JP2000340592A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
り導電膜(BLM膜)とバンプとの接合界面における電
気抵抗の上昇や接合強度の低下などを抑制し、接続信頼
性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提
供する。 【解決手段】半導体ウェーハ10上に、パッド電極11
に接続する導電膜14を形成し、導電膜14の上層にマ
スク層Rを形成し、バンプ形成位置においてマスク層R
に開口部Pをパターン形成する。次に、ダミーウェーハ
上に絶縁体を堆積させ、ダミーウェーハ上に堆積された
絶縁体をプラズマエッチングにより除去して、プラズマ
処理室の内壁面上に絶縁体を堆積させた後に、前記プラ
ズマ処理室において、開口部Pにおける導電膜表面を清
浄化する。次に、開口部Pにおいて導電膜14の上層に
バンプ16bを形成する。
Description
法に関し、特に、小型化および高密度化されたパッケー
ジ形態を有する半導体装置の製造方法に関する。
話、あるいはノートパソコンなど、携帯用電子機器の小
型化、薄型化、軽量化に対する要求は強くなる一方であ
り、これに応えるために近年のVLSIなどの半導体装
置においては3年で7割の縮小化を実現してきた一方
で、実装基板上の部品実装密度をいかに向上させるかが
重要な課題として研究および開発がなされてきた。
は、DIP(Dual Inline Package)あるいはPGA(P
in Grid Array)などのプリント基板に設けたスルーホ
ールにリード線を挿入して実装するリード挿入型(TH
D:Through Hall Mount Device )や、QFP(Quad F
lat (L-Leaded) Package)あるいはTCP(Tape Carri
er Package)などのリード端子を基板の表面にハンダ付
けして実装する表面実装型(SMD:Surface Mount De
vice)が用いられてきた。さらなる小型化、高密度化を
実現するために、パッケージサイズを半導体チップの大
きさに限りなく近づけたチップサイズパッケージ(CS
P:Chip Size Package 、FBGA(Fine-Pitch BGA)
とも呼ばれる)と呼ばれるパッケージ形態により、半導
体チップのパッド開口面側を実装基板に向けて実装する
方法(フリップチップ実装)が注目を集めており、現在
までに活発に研究がなされ、多くの提案が示されてい
る。
半導体チップを実装基板に実装した半導体装置につい
て、図面を参照して説明する。図1は上記の半導体装置
の断面図である。半導体チップ10’のアルミニウムな
どからなるパッド電極11形成面は、例えば窒化シリコ
ン層からなる第1表面保護膜12とポリイミド膜からな
る第2表面保護膜13が被覆しており、パッド電極11
部分が開口しており、この開口部においてクロム、銅、
金の積層膜などからなる導電膜14がパッド電極11に
接続して形成されている。この導電膜は、BLM(Ball
Limitting Metal)膜と呼ばれることがある。さらに導
電膜(BLM膜)14に接続して例えば高融点はんだボ
ールからなるバンプ16bが形成されている。以上のよ
うにバンプ付半導体チップ1が構成されている。
シ系材料よりなる基板20の上面において、実装する半
導体チップ1のバンプ16bの形成位置に対応する位置
に形成された銅などからなるランド(電極)21と、ラ
ンド21に接続して、基板20の表面上あるいは裏面
上、もしくは両面上に形成されている図示しないプリン
ト配線部を有している。ランド21部分を除く基板20
表面はソルダーレジスト23により被覆されている。
16bとランド21を対応させて実装基板2上にマウン
トされており、共晶はんだ層19によりバンプ16bと
ランド21とが機械的、電気的に接続されている。さら
に、バンプ付半導体チップ1と実装基板2の間隙部に
は、エポキシ樹脂などからなる封止樹脂3により封止さ
れている。
の位置に形成する方法としては、例えば電解メッキを用
いる方法が知られているが、この場合にはバンプの下地
となる材料層の表面状態や電気抵抗のわずかなばらつき
により成膜されるはんだバンプの膜厚が影響を受け、半
導体チップ内に均一で高さの揃ったはんだボールバンプ
を形成することが非常に難しいという問題点を有してい
る。
ジスト膜のリフトオフとを用いて、はんだボールバンプ
を高さを揃えて形成する方法が開発されている。この方
法について、図面を参照して以下に説明する。まず、図
7(a)に示すように、例えばスパッタリング法やエッ
チングなどにより半導体チップの回路パターンが形成さ
れた半導体ウェーハ10上にアルミニウム−銅合金など
からなるパッド電極11をパターン形成し、その上層に
例えば窒化シリコン層あるいはポリイミド膜などからな
る表面保護膜13を全面に被覆して形成する。表面保護
膜13のパッド電極11部分を開口した後、例えばスパ
ッタリング法によりクロム、銅、金の積層体である導電
膜(BLM膜)14をパッド電極11に接続するように
パターン形成する。
ソグラフィー工程により、導電膜(BLM膜)14形成
領域にパターン開口部Pを有するレジスト膜Rをパター
ン形成する。次に、図8(c)に示すように、例えば真
空蒸着法により全面にはんだ層を成膜することで、レジ
スト膜Rのパターン開口部P内にはんだ層16を形成す
る。このとき、レジスト膜Rの上層にもはんだ層16a
が形成される。
フによりレジスト膜Rを除去することで、レジスト膜R
の上層に形成されたはんだ層16aを同時に除去する。
これにより、レジスト膜Rのパターン開口部P内に形成
されたはんだ層16のみを残すことができる。次に、図
8(e)に示すように、熱処理を行ってはんだ層16を
溶融させ、表面張力により球形となった状態で冷却、固
化することではんだボールのバンプ16bを形成する。
方法において、仕上がり後のはんだボールのバンプの大
きさは、レジスト膜Rのパターン開口部P内に形成する
はんだ層16の膜厚に依存する。はんだ層16の膜厚と
しては、レジスト膜Rのパターンにも依存するが、プリ
ント配線基板(実装基板)への実装時の接続強度の信頼
性を考慮して、通常30μm程度の厚さが要求される。
μm程度にすると、はんだ層16をパターン加工するた
めのリフトオフ法に必要なレジスト膜Rの膜厚は30μ
m以上のかなり厚いものが必要となり、この厚さのため
にフォトリソグラフィー工程において精度良く安定して
パターン形成することが難しくなっている。
で解像不良を起こし、図7(b)に示すように、パター
ン開口部P内に薄いレジスト膜が残されたり、現像液の
洗浄残りなどが発生し、導電膜(BLM膜)14の表面
が清浄に保たれなくなってしまう。薄いレジスト膜や現
像液の洗浄残りなどの絶縁性の不純物をスカム(残渣)
Raと総称する。図面上は、便宜上実際に残されるスカ
ム(残渣)よりも厚膜に描いている。上記のようにスカ
ムRaが発生すると、導電膜(BLM膜)14とバンプ
16bの間で良好に電気的コンタクトが取れないという
問題が発生する。さらに極端な場合には、導電膜(BL
M膜)14とバンプ16bの間の密着力が低下してしま
い、バンプを形成した半導体チップを実装基板にフリッ
プチップ実装して組み立てた後の製品デバイスのバンプ
接合部の強度が確保できず、製品セットの信頼性や耐久
性にもその悪影響が及んでしまうこととなる。
のパターン加工後に、Arなどの不活性ガスをプロセス
ガスに用いたスパッタリングエッチングにより、パター
ン開口部内のスカムRaを除去する(以下、ディスカム
ともいう)を行う方法が開発されている。
る。まず、図2(a)に示すように、例えばスパッタリ
ング法やエッチングなどにより半導体チップの回路パタ
ーンが形成された半導体ウェーハ10上にアルミニウム
−銅合金などからなるパッド電極11をパターン形成
し、その上層に例えば窒化シリコン層あるいはポリイミ
ド膜などからなる表面保護膜13を全面に被覆して形成
する。表面保護膜13のパッド電極11部分を開口した
後、例えばスパッタリング法によりクロム、銅、金の積
層体である導電膜(BLM膜)14をパッド電極11に
接続するようにパターン形成する。
ソグラフィー工程により、導電膜(BLM膜)14形成
領域にパターン開口部Pを有するレジスト膜Rをパター
ン形成する。このとき、レジスト膜Rのパターン開口部
P内に薄いレジスト膜や現像液の洗浄残りなどからなる
スカムRaが残存している。
r+ などのプラズマ中の不活性ガスイオンEを用いたス
パッタリングエッチングなどを行うことで、レジスト膜
Rのパターン開口部Pに残されたスカム(残渣)Raや
導電膜(BLM膜)14表面の酸化物が効果的に除去さ
れ、開口部における導電膜(BLM膜)14の表面を清
浄化する。
空蒸着法により全面にはんだ層を成膜することで、レジ
スト膜Rのパターン開口部P内にはんだ層16を形成す
る。このとき、レジスト膜Rの上層にもはんだ層16a
が形成される。
フによりレジスト膜Rを除去することで、レジスト膜R
の上層に形成されたはんだ層16aを同時に除去する。
これにより、レジスト膜Rのパターン開口部P内に形成
されたはんだ層16のみを残すことができる。
行ってはんだ層16を溶融させ、表面張力により球形と
なった状態で冷却、固化することではんだボールのバン
プ16bを形成する。
スパッタリングエッチングによりスカムを除去する工程
は、通常高真空プラズマを用いて行うが、ウェーハの処
理枚数を重ねると、プラズマ処理を行うプラズマ処理装
置の処理室内壁面上に、レジスト膜パターンからスパッ
タリング除去された有機物の蓄積が進行する。ここで、
蓄積する有機物は完全な絶縁体ではなく、ある程度の導
電性を有しているので、プラズマ処理室のインピーダン
スが変化してしまうためにマッチングがずれやすくな
り、場合によってはプラズマ処理装置のオートチューニ
ング機能でカバーできる範囲を越えてマッチングがずれ
てしまうので、スパッタリングエッチングをするための
プラズマ放電状態をばらつかせてしまい、場合によって
は放電がスムーズに立ち上がらなくなり、さらには初期
の放電特性が不安定となってレジスト膜などからなるス
カムに対するエッチオフ量などの処理特性にばらつきが
発生し、処理特性のウェーハ面内均一性が悪化してしま
うことがある。上記の問題は、プラズマ処理室が石英な
どの絶縁体で構成されている、ICP(Inductively Co
upled Plasma)型やTCP(Transfer Coupled Plasma
)型などの高密度プラズマ源を用いるプラズマエッチ
ング装置において特に顕著となる。上記のスカム除去の
処理特性のばらつきは、量産プロセスの再現性を低下さ
せ、仕上がりのバンプの接続抵抗を不安定にさせるな
ど、半導体装置の製造歩留りを下げる要因となる。
あり、本発明は、ウェーハ処理枚数を重ねても、安定な
処理により導電膜(BLM膜)とバンプとの接合界面に
おける電気抵抗の上昇や接合強度の低下などを抑制し、
接続信頼性を向上させることができる半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
め、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップの
回路パターンに接続するパッド電極が形成された半導体
ウェーハ上に前記パッド電極に接続するようにバンプを
形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウ
ェーハ上に、前記パッド電極に接続する導電膜を形成す
る工程と、前記導電膜の上層にマスク層を形成する工程
と、バンプ形成位置において前記マスク層に開口部をパ
ターン形成する工程と、ダミーウェーハ上に絶縁体を堆
積させる工程と、前記ダミーウェーハ上に堆積された絶
縁体をプラズマエッチングにより除去する工程と、前記
プラズマエッチングを行うプラズマ処理室において、プ
ラズマ処理により前記開口部における前記導電膜表面を
清浄化する工程と、前記開口部において前記導電膜の上
層にバンプを形成する工程とを有する。
好適には、前記ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体を
プラズマエッチングにより除去する工程においては、前
記プラズマエッチングを行うプラズマ処理室の内壁面上
に前記絶縁体を堆積させる。
好適には、前記ダミーウェーハ上に堆積させる絶縁体が
酸化シリコン膜である。
好適には、複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パッド
電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の製
造方法であって、所定枚数の前記半導体ウェーハに対し
て、プラズマ処理により前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する毎に、前記ダミーウェーハ上に堆積さ
れた絶縁体をプラズマエッチングにより除去する工程を
行う。
好適には、複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パッド
電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の製
造方法であって、前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁
抵抗を測定し、前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵
抗が所定の値以下になった時点で、前記ダミーウェーハ
上に堆積された絶縁体をプラズマエッチングにより除去
する工程を行う。
好適には、前記バンプを形成する工程が、前記開口部内
および前記マスク層の上層に導電体を堆積する工程と、
前記マスク層を除去することで同時に前記開口部内に堆
積させた前記導電体を残しながら前記マスク層の上層に
堆積させた前記導電体を除去する工程と、前記導電体を
球形に加工して前記バンプとする工程とを含む。さらに
好適には、前記マスク層としてレジスト膜を形成する。
また、さらに好適には、前記導電体としてはんだ層を形
成し、前記バンプとしてはんだボールバンプを形成す
る。
好適には、前記開口部における前記導電膜表面を清浄化
する工程においては、不活性ガスのプラズマによりスパ
ッタリングエッチングを行う。
好適には、前記開口部における前記導電膜表面を清浄化
する工程においては、前記開口部に残された残渣を除去
する。また、好適には、前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する工程においては、前記開口部における
前記導電膜表面の酸化物を除去する。
半導体ウェーハ上に、パッド電極に接続する導電膜を形
成し、導電膜の上層にマスク層を形成し、バンプ形成位
置においてマスク層に開口部をパターン形成する。次
に、例えば所定枚数の半導体ウェーハに対して、プラズ
マ処理により開口部における導電膜表面を清浄化する毎
に、あるいは、プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を
測定し、プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗が所定の
値以下になった時点で、予め、ダミーウェーハ上に酸化
シリコン膜などの絶縁体を堆積させ、ダミーウェーハ上
に堆積された絶縁体をプラズマエッチングにより除去し
て、プラズマ処理室の内壁面上に絶縁体を堆積させる。
次に、前記プラズマエッチングを行うプラズマ処理室に
おいて、プラズマ処理により開口部における導電膜表面
を清浄化する。次に、開口部において導電膜の上層にバ
ンプを形成する。
れば、はんだ層をパターン形成するためのレジスト膜の
開口部に形成され、レジスト膜や洗浄液の残渣や自然酸
化膜などからなるスカムをスパッタリングエッチングに
より除去する前に、予めダミーウェーハ上に絶縁体を堆
積させ、導電膜表面の清浄化処理を行うプラズマ処理室
において、ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体をプラ
ズマエッチングにより除去して、プラズマ処理室の内壁
面上に絶縁体を堆積させておくので、プラズマ処理室の
内壁面の絶縁性が向上し、プラズマ発生時のインピーダ
ンスマッチングが容易にとれるようになり、スパッタリ
ングエッチングをするためのプラズマ放電状態のばらつ
きを抑制し、ディスカム処理を連続して大量に行った場
合でもプロセス性能が安定化し、製造ラインで再現性高
く、高い歩留りを実現することができる。従って、導電
膜(BLM膜)の上層に形成されるレジスト膜などから
なるスカムの除去をウェーハ処理枚数を重ねても安定な
処理により行うことができ、導電膜(BLM膜)とバン
プとの接合界面における電気抵抗の上昇や接合強度の低
下などを抑制し、接続信頼性を向上させることができ
る。これにより、微細な設計ルールで設計される高集積
化、高性能、高信頼性を要求される半導体装置の製造方
法において特に効果的に、フリップチップ実装して組み
立てられる製品デバイスの信頼性および耐久性を向上さ
せることができる。
の半導体装置の製造方法は、半導体チップの回路パター
ンに接続するパッド電極が形成された半導体ウェーハ上
に前記パッド電極に接続するようにバンプを形成する半
導体装置の製造方法であって、前記半導体ウェーハ上
に、前記パッド電極に接続する導電膜を形成する工程
と、前記導電膜の上層にマスク層を形成する工程と、バ
ンプ形成位置において前記マスク層に開口部をパターン
形成する工程と、プラズマ処理室の内壁面のドライクリ
ーニング処理を行う工程と、前記プラズマ処理室におい
て、プラズマ処理により前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する工程と、前記開口部において前記導電
膜の上層にバンプを形成する工程とを有する。
好適には、前記プラズマ処理室の内壁面のドライクリー
ニング処理を行う工程においては、少なくとも酸素を含
有するガスを用いたプラズマ処理により行う。
好適には、複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パッド
電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の製
造方法であって、所定枚数の前記半導体ウェーハに対し
て、プラズマ処理により前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する毎に、前記プラズマ処理室の内壁面の
ドライクリーニング処理を行う。さらに好適には、所定
枚数の前記半導体ウェーハに対して、プラズマ処理によ
り前記開口部における前記導電膜表面を清浄化する毎
に、前記プラズマ処理室において、表面に絶縁体が堆積
されたダミーウェーハ上に対してプラズマエッチングに
より前記絶縁体を除去する工程を行い、さらに前記ダミ
ーウェーハ上に堆積された絶縁体をプラズマエッチング
により除去する工程を所定回数行う毎に、前記プラズマ
処理室の内壁面のドライクリーニング処理を行う。
好適には、複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パッド
電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の製
造方法であって、前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁
抵抗を測定し、前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵
抗が所定の値以下になった時点で、前記プラズマ処理室
の内壁面のドライクリーニング処理を行う。
好適には、前記バンプを形成する工程が、前記開口部内
および前記マスク層の上層に導電体を堆積する工程と、
前記マスク層を除去することで同時に前記開口部内に堆
積させた前記導電体を残しながら前記マスク層の上層に
堆積させた前記導電体を除去する工程と、前記導電体を
球形に加工して前記バンプとする工程とを含む。さらに
好適には、前記マスク層としてレジスト膜を形成する。
また、さらに好適には、前記導電体としてはんだ層を形
成し、前記バンプとしてはんだボールバンプを形成す
る。
好適には、前記開口部における前記導電膜表面を清浄化
する工程においては、不活性ガスのプラズマによりスパ
ッタリングエッチングを行う。
好適には、前記開口部における前記導電膜表面を清浄化
する工程においては、前記開口部に残された残渣を除去
する。また、好適には、前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する工程においては、前記開口部における
前記導電膜表面の酸化物を除去する。
半導体ウェーハ上に、パッド電極に接続する導電膜を形
成し、導電膜の上層にマスク層を形成し、バンプ形成位
置においてマスク層に開口部をパターン形成する。次
に、例えば所定枚数の前記半導体ウェーハに対して、プ
ラズマ処理により前記開口部における前記導電膜表面を
清浄化する毎に、あるいは、プラズマ処理室の内壁表面
の絶縁抵抗を測定し、前記プラズマ処理室の内壁表面の
絶縁抵抗が所定の値以下になった時点で、少なくとも酸
素を含有するガスを用いたプラズマ処理などにより、前
記プラズマ処理室の内壁面のドライクリーニング処理を
行う。次に、前記プラズマ処理室において、プラズマ処
理により前記開口部における前記導電膜表面を清浄化す
る。次に、開口部において導電膜の上層にバンプを形成
する。
れば、はんだ層をパターン形成するためのレジスト膜の
開口部に形成され、レジスト膜や洗浄液の残渣や自然酸
化膜などからなるスカムをスパッタリングエッチングに
より除去する前に、予め、少なくとも酸素を含有するガ
スを用いたプラズマ処理などにより有機物の燃焼反応
(C+O* →CO,CO2 ↑)をおこし、プラズマ処理
装置の処理室内壁面のドライクリーニング処理を行うの
で、プラズマ処理室の内壁面の絶縁性が向上し、プラズ
マ発生時のインピーダンスマッチングが容易にとれるよ
うになり、スパッタリングエッチングをするためのプラ
ズマ放電状態のばらつきを抑制し、ディスカム処理を連
続して大量に行った場合でもプロセス性能が安定化し、
製造ラインで再現性高く、高い歩留りを実現することが
できる。従って、導電膜(BLM膜)の上層に形成され
るレジスト膜などからなるスカムの除去をウェーハ処理
枚数を重ねても安定な処理により行うことができ、導電
膜(BLM膜)とバンプとの接合界面における電気抵抗
の上昇や接合強度の低下などを抑制し、接続信頼性を向
上させることができる。これにより、微細な設計ルール
で設計される高集積化、高性能、高信頼性を要求される
半導体装置の製造方法において特に効果的に、フリップ
チップ実装して組み立てられる製品デバイスの信頼性お
よび耐久性を向上させることができる。上記において、
前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測定して、
その絶縁抵抗の値を的確に把握し、所定の値以下になっ
た時点でプラズマ処理室の内壁面のドライクリーニング
処理を行うことにより、最適な時期に効率よくドライク
リーニング処理を行うことができる。
造方法の実施の形態について、図面を参照して説明す
る。
造した半導体装置の断面図である。半導体チップ10’
のアルミニウムなどからなるパッド電極11形成面は、
例えば窒化シリコン層からなる第1表面保護膜12とポ
リイミド膜からなる第2表面保護膜13が被覆してお
り、パッド電極11部分が開口しており、この開口部に
おいてクロム、銅、金の積層膜などからなる導電膜14
がパッド電極11に接続して形成されている。この導電
膜は、BLM(Ball Limitting Metal)膜と呼ばれるこ
とがある。さらに導電膜(BLM膜)14に接続して例
えば高融点はんだボールからなるバンプ16bが形成さ
れている。以上のようにバンプ付半導体チップ1が構成
されている。
シ系材料よりなる基板20の上面において、実装する半
導体チップ1のバンプ16bの形成位置に対応する位置
に形成された銅などからなるランド(電極)21と、ラ
ンド21に接続して、基板20の表面上あるいは裏面
上、もしくは両面上に形成されている図示しないプリン
ト配線部を有している。ランド21部分を除く基板20
表面はソルダーレジスト23により被覆されている。
16bとランド21を対応させて実装基板2上にマウン
トされており、共晶はんだ層19によりバンプ16bと
ランド21とが機械的、電気的に接続されている。さら
に、バンプ付半導体チップ1と実装基板2の間隙部に
は、エポキシ樹脂などからなる封止樹脂3により封止さ
れている。
の製造方法について図面を参照して説明する。まず、図
2(a)に示すように、例えばスパッタリング法やエッ
チングなどにより半導体チップの回路パターンが形成さ
れた半導体ウェーハ10上にアルミニウム−銅合金など
からなるパッド電極11をパターン形成し、その上層に
例えば窒化シリコン層あるいはポリイミド膜などからな
る表面保護膜13を全面に被覆して形成する。表面保護
膜13のパッド電極11部分を開口した後、例えばスパ
ッタリング法によりクロム、銅、金の積層体である導電
膜(BLM膜)14をパッド電極11に接続するように
パターン形成する。
ソグラフィー工程により、導電膜(BLM膜)14形成
領域にパターン開口部Pを有するレジスト膜Rをパター
ン形成する。このとき、レジスト膜Rのパターン開口部
P内に薄いレジスト膜や現像液の洗浄残りなどからなる
スカムRaが残存している。
別途、シリコンウェーハ表面に約1μm程度の熱酸化膜
(酸化シリコン膜)などの無機絶縁膜を形成したダミー
ウェーハ(不図示)を準備し、例えば図4に示すような
トライオード型RFプラズマ処理装置においてプラズマ
エッチング処理により酸化膜の除去を行う。上記のトラ
イオード型RFプラズマ処理装置においては、プラズマ
処理室30内に、陽極板31と、陰極板となるウェーハ
ステージ32が対向して配置され、ウェーハステージ3
2上に被処理ウェーハ33が戴置される。陽極板31に
はプラズマ生成電源34が接続し、ウェーハステージ3
2には結合コンデンサ35と基板バイアス電源36が接
続しており、プラズマ処理室30内には、陽極板31
と、ウェーハステージ32の間に接地電位の格子電極3
7が設けられている。プラズマ処理室30内にプラズマ
原料ガスを導入し、各電極に所定の電圧を印加すること
でプラズマ処理室30内にプラズマ38が生成する。
ズマ処理装置を用いて、ダミーウェーハに対して酸化膜
を除去するプラズマ処理を行うには、例えば(エッチン
グガス種類および流量:Ar=25sccm、圧力:
0.7Pa、ウェーハステージ温度:室温、プラズマソ
ース電圧:700W(2MHz)、基板バイアス電圧:
350V(13.56MHz)、処理時間:1分)と
し、同一の条件で例えば5枚のダミーウェーハの処理を
行う。上記の条件下ではダミーウェーハ表面の最高到達
温度は概ね70℃となる。
ミーウェーハの酸化膜の除去により内壁面上に酸化シリ
コン膜が堆積し、内壁表面の絶縁性が向上したプラズマ
処理室において、レジスト膜Rのパターン開口部P内に
薄いレジスト膜や現像液の洗浄残りなどからなるスカム
Raが残存している半導体ウェーハ10に対して、例え
ばAr+ など、上記のダミーウェーハの酸化膜の除去条
件と同様のプラズマ処理により、不活性ガスのプラズマ
放電で生成したイオンを用いたスパッタリングエッチン
グなどを行うことで、レジスト膜Rのパターン開口部P
に残されたスカム(残渣)Raや導電膜(BLM膜)1
4表面の酸化物が効果的に除去され、開口部における導
電膜(BLM膜)14の表面を清浄化(ディスカム)す
る。
空蒸着法により全面にはんだ層を成膜することで、レジ
スト膜Rのパターン開口部P内にはんだ層16を形成す
る。このとき、レジスト膜Rの上層にもはんだ層16a
が形成される。
フによりレジスト膜Rを除去することで、レジスト膜R
の上層に形成されたはんだ層16aを同時に除去する。
これにより、レジスト膜Rのパターン開口部P内に形成
されたはんだ層16のみを残すことができる。
行ってはんだ層16を溶融させ、表面張力により球形と
なった状態で冷却、固化することではんだボールのバン
プ16bを形成する。
によれば、はんだ層をパターン形成するためのレジスト
膜の開口部に形成され、レジスト膜や洗浄液の残渣や自
然酸化膜などからなるスカムをスパッタリングエッチン
グにより除去する前に、予めダミーウェーハ上に絶縁体
を堆積させ、導電膜表面の清浄化処理を行うプラズマ処
理室において、ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体を
プラズマエッチングにより除去して、プラズマ処理室の
内壁面上に絶縁体を堆積させておくので、プラズマ処理
室の内壁面の絶縁性が向上し、プラズマ発生時のインピ
ーダンスマッチングが容易にとれるようになり、スパッ
タリングエッチングをするためのプラズマ放電状態のば
らつきを抑制し、ディスカム処理を連続して大量に行っ
た場合でもプロセス性能が安定化し、製造ラインで再現
性高く、高い歩留りを実現することができる。従って、
導電膜(BLM膜)の上層に形成されるレジスト膜など
からなるスカムの除去をウェーハ処理枚数を重ねても安
定な処理により行うことができ、導電膜(BLM膜)と
バンプとの接合界面における電気抵抗の上昇や接合強度
の低下などを抑制し、接続信頼性を向上させることがで
きる。これにより、微細な設計ルールで設計される高集
積化、高性能、高信頼性を要求される半導体装置の製造
方法において特に効果的に、フリップチップ実装して組
み立てられる製品デバイスの信頼性および耐久性を向上
させることができる。
において、プラズマ処理によりレジスト膜の開口部にお
ける導電膜表面を清浄化する度に、ダミーウェーハ上に
堆積された絶縁体をプラズマエッチングにより除去する
工程を行ってもよいが、例えば複数枚の前記半導体ウェ
ーハを処理する場合には、所定枚数の半導体ウェーハに
対して、プラズマ処理により開口部における導電膜表面
を清浄化する毎に、ダミーウェーハ上に堆積された絶縁
体をプラズマエッチングにより除去する工程を行っても
よい。また、プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測
定する手段を有するプラズマ処理装置を用いて前記プラ
ズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測定し、その絶縁抵
抗の値を的確に把握し、所定の値以下になった時点でダ
ミーウェーハ上に堆積された絶縁体をプラズマエッチン
グにより除去することにより、最適な時期に効率よくプ
ラズマ処理室の内壁表面の絶縁性の確保を行うことがで
きる。
と同様であり、その製造方法も第1実施形態と同様であ
るが、図2(c)に示すディスカム工程の前で、例えば
所定枚数の半導体ウェーハに対して、プラズマ処理によ
りレジスト膜の開口部における導電膜表面を清浄化する
毎に、例えば図5に示すようなICP(Inductively Co
upled Plasma)高密度プラズマ処理装置を用いて、別途
用意するシリコンウェーハ表面に約1μm程度の熱酸化
膜を形成したダミーウェーハ(不図示)に対してプラズ
マエッチング処理により酸化膜の除去を行い、上記のダ
ミーウェーハの酸化膜の除去により内壁面上に酸化膜が
堆積し、内壁表面の絶縁性が向上したプラズマ処理室に
おいて、レジスト膜Rのパターン開口部P内に薄いレジ
スト膜や現像液の洗浄残りなどからなるスカムRaが残
存している半導体ウェーハ10に対して、プラズマ処理
によりレジスト膜Rのパターン開口部Pに残されたスカ
ム(残渣)Raや導電膜(BLM膜)14表面の酸化物
を除去し、開口部における導電膜(BLM膜)14の表
面を清浄化(ディスカム)する。
いては、プラズマ処理室30内に上下方向に可動するウ
ェーハステージ32が配置され、ウェーハステージ32
上に被処理ウェーハ33が戴置される。プラズマ処理室
30の外周に誘導結合コイル39が設けられ、ICP電
源40が接続しており、ウェーハステージ32には結合
コンデンサ35と基板バイアス電源36が接続してい
る。プラズマ処理室30内にプラズマ原料ガスを導入
し、各電極に所定の電圧を印加することでプラズマ処理
室30内にプラズマ38が生成する。さらに、プラズマ
処理室30の内壁表面の絶縁抵抗を測定するためのプロ
ーブ電極41が設けられており、絶縁抵抗測定装置42
に配線43により接続している構成とすることができ
る。
抗測定装置42および配線43の構成の模式図である。
プラズマ処理室30の壁面30aに2か所の貫通口が開
口されて、2本のプローブ電極41が挿入されており、
貫通口内壁とプローブ電極41の間隙部が絶縁シールド
30bにより埋め込まれている。絶縁抵抗測定装置42
は、可変抵抗素子R1,R2、抵抗素子R3,R4、直
流電源PS、スイッチSW、電圧計Vd、直流検流計G
などから構成されており、配線43によりプローブ電極
41に接続して形成されている。プラズマ処理室30の
内壁面上にはレジスト膜などに由来する有機物などの堆
積物30cが堆積しており、堆積物30cの導電性や膜
厚などによりプラズマ処理室30の内壁表面の絶縁抵抗
が変化するが、上記の絶縁抵抗測定装置42によりこの
絶縁抵抗を測定することができる。
理装置を用いて、ダミーウェーハに対してプラズマエッ
チング処理を行う条件は、例えば(雰囲気ガス種類およ
び流量:Ar=30sccm、圧力:0.13Pa、ウ
ェーハステージ温度:50℃、ICP電源パワー:10
00W(450Hz)、基板バイアス電圧:50V(1
3.56MHz)、処理時間:30秒)とし、同一の条
件で例えば5枚のダミーウェーハの処理を行う。上記の
条件下ではダミーウェーハ表面の最高到達温度は概ね7
0℃となる。次に、上記のダミーウェーハの酸化膜の除
去により内壁面上に酸化膜が堆積し、内壁表面の絶縁性
が向上したプラズマ処理室において、レジスト膜Rのパ
ターン開口部P内に薄いレジスト膜や現像液の洗浄残り
などからなるスカムRaが残存している半導体ウェーハ
10に対して、例えばAr+ など、上記のダミーウェー
ハの酸化膜の除去条件と同様のプラズマ処理により、不
活性ガスのプラズマ放電で生成したイオンを用いたスパ
ッタリングエッチングなどを行うことで、レジスト膜R
のパターン開口部Pに残されたスカム(残渣)Raや導
電膜(BLM膜)14表面の酸化物が効果的に除去さ
れ、開口部における導電膜(BLM膜)14の表面を清
浄化(ディスカム)する。
体をプラズマエッチングにより除去する工程を所定回数
行った後に、またはダミーウェーハ上に堆積された絶縁
体をプラズマエッチングにより除去する工程とは関係な
く、所定枚数の半導体ウェーハに対して、プラズマ処理
により開口部における導電膜表面を清浄化する毎に、あ
るいは、上記のプラズマ処理室30の内壁表面の絶縁抵
抗を測定するためのプローブ電極41と絶縁抵抗測定装
置42によりプラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測
定し、プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗が所定の値
以下になった時点で、例えば少なくとも酸素を含有する
ガスを用いたプラズマ処理などにより、導電膜表面の清
浄化処理を行うプラズマ処理装置の処理室内壁面のドラ
イクリーニング処理を行う。
理装置において、プラズマ処理装置の処理室内壁面のド
ライクリーニング処理を行う条件は、例えば(雰囲気ガ
ス種類および流量:O2 =100sccm、圧力:1.
0Pa、ウェーハステージ温度:90℃、ICP電源パ
ワー:1000W(450Hz)、基板バイアス電圧:
0V(13.56MHz)、処理時間:180秒)とす
る。
ることで、低圧力雰囲気化での処理が可能となり、多量
に生成したイオン種が散乱なく垂直に被処理ウェーハに
入射するようになり、Ar+ イオン照射によるディスカ
ム処理が被処理ウェーハ全面で均一に、かつ高速で効率
良く実現できる。このため、下層のレジスト膜パターン
やデバイスへのプロセスダメージを考慮して、基板バイ
アスを低く設定した条件であっても処理速度を損なうこ
となくスカム除去のための処理時間の短縮化を図ること
ができる。
実施形態と同様であり、バンプ形成領域にPb:Sn=
97:3の高融点はんだ層16を形成し、熱処理により
高融点はんだボールからなるバンプ16bを形成する。
によれば、はんだ層をパターン形成するためのレジスト
膜の開口部に形成され、レジスト膜や洗浄液の残渣や自
然酸化膜などからなるスカムをスパッタリングエッチン
グにより除去する前に、予め、少なくとも酸素を含有す
るガスを用いたプラズマ処理などにより有機物の燃焼反
応(C+O* →CO,CO2 ↑)をおこし、プラズマ処
理装置の処理室内壁面のドライクリーニング処理を行う
ので、プラズマ処理室の内壁面の絶縁性が向上し、プラ
ズマ発生時のインピーダンスマッチングが容易にとれる
ようになり、スパッタリングエッチングをするためのプ
ラズマ放電状態のばらつきを抑制し、ディスカム処理を
連続して大量に行った場合でもプロセス性能が安定化
し、製造ラインで再現性高く、高い歩留りを実現するこ
とができる。従って、導電膜(BLM膜)の上層に形成
されるレジスト膜などからなるスカムの除去をウェーハ
処理枚数を重ねても安定な処理により行うことができ、
導電膜(BLM膜)とバンプとの接合界面における電気
抵抗の上昇や接合強度の低下などを抑制し、接続信頼性
を向上させることができる。これにより、微細な設計ル
ールで設計される高集積化、高性能、高信頼性を要求さ
れる半導体装置の製造方法において特に効果的に、フリ
ップチップ実装して組み立てられる製品デバイスの信頼
性および耐久性を向上させることができる。上記におい
て、前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測定し
て、その絶縁抵抗の値を的確に把握し、所定の値以下に
なった時点でプラズマ処理室の内壁面のドライクリーニ
ング処理を行うことにより、最適な時期に効率よくドラ
イクリーニング処理を行うことができる。
板バイアス電圧をプラズマ生成とは独立して制御するこ
とが可能なプラズマ処理装置を用いているため、レジス
ト膜のリフトオフによりはんだ蒸着膜をパターニングす
る際のはんだ成膜前処理において、レジスト膜に過剰な
熱変質を与えて下地への焼き付きを誘起させることな
く、厚膜のレジスト膜のパターン開口部のスカム除去お
よびその下層の導電膜(BLM膜)の表面の酸化物除去
を効果的に実現できている。なおかつ、大口径のウェー
ハに対しても均一で迅速な処理が可能なプロセスとなっ
ている。また、上記の本発明のはんだ成膜前処理をはん
だ成膜とは独立した別の装置で処理する場合には、真空
蒸着によるはんだ成膜処理の直前に行う程その効果は大
きい。さらに、成膜前処理が成膜処理チェンバーと高真
空下で連結したタイプのマルチチェンバー装置を用いれ
ば、より一層効果的である。
は、MOSトランジスタ系半導体装置、バイポーラ系半
導体装置、BiCMOS系半導体装置、ロジックとメモ
リを搭載した半導体装置など、半導体装置であれば何に
でも適用可能である。
施の形態に限定されない。例えば、プラズマ処理装置と
して、トライオードRFプラズマ処理装置、ICP高密
度プラズマ処理装置の他、平行平板型RFプラズマ処理
装置や、TCP(Transfer Coupled Plasma )型、EC
R(Electron Cyclotron Resonance)型、μ波プラズ
マ、あるいは、ヘリコン波プラズマなど、ICP高密度
プラズマ以外の高密度プラズマ処理装置を用いることが
できる。また、各プロセスの条件、ウェーハの構造など
は上記の実施の形態で説明した内容に限らない。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能
である。
造方法によれば、ウェーハ処理枚数を重ねても、安定な
処理により導電膜(BLM膜)とバンプとの接合界面に
おける電気抵抗の上昇や接合強度の低下などを抑制し、
接続信頼性を向上させることができる。
の断面図である。
の製造方法の製造工程を示す断面図であり、(a)は導
電膜(BLM膜)の形成工程まで。(b)はリフトオフ
用レジスト膜のパターン形成工程まで、(c)はレジス
ト膜のパターン開口部内のスカム除去工程までを示す。
膜の形成工程まで、(e)はリフトオフによるレジスト
膜上の導電膜の除去工程まで、(f)はバンプの形成工
程までを示す。
ラズマ処理装置の模式図である。
マ処理装置の模式図である。
マ処理装置のプラズマ処理室内壁表面の絶縁抵抗を測定
する装置の模式図である。
造工程を示す断面図であり、(a)は導電膜(BLM
膜)の形成工程まで。(b)はリフトオフ用レジスト膜
のパターン形成工程までを示す。
膜の形成工程まで、(d)はリフトオフによるレジスト
膜上の導電膜の除去工程まで、(e)はバンプの形成工
程までを示す。
板、3…封止樹脂、10…半導体ウェーハ、10’…半
導体チップ、11…パッド電極、12,13…表面保護
膜、14…導電膜(BLM膜)、16,16a…はんだ
層、16b…バンプ、19…共晶はんだ層、20…基
板、21…ランド、23…ソルダーレジスト、30…プ
ラズマ処理室、30a…プラズマ処理室壁面、30b…
絶縁シールド、30c…堆積物、31…陽極板、32…
ウェーハステージ、33…被処理ウェーハ、34…プラ
ズマ生成電源、35…結合コンデンサ、36…基板バイ
アス電源、37…格子電極、38…プラズマ、39…誘
導結合コイル、40…ICP電源、41…プローブ電
極、42…絶縁抵抗測定装置、43…配線、R…レジス
ト膜、Ra…スカム、E…エッチングガス。
Claims (22)
- 【請求項1】半導体チップの回路パターンに接続するパ
ッド電極が形成された半導体ウェーハ上に前記パッド電
極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の製造
方法であって、 前記半導体ウェーハ上に、前記パッド電極に接続する導
電膜を形成する工程と、 前記導電膜の上層にマスク層を形成する工程と、 バンプ形成位置において前記マスク層に開口部をパター
ン形成する工程と、 ダミーウェーハ上に絶縁体を堆積させる工程と、 前記ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体をプラズマエ
ッチングにより除去する工程と、 前記プラズマエッチングを行うプラズマ処理室におい
て、プラズマ処理により前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する工程と、 前記開口部において前記導電膜の上層にバンプを形成す
る工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】前記ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体
をプラズマエッチングにより除去する工程においては、
前記プラズマエッチングを行うプラズマ処理室の内壁面
上に前記絶縁体を堆積させる請求項1記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項3】前記ダミーウェーハ上に堆積させる絶縁体
が酸化シリコン膜である請求項1記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項4】複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パッ
ド電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の
製造方法であって、 所定枚数の前記半導体ウェーハに対して、プラズマ処理
により前記開口部における前記導電膜表面を清浄化する
毎に、前記ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体をプラ
ズマエッチングにより除去する工程を行う請求項1記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パッ
ド電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の
製造方法であって、 前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測定し、前
記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗が所定の値以下
になった時点で、前記ダミーウェーハ上に堆積された絶
縁体をプラズマエッチングにより除去する工程を行う請
求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】前記バンプを形成する工程が、前記開口部
内および前記マスク層の上層に導電体を堆積する工程
と、前記マスク層を除去することで同時に前記開口部内
に堆積させた前記導電体を残しながら前記マスク層の上
層に堆積させた前記導電体を除去する工程と、前記導電
体を球形に加工して前記バンプとする工程とを含む請求
項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】前記マスク層としてレジスト膜を形成する
請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】前記導電体としてはんだ層を形成し、前記
バンプとしてはんだボールバンプを形成する請求項6記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】前記開口部における前記導電膜表面を清浄
化する工程においては、不活性ガスのプラズマによりス
パッタリングエッチングを行う請求項1記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項10】前記開口部における前記導電膜表面を清
浄化する工程においては、前記開口部に残された残渣を
除去する請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】前記開口部における前記導電膜表面を清
浄化する工程においては、前記開口部における前記導電
膜表面の酸化物を除去する請求項1記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項12】半導体チップの回路パターンに接続する
パッド電極が形成された半導体ウェーハ上に前記パッド
電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置の製
造方法であって、 前記半導体ウェーハ上に、前記パッド電極に接続する導
電膜を形成する工程と、 前記導電膜の上層にマスク層を形成する工程と、 バンプ形成位置において前記マスク層に開口部をパター
ン形成する工程と、 プラズマ処理室の内壁面のドライクリーニング処理を行
う工程と、 前記プラズマ処理室において、プラズマ処理により前記
開口部における前記導電膜表面を清浄化する工程と、 前記開口部において前記導電膜の上層にバンプを形成す
る工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】前記プラズマ処理室の内壁面のドライク
リーニング処理を行う工程においては、少なくとも酸素
を含有するガスを用いたプラズマ処理により行う請求項
12記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パ
ッド電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置
の製造方法であって、 所定枚数の前記半導体ウェーハに対して、プラズマ処理
により前記開口部における前記導電膜表面を清浄化する
毎に、前記プラズマ処理室の内壁面のドライクリーニン
グ処理を行う請求項12記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】所定枚数の前記半導体ウェーハに対し
て、プラズマ処理により前記開口部における前記導電膜
表面を清浄化する毎に、前記プラズマ処理室において、
表面に絶縁体が堆積されたダミーウェーハ上に対してプ
ラズマエッチングにより前記絶縁体を除去する工程を行
い、 さらに前記ダミーウェーハ上に堆積された絶縁体をプラ
ズマエッチングにより除去する工程を所定回数行う毎
に、前記プラズマ処理室の内壁面のドライクリーニング
処理を行う請求項14記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項16】複数枚の前記半導体ウェーハ上に前記パ
ッド電極に接続するようにバンプを形成する半導体装置
の製造方法であって、 前記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗を測定し、前
記プラズマ処理室の内壁表面の絶縁抵抗が所定の値以下
になった時点で、前記プラズマ処理室の内壁面のドライ
クリーニング処理を行う請求項12記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項17】前記バンプを形成する工程が、前記開口
部内および前記マスク層の上層に導電体を堆積する工程
と、前記マスク層を除去することで同時に前記開口部内
に堆積させた前記導電体を残しながら前記マスク層の上
層に堆積させた前記導電体を除去する工程と、前記導電
体を球形に加工して前記バンプとする工程とを含む請求
項12記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項18】前記マスク層としてレジスト膜を形成す
る請求項17記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項19】前記導電体としてはんだ層を形成し、前
記バンプとしてはんだボールバンプを形成する請求項1
7記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項20】前記開口部における前記導電膜表面を清
浄化する工程においては、不活性ガスのプラズマにより
スパッタリングエッチングを行う請求項12記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項21】前記開口部における前記導電膜表面を清
浄化する工程においては、前記開口部に残された残渣を
除去する請求項12記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項22】前記開口部における前記導電膜表面を清
浄化する工程においては、前記開口部における前記導電
膜表面の酸化物を除去する請求項12記載の半導体装置
の製造方法。
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