(57)【要約】【課題】  柱状電極を備えた半導体装置において、柱状電極形成用メッキレジスト膜の密着性を向上させる。【解決手段】  上部金属層９および下地金属層８の上面に、ドライフィルムレジストをラミネートローラを用いた熱圧着方法によりラミネートすることにより、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を形成する。次に、チャンバ内において、圧縮空気による圧力により、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から均等に加圧する。すると、ラミネートローラを用いた熱圧着方法だけでは、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性が低下していても、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から圧縮空気で均等に加圧することにより、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性を向上させることができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層の上面に複数の配線用上部金属層を形成する工程と、
前記配線用上部金属層および前記下地金属層の上面にドライフィルムレジストをラミネートして柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成する工程と、
前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をパターニングすることにより、前記配線用上部金属層の接続パッド部に対応する部分における前記柱状電極形成用メッキレジスト膜に開口部を形成する工程と、
前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の開口部内の前記配線用上部金属層の接続パッド部上面に柱状電極を形成する工程と、
前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を剥離する工程と、
前記配線用上部金属層をマスクとして前記下地金属層の不要な部分をエッチングして除去し、前記配線用上部金属層およびその下に残存された前記下地金属層を含む積層構造の配線を形成する工程と、
前記柱状電極の周囲を覆う封止膜を形成する工程と、
ダイシングにより前記半導体ウエハおよび前記封止膜を切断して半導体装置を複数個得る工程とを有し、
さらに、前記ドライフィルムレジストのラミネートにより前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成した後で前記柱状電極を形成する前に、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をその上側から加圧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２】
請求項１に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の加圧は、前記ドライフィルムレジストのラミネートにより前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成した直後に行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記ドライフィルムレジストのラミネートはラミネートローラを用いた熱圧着方法により行なう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１に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の加圧はチャンバ内において圧縮空気で加圧することにより行なう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に記載の発明において、加圧力は０．５〜０．９Ｍｐａであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をその上側から加圧するとともに加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の加熱および加圧はチャンバ内において加熱しながら圧縮空気で加圧することにより行なう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、前記チャンバ内の空気をファンで撹拌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７に記載の発明において、加熱温度は５０〜８０℃であり、加圧力は０．５〜０．９Ｍｐａである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１に記載の発明において、前記ダイシングの前に、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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置には、外部接続用電極として柱状電極を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合の製造方法では、まず、半導体ウエハ上の全面に形成された下地金属層の上面に、柱状電極形成領域に対応する部分に開口部を有するメッキレジスト膜を形成している。次に、下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜の開口部内の下地金属層の上面に柱状電極を形成している。次に、メッキレジスト膜を剥離している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９５８９０号公報（図２〜図４）
【０００４】
ところで、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれる半導体装置では、一般的に、半導体基板上に複数の配線が形成され、配線の接続パッド部上面に柱状電極が形成された構造となっている。この場合の製造方法では、半導体ウエハ上の全面に形成された下地金属層の上面に配線用上部金属層を形成し、配線用上部金属層の接続パッド部上面に柱状電極を形成している。したがって、この場合、配線用上部金属層および下地金属層の上面に柱状電極形成用のメッキレジスト膜を形成することになる。
【０００５】
そして、柱状電極形成用のメッキレジスト膜を剥離した後に、配線用上部金属層をマスクとして配線用上部金属層下以外の領域における下地金属層をエッチングして除去し、配線用上部金属層下にのみ下地金属層を残存させている。この状態では、配線用上部金属層およびその下に残存された下地金属層により、２層構造の配線が形成されている。また、配線の接続パッド部上面には柱状電極が形成されている。この場合、柱状電極が円柱形状であると、配線の円形状の接続パッド部の直径は柱状電極の直径よりもやや大きくなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来の半導体装置の製造方法では、柱状電極形成用のメッキレジスト膜の材料としてドライフィルムレジストを用いている（特許文献１の第９段落参照）。この場合、下地金属層の上面に配線用上部金属層が形成されていると、配線用上部金属層および下地金属層の上面にドライフィルムレジストをラミネートすることになる。
【０００７】
配線用上部金属層および下地金属層の上面にドライフィルムレジストをラミネートする方法としては、特許文献１には記載が無いが、ラミネートローラを用いた熱圧着方法がある。ところで、最近では、配線のデザインルールの狭ピッチ化の進行に伴い、配線の接続パッド部と配線の引き回し線部との間隔も狭くなってきている。一例として、配線の幅およびその間の間隔は共に１５μｍ以下となってきている。
【０００８】
この結果、ラミネートローラを用いた熱圧着方法では、ローラ圧力が配線用上部金属層の接続パッド部と配線用上部金属層の引き回し線部との間に十分に伝わらず、配線用上部金属層の接続パッド部の周辺部へのドライフィルムレジストの密着性が低下し、メッキ液が配線用上部金属層の接続パッド部と配線用上部金属層の引き回し線部との間に染み出し、配線間でショートが発生してしまうことがある。
【０００９】
そこで、この発明は、配線用上部金属層の接続パッド部の周辺部へのドライフィルムレジストからなる柱状電極形成用メッキレジスト膜の密着性を向上させ、この密着性に起因する配線間でのショートが発生しにくいようにすることができる半導体装置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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、半導体ウエハ上の全面に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層の上面に複数の配線用上部金属層を形成する工程と、前記配線用上部金属層および前記下地金属層の上面にドライフィルムレジストをラミネートして柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成する工程と、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をパターニングすることにより、前記配線用上部金属層の接続パッド部に対応する部分における前記柱状電極形成用メッキレジスト膜に開口部を形成する工程と、前記下地金属層をメッキ電流路とした電解メッキを行なうことにより、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の開口部内の前記配線用上部金属層の接続パッド部上面に柱状電極を形成する工程と、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を剥離する工程と、前記配線用上部金属層をマスクとして前記下地金属層の不要な部分をエッチングして除去し、前記配線用上部金属層およびその下に残存された前記下地金属層を含む積層構造の配線を形成する工程と、前記柱状電極の周囲を覆う封止膜を形成する工程と、ダイシングにより前記半導体ウエハおよび前記封止膜を切断して半導体装置を複数個得る工程とを有し、さらに、前記ドライフィルムレジストのラミネートにより前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成した後で前記柱状電極を形成する前に、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をその上側から加圧する工程を有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の加圧は、前記ドライフィルムレジストのラミネートにより前記柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成した直後に行なうことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ドライフィルムレジストのラミネートはラミネートローラを用いた熱圧着方法により行なうことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の加圧はチャンバ内において圧縮空気で加圧することにより行なうことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、加圧力は０．５〜０．９Ｍｐａであることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜をその上側から加圧するとともに加熱することを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記柱状電極形成用メッキレジスト膜の加熱および加圧はチャンバ内において加熱しながら圧縮空気で加圧することにより行なうことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記チャンバ内の空気をファンで撹拌することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、加熱温度は５０〜８０℃であり、加圧力は０．５〜０．９Ｍｐａであることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ダイシングの前に、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ものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、配線用上部金属層および下地金属層の上面にドライフィルムレジストをラミネートして柱状電極形成用メッキレジスト膜を形成した後に、柱状電極形成用メッキレジスト膜をその上側から加圧することにより、配線用上部金属層の接続パッド部の周辺部へのドライフィルムレジストからなる柱状電極形成用メッキレジスト膜の密着性を向上させることができ、ひいてはこの密着性に起因する配線間でのショートが発生しにくいようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１はこの発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図を示す。この半導体装置は、ＣＳＰと呼ばれるもので、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の上面には集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。
【００１３】
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絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。
【００１４】
保護膜５の上面には複数の配線７が設けられている。配線７は、保護膜５の上面に設けられた銅等からなる下地金属層８と、下地金属層８の上面に設けられた銅からなる上部金属層９との２層構造となっている。配線７の一端部は、絶縁膜３および保護膜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。ここで、配線７は、接続パッド２に接続された接続部７ａと、先端の接続パッド部７ｂと、その間の引き回し線部７ｃとからなっている。
【００１５】
配線７の接続パッド部７ｂ上面には銅からなる柱状電極１０が設けられている。配線７および保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１１がその上面が柱状電極１０の上面と面一となるように設けられている。柱状電極１０の上面には半田ボール１２が設けられている。
【００１６】
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）の上面にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２、酸化シリコン等からなる絶縁膜３およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が形成され、接続パッド２の中央部が絶縁膜３および保護膜５に形成された開口部４、６を介して露出されたものを準備する。
【００１７】
この場合、半導体ウエハ２１の上面において各半導体装置が形成される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部分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。
【００１８】
次に、図３に示すように、絶縁膜３および保護膜５の開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面を含む保護膜５の上面全体に下地金属層８を形成する。この場合、下地金属層８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、下地金属層８の上面に配線形成用メッキレジスト膜２３をパターン形成する。この場合、上部金属層９形成領域に対応する部分における配線形成用メッキレジスト膜２３には開口部２４が形成されている。次に、下地金属層８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、配線形成用メッキレジスト膜２３の開口部２４内の下地金属層８の上面に上部金属層９を形成する。次に、配線形成用メッキレジスト膜２３をレジスト剥離液を用いて剥離する。
【００２０】
次に、図４に示すように、上部金属層９および下地金属層８の上面に、ドライフィルムレジストをラミネートローラ（図示せず）を用いた熱圧着方法によりラミネートすることにより、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を形成する。次に、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５がラミネートされた半導体ウエハ２１をチャンバ（図示せず）内に配置する。次に、図５に示すように、チャンバ内に供給される圧縮空気による圧力により、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から均等に加圧する。一例として、加圧力は０．５〜０．９Ｍｐａとし、処理時間は６０ｍｉｎ以下とする。
【００２１】
すると、ラミネートローラを用いた熱圧着方法だけでは、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性が低下していても、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から圧縮空気で均等に加圧することにより、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性を向上させることができる。
【００２２】
次に、図６に示すように、露光および現像を行なうことにより、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をパターニングすると、上部金属層９の接続パッド部９ｂ（柱状電極１０形成領域）に対応する部分における柱状電極形成用メッキレジスト膜２５に開口部２６が形成される。次に、図７に示すように、下地金属層８をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうと、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の開口部２６内の上部金属層９の接続パッド部９ｂ上面に柱状電極１０が形成される。
【００２３】
次に、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をレジスト剥離液を用いて剥離し、次いで、上部金属層９をマスクとして上部金属層９下以外の領域における下地金属層８をエッチングして除去すると、図８に示すように、上部金属層９下にのみ下地金属層８が残存される。この状態では、上部金属層９およびその下に残存された下地金属層８により、２層構造の配線７が形成されている。
【００２４】
次に、図９に示すように、配線７および柱状電極１０を含む保護膜５の上面に、スピンコート法やスクリーン印刷法等により、エポキシ系樹脂等からなる封止膜１１をその厚さが柱状電極１０の高さよりもやや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１０の上面は封止膜１１によって覆われている。
【００２５】
次に、封止膜１１の上面側を適宜に研削し、図１０に示すように、柱状電極１０の上面を露出させるとともに、この露出された柱状電極１０の上面を含む封止膜１１の上面を平坦化する。次に、図１１に示すように、柱状電極１０の上面に半田ボール１２を形成する。次に、図１２に示すように、ダイシングストリート２２に沿って、封止膜１１、保護膜５、絶縁膜３および半導体ウエハ２１を切断すると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。
【００２６】
このようにして得られた半導体装置では、図４に示す状態において、ラミネートローラを用いた熱圧着方法だけでは、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性が低下していても、図５に示すように、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から圧縮空気で均等に加圧することにより、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性を向上させることができるので、この密着性に起因する配線７間でのショートが発生しにくいようにすることができる。
【００２７】
なお、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を加圧する工程は、図４に示すように、上部金属層９および下地金属層８の上面にドライフィルムレジストのラミネートにより柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を形成した後であって、図７に示すように、電解メッキにより柱状電極１０を形成する前のいつの時点であってもよい。
【００２８】
ところで、図４に示す状態において、ラミネートローラを用いた熱圧着方法だけでは、上部金属層９を含む下地金属層８の微細な凸凹な上面に柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を追従性良くラミネートできない場合がある。このような場合には、上部金属層９の接続パッド部９ｂの周辺部への柱状電極形成用メッキレジスト膜２５の密着性が低下するばかりでなく、上部金属層９の接続パッド部９ｂと上部金属層９の引き回し線部９ｃとの間に空気が残留することがある。
【００２９】
そして、上部金属層９のパターン形状により、この残留した空気の逃げ場が無いと、気泡となってそのまま残留してしまう。このような場合には、図５に示すように、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から圧縮空気で均等に加圧しても、残留気泡がそのまま残留してしまう。そして、この残留気泡が上部金属層９の接続パッド部９ｂ上に乗り上がり、メッキ液がこの残留気泡を通して近傍の上部金属層９の引き回し線部９ｃまで到達すると、配線７間でショートが発生してしまう。そこで、次に、このような不都合を解消することができる実施形態について説明する。
【００３０】
図５を参照して説明すると、まず、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５がラミネートされた半導体ウエハ２１をチャンバ内に配置する。次に、チャンバ内をチャンバ内に設けられたヒータで加熱しながらチャンバ内に供給される圧縮空気による圧力により、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５をその上側から均等に加圧する。一例として、加熱温度は５０〜８０℃とし、加圧力は０．５〜０．９Ｍｐａとし、処理時間は６０ｍｉｎ以下とする。この場合、チャンバ内に設けられたシロッコファンによりチャンバ内の空気を撹拌し、加熱温度を設定温度（例えば５０℃）±３℃程度となるように制御するようにしてもよい。
【００３１】
すると、ドライフィルムレジストからなる柱状電極形成用メッキレジスト膜２５が加熱されて軟化し、上部金属層９を含む下地金属層８の微細な凸凹な上面に追従しやすくなる。そして、圧縮空気による圧力により、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５がその上側から均等に加圧されると、加熱されて軟化した柱状電極形成用メッキレジスト膜２５が上部金属層９を含む下地金属層８の微細な凸凹な上面に追従しようとすることにより、残留気泡が強制的に押し出され、あるいは残留気泡がある程度残っても悪影響を与えない程度に縮小される。これにより、残留気泡に起因する配線７間でのショートが発生しにくいようにすることができる。
【００３２】
なお、この場合も、柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を加熱しながら加圧する工程は、図４に示すように、上部金属層９および下地金属層８の上面にドライフィルムレジストのラミネートにより柱状電極形成用メッキレジスト膜２５を形成した後であって、図７に示すように、電解メッキにより柱状電極１０を形成する前のいつの時点であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初準備したものの断面図。
【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。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリコン基板
２  接続パッド
３  絶縁膜
５  保護膜
７  配線
８  下地金属層
９  上部金属層
１０  柱状電極
１１  封止膜
１２  半田ボール
２１  半導体ウエハ
２２  ダイシングストリート
２３  配線形成用メッキレジスト膜
２５  柱状電極形成用メッキレジスト膜
【図１】
2009289865.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】
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