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技術 半導体装置および半導体装置の製造方法

出願人 ローム株式会社
発明者 高田嘉久
出願日 2013年2月25日 (7年4ヶ月経過) 出願番号 2013-034973
公開日 2014年9月8日 (5年9ヶ月経過) 公開番号 2014-165335
状態 特許登録済
技術分野 半導体集積回路装置の内部配線 半導体または固体装置のマウント
主要キーワード 超小型パッケージ 加圧試験 パッド端子 密着力低下 ウェーハレベル パッシ UBM層 キュア処理
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年9月8日)のものです。
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図面 (16)

課題

Cuからなる再配線と、その周囲の部分との密着性の向上を図ることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供すること。

解決手段

チップサイズパッケージの半導体装置1は、素子形成面2Aを有する基板2と、素子形成面2Aに設けられたパッド端子5と、パッド端子5から延び出たCu再配線9と、Cu再配線9の表面9Dを被覆する樹脂膜16とを含む。Cu再配線9の表面9Dは、粗化処理された粗面Sを含む。

概要

背景

特許文献1では、ウェーハレベルチップサイズパッケージが開示されている。このウェーハレベルチップサイズパッケージでは、半導体基板の上面に、チップパッドおよびパッシべーション層が形成されていて、パッシベーション層上には、第1ポリマー層が形成され、チップパッドおよび第1ポリマー層上には、UBM層が形成されている。UBM層上には、Cu(銅)を使用した再配線が形成され、再配線上には、第2ポリマー層が形成されている。

概要

Cuからなる再配線と、その周囲の部分との密着性の向上をることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供すること。チップサイズパッケージの半導体装置1は、素子形成面2Aを有する基板2と、素子形成面2Aに設けられたパッド端子5と、パッド端子5から延び出たCu再配線9と、Cu再配線9の表面9Dを被覆する樹脂膜16とを含む。Cu再配線9の表面9Dは、粗化処理された粗面Sを含む。

目的

本発明の目的は、Cuからなる再配線と、その周囲の部分との密着性の向上を図ることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

チップサイズパッケージ半導体装置であって、素子形成面を有する基板と、前記素子形成面に設けられたパッド端子と、前記パッド端子から延び出たCu再配線と、前記Cu再配線の表面を被覆する樹脂膜とを含み、前記Cu再配線の表面は、粗化処理された粗面を含む、半導体装置。

請求項2

前記Cu再配線の表面と前記樹脂膜との間に配置される有機被膜を含む、請求項1記載の半導体装置。

請求項3

前記有機被膜は、C、NおよびCuを含む化合物からなる、請求項2記載の半導体装置。

請求項4

前記粗面における反射率は、20%以上25%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。

請求項5

前記粗面の表面粗さRzは、0.95μm以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。

請求項6

前記樹脂膜は、前記基板と前記Cu再配線との間に配置された第1樹脂膜と、前記Cu再配線に対する前記第1樹脂膜の反対側に配置される第2樹脂膜とを含み、前記粗面は、前記Cu再配線における前記第2樹脂膜との界面に設けられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。

請求項7

前記第1樹脂膜と前記第2樹脂膜とが接触している、請求項6記載の半導体装置。

請求項8

前記第2樹脂膜を貫通して前記Cu再配線に接続された外部接続端子を含み、前記外部接続端子は、前記Cu再配線との間で前記第2樹脂膜を挟む挟み部分を含む、請求項6または7記載の半導体装置。

請求項9

チップサイズパッケージの半導体装置の製造方法であって、基板の素子形成面にパッド端子を形成する工程と、前記パッド端子から延び出るCu再配線を形成する工程と、前記Cu再配線の表面を粗化処理し、当該表面に粗面を形成する工程と、前記Cu再配線の表面を、樹脂膜で被覆する工程とを含む、半導体装置の製造方法。

請求項10

前記Cu再配線の表面の粗化処理は、エッチング液で当該表面をエッチングする処理を含む、請求項9記載の半導体装置の製造方法。

請求項11

前記エッチング液は、H2O2およびH2SO4を含む、請求項10記載の半導体装置の製造方法。

請求項12

前記Cu再配線の表面と前記樹脂膜との間に、CおよびNからなる有機被膜を形成する工程を含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

請求項13

前記樹脂膜を貫通して前記Cu再配線に接続される外部接続端子を形成する工程を含む、請求項9〜12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

背景技術

0002

特許文献1では、ウェーハレベルチップサイズパッケージが開示されている。このウェーハレベルチップサイズパッケージでは、半導体基板の上面に、チップパッドおよびパッシべーション層が形成されていて、パッシベーション層上には、第1ポリマー層が形成され、チップパッドおよび第1ポリマー層上には、UBM層が形成されている。UBM層上には、Cu(銅)を使用した再配線が形成され、再配線上には、第2ポリマー層が形成されている。

先行技術

0003

特開2001−144223号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、Cuからなる再配線と、その周囲の部分との密着性の向上を図ることができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。

課題を解決するための手段

0005

請求項1記載の発明は、チップサイズパッケージの半導体装置であって、素子形成面を有する基板と、前記素子形成面に設けられたパッド端子と、前記パッド端子から延び出たCu再配線と、前記Cu再配線の表面を被覆する樹脂膜とを含み、前記Cu再配線の表面は、粗化処理された粗面を含む、半導体装置である。
請求項1の構成によれば、Cu再配線の表面における粗面は、その凹凸が樹脂膜に食い込むように樹脂膜に密着する。これによって、樹脂膜はCu再配線の表面から剥がれにくくなるので、Cu再配線と、その周囲の樹脂膜との密着性の向上を図ることができる。

0006

請求項2記載の発明は、前記Cu再配線の表面と前記樹脂膜との間に配置される有機被膜を含む、請求項1記載の半導体装置である。
請求項2の構成によれば、有機被膜が、Cu再配線の表面のコーティング膜となって、Cu再配線の表面と樹脂膜とをより強固に密着させるので、Cu再配線と、その周囲の樹脂膜との密着性の更なる向上を図ることができる。

0007

請求項3記載の発明のように、前記有機被膜は、C(炭素)、N(窒素)およびCu(銅)を含む化合物からなることが好ましい。
請求項4記載の発明のように、前記粗面における反射率は、20%以上25%以下であることが好ましい。
請求項5記載の発明のように、前記粗面の表面粗さRzは、0.95μm以上であることが好ましい。

0008

請求項6記載の発明は、前記樹脂膜は、前記基板と前記Cu再配線との間に配置された第1樹脂膜と、前記Cu再配線に対する前記第1樹脂膜の反対側に配置される第2樹脂膜とを含み、前記粗面は、前記Cu再配線における前記第2樹脂膜との界面に設けられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置である。
請求項6の構成によれば、Cu再配線の表面における粗面は、その凹凸が樹脂膜の第2樹脂膜に食い込むように第2樹脂膜に密着する。これによって、第2樹脂膜はCu再配線の表面から剥がれにくくなるので、Cu再配線と、その周囲の第2樹脂膜との密着性の向上を図ることができる。

0009

請求項7記載の発明は、前記第1樹脂膜と前記第2樹脂膜とが接触している、請求項6記載の半導体装置である。
請求項7の構成によれば、第1樹脂膜および第2樹脂膜という樹脂膜同士が強固に密着していることから、第1樹脂膜と第2樹脂膜との接触部分の周囲においては、第2樹脂膜はCu再配線の表面から剥がれにくくなるので、Cu再配線と、その周囲の第2樹脂膜との密着性の更なる向上を図ることができる。

0010

請求項8記載の発明は、前記第2樹脂膜を貫通して前記Cu再配線に接続された外部接続端子を含み、前記外部接続端子は、前記Cu再配線との間で前記第2樹脂膜を挟む挟み部分を含む、請求項6または7記載の半導体装置である。
請求項8の構成によれば、外部接続端子の挟み部分が第2樹脂膜をCu再配線へ押さえ付けていることから、挟み部分の周囲においては、第2樹脂膜はCu再配線の表面から剥がれにくくなるので、Cu再配線と、その周囲の第2樹脂膜との密着性の更なる向上を図ることができる。

0011

請求項9記載の発明は、チップサイズパッケージの半導体装置の製造方法であって、基板の素子形成面にパッド端子を形成する工程と、前記パッド端子から延び出るCu再配線を形成する工程と、前記Cu再配線の表面を粗化処理し、当該表面に粗面を形成する工程と、前記Cu再配線の表面を、樹脂膜で被覆する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。

0012

請求項9の方法によれば、Cu再配線の表面における粗面は、その凹凸が樹脂膜に食い込むように樹脂膜に密着する。これによって、樹脂膜はCu再配線の表面から剥がれにくくなるので、Cu再配線と、その周囲の樹脂膜との密着性の向上を図ることができる。
請求項10記載の発明のように、前記Cu再配線の表面の粗化処理は、エッチング液で当該表面をエッチングする処理を含むことが好ましい。

0013

請求項11記載の発明のように、前記エッチング液は、H2O2およびH2SO4を含むことが好ましい。
請求項12記載の発明は、前記Cu再配線の表面と前記樹脂膜との間に、CおよびNからなる有機被膜を形成する工程を含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法である。

0014

請求項12の方法によれば、有機被膜が、Cu再配線の表面のコーティング膜となって、Cu再配線の表面と樹脂膜とをより強固に密着させるので、Cu再配線と、その周囲の樹脂膜との密着性の更なる向上を図ることができる。
請求項13記載の発明のように、前記樹脂膜を貫通して前記Cu再配線に接続される外部接続端子を形成する工程を含んでいてもよい。

図面の簡単な説明

0015

図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
図2は、図1の要部の平面図である。
図3は、半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。
図4Aは、図1に示す半導体装置の製造方法を示す図解的な断面図である。
図4Bは、図4Aの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Cは、図4Bの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Dは、図4Cの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Eは、図4Dの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Fは、図4Eの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Gは、図4Fの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Hは、図4Gの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Iは、図4Hの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Jは、図4Iの次の工程を示す図解的な断面図である。
図4Kは、図4Jの次の工程を示す図解的な断面図である。
図5は、粗化処理時間と、飽和蒸気加圧試験(PCT)でのNG数との関係を示すグラフである。

実施例

0016

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図2は、図1の要部の平面図である。
図1を参照して、この半導体装置1は、ウェーハレベル−チップサイズパッケージ(WL−CSP)であり、スマートフォン等のモバイル機器に搭載され、高機能、小型化、軽量化に対応した超小型パッケージである。

0017

半導体装置1は、基板2と、回路素子3と、酸化膜4と、パッド端子5と、パッシベーション膜6と、第1樹脂膜7と、第1バリア膜8と、Cu再配線9と、有機被膜10と、第2樹脂膜11と、第2バリア膜12と、外部接続端子13とを主に含んでいる。
基板2は、Si(シリコン)等の半導体からなり、所定の厚み(図1における上下方向の寸法)を有している。図1における基板2の上面が、素子形成面2Aである。素子形成面2Aには、トランジスタダイオード等といった回路素子3が形成されている。なお、回路素子3は、複数設けられて、素子形成面2Aにおける複数の領域に配置されていてもよく、各回路素子3の種類(機能)が異なっていてもよい。

0018

酸化膜4は、SiO2(酸化シリコン)からなり、素子形成面2Aの全域を被覆している。
パッド端子5は、Al(アルミニウム)からなる膜状である。基板2の厚さ方向(以下では、単に「厚さ方向」という)から見た平面視(図1では上から見た場合であって、以下では、単に「平面視」という)において、パッド端子5は、たとえば矩形状をなしている(図2参照)。パッド端子5は、酸化膜4上(換言すれば、酸化膜4に被覆された素子形成面2A)に設けられている。パッド端子5は、素子形成面2Aに形成された回路素子3の数に応じて複数設けられていてもよい。パッド端子5は、対応する回路素子3に対して電気的に接続されている。パッド端子5において、素子形成面2A側とは反対側の面(図1における上面)を、表面5Aということにする。

0019

パッシベーション膜6は、酸化膜4上に積層されている。パッシベーション膜6では、平面視においてパッド端子5と一致する部分に、貫通孔6Aが形成されている。パッシベーション膜6において貫通孔6Aを縁取る部分は、パッド端子5の表面5Aの周縁部だけを覆っている。そのため、パッド端子5の表面5Aにおいて周縁部より内側の領域は、パッシベーション膜6の貫通孔6A内に位置し、貫通孔6Aから露出されている。パッシベーション膜6は、SiO2からなるSiO2膜14と、SiN(窒化シリコン)からなるSiN膜15とを含む2層構造を有している。SiO2膜14は、酸化膜4に接触しており、SiN膜15が、SiO2膜14と同一パターンでSiO2膜14上に積層されている。パッシベーション膜6において、素子形成面2A側とは反対側の面(図1におけるSiN膜15の上面)を、表面6Bということにする。

0020

第1樹脂膜7は、樹脂(たとえば、ポリイミド)からなる有機膜であって、パッシベーション膜6上に積層され、パッシベーション膜6の表面6Bの全域を覆っている。第1樹脂膜7では、平面視においてパッド端子5と一致する部分に、貫通孔7Aが形成されている。第1樹脂膜7において貫通孔7Aを縁取る部分は、傾斜面7Bになっていて、貫通孔7Aは、基板2から離れるのに従って、次第に大きくなっている。第1樹脂膜7において貫通孔7Aを縁取る部分は、パッシベーション膜6の貫通孔6Aに入り込み、パッド端子5の表面5Aの周縁部を覆っている。パッド端子5の表面5Aにおいて周縁部より内側の領域は、第1樹脂膜7の貫通孔7A内に位置し、貫通孔7Aから露出されている。第1樹脂膜7において、素子形成面2A側とは反対側の面(図1における上面)を、表面7Cということにする。

0021

第1バリア膜8は、Ti(チタン)からなる。第1バリア膜8は、第1樹脂膜7の表面7Cにおける一部の領域上に積層されている。第1バリア膜8は、第1樹脂膜7の貫通孔7Aに入り込んで、傾斜面7Bの全域を覆い、パッド端子5の表面5Aにおいてパッシベーション膜6の貫通孔6Aおよび第1樹脂膜7の貫通孔7Aから露出された部分の全域も覆っている。

0022

Cu再配線9は、Cu(銅)からなる。Cu再配線9は、第1バリア膜8上に積層されている。ここで、第1バリア膜8が第1樹脂膜7に積層され、第1樹脂膜7が基板2側のパッシベーション膜6に積層されているから、第1樹脂膜7は、基板2とCu再配線9との間に配置されている。
Cu再配線9は、パッド端子5と、平面視においてパッド端子5から離れた位置にある外部接続端子13とを中継する配線である。Cu再配線9は、第1バリア膜8と同様に、第1樹脂膜7の貫通孔7Aに入り込んで、傾斜面7Bの全域を覆い、パッド端子5の表面5Aにおいてパッシベーション膜6の貫通孔6Aおよび第1樹脂膜7の貫通孔7Aから露出された部分の全域も覆っている。Cu再配線9は、平面視において直線的に延びる帯状であり(図2参照)、パッド端子5の表面5Aから、(図1では右側へ)延び出ている。Cu再配線9の長手方向(図1における左右方向)において、一端部(図1における左端部)9Aが、第1樹脂膜7の貫通孔7Aに入り込んで、第1バリア膜8を介して、パッド端子5の表面5Aに対して電気的に接続されている。一方、Cu再配線9の長手方向の他端部(図1における右端部)9Bは、当該長手方向において一端部9Aから最も離れている。ここで、Cu再配線9において一端部9Aと他端部9Bとの間の部分を、中間部9Cということにする。Cu再配線9における電気抵抗下げ高効率化および省電力化を図るために、Cu再配線9の幅W(当該長手方向に直交する短手方向における寸法)は、690μmと比較的に広めになっている(図2参照)。

0023

Cu再配線9において、第1バリア膜8に接触している面(図1では下面)以外を表面9Dということにする。表面9Dには、図9における上面だけでなく、Cu再配線9の厚さ方向(図1における上下方向)に沿う端面も含まれる。表面9Dの全域は、粗化処理された粗面Sとなっている。ここでの「粗面S」は、光を投光した場合における反射率が20%以上25%以下となるように凹凸加工された面のことをいう。ちなみに、粗化処理されていない表面での反射率は、25%より大きい。また、このような粗面Sの表面粗さ(10点平均表面粗さ)Rzは、0.90μm以上1.20μm以下である。そして、図1では、表面9Dを、粗面Sの凹凸が目立つように、誇張して示している。また、Cu再配線9において第1樹脂膜7の貫通孔7Aに入り込んでいる部分の表面9Dは、貫通孔7Aに応じて少し窪んでいる。

0024

有機被膜10は、Cu再配線9の酸化を防止するために設けられている。有機被膜10は、Cu再配線9上に積層され、Cu再配線9の表面9Dの全域および第1バリア膜8の外周の端面(図1の場合は、左右の端面)を覆っている。有機被膜10は、N(窒素)、C(炭素)およびCu(銅)を成分とする化合物からなる有機銅被膜であり、耐熱性および耐酸化性を有する材料からなる。有機被膜10の厚さは、50Å程度である。有機被膜10は、Cu再配線9の銅表面に、銅を含まない所定の薬液をつけることで銅配線(Cu再配線9)の表面に銅と有機物との化合物を成長させることによって形成される。有機被膜10の表面10Aは、図1に示すように、Cu再配線9の表面9Dの粗面Sにおける凹凸に応じて、ギザギザになっていてもよい。

0025

第2樹脂膜11は、樹脂(たとえばエポキシ樹脂)からなる有機膜である。第2樹脂膜11は、第1樹脂膜7および有機被膜10上に積層されている。第2樹脂膜11は、Cu再配線9の表面9Dを覆っている有機被膜10において第1樹脂膜7から露出されている部分(図1における上面および側面)の全域を覆っている。そのため、第2樹脂膜11は、有機被膜10を介して、Cu再配線9の表面9Dを被覆している。Cu再配線9の表面9D(粗面S)は、Cu再配線9における第2樹脂膜11との界面になっている。

0026

この場合、Cu再配線9の表面9Dにおける粗面Sは、その凹凸が樹脂膜16に食い込むように樹脂膜16の第2樹脂膜11に密着する。これによって、樹脂膜16(第2樹脂膜11)はCu再配線9の表面9Dから剥がれにくくなるので、Cu再配線9と、その周囲の樹脂膜16との密着性の向上を図ることができ、半導体装置1の高信頼性を実現できる。

0027

ここで、Cu再配線9の表面9Dと第2樹脂膜11との間における密着力低下の原因は、Cu再配線9の表面9DにCuの酸化物が形成されて当該表面9Dと第2樹脂膜11との間で成長することによるものと考えられる。また、Cu再配線9の成分であるCuが、密着性に関して樹脂膜と相性が悪いことも原因と考えられる。
Cu再配線9の表面9Dに粗面Sを形成せずに、表面9Dを有機被膜10で覆うだけでも、密着力低下をある程度抑えることができる。しかし、前述したように、Cu再配線9の幅W(図2参照)は、690μmと比較的広いので、Cu再配線9と樹脂膜16(第2樹脂膜11)との対向面積が広くなっている。この場合、Cu再配線9と樹脂膜16との密着性を前記対向面積全域に亘って維持することは、Cu再配線9の表面9Dを有機被膜10で覆うだけでは困難である。特に、Cu再配線9において一端部9Aと他端部9Bとの間の中間部9C(図2において1点鎖線で囲った領域)における(Cu再配線9と樹脂膜16との)密着性の確保は難しい。

0028

そこで、Cu再配線9の表面9Dに粗面Sを設けることによって、前記対向面積全域に亘る密着性の向上が可能になっている。さらに、Cu再配線9の表面9Dと第2樹脂膜11との間に配置された有機被膜10が、Cu再配線9の表面9Dのコーティング膜となって、Cu再配線9の表面9Dと樹脂膜16(第2樹脂膜11)とをより強固に密着させるので、Cu再配線9と、その周囲の樹脂膜16との密着性の更なる向上を図ることができる。

0029

そして、第2樹脂膜11は、有機被膜10を覆っているだけでなく、第1樹脂膜7の表面7Cにおいて有機被膜10が設けられていない部分の全域も覆っている。そのため、第1樹脂膜7と第2樹脂膜11とは、平面視における有機被膜10(Cu再配線9)以外の領域では、接触している。つまり、第1樹脂膜7および第2樹脂膜11という樹脂膜同士が強固に密着していることから、第1樹脂膜7と第2樹脂膜11との接触部分の周囲(特に、Cu再配線9の一端部9Aの周囲)においては、第2樹脂膜11はCu再配線9の表面9Dから剥がれにくくなるので、Cu再配線9と、その周囲の第2樹脂膜11との密着性の更なる向上を図ることができる。このように共に樹脂からなる第1樹脂膜7および第2樹脂膜11は、樹脂膜16を構成している。

0030

一方、平面視において有機被膜10と一致する領域では、第1樹脂膜7と第2樹脂膜11との間に、Cu再配線9および有機被膜10が配置されていて、第2樹脂膜11は、Cu再配線9に対する第1樹脂膜7の反対側に配置されている。
第2樹脂膜11では、平面視においてCu再配線9の他端部9Bと一致する部分に、貫通孔11Aが形成されている。第2樹脂膜11において貫通孔11Aを縁取る部分は、傾斜面11Bになっていて、貫通孔11Aは、基板2から離れるのに従って、次第に大きくなっている。第2樹脂膜11において、素子形成面2A側とは反対側の面(図1における上面)を、表面11Cということにする。

0031

第2バリア膜12は、Ti(チタン)からなる。第2バリア膜12は、第2樹脂膜11の表面11Cにおける一部の領域上に積層されている。第2バリア膜12は、第2樹脂膜11の貫通孔11Aに入り込んで、傾斜面11Bの全域を覆い、有機被膜10の表面10A(Cu再配線9の表面9D)において第2樹脂膜11の貫通孔11Aから露出された部分の全域も覆っている。

0032

外部接続端子13は、Cuからなる。外部接続端子13は、第2バリア膜12上に積層されつつ、第2樹脂膜11の貫通孔11Aに埋め込まれている。外部接続端子13は、貫通孔11Aにおいて第2樹脂膜11を貫通し、第2バリア膜12を介してCu再配線9に対して電気的に接続されている。外部接続端子13の一部は、第2樹脂膜11の貫通孔11Aから、その周囲にはみ出している。当該一部を、挟み部分13Aということにする。平面視における貫通孔11Aの周囲の領域では、Cu再配線9、有機被膜10、第2樹脂膜11および挟み部分13Aがこの順番で積層されている。そのため、挟み部分13Aは、Cu再配線9および有機被膜10との間で、第2樹脂膜11を挟んでいる。つまり、外部接続端子13の挟み部分13Aが第2樹脂膜11をCu再配線9へ押さえ付けていることから、挟み部分13Aの周囲(特に、Cu再配線9の他端部9Bの周囲)においては、第2樹脂膜11はCu再配線9の表面9Dから剥がれにくくなる。よって、Cu再配線9と、その周囲の第2樹脂膜11との密着性の更なる向上を図ることができる。

0033

そして、図1における外部接続端子13の上面を、表面13Bということにする。表面13Bにおいて平面視で第2樹脂膜11の貫通孔11Aと一致する部分は、貫通孔11Aに応じて少し窪んでいる。表面13Bには、半田ボール17が形成される。
この半導体装置1では、回路素子3と、パッド端子5と、第1バリア膜8と、Cu再配線9と、第2バリア膜12と、外部接続端子13とが電気的に接続されている。そのため、半田ボール17からの外部電力が回路素子3に供給されることによって、回路素子3が動作することができる。

0034

図3は、半導体装置1の製造方法を示したフローチャートである。図4A図4Kは、図1に示す半導体装置1の製造方法を示す図解的な断面図である。
次に、図3および図4A図4Kを参照しながら、図1に示す半導体装置1の製造方法を説明する。
まず、図4Aに示すように、基板2(厳密には、基板2の元となるウエハ)を作製する。LSI製造工程として、基板2の素子形成面2Aに、前述した酸化膜4、パッド端子5、パッシベーション膜6を形成する。

0035

次に、パッド端子5およびパッシベーション膜6上の全域に、ポリイミド膜を形成する。このポリイミド膜を、図示しないマスクを用いて露光し、当該ポリイミド膜に熱処理キュア処理)を施す。すると、当該ポリイミド膜は、図4Bに示すように、貫通孔7Aおよび傾斜面7Bが形成された第1樹脂膜7となる(図3のステップS1)。
次いで、スパッタ法により、Tiからなる膜(Ti膜20)と、Cuからなる膜(Cu膜21)とを、この順番で、第1樹脂膜7上に形成する。図4Cに示すように、Ti膜20およびCu膜21は、互いに重なった状態で、第1樹脂膜7の表面7Cの全域を覆い、さらに、第1樹脂膜7の貫通孔7Aに入り込んで、第1樹脂膜7の傾斜面7Bとパッド端子5の表面5Aとを覆っている。

0036

次いで、図4Dに示すように、Cu膜21上に、レジストパターン22を形成する。レジストパターン22には、開口23が形成されている。平面視において、1つの開口23は、1つのCu再配線9(図1および図2参照)と一致している。
次いで、Cu再配線9を形成する(図3のステップS2)。具体的には、図4Eに示すように、レジストパターン22の開口23から露出されているCu膜21の表面にCuのめっきを施す。このとき、開口23に露出されているCu膜21がシード層となり、Cu膜21上にCuが堆積する。Cu膜21上のCuが所定厚さになると、開口23内には、Cu膜21およびCu膜21上のCuによって、Cu再配線9が形成される。

0037

次いで、レジストパターン22を剥離する。そして、Ti膜20およびCu膜21において今までレジストパターン22に覆われていた部分(平面視でレジストパターン22と一致していた部分)を、図4Fに示すように、エッチングにより除去する。残ったTi膜20は、前述した第1バリア膜8となり、残ったCu膜21は、Cu再配線9の一部となる。

0038

次いで、Cu再配線9の表面9Dを粗化処理する(図3のステップS3)。具体的には、H2O2(過酸化水素)およびH2SO4(硫酸)を含むエッチング液で、Cu再配線9の表面9Dを、エッチング量が0.7μm以上となるように、所定時間(粗化処理時間ということにする)エッチングする。エッチング液では、H2O2が表面9Dを酸化し、H2SO4が表面9D(表面9Dの酸化銅)をエッチングする。このような粗化処理により、図4Gに示すように、Cu再配線9の表面9Dに粗面Sが形成される。なお、目標の粗面Sが形成されたか否かは、原子間力顕微鏡AFM)で観察することによって、確認できる。

0039

次いで、図4Hに示すように、Cu再配線9の表面9Dに、有機被膜10を形成する。具体的には、Cu再配線9の表面9Dに、有機被膜10の材料をスピンコートで塗布したり、当該材料の溶液にCu再配線9を浸けたりし、その後、余った材料を水で洗い落す。
次に、第1樹脂膜7および有機被膜10上の全域に、ポリイミド膜を形成する。このポリイミド膜を、リソグラフィ工程により、図示しないマスクを用いて露光し、当該ポリイミド膜に熱処理(キュア処理)を施す。すると、当該ポリイミド膜は、図4Iに示すように、貫通孔11Aおよび傾斜面11Bが形成された第2樹脂膜11(樹脂膜16)となり(図3のステップS4)、有機被膜10の表面10A(換言すれば、Cu再配線9の表面9D)を被覆している。

0040

次いで、スパッタ法により、Tiからなる膜(Ti膜24)と、Cuからなる膜(Cu膜25)とを、この順番で、第2樹脂膜11上に形成する。図4Jに示すように、Ti膜24およびCu膜25は、互いに重なった状態で、第2樹脂膜11の表面11Cの全域を覆い、さらに、第2樹脂膜11の貫通孔11Aに入り込んで、第2樹脂膜11の傾斜面11Bと貫通孔11A内における有機被膜10の表面10Aとを覆っている。

0041

次いで、図4Jに示すように、Cu膜25上に、レジストパターン26を形成する。レジストパターン26には、開口27が形成されている。平面視において、1つの開口27は、1つの外部接続端子13(図1参照)と一致している。
次いで、外部接続端子13を形成する(図3のステップS5)。具体的には、図4Kに示すように、レジストパターン26の開口27から露出されているCu膜25の表面にCuのめっきを施す。このとき、開口27に露出されているCu膜25がシード層となり、Cu膜25の上にCuが堆積する。Cu膜25上のCuが所定厚さになると、開口27内には、Cu膜25およびCu膜25上のCuによって、外部接続端子13が形成される。

0042

次いで、レジストパターン26を剥離する。そして、Ti膜24およびCu膜25において今までレジストパターン26に覆われていた部分(平面視でレジストパターン26と一致していた部分)を、エッチングにより除去する。残ったTi膜24は、前述した第2バリア膜12となり、残ったCu膜25は、外部接続端子13の一部となる。
そして、隣り合う半導体装置1を、境界線Lで分離すると、個々の半導体装置1が得られる。

0043

図5は、前述した粗化処理時間と、飽和蒸気加圧試験(PCT)でのNG数との関係を示すグラフである。
飽和蒸気加圧試験とは、半導体装置1に対して飽和蒸気を浴びせ続ける耐久試験であり、飽和蒸気加圧試験の最中に、Cu再配線9の表面9DにCuの酸化物が形成された半導体装置1は、NG(不合格)となる。飽和蒸気加圧試験の時間が長くなるほど、半導体装置1にとっては厳しくなる。

0044

そして、前述した粗化処理において、粗化処理時間を長くすると、Cu再配線9の表面9Dのエッチング量が増えるので、表面9Dの粗面Sが粗くなる。このことを踏まえ図5を参照すると、300h(時間)続ける飽和蒸気加圧試験の場合、粗化処理時間が10s(秒)以上であった半導体装置1であれば、NG数(NGになった半導体装置1のカウント数)を1つも発生せずにクリアできる(三角ドットを参照)。400h続ける(厳しい)飽和蒸気加圧試験の場合、粗化処理時間が40s以上であった半導体装置1であれば、NG数を1つも発生せずにクリアできる(四角のドットを参照)。500h続ける(さらに厳しい)飽和蒸気加圧試験の場合、粗化処理時間が80s以上であった半導体装置1であれば、前述したエッチング量が0.7μm以上となり、NG数を1つも発生せずにクリアできる(菱形のドットを参照)。そのため、粗化処理時間は、10s以上であればよく、好ましくは、40s以上であり、さらに好ましくは、80s以上であるとよい。そうすれば、厳しい飽和蒸気加圧試験をクリアできるように、半導体装置1の信頼性を向上させることができる。

0045

また、粗化処理時間と、粗面Sにおける反射率(平均反射率)と、粗面Sにおける表面粗さRzとの関係については、以下(1)〜(4)の4つのデータが得られている。
(1)粗化処理なし(粗化処理時間は0s)の場合、平均反射率は、28.3%であり、表面粗さRzは、0.89μm。
(2)粗化処理時間が30sの場合、平均反射率は、22.7%であり、表面粗さRzは、0.96μm。
(3)粗化処理時間が60sの場合、平均反射率は、21.9%であり、表面粗さRzは、1.11μm。
(4)粗化処理時間が90sの場合、平均反射率は、21.5%であり、表面粗さRzは、1.20μm。

0046

これら(1)〜(4)にデータより、粗化処理時間の代わりに、平均反射率や表面粗さRzに基づいて粗面Sを特定する場合には、粗面Sにおける平均反射率は、25%以下がよく、23%以下が好ましく、22%以下がさらに好ましい。また、粗面Sにおける表面粗さRzは、0.95μm以上がよく、1.10μm以上が好ましく、1.20以上がさらに好ましい。

0047

以上の他にも、この発明は、様々な形態での実施が可能であり、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
たとえば、前述した実施形態では、Cu再配線9の表面9Dの全域に粗面Sを設けているが、表面9Dにおいて、第2樹脂膜11との密着性が弱い領域だけに粗面Sを設けても構わない。

0048

また、有機被膜10を省略した構成もあり得る。

0049

1半導体装置
2基板
2A素子形成面
5パッド端子
7 第1樹脂膜
9 Cu再配線
9D 表面
10有機被膜
11 第2樹脂膜
13外部接続端子
13A 挟み部分
16 樹脂膜
S 粗面

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