たる活性種とする条件とし、かつステージ温度を８０℃として、６０秒間処理する工程とした。
【００６２】
この実施例のプラズマ処理によれば、第１の実施例の場合と同等の接着力を得ることができる。さらにこの実施例のプラズマ処理によれば、材料である銅の表面（露出面）が褐色に変色する程度にプラズマ処理を施すので、銅の固定化が促進される。結果として、封止樹脂に対する接着力の経時的な劣化をより効果的に抑制することができる。
【００６３】
プロセスルールの微細化により、配線自体及び配線間隔の微小化がさらに進展すると、特に耐湿信頼性を確保するのがますます困難となる。
【００６４】
この第２の実施例のプラズマ処理工程によれば、すなわち、銅を材料とする構成要素の露出面が褐色に変色する程度までイオンを主たる活性種とする条件でプラズマ処理を行えば、より良好な耐湿信頼性を確保することができる。
【００６５】
なお、上述した実施例では、イオンを主たる活性種とする条件で、窒素ガスを用いてプラズマ処理を行ったが、プラズマ状態、活性種の種類あるいは生成量を調整する目的で、微量添加ガス、例えば、Ｈｅ、Ｈ2、Ｈ2Ｏなどを窒素ガスと混合して、プラズマ処理を行ってもよい。さらに窒素系ガスを、窒素ガス、アンモニアガス、ヒドラジンガスを含む群から選択される一種のガス又は二種以上のガスを任意に組み合わせた混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【００６６】
また、サンプルとして、半導体チップ上に、絶縁膜、再配線層（銅配線）及び電極ポスト（銅ポスト）を具えるＷ−ＣＳＰを例示して説明した。すなわち、この発明の窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程は、半導体装置の製造工程に適用して極めて好適であることを説明したが、この窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程は、例えば、ＢＴ樹脂系基板、エポキシ樹脂系基板であって、銅を材料とする構成要素がその表面から露出する基板の表面改質工程に適用することができる。
【００６７】
さらに上述した実施例においては、個片化された半導体チップを用いたが、ウェハレベルで製造途中の半導体ウェハ（シリコンウェハ）に対して、上述した窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程を行い、その後ウェハレベルでの半導体装置の製造工程が終了した後に個片化工程を行ってももちろんよい。
【００６８】
（第３の実施例）
第３の実施例では、窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程後に、さらに熱処理工程を行うことを特徴としている。
【００６９】
この熱処理工程は、既に説明した第１又は第２の実施例のプラズマ処理工程実施後の被処理対象物（個片化されたチップ、半導体ウェハ）に対して、好ましくは、例えば、１７０℃から１８０℃程度の範囲として３０秒間程度行えばよい。
【００７０】
なお、この熱処理工程は、樹脂封止工程といった、熱処理を伴う工程、例えば樹脂封止工程における金型の予備加熱等により兼ねることができる。
【００７１】
図４を参照して、熱処理工程による銅の状態別存在割合の変化につき説明する。
【００７２】
図４は、単位面積（この例では直径φ１ｍｍの円面積）あたりの銅の状態別存在割合を示すグラフである。グラフＡは窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程を不実施とした例を示し、グラフＢは窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程のみを行い、加熱処理を不実施とした例を示し、グラフＣは窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程及び熱処理工程を行った例を示している。
【００７３】
なお、この熱処理工程により、銅を材料とする配線、電極ポストといった構造体の露出面（表面）からはプラズマ処理に由来する窒素が脱離する。このとき銅を材料とする構造体の内部には微量の窒素が残留する。
【００７４】
この銅の状態別存在割合の変化は、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）法により検出及び解析を行った。
【００７５】
領域ａｘ（符号ｘは１、２又は３であって、ｘ＝１はグラフＡ、ｘ＝２はグラフＢ及びｘ＝３はグラフＣに対応している。以下同様。）はＣｕ（ＯＨ）2の存在割合を表し、領域ｂｘはＣｕＣＯ3の存在割合を表し、領域ｃｘはＣｕＯの存在割合を表し、領域ｄｘはＣｕ2Ｏを表し、及び領域ｅｘは金属Ｃｕの存在割合を表している。
【００７６】
グラフＡに示すように、窒素系ガスを用いるプラズマ処理工程を行わない場合には、領域ａ１に相当するＣｕ（ＯＨ）2の割合が３０％以上と比較的高いことがわかる。また、領域ｄ１に相当するＣｕ2Ｏの割合が４０％程度あることがわかる。さらに領域ｅ１に相当する金属Ｃｕの割合が１０％以上あることがわかる。
【００７７】
グラフＢに示すように、窒素系ガスを用いるプラズマ処理を行った場合には、領域ａ２に相当するＣｕ（ＯＨ）2の割合がグラフＡの領域ａ１と比較して顕著に減少していることがわかる。また、領域ｄ２で示したＣｕ2Ｏ及び領域ｅ２で示した金属Ｃｕの割合が増大していることがわかる。
【００７８】
グラフＣに示すように、プラズマ処理工程及び加熱処理を行った場合には、領域ｄ３で表されるＣｕ2０が６０％以上を占め、支配的な構成要素となる。このとき、領域ａ３で示されるＣｕ（ＯＨ）2は、加熱処理を行うことにより２０％以上を占めるまでに増大することがわかる。
【００７９】
このように、プラズマ処理、又はプラズマ処理及び加熱処理を行うことにより、銅の存在割合において、Ｃｕ2Ｏが支配的、すなわち最小でも５０％の存在割合を示すことになる。
【００８０】
このように銅を構成要素とする構造体表面においてＣｕ2Ｏが支配的となると、例えば構造体に接触して被覆する封止樹脂により形成される封止部が存在する場合には、構造体と封止部との接着力を顕著に増加させることができる。
【００８１】
このとき形成される接着部分の強度は、詳細は後述するが、例えば高温高湿環境下に経時的に曝されたとしても、プラズマ処理及び加熱処理により腐食しにくいため接着力が低下しにくい。
【００８２】
（比較例１）
比較例１として、既に説明した第１の実施例と同一構成のサンプルを用意した。なお、サンプルに対してプラズマ処理及び加熱処理は行っていない（未処理）。
【００８３】
（比較例２）
比較例２として、第１の実施例と同一構成のサンプルを用いて、プラズマ処理を実施した。この例では、プラズマ処理条件は、印加電力を５００Ｗ（ワット）とし、酸素ガス流量を２００sccmとし、圧力を２６．７Ｐａ（２００mＴorr）、すなわち、「イオンを主たる活性種とする条件」とし、かつステージ温度を８０℃として、処理時間を１５秒間とした。従って、この例は、従来のプラズマ処理工程を行った例である。
【００８４】
（比較例３）
比較例３として、第１の実施例と同一構成のサンプルを用いて、プラズマ処理を実施した。この例では、プラズマ処理条件は、印加電力を５００Ｗ（ワット）とし、窒素系ガス流量を２００sccmとし、圧力を２６．７Ｐａ（２００mＴorr）、すなわち、「ラジカルを主たる活性種とする条件」とし、かつステージ温度を８０℃として、処理時間を６０秒間とした。
【００８５】
（シェア強度試験１）
ここで、図１を参照して、封止樹脂と絶縁膜（ポリイミド系樹脂）及び銅との接着力を評価するために行われた、いわゆるシェア強度試験及びその結果について説明する。
【００８６】
図１は、上述した実施例１及び２、並びに比較例１（未処理）、２及び３のプラズマ処理工程が行われたサンプルについてのシェア強度試験の結果を示すグラフである。
【００８７】
シェア強度試験は、いわゆる高温高湿ストレス処理条件にサンプルを所定時間暴露することにより行われた。ここでいう高温高湿ストレス処理条件とは、温度１２１℃、かつ相対湿度１００％（ＲＨ）の条件をいう。
【００８８】
図１において、横軸は処理時間（Ｈ）を表し、及び縦軸はシェア強度（Ｎ：ニュートン）を表している。
【００８９】
なお、シェア強度の試験方法は以下の方法により行った。
【００９０】
支持体上に、８ｍｍ×８ｍｍの大きさの実施例１及び２のプラズマ処理工程、並びに比較例１（未処理）、２及び３のプラズマ処理工程が行われたサンプルをそれぞれ固定し、サンプルの中央上面それぞれに、２ｍｍ×２ｍｍ角の柱状の封止樹脂ブロックを形成し、これに横方向から荷重を加え、封止樹脂ブロックが半導体チップの表面から剥離した時点での強度（Ｎ）を測定した。
【００９１】
このシェア強度試験における合格判定基準は、封止樹脂と絶縁膜との強度については、高温高湿ストレス処理前及び高温高湿ストレス処理後とも１２０Ｎ以上であり、封止樹脂と銅（配線又は銅ポストといった構成要素）との強度については、高温高湿ストレス処理前及び高温高湿ストレス処理後とも４０Ｎ以上であることである。
【００９２】
図１において、符号「＋」のプロットで示す鎖線ｒ１ａは、比較例１、すなわち未処理のサンプルの封止樹脂に対する絶縁膜の接着強度を示し、符号「×」のプロットで示す鎖線ｒ１ｂは、比較例１、すなわち未処理のサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【００９３】
符号「▲」のプロットで示す鎖線１ａは、第１の実施例のプラズマ処理が行われたサンプルの封止樹脂に対する絶縁膜の接着強度を示し、符号「△」のプロットで示す鎖線１ｂは、第１実施例のサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【００９４】
符号「■」のプロットで示す鎖線２ａは、第２の実施例のサンプルの封止樹脂に対する絶縁膜の接着強度を示し、符号「□」のプロットで示す鎖線２ｂは、第２の実施例のサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【００９５】
符号「●」のプロットで示す鎖線ｒ２ａは、比較例２のサンプルの封止樹脂に対する絶縁膜の接着強度を示し、符号「○」のプロットで示す鎖線ｒ２ｂは、比較例２のサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【００９６】
符号「◆」のプロットで示す実線ｒ３ａは、比較例３のサンプルの封止樹脂に対する絶縁膜の接着強度を示し、符号「◇」のプロットで示す実線ｒ３ｂは、比較例３のサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【００９７】
第１の実施例のプラズマ処理工程の接着力の評価について、図１を参照して説明する。
【００９８】
封止樹脂と絶縁膜との接着力についていえば、高温高湿ストレス処理前、すなわち初期状態での接着強度が増加し、また高温高湿ストレス下においても接着力の経時的な劣化が抑制されている。
【００９９】
一方で、従来の酸素プラズマ処理を行ったサンプル（比較例２：グラフｒ２ａ及びｒ２ｂ参照。）では、接着力の経時的な劣化がみられることを考えると、封止樹脂と絶縁膜との接合面に水素結合以外の強い結合ができていることが推測される。また、封止樹脂と銅との関係では、従来の酸素プラズマ処理ではほとんど接着力が発現しないことがわかる。
【０１００】
すなわち、第１の実施例のプラズマ処理を行ったサンプルでは接着力の経時的な劣化がより少ないが、これは粗面化された面に対する物理的な接着力、すなわちいわゆるアンカー効果による接着力ではなく、化学的な接着力が発現しているためと考えられる。
【０１０１】
第２の実施例のプラズマ処理工程の接着力の評価について、図１を参照して説明する。
【０１０２】
封止樹脂と絶縁膜との接着力及び封止樹脂と銅との接着力についてはいずれも第１の実施例の場合とほぼ同等である。
【０１０３】
しかしながら、第２の実施例のプラズマ処理を行ったサンプルでは、第１の実施例のサンプルと比較して、接着力の経時的な劣化の度合いが小さいことがわかった。
【０１０４】
また、詳細は説明しないが、高温高湿ストレス処理終了後の半導体製品を解析（耐湿信頼性評価）したところ、銅配線の溶出（腐食）が顕著に抑制されていることがわかった。すなわち、銅が褐色に変色する程度までプラズマ処理を施すことで銅の固定化が促進されていることが分かった。
【０１０５】
比較例１のサンプルの接着力について、図１を参照して説明する。封止樹脂と絶縁膜との接着力（グラフｒ１ａ参照。）は、実施例及び比較例のいずれと比較しても弱いことがわかる。プラズマ処理がなされないと表面の凹凸が生じず、水素結合を作る親水性基も少ないので接着力が小さいものと考えられる。
【０１０６】
また、封止樹脂と銅との接着力（グラフｒ１ｂ）は、従来の酸素プラズマ処理を行ったサンプル（比較例２：グラフｒ２ｂ参照。）よりも接着力は大きくなっていることがわかる。酸素プラズマ処理により、露出面の状態が悪化したためと考えられる。
【０１０７】
比較例２のサンプルの接着力について、図１を参照して説明する。
【０１０８】
封止樹脂と絶縁膜との接着力（グラフｒ２ａ参照。）は、暴露初期にはある程度大きいが、経時的な劣化の度合いが大きいことがわかる。接着力の発現が水素結合のみに依存しているためと考えられる。
【０１０９】
また、封止樹脂と銅との接着力（グラフｒ２ｂ参照。）は、接着力がほとんど発現しないことがわかる。酸素プラズマ処理により露出面に生じる酸化膜の質が悪いためと考えられる。
【０１１０】
比較例３のサンプルの接着力について、図１を参照して説明する。
【０１１１】
封止樹脂と絶縁膜との接着力及び封止樹脂と銅との接着力についてはいずれも第１の実施例の場合とほぼ同等である。
【０１１２】
なお、比較例３の場合は、耐湿信頼性という観点からも第１の実施例と同等の結果が得られる。しかしながら、プラズマ処理において「ラジカルを主たる活性種とする条件」の場合には、「イオンを主たる活性種とする条件」に比べて改質効率が低いので、長い処理時間がかかる。
【０１１３】
従って、スループットという観点から考えると、「イオンを主たる活性種とする条件」で行われるプラズマ処理の方が優れているといえる。
【０１１４】
（シェア強度試験２）
図５を参照して、封止樹脂と非処理の銅構造体又は封止樹脂とプラズマ処理及び加熱処理がなされた銅構造体との接着力を評価するための、いわゆるシェア強度試験及びその結果について説明する。
【０１１５】
図５は、上述した第３の実施例、及び比較例１（未処理）のサンプルについてのシェア強度試験の結果を示すグラフである。
【０１１６】
シェア強度試験は、サンプルを、いわゆる高温高湿ストレス処理条件に所定時間暴露することにより行われた。ここでいう高温高湿ストレス処理条件とは、具体的には温度１２１℃、かつ相対湿度１００％（ＲＨ）の条件をいう。
【０１１７】
図５において、横軸は処理時間（Ｈ）を表し、及び縦軸はシェア強度（Ｎ：ニュートン）を表している。
【０１１８】
なお、試験方法は既に説明したシェア強度試験１と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
【０１１９】
図５において、符号「○」のプロットで示す実線ａは、未処理のサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【０１２０】
また、符号「□」のプロットで示す実線ｂは、第３の実施例のプラズマ処理及び加熱処理が行われたサンプルの封止樹脂に対する銅（銅を材料とする構成要素）の接着強度を示している。
【０１２１】
実線ｂで示されるグラフから明らかなように、プラズマ処理及び加熱処理が行われたサンプルにおいては、接着力（シェア強度）が未処理サンプルと比較して５倍以上増加していることがわかる。また、プラズマ処理及び加熱処理が行われたサンプルにおいては、処理時間（高温高湿ストレス暴露時間）が５００時間に達しても接着力の経時的な劣化がないことがわかる。
【０１２２】
以上より、本願発明の窒素系ガスを用いるプラズマ処理を、「イオンを主たる活性種とする条件」として行えば、封止樹脂と絶縁膜及び封止樹脂と銅（配線及びポスト）のいずれの関係においても接着強度が顕著に増加することがわかった。また、接着強度だけでなく、例えば、高温高湿ストレス条件下といった過酷な使用条件下においても接着力の経時的な低下が効果的に抑制されることがわかった。
【０１２３】
また、プラズマ処理及び加熱処理を行って、銅を材料とする構造体表面の存在割合において、Ｃｕ2Ｏの存在割合を支配的、すなわち最小でも５０％程度とすれば、接着強度を顕著に増加させることができることがわかった。また、プラズマ処理及び加熱処理を行えば、腐食を効果的に防止することにより接着力の経時的な劣化を効果的に防止することができることがわかった。
【０１２４】
上述の説明では、銅を材料とする構成要素の例として、配線及びポストを例示した。しかしながらこれらに限定されず、例えば基板上に銅を材料とするその他の構造が露出して存在しさえすれば、このような構造と封止樹脂との関係においても上述と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】接着力の評価を説明するためのグラフ（１）である。
【図２】（Ａ）図は、従来のＷ−ＣＳＰの構成を説明するための平面図であり、（Ｂ）図は、（Ａ）図の部分領域を拡大した部分拡大図である。
【図３】従来のＷ−ＣＳＰの切り口を示す概略的な図である。
【図４】銅の状態別存在割合を示すグラフである。
【図５】接着力の評価を説明するためのグラフ（２）である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０：半導体装置（Ｗ−ＣＳＰ）
１１：部分領域
３０：半導体チップ（基板）
３４：電極パッド
４０：絶縁膜
４２：再配線層（配線、銅配線）
４４：封止部（封止樹脂）
４６：銅ポスト（電極ポスト）
４７：外部端子
【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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