(57)【要約】【課題】絶縁膜上に下地金属層と上部金属層からなる配線を備えた半導体装置において、下地金属層のサイドエッチングによる絶縁膜と上部金属層との密着性の劣化を抑制することができる半導体装置、及び、その製造方法を提供する。【解決手段】配線本体１６が形成される絶縁膜１４の上面には、配線本体１６のパターンに対応し、かつ、絶縁膜１４の上面から所定の深さの凹部１４ａが設けられ、当該凹部１４ａを含む絶縁膜１４上面に、配線の一部であり、かつ、密着層であるチタン薄膜１５を介して配線本体１６が設けられている。凹部１４ａの幅は、配線本体１６の幅よりも狭くなるように設定される。チタン薄膜１５は配線本体１６の配線幅よりも狭く形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドの一部を露出する開口部と、上面に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部内の前記絶縁膜上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた配線層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記密着層の幅は、前記配線層の幅よりも狭く、前記凹部の幅は、前記配線層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記密着層は、下地金属層を構成し、前記配線層は、上部金属層を構成し、前記下地金属層及び前記上部金属層が一体的に形成された配線を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁膜はポリイミドを含み、前記密着層はチタンを含む金属層であり、前記配線層は銅を含む金属層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線の一端側は、前記開口部を介して、前記接続パッドの一面側に接続され、
前記配線の他端側には、外部接続用端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４記載の半導体装置。
【請求項６】
一面側に設けられた接続パッドを被覆するように絶縁膜が設けられた半導体基板を用意し、
前記絶縁膜に、前記接続パッドの一面側が露出する開口部を形成すると共に、前記絶縁膜の上面の一部に凹部を形成し、
前記開口部内及び前記凹部が形成された前記絶縁膜の上面に、密着層を含む下地金属層を形成し、
前記下地金属層の上面側の前記凹部内を含む領域に、所定のパターンを有する上部金属層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記密着層の幅は、前記下地金属層をエッチングすることにより、前記上部金属層の前記パターンの幅よりも狭くなり、
露光光を高い透過率で透過させる第１の透過部と、前記第１の透過部の前記透過率よりも低い透過率で前記露光光を透過させる第２の透過部と、を有する露光マスクを用いて、一の露光処理により、前記絶縁膜の感光深さを異ならせて、前記開口部及び前記凹部を共に形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記密着層の一面側にシード層を形成し、
前記シード層を用いて電解メッキにより前記所定のパターンを有する前記上部金属層を形成することを特徴とする請求項６又は７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、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末、デジタルカメラ、マルチメディアプレーヤ等の携帯型の電子機器の普及が著しい。携帯型の電子機器においては、小型化や高機能化に対する市場の要望が高く、このような要望に応えるため電子機器に搭載される半導体装置の高密度実装技術が重要な役割を担っている。
【０００３】
従来、高密度実装技術を用いた半導体装置としては、半導体装置の大きさを個々の半導体チップの外形寸法と略同じ外形寸法に近づけることができるチップサイズパッケージ（Chip Size Package；以下、「ＣＳＰ」と略記する）と呼ばれるパッケージ構造を備えた半導体装置が知られている。そして、近年においては、このＣＳＰの一形態として、半導体ウエハのサイズを維持した状態で封止層を形成したのち、個々のＣＳＰに個片化して完成されるウエハレベルＣＳＰ（又は、ＷＬＰ；Wafer Level Package）と呼ばれる半導体装置（以下、単に「半導体装置」と略記する）が実用化されている。
【０００４】
この半導体装置は、半導体基板の一面（以下、上面と記す）側に所望の半導体素子や集積回路が形成されており、これらの半導体素子等を覆うように、当該上面側に絶縁膜が設けられている。この絶縁膜上には、さらに再配線が設けられている。再配線は、一端側が絶縁膜に設けられた開口部を介して、半導体基板の上面に形成された半導体素子等の接続パッドに接続され、他端側が絶縁膜上に任意の配線パターンを有して延在するように形成されている。そして、これらの再配線及び絶縁膜を含む半導体基板の上面側には、さらに保護絶縁膜が設けられている。ここで、保護絶縁膜には、上記再配線の他端側のランドが露出する開口部が設けられ、当該開口部を介して、外部接続用電極としての半田ボールや突起電極（半田バンプ）が接続されている。
【０００５】
そして、このような半導体装置は、概略、以下のように製造される。まず、半導体基板の上面において区画された複数の半導体装置形成領域の各々に、半導体素子や集積回路が形成された半導体ウエハを準備する。この半導体ウエハに対して、絶縁膜形成、及び、再配線形成の各工程からなる配線形成工程を行う。次いで、半導体ウエハの状態で、保護絶縁膜形成、及び、外部接続用電極形成の各工程を経た後、ダイシングして個々の半導体チップとして切り出すことにより、各半導体装置が完成する。
【０００６】
このような半導体装置によれば、小型・高性能化、実装の高密度化、製造プロセスの効率化を図ることができる。なお、上述したようなウエハレベルＣＳＰ型のパッケージ構造を有する半導体装置やその製造方法については、例えば特許文献１、２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２４６２１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１４１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような半導体装置においては、半導体素子等が形成された半導体基板面上に、絶縁膜を形成し、その絶縁膜上に再配線を形成することにより、当該再配線の一端側に接続された半導体素子等の接続パッドと、他端側のランドに接続された外部接続用電極とが電気的に接続されている。ここで、上述した特許文献１、２には、再配線の配線構造として、チタン（Ｔｉ）等からなるメッキ用の下地金属層上に、銅（Ｃｕ）等からなるメッキ配線層が積層された構成が開示されている。メッキ用金属層は、電解メッキによりメッキ配線層を形成する際のシード層となるとともに、下層の絶縁膜と上層のメッキ配線層との密着性を高める機能を有して効果を有している。
【０００９】
そして、このような配線構造を有する再配線は、概略、以下のように製造される。まず、半導体基板上に開口部を設けた絶縁膜を形成した後、半導体基板の全面を被覆するように、チタン等のメッキ用の下地金属層を形成する。次いで、メッキ用の下地金属層上に、所定の配線パターンに応じた開口部を有するフォトレジストを形成した後、電解メッキを行うことにより、開口部内に露出するメッキ金属層上にのみ、銅等のメッキ配線層を形成する。次いで、フォトレジストを除去した後、所定のパターン形状で形成されたメッキ配線層をマスクにして、メッキ用の下地金属層をエッチングすることにより、メッキ配線層の直下にのみメッキ用の下地金属層が残留した積層構造を有する再配線が形成される。
【００１０】
しかしながら、上述した製造方法に示したように、所定のパターン形状で形成されたメッキ配線層をマスクにして、下層のメッキ用の下地金属層をエッチングする工程において、メッキ配線層の配線パターンの端部近傍直下のメッキ用の下地金属層がエッチングにより除去される、サイドエッチングが生じる場合がある。この場合、メッキ配線層の配線パターンの端部近傍にはメッキ用の下地金属層が存在しないため、メッキ用の下地金属層による下層の絶縁膜と上層のメッキ配線層との密着幅が狭くなって、密着性が劣化し、半導体装置の製造歩留まりや信頼性の低下を招くという問題を有している。特に、このメッキ用の下地金属層のサイドエッチングは、メッキ用の下地金属層の材質やエッチング条件等に応じて、そのエッチング量は略一定であるため、半導体装置の小型化や高集積化に伴って再配線の配線パターンが微細化されるほど、相対的にエッチング量の比率が高まって、下層の絶縁膜と上層のメッキ配線層との密着幅がさらに狭くなって、密着性が著しく劣化するという問題を有している。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、絶縁膜上に下地金属層と上部金属層からなる配線を備えた半導体装置において、絶縁膜と上部金属層との密着性の劣化を抑制することができる半導体装置、及び、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】
【００１２】
本発明に係る半導体装置は、
一面側に接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドの一部を露出する開口部と、上面に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部内の前記絶縁膜上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた配線層と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
一面側に設けられた接続パッドを被覆するように絶縁膜が設けられた半導体基板を用意し、
前記絶縁膜に、前記接続パッドの一面側が露出する開口部を形成すると共に、前記絶縁膜の上面の一部に凹部を形成し、
前記開口部内及び前記凹部が形成された前記絶縁膜の上面に、密着層を含む下地金属層を形成し、
前記下地金属層の上面側の前記凹部内を含む領域に、所定のパターンを有する上部金属層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、絶縁膜上に下地金属層と上部金属層からなる配線を備えた半導体装置において、下地金属層のサイドエッチングによる絶縁膜と上部金属層との密着性の劣化を抑制して、製造歩留まりや信頼性の高い配線構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図３】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その１）である。
【図４】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その２）である。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その３）である。
【図６】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その４）である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その５）である。
【図８】本実施形態に係る半導体装置の比較例を示す概略プロセス図である。
【図９】本実施形態に係る半導体装置の作用効果を説明するために比較例に対比させた概略プロセス図である。
【図１０】本実施形態に係る半導体装置の他の作用効果を説明するための概略断面図である。
【図１１】本実施形態に係る半導体装置に適用される絶縁膜上面の凹部の他の構成例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る半導体装置及びその製造方法について、実施形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に係る半導体装置について説明する。ここでは、ウエハレベルＣＳＰ型のパッケージ構造を有する半導体装置を例に示す。
【００１７】
（半導体装置）
図１は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す概略平面図であり、図２は、本実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。ここで、図２（ａ）は、図１に示した半導体装置におけるIIＡ−IIＡ線（本明細書においては図１中に示したローマ数字の「２」に対応する記号として便宜的に「II」を用いる。）に沿った断面を示す図であり、図２（ｂ）は、図１に示した半導体装置におけるIIＢ−IIＢ線に沿った断面を示す図である。
【００１８】
本実施形態に係る半導体装置１０は、例えば図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の機能を有する集積回路（図示を省略）が上面１１ａ側（図１の紙面表面側、又は、図２（ａ）、（ｂ）の上面側；一面側）に形成されたシリコン、ＧａＡｓ等からなる半導体基板１１を備えている。ここで、集積回路は、周知のトランジスタやダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子により形成されている。
【００１９】
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板１１の上面１１ａには、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド１２が設けられている。また、半導体基板１１の上面１１ａには、酸化シリコンや窒化シリコン等からなるパッシベーション膜１３が設けられている。ここで、パッシベーション膜１３は、例えば、半導体基板１１の上面１１ａの周縁部分を除く、中央部に矩形状または正方形状に形成されている。また、パッシベーション膜１３は、半導体基板１１の上面１１ａの周縁部分には形成されておらず、当該周縁部分において半導体基板１１の上面１１ａが略枠状に露出されている。パッシベーション膜１３には、各接続パッド１２の上面の、例えば中央部分を露出させる複数の開口部１３ｈが設けられている。
【００２０】
パッシベーション膜１３の上面には、ポリイミド系樹脂等からなる絶縁膜１４が、半導体基板１１の上面１１ａに関する法線の方向から見て、すなわち、半導体基板１１を平面視して、例えばパッシベーション膜１３と略同一の形状となるように設けられている。パッシベーション膜１３の開口部１３ｈに対応する部分の絶縁膜１４には、開口部１４ｈが設けられている。すなわち、各接続パッド１２の上面は、パッシベーション膜１３に設けられた開口部１３ｈ、及び、絶縁膜１４に設けられた開口部１４ｈを介して露出されている。なお、本実施形態では、複数の接続パッド１２が、半導体基板１１の上面１１ａの外周縁に沿って、全体として略矩形枠状をなすように配列された構成を示したが、各接続パッド１２の配列はこれに限られるものではなくい。
【００２１】
ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁膜１４の上面には、後述する配線本体１６のパターンに対応する領域に、当該絶縁膜１４の上面から半導体基板１１方向に所定の深さの凹状の凹部１４ａが設けられている。具体的には、凹部１４ａは、絶縁膜１４の上面から、例えば、当該絶縁膜１４の膜厚の１／３程度の深さを有し、さらに、後述する配線本体１６の配線幅よりも狭く、かつ、配線本体１６のパターンに沿って連続的に延在するように設けられている。
【００２２】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁膜１４の上面には、後述する配線本体１６のパターンに対応する領域であって、かつ、上記凹部１４ａを含む領域に、下地金属層（アンダーバンプメタル；ＵＢＭ）の一部であるチタン（Ｔｉ）等の薄膜（以下、チタン薄膜と記す）１５が設けられている。具体的には、チタン薄膜１５は、後述する製造方法に示すように、上層に形成される銅薄膜１６−１及び銅配線層１６−２からなる配線本体１６を、マスクに用いてエッチングすることにより形成される。このとき、チタン薄膜１５はサイドエッチングされることにより、配線本体１６の端部近傍の領域（サイドエッチング部１５ｘ）が除去されるため、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、配線本体１６の配線幅よりも狭く形成されている。ここで、チタン薄膜１５は、下層の絶縁膜１４と上層の配線本体１６との密着性を高める、密着層としての機能を有しているとともに、配線本体１６を構成する銅薄膜１６−１及び銅配線層１６−２とともに、配線の一部（下地金属層）としての機能も有している。
【００２３】
絶縁膜１４上のチタン薄膜１５の上面には、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、配線本体１６が設けられている。配線本体１６は、例えば、上述したチタン薄膜１５とともに下地金属層を形成する銅（Ｃｕ）等の薄膜（以下、銅薄膜と記す）と、当該銅薄膜の上面に設けられた上部金属層である銅等の配線層（以下、銅配線層と記す）とを積層した配線構造を有するものを適用することができる。具体的には、配線本体１６は、後述する製造方法に示すように、上述した密着層であるチタン薄膜１５上に形成された銅薄膜をシード層として電解メッキを行い、当該銅薄膜の上面に上部金属層である銅配線層を成長させることにより形成される。このとき、下地金属層の銅薄膜と上部金属層の銅配線層の２層からなる金属層が一体化するように形成されるので、図２（ａ）、（ｂ）においてはそれらの境界の図示を省略した。
【００２４】
ここで、絶縁膜１４の上面に設けられた各配線本体１６の一端部１６ａは、絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３に設けられた開口部１４ｈ及び１３ｈ内において、チタン薄膜１５を介して、各接続パッド１２に接続されている。また、各配線本体１６の他端部にはランド１６ｂが形成されている。そして、各配線本体１６の一端部１６ａと他端部（ランド１６ｂ）の間は、これらと一体的に形成された引き回し線部１６ｃにより接続されている。
【００２５】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、配線本体１６、絶縁膜１４及び半導体基板１１の各上面には、熱硬化性のエポキシ樹脂等からなる保護絶縁膜１７が設けられている。保護絶縁膜１７には、各配線本体１６のランド１６ｂの上面を露出させる複数の開口部１７ｈが設けられている。保護絶縁膜１７の上面には、開口部１７ｈを介して露出するランド１６ｂに接続された外部接続用の半田ボール１８が設けられている。
【００２６】
このように、本実施形態に係る半導体装置１０においては、配線本体１６のパターンに対応する領域の絶縁膜１４上面に、当該絶縁膜１４の上面から所定の深さの凹部１４ａが設けられ、当該凹部１４ａを含む絶縁膜１４上面に、配線の一部であり、かつ、密着層であるチタン薄膜１５を介して配線本体１６が設けられている。これにより、チタン薄膜１５が、サイドエッチングにより、配線本体１６の配線幅よりも狭く形成された場合であっても、絶縁膜１４上面の凹部１４ａにより、チタン薄膜１５を介して配線本体１６と絶縁膜１４とが密着する面積を十分広く確保することができる。これは換言すれば、半導体装置の小型化や高集積化に伴って、配線が微細化された場合であっても、配線と絶縁膜との間に介在するチタン層による密着面積を十分確保することができることを意味する。したがって、本実施形態によれば、配線本体１６と絶縁膜１４との密着性を向上させて信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、絶縁膜１４の上面に凹状の凹部１４ａを設けて、当該凹部１４ａを含む領域に、チタン薄膜１５を介して配線本体１６を設けた構成を有している。これにより、配線本体１６の膜厚を厚くした場合であっても、半導体基板１１の上面１１ａから配線本体１６の上面までの高さを抑制することができる。したがって、配線本体１６が形成された半導体基板１１上に、保護絶縁膜１７等を形成する場合であっても、絶縁膜１４と保護絶縁膜１７間に気泡が入りにくくして信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２８】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図３〜図７は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。ここでは、図２（ａ）に示した断面構造を有する半導体装置について製造方法を説明する。
【００２９】
上述した半導体装置１０の製造方法は、まず、図３（ａ）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と記す；半導体基板）の上面２１ａに、図示を省略した集積回路、及び、当該集積回路に接続されたアルミニウム軽金属等からなる接続パッド１２が形成されたものを予め準備する。ここで、半導体ウエハ２１の上面２１ａには、集積回路及び接続パッド１２を被覆するように、酸化シリコン等からなるパッシベーション膜１３、及び、ポリイミド系樹脂等の感光性の絶縁膜１４が積層形成されている。
【００３０】
次いで、図３（ｂ）、図４（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、パッシベーション膜１３及び絶縁膜１４に、接続パッド１２の上面の、例えば中央部分が露出する開口部１３ｈ、１４ｈを形成すると同時に、絶縁膜１４の上面に、配線本体１６のパターンに対応し、かつ、所定の深さを有する凹状の凹部１４ａを形成する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、少なくとも、開口部１３ｈ、１４ｈの形成箇所に対応する領域には、露光装置の光源からの光（露光光）４０を高い比率（透過率）で透過させる透過部（第１の透過部）３２を有し、また、凹部１４ａの形成箇所に対応する領域には、透過部３２における露光光４０の透過比率を１とした場合に、露光光４０を例えば１／３の比率で透過させる１／３透過部（第２の透過部）３３（又は、露光光４０を例えば２／３の比率で遮光する２／３遮光部）を有し、パッシベーション膜１３及び絶縁膜１４を残存させる領域には、露光光４０を遮断する遮光部３１を有する露光マスク（レチクル）４０を用意する。
【００３１】
フォトリソグラフィ法の露光工程において、このようなマスク３０を用いることにより、図３（ｂ）に示すように、露光光４０に対して、透過部３２では例えば露光光４０に近似する高い光エネルギーを有する透過光４１が絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３に照射され、１／３透過部３３では例えば露光光４０の１／３の光エネルギーを有する透過光４２が絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３に照射される。このような露光工程における光エネルギーに依存して、絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３の感光深さが異なるため、現像工程において、マスク３０の透過部３２に対応する領域では、絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３が完全に除去されて、その下層の接続パッド１２の上面が露出する開口部１３ｈ、１４ｈが形成され、同時に、マスク３０の１／３透過部３３に対応する領域では、絶縁膜１４の上面から膜厚の１／３程度のみが除去された凹部１４ａが形成される。
【００３２】
なお、この開口部１３ｈ、１４ｈ及び凹部１４ａを形成する工程においては、半導体ウエハ２１を個別の半導体装置１０に個片化する際のダイシングストリート２２及びその両側の近傍領域における、絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３も同時に、完全に除去されて、図４（ａ）に示すように、当該領域の半導体ウエハ２１の上面２１ａが露出する。そして、開口部１３ｈ、１４ｈ、凹部１４ａが形成された絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３をベーク処理して固化する。
【００３３】
次いで、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、半導体ウエハ２１の上面側の全域、すなわち、パッシベーション膜１３及び絶縁膜１４の各開口部１３ｈ、１４ｈを介して露出された接続パッド１２の上面、絶縁膜１４の上面、並びに、ダイシングストリート２２及びその両側の近傍領域に対応する部分の半導体ウエハ２１の上面２１ａに、下地金属層を構成するチタン薄膜１５、及び、銅薄膜１６−１を形成する。ここで、チタン薄膜１５及び銅薄膜１６−１は、例えばスパッタリング法を用いて形成される。
【００３４】
次いで、図５（ａ）に示すように、銅薄膜１６−１の上面にポジ型の液状レジストからなるメッキレジスト膜２３をパターン形成する。ここで、後述する銅配線層１６−２の形成領域に対応する部分のメッキレジスト膜２３には、開口部２３ｈが形成されている。次いで、図５（ｂ）に示すように、銅薄膜１６−１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２３ｈ内の銅薄膜１６−１の上面に銅配線層１６−２が形成される。その後、銅薄膜１６−１の上面からメッキレジスト膜２３が剥離される。
【００３５】
次いで、図６（ａ）に示すように、銅配線層１６−２をエッチングマスクとして用いて、当該銅配線層１６−２が形成されていない領域（すなわち、銅配線層１６−２に被覆されず露出している領域）の銅薄膜１６−１をエッチングして除去することにより、銅配線層１６−２の直下にのみ銅薄膜１６−１を残存させる。これにより、銅配線層１６−２とその直下に残存する銅薄膜１６−１が配線本体１６として一体的に形成される。
【００３６】
次いで、図６（ｂ）に示すように、配線本体１６をエッチングマスクとして用いて、当該配線本体１６が形成されていない領域（すなわち、配線本体１６に被覆されず露出している領域）のチタン薄膜１５をウェットエッチングにより除去することにより、配線本体１６の直下にのみチタン薄膜１５を残存させる。これにより、配線本体１６が密着層であるチタン薄膜１５を介して絶縁膜１４の上面に密着した構成が得られる。また、チタン薄膜１５が配線本体１６とともに、配線の一部を構成する。ここで、チタン薄膜１５をエッチングする工程においては、オーバーエッチング気味に処理を行うことにより、絶縁膜１４や半導体ウエハ２１上に、チタン薄膜１５の残渣が存在しないように、完全に除去する。これにより、絶縁膜１４や半導体ウエハ２１上に残存するチタン薄膜１５の残渣が除去されて、配線間ショート等の導通不良が防止されるとともに、後述する保護絶縁膜１７と絶縁膜１４及び半導体ウエハ２１との密着性を向上させることができる。このとき、チタン薄膜１５がオーバーエッチングされることにより、図６（ｂ）に示すように、配線本体１６の端部近傍の領域（サイドエッチング部１５ｘ）においてチタン薄膜１５が除去されるサイドエッチングが生じる。
【００３７】
次いで、図７（ａ）に示すように、半導体ウエハ２１の上面側の全域、すなわち、配線本体１６の上面、絶縁膜１４の上面、並びに、ダイシングストリート２２及びその両側の近傍領域に対応する部分の半導体ウエハ２１の上面２１ａに、熱硬化性のエポキシ樹脂等からなる保護絶縁膜１７が形成される。ここで、保護絶縁膜１７には、配線本体１６のランド１６ｂが露出する開口部１７ｈが形成される。
【００３８】
そして、図７（ａ）に示すように、保護絶縁膜１７に形成された開口部１７ｈを介して、配線本体１６のランド１６ｂに接続されるように外部接続用の半田ボール１８が形成される。なお、ここでは、半田ボール１８を形成する場合について説明したが、ランドグリッドアレイ（Land grid array；ＬＧＡ）型のパッケージに適用されるような、半田印刷による突起状の電極パッドを形成するものであってもよい。
【００３９】
次いで、図７（ｂ）に示すように、保護絶縁膜１７及び半田ボール１８が形成された半導体ウエハ２１を、ダイシングストリート２２に沿って切断して個片化することにより、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示した半導体装置１０が複数個得られる。
【００４０】
このような半導体装置１０の製造方法においては、絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３に被覆された接続パッド１２の上面を露出する開口部１４ｈ、１３ｈと、絶縁膜１４の上面に、配線本体１６のパターンに対応し、かつ、所定の深さを有する凹状の凹部１４ａと、を同一の工程により形成することができる。したがって、製造プロセスの増加や変更を伴うことなく、配線本体１６と絶縁膜１４との密着性を向上させて信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００４１】
次に、上述した実施形態に係る半導体装置及びその製造方法の作用効果について、比較対象となる配線構造（以下、比較例と記す）を示して詳しく説明する。ここでは、上述した実施形態に示した半導体装置の比較例として、シリコン基板上に形成された絶縁膜の上面に、本発明の特徴である凹部を設けることなく、配線が直接設けられた構成を示す。
【００４２】
図８は、本実施形態に係る半導体装置の比較例を示す概略プロセス図であり、図９は、本実施形態に係る半導体装置の作用効果を説明するために比較例に対比させた概略プロセス図である。ここで、図８（ａ）、（ｃ）は、比較例における配線の製造プロセスの概略平面図であり、図８（ｂ）、（ｄ）は、各々、図８（ａ）、（ｃ）に示したVIIIＢ−VIIIＢ線、VIIIＤ−VIIIＤ線（本明細書においては図８中に示したローマ数字の「８」に対応する記号として便宜的に「VIII」を用いる。）に沿った断面を示す図である。また、図９（ａ）、（ｃ）は、本実施形態における配線の製造プロセスの概略平面図であり、図９（ｂ）、（ｄ）は、各々、図９（ａ）、（ｃ）に示したIXＢ−IXＢ線、IXＤ−IXＤ線に沿った断面を示す図である。図１０は、本実施形態に係る半導体装置の他の作用効果を説明するための概略断面図である。ここでは、本実施形態に係る半導体装置との対比を簡易にするために、同等の構成については同一の符号を付して示す。
【００４３】
まず、比較例について説明する。
本実施形態の比較例における配線の製造プロセスは、まず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体ウエハ２１の上面に、各接続パッド１２を被覆するように、それぞれ、上面が略平坦なパッシベーション膜１３及び絶縁膜１４が順次積層形成され、そのパッシベーション膜１３及び絶縁膜１４に、接続パッド１２の上面が露出する開口部１３ｈ、１４ｈ、及び、ダイシングストリート２２を含む領域の半導体ウエハ２１の上面２１ａが露出する開口部が形成される。
【００４４】
次いで、開口部１３ｈ、１４ｈを有するパッシベーション膜１３及び絶縁膜１４が形成された半導体ウエハ２１の上面に、下地金属層であるチタン薄膜１５及び銅薄膜１６−１が形成される。ここで、チタン薄膜１５及び銅薄膜１６−１は、開口部１３ｈ、１４ｈを介して各接続パッド１２に接続されている。次いで、銅薄膜１６−１の上面に、所定のパターンを有する上部金属層である銅配線層１６−２を電解メッキにより形成し、当該銅配線層１６−２をマスクとして、銅配線層１６−２に被覆されず露出している領域の銅薄膜１６−１及びチタン薄膜１５を順次エッチングすることにより、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、絶縁膜１４の上面に、チタン薄膜１５を介して、銅薄膜１６−１と銅配線層１６−２からなる配線本体１６が形成された構成が得られる。この銅薄膜１６−１と銅配線層１６−２は一体的に形成されている。
【００４５】
ここで、銅配線層１６−２及び銅薄膜１６−１からなる配線本体１６をマスクとして、上述したように、チタン薄膜１５をオーバーエッチング気味に除去した場合のサイドエッチング量について、詳しく検証する。例えばチタン薄膜１５の膜厚を１８０ｎｍに設定し、所定のエッチング条件を適用することにより、図８（ｄ）に示すように、サイドエッチングにより配線本体１６の端部から配線本体１６の下部に沿って除去されるチタン薄膜１５の寸法（すなわち、サイドエッチング部１５ｘの寸法；サイドエッチング量）を２μｍとする。ここで、チタン薄膜１５のサイドエッチング量は、チタン薄膜１５の膜厚や材質、エッチング条件等に依存するため、配線本体１６の幅に関わらず、略一定の値になることが知られている。そして、チタン薄膜１５に対するサイドエッチングは、配線本体１６のパターン全周の端部近傍において生じることから、図８（ｄ）に示すように、特定の断面に着目した場合、サイドエッチング部１５ｘの総寸法は配線本体１６の左右両端部近傍において、概ね（２×２＝）４μｍになる。このことから、例えば、配線幅が１５μｍの配線本体１６の場合、チタン薄膜１５の残存寸法は、（１５−２×２＝）１１μｍと計算される。したがって、配線本体１６の幅（１５μｍ）の２／３以上の領域でチタン薄膜１５を介して、配線本体１６と絶縁膜１４が密着することになり、相互の密着性は概ね確保される。
【００４６】
しかしながら、今後、半導体装置の小型化や高集積化に伴って、配線がさらに微細化された場合、例えば配線本体１６の配線幅が１０μｍ以下になった場合には、上記と同等寸法のサイドエッチングが生じることにより、チタン薄膜１５の残存寸法は、例えば（１０−２×２＝）６μｍと計算される。この残存寸法は、配線本体１６の幅（１０μｍ）の２／３以下となり、配線本体１６と絶縁膜１４との間に介在するチタン薄膜１５による密着面積が小さくなって、相互の密着性が損なわれるという問題を有している。
【００４７】
また、上面が平坦な絶縁膜１４上に、チタン薄膜１５を介して配線本体１６を形成した構成を有しているため、配線本体１６の膜厚を厚くした場合には、半導体基板１１の上面１１ａから配線本体１６の上面までの高さが増大することになる。そのため、配線本体１６が形成された半導体基板１１上に、保護絶縁膜１７等を形成する場合に、絶縁膜１４と保護絶縁膜１７間に気泡が入りやすくなるという問題を有している。
【００４８】
これに対して、上述した本実施形態においては、まず、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体ウエハ２１上の接続パッド１２を被覆するように形成されたパッシベーション膜１３及び絶縁膜１４に対して、接続パッド１２の上面が露出する開口部１３ｈ、１４ｈを形成する。このとき同時に、絶縁膜１４上に形成される配線本体１６のパターンに対応し、かつ、絶縁膜１４の膜厚の、例えば１／３を除去した凹状の凹部１４ａを形成する。ここで、凹部１４ａの幅は、例えば配線本体１６の幅よりも、例えば数μｍ狭くなるように設定する。そして、凹部１４ａが形成された絶縁膜１４の上面に、下地金属層であるチタン薄膜１５及び銅薄膜１６−１を全面に形成した後、銅薄膜１６−１の上面に、上部金属層であるパターニングされた銅配線層１６−２を形成する。次いで、銅配線層１６−２をマスクとして、露出している銅薄膜１６−１及びチタン薄膜１５を順次エッチングすることにより、図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、絶縁膜１４の上面の凹部１４ａ上に、チタン薄膜１５を介して、銅薄膜１６−１と銅配線層１６−２からなる配線本体１６が形成された構成が得られる。
【００４９】
ここで、絶縁膜１４の上面に形成される凹部１４ａは、絶縁膜１４の膜厚を例えば３μｍに設定した場合、その深さが概ね１μｍになるように形成される。また、凹部１４ａの端部は、絶縁膜１４及びパッシベーション膜１３に開口部１３ｈ、１４ｈや凹部１４ａを形成した後、ベーク処理して固化することにより、概ね４５°の傾斜面を有している。このとき、チタン薄膜１５の配線幅方向の寸法は、配線本体１６の幅に比較して、［（√２−１）×２≒］０．８２８μmだけ大きくなる。これにより、比較例と同様に、例えば配線幅が１０μｍの配線本体１６において、４μmのサイドエッチングが生じた場合であっても、チタン薄膜１５の残存寸法は、６．８２８μmと計算される。したがって、配線本体１６の幅（１０μｍ）の２／３以上の領域で、チタン薄膜１５を介して、配線本体１６と絶縁膜１４が密着することになり、比較例の場合に比較して、相互の密着性が良好に確保される。
このように、絶縁膜１４の上面に凹部１４ａを形成しているので、絶縁膜１４とチタン薄膜１５との密着面積、及び、チタン薄膜１５と配線本体１６との密着面積を増加させることができ、従って密着性を向上させて、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５０】
また、絶縁膜１４の上面に凹状の凹部１４ａを設けて、当該凹部１４ａを覆うようにチタン薄膜１５を介して配線本体１６を形成することにより、半導体基板１１の上面１１ａから配線本体１６の上面までの高さを抑制することができる。したがって、配線本体１６が形成された半導体基板１１上に保護絶縁膜１７等を形成する場合であっても、絶縁膜１４と保護絶縁膜１７間に気泡が入りにくくすることができる。
【００５１】
さらに、凹部１４ａの幅を、配線本体１６の幅よりも狭くなるように設定することにより、凹部１４ａの深さや幅、配線本体１６の膜厚、物性によっては、図１０（ａ）に示すように、配線本体１６の他端部に設けられるランド１６ｂの上面に、凹部１４ａの形状に応じた凹凸１６ｄが生じる場合がある。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、このような断面形状を有するランド１６ｂの上面に、半田ボール１８等の外部接続用電極を形成することにより、図８（ｄ）に示したように、ランド１６ｂの上面が平坦である場合に比較して、ランド１６ｂと半田ボール１８との密着面積を増加させることができるので、密着性を向上させて、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５２】
（他の構成例）
図１１は、本実施形態に係る半導体装置に適用される絶縁膜上面の凹部の他の構成例を示す概略断面図である。
【００５３】
上述した実施形態においては、図９（ａ）に示したように、絶縁膜１４の上面に、配線本体１６のパターンに対応し、かつ、所定の深さを有する凹状の凹部１４ａを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、凹部の形状は、配線本体１６と絶縁膜１４との間に介在するチタン薄膜１５による密着面積を十分確保することができるものであれば、例えば次に示すような各種の断面形状を有するものであってもよい。
【００５４】
例えば、図１１（ａ）に示す凹部は、配線本体１６の両端部近傍の配線直下に、幅の狭いＶ字状の溝部１４ｂを有するものである。また、図１１（ｂ）に示す凹部は、配線幅よりも狭く浅い溝部１４ｃと、浅い溝部１４ｃの配線本体１６の両端部近傍の配線直下に、幅の狭い深いＶ字状の溝部１４ｂを有するものである。また、図１１（ｃ）に示す凹部は、配線幅よりも狭い凹部１４ａ内の底面部に細かな凹凸１４ｄを有するもの、又は、底面部表面が粗加工されているものである。また、図１１（ｄ）、（ｅ）に示す凹部は、配線幅よりも広い幅の凹部１４ａ内に１又は複数の突部ｅを有するものである。
【００５５】
このような構成の凹部１４ａを有する半導体装置１０においても、上述したように、チタン薄膜１５を介して、配線本体１６と絶縁膜１４との密着性が良好に確保されるとともに、配線本体１６の高さを抑制して、保護絶縁膜１７形成時に気泡が入りにくくすることができ、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施形態に示した構成に限定されるものではなく、例えば図１１（ｆ）に示すように、絶縁膜１４の上面に配線本体１６の幅よりも狭い突部１４ｆを１又は複数有するものであっても、上述した効果のうち、配線本体１６と絶縁膜１４の密着性を向上させることができる。
【００５７】
また、上述した実施形態においては、絶縁膜１４の上面に形成される凹部１４ａについて、幅や深さ等、種々のパラメータの具体的な数値を示したが、本発明はこれに限定さるものではない。すなわち、本発明は、配線本体１６と絶縁膜１４との間に介在するチタン薄膜１５に、所定のサイドエッチングが生じた場合であっても、相互の密着面積を十分確保することができるものであれば、他の形状や数値を有するものであってもよい。
【００５８】
さらに、本実施形態においては、本発明が適用される構成として、ウエハレベルＣＳＰ型のパッケージ構造を有する半導体装置を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、感光性の絶縁膜の上面にサイドエッチングの影響を受けやすい金属層を含む配線が形成された構成及び製造プロセスを有するものであれば、他の半導体装置であってもよいし、半導体装置以外の他の電子部品等であっても良好に適用することができる。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【００６０】
（付記）
請求項１に記載の発明は、
一面側に接続パッドを有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、前記接続パッドの一部を露出する開口部と、上面に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部内の前記絶縁膜上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた配線層と、
を有することを特徴とする半導体装置である。
【００６１】
請求項２に記載の発明は、
前記密着層の幅は、前記配線層の幅よりも狭く、前記凹部の幅は、前記配線層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置である。
【００６２】
請求項３に記載の発明は、
前記密着層は、下地金属層を構成し、前記配線層は、上部金属層を構成し、前記下地金属層及び前記上部金属層が一体的に形成された配線を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置である。
【００６３】
請求項４に記載の発明は、
前記絶縁膜はポリイミドを含み、前記密着層はチタンを含む金属層であり、前記配線層は銅を含む金属層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置である。
【００６４】
請求項５に記載の発明は、
前記配線の一端側は、前記開口部を介して、前記接続パッドの一面側に接続され、
前記配線の他端側には、外部接続用端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４記載の半導体装置である。
【００６５】
請求項６に記載の発明は、
一面側に設けられた接続パッドを被覆するように絶縁膜が設けられた半導体基板を用意し、
前記絶縁膜に、前記接続パッドの一面側が露出する開口部を形成すると共に、前記絶縁膜の上面の一部に凹部を形成し、
前記開口部内及び前記凹部が形成された前記絶縁膜の上面に、密着層を含む下地金属層を形成し、
前記下地金属層の上面側の前記凹部内を含む領域に、所定のパターンを有する上部金属層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００６６】
請求項７に記載の発明は、
前記密着層の幅は、前記下地金属層をエッチングすることにより、前記上部金属層の前記パターンの幅よりも狭くなり、
露光光を高い透過率で透過させる第１の透過部と、前記第１の透過部の前記透過率よりも低い透過率で前記露光光を透過させる第２の透過部と、を有する露光マスクを用いて、一の露光処理により、前記絶縁膜の感光深さを異ならせて、前記開口部及び前記凹部を共に形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法である。
【００６７】
請求項８に記載の発明は、
前記密着層の一面側にシード層を形成し、
前記シード層を用いて電解メッキにより前記所定のパターンを有する前記上部金属層を形成することを特徴とする請求項６又は７記載の半導体装置の製造方法である。
【符号の説明】
【００６８】
１０    半導体装置
１１    半導体基板
１２    接続パッド
１３    パッシベーション膜（絶縁膜）
１４    絶縁膜
１４ａ  凹部
１５    チタン薄膜（密着層、下地金属層）
１５ｘ  サイドエッチング部
１６    配線本体
１６−１  銅薄膜（下地金属層）
１６−２  銅配線層（上部金属層）
１７    保護絶縁膜
１８    半田ボール（外部接続用端子）
２１    半導体ウエハ（半導体基板）
２２    ダイシングストリート
【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】
2013026367.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013026367.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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