JP2002134544A

JP2002134544A - 半導体装置の製造方法、および半導体装置

Info

Publication number: JP2002134544A
Application number: JP2000323640A
Authority: JP
Inventors: Yoshimichi Kobori; 悦理小堀
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】金属電極部を効率的に形成できる半導体装置の
製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１上に金属膜９が形成され、こ
の金属膜９上の所定領域を選択的に覆うマスク膜として
のレジスト膜８が形成される。このレジスト膜８をマス
クとして、酸素イオンのインプランテーションを行う
と、レジスト膜８で覆われていない領域では、金属膜９
が絶縁性酸化物に変化する。こうして、酸化物層９Ｂに
より囲まれた金属電極部９Ａが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属電極部を表
面に有する半導体装置の製造方法、およびそのような半
導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップ同士を重ね合わせて接合し
たり、半導体チップを基板上にフリップチップボンディ
ングする場合などには、表面に金属電極部としてのバン
プを有する半導体チップが用いられる。半導体チップの
基となる半導体基板上にバンプを形成する工程では、図
３に示すように、半導体基板５０上に窒化シリコン膜５
１が形成され、内部回路に接続された内部配線のパッド
部５２に対応する位置において窒化シリコン膜５１に開
口５３が形成される（図３(a)）。そして、この状態の
半導体基板５０の表面にバリアメタル膜５４およびシー
ド膜５５が順に積層される（図３(b)）。さらに、フォ
トリソグラフィによりレジスト膜５６がパターン形成さ
れ、この状態で金またと銅めっきが行われる（図３
(c)）。レジスト膜５６には、開口５３に整合する開口
５７が形成されていて、めっき工程では、パッド部５２
上にバンプ５８が形成されることになる。その後、レジ
スト膜５６を剥離し、バリアメタル膜５４およびシード
膜５５の不要部分をエッチングで除去することにより、
表面から隆起したバンプ５８を有する半導体装置が得ら
れる（図３(d)）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】バンプ５８は、パッド
部５２を保護しつつ、他の半導体チップ等との接続を良
好に行う機能を担っており、このような機能の実現のた
めには、窒化シリコン膜５１の表面から少なくとも１０
〜１５μｍ程度の厚みが必要とされる。そのため、上述
のようなバンプの形成工程では、レジスト膜５６を、た
とえば２０μｍ程度の膜厚に厚く形成するようにしてい
る。

【０００４】しかし、このような厚いレジスト膜５６の
パターニングには、フォトレジスト工程における露光処
理に長時間を要し、そのために生産効率が阻害されると
いう問題がある。すなわち、半導体装置の内部構造を形
成するための薄膜のパターニングに用いられる通常のレ
ジスト膜の膜厚は１〜２μｍであるので、このような場
合に比較すると、約１０倍の露光時間が必要とされる。
また、上述の従来技術では、レジスト膜５６の剥離後
に、シード膜５５およびバリアメタル膜５４の不要部分
のエッチング除去工程が必要であり、工程数が多く、し
たがって生産効率の向上が阻害されていた。

【０００５】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、金属電極部を効率的に形成することがで
き、これにより生産効率の向上に資することができる半
導体装置の製造方法を提供することである。また、この
発明の他の目的は、金属電極部を効率的に形成すること
が可能な半導体装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基
板上に金属膜を形成する工程と、この金属膜上の所定領
域を選択的に覆うマスク膜を形成する工程と、上記マス
ク膜が形成された半導体基板の露出表面に酸化処理を施
すことによって、上記金属膜の上記マスク膜から露出し
ている部分を絶縁性酸化物に変化させる酸化工程とを含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

【０００７】この発明によれば、金属膜上に形成された
マスク膜をマスクとした酸化処理によって、マスク膜か
ら露出している領域の金属膜が選択的に酸化される。こ
れにより、マスク膜下には金属膜が残り、その周囲に密
接して絶縁性の酸化物層が形成されることになる。よっ
て、マスク膜下の金属膜を金属電極として使用すること
ができる。マスク膜は、請求項２に記載したように、レ
ジスト膜であってもよい。レジスト膜が単独で用いられ
る場合には、このレジスト膜の厚さは、金属膜の表面か
ら当該金属膜の深さまでの酸化処理に耐えることができ
るように選択されればよい。具体的には、たとえば、金
属膜の膜厚が１０〜１５μｍであれば、レジスト膜の膜
厚は、５μｍ程度であればよい。

【０００８】また、マスク膜は、請求項３に記載したよ
うに、酸化物または窒化物からなる絶縁膜を含むもので
あってもよい。すなわち、たとえば、金属膜上に絶縁膜
を形成し、その上にレジスト膜を積層するようにしても
よい。これにより、酸化工程におけるマスク膜の直下の
金属膜の酸化を確実に防止できる。また、レジスト膜の
膜厚をさらに薄くできるという利点もある。すなわち、
レジスト膜の厚さは、たとえば、５０００Å〜１μｍ程
度とすることができる。このレジスト膜は、絶縁膜をマ
スクパターンにパターニングする際のマスクとして兼用
できる。

【０００９】このように、この発明によれば、薄いレジ
スト膜などからなるマスク膜を用いて半導体基板上に金
属膜を局所的に形成することが可能となり、この局所的
に形成された金属膜を金属電極として用いることができ
る。これにより、レジスト膜の露光処理に長時間を要す
ることがなくなるから、金属電極の形成工程の所要時間
を短縮でき、半導体装置の生産効率の向上に寄与するこ
とができる。金属膜には、たとえば、金または銅をその
材料として用いることができ、その形成には、めっき法
（電解めっきまたは無電解めっき）を適用できる。金属
膜をめっき処理によって形成する場合には、金属膜の形
成前にシード膜の形成が必要になるが、酸化工程におい
てシード膜も併せて酸化するようにすれば、シード膜の
エッチング除去工程を排除できる。これにより、金属電
極の形成工程の工程数を削減できるから、生産効率の向
上にさらに有利となる。

【００１０】上記半導体装置の製造方法は、半導体基板
上に窒化膜などの絶縁膜（パッシベーション膜）を形成
する工程と、この絶縁膜に内部配線のパッド部を露出さ
せる開口を形成する工程とをさらに含んでいてもよく、
この後に、上記金属膜の形成以後の工程を行うようにし
てもよい。この場合に、上記パッド部の直上の位置を局
所的にマスク膜で覆うことにより、パッド部に接続され
た金属電極を形成することができる。

【００１１】なお、上記酸化工程は、酸素イオンのイン
プランテーションによって行えるほか、半導体基板側を
陽極とした陽極酸化法によって半導体基板の表面（マス
ク膜から露出した金属膜の表面）を酸化させることによ
っても行える。また、金属電極部を周囲よりも突出させ
たい場合には、酸化工程後の半導体基板の表面の金属酸
化物の表層部をエッチングすればよい。このエッチング
には、たとえばふっ酸などのエッチング液を用いること
ができる。

【００１２】請求項４記載の発明は、半導体基板上に形
成された金属電極部と、この金属電極部の周囲に密接し
て形成され、当該金属電極部の材料となる金属の酸化物
からなる絶縁性酸化物層とを含むことを特徴とする半導
体装置である。この構造の半導体装置は、請求項１ない
し３の発明の方法により作製することができ、したがっ
て、金属電極部の形成を効率的に行えるから、良好な生
産効率を実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。図１(a)に示すように、半導体基
板１上に形成された層間絶縁膜２上には、内部配線が形
成されていて、そのパッド部３が所定位置に設けられて
いる。層間絶縁膜２上には、たとえば、窒化シリコン膜
からなるパッシベーション膜４が形成される。このパッ
シベーション膜４には、パッド部３に対応する位置に、
開口５が形成される。

【００１４】この状態から、半導体基板１上には、たと
えばＴｉＷからなるバリアメタル膜６と、めっきのシー
ド膜７とが、たとえばスパッタ法によって、順に堆積さ
れる（図１(b)）。そして、電解めっきまたは無電解め
っきによって、全面に金属膜９が堆積させられる（図１
(c)）。金属膜９の膜厚（パッシベーション膜４の表面
からの膜厚）は、たとえば、１０〜１５μｍとされる。
金属膜９とシード膜７とは同一金属材料からなり、一般
的には、金属または銅が適用される。

【００１５】この状態から、パッド部３の直上、すなわ
ち開口５の直上の領域を局所的に覆うレジスト膜８が形
成される（図１(d)）。このレジスト膜８の膜厚は、た
とえば、５μｍ程度とされる。この程度の薄いレジスト
膜８は、短時間の露光処理により形成することができ
る。ついで、レジスト膜８をマスクとして、酸素イオン
のインプランテーション（たとえば、加速電圧は１〜２
ＭｅＶとする。）が行われる（図１(d)）。これによ
り、金属膜９において、レジスト膜８から露出している
領域が酸化されて、当該金属の絶縁性酸化物（たとえ
ば、酸化金または酸化銅）となって、酸化物層９Ｂを形
成する（図１(e)）。このとき、バリアメタル膜６およ
びシード膜７も同時に酸化される。これにより、レジス
ト膜８の直下の金属膜９は、パッシベーション膜４上に
おいて孤立した金属電極部９Ａ（バンプ）を構成するこ
とになる。酸化物層９Ｂは、金属電極部９Ａの周囲に密
接されることになり、酸化物層９Ｂと金属電極部９Ａと
は面一の状態となる。

【００１６】この後、レジスト膜８が剥離されて半導体
装置が完成する（図１(e)）。もしも、金属電極部９Ａ
を周辺の表面よりも隆起させる必要があれば、たとえ
ば、ふっ酸を用いたエッチングにより、二点鎖線で示す
ように、金属電極部９Ａに密接している酸化物層９Ｂの
表層部１０を除去すればよい。このようにこの実施形態
によれば、金属電極部９Ａの材料からなる金属膜９を半
導体基板１上に堆積し、この金属膜９上にレジスト膜８
をパターン形成して、これをマスクとした酸化処理（酸
素イオンのインプランテーション）によって、パッシベ
ーション膜４上において電気的に孤立した金属電極部９
Ａを形成することができる。この際に用いられるレジス
ト膜８は薄膜のものでよく、また、酸化処理時にバリア
メタル膜６およびシード膜７も同時に酸化されるので、
これらのエッチング除去の必要もない。したがって、半
導体基板１の表面の金属電極部９Ａの形成は、従来に比
較して短時間で、かつ工程数の少ない処理により実現で
きる。これにより、半導体装置の生産効率を格段に向上
することができる。

【００１７】図２は、この発明の第２の実施形態に係る
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。こ
の図２において上述の図１に示された各部に対応する部
分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。こ
の実施形態では、図１(a)〜(c)と同様の工程を経て金属
膜９が形成された図２(a)の状態から、金属膜９上に酸
化シリコンまたは窒化シリコンからなる絶縁膜１５が形
成され、さらにこの絶縁膜１５上には、パッド部３の直
上（すなわち、開口５の直上）の領域を局所的に覆う薄
いレジスト膜１６（たとえば、５０００Å〜１μｍの膜
厚）が形成される（図２(b)）。

【００１８】この状態から、レジスト膜１６をマスクと
したエッチングにより、絶縁膜１５が選択的に除去さ
れ、パッド部３の直上の領域以外の領域において金属膜
９が露出させられる（図２(c)。この状態では、レジス
ト膜１６および絶縁膜１５の残留部分は、パッド部３の
直上の領域を局所的に覆うマスク膜２０となる。次い
で、このマスク膜２０をマスクとして、酸素イオンのイ
ンプランテーションが行われる（図２(d)）。これによ
り、マスク膜２０で覆われていない領域では、金属膜９
が酸化されて絶縁性金属酸化物層９Ｂが形成され、マス
ク膜２０の直下の領域に残された金属膜９は金属電極部
９Ａとなる（図１(e)参照）。

【００１９】この後は、レジスト膜１６および絶縁膜１
５を除去して金属電極部９Ａを露出させれば、図１(e)
に示す構造の半導体装置が得られる。酸化物層９Ｂの表
層部１０を必要に応じてエッチング除去してもよい点
は、上述の実施形態の場合と同様である。このように、
この実施形態では、マスク膜２０を絶縁膜１５とレジス
ト膜１６との２層で構成しており、これにより、酸化工
程（図２(d)）において、マスク膜２０の直下の領域へ
の酸素イオンの侵入を効果的に防止できる。そのため、
レジスト膜１６は、図１を用いて説明した第１の実施形
態よりもさらに薄くすることができ、そのパターニング
のための露光処理時間をさらに短縮できる。

【００２０】以上、この発明の２つの実施形態について
説明したが、この発明は、他の形態でも実施することが
可能である。たとえば、上述の実施形態では、金属膜９
の形成をめっき法によって行うこととしたが、スパッタ
法などの他の方法によって金属膜９の堆積を行ってもよ
い。スパッタ法による場合には、シード膜７の形成は不
要である。また、上述の実施形態では、金属膜９の酸化
を酸素イオンのインプランテーションによって行うこと
としたが、金属膜９の酸化処理には、陽極酸化法などの
他の処理を用いることができる。陽極酸化法を用いる場
合には、半導体基板１を電池の陽極として電流を流すこ
とによって、金属膜９においてマスク膜から露出してい
る部位を表面から酸化することができる。

【００２１】また、上述の第２の実施形態における酸化
工程（図２(d)）は、レジスト膜１６を残した状態で行
っているが、このレジスト膜１６を除去した後に酸化工
程を行ってもよい。この場合は、マスク膜は絶縁膜１５
だけで構成されることになる。その他、特許請求の範囲
に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。

【図２】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図てある。

【図３】従来のバンプ形成方法を工程順に示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１半導体基板３パッド部４パッシベーション膜５開口６バリアメタル膜７シード膜８レジスト膜９金属膜９Ａ金属電極部９Ｂ酸化物層１５絶縁膜１６レジスト膜２０マスク膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に金属膜を形成する工程と、この金属膜上の所定領域を選択的に覆うマスク膜を形成
する工程と、上記マスク膜が形成された半導体基板の露出表面に酸化
処理を施すことによって、上記金属膜の上記マスク膜か
ら露出している部分を絶縁性酸化物に変化させる酸化工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】上記マスク膜がレジスト膜を含むことを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】上記マスク膜が酸化物または窒化物からな
る絶縁膜を含むことを特徴とする請求項１または２記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項４】半導体基板上に形成された金属電極部と、
この金属電極部の周囲に密接して形成され、当該金属電
極部の材料となる金属の酸化物からなる絶縁性酸化物層
とを含むことを特徴とする半導体装置。