專利名稱：包括電遷移防護膜的半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括電遷移防護膜的半導體裝置及其制造方法。
背景技術：
在日本專利申請KOKAI公開No.2004-207306中描述了一種被稱為芯 片尺寸封裝(CSP)的半導體裝置。該半導體裝置包括半導體襯底，所述 襯底具有設置在其上表面上的多個連接焊盤。在設置于半導體襯底上的絕 緣膜的上表面上，設置多個布線，使得它們與相應的連接焊盤電連接。柱 狀電極設置在這些布線的連接焊盤部分的相應上表面上。密封膜設置在布 線和絕緣膜的上表面上，使得該密封膜的上表面與柱狀電極的上表面平齊。 焊球分別設置在柱狀電極的上表面上。
在上述常規(guī)半導體裝置中，直接封蓋布線的密封膜由環(huán)氧樹脂制成， 從而存在布線中的金屬(銅)離子因發(fā)生電遷移而擴散到密封膜內(nèi)的問題， 這是在布線之間引發(fā)短路的一個因素。
此外，其中的填料由例如硅石制成的環(huán)氧樹脂可以作為密封膜的材料。 在這種半導體裝置中，布線可能會受到填料的機械損傷。為了防止布線因 機械損傷而斷裂，存在布線的小型化受到限制的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種半導體裝置及其制造方法，其可以防止 布線之間因電遷移而引發(fā)的短路以及即使在包含填料的樹脂被用作密封膜 材料的情況下也可以防止布線很容易地受到填料的機械損傷。
根據(jù)本發(fā)明第權利要求1的一方面的半導體裝置包括-
半導體襯底；
設置在半導體襯底的一側并具有連接焊盤部分的多個布線； 分別設置在布線的連接焊盤部分上的多個柱狀電極，這些柱狀電極每 個都包括外周表面和頂表面；至少設置在布線的表面上的電遷移防護膜；以及 繞柱狀電極的外周表面設置的密封膜。
根據(jù)本發(fā)明權利要求6的第二方面的一種半導體裝置，包括 半導體襯底；
設置在半導體襯底的上側的多個布線；
設置在布線的表面上并在與布線的連接焊盤部分相對應的部分具有開 口的無機絕緣膜；
設置在無機絕緣膜的上表面上以及半導體襯底的上側上并在與布線的 連接焊盤部分相對應的部分具有開口的由有機樹脂制成的外套膜；以及
設置在無機絕緣膜的開口中以及外套膜的開口之中和上方并與布線的 連接焊盤部分電連接的多個柱狀電極。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的本發(fā)明的制造方法，包括
在半導體襯底的上側上形成多個布線；
在布線的連接焊盤部分上形成多個柱狀電極；
在布線的表面上、在柱狀電極的表面上以及在半導體襯底的上側上形
成電遷移防護膜；
在電遷移防護膜上形成密封膜；以及
研磨密封膜的上表面一側以露出柱狀電極的上表面。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的本發(fā)明的制造方法，包括 在半導體襯底的上側上形成多個布線；
在布線的連接焊盤部分上形成多個柱狀電極；
在布線的表面上、在柱狀電極的表面上以及在半導體襯底的上側上形 成電遷移防護膜；
去除形成在柱狀電極的上部的表面上的電遷移防護膜； 在電遷移防護膜和柱狀電極上形成密封膜；以及 研磨密封膜的上表面一側以露出柱狀電極的上表面。 根據(jù)本發(fā)明第五方面的半導體裝置制造方法，包括 在半導體襯底的上側上形成多個布線；
在布線的表面上形成無機絕緣膜，該無機絕緣膜在與布線的連接焊盤 部分相對應的部分具有開口；在半導體襯底的上側以及在無機絕緣膜上形成由有機樹脂制成的外套 膜，所述外套膜在與布線的連接焊盤部分相對應的部分具有開口；以及
通過電解電鍍在無機絕緣膜的開口中以及在外套膜的開口之中和上方 形成柱狀電極。
根據(jù)本發(fā)明，電遷移防護膜設置在至少布線的表面上，并且因此可以 防止由電遷移引發(fā)的布線之間的短路。而且，電遷移防護膜起到保護膜的 作用，這樣即使在包含填料的樹脂被作為密封膜材料的情況下也可以防止 布線很容易地受到填料的機械損傷。


圖1是作為本發(fā)明第一實施方式的半導體裝置的剖視圖2是在制造圖1所示的半導體裝置的方法的一個實例中的初始制備
組件的剖視圖3是圖2之后的步驟的剖視圖； 圖4是圖3之后的步驟的剖視圖； 圖5是圖4之后的步驟的剖視圖； 圖6是圖5之后的步驟的剖視圖； 圖7是圖6之后的步驟的剖視圖； 圖8是圖7之后的步驟的剖視圖； 圖9是圖8之后的步驟的剖視圖； 圖10是圖9之后的步驟的剖視圖11是作為本發(fā)明第二實施方式的半導體裝置的剖視圖； 圖12是在制造圖11所示半導體裝置的方法的一個實例中的預定步驟 的剖視圖13是圖12之后的步驟的剖視圖14是作為本發(fā)明第三實施方式的半導體裝置的剖視圖； 圖15是在制造圖14所示的半導體裝置的方法的一個實例中的初始制 備的組件的剖視圖16是圖15之后的步驟的剖視圖； 圖17是圖16之后的步驟的剖視圖；圖18是圖17之后的步驟的剖視圖； 圖19是圖18之后的步驟的剖視圖； 圖20是圖19之后的步驟的剖視圖； 圖21是圖20之后的步驟的剖視圖； 圖22是圖21之后的步驟的剖視圖； 圖23是圖22之后的步驟的剖視圖； 圖24是圖23之后的步驟的剖視圖； 圖25是圖24之后的步驟的剖視圖26是作為本發(fā)明第四實施方式的半導體裝置的剖視圖； 圖27是在制造圖26所示半導體裝置的方法的一個實例中的預定步驟 的剖視圖28是圖27之后的步驟的剖視圖29是圖28之后的步驟的剖視圖30是圖29之后的步驟的剖視圖31是圖30之后的步驟的剖視圖32是圖31之后的步驟的剖視圖33是圖32之后的步驟的剖視圖；以及
圖34是作為本發(fā)明第五實施方式的半導體裝置的剖視圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)
圖1表示作為本發(fā)明第一實施方式的半導體裝置的剖視圖。該半導體 裝置被稱為CSP,并包括硅襯底(半導體襯底)1。集成電路(未示出)設 置在硅襯底1的上表面之上或之中，并且由金屬(例如鋁基金屬)制成的 多個連接焊盤2設置在硅襯底1的上表面的周邊部分，使得這些連接焊盤 與集成電路電連接。
由無機材料(例如氧化硅或氮化硅)制成的絕緣膜3設置在除連接焊 盤2的中心之外的連接焊盤2的上表面上以及硅襯底1的上表面上。連接 焊盤2的中心通過設置在絕緣膜3上的開口4而露出。由無機材料(例如 聚酰亞胺樹脂或聚對苯撐苯并二噁唑(PBO)樹脂制成的電絕緣保護膜5設置在絕緣膜3的上表面上。開口 6設置在保護膜5的與絕緣膜3的開口 4 相對應的部分中。凹部或凹槽7設置在保護膜5的周邊部分。
多個布線8設置在保護膜5的上表面上。每個布線8都具有雙層結構， 其由例如由設置在保護膜5的上表面上的銅制成的基礎金屬層9和由設置 在基礎金屬層9的上表面上的銅制成的上金屬層10組成。布線8的一端通 過絕緣膜3和保護膜5的對準的開口 4, 6與連接焊盤2電連接。由銅制成 的柱狀電極11設置在布線8的另一端上或連接焊盤部分的上表面上。
由聚酰亞胺樹脂或PBO樹脂制成并部分圓柱形地突出以封蓋柱狀電極 11的外周表面的電遷移防護膜12設置在布線8的表面上以及保護膜5的上 表面上。凹部13在與保護膜5的凹部7相對應的部分中設置在電遷移防護 膜12的周邊部分上。因此，保護膜5的外表面優(yōu)選與電遷移防護膜12的 外表面平齊。
在絕緣膜3的通過保護膜5和電遷移防護膜12的凹部7, 13露出的上 表面上以及在電遷移防護膜12的上表面上設置由環(huán)氧樹脂制成的密封膜 14，所述環(huán)氧樹脂包含由例如硅石制成的填料，使得所述密封膜14的上表 面可以與柱狀電極11的上表面平齊。該密封膜14通過電遷移防護膜12的 圓柱形突起封閉柱狀電極11的側表面。焊球15分別設置在相應柱狀電極 11的上表面上。
下面，將描述制造所述半導體裝置的方法的一個實例。首先，如圖2 所示，制備這樣的組件，其中在處于晶片狀態(tài)下的硅襯底(下文稱為半導 體晶片21)的上側上形成由鋁基金屬制成的連接焊盤2、由例如氧化硅或 氮化硅制成的絕緣膜3以及由例如聚酰亞胺樹脂或PBO樹脂制成的保護膜 5，并且通過穿過絕緣膜3和保護膜5形成的開口 4， 6露出連接焊盤2的 中心。
在這種情況下，具有預定功能的集成電路(未示出)形成在半導體晶 片21的上表面的形成半導體裝置的區(qū)域中，并且每組連接焊盤2與形成在 相應部分中的集成電路中的每一個電連接。在圖2中，由附圖標記22表示 的區(qū)域與劃線相對應。沿晶片21的上表面延伸的凹部或凹槽7形成在保護 膜5的與劃線22相對應的部分中并形成在其兩側。
接著，如圖3所示，基礎金屬層9形成在連接焊盤2的通過絕緣膜3和保護膜5的開口4， 6露出的中心上表面上、絕緣膜3上、以及保護膜5 的整個上表面上。該基礎金屬層9的形成方法和傳導材料不受限制，并且 可以僅是通過無電鍍形成的銅層，可以僅是通過濺射形成的銅層，或者可 以是通過在薄膜層(例如通過濺射形成的鈦層)上進行濺射形成的銅層。
接著，電鍍抗蝕膜形成膜形成在基礎金屬層9的上表面上，并且該膜 被構圖以形成電鍍抗蝕膜23。開口 24形成在電鍍抗蝕膜23的與形成上金 屬層IO的區(qū)域相對應的部分中。之后，利用基礎金屬層9作為電鍍電流通 路實施具有銅的電解電鍍，由此在基礎金屬層9的處于電鍍抗蝕膜23的開 口 24中的部分的上表面上形成上金屬層10。隨后，去除電鍍抗蝕膜23。
接著，如圖4所示，電鍍抗蝕膜形成膜形成在上金屬層10和基礎金屬 層9的上表面上，并且該膜被構圖以形成電鍍抗蝕膜25。在這種情況下， 開口 26形成在電鍍抗蝕膜25的與形成上金屬層10的連接焊盤部分也就是 柱狀電極11的區(qū)域相對應的部分中。之后，利用基礎金屬層9作為電鍍電 流通路實施具有銅的電解電鍍，使得柱狀電極11形成在上金屬層10的處 于電鍍抗蝕膜25的開口 26中的連接焊盤部分的相應上表面上。
接著，去除電鍍抗蝕膜25，并隨后利用上金屬層IO作為掩模刻蝕和去 除未處于上金屬層10下方的區(qū)域的基礎金屬層9。因而，基礎金屬層9如 圖5所示僅保留在上金屬層10的下方。在這種狀態(tài)下，布線8由基礎金屬 層9和形成在基礎金屬層9的上表面上的上金屬層10構成。
接著，通過適當方法(例如旋轉涂敷法)在布線8的表面上、在柱狀 電極11的外周表面(上表面和外周側表面)上以及在保護膜5的上表面上 形成由例如聚酰亞胺樹脂或PBO樹脂制成的電遷移防護膜12。之后，如圖 6所示，通過光刻法在電遷移防護膜12的與保護膜5的凹部7相對應的部 分形成凹部13。
接著，如圖7所示，例如通過絲網(wǎng)印刷法或旋轉涂敷法在通過保護膜5 和電遷移防護膜12的凹部7， 13露出的絕緣膜3的上表面和電遷移防護膜 12的上表面上形成由例如環(huán)氧樹脂制成的密封膜14,所述環(huán)氧樹脂包括由 例如硅石制成的填料，使得該密封膜14的厚度可以比柱狀電極11的高度
(包括電遷移防護膜12的形成在柱狀電極11的上表面上的部分的厚度) 更大。接著，密封膜14的上表面一側得到適當研磨和去除，以如圖8所示露 出柱狀電極11的上表面以及電遷移防護膜12的形成在柱狀電極11的外周 表面上的圓柱形部分的上表面，并使包括這些露出表面的密封膜14的上表 面變平。
接著，如圖9所示，悍球15形成在相應柱狀電極11的上表面上。之 后，如圖10所示，沿切線22切割半導體晶片21、絕緣膜3和密封膜14， 由此獲得圖1所示的多個半導體裝置。
在由此獲得的半導體裝置中，布線8的表面(上表面和側表面)和柱 狀電極U的外周表面覆蓋有由例如聚酰亞胺樹脂或PBO制成的電遷移防 護膜12，如圖1所示。因此，在布線之間不會產(chǎn)生任何電遷移，由此可以 防止因布線8的電遷移而產(chǎn)生的短路。
此外，在圖1所示的半導體裝置中，布線8的表面覆蓋有由例如聚酰 亞胺樹脂或PBO樹脂制成的電遷移防護膜12，使得即使在包括由例如硅石 制成的填料的環(huán)氧樹脂被用作密封膜14的材料的情況下布線8也不會很容 易受到填料的機械損傷。
在圖1所示的半導體裝置中，柱狀電極11的整個外周表面覆蓋有電遷 移防護膜12，并且焊球15僅設置在柱狀電極11的上表面上，使得電遷移 防護膜12的覆蓋柱狀電極11的外周表面的圓柱形部分的上表面在密封膜 14的上表面中露出。在這種情況下，如果電遷移防護膜12由聚酰亞胺樹脂 或PBO樹脂制成，抗潮可靠性因這些樹脂具有吸濕性而降低。因此下面將 描述可以提高抗潮可靠性的本發(fā)明的第二實施方式。 (第二實施方式)
圖11表示作為本發(fā)明第二實施方式的半導體裝置的剖視圖。該半導體 裝置與圖1所示的半導體裝置的不同之處在于柱狀電極11的下外周表面覆 蓋有電遷移防護膜12，并且柱狀電極11的上外周表面覆蓋有密封膜14， 使得電遷移防護膜12的圓柱形部分的上表面在密封膜14的上表面中不露 出。
下面，將描述制造該半導體裝置的方法的一個實例。在這種情況下， 在圖6所示的步驟之后，通過例如旋轉涂敷法在絕緣膜3的通過保護膜5 和電遷移防護膜12的凹部或凹槽7， 13露出的上表面上以及在電遷移防護膜12上除如圖12所示形成在柱狀電極11的外周表面上的電遷移防護膜12 的圓柱形部分的頂部之外的部分的上表面上形成抗蝕膜41 。在這種情況下， 抗蝕膜41的形成在電遷移防護膜12的上表面上的部分的厚度是柱狀電極 11的高度的大致一半。
接著，電遷移防護膜12的形成在柱狀電極11的上外周表面上并比抗 蝕膜41的上表面突出更高的圓柱形部分得到刻蝕和去除，使得柱狀電極11 的比抗蝕膜41的上表面突出更高的上外周表面如圖13所示露出。隨后， 與上述第一實施方式中的制造方法一樣，通過密封膜形成步驟、焊球形成 步驟以及劃線步驟如圖11所示獲得結構為柱狀電極11的上外周表面覆蓋 有密封膜14的多個半導體裝置。
在由此獲得的半導體裝置中，柱狀電極11的上外周表面以及由此還有 電遷移防護膜12的圓柱形部分的上表面如圖11所示覆蓋有由不透水的環(huán) 氧樹脂制成的密封膜14，使得抗潮可靠性得到提高。在這種情況下，當密 封膜14由包含例如硅石制成的填料的環(huán)氧樹脂制成時，也可以提高抗潮可 靠性。
(第三實施方式)
圖14表示作為本發(fā)明的第三實施方式的半導體裝置的剖視圖。該半導 體裝置被稱為CSP，并包括硅襯底(半導體襯底)1。集成電路(未示出) 設置在硅襯底1的上表面上，并且由金屬(例如鋁基金屬)制成的多個連 接焊盤2設置在硅襯底1的上表面的周邊部分，使得這些連接焊盤與集成 電路相連。
由包含作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材料制成的第一無機絕 緣膜16設置在除了連接焊盤2的中心之外的連接焊盤2的上表面上以及硅 襯底1的上表面上。連接焊盤2的中心通過設置在第一無機絕緣膜16上的 開口 4露出。由有機材料(例如聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂)制成的有機保 護膜(有機絕緣膜)40設置在第一無機絕緣膜16的上表面上。開口 6設置 在有機保護膜40的與第一無機絕緣膜16的開口 4相對應的部分中。
由例如銅制成的基礎金屬層9設置在有機保護膜40的上表面上。由銅 制成的上電極層10設置在基礎金屬層9的整個上表面上，并且這些層構成 布線8。布線8的包括基礎金屬層9的一端通過第一無機絕緣膜16和有機保護膜40的開口 4， 6與連接焊盤2電連接。由包含作為主要成分的氧化 硅或氮化硅的無機材料制成的第二無機絕緣膜19設置在布線8和有機保護 膜40的上表面上。開口 20形成在第二無機絕緣膜19的與布線8的連接焊 盤部分相對應的部分中。
由有機材料(聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂)制成的外套膜29設置在第二 無機絕緣膜19的上表面上。開口 30形成在外套膜29的與布線8的連接焊 盤部分相對應的部分中。由金屬(例如銅)制成的基礎金屬層37設置在布 線8的通過第二無機絕緣膜19和外套膜29的開口 20， 12露出的連接焊盤 部分的上表面上、第二無機絕緣膜19的開口 20的內(nèi)壁表面上、外套膜29 的開口 30的內(nèi)壁表面上、以及外套膜29的繞外套膜29的開口 30的部分 的上表面上。由銅制成的柱狀電極11設置在基礎金屬層37的整個上表面 上。 ，，
每個柱狀電極11都由設置在第二無機絕緣膜19和外套膜29的開口 20， 12中的下柱狀電極部分Ua和設置在下柱狀電極部分lla的上表面和 周部上以及外套膜29上的上柱狀電極部分11b。柱狀電極11的下柱狀電極 部分11a通過基礎金屬層37的設置在第二無機絕緣膜19和外套膜29的開 口 20， 12中的部分與布線8的相應連接焊盤部分電連接。焊球15設置在 基礎金屬層37的設于外套膜29的上表面上的外周邊緣的外周側表面上以 及柱狀電極11的上柱狀電極部分lib的表面上。
下面，將描述制造該半導體裝置的方法的一個實例。首先，如圖15所 示，制備這樣的組件，其中由例如鋁基金屬制成的連接焊盤部分2、由包 含作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材料制成的第一無機絕緣膜16以 及由有機材料(例如聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂)制成的有機保護膜40形成 在處于晶片狀態(tài)的硅襯底(下文稱為半導體晶片21)的上表面上；并且連 接焊盤2的中心通過形成在第一無機絕緣膜16和有機保護膜40上的開口 4， 6露出。
在這種情況下，具有預定功能的集成電路(未示出)形成在半導體晶 片21的上表面上形成半導體裝置的區(qū)域中，并且連接焊盤2與形成在相應 部分中的集成電路電連接。在圖15中，由附圖標記22表示的區(qū)域與劃線 相對應。接著，如圖16所示，用于形成基礎金屬層9的層(下文為了簡化簡單 稱為基礎金屬層9)形成在連接焊盤2的通過第一無機絕緣膜16和有機保 護膜40上的開口 4， 6露出的部分的整個上表面上以及有機保護膜40的整 個上表面上。在這種情況下，基礎金屬層9可以僅為通過無電鍍形成的銅 層，可以僅為通過濺射形成的銅層，或者可以是通過在薄膜層(例如通過 濺射形成的鈦層)上進行濺射形成的銅層。
接著，電鍍抗蝕膜23被構圖/形成在基礎金屬層9的上表面上。在這 種情況下，開口 24形成在電鍍抗蝕膜23的與形成布線8 (上電極層10) 的區(qū)域相對應的部分中。之后，利用基礎金屬層9作為電鍍電流通路實施 具有銅的電解電鍍，由此形成用于形成布線8的上金屬層的層(下文為了 簡化簡單稱為上金屬層)，其形成在基礎金屬層9處于電鍍抗蝕膜23的開 口24中的上表面上。隨后，分離電鍍抗蝕膜23，之后對未處于上金屬層下 方的區(qū)域中的基礎金屬層9利用上金屬層作為掩模進行刻蝕和去除，由此 基礎金屬層9僅保留在上金屬層下方，如圖17所示。
接著，如圖18所示，由包括作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材 料制成的第二無機絕緣膜19通過等離子CVD法形成在布線8和有機保護 膜40的上表面上。在這種情況下，形成第二無機絕緣膜19的工藝溫度優(yōu) 選為250。C或更低，使得已經(jīng)形成的由有機材料(例如聚酰亞胺樹脂)制 成的有機保護膜40未受到熱損傷。
例如，如果采用Si(OH2Hs)4(TEOS)作為工藝氣體，則可以在大約120°C 的工藝溫度下在10-20分鐘內(nèi)形成厚度為500nm-1000nm的SiCb膜。如果 采用SiH(OCH3)3(TMS)作為工藝氣體，則可以在大約80°C的工藝溫度下在 10-20分鐘內(nèi)形成厚度為500nm-1000nm的&02膜。
接著，如圖19所示，通過例如旋轉涂敷法在第二無機絕緣膜19的上 表面上形成由有機材料(例如聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂)制成的外套膜29。 之后，利用光掩模(未示出)通過光刻法在外套膜29的與布線8的連接焊 盤部分相對應的相應部分中形成開口 30。
接著，如圖20所示，由例如酚醛樹脂制成的正抗蝕膜39被構圖/形成 在外套膜29的上表面上。在這種情況下，開口 26形成在抗蝕膜39的與外 套膜29的開口 30相對應的部分(也就是布線8的連接焊盤部分)中。接著，第二無機絕緣膜19利用抗蝕膜39作為掩模承受干刻蝕以在第 二無機絕緣膜19的與外套膜29的開口 30相對應的部分(也就是布線8的 連接焊盤部分)中形成開口 20，如圖21所示。在這種情況下，干刻蝕可以 是例如一般的反應離子刻蝕(RIE)或者可以是下文描述的高密度等離子干 刻蝕。
接著，分離抗蝕膜39。另外，可以利用外套膜29作為掩模而無需采用 抗蝕膜39實施干刻蝕。同樣在這種情況下，干刻蝕可以是例如一般的反應 離子刻蝕(RIE)，或者可以是下文描述的高密度等離子干刻蝕。
接著，如圖22所示，通過例如銅在布線8的通過第二無機絕緣膜19 和外套膜29的開口 20， 12露出的連接焊盤部分的上表面上以及在外套膜 29的整個上表面上的濺射形成基礎金屬層37。之后，電鍍抗蝕膜27被構 圖/形成在基礎金屬層37的上表面上。在這種情況下，比外套膜29的開口 30略大的開口28形成在電鍍抗蝕膜27的與其上形成柱狀電極11的上柱狀 電極部分lib的區(qū)域相對應的部分中。
接著，利用基礎金屬層37作為電鍍電流通路實施具有銅的電解電鍍以 在第二無機絕緣膜19和外套膜29的開口 20， 12的基礎金屬層37上形成 下柱狀電極部分lla，并隨后在電鍍抗蝕膜27的開口 28中在下柱狀電極部 分lla上以及在基礎金屬層37的上表面上形成上柱狀電極部分llb。
在這種情況下，由于電鍍抗蝕膜27的開口 28略大于外套膜29的開口 30，因此電鍍金屬各向同性地沉積在電鍍抗蝕膜27的開口 28中。這樣， 形成在電鍍抗蝕膜27的開口 28中的上柱狀電極部分lib具有凸出形狀。 因而，形成由下柱狀電極部分lla和上柱狀電極部分lib組成的柱狀電極 11。
接著，分離電鍍抗蝕膜27，隨后利用柱狀電極U作為掩?？涛g和去除 基礎金屬層37上未處于柱狀電極11下方的區(qū)域的部分，由此基礎金屬層 37僅保留在柱狀電極11下方，如圖23所示。隨后，通過絲網(wǎng)印刷法將焊 劑(未示出)施加在柱狀電極11的上柱狀電極部分lib的上表面上，并且 焊球(未示出)隨后安裝在焊劑的上表面上。
接著，在回流過程之后，安裝在焊劑的上表面上的焊球熔化，隨后通 過表面張力得到圓角化和固化，使得焊球15形成在柱狀電極11的上柱狀電極部分lib的包括形成于外套膜29的上表面上的基礎金屬層37的表面 上，如圖24所示。之后，如圖25所示，沿劃線22切割半導體晶片21、第 一無機絕緣膜16、有機保護膜40、第二無機絕緣膜19以及外套膜29，由 此獲得如圖14所示的多個半導體裝置。
在此，在上述半導體裝置制造方法中，在與布線8的連接焊盤部分相 對應的部分具有開口 20的第二無機絕緣膜19形成在包括布線8的有機保 護膜40上，并且在與布線8的連接焊盤部分相對應的部分具有開口 30的 外套膜29形成在第二無機絕緣膜19上，之后通過電解電鍍在第二無機絕 緣膜19和外套膜29的開口 20， 12中的布線8的連接焊盤部分上形成柱狀 電極ll，如圖22所示，使得不再需要特定的研磨過程。
此外，在通過上述制造方法獲得的半導體裝置中，布線8的除了連接 焊盤部分之外的表面如圖14所示覆蓋有由包含作為主要成分的氧化硅或氮 化硅的無機材料制成的第二無機絕緣膜19，使得可以抑制布線S之間以及 布線8與柱狀電極11之間的電遷移的產(chǎn)生。 (第四實施方式)
圖26是作為本發(fā)明第四實施方式的半導體裝置的剖視圖。該半導體裝 置與圖14所示的半導體裝置的不同之處在于具有開口 20的第二無機絕緣 膜19僅設置在布線8的包括基礎金屬層9的表面上，并且第三無機絕緣膜 38設置在第二無機絕緣膜19的開口 20的內(nèi)壁表面上、外套膜29的開口 30的內(nèi)壁表面上以及外套膜29的繞開口 30的上表面上。
下面，將描述制造該半導體裝置的方法的一個實例。在這種情況下， 在圖18所示的步驟之后，由例如酚醛樹脂制成正抗蝕膜31被構圖/形成在 第二無機絕緣膜19的上表面上，如圖27所示。在這種情況下，第一開口 32形成在抗蝕膜31的與布線8的連接焊盤部分相對應的部分中。而且，第 二開口 33形成在與覆蓋布線8的端面的第二無機絕緣膜19之間的部分相 對應的抗蝕膜31上。
接著，第二無機絕緣膜19利用抗蝕膜31作為掩模承受干蝕刻以在第 二無機絕緣膜19的與抗蝕膜31的第一開口 32相對應的部分(也就是布線 8的連接焊盤部分)中形成開口 20并去除第二無機絕緣膜19的與抗蝕膜 31的第二開口 33相對應的部分，如圖28所示。應離子蝕刻(RIE)或者可 以是下文描述的高密度等離子干蝕刻。而且在這種狀態(tài)下，具有開口20的 第二無機絕緣膜19僅形成在布線8的包括基礎金屬層9的表面上。之后， 分離抗蝕膜31。
接著，如圖29所示，由有機材料(例如聚酰亞胺樹脂或環(huán)氧樹脂)制 成的外套膜29被構圖/形成在有機保護膜40的包括第二無機絕緣膜19的 上表面上。在這種情況下，利用光掩模(未示出)通過光刻法在外套膜29 的與布線8的連接焊盤部分相對應的相應部分形成開口 30。
接著，如圖30所示，通過等離子CVD法在布線8的通過第二無機絕 緣膜19和外套膜29的開口 20， 12露出的連接焊盤部分的上表面上以及在 外套膜29的整個上表面上形成由包含作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無 機材料制成的第三無機絕緣膜38。同樣在這種情況下，形成第三無機絕緣 膜38的工藝溫度優(yōu)選為250°C或更低，使得已經(jīng)形成的由有機材料(例如 聚酰亞胺樹脂)制成的有機保護膜40和外套膜29不會受到熱損傷。
接著，由例如酚醛樹脂制成的正抗蝕膜34被構圖/形成在第三無機絕 緣膜38的上表面上。在這種情況下，正抗蝕膜34僅形成在第三無機絕緣 膜38的形成于外套膜29的開口 30的內(nèi)壁表面上的上表面上、以及第三無 機絕緣膜38的繞開口的上表面上。
接著，第三無機絕緣膜38利用正抗蝕膜34作為掩模承受干蝕刻，使 得第三無機絕緣膜38僅保留在正抗蝕膜34下方，如圖31所示。也就是， 第三無機絕緣膜38形成在第二無機絕緣膜19的開口 20的內(nèi)壁表面上、外 套膜的開口 30的內(nèi)壁表面上以及外套膜29的繞開口 30的上表面上。在這 種狀態(tài)下，布線8的連接焊盤部分通過形成在第三無機絕緣膜38上的開口 17露出。之后，分離抗蝕膜34。
在此，在這種情況下的干刻蝕優(yōu)選應該是高密度等離子干刻蝕，其使 轉化成等離子的氣體具有更長的平均自由行程，以使對尤其形成在第二無 機絕緣膜19和外套膜29的開口 20， 12的內(nèi)壁表面上的第三無機絕緣膜38 的蝕刻減到最小。
例如，螺旋波(嘯聲波)蝕刻裝置可以在高真空下產(chǎn)生高密度等離子， 并且是優(yōu)選的。在這種情況下，如果采用CF4作為工藝氣體，向其中添加總量5%-10%的0112，則可以提高蝕刻效率。而且，可以采用能夠產(chǎn)生高 密度等離子的感應耦合等離子體蝕刻裝置。
接著，如圖32所示，通過例如銅在布線8的通過第三無機絕緣膜38 的開口 n露出的連接悍盤部分的上表面上、第三無機絕緣膜38上以及外 套膜29的整個上表面上的濺射來形成基礎金屬層37。之后，電鍍抗蝕膜 35被構圖/形成在基礎金屬層37的上表面上。在這種情況下，比第三無機 絕緣膜38的開口 17略大的開口 36形成在電鍍抗蝕膜35的與其上形成柱 狀電極11的上柱狀電極部分llb的區(qū)域相對應的部分中。
接著，利用基礎金屬層37作為電鍍電流通路實施具有銅的電解電鍍以 在第三無機絕緣膜38的開口 17的基礎金屬層37上形成下柱狀電極部分 11a并隨后在電鍍抗蝕膜35的開口 36中的下柱狀電極部分lla上以及在基 礎金屬層37的上表面上形成上柱狀電極部分llb。
同樣在這種情況下，由于電鍍抗蝕膜35的開口 36略大于第三無機絕 緣膜38的開口 17，因此電鍍金屬各向同性地沉積在電鍍抗蝕膜35的開口 36中。這樣，形成在電鍍抗蝕膜35的開口36中的上柱狀電解部分llb具 有凸出形狀。因而，形成由下柱狀電極部分lla和上柱狀電極部分lib組 成的柱狀電極ll。
接著，分離電鍍抗蝕膜35，并隨后利用柱狀電極ll作為掩模對未處于 柱狀電極11下方的區(qū)域中的基礎金屬層37進行刻蝕和去除，由此基礎金 屬層37僅保留在柱狀電極11的下方，如圖33所示。隨后，與在上述第三 實施方式中的制造方法一樣，通過焊劑施加步驟、焊球形成步驟以及劃線 步驟獲得圖26中所示的多個半導體裝置。
在由此獲得的第四實施方式的半導體裝置中，布線8的除了連接焊盤 部分之外的表面覆蓋有由包含作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材料 制成的第二無機絕緣膜19，并且柱狀電極11的下柱狀電極部分lla的外周 表面覆蓋有由包含作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材料制成的第三 無機絕緣膜38。因而，可以抑制在布線8之間、柱狀電極ll之間以及布線 8與柱狀電極11之間產(chǎn)生電遷移。 (第五實施方式)
圖34是作為本發(fā)明第五實施方式的半導體裝置的剖視圖。該半導體裝置與圖26所示的半導體裝置的不同之處在于具有開口 20的第二無機絕緣 膜19不僅設置在布線8上，而其設置在有機保護膜40的整個上表面上。 在制造該半導體裝置的方法的一個實例中，可以在圖21所示的步驟之后實 施未詳細示出的圖30所示的步驟。
權利要求
1.一種半導體裝置，包括半導體襯底；設置在半導體襯底的一側上并具有連接焊盤部分的多個布線；分別設置在布線的連接焊盤部分上的多個柱狀電極，每個柱狀電極都包括外周表面和頂表面；設置在至少布線的表面上的電遷移防護膜；以及繞柱狀電極的外周表面設置的密封膜。
2. 如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，電遷移防護膜設置 在至少布線的表面上以及柱狀電極的外周表面上。
3. 如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，電遷移防護膜設置 在至少布線的表面上以及柱狀電極的外周表面的下部，并且柱狀電極的外 周表面的上部覆蓋有密封膜。
4. 如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，布線由包括銅的金 屬制成，并且柱狀電極由銅制成。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，電遷移 防護膜由聚酰亞胺樹脂或PBO樹脂制成。
6. —種半導體裝置，包括 半導體襯底；設置在半導體襯底的上側上的多個布線；設置在布線的表面上并在與布線的連接焊盤部分相對應的部分中具有 開口的無機絕緣膜；設置在無機絕緣膜的上表面上以及半導體襯底的上側上的由有機樹脂 制成的外套膜，所述外套膜在與布線的連接焊盤部分相對應的部分中具有開口；以及設置在無機絕緣膜的開口中以及外套膜的開口之中和上方并與布線的 連接焊盤部分電連接的多個柱狀電極。
7. 如權利要求6所述的半導體裝置，其特征在于，無機絕緣膜由包含 作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材料制成。
8. 如權利要求6或7所述的半導體裝置，其特征在于，布線設置在由 有機樹脂制成的有機絕緣膜上，所述有機絕緣膜設置在半導體襯底的上側上。
9. 如權利要求8所述的半導體裝置，其特征在于，無機絕緣膜設置在 布線和有機絕緣膜上。
10. 如權利要求6-9中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，作為柱 狀電極基礎的基礎金屬層設置布線的連接焊盤部分上以及外套膜的開口的 內(nèi)壁表面上。
11. 如權利要求6-10中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，另一 無機絕緣膜設置在無機絕緣膜的開口和外套膜的開口的內(nèi)壁表面與柱狀電 極之間。
12. 如權利要求6-10中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，每個 柱狀電極都具有設置在無機絕緣膜和外套膜的開口中的布線的連接焊盤部 分上的下柱狀電極部分、以及以從下柱狀電極部分連續(xù)的方式設置在下柱 狀電極部分上和設置在繞下柱狀電極部分的外套膜上的上柱狀電極部分。
13. —種半導體裝置制造方法，包括 在半導體襯底的上側上形成多個布線； 在布線的連接焊盤部分上形成多個柱狀電極；在布線的表面上、在柱狀電極的表面上以及在半導體襯底的上側上形 成電遷移防護膜；在電遷移防護膜上形成密封膜；以及 研磨密封膜的上表面一側以露出柱狀電極的上表面。
14. 如權利要求13所述的半導體裝置制造方法，其特征在于，由包括 銅的金屬制成布線，并且由銅制成柱狀電極。
15. 如權利要求13或14所述的半導體裝置制造方法，其特征在于，由 聚酰亞胺樹脂或PBO樹脂制成電遷移防護膜。
16. —種半導體裝置制造方法，包括 在半導體襯底的上側上形成多個布線；在布線的連接焊盤部分上形成多個柱狀電極；在布線的表面上、在柱狀電極的表面上以及在半導體襯底的上側上形 成電遷移防護膜；去除形成在柱狀電極的上部的表面上的電遷移防護膜； 在電遷移防護膜和柱狀電極上形成密封膜；以及 研磨密封膜的上表面一側以露出柱狀電極的上表面。
17. 如權利要求16所述的半導體裝置制造方法，其特征在于，由包括 銅的金屬制成布線，并且由銅制成柱狀電極。
18. 如權利要求16或17所述的半導體裝置制造方法，其特征在于，由 聚酰亞胺樹脂或PBO樹脂制成電遷移防護膜。
19. 一種半導體裝置制造方法，包括 在半導體襯底的上側上形成多個布線；在布線的表面上形成無機絕緣膜，所述無機絕緣膜在與布線的連接焊 盤部分相對應的部分中具有開口 ；在半導體襯底的上側上以及在無機絕緣膜上形成由有機樹脂制成的外套膜，所述外套膜在與布線的連接焊盤部分相對應的部分中具有開口；以 及通過電解電鍍在無機絕緣膜的開口中以及在外套膜的開口之中和上方 形成柱狀電極。
20. 如權利要求19所述的半導體裝置制造方法，其特征在于，無機絕 緣膜由包含作為主要成分的氧化硅或氮化硅的無機材料制成。
21. 如權利要求19或20所述的半導體裝置制造方法，其特征在于，布 線形成在有機絕緣膜上，所述有機絕緣膜設置在半導體襯底的上側上。
22. 如權利要求19-21中任一項所述的半導體裝置制造方法，其特征在 于，所述無機絕緣膜形成在包括布線的有機絕緣膜上。
23. 如權利要求19-22中任一項所述的半導體裝置制造方法，其特征在 于，作為柱狀電極的基礎的基礎金屬層形成在布線的連接焊盤部分上以及 外套膜的開口的內(nèi)壁表面上。
24. 如權利要求19-22中任一項所述的半導體裝置制造方法，其特征在 于，包括在形成柱狀電極之前在無機絕緣膜的開口的內(nèi)壁表面上以及在外 套膜的開口的內(nèi)壁表面上形成另 一無機絕緣膜的步驟。
25. 如權利要求19-24中任一項所述的半導體裝置制造方法，其特征在 于，形成柱狀電極的步驟是通過電解電鍍在無機絕緣膜和外套膜的開口中 的布線的連接焊盤部分上形成下柱狀電極部分并隨后在下柱狀電極部分上 以及在繞下柱狀電極部分的外套膜上形成上柱狀電極部分的步驟。
全文摘要
一種半導體裝置包括半導體襯底、設置在半導體襯底的一側上并具有連接焊盤部分的多個布線、以及分別設置在布線的連接焊盤部分上的多個柱狀電極，每個柱狀電極都包括外周表面和頂表面。電遷移防護膜設置在至少布線的表面上。密封膜繞柱狀電極的外周表面設置。
文檔編號H01L23/485GK101589467SQ200880002910
公開日2009年11月25日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權日2007年1月25日
發(fā)明者三原一郎, 河野一郎, 若林猛 申請人:卡西歐計算機株式會社