(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｃｕ拡散防止を維持した状態で配線と被覆絶縁層の密着性を向上した電子デバイス装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１上に設けたＣｕを含む配線層１４の露出表面を覆いＣｕの拡散を防止するバリアメタル層１５で被覆し、バリアメタル層１５の表面をその表面が粗面化された導電性粗面化層１８で被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けたＣｕを含む配線層と、
前記Ｃｕを含む配線層の露出表面を覆いＣｕの拡散を防止するバリアメタル層と、
前記バリアメタル層の表面に設けられ、その表面が粗面化された導電性粗面化層と、
前記導電性粗面化層を覆う被覆絶縁層と
を有することを特徴とする電子デバイス装置。
【請求項２】
前記導電性粗面化層の少なくとも表面の最大成分がＮｉ、Ｚｎ或いはＣｒのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス装置。
【請求項３】
前記基板が、半導体集積回路チップをモールド樹脂で被覆した樹脂モールド基板であり、
前記Ｃｕを含む配線層が前記半導体集積回路チップに設けられた電極と接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子デバイス装置。
【請求項４】
基板上にＣｕを含む配線層を形成する工程と、
前記Ｃｕを含む配線層の露出表面をＣｕの拡散を防止するバリアメタル層で被覆する工程と、
前記バリアメタル層の表面を表面が粗面化された導電性粗面化層で被覆する工程と、
前記導電性粗面化層を含む前記基板表面を被覆絶縁層で被覆する工程と
を有することを特徴とする電子デバイス装置の製造方法。
【請求項５】
前記バリアメタル層の表面を表面が粗面化された導電性粗面化層で被覆する工程が、    前記バリアメタル層の表面を互いに酸化還元電位の異なる２種類の金属を混合した２種金属混合層で被覆する工程と、
前記２種金属混合層の酸化還元電位の高い金属を選択的に溶解する選択エッチング液に浸漬する工程と
を有することを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス装置の製造方法。
【請求項６】
前記バリアメタル層の表面を互いに酸化還元電位の異なる２種類の金属を混合した２種金属混合層で被覆する工程が、                              
初期においては析出面での酸化還元電位を低くして酸化還元電位の低い金属の比率が大きくなるように析出し、徐々に電位を上げて酸化還元電位の低い金属の比率を徐々に小さくして、表面における組成が酸化還元電位の高い金属の比率が大きくなるようにする電解メッキ工程であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電子デバイス装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイス装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路基板、Ｆａｎ Ｏｕｔ ＷＬＰ（ファンアウト  ウェーハレベルパッケージ）、複数チップ間を樹脂基板上で再配線する技術（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ Ｐａｃｋａｇｅ）などに用いられるビルトアップ配線には微細で高密度の配線が求められている。
【０００３】
例えば、主に銅配線を用いたビルトアップ配線においては、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅとして、１μｍ〜５μｍの微細配線が求められており、そのためには、配線の高信頼性化が必要になる。
【０００４】
これらの微細配線を高信頼性で製造するために、例えば、ＮｉＰ等のメタルキャップをバリアメタルとしてＣｕ配線に被覆させて長期間使用時のＣｕのイオンマイグレーション等の信頼性上の不具合を防ぐことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０１５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＮｉＰ等メタルキャップを施した配線においては、それらに接する樹脂絶縁膜との密着が弱いという問題がある。この密着性の弱さにより、信頼性試験や接合時の半田リフロー時の加熱工程や高温加速信頼性試験時などに樹脂絶縁膜とバリアメタル界面での剥がれが起こり絶縁膜にクラックが生じ、配線構造物が部分的に破壊する等の問題があった。
【０００７】
したがって、Ｃｕ拡散防止を維持した状態で、電子デバイス実装装置における配線と被覆絶縁層の密着性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示する一観点からは、基板と、前記基板上に設けたＣｕを含む配線層と、前記Ｃｕを含む配線層の露出表面を覆いＣｕの拡散を防止するバリアメタル層と、前記バリアメタル層の表面に設けられ、その表面が粗面化された導電性粗面化層と、前記導電性粗面化層を覆う被覆絶縁層とを有することを特徴とする電子デバイス装置が提供される。
【０００９】
また、開示する別の観点からは、基板上にＣｕを含む配線層を形成する工程と、前記Ｃｕを含む配線層の露出表面をＣｕの拡散を防止するバリアメタル層で被覆する工程と、前記バリアメタル層の表面を表面が粗面化された導電性粗面化層で被覆する工程と、前記導電性粗面化層を含む前記基板表面を被覆絶縁層で被覆する工程とを有することを特徴とする電子デバイス装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の電子デバイス装置及びその製造方法によれば、Ｃｕ拡散防止を維持した状態で、配線と被覆絶縁層の密着性を向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の電子デバイス装置の電極構造の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の電子デバイス装置の電極の製造工程の途中までの説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の電子デバイス装置の電極の製造工程の図２以降の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の半導体装置の概略的断面図である。
【図５】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程の途中までの説明図である。
【図６】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程の図５以降の途中までの説明図である。
【図７】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程の図６以降の途中までの説明図である。
【図８】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程の図７以降の途中までの説明図である。
【図９】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程の図８以降の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態の電子デバイス装置及びその製造方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態の電子デバイス装置の電極構造の説明図であり、図１（ａ）は電極構造の概略的断面図であり、図１（ｂ）は導電性粗面化層の表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、基板１１上に設けたＣｕを含む配線層１４の露出表面をＣｕの拡散を防止するバリアメタル層１５で被覆し、バリアメタル層１５の表面をその表面が粗面化された導電性粗面化層１８で被覆する。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、導電性粗面化層１８の表面には１００ｎｍ程度の凹凸が形成されている。したがって、Ｃｕを含む配線層１４の表面を被覆樹脂で覆った場合には、被覆樹脂が導電性粗面化層１８の表面の凹凸に入り込み、アンカー効果によって剥離が起きにくくなる。
【００１５】
この場合の導電性粗面化層１８としては、少なくとも表面の最大成分がＮｉ、Ｚｎ或いはＣｒのいずれかである導電性粗面化層、典型的には表面がＮｉリッチのＮｉリッチ粗面化層を用いる。また、バリアメタル層としては、ＮｉＰバリアメタル層或いはＣｏＷＰバリアメタル層等を用いる。なお、バリア性はＣｏＷＰの方が優れるが、メッキ液の管理等の製造工程の観点からはＮｉＰが望ましい。
【００１６】
基板１１としては、ガラス基板等の絶縁性基板、プリント配線基板或いは半導体集積回路基板を樹脂モールドした樹脂モールド基板等が典型的なものである。なお、ガラス基板等の場合には、表面に樹脂絶縁膜を設けることが望ましい。また、樹脂モールド基板の場合には、半導体集積回路チップの表面に設けた電極とＣｕを含む配線層１４とを接続する。その場合には、電極に対してＴｉ層等の密着層及びＣｕ等のメッキシード層を介してＣｕを含むメッキ層を設ければ良い。
【００１７】
次に、図２乃至図３を参照して、本発明の実施の形態の電子デバイス装置の製造工程を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、基板１１上に例えば、スパッタ法等を用いてＴｉ層等の密着層１２及びＣｕ等のメッキシード層１３を順次成膜する。次いで、フォトレジストから形成したメッキフレーム（図示は省略）を利用してＣｕを含む配線層１４を電解メッキ法により形成する。なお、Ｃｕを含む配線層１４としてはＣｕ配線層或いはＳｉを含むＣｕ系配線層を用いる。なお、密着層１２の厚さは、例えば、２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度とし、メッキシード層１３の厚さは５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とし、Ｃｕを含む配線層１４は厚さが１μｍ〜５μｍで、幅が１μｍ〜５μｍとする。
【００１８】
次いで、図２（ｂ）に示すように、メッキフレームを除去したのち、露出するメッキシード層１３を除去する。次いで、図２（ｃ）に示すように、Ｃｕを含む配線層１４の表面にＮｉＰ等のバリアメタル層１５を例えば、無電解メッキ法により形成する。この時、Ｐｄ触媒を用いることで、Ｐｄ触媒はＴｉには付着しないので、メッキシード層１３の側面及びＣｕを含む配線層の表面にのみバリアメタル層１５が形成される。なお、バリアメタル層１５の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。
【００１９】
次いで、図２（ｄ）に示すように、互いに酸化還元電位の異なる２種類の金属を混合した２種金属混合層１６で被覆する。なお、酸化還元電位の高い金属としては選択除去が容易なＣｕを用い、酸化還元電位の低い金属としては、Ｃｕに対して選択エッチング性を有するＮｉ，Ｚｎ或いはＣｒを用いる。なお、水素を０Ｖとして標準電極電位で酸化還元電位を比較すると、Ｃｕは０．３４０Ｖ、Ｎｉは−０．２５７Ｖ、Ｚｎは−０．７６２Ｖ、Ｃｒは−０．７４４Ｖである。
【００２０】
この時、成膜初期においては析出面での酸化還元電位を低くして酸化還元電位の低い金属の比率が大きくなるように析出させる。次いで、徐々に電位を上げて酸化還元電位の低い金属の比率を徐々に小さくして、表面における組成が酸化還元電位の高い金属の比率が大きくなるようにする２種金属混合層１６を電解メッキする。なお、２種金属混合層１６の厚さは、例えば、１００ｎｍ〜２００ｎｍとする。
【００２１】
次いで、図３（ｅ）に示すように、Ｃｕを選択的に溶解する選択エッチング液１７を用いて２種金属混合層１６からＣｕを溶解除去することにより、表面に１００ｎｎ程度の深さの凹凸を有する導電性粗面化層１８が形成される。
【００２２】
次いで、図３（ｆ）に示すように、密着層１２の露出部を選択的にエッチングして除去する。この時、例えば、ＣＦ４を用いたドライエッチングを用いる。次いで、図３（ｇ）に示すように、全面に樹脂を用いて被覆絶縁層１９を形成する。この場合の被覆絶縁層１９としては、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂やフェノール樹脂を用いる。
【００２３】
この時、被覆絶縁層１９が導電性粗面化層１８の表面の凹凸に入り込むので、信頼性試験時や長期間使用時の配線材料の絶縁膜への拡散を防止する機能は従来通り保ったままで、被覆絶縁層１９との密着を向上することができる。
【００２４】
このように、本発明の実施の形態においては、バリアメタル層１５上にさらに導電性粗面化層１８を設けているので、発明の手法を用いることにより、ビルトアップ配線,ウェハーレベルパッケージ配線等の信頼性を向上することができる。
【実施例１】
【００２５】
次に、図４乃至図９を参照して、本発明の実施例１の半導体装置を説明する。図４は本発明の実施例１の半導体装置の概略的断面図であり、チップ側電極２２を設けた半導体集積回路チップ２１をモールド樹脂でモールドして樹脂モールド半導体チップとする。この樹脂モールド半導体チップに対して、従来と同様に、ビルトアップ法を用いてＣｕ配線層２７を設け、このＣｕ配線層２７に対してＣｕパッド３４を設け、このＣｕパッド３４にハンダボール３７を転写したのち、実装基板に実装する。
【００２６】
本発明の実施例１においては、Ｃｕ配線層２７をＮｉＰバリアメタル層２８で被覆したのち、その上にＮｉリッチ粗面化層３０を設け、次いで、全面にエポキシ樹脂フィルムを貼り合せて樹脂層３６を形成している。
【００２７】
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１の半導体装置の製造工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、チップ側電極２２を設けた半導体集積回路チップ２１をモールド樹脂２３で覆った樹脂モールド半導体チップを用意する。次いで、図５（ｂ）に示すように、スパッタ法を用いて、厚さが２０ｎｍのＴｉ密着層２４及び厚さが１００ｎｍのＣｕメッキシード層２５を順次成膜する。
【００２８】
次いで、図５（ｃ）に示すように、フォトレジストを塗布したのち、所定配線パターンを形成するように露光し、現像することによってメッキフレーム２６を形成する。次いで、図６（ｄ）に示すように、メッキフレーム２６をマスクとして、厚さが３μｍで幅が３μｍのＣｕ配線層２７を形成する。
【００２９】
次いで、図６（ｅ）に示すように、メッキフレーム２６を除去する。次いで、図６（ｆ）に示すように、Ｃｕ３９３０液（メルテック社製商品型番）を用いたウェットエッチングによりＣｕメッキシード層２５の露出部を除去する。
【００３０】
次いで、図７（ｇ）に示すように、Ｐｄを触媒に用いた無電解メッキ法により厚さが１００ｎｍのＮｉＰバリアメタル層２８を成膜する。この時、Ｐｄ触媒はＴｉ上には付着しないので、Ｃｕ面のみに成膜することになる。
【００３１】
次いで、図７（ｈ）に示すように、電解メッキ法により厚さが２００ｎｍのＣｕＮｉ混合層２９を形成する。この時、成膜初期においては析出面での酸化還元電位を低くして酸化還元電位の低いＮｉの比率が大きくなるように析出させ、徐々に電位を上げてＮｉの比率を徐々に小さくして、表面における組成が酸化還元電位の高いＣｕの比率が大きくなるようにする。具体的には、電流密度を２．０Ａ／ｃｍ２からはじめて、徐々に電流密度を上げて最終的には２５Ａ／ｃｍ２とした条件で電解メッキを行う。
【００３２】
次いで、図７（ｉ）に示すように、Ｃｕを選択的にエッチングするＣｕ３９３０液（メルテック社製商品型番）を用いてＣｕＮｉ混合層２９の表面のＣｕを選択的に溶解して表面に１００ｎｍ程度の凹凸を有するＮｉリッチ粗面化層３０とする。
【００３３】
次いで、図８（ｊ）に示すように、ＣＦ４を用いたドライエッチングにより、Ｔｉ密着層２４の露出部を選択的に除去する。次いで、図８（ｋ）に示すように、厚さが１０μｍのエポキシ樹脂フィルムをラミネートして樹脂層３１を形成する。次いで、Ｃｕ配線層２７に対する開口部３２を形成する。
【００３４】
次いで、図８（ｌ）に示すように、スパッタ法により厚さが１００ｎｍのＣｕメッキシード層３３を形成した後、メッキフレーム（図示は省略）をマスクとして厚さが３０μｍのＣｕメッキ層を電解メッキ法で形成する。次いで、メッキフレームを除去したのち、Ｃｕメッキシード層３３の露出部を除去してＣｕパッド３４を形成する。
【００３５】
次いで、図９（ｍ）に示すように、Ｐｄを触媒とした無電解メッキ方法によりＣｕメッキシード層３３の露出側面及びＣｕパッド３４の表面に厚さが１００ｎｍのＮｉＡｕバリアメタル層３５を選択的に形成する。
【００３６】
次いで、図９（ｎ）に示すように、全面にフェノール樹脂を塗布して厚さが５０μｍの樹脂層３６を形成する。次いで、Ｃｕパッド３４に対する開口部を設けたのち、開口部にハンダボール３７を転写することによって本発明の実施例１の半導体装置の基本構成が完成する。以降は、この半導体装置を実装基板に実装することになる。
【００３７】
本発明の実施例１においては、樹脂モールド半導体装置を実装する際のビルトアップ配線を形成する際に、ＮｉＰバリアメタル層上にＮｉリッチ粗面化層を形成しているので、樹脂層３１との密着性が大幅に向上する。したがって、配線材料の絶縁膜への拡散を防止するために樹脂層との密着性が低いバリアメタル層を形成しても、信頼性試験時や長期間使用時に剥離が生ずることがない。
【００３８】
なお、上記の実施例１においては、ビルトアップ配線を樹脂モールド半導体チップに対して形成しているが、樹脂モールド半導体チップに限られるものではなく、回路基板やガラス基板上に形成して良いものである。この場合も導電性粗面化層を形成することで、配線層と被覆絶縁層の密着性が向上するので、ビルトアップ配線構造の信頼性が向上する。
【００３９】
ここで、実施例１を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）基板と、前記基板上に設けたＣｕを含む配線層と、前記Ｃｕを含む配線層の露出表面を覆いＣｕの拡散を防止するバリアメタル層と、前記バリアメタル層の表面に設けられ、その表面が粗面化された導電性粗面化層と、前記導電性粗面化層を覆う被覆絶縁層とを有することを特徴とする電子デバイス装置。
（付記２）前記導電性粗面化層の少なくとも表面の最大成分がＮｉ、Ｚｎ或いはＣｒのいずれかであることを特徴とする付記１に記載の電子デバイス装置。
（付記３）前記バリアメタル層が、ＮｉＰバリアメタル層或いはＣｏＷＰバリアメタル層のいずれかであることを特徴とする付記１または付記２に記載の電子デバイス装置。
（付記４）前記基板が、半導体集積回路チップをモールド樹脂で被覆した樹脂モールド基板であり、前記Ｃｕを含む配線層が前記半導体集積回路チップに設けられた電極と接していることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の電子デバイス装置。
（付記５）前記電極が、前記基板の表面に対する密着層とメッキシード層を介して前記Ｃｕを含む配線層に接していることを特徴とする付記４に記載の電子デバイス装置。
（付記６）基板上にＣｕを含む配線層を形成する工程と、前記Ｃｕを含む配線層の露出表面をＣｕの拡散を防止するバリアメタル層で被覆する工程と、前記バリアメタル層の表面を表面が粗面化された導電性粗面化層で被覆する工程と、前記導電性粗面化層を含む前記基板表面を被覆絶縁層で被覆する工程とを有することを特徴とする電子デバイス装置の製造方法。
（付記７）前記バリアメタル層の表面を表面が粗面化された導電性粗面化層で被覆する工程が、前記バリアメタル層の表面を互いに酸化還元電位の異なる２種類の金属を混合した２種金属混合層で被覆する工程と、前記２種金属混合層の酸化還元電位の高い金属を選択的に溶解する選択エッチング液に浸漬する工程とを有することを特徴とする付記６に記載の電子デバイス装置の製造方法。
（付記８）前記バリアメタル層の表面を互いに酸化還元電位の異なる２種類の金属を混合した２種金属混合層で被覆する工程が、初期においては析出面での酸化還元電位を低くして酸化還元電位の低い金属の比率が大きくなるように析出し、徐々に電位を上げて酸化還元電位の低い金属の比率を徐々に小さくして、表面における組成が酸化還元電位の高い金属の比率が大きくなるようにする電解メッキ工程であることを特徴とする付記６または付記７に記載の電子デバイス装置の製造方法。
（付記９）前記酸化還元電位の高い金属がＣｕであり、前記酸化還元電位の低い金属がＮｉ、Ｚｎ或いはＣｒのいずれかであることを特徴とする付記６乃至付記８のいずれか１に記載の電子デバイスの製造方法。
（付記１０）基板上にＣｕを含む配線層を形成する工程が、前記Ｃｕを含む配線層を形成する側の面に電極を有する半導体集積回路チップをモールド樹脂で被覆した樹脂モールド半導体チップ上に密着層を形成する工程と、前記密着層上にメッキシード層を形成する工程と、前記メッキシード層上にＣｕを含むメッキ層を電解メッキする工程とを有することを特徴とする付記６乃至付記９のいずれか１に記載の電子デバイス装置の製造方法。
【符号の説明】
【００４０】
１１  基板
１２  密着層
１３  メッキシード層
１４  Ｃｕを含む配線層
１５  バリアメタル層
１６  ２種金属混合層
１７  選択エッチング液
１８  導電性粗面化層
１９  被覆絶縁層
２１  半導体集積回路チップ
２２  チップ側電極
２３  モールド樹脂
２４  Ｔｉ密着層
２５  Ｃｕメッキシード層
２６  メッキフレーム
２７  Ｃｕ配線層
２８  ＮｉＰバリアメタル層
２９  ＣｕＮｉ混合層
３０  Ｎｉリッチ粗面化層
３１  樹脂層
３２  開口部
３３  Ｃｕメッキシード層
３４  Ｃｕパッド
３５  ＮｉＡｕバリアメタル層
３６  樹脂層
３７  ハンダボール
【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】
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【図８】
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【図９】
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