(57)【要約】【課題】  シリコン基板上にＢＣＢ等の低誘電率材料からなる絶縁膜と配線とが各々２層交互に積層されて設けられた半導体装置において、絶縁膜間で剥離が生じにくいようにする。【解決手段】  シリコン基板１の上面に設けられた酸化シリコン等からなるパッシベーション膜３の上面の周辺部を除く領域にはＢＣＢ等の低誘電率材料からなる第１、第２の絶縁膜５、９と第１、第２の配線８、１２とが交互に積層されて設けられている。第２の配線１２を含む第２の絶縁膜９の上面および第１、第２の絶縁膜５、９の側面はエポキシ系樹脂等からなる封止膜１４によって覆われている。これにより、第１、第２の絶縁膜５、９間で剥離が生じにくいようにすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板上の周辺部を除く領域にＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む複数の絶縁膜と接続パッド部を有する少なくとも１つの配線とが交互に積層された多層配線回路部と、前記多層配線回路部の配線の接続パッド部上に設けられた柱状電極と、前記多層配線回路部および前記半導体基板の周辺部を覆って設けられた封止膜とを備え、前記多層配線回路部の複数の絶縁膜の側面が前記封止膜によって覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、前記半導体基板上の周辺部を除く領域にＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む複数の絶縁膜と接続パッド部を有する少なくとも１つの配線とが交互に積層された多層配線回路部と、前記多層配線回路部の上面および側面を覆って設けられた保護膜と、前記保護膜上に設けられ、接続パッド部を有する上層配線と、前記上層配線の接続パッド部上に設けられた柱状電極と、前記柱状電極間に設けられた封止膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板上の周辺部を除く領域に設けられ、前記多層配線回路部の側面は前記保護膜で覆われ、前記保護膜の側面は前記封止膜で覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１または３に記載の発明において、前記多層配線回路部は前記半導体基板上に設けられたパッシベーション膜上の周辺部を除く領域に設けられ、前記パッシベーション膜の周辺部上に前記封止膜が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
半導体ウエハ上に、ＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む複数の絶縁膜と少なくとも１つの配線とを交互に積層して多層配線回路部を形成する工程と、
ダイシングストリート上およびその両側の領域における前記多層配線回路部の複数の絶縁膜を除去して溝を形成し、該溝を介して前記多層配線回路部の側面および前記半導体ウエハの上面を露出させる工程と、
前記多層配線回路部上に、接続パッド部を有する上層配線を形成する工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、
前記柱状電極間および前記溝内に充填された封止膜を形成する工程と、
前記溝内の前記封止膜および前記半導体ウエハを切断して、個々の半導体装置を複数個得る工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体ウエハ上に、ＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む複数の絶縁膜と少なくとも１つの配線とを交互に積層して多層配線回路部を形成する工程と、
ダイシングストリート上およびその両側の領域における前記多層配線回路部の複数の絶縁膜を除去して第１の溝を形成し、該第１の溝を介して前記多層配線回路部の側面および前記半導体ウエハの上面を露出させる工程と、
前記第１の溝内および前記多層配線回路部上に保護膜を形成する工程と、
ダイシングストリート上およびその両側の領域における前記保護膜を除去して前記第１の溝よりも幅狭の第２の溝を形成し、該第２の溝を介して前記保護膜の側面および前記半導体ウエハの上面を露出させる工程と、
前記保護膜上に接続パッド部を有する上層配線を形成する工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程と、
前記柱状電極間および前記第２の溝内に充填された封止膜を形成する工程と、
前記第２の溝内の前記封止膜および前記半導体ウエハを切断して、個々の半導体装置を複数個得る工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発明において、前記半導体ウエハを切断する工程は、前記保護膜の側面に、前記第２の溝内に充填された封止膜が残存するように切断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記多層配線回路部の複数の絶縁膜を除去する工程は、レーザビームを照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記封止膜を形成した後に、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置には、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に設けられた酸化シリコン等からなるパッシベーション膜の上面にポリイミド系樹脂からなる保護膜が設けられ、保護膜の上面に配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線上および保護膜の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４９４６１号公報
【０００４】
ところで、最近では、上記のような半導体装置を高周波用として用いるため、保護膜（絶縁膜）の材料として、誘電率がポリイミド系樹脂の誘電率３．３程度よりも低いＢＣＢ（benzocyclobutene）（誘電率２．５程度）等の低誘電率材料を用いる技術が注目されている。この場合、上記のような半導体装置には、半導体基板上のパッシベーション膜上に絶縁膜と配線とを交互に積層して多層配線構造としたものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかして、ＢＣＢ等の低誘電率材料は、その分子組成が電気双極子を持たない、非極性結合を有するものであるために、このような材料を用いて多層配線構造を形成すると絶縁膜相互の界面の結合力が不足し、半導体ウエハをダイシングする工程において、絶縁膜が剥離するという問題がある。絶縁膜の剥離は、水分の浸入や、機械的ストレスの発生に直結するため、半導体装置の信頼性を大きく損なうものである。
【０００６】
そこで、この発明は、ＢＣＢ等の低誘電率材料からなる絶縁膜の相互の剥離を確実に防止して信頼性を向上することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記目的を達成するため、半導体基板上の周辺部を除く領域にＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む複数の絶縁膜と接続パッド部を有する少なくとも１つの配線とが交互に積層された多層配線回路部を設け、多層配線回路部の複数の絶縁膜の側面を封止膜（あるいは保護膜）で覆うようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、半導体基板上の周辺部を除く領域にＢＣＢ等の低誘電率材料からなる複数の絶縁膜と接続パッド部を有する少なくとも１つの配線とが交互に積層された多層配線回路部を設け、多層配線回路部の複数の絶縁膜の側面を封止膜（あるいは保護膜）で覆っているので、ＢＣＢ等の低誘電率材料からなる絶縁膜の相互の剥離を確実に防止して信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、シリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部には、２個のみを図示するが実際には多数の、アルミニウム系金属等からなる接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。
【００１０】
接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなるパッシベーション膜３が設けられ、接続パッド２の中央部はパッシベーション膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。パッシベーション膜３の上面の周辺部を除く領域には、ＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む第１の絶縁膜５が設けられている。パッシベーション膜３の開口部４に対応する部分における第１の絶縁膜５には、パッシベーション膜３の開口部４よりもやや大きめの開口部６が設けられている。
【００１１】
第１の絶縁膜５の上面には銅等からなる第１の下地金属層７が設けられている。第１の下地金属層７の上面全体には銅からなる第１の配線８が設けられている。第１の下地金属層７を含む第１の配線８の一端部は、パッシベーション膜３および第１の絶縁膜５の開口部４、６を介して接続パッド２に接続されている。
【００１２】
第１の配線８を含む第１の絶縁膜５の上面にはＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む第２の絶縁膜９が設けられている。第１の配線８の接続パッド部に対応する部分における第２の絶縁膜９には開口部１０が設けられている。第２の絶縁膜９の上面には銅等からなる第２の下地金属層１１が設けられている。第２の下地金属層１１の上面全体には銅からなる第２の配線１２が設けられている。第２の下地金属層１１を含む第２の配線１２の一端部は、第２の絶縁膜９の開口部１０を介して第１の配線８の接続パッド部に接続されている。ここで、第１、第２の絶縁膜５、９および第１、第２の配線８、１２により、多層配線回路部が構成されている。
【００１３】
第２の配線１２の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極１３が設けられている。第２の配線１２を含む第２の絶縁膜９の上面およびパッシベーション膜３の周辺部上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１４がその上面が柱状電極１３の上面と面一となるように設けられている。この状態では、第１、第２の絶縁膜５、９の側面は封止膜１４によって覆われている。柱状電極１３の上面には半田ボール１５が設けられている。
【００１４】
以上のように、この半導体装置では、第１、第２の絶縁膜５、９の側面を封止膜１４によって覆っているので、第１、第２の絶縁膜５、９をＢＣＢ等の低誘電率材料によって形成しても、第１、第２の絶縁膜５、９間において剥離が生じにくいようにすることができる。この点は、ＢＣＢ等の低誘電率材料からなる絶縁膜および配線を各々３層以上交互に積層した多層配線回路部の場合も同様である。
【００１５】
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２および酸化シリコン等からなるパッシベーション膜３が設けられ、接続パッド２の中央部がパッシベーション膜３に形成された開口部４を介して露出されたものを用意する。
【００１６】
この場合、半導体ウエハ２１の上面の各半導体装置形成領域には所定の機能の集積回路（図示せず）が形成され、接続パッド２はそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図２において、符号２２で示す領域はダイシングストリートに対応する領域である。
【００１７】
次に、図３に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、パッシベーション膜３の開口部４を介して露出された接続パッド２の上面を含むパッシベーション膜３の上面に、ＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む第１の絶縁膜５を形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、パッシベーション膜３の開口部４に対応する部分における第１の絶縁膜５に、パッシベーション膜３の開口部４よりもやや大きめの開口部６を形成する。
【００１８】
次に、図４に示すように、パッシベーション膜３および第１の絶縁膜５の開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面を含む第１の絶縁膜５の上面全体に第１の下地金属層７を形成する。この場合、第１の下地金属層７は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。
【００１９】
次に、第１の下地金属層７の上面にメッキレジスト膜２３をパターン形成する。この場合、第１の配線８形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２３には開口部２４が形成されている。次に、第１の下地金属層７をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２３の開口部２４内の第１の下地金属層７の上面に第１の配線８を形成する。次に、メッキレジスト膜２３を剥離し、次いで、第１の配線８をマスクとして第１の下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図５に示すように、第１の配線８下にのみ第１の下地金属層７が残存される。
【００２０】
次に、図６に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、第１の配線８を含む第１の絶縁膜５の上面に、ＢＣＢ、フッ化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等の樹脂にフィラーを加えた材料、有機ポリマー系のＬｏｗ−ｋ材料のいずれかを含む第２の絶縁膜９を形成する。
【００２１】
次に、図７に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、第１の配線８の接続パッド部に対応する部分における第１の絶縁膜９に開口部１０を形成し、且つ、ダイシングストリート２２およびその両側の領域における第１、第２の絶縁膜５、９に溝２５を形成する。この状態では、ダイシングストリート２２およびその両側の領域におけるパッシベーション膜３の上面は溝２５を介して露出されている。
【００２２】
ここで、一例として、溝２５の幅は、１０〜１０００μｍ×２＋ダイシングストリート２２（ダイシングカッタ）の幅となっている。すなわち、図１を参照して説明すると、第１、第２の絶縁膜５、９の側面を覆っている封止膜１４の幅は１０〜１０００μｍである。なお、レーザビームを照射するレーザ加工の代わりに、金属マスクをマスクとしてＣＦ4ガスやＳＦ6ガス等を用いたブラズマエッチング（ドライエッチング）を行うようにしてもよい。
【００２３】
次に、図８に示すように、第２の絶縁膜９の開口部１０を介して露出された第１の配線８の接続パッド部上面および溝２５を介して露出されたパッシベーション膜３の上面を含む第２の絶縁膜９の上面全体に、無電解メッキ等により、第２の下地金属層１１を形成する。次に、第２の下地金属層１１の上面にメッキレジスト膜２６をパターン形成する。この場合、第２の配線１２形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２６には開口部２７が形成されている。次に、第２の下地金属層１１をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２６の開口部２７内の第２の下地金属層１１の上面に第２の配線１２を形成する。次に、メッキレジスト膜２６を剥離する。
【００２４】
次に、図９に示すように、第２の配線１２を含む第２の下地金属層１１の上面にメッキレジスト膜２８をパターン形成する。この場合、第２の配線１２の接続パッド部（柱状電極１３形成領域）に対応する部分におけるメッキレジスト膜２８には開口部２９が形成されている。次に、第２の下地金属層１１をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜２８の開口部２９内の第２の配線１２の接続パッド部上面に柱状電極１３を形成する。次に、メッキレジスト膜２８を剥離し、次いで、第２の配線１２をマスクとして第２の下地金属層１１の不要な部分をエッチングして除去すると、図１０に示すように、第２の配線１２下にのみ第２の下地金属層１１が残存される。
【００２５】
次に、図１１に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、第２の配線１２、柱状電極１３を含む第２の絶縁膜９の上面および溝２５を介して露出されたパッシベーション膜３の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１４をその厚さが柱状電極１３の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極１３の上面は封止膜１４によって覆われている。また、第１、第２の絶縁膜５、９の側面は封止膜１４によって覆われている。
【００２６】
次に、封止膜１４の上面側を適宜に研削し、図１２に示すように、柱状電極１３の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極１３の上面を含む封止膜１４の上面を平坦化する。次に、図１３に示すように、柱状電極１３の上面に半田ボール１５を形成する。次に、図１４に示すように、封止膜１４、パッシベーション膜３および半導体ウエハ２１を溝２５内の中央部のダイシングストリート２２に沿って切断すると、図１に示すように、第１、第２の絶縁膜５、９の側面が封止膜１４によって覆われた構造の半導体装置が複数個得られる。
【００２７】
なお、上記実施形態において、パッシベーション膜３の上面が溝２５の底部の如く図示されているが、レーザビームによりパッシベーション膜３が途中までまたは全部除去されるように溝２５を形成し、溝２５の底部がパッシベーション膜３の上面より陥没するようにしてもよい。また、レーザビームによりパッシベーション膜３の全部および半導体ウエハ２１の上面が除去されるように溝２５を形成し、溝２５の底部が半導体ウエハ２１の上面より陥没するようにしてもよい。
【００２８】
（第２実施形態）
図１５はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、第１の絶縁膜５の開口部６の大きさをパッシベーション膜３の開口部４の大きさと同じとした点である。この場合、図２に示す状態において、パッシベーション膜３に開口部４を形成せず、図３に示す工程において、第１の絶縁膜５およびパッシベーション膜３に開口部６、４を連続して形成すると、工程数を少なくすることができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図１６はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１５に示す半導体装置と異なる点は、第２の絶縁膜９の上面および第１、第２の絶縁膜５、９の側面にポリイミド系樹脂等からなる保護膜１６を設け、保護膜１６の上面に第２の下地金属層１１を含む第２の配線１２を第２、保護膜９、１６の開口部１０、１７を介して第１の配線８の接続パッド部に接続させて設けた点である。この場合、保護膜１６の上面および側面は封止膜１４によって覆われている。
【００３０】
この半導体装置を製造する場合には、一例として、図７に示す工程後に、図１７に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、第２の絶縁膜９の開口部１０を介して露出された第１の配線８の接続パッド部上面を含む第２の絶縁膜９の上面および溝２５を介して露出されたパッシベーション膜３の上面にポリイミド系樹脂等からなる保護膜１６を形成する。
【００３１】
次に、図１８に示すように、レーザビームを照射するレーザ加工により、第２の絶縁膜９の開口部１０に対応する部分における保護膜１６に開口部１７を形成し、且つ、ダイシングストリート２２およびその両側の領域における保護膜１６に溝２５よりもやや幅狭の溝２５ａを形成する。以下の工程は、上記第１実施形態の場合と同様であるので、省略する。
【００３２】
なお、上記第３実施形態において、保護膜１６の膜厚を厚く形成し、第１、第２の絶縁膜５、９は保護膜１６のみで覆い、封止膜１４は保護膜１６の上部側のみを覆う構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意したものの断面図。
【図３】図２に続く工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】図４に続く工程の断面図。
【図６】図５に続く工程の断面図。
【図７】図６に続く工程の断面図。
【図８】図７に続く工程の断面図。
【図９】図８に続く工程の断面図。
【図１０】図９に続く工程の断面図。
【図１１】図１０に続く工程の断面図。
【図１２】図１１に続く工程の断面図。
【図１３】図１２に続く工程の断面図。
【図１４】図１３に続く工程の断面図。
【図１５】この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。
【図１６】この発明の第３実施形態としての半導体装置の断面図。
【図１７】図１６に示す半導体装置の製造に際し、所定の工程の断面図。
【図１８】図１７に続く工程の断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリコン基板
２  接続パッド
３  パッシベーション膜
５  第１の絶縁膜
７  第１の下地金属層
８  第１の配線
９  第２の絶縁膜
１１  第２の下地金属層
１２  第２の配線
１３  柱状電極
１４  封止膜
１５  半田ボール
１６  保護膜
２１  半導体ウエハ
２２  ダイシングストリート
２５  溝
【図１】
2007317692.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2007317692.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2007317692.tif 000016
【図１５】
2007317692.tif 000017
【図１６】
2007317692.tif 000018
【図１７】
2007317692.tif 000019
【図１８】
2007317692.tif 000020