JP2014141040A - 半導体チップの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、めっきの下地膜のサイドエッチング量を外観観察で容易に把握することができる半導体チップの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基板の上にバンプを有する半導体チップの製造方法であって、(1)前記基板の上にめっき成長の下地となるめっき用導体金を形成する工程と、(2)前記めっき用導体金の上にめっき用マスクを形成する工程と、(3)前記めっき用マスクを用いてめっき処理を施し、前記バンプ及びダミーパターンを形成する工程と、(4)前記めっき用マスクを除去する工程と、(5)前記めっき用導体金をエッチングする工程と、(6)少なくとも前記ダミーパターンに衝撃を加える工程と、を有し、前記工程(6)における衝撃による前記ダミーパターンの脱落の状況から、前記めっき用導体金のサイドエッチング量を把握することを特徴とする半導体チップの製造方法である。
【選択図】図1

Description

本発明は、バンプを有する半導体チップの製造方法に関する。
電解めっき工程が特許文献1に開示されている。該電解めっき工程では、フォトレジストをパター二ングし、めっき成長後、めっき用導体金のエッチング及びTiW等の密着向上層のエッチングを行う。次に、フォトレジストを剥離することでパターンを完成させることが可能となる。
一方、一般的なインクジェット記録ヘッド等の液体吐出ヘッドは、小型化、高密度化に対応するため、基板内に半導体製造技術を用いて、吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気制御回路を内蔵させる技法が提案されている。
また、高機能なインクジェット記録ヘッドでは、基板裏面より基板を貫通させてインク供給口を形成し、その基板の開口部の左右両側にノズルを多数配置することによって小型化かつ高画質化が実現されている。このような構造は、例えば特許文献2に開示されている。
また、シリコン基板とノズル層との密着性に関しては、ノズル密着向上層としてポリエーテルアミド樹脂を基板とノズル層との間に挟み込む構造が提案されている。このような構造は、例えば特許文献3に開示されている。
特開2009−274266号公報 特開2003−311964号公報 特開平11−348290号公報
特許文献1に記載されている製法で作られた電気的な導通を確保するためのめっきパターン、すなわちめっき配線やめっきバンプは、TABなどの部品と電気的な接続を行った後、コンタクト部の信頼性を高めるために、一般的に封止が行われる。この封止によって、他部品との接触による断線防止や製品としての電気的な長期信頼性を確保している。
ところが、めっきの下地膜のエッチング工程では、残査を残さないようにするため、オーバーエッチングを行う必要がある。また、エッチング液の劣化によって、TiW等の密着向上層(バリアメタル)におけるエッチングレートが遅くなるため、エッチング時間を徐々に長くするように調整しながら生産する必要がある場合がある。この下地膜のエッチングでは、配線やバンプの下に下地膜が入りこむ構造になっているため、目視で観察することが出来ず、プロセス保証となる。しかし、この工程において、万が一、何らかの装置上の不具合等により、サイドエッチングが規定量よりも入ってしまった場合には、パターンの欠落が発生する場合がある。また、封止材が入りこまず、気泡を抱き込んでしまう場合がある。パターンの欠落や気泡の抱き込みが生じた場合は、半導体チップの製品としての初期的な導通不良が発生するだけでなく、電気的な長期信頼性を確保できない場合もある。
特に、インクジェット記録ヘッドにおいては、サイドエッチングが規定量よりも入ってしまった場合、その後工程となるノズル密着向上層が入りこまず、気泡を抱き込む形態となる場合がある。その後に、バンプ部は更に封止するが、気泡は残ったままとなり、製品としての電気的な長期信頼性を確保できない場合がある。
以上のような状況に鑑みて、本発明は、めっきの下地膜のサイドエッチング量を外観観察で容易に把握することができる半導体チップの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態は、
基板の上にバンプを有する半導体チップの製造方法であって、
(1)前記基板の上にめっき成長の下地となるめっき用導体金を形成する工程と、
(2)前記めっき用導体金の上にめっき用マスクを形成する工程と、
(3)前記めっき用マスクを用いてめっき処理を施し、前記バンプ及びダミーパターンを形成する工程と、
(4)前記めっき用マスクを除去する工程と、
(5)前記めっき用導体金をエッチングする工程と、
(6)少なくとも前記ダミーパターンに衝撃を加える工程と、
を有し、
前記工程(6)における衝撃による前記ダミーパターンの脱落の状況から、前記めっき用導体金のサイドエッチング量を把握することを特徴とする半導体チップの製造方法である。
本発明によれば、めっきの下地膜のサイドエッチング量を外観観察で容易に把握することができる半導体チップの製造方法を提供することができる。
本発明によれば、より好ましくは、半導体チップ上にダミーパターンを設けることによって、製造原価をコストアップすることなく、サイドエッチング量を外観観察で容易に検知することが可能となる。それにより、製品として初期の導通不良を排除し、且つ構造的な信頼性を高めるとともに電気的な長期信頼性を確保することも可能となる。
本発明の実施形態により製造されるインクジェット記録ヘッドの構成例を示す模式的な斜視図である。 本実施形態のダミーパターンの構成例を示す模式的な拡大上面図である。 図2のA−A’線における模式的断面図である。 本実施形態の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である。 図4(f)のエッチング処理後の模式的上面図である。 図4(f)のハイプレッシャー洗浄後の模式的上面図である。 三角形のダミーパターンを示す模式的上面図である。 気泡の抱き込みを説明するための模式的上面図である。 本実施形態に係るダミーパターンのパターン形状の一例を示す拡大上面図である。 従来技術に係る拡大上面図である。
この液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この液体吐出ヘッド装置を用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。尚、本発明において「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。さらに、「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインク、または記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
以下、本発明の実施形態について図3を参照して説明する。
尚、以下の説明では、本発明の適用例として、液体吐出ヘッドとしてインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。また、液体吐出ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の液体吐出ヘッドの製造方法にも適用できる。液体吐出ヘッドとしては、他にも例えばカラーフィルターの製造用途等も挙げられる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、半導体チップとしてのインクジェット記録ヘッドの構成例を示す模式的な斜視図である。該インクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子等の吐出エネルギー発生素子2が所定のピッチで2列に並んで形成されたシリコン基板1を有している。シリコン基板1には、インク供給口3が、吐出エネルギー発生素子2の2つの列の間に開口するように形成されている。シリコン基板1上には、インク流路及びインク吐出口4を構成する流路形成部材(ノズル層とも称す)17が設けられている。また、各吐出エネルギー発生素子2の上方にインク吐出口4が開口し、インク流路はインク供給口3から各インク吐出口4に連通するように形成されている。
符号13は、本実施形態におけるサイドエッチング量を把握するために用いられるダミーパターン(以下、検出パターンとも称す)が形成されるダミーパターン形成領域(以下、検出パターン形成領域とも称す)を示す。ダミーパターンの詳細については後述する。
また、各吐出エネルギー発生素子2に電力を供給するための外部電気接続部にはバンプ(端子)12が形成されている。このインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口4が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そして、インク供給口3を介してインク流路内に充填されたインクに、吐出エネルギー発生素子2によって発生する圧力を加えることによってインク吐出口4からインク液滴を吐出させる。吐出されたインク液滴が記録媒体に付着することによって記録が行われる。
「実施形態1」
図2は、本実施形態におけるダミーパターン形成領域(検出パターン形成領域)13付近の拡大図となる。図2で示すように、ダミーパターン(検出パターン)14と外部電気接続部として機能するバンプ12は同一面上に形成されている。
次に、シリコン基板1上の構成について図3を用いて説明する。図3は、図2のA−A’線における断面図である。まず、インク吐出のエネルギーを発生を発生するための電気熱変換素子等の吐出エネルギー発生素子(不図示)、配線層8、保護膜5が形成されてあるシリコン基板1を用意する。このシリコン基板1上にて、外部電気接続部を形成するために、保護膜5の一部が除去され、配線層8の一部が露出されている。そして、配線層8の露出された部分に、めっき法を用いてバンプ12が形成されている。本実施形態では、このめっき法を用いて、検出パターン14がバンプ12と同一材料を用いて同じ工程で形成されるため、同一の膜厚となる。
次に、本実施形態の製造方法を示す図4を用いて説明する。
まず、図4(a)に示すように、シリコン基板等の基板1上に、電気熱変換素子等の吐出エネルギー発生素子(不図示)、配線層8、保護膜5が半導体設備にて形成された基板(例えばシリコン基板)1を用意する。配線層8には外部と電気的にコンタクトを取るためスルーホール18が形成されており、配線層8の一部が露出されている。
次に、図4(b)に示すように、基板1の上に、めっき成長の下地となるめっき用導体金(シード)10と基板1との密着性を向上させる密着向上層(第一の層とも称す)9を形成する。また、該密着向上層9の上に、めっき用導体金10を成膜する。
より具体的には、高融点金属材料のTiW等の密着向上層(バリアメタル)9を真空成膜装置等により、膜厚としては約200nmで基板全面に成膜する。50nmから1000nmの範囲内で成膜すれば、密着向上層としての役割をより効果的に果たすことができるため好ましい。次に、密着向上層9の上に、配線用金属としても優れているめっき用導体金10を真空成膜装置等により、膜厚としては約50nmで基板全面に成膜する。めっき用導体金10の膜厚は、例えば20nmから500nmの範囲内である。
次に、図4(c)に示すように、めっき用導体金10の上に、めっき用マスク11を形成する。該めっき用マスク11は、少なくとも、バンプ12及び検出パターン14に相当する開口パターンが形成されている。
より具体的には、めっき用導体金10の上に、フォトレジストをスピンコート法により塗布して配置し、該フォトレジストをパターニングすることでめっき用マスク11を形成する。この時、後工程で形成するめっき(バンプ12及び検出パターン14)の厚みよりも、フォトレジストの膜厚が厚くなるように塗布し、フォトリソグラフィー法にてレジスト露光・現像を行い、パターニングする。フォトレジストの膜厚は例えば6μmである。
フォトレジストの露光処理においては、バンプパターン、検出パターンが描画されたフォトマスクを用いて、一括露光方式の露光機でフォトレジストパターンを焼き付けることができる。検出パターン14の形状としては、ハイプレッシャー洗浄等により物理的な衝撃を加えた場合に、検出パターンが脱落するものとしないものが両方存在するように、複数の微細なパターンを設けることが好ましい。そこで、例えば、従来技術を示す図10に対して図5に示すように半導体チップの上面から見て、サイズとしては、φ2〜6μmまでの円形状のパターンを5個設ける。このサイズは任意に設定することが可能であり、例えば、長径で1〜10μm程度である。また、検出パターンの基板面に平行な断面における形状は、特に制限されるものではなく、例えば、円形、楕円形、四角形、三角形、六角形等が挙げられる。図7には、上面図にて三角形の形状を有する検出パターンの例を示した。また、検出パターンの形成領域に関しても、特に制限されるものではなく、本実施形態では流路形成部材の中に配置したが、半導体チップ内で機能性、品質的に問題ない範囲でどこに配置してもよい。
次に、図4(d)に示すように、電解めっき法によって、バンプ12及び検出パターン14を形成する。
より具体的には、電解めっき法によって、めっき用導体金10に電流を流すことにより、フォトレジストで形成されためっき用マスク11で覆われていない所定の領域にめっきが析出し、バンプ12及び検出パターン14が形成される。例えば、めっきの厚さが2μm〜7μmになるよう電流印加の時間を調整することができる。例えば、5μmの厚さになるように電流印加の時間を調整することができる。
次に、図4(e)に示すように、めっき用マスク11を除去する。
より具体的には、所定の時間フォトレジストの剥離液に浸漬させることで、めっき用マスク11の除去を行い、めっき用導体金12を露出させる。
次に、図4(f)に示すように、めっき用導体金12及び密着向上層9をエッチングする。
より具体的には、めっき用導体金10を、窒素系有機化合物を含むよう素及びよう化カリウムを含むエッチング液に所定の時間浸漬させることで、高融点金属材料のTiW等の密着向上層(バリアメタル)9を露出させる。さらに、H22系のエッチング液に所定の時間浸漬させることで、バンプ12や検出パターン14をマスクとして、高融点金属材料のTiW等の密着向上層(バリアメタル)9を選択的にエッチングすることが可能となる。
このめっきの下地膜(めっき用導体金、密着向上層)のエッチング工程では、エッチング残査を出さないようにオーバーエッチングが行われることが望ましい。ただし、エッチング液の劣化に伴い、エッチングレートが遅くなるため、エッチング時間を徐々に長くするように調整しながら生産が行われる。このエッチングの際、めっきの下にめっき下地膜が隠れるため、目視で観察することが出来ない状況となる。従って、このエッチング工程は装置条件で品質保証だけに頼ることになりかねない。ここで、確実に規定のサイドエッチング量に収まっていることを確認することができれば、更に品質を向上させることが可能となる。そこで、本発明者らは、本実施形態の検出パターンを配置しておき、該検出パターンの脱落の状況によりサイドエッチング量を把握する方法を発明した。
次に、エッチング工程後に、検出パターンに衝撃を加え、検出パターンの脱落の状況から、めっき用導体金及び密着向上層のサイドエッチング量を把握する。
衝撃は、特に制限されるものではなく、検出パターンになんらかの力が加わればよく、例えば、水圧や風圧、押圧等により検出パターンに力が加わることも含まれる。
より具体的には、下地膜のエッチング後、半導体チップ上の洗浄を行い、アニールを行うことができる。この洗浄工程により検出パターンに衝撃が加わることになり、例えば、SS80BW(大日本スクリーン印刷(株)製)を使用し、ハイプレッシャー洗浄を行うことにより検出パターンに衝撃を加えることができる。
ここで、表1に、異なる直径を有する円形の検出パターンを5種類基板上に形成し、上記エッチング工程後にSS80BW(大日本スクリーン印刷(株)製)を使用してハイプレッシャー洗浄を行った結果を示す。装置条件(1)としては、純水圧力を10MPaで洗浄時間を40秒とした。これにより、シリコン基板1上の全ての検出パターンに純水によって物理的な衝撃を加えることになる。この装置にかけたとき、規定のサイドエッチング量を超えていた場合に、検出パターンを脱落させることが可能となる。つまり、予め洗浄条件や検出パターンの形状及びサイズ等を検討しておき、サイドエッチング量が一定の値を超えた場合に検出パターンが脱落するように検出パターンを形成しておく。そして、実際に上記エッチングを行った後に検出パターンに洗浄などの衝撃を加え、その際の検出パターンの脱落の状況からサイドエッチング量を把握することができる。図6に、それぞれサイズ(φ2〜6μm)が異なる円形の検出パターンのうち、小さいサイズ(φ2及びφ3)の検出パターンの2つが脱落した状況を示す(表1参照)。表1に示すように、物理的な衝撃によって検出パターン全体のうち、φ2及び3μmのパターンが脱落していることが、外観観察によって確認することが可能となる。また、合わせて装置条件(2)として、純水圧力を10MPaで洗浄時間を120秒とした場合は、φ4μmの検出パターンも欠落することを確認できた。このように、洗浄条件などの検出パターンに加える衝撃の条件や検出パターンの形状、サイズ等を予め検討しておくことで、検出パターンの脱落状況からサイドエッチング量を把握することができる。したがって、サイドエッチング量がある一定の値を超えた場合に検出パターンが脱落するように、検出パターンを基板上に形成しておけば、外観観察で容易に上記エッチング工程の状況を把握することができる。より具体的には、サイドエッチング量が規定値を超えた場合に検出パターンが脱落するように検出パターンを基板上に形成しておくことにより、上記エッチング工程の過度のやりすぎ等の異常を容易に検知することができる。さらには、検出パターンは1つの微細パターンからなってもよく、複数の微細パターンからなってもよい。脱落するサイドエッチング量がそれぞれ異なるように複数の微細パターンを基板上に形成しておくことにより、より正確にサイドエッチング量やエッチング液の状態を把握することができる。複数の微細パターンは、基板面に平行な面による断面がそれぞれ相似形状とすることができ、円形の相似形状を有する場合、複数の微細パターンのサイズは例えばφ2〜φ7の範囲とすることができる。
Figure 2014141040
なお、図9は、本実施形態に関わる検出パターン形成領域13付近の拡大図である。図9に示すように、検出パターン14は、十字型のパターン形状とし、外側に向かうにつれてサイズが徐々に小さくなるように、複数の微細パターンからなる構成とすることもできる。また、図は省略するが、シリコン基板の四隅に同様の検出パターンを設けることもできる。これにより、この半導体チップをマウントする際のアライメントマークとして使用することが可能となる。また、TABとの電気的な接続する際のアライメントマークとしても使用可能となる。
次に、図4(g)に示すように、後に形成するノズル層17とシリコン基板1の密着性を良好なものとするために、ノズル密着向上層7を形成する。
ノズル密着向上層7は、例えばポリエーテルアミド樹脂を任意の厚さでスピンコート法により塗布して形成することができる。
この工程の際、仮にバンプの下地となるめっき用導体金10やTiWなどの密着向上層9のサイドエッチング量が規定量を超えた場合は、図8に示すように、バンプの端部とノズル密着向上層との間に気泡16を抱き込む場合がある。気泡を抱き込んでしまった場合は、著しく電気的な長期信頼性を損なうことになってしまう。しかし、製造段階では外観観察で判別することが困難である。そこで、本実施形態の検出パターンを基板上に配置しておくことによって、サイドエッチングの異常を容易に検出することが可能となる。
その後、ノズル密着向上層7上にノズル層17を形成する。
より具体的には、バンプ12はノズル密着向上層7で全面が被覆されずに一部が露出するようにノズル密着向上層をパターニングして形成した。そして、ノズル材密着向上層7の上に、ネガ型レジストなどの被覆樹脂材料を任意の厚さでスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィー法にて露光・現像を行い、インクを吐出する吐出口4を有するノズル層17を形成した。一方、外部電気接続部としてのバンプ12はノズル層17で被覆することなく露出させる。このバンプ12にTABなどの部品と電気的な接続を行った後、コンタクト部の信頼性を高めるために、一般的に封止が行われる。これにより電気的な長期信頼性を確保可能なインクジェット記録ヘッドが完成する。
以上に示す実施形態は全て実施例の一部であり、その他の容易に思い浮かぶ類似形状についても本発明に包含される事は明らかである。
また、本実施形態は、好ましくはシリコン基板1からなるウエハーを複数枚加工する液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。また、本実施形態では、検出パターンの脱落状況から、エッチング液の状態を把握し、次以降のロットにおけるエッチング処理条件を調整することが可能となる。本実施形態では、検出パターンを設けてその脱落状況を観察することで、エッチング液の状態を容易に把握することができる。そして、その結果を考慮して次ロットにおけるエッチングの処理条件を選択することができる。したがって、エッチングにおけるエッチングレートの管理を効率的に行うことができる。工業的見地からは、通常、複数枚のウエハーを同時に処理するバッチ式が採用されるが、検出パターン12は、1バッチで処理される全てのウエハーに設けてもよく、また一部のウエハーにのみ設けてもよい。1バッチに処理される枚数やエッチング装置の規模などに応じて適宜設定すればよい。フィードバックされるエッチング条件としては、エッチングの処理時間や、エッチング液の組成・濃度、温度等が挙げられ、特に限定されるものではなく、エッチング液の取り換えも含まれる。
また、液体吐出ヘッドは、ファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。例えば、バイオッチップ作製や電子回路印刷、薬物を噴霧状に吐出するなどの用途にも用いることができる。
そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
さらに、「液体」とは、広く解釈されるべきものであり、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、記録媒体の加工、或いはインク、または記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは記録媒体の処理としては、例えば、記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言う。
1 基板
2 吐出エネルギー発生素子
3 液体供給口
4 吐出口
5 保護膜
7 ノズル密着向上層
8 配線層
9 密着向上層(バリアメタル)
10 めっき用導体金
11 めっき用マスク
12 バンプ
13 ダミーパターン形成領域
14 ダミーパターン
16 気泡
17 流路形成部材(ノズル層)
18 スルーホール

Claims (8)

  1. 基板の上にバンプを有する半導体チップの製造方法であって、
    (1)前記基板の上にめっき成長の下地となるめっき用導体金を形成する工程と、
    (2)前記めっき用導体金の上にめっき用マスクを形成する工程と、
    (3)前記めっき用マスクを用いてめっき処理を施し、前記バンプ及びダミーパターンを形成する工程と、
    (4)前記めっき用マスクを除去する工程と、
    (5)前記めっき用導体金をエッチングする工程と、
    (6)少なくとも前記ダミーパターンに衝撃を加える工程と、
    を有し、
    前記工程(6)における衝撃による前記ダミーパターンの脱落の状況から、前記めっき用導体金のサイドエッチング量を把握することを特徴とする半導体チップの製造方法。
  2. 前記工程(1)の前に、前記めっき用導体金と前記基板との密着性を確保するための第一の層を形成する工程を有し、
    前記工程(5)は、前記めっき用導体金及び前記第一の層をエッチングする工程であり、
    前記工程(6)における衝撃による前記ダミーパターンの脱落の状況から、前記めっき用導体金及び前記第一の層のサイドエッチング量を把握する請求項1に記載の半導体チップの製造方法。
  3. 前記第一の層の材料がTiWである請求項2に記載の半導体チップの製造方法。
  4. 前記工程(6)において、前記ダミーパターンにハイプレッシャー洗浄装置により衝撃を加える請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体チップの製造方法。
  5. 前記ダミーパターンは、前記サイドエッチング量に応じて脱落の状況が異なる複数の微細パターンからなる請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体チップの製造方法。
  6. 前記複数の微細パターンは、基板面に平行な面による断面がそれぞれ相似形状であり、それぞれ異なるサイズを有する請求項5に記載の半導体チップの製造方法。
  7. 前記複数の微細パターンのサイズはφ2〜φ7である請求項6に記載の半導体チップの製造方法。
  8. 前記半導体チップが液体を吐出する液体吐出ヘッドである請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体チップの製造方法。
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