(57)【要約】      （修正有）【課題】再配線工程における絶縁膜材料の塗布、露光、現像後、熱処理による絶縁膜形成に際して、パッド部での金属膜表面の汚染物質の付着の問題が大きく改善された半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子外部接続端子に電気的に接続された配線が形成される配線形成工程と、前記配線を覆うように絶縁膜８が形成される絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜８に前記配線露出用の開口が形成される開口形成工程と、前記開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程と、前記水素プラズマエッチング工程後に前記配線に電気的に接続された外部接続端子が前記開口において形成される外部接続端子形成工程とを具備する。【選択図】図３
2013207068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の外部接続端子に接続された配線と、前記配線を覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された開口と、前記開口に設けられた外部接続端子とを具備する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子外部接続端子に電気的に接続された配線が形成される配線形成工程と、
前記配線を覆うように絶縁膜が形成される絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜に前記配線露出用の開口が形成される開口形成工程と、
前記開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程と、
前記水素プラズマエッチング工程後に前記配線に電気的に接続された外部接続端子が前記開口において形成される外部接続端子形成工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記水素プラズマエッチング工程は前記絶縁膜の硬化処理前に行われる
ことを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜形成工程は、絶縁性の有機樹脂の塗布により形成される工程である
ことを特徴とする請求項２の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜形成工程は、感光性、かつ、絶縁性の有機樹脂の塗布により形成される工程である
ことを特徴とする請求項３の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記配線および前記絶縁膜が、順に、複数、積層されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜の中の少なくとも一つの絶縁膜における開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程を具備する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか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に関する。例えば、ウェハレベルチップサイズパッケージに関する。特に、ウェハレベルチップサイズパッケージの作製において、高信頼、高歩留まりの外部端子を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置に搭載されるＬＳＩチップは、小型化が求められている。この一つの方法として、チップサイズパッケージの採用が挙げられる。この為、通常のウエハー工程が完了した後、ワイヤーボンディングを想定した周辺配置パッドを、更にその上部に配線層を追加してフリップチップを想定した面状パッド配置へ引き直す、所謂、再配線プロセスが追加される。
【０００３】
再配線プロセスにおいて、面状配置される再配線パッド部は、次のように構成される。再配線形成後に絶縁膜(バッファーコート膜)構成材料が塗布され、絶縁膜(バッファーコート膜)が構成される。この後、パターニングが行われ、絶縁膜におけるパッド部の位置に開口が形成される。この後、湿式めっき手段で、前記開口にアンダーバンプメタルが設けられる。このめっきには、通常、無電解めっきが用いられる。具体的には、ジンケート処理により、再配線金属との間で、亜鉛による置換が行われる。この後、無電解ニッケルめっきが行われる。このような無電解めっきでは、表面状態がめっきの品質に大きく影響する。従って、ジンケート処理に際しては、表面を清浄にする前処理が行われる。この前処理としては、通常、アルカリ脱脂や酸エッチング等が採用される。この前処理が十分に行われて無いと、パッド上に残留した付着物や汚染物により、パッド上での金属と亜鉛との間の置換反応が、チップ上の個々のパッド間、ウェハ上のチップ間でバラツクことになる。このバラツキは、次工程の無電解ニッケルめっきの厚みや密着性にバラツキを引き起こす。この結果、めっき品質に問題が起きる。逆に、前処理が過剰に施されると、下地の金属膜が溶失する。又、パッド位置に残留した付着汚染物による除去能力差に起因して、無電解ニッケルめっき層の厚みに影響が生じる。酷い場合には、ニッケルめっき層が全く形成されて無い場合が有る。更に、この種の再配線工程では、後工程のアンダーバンプメタルの密着性向上が重要な要素である。
【０００４】
ところで、再配線工程では、再配線形成後に更に絶縁膜(バッファーコート膜)が設けられ、パターニングによりパッド部の位置に開口が形成される。この時、絶縁膜の構成材料には感光性樹脂が用いられることが多い。感光性樹脂が用いられると、パターニングが簡便になる。
【０００５】
特開平１１−３４０２１８号公報には、感光性ポリイミド前駆体を半導体素子上に塗布、露光、現像後、熱処理してポリイミド被膜を形成した後に、熱処理時にパターン加工面のパッド部に付着した成分(感光成分)を、エッチングにより除去することが開示されている。
【０００６】
この技術は、パッド部金属表面を清浄化する点において一応の効果を奏している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３４０２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献の技術は、エッチングとして、スパッタエッチング、イオンビームエッチング、プラズマエッチング等のドライエッチングや、ウェットエッチングの手法を開示している。
【０００９】
ところが、ドライエッチングに際しては、一般的に、バイアスが印加される。この為、パッド部における金属表面の汚染物質を除去する際に、同時に、パッド部の金属表面が物理的に削られてしまう。この削り取られた金属不揮発成分が、絶縁膜の側面に付着する(リスパッタリング)。そして、次工程であるアンダーバンプメタル形成時に、パッド部における底面（金属表面）のみならず、側面からもニッケルが成長するようになる。この結果、形状不良が発生し、アンダーバンプメタルとしての効果が失われる。更には、スパッタリングは、パッド部における金属表面を削るだけではなく、絶縁膜表面または開口部側面の絶縁膜も削ってしまう。この為、絶縁膜の研削成分がパッド部における金属表面に再付着する問題が起きる。このような処理においては、通常、酸素または酸素とフロンとの混合ガスが用いられる。この為、パッド部における金属の表面が酸化したり、フッ化が起きる。この結果、パッド部での金属表面への薬液（めっき液）の濡れ性が低下し、めっきの品質が低下する。
【００１０】
これに対して、ウェットエッチングでは、前記特許文献の段落番号［００２１］にも記載が有る通り、フッ化水素酸や、硝酸または硫酸などのパッド部における金属膜を溶解する溶液が用いられる。そうすると、前記した場合と同じく、金属膜が溶解し、酷い場合には、パッド部における金属膜が消失する。又、パッド上の付着汚染物の量に起因して、無電解ニッケルめっき層の厚みにバラツキが起きる。更に、上記ウェットエッチング液が用いられると、絶縁膜に酸化（劣化）が起きる。
【００１１】
従って、本発明が解決しようとする課題は、前記問題点を解決することである。特に、再配線工程における絶縁膜材料の塗布、露光、現像後、熱処理による絶縁膜形成に際して、パッド部での金属膜表面の汚染物質の付着の問題が大きく改善された半導体装置を提供することである。更には、パッド部での金属膜表面の汚染物質に起因した金属膜とアンダーバンプメタルとの接着性の低下の問題や、アンダーバンプメタルの膜厚均一性の問題が大きく改善された半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決する為の研究が、鋭意、推し進められて行った。特に、問題となる付着汚染物についての検討が推し進められて行った結果、開口パターンを形成した後で行われる硬化処理（加熱（高温）処理：キュア処理)において、絶縁膜(バッファーコート膜)を形成する絶縁樹脂材料の低分子量の成分が飛散し、これが付着することに起因することが判って来た。特に、絶縁膜材料が感光性を有する樹脂である場合、加熱（高温：キュア）により、絶縁膜（感光性樹脂）に熱分解が起きる。そして、熱分解成分が強固に付着して残留付着汚染物を形成していることが判って来た。そして、アルカリ脱脂や酸エッチング等の前処理に先立って、これらの付着汚染物の除去が行われてないと、めっき品質が低下することが判って来た。
【００１３】
そこで、前記付着汚染物を除去する方法の検討が行われた。しかしながら、キュア後では、これらの付着汚染物は強固に固着しており、除去は容易で無かった。
【００１４】
そして、更なる検討が行われた結果、前記付着汚染物は、塗布絶縁膜の硬化（架橋反応による硬化：キュア）前に水素ガスを含むドライエッチング（プラズマエッチング：水素プラズマエッチング）によって、除去できることが判って来た。
【００１５】
前記知見に基づいて本発明が達成された。
【００１６】
すなわち、前記の課題は、
半導体素子の外部接続端子に接続された配線と、前記配線を覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された開口と、前記開口に設けられた外部接続端子とを具備する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子外部接続端子に電気的に接続された配線が形成される配線形成工程と、
前記配線を覆うように絶縁膜が形成される絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜に前記配線露出用の開口が形成される開口形成工程と、
前記開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程と、
前記水素プラズマエッチング工程後に前記配線に電気的に接続された外部接続端子が前記開口において形成される外部接続端子形成工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１７】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法であって、前記水素プラズマエッチング工程は前記絶縁膜の硬化処理前に行われることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１８】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜形成工程は絶縁性の有機樹脂の塗布により形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１９】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜形成工程は、感光性、かつ、絶縁性の有機樹脂の塗布により形成される工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００２０】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法であって、前記配線および前記絶縁膜が、順に、複数、積層されてなる半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜の中の少なくとも一つの絶縁膜における開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００２１】
好ましくは、上記半導体装置の製造方法であって、前記配線および前記絶縁膜が、順に、複数、積層されてなる半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜における開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【発明の効果】
【００２２】
絶縁膜形成に際して、パッド部での金属膜表面の汚染物質の付着の問題が大きく改善され、パッド部での金属膜表面の汚染物質に起因した金属膜とアンダーバンプメタルとの接着性の低下の問題や、アンダーバンプメタルの膜厚均一性の問題が大きく改善された半導体装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体装置を示す平面図
【図２】本発明の半導体装置を示す断面図
【図３】本発明の製造工程図
【図４】本発明による配線電気特性図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は半導体装置の製造方法である。本半導体装置は、半導体素子の外部接続端子に接続された配線と、前記配線を覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された開口と、前記開口に設けられた外部接続端子とを具備する。本製造方法は、前記半導体素子外部接続端子に電気的に接続された配線が形成される配線形成工程を具備する。本製造方法は、前記配線を覆うように絶縁膜が形成される絶縁膜形成工程を具備する。本製造方法は、前記絶縁膜に前記配線露出用の開口が形成される開口形成工程を具備する。本製造方法は、前記開口形成工程後に水素プラズマエッチングが施される水素プラズマエッチング工程を具備する。本製造方法は、前記水素プラズマエッチング工程後に前記配線に電気的に接続された外部接続端子が前記開口において形成される外部接続端子形成工程を具備する。
【００２５】
本発明において、前記水素プラズマエッチング工程は、好ましくは、前記絶縁膜の硬化処理前に行われる。例えば、加熱処理（キュア処理）前に行われる。尚、本発明における加熱処理（キュア処理：硬化処理）は、絶縁膜構成の為に塗布された塗膜構成材料（樹脂）が架橋反応によって硬化する処理を意味する。従って、この処理温度は樹脂によって相違するが、乾燥と言った程度の温度では無い。樹脂がポリイミド樹脂の場合、架橋反応によって塗膜が硬化する温度は約３００℃程度である。そして、２００℃以下の温度では架橋反応が起きず、この程度の温度の加熱処理は、ポリイミド樹脂の場合、硬化処理とは言えない。
【００２６】
本発明において、絶縁膜構成材料は、例えば有機樹脂である。そして、有機樹脂含有塗料を塗布することによって絶縁膜が構成される。有機樹脂は、絶縁性のものである。特に、好ましくは、感光性の樹脂である。本発明においては、例えば感光性樹脂材料が塗布され、露光・現像が行われた後（開口が形成された後）で、更に熱処理による硬化が行われた後、開口から露出している金属膜（金属パッド部）表面の汚染物質を除去すると言う従来の遣り方に対して、感光性樹脂材料の塗布・露光・現像が行われた後（開口が形成された後）で、熱処理による硬化処理の前に、水素プラズマエッチング処理が行われる。
【００２７】
本発明において、前記配線は、一層であっても、複数層（２層以上）であっても良い。配線が上下に複数層存在する場合、配線間には、当然、絶縁膜が設けられている。配線がｎ（ｎは２以上の整数）層の場合、絶縁膜は（ｎ＋１）層設けられることになる。これ等の絶縁膜には、電極（半導体素子外部接続端子）−配線間、配線−配線間、配線−外部接続端子間を電気的に接続する為の開口が形成される。本発明においては、絶縁膜における開口形成工程後に施される水素プラズマエッチングは、一層の絶縁膜に対してのみ行われても良い。例えば、最上層の絶縁膜（開口）の形成後（但し、硬化処理前）にのみ水素プラズマエッチングが施されるのみでも良い。しかしながら、絶縁膜の硬化（加熱：キュア）によって、感光性樹脂の熱分解による汚染物が付着し、これに起因する問題点が起きることを鑑みると、好ましくは、各々の絶縁膜に対して、各々の絶縁膜（開口）の形成後（但し、硬化処理前）に、水素プラズマエッチングが各々施されることが好ましい。
【００２８】
水素プラズマエッチング処理は、例えば基板温度が２５０〜３５０℃で行われる。水素プラズマエッチング処理が行われると、絶縁膜中の熱分解物質がパッド部の金属膜（配線）表面へ付着することになり兼ねない。しかしながら、付着と同時に、水素プラズマによりエッチングされる。従って、熱分解物質がパッド部の金属膜（配線）表面に残留しない。そして、水素プラズマエッチング処理後に熱処理（キュア処理）が行われても、絶縁膜中の汚染物質は、既に、水素プラズマエッチング処理により、放出されており、絶縁膜からの熱分解物質による汚染物質のパッド部の金属膜表面への付着は起きない。付着が起きても非常に少なく、前記悪影響は殆ど考えられない。
【００２９】
本発明による半導体装置は、パッド部における金属膜表面は清浄であり、パッド部における金属とアンダーバンプメタルとの接着性（密着性）は高く、かつ、アンダーバンプメタルの膜厚均一性は高い。例えば、アンダーバンプメタル形成時の無電解ニッケルめっきに際し、（１）前処理としてアルカリ脱脂や酸エッチング等の付着物質低減による処理時間の低減および均一性の向上、（２）無電解ニッケルめっき時の密着性の向上および膜厚均一性の確保が行われる。そして、高品質な再配線パッド部を有する絶縁膜が形成され、高品質な半導体装置が得られる。
【００３０】
以下、本発明の実施形態が挙げられて更に詳しく説明される。尚、本発明は下記の実施形態に限定されるものでは無い。
【００３１】
図１は本発明になる半導体装置の平面図、図２（１）（２）は図１におけるＡ−Ａ‘線、Ｂ−Ｂ‘線断面図、図３（１）（２）は本発明になる半導体装置の製造工程図（図１中、Ａ−Ａ‘線位置での断面図）である。
【００３２】
本半導体装置は半導体基板１を具備する。半導体基板１上にはパッシベーション膜２が設けられている。半導体基板１には電極３が配設されている。絶縁膜４が半導体基板１（パッシベーション膜２）の一面を覆うように配設されている。絶縁膜４（パッシベーション膜２）には開口部４ａが形成されている。この開口部４ａから電極３が露呈する。密着性向上層（金属膜）５が絶縁膜４を覆うように設けられている。シード層６が密着性向上層（金属膜）５を覆うように設けられている。金属配線層７がシード層６上に設けられている。尚、本実施形態において、シード層６も金属配線層７も、共に、Ｃｕで構成されている為、「６」の符号は図面には記されていない。金属配線層７と電極３とは、開口部４ａの位置において、電気的に接続されている。金属配線層７の形成後に、パッシベーション膜（図示せず）が金属配線層７を覆うように配設され、パッシベーション膜を覆うように絶縁膜８が配設されている。絶縁膜８には、金属配線層７の適宜な位置に対応して、開口部８ａが形成されている。そして、開口部８ａには、アンダーバンプメタルが充填されている。
【００３３】
絶縁膜４，８の構成材料としては、絶縁性が高く、耐熱性および耐薬品性を有し、更には機械的強度が高く、難燃性に優れている樹脂が望ましい。更に、開口部４ａ，８ａを形成する際に、リソグラフィ技術が用いられることから、感光性を有する樹脂であることが好ましい。又、塗布手段（例えば、スピンコート法）で成膜できるタイプのものであることが好ましい。例えば、ポリイミド樹脂やポリベンゾオキサゾール樹脂などが好ましい樹脂として挙げられる。絶縁膜４，８の厚さは、好ましくは、１〜３０μｍ、より好ましくは５〜２０μｍである。多層配線の場合には、ビアを形成する必要上薄い層となり、パッシベーションとしての膜としては厚い層とすることが好ましい。
【００３４】
密着性向上層(金属膜)５は、下地絶縁膜４との密着性を確保する為の膜である。金属膜５は、例えばスパッタ法にて成膜される。金属膜５の構成材料としては、例えばＴｉ，Ｔｉ−Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ等が用いられる。
【００３５】
シード層６は、例えばスパッタ法などの乾式めっき、又は無電解めっき等の湿式めっきで成膜される。例えば、スパッタ法においては、密着性向上層(金属膜)５の成膜後、真空中にて搬送することにより連続成膜できる。シード層６の構成材料としては、例えばＣｕが用いられる。
【００３６】
金属配線層７は、例えば電気めっき法で成膜される。金属配線層７の構成材料としては、例えばＣｕが用いられる。
【００３７】
上記構造の半導体装置の製造方法が図３を参照しながら詳しく説明される。
【００３８】
本実施形態において用いられた半導体基板１は、Ｓｉウェハ上にＣＶＤ装置にて５００ｎｍ厚のＳｉＮ膜が設けられたものである。半導体基板１の上面が覆われるように絶縁膜４が設けられた。この絶縁膜４は、ポリイミド樹脂含有溶液がスピンコート法にて塗布され、炉にて１４０℃で３０分間に亘ってキュア（焼成）され、その後で更に３５０℃で６０分間に亘ってキュアされたものである。キュア後における絶縁膜４の膜厚は７μｍである。密着性向上層５が、絶縁膜４の上に設けられた。めっきの種となるシード層６が密着性向上層５の上に設けられた（図３（１）参照）。密着性向上層５は厚さが１０ｎｍのＴｉ膜である。シード層６は厚さが６０ｎｍ厚のＣｕ膜である。密着性向上層５およびシード層６は、スパッタ装置が用いられて成膜された。
【００３９】
次に、めっきレジスト膜（ｉ線レジスト膜）が、スピンコート法により、塗布された。この後、リソグラフィ技術により、露光・現像が行われ、所定のパターンに形成された。この所定パターンのｉ線レジスト膜の空白部（スペース部）に、電解めっき法により、Ｃｕ膜７が設けられた。すなわち、Ｃｕ膜７が、ｉ線レジスト膜の空白部（スペース部）に埋め込まれた。膜厚は３μｍであった。この後、レジスト剥離液により、ｉ線レジスト膜が除去された。配線スペース部のシード層６（Ｃｕ）および密着性向上層５（Ｔｉ）は、各々、硫酸＋過酸化水素水溶液、フッ酸溶液が用いられて除去され作製されたものである。
【００４０】
そして、図３（１）の再配線形成後の基板上に、絶縁膜構成材料（ポリイミド樹脂含有溶液）がスピンコート法により塗布された。この後、この７μｍ厚の塗膜（絶縁膜）８に対して、露光および現像が行われた。現像後に、ポストベーク（１４０℃、３分）が行われた。そして、開口８ａが塗膜（絶縁膜）８に形成された。
【００４１】
この後、ケミカルドライエッチング装置が用いられ、水素プラズマエッチング処理が行われた。特に、塗膜（絶縁膜）８から熱分解物質が出尽くすまで行われた。尚、水素プラズマエッチング処理条件は、水素の含有量（混合比）と圧力とＲＦパワーとのバランスを考慮して、適宜、選択できる。本実施形態では、供給水素量／供給ヘリウム量＝３５０ｓｃｃｍ／６６５０ｓｃｃｍ、圧力＝１００Ｐａ、ＲＦパワー＝１０００Ｗ、時間＝３分、エッチング装置基板温度＝３５０℃の条件であった。
【００４２】
水素プラズマエッチング処理後、キュア（３２０℃、６０分）が行われた。これにより、塗膜（絶縁膜）８は、架橋反応により、完全に硬化したものとなった（図３（２）参照）。
【００４３】
この後、通常の工程を経て、開口８ａにアンダーバンプメタル９が設けられた（図２参照）。
【００４４】
図４は、アンダーバンプメタル９の形成後、基板に作製しておいたビアチェーン抵抗を測定した図である。本発明の実施により、アンダーバンプメタルが均一に成長しており、均一性が向上していることが判る。
【符号の説明】
【００４５】
１            半導体基板
３            電極
４，８        絶縁膜
４ａ，８ａ    開口部
５            密着性向上層(金属膜)
６            シード層
７            金属配線層
【図１】
2013207068.tif 000003
【図２】
2013207068.tif 000004
【図３】
2013207068.tif 000005
【図４】
2013207068.tif 000006