制造半导体装置的方法与流程

于2017年6月1日提交的日本专利申请no.2017-109399的公开(包括说明书、附图和摘要)通过引用整体并入本文。

本发明涉及：一种制造半导体装置的方法；特别地涉及可有效应用于制造通过导电层将导线与焊盘电极的表面连接而形成的半导体装置的方法的技术。

背景技术

在日本未审查专利申请公开no.2010-157683(专利文献1)中公开了采用钯膜作为种子金属膜并使用碘系蚀刻液作为蚀刻液的技术。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审专利申请公开no.2010-157683

技术实现要素：

例如，存在通过经由接合线将诸如引线框架或布线板之类的基底材料的端子与安装在基底材料上的半导体芯片的焊盘电极彼此电连接而形成的半导体装置。具体而言，存在通过经由预先形成在焊盘电极之上的导电层将接合线与焊盘电极连接而形成的半导体装置。

根据本发明人的研究，已经发现，接合线的接合可靠性(接合强度)取决于导电层的构造和形成方法而劣化。因此，期望通过设计导电层的构造和形成方法来提高半导体装置的可靠性。

其它问题和新颖特征将从本说明书的描述和附图中变得明显。

根据实施例的制造半导体装置的方法包括以下步骤：(a)提供具有焊盘电极、第一导电层、光致抗蚀剂膜和第二导电层的半导体晶片。此外，制造半导体装置的方法包括以下步骤：(b)在第二导电层的表面上形成包含碘的保护膜，(c)去除光致抗蚀剂膜，(d)去除第一导电层的一部分，(e)用氩离子照射保护膜并去除保护膜，以及(f)使接合线的一部分与第二导电层的表面接触。

根据实施例，可以提高半导体装置的可靠性。

附图说明

图1是根据本实施例的半导体装置的平面图。

图2是在图1中的线a-a上截取的截面图。

图3是根据本实施例的半导体芯片的平面图。

图4是在图3中的线b-b上截取的主要部分的截面图。

图5是示出根据本实施例的半导体装置的制造步骤的工艺流程图。

图6是根据本实施例的制造步骤期间的半导体装置的平面图。

图7是接着图6的制造步骤期间的半导体装置的平面图。

图8是在图7中所示的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图9是接着图8的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图10是接着图9的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图11是接着图10的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图12是接着图11的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图13是接着图12的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图14是接着图13的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图15是接着图14的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图16是接着图15的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图17是接着图16的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图18是接着图17的制造步骤期间的半导体装置的透视图。

图19是接着图18的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图20是接着图19的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图21是接着图20的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图22是接着图21的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图23是接着图22的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图24是示出根据本实施例的蚀刻步骤中的导电层表面处的反应机理的概念图。

图25是示出根据本实施例的等离子体清洁步骤处的反应机理的概念图。

图26是根据变形例1的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图27是根据变形例1的接着图26的制造步骤期间的半导体装置的截面图。

图28是根据变形例2的半导体装置的截面图。

具体实施方式

在以下实施例中，为了方便起见，如果需要，将每个实施例分成多个部分或实施例进行解释，但是除非另有指定，否则它们彼此不是无关的并且处于一个部分或实施例是另一个部分或实施例的部分或整体的变形例、细节、补充说明等的关系中。

此外，在下面的实施例中，当涉及要素的数量和其它(包括件数、数值、数量、范围等)时，除了被指定和原理上明显限于特定数量的情况以及其它情况之外，否则数量不限于特定数量，而是可以大于或小于特定数量。

此外，在下面的实施例中，不言而喻，除了被指定和原理上显然被认为是必需的情况以及其它情况之外，构成组件(包括组件步骤等)不一定是必需的。

类似地，在下面的实施例中，当涉及构成组件的形状、位置关系等时，除了被指定和原理上被认为不是的情况以及其它情况之外，它们基本上包括与形状等近似或类似的那些形状等。数值和范围也是一样。

此外，在用于解释实施例的所有附图中，原则上用相同的符号表示相同的部件，并且不会重复解释相同的部件。这里，为了使绘图容易理解，有时甚至在平面图中也可以施加阴影线。

(实施例)

<半导体装置>

基于qfp(四方扁平封装)型半导体装置来解释本实施例。

首先，参考图1至图4来解释根据本实施例的半导体装置(半导体集成电路器件)sd的构造。图1是根据本实施例的半导体装置sd的平面图。图2是在图1中的线a-a上截取的截面图。图3是根据本实施例的半导体芯片3的平面图。图4是在图3中的线b-b上截取的主要部分的截面图。

如图1和图2中所示，根据本实施例的半导体装置sd具有半导体芯片3、多个接合线5、多个引线2和密封体1。密封体1具有近似正方形的平面形状，其具有四个侧面，并且多个引线2在侧面从密封体1突出，以在垂直于相关侧面的方向上延伸。半导体芯片3布置在密封体1的中心部处。半导体装置sd是qfp型半导体装置。

半导体芯片3包括半导体衬底并且具有多个半导体元件、多个导线、多个焊盘电极4(端子、外部电极和外部提取焊盘电极)以及导电层op。例如，构造半导体芯片3的半导体衬底包含硅(si)。

半导体元件与导线(金属导线)连接并构造电路块，并且电路块(半导体元件)通过导线与焊盘电极4电连接。然后，焊盘电极4通过导电层op和接合线5与引线2电连接。焊盘电极4通过导电层op通过接合线5与引线2连接。例如，引线2主要由铜(cu)构成。此外，接合线5例如主要由铜(cu)构成。如后述的图4中所示，各接合线5具有球部5a和线部5b。如图4中所示，球部5a形成在线部5b的一端处，球部5a通过导电层op与焊盘电极4连接，并且线部5b的另一端连接到引线2。

这里，“包含铜(cu)”意指主要由铜(cu)构成的金属。然后，主要由铜(cu)构成的金属膜、引线或导线意指其包含含有少量(1％或更少)金属添加剂的铜合金。列举出例如铝(al)、镁(mg)、钛(ti)、锰(mn)、铁(fe)、锌(zn)、锆(zr)、铌(nb)、钼(mo)、钌(ru)、钯(pd)、银(ag)、金(au)、铟(in)、镍(ni)、铂(pt)、镧系金属和锕系金属作为金属添加剂。此外，也可以采用含有至少一种上述金属的物质作为金属添加剂。这里，也可以使用主要由金(au)构成的导线作为接合线5。

密封体1覆盖半导体芯片3、聚酰亚胺层pi、导电层op、接合线5、引线2、管芯焊盘(芯片安装部)6和接合层7。半导体芯片3通过接合层7被接合到管芯焊盘6。密封体1具有平坦主表面(密封体主表面)1a、平坦背表面(密封体背表面)1b以及连接主表面1a和背表面1b的侧表面(密封体侧表面)1c。密封体1例如包含环氧树脂。

在图2中，双点划线表示安装半导体装置sd的安装衬底的安装平面mb。在将半导体装置sd安装在安装衬底上的状态下，主表面(上表面、顶表面)1a和背表面(下表面)1b与安装平面mb平行。在此，在将半导体装置sd安装在安装衬底上的状态下，将靠近安装平面mb侧的表面称为密封体背表面(下表面)1b，将远侧的表面称为密封体主表面(上表面、顶表面)1a。引线2被布置为围绕半导体芯片3并且从半导体芯片3径向延伸。每个引线2具有主表面(上表面、顶表面、引线主表面)2a和背表面(下表面、引线背表面)2b。每个引线2包括内引线部il和外引线部ol，并且内引线部il位于密封体1的内部。每个外引线部ol的主表面2a和背表面2b被焊料镀膜2c覆盖。外引线部ol的引线2的侧表面也被焊料镀膜2c覆盖，但外引线ol的末端2d没有被焊料镀膜2c覆盖，并且基底材料被部分地暴露。但是，末端2d处的基底材料周围被焊料镀膜2c覆盖。各接合线5与各引线2的内引线部il的主表面2a连接。

此外，各外引线部ol：具有鸥翼形状；并且具有从每个内引线部il向密封体1的外部连续地且线性地突出的突出部、从突出部朝向安装平面mb延伸的弯曲部以及从弯曲部几乎平行于安装平面mb延伸并通过安装焊料与安装衬底连接的连接部。

如图3中所示，在平面图中，呈矩形形状的半导体芯片3具有彼此相对的边3c和边3d以及彼此相对的边3e和边3f。在半导体芯片3的主表面3a上，沿着边3c至3f形成各自为多个焊盘电极4的集合的焊盘电极组4c至4f。

在焊盘电极组4c中：多个焊盘电极4沿着边3c以两行布置；导电层op被布置在每个焊盘电极4上；并且每个接合线5的球部5a与导电层op连接。焊盘电极组4d、4e和4f具有类似的构造。

在由四个焊盘电极组4c至4f围绕的区域中，在半导体芯片3的主表面3a上形成在平面图中为矩形形状的聚酰亚胺层(有机绝缘膜)pi。聚酰亚胺层pi形成在由焊盘电极组4c至4f围绕的区域中，但不形成于角部(例如，焊盘电极组4c与焊盘电极组4e或4f之间的区域，或者焊盘电极组4d与焊盘电极组4e或4f之间的区域)以及焊盘电极组4c至4f与半导体芯片3中的边3c至3f之间的区域中。此外，聚酰亚胺层pi也不形成在焊盘电极组4c至4f中的焊盘电极4当中的区域中。即，如图3和图4中所示，密封体1在聚酰亚胺层pi和边3c至3f之间未形成焊盘电极4(和导电层op)的区域中接触绝缘膜11。

在半导体芯片3中形成的半导体元件：例如包括misfet(金属绝缘体半导体场效应晶体管)和非易失性存储单元；并且例如形成在图3中的由聚酰亚胺层pi覆盖的区域中的半导体衬底sb(参考图4)中。

图4是在图3中的线b-b上截取的截面图。此处，在图4的下部还示出了焊盘电极4和导电层op的平面图。

如图4中所示，焊盘电极4隔着具有高相对介电常数的绝缘膜10布置在半导体衬底sb之上。例如，高机械强度的绝缘膜10包括诸如氧化硅膜的无机绝缘膜。焊盘电极4包含铝(al)，但可以采取：通过在包含铝的膜下布置钛膜/氮化钛膜等而形成的层叠结构；或通过进一步布置氮化钛膜作为上层而形成的层叠结构。另外，也可以在构造焊盘电极4的铝膜中添加少量(例如按重量计的2％或更少)的铜等。

焊盘电极4和绝缘膜10被用作保护膜的绝缘膜11覆盖，并且在绝缘膜11中形成用于暴露焊盘电极4的主表面的一部分的开口。此外，绝缘膜11包括：无机绝缘膜，例如氧化硅膜、氮化硅膜或通过在氧化硅膜上形成氮化硅膜而获得的层叠膜；或者有机绝缘膜，诸如聚酰亚胺膜、通过在聚酰亚胺膜上形成氧化硅膜而获得的层叠膜或通过在聚酰亚胺膜上形成氮化硅膜而获得的层叠膜。

导电层op形成在焊盘电极4上，并且接合线5通过导电层op与焊盘电极4电连接。导电层op在绝缘膜11中形成的开口处接触焊盘电极4并在绝缘膜11上延伸。

此处，当在构造焊盘电极4的铝膜之上形成氮化钛膜时，在开口处，将具有比铝膜高的电阻的氮化钛膜去除，并且暴露铝膜的主表面。也就是说，导电层op接触构造焊盘电极4的铝膜，而不插入氮化钛膜。

导电层op从焊盘电极4侧依次包括四个导电层12、13、14和15。导电层12例如包括钛(ti)，导电层13例如包括铜(cu)，导电层14例如包括镍(ni)，以及导电层15例如包括金(au)。

导电层12是焊盘电极4与导电层13之间的反应防止层(阻挡金属层)，并且导电层13是通过电镀方法形成导电层14和15时的供应层(种子层)。此外，导电层14：是用于防止焊盘电极4由于线接合期间的应力而变形的应力缓解层；并且还用作防止构造导电层13的铜扩散到导电层15中的反应防止层，此外，当通过电镀方法形成导电层15时，用作供应层。此外，导电层15是用于与接合线5形成合金层的接合层。因此，导电层15的表面(上表面)成为线接合平面。这里，可以使用除钛之外的铬(cr)作为导电层12。此外，可以使用除了金之外的钯(pd)作为导电层15。

此外，虽然已经基于在焊盘电极4和导电层15之间形成导电层12作为反应防止层的情况解释了本实施例，但是可以不形成导电层12。然而，为了防止构造导电层13的铜扩散到焊盘电极4中，优选如本实施例那样隔着导电层12在焊盘电极4上形成导电层13。

如图4中所示，在本实施例中，导电层12、13、14和15：在平面图中形成为大致相同尺寸的矩形形状；并且在厚度方向上在相同的位置处彼此重叠。此外，如图4中所示，导电层op形成为：比焊盘电极4大；并且在厚度方向上与焊盘电极4重叠。这里，导电层op可以具有与焊盘电极4相同的尺寸或比焊盘电极4小的尺寸。然而，焊盘电极4和导电层op优选大于形成在绝缘膜11中的开口。另外，如后面作为变形例进行描述的那样，导电层op也可以形成为在厚度方向上与焊盘电极4不重叠。

如图4中所示，在平面图中，接合线5的球部5a和导电层15的结合部被表示为第一区域r1，并且除了第一区域r1之外的导电层15的主表面被表示为第二区域r2。即，第一区域r1是导电层15的中心部，并且第二区域r2连续地围绕第一区域r1。此外，例如，在导电层15的主表面(上表面)的中心形成凹部15a，并且接合线5的球部5a形成在凹部15a内。同时，包含金的导电层15具有低硬度，因此可以以跨过凹部15a和围绕凹部15a的突起的方式布置球部5a。然而，导电层14具有比导电层15高的硬度，因此球部5a优选布置在导电层14的凹部内。

如图4中所示，以与绝缘膜11接触的方式在绝缘膜11上形成聚酰亚胺层pi，并且聚酰亚胺层pi、导电层op、接合线5和绝缘膜11被密封体1覆盖。密封体1例如包含环氧树脂并含有硅烷偶联剂。

如图4中所示，在导电层15与接合线5的球部5a之间形成包含金和铜的合金层17。即，合金层17形成在图4中的第一区域r1中。

<制造半导体装置的方法>

接下来，参考图5至图23来解释根据本实施例的制造半导体装置sd的方法。图5是示出根据本实施例的半导体装置的制造步骤的工艺流程图。图6和图7是根据本实施例的制造步骤期间的半导体装置的平面图。图8至图17和图19至图23是在根据本实施例的制造步骤期间的半导体装置的截面图。图18是根据本实施例的制造步骤期间的半导体装置的透视图。

在本实施例中，通过大致分为半导体晶片的提供步骤(s1至s5)、管芯接合步骤(s6和s7)、等离子体清洁步骤(s8)、线接合步骤(s9)、树脂密封步骤(s10)和切割步骤(s11)的六个步骤来解释工艺。

1.半导体晶片的提供步骤

在本实施例中，通过以下步骤提供通过在焊盘电极4的表面上施加opm(overpadmetallization：过度焊盘金属化)而形成的半导体晶片wf。

首先，施加图5中所示的焊盘电极形成步骤(s1)。具体而言，在半导体衬底sb之上形成包含机械强度高的氧化硅膜等的无机绝缘膜的绝缘膜10。接下来，焊盘电极4由作为绝缘膜10的第一表面上的导电部件(导电材料)的铝形成。焊盘电极4例如通过溅射法形成。结果，如图6中所示，形成了其中具有焊盘电极4的多个半导体芯片3布置成矩阵的半导体晶片wf。

这里，第一表面：是半导体衬底sb的表面或形成在半导体衬底sb上的绝缘膜10的表面；并且意指其上形成焊盘电极的焊盘电极形成表面19。在本实施例中，由于焊盘电极4形成在绝缘膜10的表面上，所以绝缘膜10的表面是焊盘电极形成表面19。这里，在图6和图7中，半导体芯片3以简化的方式表示，因此，例如，焊盘电极4和导电层op的数量与图3中的不同。上述过程是焊盘电极形成步骤(s1)。

接着，通过图5中所示的导电层形成步骤(s2)、碘保护膜形成步骤(s3)、光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)和导电层蚀刻步骤(s5)，如图7中所示，在半导体芯片3中的焊盘电极4上形成导电层op。下面参考图5和图8至图17来解释形成导电层op的方法。

首先，施加图5中所示的导电层形成步骤(s2)。导电层形成步骤(s2)是在焊盘电极4上形成绝缘膜11以及导电层12、13、14和15的步骤。

具体地说，如图8中所示，绝缘膜11由作为绝缘部件的氧化硅形成在焊盘电极形成表面19上，使得绝缘膜10和焊盘电极4可以被覆盖，但是可以形成暴露焊盘电极4的表面的一部分的开口11a。例如，通过cvd(化学气相沉积)法形成绝缘膜11。这里，除了氧化硅膜之外，绝缘膜11可以包括：诸如氮化硅膜或通过在氧化硅膜上形成氮化硅膜而获得的层叠膜之类的无机绝缘膜；或者诸如聚酰亚胺膜、通过在聚酰亚胺膜上形成氧化硅膜而获得的层叠膜或通过在聚酰亚胺膜上形成氮化硅膜而获得的层叠膜之类的有机绝缘膜。

此外，在整个焊盘电极形成表面19上形成绝缘膜11之后，可以通过湿法蚀刻方法去除与开口11a相对应的绝缘膜11的一部分。这里，在这种形成方法中，取决于蚀刻条件(例如，时间)，在某些情况下焊盘电极4的一部分(表面)被过度蚀刻，并且在这种情况下，开口11a不仅暴露焊盘电极的表面而且暴露内部的一部分。

接下来，如图9中所示，在绝缘膜11的表面上形成包含钛的导电层12，以接触并覆盖从绝缘膜11的开口11a暴露的焊盘电极4。

接下来，如图10中所示，在导电层12的表面上形成包含铜的导电层13，并且导电层13通过导电层12与焊盘电极4电连接。导电层12和13例如由溅射法形成。如前所述，导电层12是焊盘电极4和导电层13之间的反应防止层，当导电层14和15通过电镀方法形成时，导电层13是供应层。

接下来，如图11中所示，在导电层13上形成具有开口pro1的光致抗蚀剂膜pr1。光致抗蚀剂膜pr1是用于选择性地在厚度方向上与焊盘电极4重叠的区域(区域r1和r2，其中形成图4中所示的导电层op)中形成后面将描述的导电层14和15的膜。具体而言，在导电层13的表面上形成光致抗蚀剂膜pr1，并且接着通过去除与形成导电层op的区域r1和r2相对应的部分来形成开口pro1。结果，导电层op形成区域r1和r2被暴露。这里，光致抗蚀剂膜pr1包括主要由碳构成的有机绝缘膜。

接下来，如图12中所示，通过电镀方法在开口pro1中的导电层13上选择性地形成包含作为导电材料的镍的导电层14。这里，导电层14的厚度例如为1.5至2.0μm。导电层14是用于防止焊盘电极4由于线接合步骤(s9)处的线接合期间的应力而变形的应力缓解层，并且导电层14的厚度为足以减轻焊盘电极4接收到的冲击的厚度。此外，如前所述，导电层14：是用于防止焊盘电极4由于线接合期间的应力而变形的应力缓解层；并且还用作防止构造导电层13的铜扩散到导电层15中的反应防止层，此外，当通过电镀方法形成导电层15时，用作供应层。

接下来，如图13中所示，通过电镀方法在开口pro1中的导电层14上选择性地形成包含作为导电材料的金的导电层15。这里，导电层15的厚度被设定为不小于1.5μm或优选不小于1.5μm且小于2.0μm。如前所述，导电层15是用于在导电层op与接合线5之间形成合金层17(参考图4)的接合层，并且导电层15的表面(上表面)是线接合平面。上述过程是导电层形成步骤(s2)。

接着，施加图5中所示的碘保护膜形成步骤(s3)。在碘保护膜形成步骤(s3)中，如图14中所示，通过在碘气氛中暴露半导体晶片wf，在导电层15的表面上形成包含碘的保护膜18(参考图15)。如稍后将描述的，保护膜18优选地在导电层15的表面上形成为单层吸附膜。此时保护膜18的形成条件是碘气的分压约为100帕，暴露时间为600秒。

接着，施加图5中所示的光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)。在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)中，如图16中所示，通过使用蚀刻液的湿法蚀刻法去除光致抗蚀剂膜pr1。作为蚀刻液的示例，使用通过混合烷基苯磺酸获得的有机溶剂作为有机酸。这里，虽然在本步骤中选择仅允许光致抗蚀剂膜pr1被选择性地去除的蚀刻液，即不去除被光致抗蚀剂膜pr1覆盖的导电层13，但是被光致抗蚀剂膜pr1覆盖的导电层13的一部分(表面)取决于蚀刻条件(例如，时间)有时会被过度蚀刻。

接着，施加图5中所示的导电层蚀刻步骤(s5)。在导电层蚀刻步骤(s5)中，如图17中所示，通过使用蚀刻液的湿法蚀刻方法去除从导电层14和15暴露的区域中的导电层12a和13a。作为蚀刻液的示例，使用通过将硫酸和过氧化氢溶液以按重量计10至1的浓度比混合而获得的液体。蚀刻时间约为4分钟。

以这种方式，如图4、7和17中所示，通过图5中所示的导电层形成步骤(s2)、碘保护膜形成步骤(s3)、光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)及导电层蚀刻步骤(s5)，在半导体芯片3的焊盘电极4上形成包含导电层12、13、14和15的层叠结构的导电层op。

2.管芯接合步骤

接下来，通过图5中所示的晶片切割步骤(s6)和管芯接合步骤(s7)，将半导体芯片3固定(安装)在基底材料上。这里，在本实施例中，如图2和图19中所示，具有引线2和管芯焊盘6的引线框架lf被用作基底材料。

首先，施加图5中所示的晶片切割步骤(s6)。在晶片切割步骤(s6)中，如图18中所示，利用切割刀片db将半导体晶片wf分割成多个半导体芯片3。虽然在图中未示出，但是在本步骤中，在切削水吹到半导体晶片wf的表面上的同时用切割刀片db切削半导体晶片wf。

接着，施加图5中所示的管芯接合步骤(s7)。在管芯接合步骤(s7)中，如图19中所示，将经切割的半导体芯片3经由接合层(管芯接合材料)7布置(暂时接合)在引线框架lf的芯片焊盘6上，接合层7包含含有热固性树脂的糊料。然后，通过在约170℃至180℃的温度下施加热处理，接合层7硬化并且半导体芯片3被固定(最终接合)在管芯焊盘6上。这里，也可以使用膜材料代替糊料。此外，尽管在图中未示出，但是在引线框架lf中，存在多个半导体装置形成区域并且安装多个芯片焊盘6。

3.等离子清洁步骤

接下来，施加图5中所示的等离子体清洁步骤(s8)。在等离子体清洁步骤(s8)中，如图20中所示，使用氩气(ar)的等离子体清洁被施加到固定到引线框架lf的半导体芯片3。在约15pa的氩气分压、200w的电功率和10秒的照射时间的条件下施加等离子体清洁。通过该步骤，如图21中所示，在构造导电层op的多个导电层中的最外导电层15的表面上形成的包含碘的保护膜18被去除。即，作为导电层op的最外层的导电层15的表面被清洁。稍后描述包括机理的细节。

4.线接合步骤

接着，施加图5中所示的线接合步骤(s9)。在线接合步骤(s9)中，如图22中所示，通过接合线5将形成在半导体芯片3的主表面之上的导电层op和引线2连接。通过采用热压接合的球接合(钉头接合)方法和超声波振动组合来将接合线5与导电层op连接。具体而言，在接合线5的一部分(球部5a)与导电层op的表面连接之后，接合线5的另一部分与引线框架lf的引线2的线结合部连接。此外，在本实施例中使用的接合线5是主要由铜构成的导线。在该步骤中，在与接合线5连接的导电层op的表面处，形成约数纳米厚的包含铜和金的合金层17(参考图4)。这里，作为接合线5，也可以使用主要由金(au)构成的导线。

5.树脂密封步骤

接着，施加图5中所示的树脂密封步骤(s10)。在本实施例中，使用传递模塑方法。在树脂密封步骤(s10)中，如图23中所示，通过将半导体芯片3和引导框架lf放置在形成于模具16的上模具16a和下模具16b的配合面之间的腔室16c中并用密封树脂8填充腔室16c来形成图4中所示的密封体1。这里，密封树脂8包括例如包含硅偶联剂的环氧树脂。此外，还可以使用压缩树脂密封方法(在腔室中制备熔融树脂、将半导体芯片和引线框架浸入熔融树脂中并使树脂固化的方法)来代替传递模塑方法。

6.切割步骤

最后，施加图5中所示的切割步骤(s11)。虽然在图中没有示出，具体地，在根据本实施例的qfp型半导体装置中，通过用刀模切削引线2(或引线框架lf)将具有内引线部il和外引线部ol的半导体装置sd(参考图2)与作为基底材料的引线框架lf分离。通过上述步骤，完成半导体装置sd。

同时，与后述的变形例的bga(球栅阵列)型半导体装置同样，也能够使用切割刀片db来分离半导体装置。

<本实施例的步骤、特征和效果中假定的问题>

解释了本发明人在上述制造半导体装置的方法的步骤中所研究的问题以及作为解决问题的手段的本实施例的特征和效果。图24是示出根据本实施例的蚀刻步骤中的导电层表面的反应机理的概念图。图25是示出根据本实施例的等离子体清洁步骤处的反应机理的概念图。

a.关于导电层表面处的污染

本发明人已经研究了导电层op的表面处的污染。如前所述，在图5中所示的导电层形成步骤(s2)中，如图4中所示，在焊盘电极4上形成绝缘膜11和构造导电层op的导电层12、13、14和15。即，将接合线5接合到导电层15。

通常，为了提高接合线5与导电层15之间的接合强度，在线接合步骤(s9)中，使接触接合线5的导电层15的表面不被污染是重要的。这里，包含铜(cu)的接合线比包含金(au)的接合线更硬并且与包含金的导电层15的粘附性低。结果，当特别使用包含铜的接合线时，重要的是使接触接合线5的导电层15的表面不被污染。然而，在导电层形成步骤(s2)和线接合步骤(s9)之间，施加去除光致抗蚀剂膜pr1的光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)、去除不需要的导电层12a和不需要的导电层13a的导电层蚀刻步骤(s5)、晶片切割步骤(s6)、管芯接合步骤(s7)和其它步骤。因此，在接合线5与导电层15连接之前，在导电层形成步骤(s2)中形成的导电层15的表面被污染的可能性不小。

因此，首先，本发明人对图5中所示的导电层蚀刻步骤(s5)中的导电层15的表面处的污染进行了研究。作为研究的示例，解释了通过在导电层形成步骤(s2)之后不施加碘保护膜以及在导电层15的表面上不形成包含碘的保护膜18而制造的半导体装置。

在导电层蚀刻步骤(s5)中，使用湿法蚀刻方法来选择性地去除不需要的导电层13a和不需要的导电层12a。使用硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液作为包含铜的导电层13a和包含钛的导电层12a的蚀刻液。

如图24中所示，当将半导体晶片wf浸入蚀刻液20中时，首先蚀刻构造导电层13a的铜，并且铜离子21在蚀刻液20中洗脱(eluted)。此时，当铜离子21被蚀刻时产生的许多电子22与溶液中的过氧化氢(图中未示出)反应。然而，当铜离子21被蚀刻时产生的一些电子22移动到通过导电层14与导电层13a电连接的导电层15的表面。结果，铜离子21再次接收位于导电层15的表面处的电子22并且铜沉淀在导电层15的表面上。沉淀的铜最终在导电层15的表面上形成为平面形状(层状)的包含铜的污染沉淀膜26。

另外，如图24中所示，构造作为导电层op的一部分的导电层14的镍：具有比铜大的离子化倾向；因此很可能被蚀刻液20蚀刻。结果，导电层14被蚀刻液20蚀刻，并且镍离子23被洗脱。当镍被蚀刻时产生的电子24移动到与导电层14电连接的导电层15的表面。此时，存在于溶液中的离子中，原始金属中离子化倾向最小的铜离子21接收导电层15的表面处的电子24并且铜25沉淀。以与上述相同的方式最终在导电层15的表面上形成为平面形状(层状)的作为铜的污染沉淀膜26的沉淀铜25。

以这种方式，通过蚀刻导电层13a在导电层15的表面上形成污染沉淀膜26。特别是，如上所述，当导电层15与导电层13a之间存在包含具有比构造导电层13a的金属(例如，铜)小的离子化倾向的金属(例如，镍)的导电层14时，污染沉淀膜26的形成被加速。本发明人已经证实，污染沉淀膜26的厚度达到约2nm。

形成的污染沉淀膜26：当厚度大时，形成为层状(平面形状)；因此即使在线接合之前的等离子体清洁步骤(s8)中通过氩等离子体清洁也几乎不能被去除。结果，出现了由于污染沉淀膜26而导致接合线5与导电层15之间的接合强度劣化的问题。以上描述了在导电层蚀刻步骤(s5)中导电层15的表面的污染以及污染的影响。

接下来，本发明人研究了图5中所示的光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)中导电层15的表面处的污染。在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)中，使用湿法蚀刻方法来选择性地去除光致抗蚀剂膜pr1。使用有机酸作为光致抗蚀剂膜pr1的蚀刻液。在此，在去除光致抗蚀剂膜pr1之后，有时会发生导电层13a的一部分也被有机酸蚀刻，并且构造导电层13a的铜作为铜离子被洗脱，即发生过度蚀刻。

此时，由于导电层13a和导电层15电连接，因此在蚀刻时产生的电子移动到导电层15的表面，并且洗脱的铜离子作为铜在导电层15的表面处沉淀。作为结果，与导电层蚀刻步骤(s5)相同，担心也会在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)中形成污染沉淀膜26。

另外，也担心在图5中所示的晶片切割步骤(s6)中，如图18中所示，在用切割刀片db切削半导体晶片wf时，导电层15的表面被吹向导电层op的表面的切削水污染。

另一问题在于，在图5中所示的树脂密封步骤(s10)中，当接合线5与导电层15之间的接合强度由于导电层15的表面的污染而劣化时，接合线5由于树脂的填充压力而从导电层15的表面剥离。

因此期望具有焊盘电极的半导体芯片：防止形成在焊盘电极上的包含金属层的导电层的表面被污染；并提供导线与导电层之间的接合强度。

b.关于保护膜的形成

接下来，解释根据本实施例的保护膜18的形成。众所周知，例如金之类的贵金属的表面可能吸附各种原子和分子以稳定表面能。因此，在本实施例中，如图14中所示，在碘保护膜形成步骤(s3)中，通过在碘气氛中暴露半导体晶片wf，碘(i2)吸附于构造导电层15的金的表面，并且如图15中所示，在导电层15的表面上形成包含碘的保护膜18。

吸附到金的表面的碘不会被在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)中用作蚀刻液的有机酸、在导电层蚀刻步骤(s5)中用作蚀刻液的硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液、在晶片切割步骤(s6)中的切削水以及在管芯接合步骤(s7)中的加热(温度)所破坏。因此，在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)、导电层蚀刻步骤(s5)、晶片切割步骤(s6)和管芯接合步骤(s7)中，需要覆盖导电层15的保护膜18不剥离，并且碘对诸如如上所述的湿法蚀刻法等的液体处理具有高耐久性，并且非常适合作为保护膜18。

即，在上述的液体处理中，导电层15的表面被保护膜18覆盖，因此不被暴露。例如，在导电层蚀刻步骤(s5)中，根据上述机理，为了在导电层15的表面上形成污染沉淀膜26，需要洗脱的铜离子21在导电层15的表面处接收电子24。然而，通过预先形成保护膜18，由于在液体处理期间导电层15未被暴露，所以溶液中的铜离子21不能从导电层15接收电子24。结果，铜25不会沉淀，并且污染沉淀膜26不会形成在导电层15的表面上。

以这种方式，导电层15的表面被保护膜18保护，并且可以防止在导电层形成步骤(s2)和后续步骤中导致的导电层15的污染。

这里，如前所述，根据本实施例的保护膜18是在碘气分压为约100pa并且暴露时间为600秒的条件下形成的。此时，保护膜18形成为单层的碘吸附膜。

在这种情况下，吸附于金的表面的碘也不被有机酸、硫酸和过氧化氢溶液的混合溶液、切削水和管芯接合步骤中的加热(温度)损坏。即使当包含碘的保护膜18是单层时，由于在液体处理期间导电层15的表面不暴露，所以例如可以充分防止污染沉淀膜26在导电层15的表面上形成。

同时，当包含碘的保护膜18是单层时，可以通过在等离子体清洁步骤(s8)中的氩等离子体清洁容易且可靠地去除保护膜18至膜厚度薄的程度。

这样，根据本实施例的保护膜18优选形成为单层的碘吸附膜。

另外，尽管在根据本实施例的碘保护膜形成步骤(s3)中，基于用包含碘的保护膜18覆盖包含金的导电层15的整个表面的情况进行了解释，但是形成保护膜的区域不限于此情况。即，也可以覆盖接合线5的一部分(球部5a)所接触的区域，例如形成在导电层15的主表面的中心的凹部15a，或者在图5中所示的线接合步骤(s9)中仅用保护膜18覆盖作为接合线5的球部5a与导电层15之间的结合部的第一区域r1。

然而，如果考虑到当接合线5与导电层15的表面连接时引起的导线的位置偏差，则期望像本实施例一样，用保护膜18覆盖包含金的导电层15的整个表面。

另外，尽管在根据本实施例的碘保护膜形成步骤(s3)中，基于以气体状态引入碘的情况进行了解释，但也可以通过以下方式形成保护膜18：将半导体晶片wf浸入碘-碘化钾溶液中；并将碘吸附到导电层15的最外表面。

然而，如果考虑碘-碘化钾溶液对光致抗蚀剂膜pr1的影响和其它种类金属的溶解和沉淀对金表面污染的影响，则在需要控制碘溶液的程度上期望通过碘气进行碘到导电层表面的吸附。

另外，如图5中所示，尽管基于在导电层形成步骤(s2)之后立即施加根据本实施例的碘保护膜形成步骤(s3)的情况进行了解释，但可以在导电层形成步骤(s2)之后且在导电层蚀刻步骤(s5)之前的任何时候施加碘保护膜形成步骤(s3)。

然而，如前所述，由于在图5中所示的光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)中的过度蚀刻可能会在导电层15的表面上形成污染沉淀膜26，所以适合如本实施例一样，在导电层形成步骤(s2)中形成导电层15之后，立即施加碘保护膜形成步骤(s3)。也就是说，通过在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)之前施加碘保护膜形成步骤(s3)，在光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)处的导电层15的表面处的污染也可以被可靠地防止。

c.关于去除保护膜

接下来，解释根据本实施例的保护膜18的去除。众所周知，通过图5中所示的管芯接合步骤(s7)中的热处理步骤，诸如氮化合物等的物质：从接合层7蒸发；附着到焊盘电极4或导电层op的表面；并污染表面。为了防止导线与焊盘电极4或导电层op之间的接合故障，因此，在线接合之前，施加图20中所示的等离子体清洁作为图5中所示的等离子体清洁步骤(s8)。等离子体清洁是通过以下步骤的清洁方法：通过等离子体使诸如氩等惰性气体离子化；照射衬底表面；从而由惰性气体喷射表面原子；并清洁衬底表面。

在根据本实施例的等离子体清洁步骤(s8)中，如图20中所示，在导电层op的表面被氩离子照射时，氩离子与保护膜18中的碘分子和导电层15中的金原子碰撞，并且碘分子和金原子从导电层15的表面喷出。结果，保护膜18被去除并形成清洁的金表面。在根据本实施例的等离子体清洁步骤(s8)中，在约15pa的氩气分压、200w的电功率和10秒的照射时间的条件下施加氩等离子体清洁。通过该步骤，形成在导电层15的表面上的保护膜18被完全去除，并且碘不会保留在导电层15的表面处。

碘因此：对如前面所述的湿法蚀刻法之类的液体处理具有高的耐久性；但通常在线接合步骤(s9)之前施加的等离子体清洁步骤(s8)中可以容易且可靠地从导电层15的表面被去除；并且非常适合作为保护膜18。

以这种方式，可以在线接合步骤(s9)处保持半导体晶片wf之上的导电层15清洁。结果，可以提高接合线5和导电层15之间的接合强度。此外，不需要在半导体装置的制造步骤中增加去除保护膜18的另一步骤，因此可以提高半导体装置的产量，并且可以降低半导体装置的制造成本。

此外，在本实施例中，可以通过紧接线接合步骤(s9)之前施加等离子体清洁步骤(s8)，来防止在导电层形成步骤(s2)之后且在线接合步骤(s9)之前的步骤处导致的污染，并且结果能够有效地提高接合线5与导电层15的接合强度。

另外，通过提高接合线5与导电层15的接合强度，在图5中所示的树脂密封步骤(s10)中，能够可靠地防止接合线5由于树脂的填充压力而从导电层15的表面剥离的情况。

另外，即使在构造光致抗蚀剂膜的有机物等和构造供应层的铜等的异物附着于保护膜18的表面的情况下，也能够在等离子体清洁步骤(s8)中将其与保护膜18一起从导电层15的表面去除。

d.关于在等离子清洁步骤中铜的影响

这里，解释了在等离子体清洁步骤(s8)中污染导电层op的表面的可能性。图25是示出根据本实施例的等离子体清洁步骤(s8)中的反应机理的概念图。

在本实施例中，如图25中所示，具有其上形成有导电层op的焊盘电极4的半导体芯片3经由接合层7被固定在包含主要由铜构成的材料的引线框架lf的管芯焊盘6之上。因此当施加等离子体清洁步骤(s8)时，引线框架lf被氩离子27照射，构造引线框架lf的铜原子或铜离子28被溅射并排出到腔室中。

尽管排出的铜附着到衬底表面的可能性通常较低，但是当氩气的压力高时，存在氩离子27与排出的铜原子或铜离子28碰撞(再溅射)，并且再溅射的铜29附着到导电层op的表面的可能性。然而，再溅射的铜29散布在导电层op的表面上，并且仅引起如图25中所示的点状污染。也就是说，与上述污染沉淀膜26不同，再溅射的铜29不会以层状(平面形状)沉淀在导电层15的表面上。结果，可以说在等离子体清洁步骤(s8)中导致铜附着到导电层op的表面不会阻碍线接合。

这里，在等离子体清洁步骤(s8)中，虽然氩气的压力通常为约15pa，但是例如也可以将氩气的压力降低至约8pa，并且在高真空的条件下施加该步骤，在该条件下再溅射的可能性较低，以减少由再溅射的铜引起的导电层op的表面处的污染。即使在此情况下，在200w的电功率和10秒的照射时间的条件下，形成在导电层15的表面上的保护膜18被完全去除，并且碘不会保留在导电层15的表面处。

尽管已经基于实施例具体地解释了迄今为止本发明人所确立的发明，但不言而喻，本发明不限于该实施例，并且可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种修改。以下示出几个变形例，但是也可以适当地组合变形例。

(变形例1)

尽管如图4中所示，在本实施例中，基于在与焊盘电极4重叠、包括焊盘电极4的一部分(在绝缘膜的开口中暴露的部分)位置处形成导电层14作为应力缓解层并形成导电层15作为接合层的情况进行了解释，但是也可以如变形例1，在厚度方向上与焊盘电极4不重叠的区域中形成导电层14和15。

图26是根据变形例1的制造步骤期间的半导体装置的截面图。如图26和图27中所示，在根据变形例1的半导体装置中，形成导电层op的区域扩展到在厚度方向上与焊盘电极4不重叠的区域。以下解释了根据变形例1的制造半导体装置的方法。

在根据图5中所示的实施例的导电层形成步骤(s2)中，如图26中所示，在形成导电层12和导电层13之后，在导电层13上形成具有开口pro2的光致抗蚀剂膜pr2。如图26中所示，开口pro2形成为除了开口到与焊盘电极4在厚度方向上重叠的区域之外，还开口到与焊盘电极4不重叠的区域。

接着，通过电镀方法在开口pro2中选择性地形成导电层14和15。结果，如图26中所示，导电层op与焊盘电极4连接并形成为在绝缘膜11上延伸。

接着，如图26中所示，通过施加图5中所示的碘保护膜形成步骤(s3)，与本实施例类似，在包含金的导电层15的表面上形成包含碘的保护膜18。

接下来，与本实施例类似，施加图5中所示的光致抗蚀剂膜去除步骤(s4)、导电层蚀刻步骤(s5)、晶片切割步骤(s6)以及管芯接合步骤(s7)。

接着，如图27中所示，通过施加图5中所示的等离子体清洁步骤(s8)，去除包含碘的保护膜18，并且形成作为导电层op的最外表面的导电层15的清洁的金表面。

接着，施加图5中所示的线接合步骤(s9)。在变形例1中，如图27中所示，在厚度方向上与焊盘电极4不重叠的区域中，在绝缘膜11上延伸的导电层op与接合线5的球部5a连接，并形成合金层17。结果，接合线5的球部5a通过导电层op与焊盘电极4连接，并且线部5b的另一端与引线连接。

这里，与焊盘电极4连接的导电层op可以在图3中的聚酰亚胺层pi上延伸。此时，接合线5的球部5a与聚酰亚胺层pi上的导电层op连接，并且形成合金层17。

以这种方式，如图26和图27中所示，作为根据变形例1的制造半导体装置的方法，类似于本实施例，导电层op的表面可以通过以下步骤来保护：向导电层op施加碘保护膜形成步骤；将碘吸附至导电层op的表面；并形成包含碘的保护膜。结果，可以防止在导电层形成步骤(s2)和后续步骤中引起的污染，并且在具有焊盘电极的半导体芯片中，可以：不仅防止形成在焊盘电极上的导电层的表面而且防止形成在与焊盘电极不重叠的区域中的导体层的表面受到污染；并且甚至提高接合线5和在与焊盘电极不重叠的区域中连接的导电层op之间的接合强度。

例如，变形例1可以应用于通过集成封装工艺(后道工艺)和晶片工艺(前道工艺)来完成晶片状态下的封装的技术，即所谓的晶片工艺封装(wpp)。

(变形例2)

变形例2是将根据本实施例的半导体芯片安装在bga封装中的情况，并基于本实施例进行解释。

图28是根据变形例2的半导体装置的截面图。根据变形例2的半导体装置sd2具有作为玻璃环氧树脂系列的树脂衬底的布线板wb作为基底材料、半导体芯片3、密封体1以及作为外部端子的焊球be。半导体芯片3经由接合层7安装在布线板wb的主表面上，并且形成在半导体芯片3的主表面之上的多个导电层op与形成在布线板wb的主表面上的端子电极ld1通过接合线5连接。

在半导体芯片3的主表面之上形成聚酰亚胺层pi，并且用密封体1覆盖半导体芯片3、聚酰亚胺层pi、导电层op、接合线5和端子电极ld1。此外，在布线板wb的背表面分别形成与端子电极ld1电连接的多个端子电极ld2，并且焊球be分别与端子电极ld2连接。

作为制造根据图28中所示的变形例2的半导体装置的方法，与本实施例类似，可以通过以下步骤来保护导电层op的表面：对导电层op施加碘保护膜形成步骤；将碘吸附至导电层op的表面；并形成包含碘的保护膜。结果，可以防止在导电层形成步骤(s2)和后续步骤中引起的污染，并且在具有焊盘电极的半导体芯片中，可以：防止形成在焊盘电极上的包含金属层的导电层的表面被污染；并提高接合线5与导电层op之间的接合强度。

另外，在使用玻璃环氧树脂系列的树脂衬底作为基底材料时，与引线框架lf不同，由于受到在管芯接合步骤中施加的加热(温度)的影响而可能从衬底(具体地说构造衬底的树脂)产生不期望的气体成分。然后导电层op的表面有时也会被产生的气体成分污染。

如前所述，通过预先用包含碘的保护膜覆盖导电层op的表面，也可以抑制由气体成分引起的污染。

尽管已经基于本实施例具体地解释了迄今为止本发明人所确立的发明，但不言而喻，本发明不限于该实施例，并且可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种修改。