JP3409598B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の詳細な説明〕
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化をより一層進展させる
ためには、部品実装密度をいかに向上させるかが重要な
ポイントとなる。半導体ＩＣに関しても、ボンディング
・ワイヤとリード・フレームとを用いた従来のパッケー
ジ実装に代わり、ＬＳＩのベア・チップを直接に実装基
板上の導体パターンに接続するワイヤレス・ボンディン
グが提案されている。中でも、デバイス・チップの素子
形成面側にすべての電極部とこれに接続するバンプやビ
ーム・リードを形成しておき、この素子形成面を下向き
にして実装基板上の導体パターンに直接的に接続する方
法はフリップ・チップ・ボンディング法と呼ばれてお
り、アセンブリ工程が合理化できることからハイブリッ
ドＩＣの実装や大型コンピュータ用途に広く利用されて
いる。
【０００３】フリップ・チップ・ボンディング法には、
Ａｕビーム・リード法や、ハンダ・ボール（バンプ）法
等いくつかの手法があるが、いずれの場合もＩＣのＡｌ
電極パッドとバンプ材料との間には、密着性向上や相互
拡散防止等を目的に下地金属膜、いわゆるバリヤメタル
が形成される。特にハンダ・ボール法では、このバリヤ
メタルはハンダ・ボールの仕上り形状を左右することか
ら、ＢＬＭ(Ball Lim-iting Metal)と呼ばれている。
【０００４】上記ＢＬＭ膜の構成としては、Ｃｒ膜, Ｃ
ｕ膜，Ａｕ膜をこの順に積層した３層構成が最も一般的
である。このうち、最下層のＣｒ膜は通常Ａｌ系金属膜
を用いて形成される電極パッドに対する密着層として、
中間層のＣｕ膜はハンダ・ボール構成金属の拡散防止層
として、さらに最上層のＡｕ膜は前記Ｃｕ膜の酸化防止
膜として、各々機能するものである。
【０００５】ここで、Ａｌ電極パッドに接続するＢＬＭ
膜をリフトオフ法を用いて形成するプロセスについて、
図１５を参照しながら説明する。図１５の（ａ）図は、
基板６１のパッシベーションを行い、さらにＢＬＭ膜の
被着範囲を規定するためのレジスト・パターニングを行
った状態を示している。ここまでの工程を簡単に述べる
と、まず、すべての素子形成が終了した基板６１でＡｌ
電極パッド６２を所定の形状にパターニングする。次
に、基体（ウェハ）の全面をＳｉＮパッシベーション膜
６３で被覆し、上記Ａｌ電極パッド６２を露出させるた
めの窓開けを行う。この段階で、デバイス・チップが完
成する。
【０００６】次に、ウェハの全面を表面保護膜である１
層目ポリイミド膜６４で被覆し、この膜をパターニング
して上記Ａｌ電極パッド６２を露出させるための開口６
４ａを形成する。ＢＬＭ膜はこの開口６４ａを介してＡ
ｌ電極パッド６２にコンタクトすることになる。さら
に、基体の全面にフォトレジスト塗膜を形成し、フォト
リソグラフィと現像を経てレジスト・パターン６５を形
成する。このレジスト・パターン６５には、上記開口６
４ａよりも大きい開口２５ａが、上記Ａｌ電極パッド６
２に臨んで形成されている。次に、（ｂ）図に示される
ように、上記レジスト・パターン６５をオーバーハング
形状に変形させ、変形レジスト・パターン６５ｄを形成
する。この変形は、レジスト・パターン６５に逆スパッ
タリングを施し、膜の表層部を熱膨張させることにより
行われる。
【０００７】次に、（ｃ）図に示されるように、Ｃｒ
膜，Ｃｕ膜，Ａｕ膜を順次スパッタリング成膜し、ＢＬ
Ｍ膜を被着させる。スパッタリング法ではスパッタ粒子
の飛来方向が基板面に対して狭い範囲に規定されている
ために、上述のようなオーバーハング形状を有する変形
レジスト・パターン６５ｄの側壁面にはＢＬＭ膜が被着
されない。したがって、Ａｌ電極パッド６２に接続する
ＢＬＭ膜６６ａと、変形レジスト・パターン６５ｄ上の
上に被着されるＢＬＭ膜６６ｂとは分断され、後者のＢ
ＬＭ膜６６ｂが不要部となる。
【０００８】さらに、この状態のウェハをレジスト剥離
液に浸して加熱揺動処理を行うと、（ｄ）図に示される
ように、変形レジスト・パターン６５ｄが剥離されるの
と同時に、付着の足場を失った不要なＢＬＭ膜６６ｂが
除去され、Ａｌ電極パッド６２に接続するＢＬＭ膜６６
ａのみが残る状態となる。この後は、上記ＢＬＭ膜６６
ａを完全に被覆するハンダ膜をたとえばリフトオフ法に
より形成し、続いて加熱リフローを行う。このとき、ハ
ンダ膜は表面張力により上記ＢＬＭ膜６６ａ上で自己整
合的に収縮し、ハンダ・ボールとなる。チップ側に形成
されたこのハンダ・ボールと、予め予備ハンダ付けされ
た実装基板上の導体パターンとを位置合わせしながら押
し付け、加熱溶着させるとチップの実装が完了する。
【０００９】ところで、上記Ａｌ電極パッドは通常、デ
バイス・チップの周辺部に配置される。しかし、チップ
に作り込まれる素子が微細化され、Ａｌ電極パッドの配
置間隔が縮小されてくると、従来どおりにハンダ・ボー
ルを形成することが困難となってくる。これは、隣接す
るハンダ・ボール同士の接触により短絡の虞れが生ずる
からである。
【００１０】ただし、ハンダ・ボール同士の接触を避け
ようとして該ハンダ・ボールの直径を小さくすると、実
装基板とデバイス・チップとの間の接合強度が低下し、
信頼性を損なう原因となる。このため、本願出願人は以
前に、ハンダ・ボール径は従来どおりとする代わりにそ
のレイアウトを変更し、Ａｌ電極パッドの形成領域外に
該ハンダ・ボールを配置（以下、再配置と称する。）す
る技術を提案している。この技術では、該Ａｌ電極パッ
ドと再配置の場所までの配線パターンが新たに必要とな
るが、この配線パターンはＢＬＭ膜で形成する。したが
って、従来のフォトマスク・パターンを変更のみ良いの
で工程数が増加せず、コストや製造効率の面で非常に都
合が良い。
【００１１】図１に、ハンダ・ボールが形成されたデバ
イス・チップの一部を示す。なお、この図に示すデバイ
ス・チップを構成する各材料膜の積層関係は、前掲の図
１５に示したものとほぼ同じである。このデバイス・チ
ップ上では、ある１辺に沿ってＡｌ電極パッド２ａ，２
ｂが配列されている。これらＡｌ電極パッド２ａ，２ｂ
は、この上に開口３ａを有するＳｉＮパッシベーション
膜３、および上記開口３ａのさらに内部に開口４ａを有
する１層目ポリイミド膜４に順次被覆され、該開口４ａ
の内部でＢＬＭ膜６に接続されている。ただし、このＢ
ＬＭ膜には２種類ある。すなわち、Ａｌ電極パッド２ａ
の直上のみにパターニングされている定位置用のＢＬＭ
膜６ａと、Ａｌ電極パッド２ｂの形成領域外にまで延在
されている再配置用のＢＬＭ膜６ｂである。
【００１２】かかるウェハの全面はさらに、図中破線で
示す２層目ポリイミド膜７で被覆され、この２層目ポリ
イミド膜７には開口７ａ，７ｂが形成される。ここで、
開口７ａはＡｌ電極パッド２ａの直上に形成され、開口
７ｂはＡｌ電極パッド２ｂの形成領域外に形成される。
これら開口７ａ，７ｂの内部でハンダ・ボール９ａｒ，
９ｂｒがそれぞれＢＬＭ膜６ａ，６ｂを介してＡｌ電極
パッド２ａ，２ｂに接続されるが、前者のハンダ・ボー
ル９ａｒの形成位置が従来と同じ位置（定位置）、後者
のハンダ・ボール９ｂｒの形成位置が従来とは異なる位
置（再配置）である。このようなレイアウトによれば、
加熱溶着を行った際にもハンダ・ボール同士が接触する
ことがない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
再配置を実際に行うプロセスでは、ＢＬＭ膜６ｂの下地
密着性の不足が新たな問題として浮上してきた。すなわ
ち、ＢＬＭ膜６ａを定位置にのみ形成していた従来のプ
ロセスでは、該ＢＬＭ膜６ａの底面の大部分はＡｌ電極
パッド２ａと接触していたため、下地密着性に何ら問題
は生じていなかった。しかし、再配置用にＢＬＭ膜６ｂ
が延在され、１層目ポリイミド膜４との接触面積が増大
すると、これら両膜の間の密着性の不足によりＢＬＭ膜
６ｂの剥離が頻繁に生ずるようになった。このような剥
離が生ずると、フリップ・チップ・ボンディング法によ
る組立製品のハンダ接合部の強度が確保できず、製品の
信頼性や耐久性に悪影響が及ぼされる。
【００１４】そこで本発明は、フリップ・チップ・ボン
ディング法においてハンダ・ボールの再配置を行う場合
にも、ポリイミド膜に代表される表面保護膜とＢＬＭ膜
との間の密着性を向上させ、信頼性の高い半導体装置を
製造する方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、リフトオフ法により定位置用と再配置用の下
地金属膜、すなわちＢＬＭ膜を形成するプロセスにおい
て、該ＢＬＭ膜を形成する前に基体を加熱し、その下地
である表面保護膜に含まれる水分を脱離させる工程（以
下、この加熱を表面保護膜のキュアと記す）を行うこと
により、上記の目的を達成しようとするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明で行われる表面保護膜のキ
ュアの最大の目的は、膜中に取り込まれた水分を脱離さ
せることである。この水分の取り込みは、表面保護膜上
でＢＬＭ膜の被着部位を規定するレジスト・パターンを
形成する際、レジスト・コーティングや現像処理といっ
たウェット処理を経る間に生ずるものである。本発明の
ようにＢＬＭ膜の形成前に予め水分が脱離されることに
より、ＢＬＭ膜の成膜中あるいは成膜後における表面保
護膜からの脱ガスが抑制される。この結果、表面保護膜
上でのＢＬＭ膜の剥離が防止され、フリップ・チップ・
ボンディング法による組立製品の信頼性が向上する。
【００１７】本発明におけるキュア温度は、当然ながら
まず、表面保護膜から水分を脱離させることができる温
度で行うことが必要である。加えて、キュアを行う時点
ではＢＬＭ膜の被着範囲を規定するためのレジスト・パ
ターンも形成されているので、このレジスト・パターン
の軟化温度よりも低い温度域で行うことが必要である。
表面保護膜としてたとえばポリイミド膜を使用する場合
には、この温度域はおおよそ７５〜１００℃とすること
が特に好適である。
【００１８】リフトオフ法を実施する際には、レジスト
・パターンの変形を利用すると良く、特に逆スパッタリ
ングを施すことによりこれをオーバーハング形状に変形
させることが有効である。オーバーハング形状は、レジ
スト・パターンの側壁面へのＢＬＭ膜の被着を防止し、
該ＢＬＭ膜の不要部の除去を容易とする上で有効であ
る。なお、逆スパッタリングによるレジスト・パターン
の変形のメカニズムは、高速でレジスト表面に衝突した
イオンの運動エネルギーが熱エネルギーに変化すること
による膜の表層部の膨張である。
【００１９】ここで、上記の逆スパッタリングは、プラ
ズマ励起と基板バイアスとを独立に制御可能なプラズマ
装置を用いて行うことが好適である。これは、レジスト
表面に入射するイオンの運動エネルギーを適度な値に保
ちつつ、大量のイオンを用いて迅速な変形を行わせるこ
とが可能となるからである。たとえば、通常の平行平板
型ＲＦプラズマ装置では、プラズマ密度を決定する高周
波電力と入射イオン・エネルギーを決定するバイアス電
圧とを一定の相関関係の下でしか調整することができ
ず、プラズマ密度を上げようとすると基板バイアスも上
昇してしまう。したがって、高密度プラズマを利用して
レジスト・パターンを効率良く変形させようとすると、
入射イオン・エネルギーが増大し、レジストの表層部の
みならず膜の深部も熱変成が起こり、レジスト・パター
ンが表面保護膜に焼き付いてしまう。逆に、プラズマ密
度を下げて膜深部の熱変成を防止しようとすると、変形
に５〜６分もの時間を要し、スループットが著しく損な
われる。
【００２０】プラズマ励起と基板バイアスとが独立に制
御できる装置を用いれば、このような不都合が回避され
る。かかる装置としては、たとえばトライオード型ＲＦ
プラズマ装置、有磁場マイクロ波プラズマ装置、誘導結
合プラズマ装置、ヘリコン波プラズマ装置を例示するこ
とができる。本発明の逆スパッタリングは、１×１０10
／ｃｍ3 以上、１×１０14／ｃｍ3以下のプラズマ密度
を達成可能なプラズマ装置を用いて行うことが特に好ま
しい。上記のトライオード型ＲＦプラズマ装置では、１
０10／ｃｍ3 のオーダーのプラズマ密度を達成すること
ができる。また、１×１０11／ｃｍ3 以上のオーダーの
プラズマ密度を達成できる装置は、近年では特に高密度
プラズマ（ＨＤＰ）装置と総称されており、有磁場マイ
クロ波プラズマ装置では１０11／ｃｍ3 、誘導結合プラ
ズマ装置では１０12／ｃｍ3 、ヘリコン波プラズマ装置
では１０13／ｃｍ3 の各オーダーのプラズマ密度をそれ
ぞれ励起可能である。
【００２１】ところで本発明では、前記下地金属膜の形
成を、前記キュアを終了した後、基体を大気から遮断し
た状態で連続的に行うことが特に好適である。これは、
折角水分を除去した表面保護膜を再び吸湿させないため
である。このためには、キュアを行うチャンバと下地金
属膜の成膜チャンバとをゲート・バルブを備えた真空搬
送路を介して接続した連続処理型装置を用いると良い。
【００２２】かかる連続処理型装置の構成例を２例、図
１２および図１３を参照しながら説明する。図１２に示
される装置は、トライオード型ＲＦプラズマ装置１００
とＤＣスパッタリング装置１０１とが、ゲートバルブ２
３を介して接続された連続処理型装置である。上記トラ
イオード型ＲＦプラズマ装置１００は、処理チャンバ１
１内にアノードとなる上部電極１２とウェハ・ステージ
を兼ねたカソードとなる下部電極１３とが対向配置さ
れ、さらにこれら両電極の中間に格子電極２０が配置さ
れた３極構成をとるものである。上記処理チャンバ１１
の内部は、図示されない真空排気系統により排気口１４
を通じて矢印Ａ方向に排気される一方で、ガス供給管１
５を通じて矢印Ｂ方向からプロセスに必要なガスの供給
を受けることにより、所定の圧力に維持されている。
【００２３】上部電極１２および下部電極１３には、そ
れぞれ直流成分を遮断するためのブロッキング・コンデ
ンサ１６，１８を介してＲＦ電源１７，１９が接続され
ている。ＲＦ電源１７はプラズマ励起用、ＲＦ電源１９
は基板バイアス印加用であり、両者の周波数は干渉を避
けるために互いに異なる値に設定されている。かかる構
成により、このトライオード型ＲＦプラズマ装置１００
では、プラズマ密度と基板バイアスとが独立に制御可能
とされている。プラズマＰG は上記の上部電極１２と接
地電位とされた格子電極２０との間でグロー放電により
生成され、格子を通過した正イオンが下部電極１３上に
載置されたウェハＷへ入射するようになされている。な
お、下部電極１３にはヒータ２１が内蔵されており、キ
ュアおよびレジスト変形に必要なウェハＷの昇温を行う
ことができる。
【００２４】一方のＤＣスパッタリング装置は、処理チ
ャンバ３１内にターゲットＴを保持するカソードとなる
上部電極３２と、ウェハＷを保持するアノードとなる下
部電極３３とが対向配置されたものである。上記処理チ
ャンバ３１の内部は、図示されない真空排気系統により
排気口３４を通じて矢印Ｃ方向に排気される一方で、ガ
ス供給管３５を通じて矢印Ｄ方向からプロセスに必要な
スパッタ・ガスの供給を受けることにより、所定の圧力
に維持されている。上部電極３２および下部電極３３と
の間には、ＤＣ電源３６が接続されている。この装置で
は、処理チャンバ３１の内部でＤＣグロー放電により生
成したスパッタ・ガスの正イオンがターゲットＴに入射
し、叩き出されたスパッタ粒子ＳがウェハＷ上に堆積す
る。
【００２５】かかる連続処理型装置において、ウェハＷ
はゲート・バルブ２２を介してトライオード型ＲＦプラ
ズマ装置１００の処理チャンバ１１に搬入され、ここで
キュアおよびレジスト変形を経た後、ゲート・バルブ２
３を介してＤＣスパッタリング装置１０１の処理チャン
バ３１に搬入される。ここで下地金属膜の成膜を終了し
た後、ゲート・バルブ３７を介して装置外へ搬出され
る。この一連のプロセス中、ウェハＷは大気開放される
ことがないので、表面保護膜の水分が十分に除去された
状態でこの上にＢＬＭ膜を被着させることができ、両膜
間の密着性が良好に保証される。
【００２６】次に、連続処理型装置の他の構成例につい
て、図１３を参照しながら説明する。この装置は、表面
保護膜のキュアとレジスト・パターンの変形を誘導結合
プラズマ装置１０２を用いて行い、この後、ウェハＷを
ゲート・バルブ５４を介して接続されるスパッタリング
装置へ搬入して下地金属膜の被着を連続的に行うように
なされたものである。スパッタリング装置については、
前掲の図１２のＤＣスパッタリング装置１０１と同様の
構成とすることができるので、ここでは図示および説明
は省略する。
【００２７】上記の誘導結合プラズマ装置１０２は、処
理チャンバ４０の外周に巻回されたマルチターン・アン
テナ４９から印加されるＲＦパワーを用いてチャンバ内
に誘導結合プラズマＰI を励起する装置である。上記処
理チャンバ４０の天井部は上蓋を兼ねた上部電極４２と
されており、また側壁面の一部は石英等の非導電性材料
よりなるシリンダ４１とされている。処理チャンバ４０
の内部は、図示されない真空排気系統により排気口４４
を通じて矢印Ｅ方向に排気される一方で、ガス供給管４
５を通じて矢印Ｆ方向からプロセスに必要なスパッタ・
ガスの供給を受けることにより、所定の圧力に維持され
ている。
【００２８】マルチターン・アンテナ４９は上記シリン
ダ４１の外周側に巻回されており、プラズマ励起用のＲ
Ｆ電源５０に接続されている。このマルチターン・アン
テナ４９の巻き数は、シリンダ４１の直径やＲＦ電源５
０の周波数に応じて最適化されている。処理チャンバ４
０の内部には、上部電極４２と対向するごとく、ウェハ
・ステージを兼ねた下部電極４３が配されている。この
下部電極４３には、ブロッキング・コンデンサ４７を介
してバイアス印加用のＲＦ電源４８が接続されている。
かかる構成により、この誘導結合プラズマ装置１０２で
は、プラズマ密度と基板バイアスが独立に制御可能であ
る。また、下部電極４３にはヒータ５２が内蔵されてお
り、キュアおよびレジスト変形に必要なウェハＷの昇温
が可能とされている。
【００２９】なお本発明では、プラズマＰI を励起しな
い単なるウェハ加熱の目的でもこの誘導結合プラズマ装
置１０２を用いるので、プラズマ励起用のＲＦ電源５
０、およびバイアス印加用のＲＦ電源４８の接続系統に
それぞれスイッチ５１，４６を設け、これらのＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御により基板加熱と逆スパッタリングの双方に対
応できる構成とされている。すなわち、図１３の（ａ）
図は両スイッチ５１，４６をＯＦＦとしてプラズマＰI
を励起せず、ウェハ加熱のみを行う段階での装置の使用
状態、（ｂ）図は両スイッチ５１，４６をＯＮとしてプ
ラズマＰI を励起させ、逆スパッタリングを行う段階で
の使用状態をそれぞれ表す。
【００３０】ところで、本発明におけるレジスト・パタ
ーンの変形は、前記表面保護膜のキュアと同時に行って
も、あるいは表面保護膜のキュアを終了した後に行って
も良い。後者の場合には、表面保護膜のキュアと前記レ
ジスト・パターンの変形とを同じプラズマ・チャンバ内
で連続的に行うことが、スループット向上や汚染防止の
観点から特に有効である。
【００３１】上記パッド電極の典型的な構成材料は、Ａ
ｌ系金属膜である。また、上記下地金属膜は、典型的に
はＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａｕ膜がこの順に積層された積層膜
とされる。この積層膜のＡｌ系金属膜に対する密着性に
はもともと問題はないが、本発明によれば上記の積層膜
と表面保護膜、特にポリイミド膜との密着性も向上させ
ることができ、再配置を行うプロセスも極めて高い信頼
性をもって行うことが可能となる。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
【００３３】実施例１ 本実施例では、表面保護膜としてポリイミド膜を使用
し、ＢＬＭ膜の形成に先立つ該ポリイミド膜のキュアと
レジスト・パターンの変形とを前掲の図１２に示したト
ライオード型ＲＦプラズマ装置１００を用いて同時に行
い、この後直ちにＤＣスパッタリング装置１０１にてＢ
ＬＭを成膜した。上記プロセスについて、図２ないし図
１１を参照しながら説明する。なお、これらの図面はい
ずれも、前掲の図１のＡ−Ａ線断面に相当する部分を表
している。また、符号の添字ａは定位置に関連する部
分、添字ｂは再配置に関連する部分にそれぞれ付した。
【００３４】まず、図２に示されるように、すべての素
子形成が終了した基板１上でＡｌ電極パッド２ａ，２ｂ
のパターニングを行い、続いて基体の全面をたとえばプ
ラズマＣＶＤ法により成膜されるＳｉＮパッシベーショ
ン膜３で被覆し、さらにこの膜をパターニングして上記
Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂを露出させるように開口３
ａ，３ｂをそれぞれ形成した。この状態が、通常のデバ
イス・チップの完成状態である。なお、上記Ａｌ電極パ
ッド２ａは前掲の図１にも示したごとく、後工程におい
てその直上（定位置）にハンダ・ボールが形成されるパ
ッドであるが、Ａｌ電極パッド２ｂは直上にハンダ・ボ
ールが形成されないパッドである。
【００３５】次に、図３に示されるように、基体（ウェ
ハ）の全面を表面保護膜である１層目ポリイミド膜４で
被覆し、この膜をパターニングして上記Ａｌ電極パッド
２ａ，２ｂを露出させるための開口４ａ，４ｂをそれぞ
れ形成した。これらの開口４ａ，４ｂは、先に形成され
たＳｉＮパッシベーション膜３の開口３ａ，３ｂの内部
に開口されており、Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂと後工程
において形成されるＢＬＭ膜とのコンタクト面積を規定
するものである。
【００３６】次に、図４に示されるように、通常のレジ
スト塗布、フォトリソグラフィおよび現像を行い、レジ
スト・パターン５を形した。このレジスト・パターン５
には、定位置用のＢＬＭ膜（図６の符号６ａ）の被着部
位を規定するためにＡｌ電極パッド２ａに臨んで形成さ
れる開口５ａと、再配置用のＢＬＭ膜（図６の符号６
ｂ）の被着部位を規定するためにＡｌ電極パッド２ｂに
臨んで形成される開口５ｂとを有している。
【００３７】次に、上記のウェハを前述のトライオード
型ＲＦプラズマ装置１００に搬入し、１層目ポリイミド
膜４のキュアとレジスト・パターン５の変形とを同時に
行った。このときの条件はたとえば Ａｒ流量 ２５ＳＣＣＭ 圧力 ０．７Ｐａ ソース・パワー ６００Ｗ（ＲＦ電源１７，２ＭＨｚ） バイアス電圧 ２５０Ｖ（ＲＦ電源１９，１３．５６ＭＨｚ） ヒータ設定温度 ８０℃ 処理時間 ５分 とした。
【００３８】上記の処理中、ウェハＷの温度は下部電極
１３からの熱伝達、プラズマＰG からの輻射熱、および
入射イオンの運動エネルギーの熱エネルギーへの変換等
の寄与で最終的には１００℃前後まで上昇した。これに
より、１層目ポリイミド膜４に吸収または吸着されてい
た水分が脱離した。これと同時に、レジスト・パターン
５の表層部はＡｒ+ の入射を受けて熱膨張を起こし、図
５に示されるようなオーバーハング形状を呈する変形レ
ジスト・パターン５ｄとなった。なお、この工程におけ
るバイアス電圧は、おおよそ３００Ｖ以下に設定するこ
とが特に好ましい。これは、バイアス電圧があまり高い
と、水分が十分に脱離する前にレジストの変形や変成が
過度に進行してしまうからである。
【００３９】次に、このウェハＷをゲート・バルブ２３
を通してＤＣスパッタリング装置１０１へ搬入し、ここ
でＣｒ膜（厚さ約０．１μｍ），Ｃｕ膜（厚さ約１．０
μｍ），Ａｕ膜（厚さ約０．１μｍ）を順次スパッタリ
ング成膜した。このときの成膜条件は、たとえば とした。
【００４０】このスパッタリングにより、図６に示され
るように、ＢＬＭ膜が形成された。ただし、スパッタリ
ングではスパッタ粒子の入射方向が基板面に対して狭い
範囲に規定されているために、上述のようなオーバーハ
ング形状を有する変形レジスト・パターン５ｄの側壁面
にはＢＬＭ膜が付着しない。したがって、Ａｌ電極パッ
ド２ａには定位置用のＢＬＭ膜６ａ、Ａｌ電極パッド２
ｂには再配置用のＢＬＭ膜６ｂがそれぞれ被着される
が、これらはいずれも変形レジスト・パターン５ｄ上の
上に被着されるＢＬＭ膜６ｃとは自己整合的に分断され
た。なお、ＢＬＭ膜６ｃは不要部である。
【００４１】本発明では、ＢＬＭ膜がＡｌ電極パッド上
のみに形成される従来プロセスと異なり、再配置用のＢ
ＬＭ膜６ｂが１層目ポリイミド膜４上に延在されている
ので、下地金属膜とポリイミド膜との接触面積が大き
い。しかし、前述のキュアにより両膜間の密着性が改善
されており、ＢＬＭ膜の剥離は認められなかった。比較
のため、前述のトライオード型ＲＦプラズマ装置１００
内で基板加熱によるキュアを行わず、逆スパッタリング
によるレジスト変形のみを行ったウェハ上で同様にＢＬ
Ｍ膜を成膜したところ、図１４に示されるような剥離部
６ｄが発生した。
【００４２】次に、このウェハをレジスト剥離液に浸し
て加熱揺動処理を行った。このレジスト剥離液は、たと
えばジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）とＮ−メチル
−２−２−ピロリドン（ＣＨ3 ＮＣ4 Ｈ6 Ｏ）とを混合
したものである。この結果、図７に示されるように、変
形レジスト・パターン５ｄの剥離に伴ってその上に堆積
した不要なＢＬＭ膜６ｃが一緒に除去され、Ａｌ電極パ
ッド２ａ，２ｂに接続するＢＬＭ膜６ａ，６ｂのみが残
った。
【００４３】この後は、ハンダ・ボールの形成工程に入
る。すなわち、まず図８に示されるように、ウェハの全
面に２層目ポリイミド膜７を成膜し、ハンダ・ボールの
形成部位を規定するためのパターニングを行って開口７
ａ，７ｂを形成した。ここで、上記開口７ａは定位置用
に形成されるものであり、Ａｌ電極パッド２ａの直上で
ＢＬＭ膜６ａを露出させるごとく形成される。これに対
し、開口７ｂは、Ａｌ電極パッド２ｂの形成領域外にお
いてＢＬＭ膜６ｂを露出させるごとく形成される。
【００４４】次に、上記ウェハの全面にレジスト膜を形
成し、ハンダ膜の被着部位を規定するためのレジスト・
パターニングを行った。このパターニングにより、上記
開口７ａ，７ｂを含み、これらより十分に大きい開口８
ａ，８ｂを有するレジスト・パターン８を形成した。な
お、このレジスト・パターン８の膜厚は、次工程におい
てハンダ膜を分断させるに十分な厚さとした。続いて、
ウェハの全面にハンダ膜（Ｐｂ−３％Ｓｎ）を蒸着させ
た。これにより、開口８ａの内部にてＢＬＭ膜６ａに接
続するハンダ膜９ａ、開口８ｂの内部にてＢＬＭ膜６ｂ
に接続するハンダ膜９ｂが形成されたが、この両者はレ
ジスト・パターン８上に被着された不要なハンダ膜９ｃ
とは自己整合的に分断されていた。
【００４５】このウェハを再びレジスト剥離液に浸して
加熱揺動処理を行い、レジスト・パターン８と不要なハ
ンダ膜９ｃを除去すると、図１０に示されるように、定
位置用のハンダ膜９ａと再配置用のハンダ膜９ｂのみが
残された状態となった。この後、いわゆるウェットバッ
ク工程を経てハンダ・ボールを形成した。すなわち、ま
ずパターニングされたハンダ膜９ａ，９ｂにフラックス
を塗布した。このフラックスは、アミン系活性剤，アル
コール系溶媒，ロジン，およびポリグリコール等の樹脂
を主成分とし、ハンダ膜９ａ，９ｂの還元および表面活
性化作用を有するものである。この状態のウェハをＮ2
雰囲気下で段階的に昇温すると、ハンダ膜９ａ，９ｂは
溶融しながら自身の表面張力で球状に収縮した。この結
果、図１１に示されるように、ＢＬＭ膜６ａ上には定位
置のハンダ・ボール９ａｒ、ＢＬＭ膜６ｂ上には再配置
されたハンダ・ボール９ｂｒとが形成された。
【００４６】この後、上記ウェハをダイシングして個々
のチップに分割し、上記のハンダ・ボール９ａｒ，９ｂ
ｒと、予め予備ハンダ付けされた実装基板上の導体パタ
ーンとを位置合わせしながら加熱溶着させることによ
り、チップの実装を完了した。このようにして完成され
た組立製品は、ハンダ接合部に十分な強度が確保されて
いるため、信頼性や耐久性が従来品に比べて大幅に改善
されていることが確認された。また、ＢＬＭ膜の膜質そ
のものも改善され、コンタクト抵抗および配線抵抗が低
減された。これは、ＢＬＭ膜の成膜前に予め１層目ポリ
イミド膜４から水分が十分に除去されているために、Ｂ
ＬＭ膜のスパッタリング雰囲気中への脱ガスが抑制さ
れ、安定な条件下で成膜が進行したからである。
【００４７】実施例２ 本実施例では、前掲の図１３に示した誘導結合プラズマ
装置１０２を用い、まずプラズマＰI を励起させない状
態でウェハ加熱により１層目ポリイミド膜４のキュアを
行い、続いて同じ装置内でプラズマＰI を励起させた状
態で逆スパッタリングによりレジスト・パターン５を変
形させた。
【００４８】すなわち、レジスト・パターン５の形成ま
でを上述の実施例１と同様に行った後、ウェハを図１３
に示した誘導結合プラズマ装置１０２に搬入し、（ａ）
図に示されるようにプラズマ励起を中止した状態でキュ
アを行った。このときの条件は、たとえば Ａｒ流量 １００ＳＣＣＭ 圧力 ２Ｐａ ヒータ設定温度 ９５℃ 処理時間 １２０秒 とした。
【００４９】次に、装置を（ｂ）図に示されるようにプ
ラズマ励起状態に切り替え、逆スパッタリングを行っ
た。このときの条件は、たとえば Ａｒ流量 ２５ＳＣＣＭ 圧力 ０．７Ｐａ ソース・パワー ６００Ｗ（ＲＦ電源１７，２ＭＨｚ） バイアス電圧 ２５０Ｖ（ＲＦ電源１９，１３．５６ＭＨｚ） ヒータ設定温度 ９５℃ 処理時間 １２０秒 とした。この処理により、オーバーハング形状を有する
変形レジスト・パターン５ｄを形成した。この後の工程
は、実施例１と同様に行った。
【００５０】本実施例では、予め１層目ポリイミド膜４
から水分が除去された状態でレジスト・パターン５の変
形が行われるため、より徹底した水分除去が行われる。
このため、続くＢＬＭ膜の成膜工程でも１層目ポリイミ
ド膜４や変形レジスト・パターン５ｄからの脱ガスが極
めて低く抑制され、ＢＬＭ膜の膜質が実施例１以上に改
善された。
【００５１】以上、本発明を２種類の実施例にもとづい
て説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定され
るものではない。たとえば、使用する連続処理装置やサ
ンプル・ウェハの構成の細部、あるいはキュア条件，逆
スパッタリング条件は適宜変更や選択が可能である。ま
た、ハンダ膜の成膜は上述のような蒸着に限られず、電
界メッキにより行っても良い。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればフリップ・チップ・ボンディング法において
ハンダ・ボールの再配置を行う場合にも、ポリイミド膜
に代表される表面保護膜とＢＬＭ膜との間の密着性を向
上させ、またＢＬＭ膜の膜質そのものも改善することが
できる。したがって、高速動作が可能で信頼性と耐久性
に優れるデバイス・チップを高密度に実装した半導体装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】チップ上におけるハンダ・ボールの再配置状態
を示す部分斜視図である。
【図２】本発明を適用したプロセス例において、基板上
でＡｌ電極パッドとＳｉＮパッシベーション膜とをパタ
ーニングした状態を示す模式的断面図である。
【図３】図２の基体上で１層目ポリイミド膜をパターニ
ングし、Ａｌ電極パッドに臨む開口を形成した状態を示
す模式的断面図である。
【図４】図３の基体上でＢＬＭ膜の被着部位を規定する
ためのレジスト・パターニングを行った状態を示す模式
的断面図である。
【図５】基板加熱により図４の１層目ポリイミド膜のキ
ュアを行い、また逆スパッタリングによりレジスト・パ
ターンを変形させている状態を示す模式的断面図であ
る。
【図６】図５の基体上にＢＬＭ膜を被着させた状態を示
す模式的断面図である。
【図７】図６の変形レジスト・パターンをリフトオフ
し、ＢＬＭ膜の不要部を除去した状態を示す模式的断面
図である。
【図８】図７の基体上でハンダ・ボールの形成部位を規
定するための２層目ポリイミド膜のパターニングを行っ
た状態を示す模式的断面図である。
【図９】図８の基体上でハンダ膜の被着部位を規定する
ためのレジスト・パターニングを行い、さらにハンダ膜
を蒸着した状態を示す模式的断面図である。
【図１０】図９のレジスト・パターンをリフトオフし、
ハンダ膜の不要部を除去した状態を示す模式的断面図で
ある。
【図１１】基板加熱によりハンダ・ボールを形成した状
態を示す模式的断面図である。
【図１２】トライオード型ＲＦプラズマ処理装置とＤＣ
スパッタリング装置とが連結された連続処理型装置の一
構成例を示す模式的断面図である。
【図１３】本発明で用いる他の連続処理型装置中、誘導
結合プラズマ装置の部分を示す模式的断面図である。
【図１４】従来のハンダ・ボール形成プロセスにおい
て、１層目ポリイミド膜上で再配置用のＢＬＭ膜が部分
的に剥離した状態を示す模式的断面図である。
【図１５】一般的なリフトオフ法によるＡｌ電極パッド
上へのＢＬＭ膜の形成プロセスを示す模式的断面図であ
り、（ａ）図はレジスト・パターニング工程、（ｂ）図
はレジスト・パターンの変形工程、（ｃ）図はＢＬＭ膜
の被着工程、（ｄ）図はリフトオフによるＢＬＭ膜の不
要部の除去工程をそれぞれ表す。
【符号の説明】
１…基板 ２ａ，２ｂ…Ａｌ電極パッド ３…ＳｉＮパ
ッシベーション膜 ４…１層目ポリイミド膜 ５…レジ
スト・パターン ５ｄ…変形レジスト・パターン ６ａ
…ＢＬＭ膜（定位置用） ６ｂ…ＢＬＭ膜（再配置用）
７…２層目ポリイミド膜 ８…レジスト・パターン
９ａ，９ｂ…ハンダ膜（ハンダ・ボール形成用） ９ａ
ｒ…ハンダ・ボール（定位置） ９ｂｒ…ハンダ・ボー
ル（再配置） １００…トライオード型ＲＦプラズマ装
置 １０１…ＤＣスパッタリング装置 １０２…誘導結
合プラズマ装置

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 デバイス・チップ上に形成された複数の
    パッド電極の各々に表面保護膜の開口部を介して接続す
    る下地金属膜をレジスト・パターンを利用するリフトオ
    フ法により形成し、該パッド電極の直上で該下地金属膜
    に接続するハンダ・ボールと、該パッド電極の形成領域
    外で該下地金属膜の延在部に接続するハンダ・ボールと
    を同時に形成する半導体装置の製造方法であって、 前記下地金属膜を形成する直前に、基体を加熱すること
    により前記表面保護膜に含まれる水分を脱離させる工程
    を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記水分を脱離させる工程は、前記レジ
    スト・パターンの軟化温度より低い温度域で行うことを
    特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記表面保護膜がポリイミド膜からなる
    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。
  4. 【請求項４】 前記リフトオフ法では前記レジスト・パ
    ターンの変形を利用した前記下地金属膜の被着範囲の制
    御を行う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。
  5. 【請求項５】 前記レジスト・パターンは、逆スパッタ
    リングを施すことによりオーバーハング形状に変形させ
    ることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項６】 前記逆スパッタリングは、プラズマ励起
    と基板バイアスとを独立に制御可能なプラズマ装置を用
    いて行うことを特徴とする請求項５記載の半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項７】 前記逆スパッタリングは、１×１０10／
    ｃｍ3 以上、１×１０14／ｃｍ3 以下のプラズマ密度を
    達成可能なプラズマ装置を用いて行うことを特徴とする
    請求項５記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記下地金属膜の形成は、前記表面保護
    膜に含まれる水分を脱離させる工程を行った後、基体を
    大気から遮断した状態で連続的に行うことを特徴とする
    請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記レジスト・パターンの変形は、前記
    表面保護膜に含まれる水分を脱離させる工程と同時に行
    うことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記レジスト・パターンの変形は、前
    記表面保護膜に含まれる水分を脱離させる工程を終了し
    た後に行うことを特徴とする請求項４記載の半導体装置
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記表面保護膜に含まれる水分を脱離
    させる工程と前記レジスト・パターンの変形とは、同じ
    プラズマ・チャンバ内で連続的に行うことを特徴とする
    請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記パッド電極がＡｌ系金属膜からな
    る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。
  13. 【請求項１３】 前記下地金属膜がＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａ
    ｕ膜がこの順に積層された積層膜からなることを特徴と
    する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
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