具有低介电性绝缘膜的半导体器件及其制造方法

专利名称：具有低介电性绝缘膜的半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，尤其涉及一种在低介电性 膜上具有布线线路的半导体器件。
背景技术：
作为待安装到以便携式电子器件等为代表的小尺寸电子器件上的半导
体器件，已知的有芯片尺寸封装(CSP)，每个芯片尺寸封装都具有基本等 于半导体衬底尺寸的大小。在CSP中，还将在晶片状态下完成封装并通过 划片分离成个体半导体器件的CSP称为晶片级封装(WLP)。
在如上所述(例如，参见日本专利申请公开公布No.2004-349461)的 传统半导体器件中，从绝缘膜上表面上的连接焊盘延伸出布线线路，所述 绝缘膜覆盖在半导体衬底上形成的连接焊盘。在形成于延伸的布线线路末 端上的连接焊盘部分的上表面上分别设置若干柱状电极，并形成密封膜以 覆盖在绝缘膜上表面上的柱状电极之间的布线线路。形成密封膜使得密封 膜的上表面和柱状电极的上表面位于同一平面。在柱状电极的上表面上分 别设置焊球。
在如上所述的这种半导体器件当中，有这样一种器件，在半导体衬底 和绝缘膜之间设置层间绝缘膜布线线路层叠结构部分，每个所述层间绝缘 膜布线线路层叠结构部分包括层间绝缘膜和布线线路的层叠结构。在这种 器件中，当层间绝缘膜布线线路层叠结构部分的布线线路之间的间距随着 半导体器件的小型化而减小时，布线线路之间的电容增大，结果，通过所 述布线线路传递的信号的延迟增加。
为了改善这一点，作为层间绝缘膜的材料，对诸如介电常数低于一般 用作层间绝缘膜材料的氧化硅的介电常数4.2至4.0的低k材料的低介电性 材料给予了更多的关注。低k材料的范例包括通过用碳(C)对氧化硅(Si02) 进行掺杂而获得的SiOC，以及还含有H的SiOCH。为了进一步降低介电常数，还在研究含空气的多孔型低介电性膜。
在上述的包括低介电性膜的半导体器件中，尤其是以具有空心结构的 多孔型低介电性膜为代表的低介电性膜的机械强度小并且容易受湿气影
响。结果，存在低介电性膜容易从衬层(imderlayer)剥落的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够明显避免低介电性膜剥落问题的半导体 器件及其制造方法。
根据本发明一个方面的半导体器件包括半导体衬底以及设置于所述半 导体衬底的一个表面上的低介电性膜布线线路层叠结构部分。所述低介电 性膜布线线路层叠结构部分具有包括多个低介电性膜和多个布线线路的层 叠结构，每个所述低介电性膜的相对介电常数为3.0或者更低，且其玻璃化 温度为400。C或者更高。至少在所述低介电性膜布线线路层叠结构部分上形 成绝缘膜。在所述绝缘膜上设置有用于电极的连接焊盘部分，以连接至 所述低介电性膜布线线路层叠结构部分的最上层布线线路的连接焊盘部 分；设置于用于电极的所述连接焊盘部分上的用于外部连接的凸块电极； 以及由有机树脂制成并至少设置于所述绝缘膜的一部分上的密封膜，所述 绝缘膜包围用于外部连接的所述凸块电极。所述绝缘膜和所述密封膜中的 一个覆盖所述低介电性膜布线线路层叠结构部分的侧表面。
根据本发明另一方面的半导体器件制造方法包括制备半导体晶片，所 述半导体晶片的一个表面上形成有低介电性膜布线线路层叠结构部分，所 述低介电性膜布线线路层叠结构部分包括低介电性膜和布线线路，所述低 介电性膜的相对介电常数为3.0或者更低，且其玻璃化温度为40(TC或更高。 接下来，通过施加激光束去除划片道之上的区域和所述划片道的相对侧上 的区域中的所述低介电性膜布线线路层叠结构部分的一部分，从而形成暴 露出所述低介电性膜布线线路层叠结构部分的侧表面的沟槽。之后，形成 覆盖所述低介电性膜布线线路层叠结构部分的侧表面的有机树脂膜。然后， 沿着所述划片道切割所述有机树脂膜和所述半导体晶片，从而获得多个半 导体器件。
ii


图1是作为本发明第一实施例的半导体器件的截面图2是制造图1所示半导体器件期间首先制备的组件的截面图3是图2之后的步骤中的组件的截面图4是图3之后的步骤中的组件的截面图5是图4之后的步骤中的组件的截面图6是图5之后的步骤中的组件的截面图7是图6之后的步骤中的组件的截面图8是图7之后的步骤中的组件的截面图9是图8之后的步骤中的组件的截面图10是图9之后的步骤中的组件的截面图11是图IO之后的步骤中的组件的截面图12是图11之后的步骤中的组件的截面图13是图12之后的步骤中的组件的截面图14是作为本发明第二实施例的半导体器件的截面图15是制造图14所示半导体器件期间的预定步骤中的组件的截面图16是图15之后的步骤中的组件的截面图17是图16之后的步骤中的组件的截面图18是图17之后的步骤中的组件的截面图19是图18之后的步骤中的组件的截面图20是作为本发明第三实施例的半导体器件的截面图21是根据本发明第四实施例的半导体器件的截面图22是根据本发明第五实施例的半导体器件的截面图23是根据本发明第六实施例的半导体器件的截面图。
具体实施例方式
(第一实施例)
图1示出了作为本发明的第一实施例的半导体器件的截面图。该半导 体器件包括硅衬底(半导体衬底)1。在所述硅衬底1的上表面上设置有若 干个诸如晶体管的有源半导体元件(未示出)。在所述衬底1的上表面的外
12围部分中，若干个由铝基金属等制成的连接焊盘2电连接至各个半导体元 件，但是该图仅示出了两个焊盘。所述连接焊盘2是每个半导体元件的输 入和/或输出端，和/或电源端。
除了所述连接焊盘2外面的外围部分之外，在所述硅衬底1的上表面 上设置低介电性膜/布线线路/层叠结构部分3。所述层叠结构部分3具有下 述结构，其中交替层叠多个层，例如四层低介电性膜4和同样层数的由铜 或铝基金属等制成的布线线路5。
所述低介电性膜4的材料的范例包括具有Si-O键和Si-H键的聚硅氧烷 基材料(HSQ:相对介电常数为3.0的含氢硅酸盐)、具有Si-O键和Si-CH3 键的聚硅氧烷基材料(MSQ湘对介电常数为2.7-2.9的甲基硅酸盐)、掺碳 氧化硅(相对介电常数为2.7-2.9的SiOC)以及有机聚合物基低k材料。能 够使用相对介电常数为3.0或更低以及玻璃化温度为40(TC或更高的材料。
所述有机聚合物基低k材料的范例包括由陶氏化学公司生产的"SiLK (相对介电常数为2.6)"和由霍尼韦尔电子材料公司生产的"FLARE (相对 介电常数为2.8) "。 400'C或更高的玻璃化温度是后面将要描述的一个或多 个制造步骤中的温度容限条件。还可以使用多孔型的上述各种材料。
除了上述情况之外，所述低介电性膜4的材料还可以是在正常条件下 相对介电常数高于3.0，但是当变成多孔时相对介电常数可能为3.0或更低 且玻璃化温度为400。C或更高的材料。例如，可以使用氟硅玻璃(相对介电 常数为3.5-3.7的FSG)、掺硼硅玻璃(相对介电常数为3.5的BSG)或氧化 硅(相对介电常数为4.0-4.2)。
在所述低介电性膜布线线路层叠结构部分3中，所述低介电性膜4之 间的布线线路5通过在所述膜4中形成的孔互相电连接。最下层的布线线 路5的一个端部通过开口 6电连接至连接焊盘2，所述开口 6形成在最下层 低介电性膜4中。最上层的布线线路5的连接焊盘部分5a设置于最上层低 介电性膜4的上表面外围部分上。
由诸如氧化硅的无机材料制成的钝化膜7设置在最上层布线线路5和 最上层低介电性膜4的上表面上。在对应于最上层布线线路5的连接焊盘 部分5a的部分中穿过所述钝化膜7形成开口 8。在所述钝化膜7的上表面 上设置有由有机材料制成的保护膜(绝缘膜)9，所述有机材料包含的主要成分有聚酰亚胺、环氧树脂、苯酚、双马来酰亚胺、丙烯、合成橡胶、聚
苯氧化物(polybenzoxide)等。在对应于所述钝化膜7的开口 8的部分中穿 过所述保护膜9形成开口 10。
在保护膜9的上表面上设置由铜等制成的金属衬层11。在每个金属衬 层11的整个表面上设置由铜制成的上层布线线路12。上层布线线路12和 金属衬层11的端部通过钝化层7和保护膜9的开口 8、 10连接至最上层布 线线路5的连接焊盘部分5a。在上层布线线路12的连接焊盘部分(用于电 极的连接焊盘部分)的上表面上设置由铜制成的柱状电极(用于外部连接 的凸块电极)13。
在上层布线线路12和保护膜9的上表面和硅衬底1的外围部分的上表 面上设置有由诸如环氧树脂基树脂的有机材料制成的密封膜14，使得所述 密封膜的上表面和柱状电极13的上表面位于同一平面上。在这种状态下， 低介电性膜布线线路层叠结构部分3、钝化膜7以及保护膜9的侧表面基本 形成一个平面，并完全被密封膜14覆盖。在柱状电极13的上表面上设置 焊球15。
如上所述，在该半导体器件中，在硅衬底1上除其外围部分的区域上 设置有各包括低介电性膜4和布线线路5的层叠结构的低介电性膜布线线 路层叠结构部分或结构部分3，并且低介电性膜布线线路层叠结构部分3、 钝化膜7以及保护膜9的侧表面被密封膜14覆盖。因此，低介电性膜布线 线路层叠结构部分3不容易从硅衬底1上剥落。
接下来，将描述上面提到的半导体器件的制造方法的一个范例。首先， 如图2所示，制备组件，其中，在晶片状态的硅衬底(下文中称为半导体 晶片21)上设置有连接焊盘2和低介电性膜布线线路层叠结构部分3，各 低介电性膜布线线路层叠结构部分3包括四层低介电性膜4和布线线路5。 在所述组件中，钝化膜7设置在层叠结构部分3上，最上层布线线路5的 连接焊盘5a的中央通过设置在钝化膜7中的开口 8暴露出来。
低介电性膜材料4的范例可以是如上所述的、相对介电常数为3.0或更 低且玻璃化温度为40(TC或更高的包括多孔型的那些材料。应指出的是图2 中用附图标记22表示的区域是对应于划片道(dicing street)的区域。
接下来，如图3所示，通过丝网印刷工艺、旋涂工艺等，在钝化膜7
14的上表面和通过钝化膜7的开口 8暴露出来的最上层布线线路5的连接焊 盘部分5a的上表面上形成保护膜9，所述保护膜9由诸如聚酰亚胺基树脂 的有机材料制成。然后，如图4所示，通过丝网印刷工艺、旋涂工艺等， 在保护膜9的上表面上形成由诸如聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酰胺(PAM) 的水溶性聚合物制成的水溶性保护膜17。
接下来，如图5所示，利用发射激光束的激光处理去除水溶性保护膜 17、保护膜9、钝化膜7和四层低介电性膜4位于划片道22的区域中以及 划片道相对侧上的区域中的部分以形成格状槽23。此外，穿过钝化膜7和 水溶性保护膜17、在对应于最上层布线线路5的连接焊盘部分5a的部分中 形成开口 8和10。
在该工艺中，当激光束照射到低介电性膜4上时，低介电性膜4熔化 并散开为低介电性膜碎片。所散开的低介电性膜碎片落到水溶性保护膜17 的上表面上并附着到其中(stick into),而不落到保护膜9的上表面上且不 附着到其中。然后，在用水清洗并去除水溶性保护膜17时，还同时去除附 着到水溶性保护膜17的上表面中的低介电性膜碎片。如果通过抽空来吸取 所散开的低介电性膜碎片，则可以无需水溶性保护膜17。
低介电性膜4是脆性的。因此，如果利用刀片在所述膜4中切割槽23， 则低介电性膜4的切割表面将具有凹痕和裂缝。考虑到这些情况，建议通 过激光束切割低介电性膜4以制造槽23。如果通过激光束制造槽23时，当 用激光束照射时，硅衬底1的上表面熔化，且熔化的硅颗粒跳起并接着落 到硅衬底1上。如图5所示，每个槽23将不可避免地具有不平坦的底表面。
在这种状态下，也就是说，在水溶性保护膜17已经去除的状态下，如 图6所示，在划片道22的区域和划片道22相对侧上的区域中的半导体晶 片21的上表面通过槽23暴露出来。另外，层叠在半导体晶片21上的四层 低介电性膜4、钝化膜7和保护膜9部分被槽23相互分离。结果，如图l 所示，在晶片21上形成多个相互独立的低介电性膜布线线路层叠结构部分
作为一个范例，槽23的宽度为10至1000pmx2加上划片道(划片切刀) 22的宽度。结果，在图l所示的最终器件中，覆盖低介电性膜布线线路层 叠结构部分3、钝化膜7以及保护膜9的侧表面的密封膜14的部分的宽度为10至1000nm。
接下来，如图7所示，在最上层布线线路5的连接焊盘部分5a经由钝 化膜7和保护膜9的开口 8、 IO暴露出来的上表面上、在半导体21经由槽 23暴露出来的上表面部分上以及保护膜9的整个上表面上形成金属衬层
11。 在这种情况下，金属衬层11可以仅由通过无电镀形成的铜层来形成， 仅由通过溅射形成的铜层来形成，或由在通过溅射形成的钛等的薄膜层上 通过溅射形成的铜层来形成。
接下来，在金属衬层11的上表面上形成抗镀覆膜24，然后进行构图。 结果，在抗镀覆膜24对应于形成上层布线线路12的区域的部分中形成开 口25。接下来，利用金属衬层ll作为电镀电流路径进行铜的电解电镀，从 而在抗镀覆膜24的开口 25中的金属衬层11的上表面上形成上层布线线路
12。 接下来，剥离抗镀覆膜24。
接下来，如图8所示，在金属衬层11和上层布线线路12的上表面上 通过沉积并接着构图来形成抗镀覆膜26。因而，在这种情况下，在抗镀覆 膜26中对应于上层布线线路12的连接焊盘部分的部分中(形成柱状电极 13的区域)形成开口 27。接下来，利用金属衬层11作为电镀电流路径进 行铜的电解电镀，从而在抗镀覆膜26的开口 27中的上层布线线路12的连 接焊盘部分的上表面上形成柱状电极13，每个所述柱状电极13具有50至 150pm的高度。接下来，将抗镀覆膜26全部剥离或去除。然后，利用上层 布线线路12作为掩模刻蚀并去除金属衬层11的不必要的部分，如图9所 示，仅留下在上层布线线路12下面的金属衬层11。
接下来，如图10所示，通过丝网印刷工艺、旋涂工艺等，在上层布线 线路12、柱状电极13和保护膜9的上表面上以及经由槽23暴露出来的半 导体21的上表面上完整地形成由诸如环氧树脂基树脂的有机材料制成的密 封膜(有机树脂膜)14，使得密封膜14的厚度大于柱状电极13的高度。 因此，在这种状态下，柱状电极13的上表面被密封膜14覆盖。保护膜9、 钝化膜7以及四层低介电性膜4的侧表面也完全被密封膜14覆盖。
接下来，适当地研磨密封膜14的上表面的一部分以如图11所示暴露 出柱状电极13的上表面。另外，平坦化柱状电极13暴露出来的上表面和 密封膜14的上表面，使得这些上表面位于同一平面。在平坦化密封膜14
16的上表面时，可以将柱状电极13的上表面部分和密封膜14的上部一起研 磨几至十微米或更多。
接下来，如图12所示，在柱状电极13的上表面上形成焊球15。接下 来，如图13所示，沿着槽23中央的划片道22切割密封膜14和半导体晶 片21。如上所述，由于槽23被形成为比划片道22宽，因此获得多个具有 图1所示结构的半导体器件，其中，低介电性膜布线线路层叠结构部分3 的侧表面被密封膜14覆盖，并且钝化膜7的侧表面和保护膜9的上表面和 侧表面也被密封膜14覆盖。
在上述实施例中，半导体晶片21的上表面的暴露部分被示为类似槽23 的底部分，但是可以利用激光束部分地去除半导体21的上表面以形成槽23。 使得槽23的底部分可以低于半导体晶片21的上表面。如果在半导体晶片 21的上表面上形成诸如场氧化膜的绝缘膜，则该场效应氧化膜的上表面或 其膜厚度的中间部分可以是槽23的底部，并且槽23的底部可以位于半导 体晶片21的上表面的上方。 (第二实施例)
图14示出了作为本发明第二实施例的半导体器件的截面图。该半导体 器件与图1所示的半导体器件的不同之处在于钝化膜7的上表面和侧表 面以及低介电性膜布线线路层叠结构部分3的侧表面被保护膜9覆盖，而 保护膜9的侧表面被密封膜14覆盖。
作为制造该半导体器件的一个范例，制备图2所示的组件。然后如图 15所示，通过丝网印刷工艺、旋涂工艺等，在钝化膜7的上表面上和经由 钝化膜7的开口 8暴露出来的最上层布线线路5的连接焊盘部分5a的上表 面上形成水溶性保护膜17，所述水溶性保护膜17由诸如聚乙烯醇(PVA) 或聚丙烯酰胺(PAM)的水溶性聚合物制成。
之后，如图16所示，通过发射激光束的激光处理，在划片道22的区 域和划片道相对侧的区域中在水溶性保护膜17、钝化膜7以及四层低介电 性膜4中形成槽23。同样在该工艺中，当激光束照射在低介电性膜4上时， 低介电性膜4熔化并散开为低介电性膜碎片。所散开的低介电性膜碎片落 到水溶性保护膜17的上表面上并附着到其中，而不落到保护膜7的上表面 上且不附着到其中。然后，在用水清洗并去除水溶性保护膜17时，还同时
17去除附着到水溶性保护膜17的上表面中的低介电性膜碎片。同样在这种情 况下，如果通过抽空来吸取所散开的低介电性膜碎片，则可以无需水溶性 保护膜17。
在这种状态下，也就是说，在如图17所示的水溶性保护膜被去除的状 态下，划片道22和划片道22相对侧的区域中的半导体晶片21的上表面经 由槽23暴露出来。另外，层叠在半导体晶片21上并且由四层低介电性膜4、 钝化膜7构成的各个单元沿着槽23相互分离。结果，在半导体晶片21上 形成多个如图14所示的低介电性膜布线线路层叠结构部分3。
接下来，如图18所示，通过丝网印刷工艺、旋涂工艺等，在最上层布 线线路5的连接焊盘部分5a经由钝化膜7的开口 8暴露出来的上表面上、 在钝化膜7的上表面上且在半导体晶片21经由槽23暴露出来的上表面上 形成由诸如聚酰亚胺基树脂的有机材料制成的保护膜(有机树脂膜)9。优 选地，钝化膜7和在槽23中形成的保护膜9的上表面具有基本平坦的表面。
接下来，如图19所示，通过发射激光束的激光处理或光刻，在划片道 22的区域和划片道22的相对侧的区域中的保护膜9中形成比上述的槽23 稍窄的槽23a，在对应于最上层布线线路5的连接焊盘部分5a的钝化膜7 和保护膜9的部分中形成开口 8和10。由于随后的步骤与第一实施例的图 7以及其后的图中的步骤类似，所以省略对其的描述。 (第三实施例)
图20示出了作为本发明第三实施例的半导体器件的截面图。第三实施 例与图14所示的半导体器件的不同之处在于覆盖钝化膜7的上表面和侧 表面以及低介电性膜布线线路层叠结构部分3的侧表面的保护膜9延伸至 与硅衬底1的侧表面相同的平面。
为了制造上述半导体器件，如图18所示，利用保护膜9的一部分完全 填充槽23，使得可以不形成如图19所示的槽23a。因此，在这种情况下， 在最后步骤中沿着划片道22切割密封膜14、保护膜9和半导体晶片21。
(第四实施例)
图21是根据本发明的第四实施例的半导体器件的截面图。该半导体器 件与图1所示的半导体器件的不同之处在于保护膜9的外侧表面9a位于 低介电性膜布线线路层叠结构部分3和钝化膜7的外侧表面的内侧。换句
18话说，在钝化膜7上形成的保护膜9小于钝化膜7的平面尺寸。在这种情 况下，每个钝化膜7和每个低介电性膜布线线路层叠结构部分3的外侧表 面基本形成一个平面(图21中的垂直平面)。
下面将描述所述半导体器件的制造方法的范例。例如，如图3所示， 在钝化膜7的整个表面上形成保护膜(有机树脂膜)9。然后，通过光刻对 保护膜9进行构图，从而形成如图21所示的保护膜。执行保护膜9的构图， 使得侧表面9a可以不达到划片线22。保护膜9的侧表面9a以大于接下来 的激光照射的步骤中可能产生的位置偏差的距离偏离钝化膜7和低介电性 膜布线线路层叠结构部分3的侧表面。之后，如有需要，可以在整个表面 上形成水溶性保护膜，并且对钝化膜7和低介电性膜布线线路层叠结构部 分3施加激光束，形成槽23。
下面将描述所述半导体器件的制造方法的另一范例。在该范例中，如 图17所示，在形成保护膜9之前，向钝化膜7和低介电性膜4施加激光束， 从而形成槽23。然后，如图18所示，在施加激光束形成了槽23之后，对 保护膜9进行构图。接下来，通过旋涂等在包括槽23的内侧的钝化膜7的 整个表面上形成保护膜9。然后，通过光刻对保护膜9进行构图以去除保护 膜9在槽23中和钝化膜23的外围的那些部分，从而形成如图21所示的保 护膜。
在上面两个所述半导体器件的制造方法的范例中，利用激光束处理钝 化膜7和低介电性膜4，而不处理保护膜9。因此，该方法尤其在保护膜9
由诸如聚酰亚胺基树脂的材料制成的情况下有效，所述材料容易吸收激光 能量并且不能通过激光束的照射而容易地切割。 (第五实施例)
图22是根据本发明的第五实施例的半导体器件的截面图。该半导体器 件与图21所示的半导体器件的不同之处在于钝化膜7的外侧表面位于保 护膜9的内侧。换句话说，在低介电性膜布线线路层叠结构部分3上形成 的钝化膜7的平面尺寸小于保护膜9，并且保护膜9具有向下延伸以覆盖钝 化膜7的侧表面的侧部分。
为了制造该半导体器件，如图2所示，在最上层低介电性膜4的整个 表面上形成钝化膜7。然后，利用光刻对钝化膜7进行构图。之后，在钝化膜7和没有被钝化膜7覆盖的最上层低介电性膜4部分上形成保护膜9。之 后，利用光刻对保护膜9进行构图。然后，如有需要，可以在整个表面上 形成水溶性保护膜，通过激光束的照射处理低介电性膜4，从而形成槽23。 在上述半导体器件的制造方法中，利用激光束仅处理低介电性膜4，而 不处理钝化膜7和保护膜9。因此，能够为处理低介电性膜4设置最佳的激 光束工艺条件。因而，能够以高精度有效地处理低介电性膜4。应指出的是， 钝化膜7的尺寸可以与保护膜9的相同，使得钝化膜7的侧表面和保护膜9 的侧表面基本形成同一平面。 (第六实施例)
图23是根据本发明第六实施例的半导体器件的截面图。该半导体器件 与图21中所示的半导体器件的不同之处在于低介电性膜布线线路层叠结 构部分3在最上层布线线路5和最上层低介电性膜4之间具有下层钝化膜 16。
在这种情况下，上层钝化膜7和下层钝化膜16可以由诸如氧化硅的相 同无机材料制成。或者，钝化膜7可以由氮化硅形成，而下层钝化膜16可 以由氧化硅形成。 (其他实施例)
例如，在第一实施例中，在图3所示的工艺之后，可以在保护膜9的 整个上表面上形成金属衬层11。然后，可以通过电解电镀形成上层布线线 路12和柱状电极13。然后，通过使用上层布线线路12作为掩模可以刻蚀 和去除金属衬层的不需要部分。之后，如有需要，可以在整个表面上形成 水溶性保护膜，并且对保护膜9、钝化膜7和低介电性膜4施加激光束，形 成槽23。在这种情况下，如果在形成槽23之后去除水溶性保护膜，能够获 得如图9所示的结构。
参考图21，例如，低介电性膜布线线路有限结构部分3的最上层低介 电性膜4可以是下层钝化膜。换句话说，低介电性膜布线线路有限结构部 分3在最上层布线线路5和第二最上层布线线路5之间可以具有下层钝化 膜。
在这种情况下，钝化膜7和下层钝化膜可以由诸如氧化硅的相同无机 材料制成。或者，钝化膜7可以由氮化硅形成，而下层钝化膜可以由氧化
20硅形成。
在上述实施例中，上层布线线路12形成在保护膜9上，并且柱状电极 13形成在上层布线线路12上的连接焊盘部分上。然而，本发明适用于这样 的结构，其中在保护膜9上仅形成连接焊盘部分而在所述连接焊盘部分上 形成用于外部连接的诸如焊球15的凸块电极。
如上所述，根据本发明，在除半导体衬底的外围部分之外的区域中设 置具有低介电性膜层叠结构的低介电性膜布线线路层叠结构部分和布线线 路，所述低介电性膜的相对介电常数为3.0或更低，其玻璃化温度为40(TC
或更高。低介电性膜布线线路层叠结构部分的侧表面被由有机树脂形成的 绝缘膜或密封膜中的一个覆盖。因此，能够显著地避免低介电性膜的剥落 问题。
本领域的技术人员将很容易地想到其他优点和变型。因此，本发明的 较宽的方面不限于本文所示出和描述的特定细节和代表性实施例。因此， 在不脱离所附权利要求及其等价物所限定的总体发明构思的精神或范围的 情况下可以做出各种修改。
权利要求
1、一种半导体器件，包括半导体衬底(1)；低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)，其设置于所述半导体衬底(1)的除其外围部分之外的一个表面上，且其由包括多个低介电性膜(4)和多个布线线路(5)的层叠结构构成，每个所述低介电性膜的相对介电常数为3.0或更低，且其玻璃化温度为400℃或更高；至少形成于所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的一侧上的绝缘膜(9)；用于电极的连接焊盘部分，其设置于所述绝缘膜(9)上，以电连接至所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)的连接焊盘部分(5a)；用于外部连接的凸块电极(13)，其设置于用于所述电极的所述连接焊盘部分上；以及由有机树脂制成且至少设置于所述绝缘膜(9)在用于外部连接的所述凸块电极(13)周围的部分上的密封膜(14)，其中所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的侧表面被所述绝缘膜(9)和所述密封膜(14)中的至少一个覆盖。
2、 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括所述绝缘膜(9)和所 述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)之间的由无机材料制成的钝化膜(7)。
3、 根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述绝缘膜(9)、所述钝 化膜(7)和所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的对应侧表面基 本形成一个平面，并且所述绝缘膜(9)、所述钝化膜(7)和所述低介电性 膜布线线路层叠结构部分(3)的所述侧表面被所述密封膜(14)覆盖。
4、 根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述钝化膜(7)和所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的对应侧表面基本形成一个平面， 并且所述钝化膜(7)和所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所 述侧表面被所述绝缘膜(9)覆盖。
5、 根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述绝缘膜(9)的所述 侧表面被所述密封膜(14)覆盖。
6、 根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述绝缘膜(9)延伸至 与所述硅衬底1的侧表面相同的平面。
7、 根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述绝缘膜(9)的所述 侧表面位于所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述侧表面的内 侧。
8、 根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述钝化膜(7)和所述 低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述对应侧表面基本形成一个平 面。
9、 根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述钝化膜(7)的所述 侧表面位于所述绝缘膜(9)的所述对应侧表面的内侧。
10、 根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述绝缘膜(9)和所述 钝化膜(7)的所述对应侧表面基本形成一个平面。
11、 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述低介电性膜布线线 路层叠结构部分(3)具有形成在所述最上层布线线路(5)和最上层低介 电性膜(4)之间的下层钝化膜(16)。
12、 根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述低介电性膜布线线 路层叠结构部分(3)具有形成在所述最上层布线线路(5)和第二最上层布线线路(5)之间的下层钝化膜(16)。
13、 根据权利要求11或12所述的半导体器件，其中所述下层钝化膜 由氧化硅形成。
14、 根据权利要求13所述的半导体器件，其中所述绝缘膜包括由氮化 硅形成的钝化膜。
15、 根据权利要求1至14中的任意一项所述的半导体器件，其中在所 述绝缘膜(9)上形成具有用于所述电极的所述连接焊盘部分的上层布线线 路(12)。
16、 根据权利要求15所述的半导体器件，其中形成在所述上层布线线 路(12)的所述连接焊盘部分上的用于外部连接的所述凸块电极(13)是 柱状电极。
17、 根据权利要求16所述的半导体器件，其中在所述柱状电极(13) 上设置焊球(15)。
18、 根据权利要求1至17中的任意一项所述的半导体器件，其中所述 低介电性膜(14)包括具有Si-O键和Si-H键的聚硅氧垸基材料、具有Si-0 键和Si-CH3键的聚硅氧烷基材料、掺碳氧化硅以及有机聚合物基低k材料 中的一种，或者包括掺氟氧化硅、掺硼氧化硅以及氧化硅中的一种的多孔 型。
19、 一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤 制备半导体晶片(21)，在所述半导体晶片(21)的一个表面上形成低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)，所述低介电性膜布线线路层叠结构 部分(3)包括低介电性膜(4)和布线线路(5)，所述低介电性膜的相对 介电常数为3.0或更低，且其玻璃化温度为400。C或更高；通过施加激光束去除所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)在划 片道(22)之上的区域和所述划片道的相对侧上的区域中的部分，并形成 暴露出所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的侧表面的槽(23);形成覆盖所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述侧表面的 有机树脂膜(9， 14);沿着所述划片道(22)切割所述有机树脂膜(9， 14)和所述半导体晶 片(21)，从而获得多个半导体器件。
20、 根据权利要求19所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成槽 (23)的步骤包括在形成所述槽(23)之前在整个所述有机树脂膜(9)上形成水溶性保护膜(17)，并在形成所述槽(23)之后去除所述水溶性保 护膜(17)。
21、 根据权利要求19所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成有 机树脂膜(9， 14)的步骤包括形成由有机树脂制成的、覆盖所述低介电性 膜布线线路层叠结构部分(3)的上层部分的绝缘膜(9)。
22、 根据权利要求21所述的半导体器件的制造方法，还包括如下步骤 在所述绝缘膜(9)上形成用于电极的连接焊盘部分，以连接至所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)的连接焊盘 部分；以及在用于所述电极的所述连接焊盘部分上形成用于外部连接的凸块电极 (13)。
23、 根据权利要求19所述的半导体器件的制造方法，其中所述制备在 其一个表面上形成低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的半导体晶片(21)的步骤包括制备在其上形成由有机树脂制成的绝缘膜(9)的所述低 介电性膜布线线路层叠结构部分(3)，并且所述形成槽的步骤包括通过施 加激光束来去除所述绝缘膜(9)和所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)在所述划片道(22)之上的区域和所述划片道的相对侧上的区域中的部分，并形成暴露出所述绝缘膜(9)和所述低介电性膜布线线路层叠结构 部分(3)的侧表面的所述槽(23)。
24、 根据权利要求23所述的半导体器件的制造方法，还包括如下步骤: 在所述绝缘膜(9)上形成用于电极的连接焊盘部分，以连接至所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)的连接焊盘 部分；以及在用于所述电极的所述连接焊盘部分上形成用于外部连接的凸块电极 (13)，其中所述形成覆盖所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述 侧表面的有机树脂膜(14)的步骤包括形成由有机树脂制成的密封膜(14)， 所述密封膜(14)覆盖用于外部连接的所述凸块电极(13)周围的所述绝 缘膜(9)的上表面、所述绝缘膜(9)的所述侧表面以及所述低介电性膜 布线线路层叠结构部分(3)的所述侧表面。
25、 根据权利要求24所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成所 述密封膜(14)的步骤包括利用所述密封膜(14)填充所述槽(23)。
26、 根据权利要求19所述的半导体器件的制造方法，其中所述制备在 其一个表面上形成低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的半导体晶片(21)的步骤包括制备在其上形成有钝化膜(7)的所述低介电性膜布线线 路层叠结构部分(3)，并且所述形成槽(23)的步骤包括去除所述钝化膜(7)和所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)在所述划片道(22) 之上的区域和所述划片道的相对侧上的区域中的部分，并形成暴露出所述 钝化膜(7)的侧表面和所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所 述侧表面的所述槽(23)。
27、 根据权利要求26所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成有 机树脂膜(9， 14)的步骤包括形成由有机树脂制成的绝缘膜(9， 14)，所 述绝缘膜(9， 14)覆盖所述钝化膜(7)的上表面以及通过所述槽(23)暴露出来的所述钝化膜(7)的所述侧表面和所述低介电性膜布线线路层叠 结构部分(3)的所述侧表面。
28、 根据权利要求27所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成绝 缘膜(9、 14)的步骤包括对所述绝缘膜(9， 14)进行构图，以防止所述 绝缘膜(9， 14)在所述划片道(22)之上延伸。
29、 根据权利要求28所述的半导体器件的制造方法，其中在制备了之 其一个表面上形成所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述半导 体晶片(21)之后，并且在通过施加激光束而去除了部分所述低介电性膜 布线线路层叠结构部分(3)并形成了暴露出所述低介电性膜布线线路层叠 结构部分(3)的所述侧表面的槽之后，进行所述形成所述绝缘膜(9， 14) 的步骤，所述绝缘膜(9， 14)由有机树脂制成、覆盖所述钝化膜(7)的 上表面和侧表面以及所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述侧 表面。
30、 根据权利要求28所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成绝 缘膜(9， 14)的步骤包括在所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3) 上和所述槽(3)中形成所述绝缘膜(9)，并对所述绝缘膜(9)进行构图， 使得所述绝缘膜(9)的侧表面位于所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述侧表面的内侧。
31、 根据权利要求30所述的半导体器件的制造方法，还包括如下步骤: 在所述绝缘膜(9)上形成用于电极的连接焊盘部分，以连接至所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)的连接焊盘 部分；以及在用于所述电极的所述连接焊盘上形成用于外部连接的凸块电极 (13)，其中所述形成有机树脂膜(14)的步骤包括形成由有机树脂制成的、 覆盖用于外部连接的所述凸块电极(13)周围的所述绝缘膜(9)的上表面的密封膜(14)。
32、 根据权利要求27所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成有 机树脂膜(9， 14)的步骤包括形成填充所述槽(23)的绝缘膜(9)，并且将所述绝缘膜(9)的对应 于所述槽的中央部分的部分去除；以及通过利用所述有机树脂填充所述绝缘膜的所去除部分来形成密封膜 (14)。
33、 根据权利要求32所述的半导体器件的制造方法，其中所述形成密 封膜(14)的步骤包括利用所述密封膜(14)覆盖所述绝缘膜(9)的侧表 面。
34、 根据权利要求31所述的半导体器件的制造方法，还包括如下步骤 在所述绝缘膜(9)上形成用于电极的连接焊盘部分，以连接至所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)的连接焊盘 部分；以及在用于所述电极的所述连接焊盘部分上形成用于外部连接的凸块电极 (13)，其中所述形成有机树脂膜(14)的步骤包括形成覆盖用于外部连接的 所述凸块电极(13)周围的所述绝缘膜(9)的上表面的密封膜(14)。
35、 根据权利要求19所述的半导体器件的制造方法，其中所述制备在 其一个表面上形成低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的半导体晶片(21)的步骤包括对所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)上的所 述绝缘膜(14)进行构图，以防止由有机树脂制成的所述绝缘膜(14)在 所述划片道(22)之上延伸。
36、 根据权利要求19所述的半导体器件的制造方法，还包括如下步骤: 在所述绝缘膜(9)上形成用于电极的连接焊盘部分，以连接至所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)的连接焯盘 部分；以及在用于所述电极的所述连接焊盘部分上形成用于外部连接的凸块电极 (13)，其中所述形成有机树脂膜(9， 14)的步骤包括在所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)上形成由有机树脂制成的绝缘膜(9)，并形成由 有机树脂制成的密封膜(14)，所述密封膜(14)覆盖用于外部连接的所述 凸块电极(13)周围的所述绝缘膜(9)的上表面、所述绝缘膜(9)的侧 表面以及所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的所述侧表面。
37、 根据权利要求35或36所述的半导体器件的制造方法，其中所述 制备在其一个表面上形成低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)的半导体 晶片(21)的步骤包括对所述低介电性膜布线线路层叠结构部分(3)上的 钝化膜(7)进行构图。
38、 根据权利要求19至37中的任意一项所述的半导体器件的制造方 法，其中所述低介电性膜包括具有Si-O键和Si-H键的聚硅氧垸基材料、具 有Si-O键和Si-CH3键的聚硅氧垸基材料、掺碳氧化硅以及有机聚合物基低 k材料中的一种，或者包括惨氟氧化硅、惨硼氧化硅和氧化硅中的一种的多 孔型。
全文摘要
一种半导体器件，包括其上除了其外围部分之外设置有结构部分(3)的半导体衬底(1)，还具有包括低介电性膜(4)和布线线路(5)的层叠结构，所述低介电性膜的相对介电常数为3.0或更低，其玻璃化温度为400℃或更高。在所述结构部分(3)上形成绝缘膜(9)。连接焊盘部分设置于所述绝缘膜(9)上并连接至所述层叠结构部分(3)的最上层布线线路(5)。凸块电极(13)设置于所述连接焊盘部分。由有机树脂制成的密封膜(14)设置于包围所述凸块电极(13)的绝缘膜(9)的一部分上。所述层叠结构部分(3)的侧表面被所述绝缘膜(9)和/或所述密封膜(14)覆盖。
文档编号H01L23/485GK101569010SQ20088000082
公开日2009年10月28日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年9月21日
发明者三原一郎, 冈田修, 水泽爱子, 若林猛 申请人:卡西欧计算机株式会社