包括电迁移防护膜的半导体装置及其制造方法

专利名称：包括电迁移防护膜的半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及包括电迁移防护膜的半导体装置及其制造方法。
背景技术：
在日本专利申请KOKAI公开No.2004-207306中描述了一种被称为芯 片尺寸封装(CSP)的半导体装置。该半导体装置包括半导体衬底，所述 衬底具有设置在其上表面上的多个连接焊盘。在设置于半导体衬底上的绝 缘膜的上表面上，设置多个布线，使得它们与相应的连接焊盘电连接。柱 状电极设置在这些布线的连接焊盘部分的相应上表面上。密封膜设置在布 线和绝缘膜的上表面上，使得该密封膜的上表面与柱状电极的上表面平齐。 焊球分别设置在柱状电极的上表面上。
在上述常规半导体装置中，直接封盖布线的密封膜由环氧树脂制成， 从而存在布线中的金属(铜)离子因发生电迁移而扩散到密封膜内的问题， 这是在布线之间引发短路的一个因素。
此外，其中的填料由例如硅石制成的环氧树脂可以作为密封膜的材料。 在这种半导体装置中，布线可能会受到填料的机械损伤。为了防止布线因 机械损伤而断裂，存在布线的小型化受到限制的问题。

发明内容
因此本发明的目的是提供一种半导体装置及其制造方法，其可以防止 布线之间因电迁移而引发的短路以及即使在包含填料的树脂被用作密封膜 材料的情况下也可以防止布线很容易地受到填料的机械损伤。
根据本发明第权利要求1的一方面的半导体装置包括-
半导体衬底；
设置在半导体衬底的一侧并具有连接焊盘部分的多个布线； 分别设置在布线的连接焊盘部分上的多个柱状电极，这些柱状电极每 个都包括外周表面和顶表面；至少设置在布线的表面上的电迁移防护膜；以及 绕柱状电极的外周表面设置的密封膜。
根据本发明权利要求6的第二方面的一种半导体装置，包括 半导体衬底；
设置在半导体衬底的上侧的多个布线；
设置在布线的表面上并在与布线的连接焊盘部分相对应的部分具有开 口的无机绝缘膜；
设置在无机绝缘膜的上表面上以及半导体衬底的上侧上并在与布线的 连接焊盘部分相对应的部分具有开口的由有机树脂制成的外套膜；以及
设置在无机绝缘膜的开口中以及外套膜的开口之中和上方并与布线的 连接焊盘部分电连接的多个柱状电极。
根据本发明第三方面的本发明的制造方法，包括
在半导体衬底的上侧上形成多个布线；
在布线的连接焊盘部分上形成多个柱状电极；
在布线的表面上、在柱状电极的表面上以及在半导体衬底的上侧上形
成电迁移防护膜；
在电迁移防护膜上形成密封膜；以及
研磨密封膜的上表面一侧以露出柱状电极的上表面。
根据本发明第四方面的本发明的制造方法，包括 在半导体衬底的上侧上形成多个布线；
在布线的连接焊盘部分上形成多个柱状电极；
在布线的表面上、在柱状电极的表面上以及在半导体衬底的上侧上形 成电迁移防护膜；
去除形成在柱状电极的上部的表面上的电迁移防护膜； 在电迁移防护膜和柱状电极上形成密封膜；以及 研磨密封膜的上表面一侧以露出柱状电极的上表面。 根据本发明第五方面的半导体装置制造方法，包括 在半导体衬底的上侧上形成多个布线；
在布线的表面上形成无机绝缘膜，该无机绝缘膜在与布线的连接焊盘 部分相对应的部分具有开口；在半导体衬底的上侧以及在无机绝缘膜上形成由有机树脂制成的外套 膜，所述外套膜在与布线的连接焊盘部分相对应的部分具有开口；以及
通过电解电镀在无机绝缘膜的开口中以及在外套膜的开口之中和上方 形成柱状电极。
根据本发明，电迁移防护膜设置在至少布线的表面上，并且因此可以 防止由电迁移引发的布线之间的短路。而且，电迁移防护膜起到保护膜的 作用，这样即使在包含填料的树脂被作为密封膜材料的情况下也可以防止 布线很容易地受到填料的机械损伤。


图1是作为本发明第一实施方式的半导体装置的剖视图2是在制造图1所示的半导体装置的方法的一个实例中的初始制备
组件的剖视图3是图2之后的步骤的剖视图； 图4是图3之后的步骤的剖视图； 图5是图4之后的步骤的剖视图； 图6是图5之后的步骤的剖视图； 图7是图6之后的步骤的剖视图； 图8是图7之后的步骤的剖视图； 图9是图8之后的步骤的剖视图； 图10是图9之后的步骤的剖视图11是作为本发明第二实施方式的半导体装置的剖视图； 图12是在制造图11所示半导体装置的方法的一个实例中的预定步骤 的剖视图13是图12之后的步骤的剖视图14是作为本发明第三实施方式的半导体装置的剖视图； 图15是在制造图14所示的半导体装置的方法的一个实例中的初始制 备的组件的剖视图16是图15之后的步骤的剖视图； 图17是图16之后的步骤的剖视图；图18是图17之后的步骤的剖视图； 图19是图18之后的步骤的剖视图； 图20是图19之后的步骤的剖视图； 图21是图20之后的步骤的剖视图； 图22是图21之后的步骤的剖视图； 图23是图22之后的步骤的剖视图； 图24是图23之后的步骤的剖视图； 图25是图24之后的步骤的剖视图26是作为本发明第四实施方式的半导体装置的剖视图； 图27是在制造图26所示半导体装置的方法的一个实例中的预定步骤 的剖视图28是图27之后的步骤的剖视图29是图28之后的步骤的剖视图30是图29之后的步骤的剖视图31是图30之后的步骤的剖视图32是图31之后的步骤的剖视图33是图32之后的步骤的剖视图；以及
图34是作为本发明第五实施方式的半导体装置的剖视图。
具体实施例方式
(第一实施方式)
图1表示作为本发明第一实施方式的半导体装置的剖视图。该半导体 装置被称为CSP,并包括硅衬底(半导体衬底)1。集成电路(未示出)设 置在硅衬底1的上表面之上或之中，并且由金属(例如铝基金属)制成的 多个连接焊盘2设置在硅衬底1的上表面的周边部分，使得这些连接焊盘 与集成电路电连接。
由无机材料(例如氧化硅或氮化硅)制成的绝缘膜3设置在除连接焊 盘2的中心之外的连接焊盘2的上表面上以及硅衬底1的上表面上。连接 焊盘2的中心通过设置在绝缘膜3上的开口4而露出。由无机材料(例如 聚酰亚胺树脂或聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)树脂制成的电绝缘保护膜5设置在绝缘膜3的上表面上。开口 6设置在保护膜5的与绝缘膜3的开口 4 相对应的部分中。凹部或凹槽7设置在保护膜5的周边部分。
多个布线8设置在保护膜5的上表面上。每个布线8都具有双层结构， 其由例如由设置在保护膜5的上表面上的铜制成的基础金属层9和由设置 在基础金属层9的上表面上的铜制成的上金属层10组成。布线8的一端通 过绝缘膜3和保护膜5的对准的开口 4, 6与连接焊盘2电连接。由铜制成 的柱状电极11设置在布线8的另一端上或连接焊盘部分的上表面上。
由聚酰亚胺树脂或PBO树脂制成并部分圆柱形地突出以封盖柱状电极 11的外周表面的电迁移防护膜12设置在布线8的表面上以及保护膜5的上 表面上。凹部13在与保护膜5的凹部7相对应的部分中设置在电迁移防护 膜12的周边部分上。因此，保护膜5的外表面优选与电迁移防护膜12的 外表面平齐。
在绝缘膜3的通过保护膜5和电迁移防护膜12的凹部7, 13露出的上 表面上以及在电迁移防护膜12的上表面上设置由环氧树脂制成的密封膜 14，所述环氧树脂包含由例如硅石制成的填料，使得所述密封膜14的上表 面可以与柱状电极11的上表面平齐。该密封膜14通过电迁移防护膜12的 圆柱形突起封闭柱状电极11的侧表面。焊球15分别设置在相应柱状电极 11的上表面上。
下面，将描述制造所述半导体装置的方法的一个实例。首先，如图2 所示，制备这样的组件，其中在处于晶片状态下的硅衬底(下文称为半导 体晶片21)的上侧上形成由铝基金属制成的连接焊盘2、由例如氧化硅或 氮化硅制成的绝缘膜3以及由例如聚酰亚胺树脂或PBO树脂制成的保护膜 5，并且通过穿过绝缘膜3和保护膜5形成的开口 4， 6露出连接焊盘2的 中心。
在这种情况下，具有预定功能的集成电路(未示出)形成在半导体晶 片21的上表面的形成半导体装置的区域中，并且每组连接焊盘2与形成在 相应部分中的集成电路中的每一个电连接。在图2中，由附图标记22表示 的区域与划线相对应。沿晶片21的上表面延伸的凹部或凹槽7形成在保护 膜5的与划线22相对应的部分中并形成在其两侧。
接着，如图3所示，基础金属层9形成在连接焊盘2的通过绝缘膜3和保护膜5的开口4， 6露出的中心上表面上、绝缘膜3上、以及保护膜5 的整个上表面上。该基础金属层9的形成方法和传导材料不受限制，并且 可以仅是通过无电镀形成的铜层，可以仅是通过溅射形成的铜层，或者可 以是通过在薄膜层(例如通过溅射形成的钛层)上进行溅射形成的铜层。
接着，电镀抗蚀膜形成膜形成在基础金属层9的上表面上，并且该膜 被构图以形成电镀抗蚀膜23。开口 24形成在电镀抗蚀膜23的与形成上金 属层IO的区域相对应的部分中。之后，利用基础金属层9作为电镀电流通 路实施具有铜的电解电镀，由此在基础金属层9的处于电镀抗蚀膜23的开 口 24中的部分的上表面上形成上金属层10。随后，去除电镀抗蚀膜23。
接着，如图4所示，电镀抗蚀膜形成膜形成在上金属层10和基础金属 层9的上表面上，并且该膜被构图以形成电镀抗蚀膜25。在这种情况下， 开口 26形成在电镀抗蚀膜25的与形成上金属层10的连接焊盘部分也就是 柱状电极11的区域相对应的部分中。之后，利用基础金属层9作为电镀电 流通路实施具有铜的电解电镀，使得柱状电极11形成在上金属层10的处 于电镀抗蚀膜25的开口 26中的连接焊盘部分的相应上表面上。
接着，去除电镀抗蚀膜25，并随后利用上金属层IO作为掩模刻蚀和去 除未处于上金属层10下方的区域的基础金属层9。因而，基础金属层9如 图5所示仅保留在上金属层10的下方。在这种状态下，布线8由基础金属 层9和形成在基础金属层9的上表面上的上金属层10构成。
接着，通过适当方法(例如旋转涂敷法)在布线8的表面上、在柱状 电极11的外周表面(上表面和外周侧表面)上以及在保护膜5的上表面上 形成由例如聚酰亚胺树脂或PBO树脂制成的电迁移防护膜12。之后，如图 6所示，通过光刻法在电迁移防护膜12的与保护膜5的凹部7相对应的部 分形成凹部13。
接着，如图7所示，例如通过丝网印刷法或旋转涂敷法在通过保护膜5 和电迁移防护膜12的凹部7， 13露出的绝缘膜3的上表面和电迁移防护膜 12的上表面上形成由例如环氧树脂制成的密封膜14,所述环氧树脂包括由 例如硅石制成的填料，使得该密封膜14的厚度可以比柱状电极11的高度
(包括电迁移防护膜12的形成在柱状电极11的上表面上的部分的厚度) 更大。接着，密封膜14的上表面一侧得到适当研磨和去除，以如图8所示露 出柱状电极11的上表面以及电迁移防护膜12的形成在柱状电极11的外周 表面上的圆柱形部分的上表面，并使包括这些露出表面的密封膜14的上表 面变平。
接着，如图9所示，悍球15形成在相应柱状电极11的上表面上。之 后，如图10所示，沿切线22切割半导体晶片21、绝缘膜3和密封膜14， 由此获得图1所示的多个半导体装置。
在由此获得的半导体装置中，布线8的表面(上表面和侧表面)和柱 状电极U的外周表面覆盖有由例如聚酰亚胺树脂或PBO制成的电迁移防 护膜12，如图1所示。因此，在布线之间不会产生任何电迁移，由此可以 防止因布线8的电迁移而产生的短路。
此外，在图1所示的半导体装置中，布线8的表面覆盖有由例如聚酰 亚胺树脂或PBO树脂制成的电迁移防护膜12，使得即使在包括由例如硅石 制成的填料的环氧树脂被用作密封膜14的材料的情况下布线8也不会很容 易受到填料的机械损伤。
在图1所示的半导体装置中，柱状电极11的整个外周表面覆盖有电迁 移防护膜12，并且焊球15仅设置在柱状电极11的上表面上，使得电迁移 防护膜12的覆盖柱状电极11的外周表面的圆柱形部分的上表面在密封膜 14的上表面中露出。在这种情况下，如果电迁移防护膜12由聚酰亚胺树脂 或PBO树脂制成，抗潮可靠性因这些树脂具有吸湿性而降低。因此下面将 描述可以提高抗潮可靠性的本发明的第二实施方式。 (第二实施方式)
图11表示作为本发明第二实施方式的半导体装置的剖视图。该半导体 装置与图1所示的半导体装置的不同之处在于柱状电极11的下外周表面覆 盖有电迁移防护膜12，并且柱状电极11的上外周表面覆盖有密封膜14， 使得电迁移防护膜12的圆柱形部分的上表面在密封膜14的上表面中不露 出。
下面，将描述制造该半导体装置的方法的一个实例。在这种情况下， 在图6所示的步骤之后，通过例如旋转涂敷法在绝缘膜3的通过保护膜5 和电迁移防护膜12的凹部或凹槽7， 13露出的上表面上以及在电迁移防护膜12上除如图12所示形成在柱状电极11的外周表面上的电迁移防护膜12 的圆柱形部分的顶部之外的部分的上表面上形成抗蚀膜41 。在这种情况下， 抗蚀膜41的形成在电迁移防护膜12的上表面上的部分的厚度是柱状电极 11的高度的大致一半。
接着，电迁移防护膜12的形成在柱状电极11的上外周表面上并比抗 蚀膜41的上表面突出更高的圆柱形部分得到刻蚀和去除，使得柱状电极11 的比抗蚀膜41的上表面突出更高的上外周表面如图13所示露出。随后， 与上述第一实施方式中的制造方法一样，通过密封膜形成步骤、焊球形成 步骤以及划线步骤如图11所示获得结构为柱状电极11的上外周表面覆盖 有密封膜14的多个半导体装置。
在由此获得的半导体装置中，柱状电极11的上外周表面以及由此还有 电迁移防护膜12的圆柱形部分的上表面如图11所示覆盖有由不透水的环 氧树脂制成的密封膜14，使得抗潮可靠性得到提高。在这种情况下，当密 封膜14由包含例如硅石制成的填料的环氧树脂制成时，也可以提高抗潮可 靠性。
(第三实施方式)
图14表示作为本发明的第三实施方式的半导体装置的剖视图。该半导 体装置被称为CSP，并包括硅衬底(半导体衬底)1。集成电路(未示出) 设置在硅衬底1的上表面上，并且由金属(例如铝基金属)制成的多个连 接焊盘2设置在硅衬底1的上表面的周边部分，使得这些连接焊盘与集成 电路相连。
由包含作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材料制成的第一无机绝 缘膜16设置在除了连接焊盘2的中心之外的连接焊盘2的上表面上以及硅 衬底1的上表面上。连接焊盘2的中心通过设置在第一无机绝缘膜16上的 开口 4露出。由有机材料(例如聚酰亚胺树脂或环氧树脂)制成的有机保 护膜(有机绝缘膜)40设置在第一无机绝缘膜16的上表面上。开口 6设置 在有机保护膜40的与第一无机绝缘膜16的开口 4相对应的部分中。
由例如铜制成的基础金属层9设置在有机保护膜40的上表面上。由铜 制成的上电极层10设置在基础金属层9的整个上表面上，并且这些层构成 布线8。布线8的包括基础金属层9的一端通过第一无机绝缘膜16和有机保护膜40的开口 4， 6与连接焊盘2电连接。由包含作为主要成分的氧化 硅或氮化硅的无机材料制成的第二无机绝缘膜19设置在布线8和有机保护 膜40的上表面上。开口 20形成在第二无机绝缘膜19的与布线8的连接焊 盘部分相对应的部分中。
由有机材料(聚酰亚胺树脂或环氧树脂)制成的外套膜29设置在第二 无机绝缘膜19的上表面上。开口 30形成在外套膜29的与布线8的连接焊 盘部分相对应的部分中。由金属(例如铜)制成的基础金属层37设置在布 线8的通过第二无机绝缘膜19和外套膜29的开口 20， 12露出的连接焊盘 部分的上表面上、第二无机绝缘膜19的开口 20的内壁表面上、外套膜29 的开口 30的内壁表面上、以及外套膜29的绕外套膜29的开口 30的部分 的上表面上。由铜制成的柱状电极11设置在基础金属层37的整个上表面 上。 ，，
每个柱状电极11都由设置在第二无机绝缘膜19和外套膜29的开口 20， 12中的下柱状电极部分Ua和设置在下柱状电极部分lla的上表面和 周部上以及外套膜29上的上柱状电极部分11b。柱状电极11的下柱状电极 部分11a通过基础金属层37的设置在第二无机绝缘膜19和外套膜29的开 口 20， 12中的部分与布线8的相应连接焊盘部分电连接。焊球15设置在 基础金属层37的设于外套膜29的上表面上的外周边缘的外周侧表面上以 及柱状电极11的上柱状电极部分lib的表面上。
下面，将描述制造该半导体装置的方法的一个实例。首先，如图15所 示，制备这样的组件，其中由例如铝基金属制成的连接焊盘部分2、由包 含作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材料制成的第一无机绝缘膜16以 及由有机材料(例如聚酰亚胺树脂或环氧树脂)制成的有机保护膜40形成 在处于晶片状态的硅衬底(下文称为半导体晶片21)的上表面上；并且连 接焊盘2的中心通过形成在第一无机绝缘膜16和有机保护膜40上的开口 4， 6露出。
在这种情况下，具有预定功能的集成电路(未示出)形成在半导体晶 片21的上表面上形成半导体装置的区域中，并且连接焊盘2与形成在相应 部分中的集成电路电连接。在图15中，由附图标记22表示的区域与划线 相对应。接着，如图16所示，用于形成基础金属层9的层(下文为了简化简单 称为基础金属层9)形成在连接焊盘2的通过第一无机绝缘膜16和有机保 护膜40上的开口 4， 6露出的部分的整个上表面上以及有机保护膜40的整 个上表面上。在这种情况下，基础金属层9可以仅为通过无电镀形成的铜 层，可以仅为通过溅射形成的铜层，或者可以是通过在薄膜层(例如通过 溅射形成的钛层)上进行溅射形成的铜层。
接着，电镀抗蚀膜23被构图/形成在基础金属层9的上表面上。在这 种情况下，开口 24形成在电镀抗蚀膜23的与形成布线8 (上电极层10) 的区域相对应的部分中。之后，利用基础金属层9作为电镀电流通路实施 具有铜的电解电镀，由此形成用于形成布线8的上金属层的层(下文为了 简化简单称为上金属层)，其形成在基础金属层9处于电镀抗蚀膜23的开 口24中的上表面上。随后，分离电镀抗蚀膜23，之后对未处于上金属层下 方的区域中的基础金属层9利用上金属层作为掩模进行刻蚀和去除，由此 基础金属层9仅保留在上金属层下方，如图17所示。
接着，如图18所示，由包括作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材 料制成的第二无机绝缘膜19通过等离子CVD法形成在布线8和有机保护 膜40的上表面上。在这种情况下，形成第二无机绝缘膜19的工艺温度优 选为250。C或更低，使得已经形成的由有机材料(例如聚酰亚胺树脂)制 成的有机保护膜40未受到热损伤。
例如，如果采用Si(OH2Hs)4(TEOS)作为工艺气体，则可以在大约120°C 的工艺温度下在10-20分钟内形成厚度为500nm-1000nm的SiCb膜。如果 采用SiH(OCH3)3(TMS)作为工艺气体，则可以在大约80°C的工艺温度下在 10-20分钟内形成厚度为500nm-1000nm的&02膜。
接着，如图19所示，通过例如旋转涂敷法在第二无机绝缘膜19的上 表面上形成由有机材料(例如聚酰亚胺树脂或环氧树脂)制成的外套膜29。 之后，利用光掩模(未示出)通过光刻法在外套膜29的与布线8的连接焊 盘部分相对应的相应部分中形成开口 30。
接着，如图20所示，由例如酚醛树脂制成的正抗蚀膜39被构图/形成 在外套膜29的上表面上。在这种情况下，开口 26形成在抗蚀膜39的与外 套膜29的开口 30相对应的部分(也就是布线8的连接焊盘部分)中。接着，第二无机绝缘膜19利用抗蚀膜39作为掩模承受干刻蚀以在第 二无机绝缘膜19的与外套膜29的开口 30相对应的部分(也就是布线8的 连接焊盘部分)中形成开口 20，如图21所示。在这种情况下，干刻蚀可以 是例如一般的反应离子刻蚀(RIE)或者可以是下文描述的高密度等离子干 刻蚀。
接着，分离抗蚀膜39。另外，可以利用外套膜29作为掩模而无需采用 抗蚀膜39实施干刻蚀。同样在这种情况下，干刻蚀可以是例如一般的反应 离子刻蚀(RIE)，或者可以是下文描述的高密度等离子干刻蚀。
接着，如图22所示，通过例如铜在布线8的通过第二无机绝缘膜19 和外套膜29的开口 20， 12露出的连接焊盘部分的上表面上以及在外套膜 29的整个上表面上的溅射形成基础金属层37。之后，电镀抗蚀膜27被构 图/形成在基础金属层37的上表面上。在这种情况下，比外套膜29的开口 30略大的开口28形成在电镀抗蚀膜27的与其上形成柱状电极11的上柱状 电极部分lib的区域相对应的部分中。
接着，利用基础金属层37作为电镀电流通路实施具有铜的电解电镀以 在第二无机绝缘膜19和外套膜29的开口 20， 12的基础金属层37上形成 下柱状电极部分lla，并随后在电镀抗蚀膜27的开口 28中在下柱状电极部 分lla上以及在基础金属层37的上表面上形成上柱状电极部分llb。
在这种情况下，由于电镀抗蚀膜27的开口 28略大于外套膜29的开口 30，因此电镀金属各向同性地沉积在电镀抗蚀膜27的开口 28中。这样， 形成在电镀抗蚀膜27的开口 28中的上柱状电极部分lib具有凸出形状。 因而，形成由下柱状电极部分lla和上柱状电极部分lib组成的柱状电极 11。
接着，分离电镀抗蚀膜27，随后利用柱状电极U作为掩模刻蚀和去除 基础金属层37上未处于柱状电极11下方的区域的部分，由此基础金属层 37仅保留在柱状电极11下方，如图23所示。随后，通过丝网印刷法将焊 剂(未示出)施加在柱状电极11的上柱状电极部分lib的上表面上，并且 焊球(未示出)随后安装在焊剂的上表面上。
接着，在回流过程之后，安装在焊剂的上表面上的焊球熔化，随后通 过表面张力得到圆角化和固化，使得焊球15形成在柱状电极11的上柱状电极部分lib的包括形成于外套膜29的上表面上的基础金属层37的表面 上，如图24所示。之后，如图25所示，沿划线22切割半导体晶片21、第 一无机绝缘膜16、有机保护膜40、第二无机绝缘膜19以及外套膜29，由 此获得如图14所示的多个半导体装置。
在此，在上述半导体装置制造方法中，在与布线8的连接焊盘部分相 对应的部分具有开口 20的第二无机绝缘膜19形成在包括布线8的有机保 护膜40上，并且在与布线8的连接焊盘部分相对应的部分具有开口 30的 外套膜29形成在第二无机绝缘膜19上，之后通过电解电镀在第二无机绝 缘膜19和外套膜29的开口 20， 12中的布线8的连接焊盘部分上形成柱状 电极ll，如图22所示，使得不再需要特定的研磨过程。
此外，在通过上述制造方法获得的半导体装置中，布线8的除了连接 焊盘部分之外的表面如图14所示覆盖有由包含作为主要成分的氧化硅或氮 化硅的无机材料制成的第二无机绝缘膜19，使得可以抑制布线S之间以及 布线8与柱状电极11之间的电迁移的产生。 (第四实施方式)
图26是作为本发明第四实施方式的半导体装置的剖视图。该半导体装 置与图14所示的半导体装置的不同之处在于具有开口 20的第二无机绝缘 膜19仅设置在布线8的包括基础金属层9的表面上，并且第三无机绝缘膜 38设置在第二无机绝缘膜19的开口 20的内壁表面上、外套膜29的开口 30的内壁表面上以及外套膜29的绕开口 30的上表面上。
下面，将描述制造该半导体装置的方法的一个实例。在这种情况下， 在图18所示的步骤之后，由例如酚醛树脂制成正抗蚀膜31被构图/形成在 第二无机绝缘膜19的上表面上，如图27所示。在这种情况下，第一开口 32形成在抗蚀膜31的与布线8的连接焊盘部分相对应的部分中。而且，第 二开口 33形成在与覆盖布线8的端面的第二无机绝缘膜19之间的部分相 对应的抗蚀膜31上。
接着，第二无机绝缘膜19利用抗蚀膜31作为掩模承受干蚀刻以在第 二无机绝缘膜19的与抗蚀膜31的第一开口 32相对应的部分(也就是布线 8的连接焊盘部分)中形成开口 20并去除第二无机绝缘膜19的与抗蚀膜 31的第二开口 33相对应的部分，如图28所示。应离子蚀刻(RIE)或者可 以是下文描述的高密度等离子干蚀刻。而且在这种状态下，具有开口20的 第二无机绝缘膜19仅形成在布线8的包括基础金属层9的表面上。之后， 分离抗蚀膜31。
接着，如图29所示，由有机材料(例如聚酰亚胺树脂或环氧树脂)制 成的外套膜29被构图/形成在有机保护膜40的包括第二无机绝缘膜19的 上表面上。在这种情况下，利用光掩模(未示出)通过光刻法在外套膜29 的与布线8的连接焊盘部分相对应的相应部分形成开口 30。
接着，如图30所示，通过等离子CVD法在布线8的通过第二无机绝 缘膜19和外套膜29的开口 20， 12露出的连接焊盘部分的上表面上以及在 外套膜29的整个上表面上形成由包含作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无 机材料制成的第三无机绝缘膜38。同样在这种情况下，形成第三无机绝缘 膜38的工艺温度优选为250°C或更低，使得已经形成的由有机材料(例如 聚酰亚胺树脂)制成的有机保护膜40和外套膜29不会受到热损伤。
接着，由例如酚醛树脂制成的正抗蚀膜34被构图/形成在第三无机绝 缘膜38的上表面上。在这种情况下，正抗蚀膜34仅形成在第三无机绝缘 膜38的形成于外套膜29的开口 30的内壁表面上的上表面上、以及第三无 机绝缘膜38的绕开口的上表面上。
接着，第三无机绝缘膜38利用正抗蚀膜34作为掩模承受干蚀刻，使 得第三无机绝缘膜38仅保留在正抗蚀膜34下方，如图31所示。也就是， 第三无机绝缘膜38形成在第二无机绝缘膜19的开口 20的内壁表面上、外 套膜的开口 30的内壁表面上以及外套膜29的绕开口 30的上表面上。在这 种状态下，布线8的连接焊盘部分通过形成在第三无机绝缘膜38上的开口 17露出。之后，分离抗蚀膜34。
在此，在这种情况下的干刻蚀优选应该是高密度等离子干刻蚀，其使 转化成等离子的气体具有更长的平均自由行程，以使对尤其形成在第二无 机绝缘膜19和外套膜29的开口 20， 12的内壁表面上的第三无机绝缘膜38 的蚀刻减到最小。
例如，螺旋波(啸声波)蚀刻装置可以在高真空下产生高密度等离子， 并且是优选的。在这种情况下，如果采用CF4作为工艺气体，向其中添加总量5%-10%的0112，则可以提高蚀刻效率。而且，可以采用能够产生高 密度等离子的感应耦合等离子体蚀刻装置。
接着，如图32所示，通过例如铜在布线8的通过第三无机绝缘膜38 的开口 n露出的连接悍盘部分的上表面上、第三无机绝缘膜38上以及外 套膜29的整个上表面上的溅射来形成基础金属层37。之后，电镀抗蚀膜 35被构图/形成在基础金属层37的上表面上。在这种情况下，比第三无机 绝缘膜38的开口 17略大的开口 36形成在电镀抗蚀膜35的与其上形成柱 状电极11的上柱状电极部分llb的区域相对应的部分中。
接着，利用基础金属层37作为电镀电流通路实施具有铜的电解电镀以 在第三无机绝缘膜38的开口 17的基础金属层37上形成下柱状电极部分 11a并随后在电镀抗蚀膜35的开口 36中的下柱状电极部分lla上以及在基 础金属层37的上表面上形成上柱状电极部分llb。
同样在这种情况下，由于电镀抗蚀膜35的开口 36略大于第三无机绝 缘膜38的开口 17，因此电镀金属各向同性地沉积在电镀抗蚀膜35的开口 36中。这样，形成在电镀抗蚀膜35的开口36中的上柱状电解部分llb具 有凸出形状。因而，形成由下柱状电极部分lla和上柱状电极部分lib组 成的柱状电极ll。
接着，分离电镀抗蚀膜35，并随后利用柱状电极ll作为掩模对未处于 柱状电极11下方的区域中的基础金属层37进行刻蚀和去除，由此基础金 属层37仅保留在柱状电极11的下方，如图33所示。随后，与在上述第三 实施方式中的制造方法一样，通过焊剂施加步骤、焊球形成步骤以及划线 步骤获得图26中所示的多个半导体装置。
在由此获得的第四实施方式的半导体装置中，布线8的除了连接焊盘 部分之外的表面覆盖有由包含作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材料 制成的第二无机绝缘膜19，并且柱状电极11的下柱状电极部分lla的外周 表面覆盖有由包含作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材料制成的第三 无机绝缘膜38。因而，可以抑制在布线8之间、柱状电极ll之间以及布线 8与柱状电极11之间产生电迁移。 (第五实施方式)
图34是作为本发明第五实施方式的半导体装置的剖视图。该半导体装置与图26所示的半导体装置的不同之处在于具有开口 20的第二无机绝缘 膜19不仅设置在布线8上，而其设置在有机保护膜40的整个上表面上。 在制造该半导体装置的方法的一个实例中，可以在图21所示的步骤之后实 施未详细示出的图30所示的步骤。
权利要求
1.一种半导体装置，包括半导体衬底；设置在半导体衬底的一侧上并具有连接焊盘部分的多个布线；分别设置在布线的连接焊盘部分上的多个柱状电极，每个柱状电极都包括外周表面和顶表面；设置在至少布线的表面上的电迁移防护膜；以及绕柱状电极的外周表面设置的密封膜。
2. 如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，电迁移防护膜设置 在至少布线的表面上以及柱状电极的外周表面上。
3. 如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，电迁移防护膜设置 在至少布线的表面上以及柱状电极的外周表面的下部，并且柱状电极的外 周表面的上部覆盖有密封膜。
4. 如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，布线由包括铜的金 属制成，并且柱状电极由铜制成。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，电迁移 防护膜由聚酰亚胺树脂或PBO树脂制成。
6. —种半导体装置，包括 半导体衬底；设置在半导体衬底的上侧上的多个布线；设置在布线的表面上并在与布线的连接焊盘部分相对应的部分中具有 开口的无机绝缘膜；设置在无机绝缘膜的上表面上以及半导体衬底的上侧上的由有机树脂 制成的外套膜，所述外套膜在与布线的连接焊盘部分相对应的部分中具有开口；以及设置在无机绝缘膜的开口中以及外套膜的开口之中和上方并与布线的 连接焊盘部分电连接的多个柱状电极。
7. 如权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，无机绝缘膜由包含 作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材料制成。
8. 如权利要求6或7所述的半导体装置，其特征在于，布线设置在由 有机树脂制成的有机绝缘膜上，所述有机绝缘膜设置在半导体衬底的上侧上。
9. 如权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，无机绝缘膜设置在 布线和有机绝缘膜上。
10. 如权利要求6-9中任一项所述的半导体装置，其特征在于，作为柱 状电极基础的基础金属层设置布线的连接焊盘部分上以及外套膜的开口的 内壁表面上。
11. 如权利要求6-10中任一项所述的半导体装置，其特征在于，另一 无机绝缘膜设置在无机绝缘膜的开口和外套膜的开口的内壁表面与柱状电 极之间。
12. 如权利要求6-10中任一项所述的半导体装置，其特征在于，每个 柱状电极都具有设置在无机绝缘膜和外套膜的开口中的布线的连接焊盘部 分上的下柱状电极部分、以及以从下柱状电极部分连续的方式设置在下柱 状电极部分上和设置在绕下柱状电极部分的外套膜上的上柱状电极部分。
13. —种半导体装置制造方法，包括 在半导体衬底的上侧上形成多个布线； 在布线的连接焊盘部分上形成多个柱状电极；在布线的表面上、在柱状电极的表面上以及在半导体衬底的上侧上形 成电迁移防护膜；在电迁移防护膜上形成密封膜；以及 研磨密封膜的上表面一侧以露出柱状电极的上表面。
14. 如权利要求13所述的半导体装置制造方法，其特征在于，由包括 铜的金属制成布线，并且由铜制成柱状电极。
15. 如权利要求13或14所述的半导体装置制造方法，其特征在于，由 聚酰亚胺树脂或PBO树脂制成电迁移防护膜。
16. —种半导体装置制造方法，包括 在半导体衬底的上侧上形成多个布线；在布线的连接焊盘部分上形成多个柱状电极；在布线的表面上、在柱状电极的表面上以及在半导体衬底的上侧上形 成电迁移防护膜；去除形成在柱状电极的上部的表面上的电迁移防护膜； 在电迁移防护膜和柱状电极上形成密封膜；以及 研磨密封膜的上表面一侧以露出柱状电极的上表面。
17. 如权利要求16所述的半导体装置制造方法，其特征在于，由包括 铜的金属制成布线，并且由铜制成柱状电极。
18. 如权利要求16或17所述的半导体装置制造方法，其特征在于，由 聚酰亚胺树脂或PBO树脂制成电迁移防护膜。
19. 一种半导体装置制造方法，包括 在半导体衬底的上侧上形成多个布线；在布线的表面上形成无机绝缘膜，所述无机绝缘膜在与布线的连接焊 盘部分相对应的部分中具有开口 ；在半导体衬底的上侧上以及在无机绝缘膜上形成由有机树脂制成的外套膜，所述外套膜在与布线的连接焊盘部分相对应的部分中具有开口；以 及通过电解电镀在无机绝缘膜的开口中以及在外套膜的开口之中和上方 形成柱状电极。
20. 如权利要求19所述的半导体装置制造方法，其特征在于，无机绝 缘膜由包含作为主要成分的氧化硅或氮化硅的无机材料制成。
21. 如权利要求19或20所述的半导体装置制造方法，其特征在于，布 线形成在有机绝缘膜上，所述有机绝缘膜设置在半导体衬底的上侧上。
22. 如权利要求19-21中任一项所述的半导体装置制造方法，其特征在 于，所述无机绝缘膜形成在包括布线的有机绝缘膜上。
23. 如权利要求19-22中任一项所述的半导体装置制造方法，其特征在 于，作为柱状电极的基础的基础金属层形成在布线的连接焊盘部分上以及 外套膜的开口的内壁表面上。
24. 如权利要求19-22中任一项所述的半导体装置制造方法，其特征在 于，包括在形成柱状电极之前在无机绝缘膜的开口的内壁表面上以及在外 套膜的开口的内壁表面上形成另 一无机绝缘膜的步骤。
25. 如权利要求19-24中任一项所述的半导体装置制造方法，其特征在 于，形成柱状电极的步骤是通过电解电镀在无机绝缘膜和外套膜的开口中 的布线的连接焊盘部分上形成下柱状电极部分并随后在下柱状电极部分上 以及在绕下柱状电极部分的外套膜上形成上柱状电极部分的步骤。
全文摘要
一种半导体装置包括半导体衬底、设置在半导体衬底的一侧上并具有连接焊盘部分的多个布线、以及分别设置在布线的连接焊盘部分上的多个柱状电极，每个柱状电极都包括外周表面和顶表面。电迁移防护膜设置在至少布线的表面上。密封膜绕柱状电极的外周表面设置。
文档编号H01L23/485GK101589467SQ200880002910
公开日2009年11月25日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年1月25日
发明者三原一郎, 河野一郎, 若林猛 申请人:卡西欧计算机株式会社