(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の絶縁皮膜上に形成された配線パターンに接続された外部接続端子を有する半導体装置であって、
前記配線パターンは、
前記絶縁皮膜上に形成された無電解ニッケル（Ｎｉ）めっき層と、
該無電解ニッケルめっき層上に形成された無電解銅（Ｃｕ）めっき層と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記無電解銅めっき層は、
前記無電解ニッケルめっき層上に形成された置換型無電解銅（Ｃｕ）めっき層と、
該置換型無電解銅めっき層上に形成された還元型無電解銅（Ｃｕ）めっき層と
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体素子の絶縁皮膜上に、無電解ニッケル（Ｎｉ）めっき層を形成する工程と、
前記無電解ニッケルめっき層上に、無電解銅（Ｃｕ）めっき層を形成する工程と、
前記無電解ニッケルめっき層及び前記無電解銅めっき層をエッチングしてパターン配線を形成する工程と、
前記パターン配線上に外部接続端子を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法であって、
前記無電解ニッケルめっき層を形成する工程の前に、前記絶縁皮膜上にパラジウムを付与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。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
前記無電解銅めっき層を形成する工程は、
前記無電解ニッケルめっき層上に、置換型無電解銅（Ｃｕ）めっき法により置換型無電解銅（Ｃｕ）メッキ層を形成する工程と、
該置換型無電解銅メッキ層上に、還元型無電解銅（Ｃｕ）めっき法により還元型無電解銅（Ｃｕ）メッキ層を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に半導体素子上に再配線層、絶縁外皮層及び外部接続端子を形成してなるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子上の電極パッドは一般に半導体素子の回路形成面の外周部分に配置される。また、フリップチップ実装により基板に実装される半導体装置の外部接続端子は、はんだボール等により形成されることが一般的である。外部接続端子としてはんだボールを半導体素子上の電極パッドにそのまま形成した場合、はんだボール間の間隔が狭いため、基板実装後の隣接したはんだボールが接触してショートするおそれがある。したがって、このようなはんだボールのショートを回避するために、はんだボール（外部接続端子）を半導体素子の表面全体に格子状に再配置し、はんだボールの間隔を広げている。
【０００３】
したがって、フリップチップ実装を目的としたＣＳＰ構造の半導体装置では、半導体素子の電極から外部接続端子の形成予定位置まで配線の引き回し（再配線）が行われる。配線の引き回しは、半導体素子上に形成される再配線層により行われ、再配線層上に外部接続端子（はんだボール）が形成される。
【０００４】
図１は従来のＣＳＰ型半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。また、図２は図１に示す製造工程の各工程における製造段階の半導体装置の断面を示す図である。なお、図１における(1)〜(11)は、図２における各断面図との対応を示している。
【０００５】
図１に示す製造工程において、まず、電極パッド２を除いて絶縁皮膜３により覆われた半導体素子（ウェハ）１上に、スパッタリングにより銅（Ｃｕ）のスパッタ膜４を形成する（ステップＳ１：図２（ａ）参照）。銅のスパッタ膜４は電解メッキの電極として用いるために形成される。次に、レジスト５を塗布し（ステップＳ２）、露光及び現像処理してレジスト５により再配線パターンを形成する（ステップＳ３，Ｓ４：図２（ｂ）参照）。そして、ステップＳ１で形成した銅のスパッタ膜４を電極として銅（Ｃｕ）の電解めっきを行い、再配線パターン６を形成する（ステップＳ５：図２（ｃ）参照）。その後、ステップＳ２、Ｓ３，Ｓ４で形成したレジスト５を除去し（ステップＳ６：図２（ｄ）参照）、新たにレジスト７を塗布する（ステップＳ７）。ステップＳ７で形成したレジスト７を露光及び現像処理し（ステップＳ８，Ｓ９）、はんだボールを形成する位置に開口を設ける（図２（ｅ）参照）。
【０００６】
次に、レジスト７に設けられた開口７ａ内にバリアメタルとしてニッケル（Ｎｉ）めっき８を電解Ｎｉめっきにより形成し（ステップＳ１０：図２（ｆ）参照）、Ｎｉめっき８の上に金（Ａｕ）９を電解Ａｕめっきにより形成する（ステップＳ１１：図２（ｇ）参照）。Ｎｉめっき８の上に金めっき９を形成した後、レジスト７を除去し、レジスト７により覆われていた銅のスパッタ膜４を露出させる（ステップＳ１２：図２（ｈ）参照）。その後、エッチングにより銅のスパッタ膜を除去し（ステップＳ１３：図２（ｉ）参照）、金めっき部分を除いて樹脂コーティング１０を施す（ステップＳ１４：図２（ｊ）参照）。最後に、樹脂コーティング１０から露出している金めっき９上にはんだボール（バンプ）１１を形成して半導体装置が完成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の再配線の形成工程では、主に電解めっき法が用いられていた。Ｃｕの電解めっき法による再配線の形成は、無電解めっき法による形成に比べて、再配線の密着性が良く、厚みの厚い再配線を効率よく形成することができるためである。しかし、電解メッキを行うには電極が必要であり、上述のように最初にスパッタリングにより銅のスパッタ膜を半導体素子上に形成する必要がある。スパッタリングは、高価な処理装置を必要とし、且つウェハを一枚ずつ処理するために処理効率が悪い。したがって、銅のスパッタ膜を形成するために、半導体装置の製造コストが上昇してしまう。
【０００８】
これに対して、無電解めっき法により再配線を形成する場合、半導体素子上の絶縁皮膜と銅からなる再配線との密着性が問題となる。すなわち、半導体素子上の絶縁皮膜の最上層は一般的にポリイミドにより形成されており、無電解めっきにより形成された銅層のポリイミドに対する密着性が悪いため、再配線層が剥離するおそれがある。
【０００９】
この問題を解決するために以下のような対策が提案されているが、いずれもそれぞれの問題点を有しており、満足できるするものではない。
【００１０】
１）過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム、次亜塩素酸等の強い酸化剤によりポリイミド表面を化学的に粗化して密着性を向上する。強い酸化剤による還元処理の例は、特開平６−２１１５７号公報や特開平５−１２９３７７号公報に開示されている。半導体素子の電極パッドがアルミニウム（Ａｌ）により形成されている場合、酸化剤により電極パッド（アルミニウム）の表面が酸化されてしまうため、続く銅めっきの工程において銅の析出を良好に行えないという問題がある。
【００１１】
２）ヒドラジンなどの強い還元剤によりポリイミド表面を化学的に粗化して密着性を向上する。ヒドラジンによる還元処理の例は、特開平５−１１４７７９号公報に開示されている。ヒドラジンの還元作用は、アルカリ溶液中において発現する。特開平５−１１４７７９号公報においても、ヒドラジンを水酸化ナトリウム溶液に混合して、アルカリ性として用いている。ここで、半導体素子の電極パッドがアルミニウム（Ａｌ）により形成されている場合、このアルカリ溶液により電極パッド（アルミニウム）が溶解してしまい、電極パッドが消失してしまうという問題がある。
【００１２】
３）アッシング等のドライ処理により、ポリイミド表面を物理的に粗化して密着性を向上する。アッシング等のドライ処理は、高価な処理装置が必要であり、設備費が高くなる。また、ドライ処理は一枚ごとの処理であるため、処理工程に時間がかかり、その分の製造コストが上昇する。
【００１３】
４）機械研磨等によりポリイミド表面を機械的に粗化して密着性を向上する。上述の３）と同様な問題点を有する。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ポリイミドの表面を粗化することなく、ポリイミド層と無電解銅めっき層との密着性を向上することの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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１記載の発明は、半導体素子の絶縁皮膜上に形成された配線パターンに接続された外部接続端子を有する半導体装置であって、前記配線パターンは、前記絶縁皮膜上に形成された無電解ニッケルめっき層と、該無電解ニッケルめっき層上に形成された無電解銅めっき層とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、無電解銅めっき法により形成される配線パターンは、無電解ニッケルめっき層を介して半導体素子の絶縁皮膜上に形成される。無電解ニッケルめっき層は、無電解銅めっき層と半導体素子の絶縁皮膜（例えばポリイミド層）の両方に対して良好な密着性を有している。したがって、無電解銅めっき層よりなる配線パターンは、無電解ニッケルめっき層を介して半導体素子の絶縁皮膜に密着して形成される。これにより、無電解銅めっき層よりなる配線パターンの剥離が防止され、電解銅めっき層により配線パターンを形成する場合に比べて製造コストを低減することができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置であって、前記無電解銅めっき層は、前記無電解ニッケルめっき層上に形成された置換型無電解銅めっき層と、該置換型無電解銅めっき層上に形成された還元型無電解銅めっき層とを含むことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、無電解ニッケルめっき層の上に、置換型無電解銅めっき層が形成され、その上に還元型無電解銅めっき層が形成される。置換型無電解銅めっき法に用いられるめっき液は、強アルカリ成分を含んでおらず、無電解ニッケルめっき層がめっき液に溶出することはない。したがって、無電解ニッケルめっき層の厚みを極力小さくしても、無電解銅めっき層の形成工程中に無電解ニッケルめっき層が溶出して消失することはなく、無電解銅めっき層の密着性は維持される。
【００２０】
請求項３記載の発明は、半導体素子の絶縁皮膜上に無電解ニッケルめっき層を形成する工程と、前記無電解ニッケルめっき層上に無電解銅めっき層を形成する工程と、前記無電解ニッケルめっき層及び前記無電解銅めっき層をエッチングしてパターン配線を形成する工程と、前記パターン配線上に外部接続端子を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、無電解銅めっき法により形成される配線パターンは、無電解ニッケルめっき層を介して半導体素子の絶縁皮膜上に形成される。したがって請求項１と同様な効果を奏することができる。また、電解銅めっき層により配線パターンを形成する場合に比べて、製造工程を増やさずに複雑化することなく、十分な密着性を維持しながら無電解銅めっき層を形成することができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体装置の製造方法であって、前記無電解ニッケルめっき層を形成する工程の前に、前記絶縁皮膜上にパラジウムを付与する工程を有することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、パラジウムが触媒として作用して、無電解ニッケルめっき層を半導体素子の絶縁皮膜に対して強固に密着することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、前記無電解銅めっき層を形成する工程は、前記無電解ニッケルめっき層上に、置換型無電解銅めっき法により置換型無電解銅メッキ層を形成する工程と、該置換型無電解銅メッキ層上に、還元型無電解銅めっき法により還元型無電解銅メッキ層を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、無電解ニッケルめっき層の上に、置換型無電解銅めっき層が形成され、その上に還元型無電解銅めっき層が形成される。したがって請求項２と同じ効果を奏することができる。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施の形態について図面と共に説明する。
【００２６】
図３は本発明の一実施の形態による半導体装置の一部の断面図である。また、図４は図３に示す半導体装置の製造工程を示すフローチャートであり、図５は図４に示す製造工程の各工程における製造段階の半導体装置の断面を示す図である。なお、図５における(1)〜(9)は、図４における各断面図との対応を示している。また、図３及び図５において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付す。
【００２７】
本実施の形態による半導体装置は、図３に示すように、半導体素子（ウェハ）１上に無電解Ｎｉめっき層２１及び無電解Ｃｕめっき層２２、２３により配線パターン（再配線）が形成され、配線パターンに対して外部接続端子としてはんだボール１１がＮｉめっき及びＡｕめっきを介して接続された構成を有する。本実施の形態による半導体装置は、配線パターンの製造工程において、電解Ｃｕめっき法の代わりに無電解Ｃｕめっき法を用いている。
【００２８】
無電解Ｃｕめっき層とポリイミド層３との密着性は、ポリイミド層３の上に無電解Ｎｉめっき層２１を形成してから、無電解Ｃｕめっき層を形成することにより、実用上十分な密着性となる。また、無電解Ｎｉめっき層２１を極力薄くするために、無電解Ｎｉめっき層２１の上に置換型の無電解Ｃｕめっき層２２を形成し、さらにその上に還元型の無電解Ｃｕめっき層２３を形成することが好ましい。
【００２９】
以下に、図３に示す半導体装置の製造工程について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００３０】
図４に示す製造工程において、まず、電極パッド２を除いて絶縁皮膜（ポリイミド層）３により覆われた半導体素子（ウェハ）１上に、パラジウム（Ｐｄ）２０を付与する。（ステップＳ２０：図４（ａ）参照）。より具体的には、半導体素子の表面をパラジウムを主とし、塩化物を含まない溶液に浸漬することにより、パラジウム２０を半導体素子の表面に分散した状態で付着させる。ここで、パラジウム溶液に浸漬する前に、半導体素子（ウェハ）の表面に露出したアルミニウム製の電極パッド２の表面の酸化膜を、硫酸酸性溶液により除去しておくことが好ましい。パラジウム２０は、無電解Ｎｉ層２１を形成する際に触媒として作用し、Ｎｉの析出を促進する。
【００３１】
次に、自己還元型の無電解Ｎｉめっき法により、パラジウム２０が付与された半導体素子１の表面全体にわたって無電解Ｎｉめっき層２１を形成する（ステップＳ２１：図５（ｂ）参照）。無電解Ｎｉめっき層２１は銅層に比べて抵抗が大きいため、厚みを極力小さくすることが好ましい。したがって、本実施の形態では無電解Ｎｉめっき層２１は、約１００ｎｍの厚みに形成される。ポリイミド層３の上に無電解Ｎｉめっき層を形成する理由は、ＮｉめっきはＣｕめっきに比べてポリイミドとの密着性が良好であるためである。ここで使用する無電解Ｎｉめっき液としては、市販されているリンタイプの無電解Ｎｉめっき液を使用することができる。リンタイプの無電解Ｎｉめっき液は、還元剤としてジアリン酸又はジアリン酸ナトリウムを含むが、この含有量は４〜９パーセントが好ましい。
【００３２】
続いて、無電解Ｎｉめっき層２１の上に、置換型無電解Ｃｕめっき法により置換型無電解Ｃｕめっき層２２を形成する（ステップＳ２２：図５（ｃ）参照）。ここで、めっき液としては市販の置換型無電解Ｃｕめっき液を使用することができる。また、市販の電解Ｃｕめっき液を利用することもできる。置換型無電解Ｃｕめっき法は、Ｎｉとのイオン交換によりＮｉ上に銅（Ｃｕ）を析出させるめっき法であり、Ｎｉの表面が銅により覆われてしまうと銅は析出されなくなるため、厚膜の銅めっき層を形成することはできない。本実施の形態の場合、置換型無電解Ｃｕめっき層２２の厚みは約１００ｎｍである。市販の置換型無電解Ｃｕめっき液のＰＨ値は幅広く準備されており、本実施の形態では、弱酸性の置換型無電解Ｃｕめっき液を用いることが好ましい。
【００３３】
次に、還元型無電解Ｃｕめっき法により、置換型無電解Ｃｕめっき層２２の上に還元型無電解Ｃｕめっき層２３を形成する（ステップＳ２３：図５（ｄ）参照）。還元型無電解Ｃｕめっき法は、置換型無電解Ｃｕめっき法のように膜厚が制限されることはなく、所望の厚さの銅めっき層を形成することができる。したがって、還元型無電解Ｃｕめっき層２３の厚みは、一般的に配線パターン（再配線）に必要とされる導電パターンの厚みとして３〜１０μｍとすることができる。使用する無電解Ｃｕめっき液としては、市販の還元型無電解Ｃｕめっき液を使用することができる。
【００３４】
ここで、ステップＳ２２における置換型無電解Ｃｕめっき層２２を形成せずに、還元型無電解Ｃｕめっき層２３を無電解Ｎｉめっき層２１の上に直接形成することとしてもよい。この場合、還元型無電解Ｃｕめっき法に用いられるめっき液に含まれる還元剤により無電解Ｎｉめっき層２１の一部が溶解するおそれがあるので、無電解Ｎｉめっき層２１の厚みを十分に大きくしておく必要がある。
【００３５】
上述のように無電解Ｎｉめっき層２１の厚みを極力小さくして例えば１００ｎｍとした場合では、無電解Ｎｉめっき層２１が部分的にめっき液に溶出して消失するという問題が発生するおそれがある。すなわち、還元型無電解Ｃｕめっき液は、置換型無電解Ｃｕめっき液に対して還元剤を加えたものであり、この還元剤により還元型無電解Ｃｕめっき液は強アルカリ溶液となる。この強アルカリ溶液に無電解Ｎｉめっき層が接触すると、無電解Ｎｉめっき層は溶解してまだら状になってしまう。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、置換型無電解Ｃｕめっき法に用いるめっき液が還元剤を含まないということを利用し、還元型無電解Ｃｕめっき液により無電解Ｃｕめっき層２２が溶出することを防止している。
【００３７】
図４に戻って、半導体装置の製造工程の説明を続ける。
【００３８】
所望の厚さの無電解Ｃｕめっき層２３を形成した後、無電解Ｃｕめっき層２３上にレジスト２４を塗布し（ステップＳ２４）、露光及び現像処理により再配線パターンに対応した形状にレジスト２４を形成する（ステップＳ２５，Ｓ２６：図５（ｅ）参照）。続いて、エッチングにより配線パターンの形状を残して、無電解Ｃｕめっき層２２，２３及び無電解Ｎｉめっき層２１を除去する（ステップＳ２７：図５（ｆ）参照）。そして、ポリイミド等よりなる感光剤樹脂２５を半導体素子の表面全体に塗布し（ステップＳ２８）、露光及び現像処理して、外部接続電極の形成位置に開口２５ａを設ける（ステップＳ２９，Ｓ３０：図５（ｇ）参照）。
【００３９】
次に、開口２５ａ内にバリアメタルとしてニッケル（Ｎｉ）めっき８を無電解Ｎｉめっきにより形成し、Ｎｉめっき８の上に金（Ａｕ）めっき９を無電解Ａｕめっきにより形成する（ステップＳ３１、Ｓ３２：図５（ｈ）参照）。そして、最後に、外部接続端子としてはんだボール（バンプ）１１を金めっき９上に形成して図３に示す半導体装置が完成する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、絶縁皮膜のポリイミド層３上に、無電解Ｎｉめっき層２１と置換型無電解Ｃｕめっき層２２とを介して、主に配線パターンとなる還元型無電解Ｃｕめっき層２３を形成する。無電解Ｎｉめっき層２１はポリイミド層３と置換型無電解Ｃｕめっき層２２との両方に対して適度な密着性を有している。これにより、ポリイミドと銅との間の密着性を実質的に向上することができ、絶縁皮膜からの再配線の剥離を防止することができる。
【００４１】
また、還元型無電解Ｃｕめっき層２３を形成する前に、置換型無電解Ｃｕめっき層２２を形成することにより、無電解Ｃｕめっきにより配線パターン（再配線）を形成する際に、無電解Ｎｉめっき層２１が溶解することを防止することができ、再配線とポリイミド層３との密着性が損なわれることがない。
【００４２】
本実施の形態によれば、配線パターンを無電解Ｃｕｃめっき層により形成することができるため、電解Ｃｕめっき法により配線パターンを形成する場合より、安価な製造装置を使用することができ、半導体装置の製造コストを削減することができる。すなわち、従来のように電解Ｃｕめっき法により配線パターンを形成する場合は、高価なスパッタリング装置（銅のスパッタリング装置）であり、且つめっき処理において電極を接続する必要があり、その分のコストがかかる。一方、本発明のように無電解Ｃｕめっき法により配線パターンを形成する場合は、銅のスパッタリングの代わりに、安価な装置で一度に多数の処理を行うことのできる無電解Ｎｉめっきを行うだけでよく、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００４３】
請求項１記載の発明によれば、無電解銅めっき法により形成される配線パターンは、無電解ニッケルめっき層を介して半導体素子の絶縁皮膜上に形成される。無電解ニッケルめっき層は、無電解銅めっき層と半導体素子の絶縁皮膜（例えばポリイミド層）の両方に対して良好な密着性を有している。したがって、無電解銅めっき層よりなる配線パターンは、無電解ニッケルめっき層を介して半導体素子の絶縁皮膜に密着して形成される。これにより、無電解銅めっき層よりなる配線パターンの剥離が防止され、電解銅めっき層により配線パターンを形成する場合に比べて製造コストを低減することができる。
【００４４】
請求項２記載の発明によれば、無電解ニッケルめっき層の上に、置換型無電解銅めっき層が形成され、その上に還元型無電解銅めっき層が形成される。置換型無電解銅めっき法に用いられるめっき液は、強アルカリ成分を含んでおらず、無電解ニッケルめっき層がめっき液に溶出することはない。したがって、無電解ニッケルめっき層の厚みを極力小さくしても、無電解銅めっき層の形成工程中に無電解ニッケルめっき層が溶出して消失することはなく、無電解銅めっき層の密着性は維持される。
【００４５】
請求項３記載の発明によれば、無電解銅めっき法により形成される配線パターンは、無電解ニッケルめっき層を介して半導体素子の絶縁皮膜上に形成される。したがって請求項１と同様な効果を奏することができる。また、電解銅めっき層により配線パターンを形成する場合に比べて、製造工程を増やさずに複雑化することなく、十分な密着性を維持しながら無電解銅めっき層を形成することができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００４６】
請求項４記載の発明によれば、パラジウムが触媒として作用して、無電解ニッケルめっき層を半導体素子の絶縁皮膜に対して強固に密着することができる。
【００４７】
請求項５記載の発明によれば、無電解ニッケルめっき層の上に、置換型無電解銅めっき層が形成され、その上に還元型無電解銅めっき層が形成される。したがって請求項２と同じ効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＣＳＰ型半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す製造工程の各工程における製造段階の半導体装置の断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による半導体装置の一部の断面図である。
【図４】図３に示す半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す製造工程の各工程における製造段階の半導体装置の断面を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体素子（ウェハ）
２  電極パッド
３  ポリイミド層
８  Ｎｉめっき
９  Ａｕめっき
１０  樹脂コーティング
１０ａ  開口
１１  はんだボール
２１  無電解Ｎｉめっき層
２２  置換型無電解Ｃｕめっき層
２３  還元型無電解Ｃｕめっき層
【図１】
0004157693.tif 000002
【図２】
0004157693.tif 000003
【図３】
0004157693.tif 000004
【図４】
0004157693.tif 000005
【図５】
0004157693.tif 000006