JP3721687B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップ・チップ・ボンディング法によりデバイス・チップの実装を行う半導体装置の製造方法に関し、特にハンダ・ボールとその下地金属膜とのコンタクト特性および密着性を改善する方法に関する。
【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が形成される。特にハンダ・ボール法では、この下地金属膜はハンダ・ボールの仕上り形状を左右することから、ＢＬＭ(Ball Limiting Metal) 膜と呼ばれている。
【０００４】
上記ＢＬＭ膜の構成としては、Ｃｒ膜, Ｃｕ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ＢＬＭ膜を介してハンダ・ボールを被着させる従来の一般的なプロセスを、図１２ないし図１５を参照しながら説明する。
図１２は、基板１１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１層目ポリイミド膜１４の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１１上でＡｌ電極パッド１２ａ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１３で被覆し、この膜をパターニングしてＡｌ電極パッド１２ａに臨む開口１３ａを形成する。続いて、ウェハの全面を１層目ポリイミド膜１４で被覆し、Ａｌ電極パッド１２ａに臨む開口１４ａを上記開口１３ａのさらに内側に形成する。
【０００６】
次に、図１３に示されるように、上記開口１４ａを覆うごとくＢＬＭ膜１６ａを形成する。このＢＬＭ膜１６ａは、下層側から順にＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａｕ膜がスパッタリングにより積層された多層膜であり、通常はリフトオフ法により形成される。すなわち、まず前掲の図１３に示した１層目ポリイミド膜１４の上に、十分な厚さを有するレジスト・パターン（図示せず。）を上記開口１４ａを露出させるごとく形成する。次に、Ａｌ電極パッド１２ａの表面に成長している自然酸化膜を除去するための前処理を行った後、ウェハの全面にＢＬＭ膜を被着させる。このとき、レジスト・パターン上に被着されるＢＬＭ膜とＡｌ電極パッド１２に被着されるＢＬＭ膜とは分断されている。この後、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、レジスト・パターン上のＢＬＭ膜は除去され、Ａｌ電極パッド１２ａに接続するＢＬＭ膜１６ａのみを残すことができる。
【０００７】
次に、図１４に示されるように、上記ＢＬＭ膜１６ａを完全に被覆するハンダ膜１９ａをたとえばリフトオフ法により形成する。
続いて加熱リフローを行うと、ハンダ膜１９ａは表面張力により上記ＢＬＭ膜１６ａ上で自己整合的に収縮し、図１５に示されるようなハンダ・ボール１９ａｒとなる。
この後、ウェハをダイシングしてデバイス・チップを分割し、個々のデバイス・チップのハンダ・ボール形成面を下向きにして実装基板と対向させ、該実装基板上の予備ハンダ付けされた導体パターンと上記ハンダ・ボールとを位置合わせした上で加熱溶着させると、チップの実装が完了する。
【０００８】
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。
【０００９】
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、ハンダ・ボール径は従来どおりとしながらそのレイアウトを変更し、Ａｌ電極パッドの直上領域（以下、定位置と称する。）に位置するハンダ・ボールと直上領域外（以下、再配置と称する。）に位置するハンダ・ボールとを交互に配置する技術が提案されている。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、本願出願人はこの配線パターンをＢＬＭ膜を用いて形成する技術を提案している。再配置をＢＬＭ膜を用いて行えば、従来のフォトマスク・パターンの変更のみで対応できる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。
【００１０】
図１６に、ハンダ・ボールが再配置されたＬＳＩチップの一部を示す。なお、この図に示すＬＳＩチップを構成する各材料膜の積層関係は、前掲の図１５における積層関係とほぼ同じである。ただし、図中の符号には必要に応じ、定位置に関連する構造には添字ａ、再配置に関連する構造には添字ｂを付す。
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１２ａ，１２ｂが配列されている。これらＡｌ電極パッド１２ａ，１２ｂは、この上に開口１３ａを有するＳｉＮパッシベーション膜１３、および上記開口１３ａのさらに内部に開口１４ａを有する１層目ポリイミド膜１４に順次被覆され、該開口１４ａの内部でＢＬＭ膜１６に接続されている。ただし、このＢＬＭ膜には２種類ある。すなわち、Ａｌ電極パッド１２ａの直上領域のみにパターニングされている定位置用のＢＬＭ膜１６ａと、Ａｌ電極パッド１２ｂの直上領域外にまで延在されている再配置用のＢＬＭ膜６ｂである。
【００１１】
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１７で被覆され、この２層目ポリイミド膜１７には定位置用の開口１７ａと再配置用の開口１７ｂとが形成される。これら開口１７ａ，１７ｂの内部で定位置用のハンダ・ボール１９ａｒと再配置用のハンダ・ボール１９ｂｒとがそれぞれＢＬＭ膜１６ａ，１６ｂを介してＡｌ電極パッド１２ａ，１２ｂに接続される。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。
【００１２】
【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１６ａ，１６ｂとハンダ・ボール１９ａ，１９ｂとの間のコンタクト不良および接着不良が、新たな問題として浮上してきた。この問題は、２層目ポリイミド膜１７の開口不良に起因するものである。
上記２層目ポリイミド膜１７の構成材料としては、一般に感光性ポリイミド樹脂が用いられており、そのパターニングは通常のレジスト・プロセスと同様、フォトリソグラフィと現像処理を経て行われている。しかし、２層目ポリイミド膜１７はＬＳＩの内部に形成される絶縁膜とは異なり数μｍオーダーの厚みを有しているため、作業環境や処理条件のわずかな変動でも解像不良や現像不良を生ずることがある。
【００１３】
図１７に、かかる解像不良や現像不良に起因して開口１７ａ，１７ｂの内部に残渣１７ｓが発生した状態を示す。この図は、図１６のＡ−Ａ線断面図である。このような残渣１７ｓを残した状態では、開口１７ａ，１７ｂの内部でＢＬＭ膜１６ａ，１６ｂとハンダ・ボール１９ａｒ，１９ｂｒとが全面的に接触することができず、電気的コンタクトが劣化する。また、ＢＬＭ膜１６ａ，１６ｂとハンダ・ボール１９ａｒ，１９ｂｒとの間の接着強度も低下するため、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】
上述のようなコンタクト不良および接着不良の問題は、ハンダ・ボールの再配置を行わない従来プロセスでは生じていなかった。これは、ＢＬＭ膜の上でポリイミド膜のパターニングが行われることがなかったからである。
なお、再配置を行わない従来プロセスにおいても、１層目ポリイミド膜１４に開口１４ａ，１４ｂを形成する際には同様に残渣が発生していた可能性はある。しかし、前述したように、通常はＢＬＭ膜を被着させる直前にＡｌ電極パッド１２ａの表面の自然酸化膜を除去するための前処理が行われるので、１層目ポリイミド膜１４の残渣が仮に発生していたとしても、この時一緒に除去されていた。したがって、この残渣に起因するＡｌ電極パッド１２ａとＢＬＭ膜１６ａとの間のコンタクト不良や接着不良の問題も、顕在化していなかったのである。
【００１５】
そこで本発明は、有機保護膜に設けられる開口を通じてその底面に表出する下地金属膜にハンダ・ボールとを被着させる場合、特にハンダ・ボールの再配置を行う際にも、良好なコンタクト特性および接着性を達成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、基体の表面に設けられた複数の電極パッドの直上領域と、直上領域外とに、下地金属膜を介してハンダ・ボールを形成する半導体装置の製造方法であって、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第１工程では、各電極パッド上を含む基体上に、第１の有機保護膜を形成した後、この第１の有機保護膜に各電極パッドに達する複数の第１の開口部を形成する工程を行う。次に、第２工程では、各第１の開口部内に露出された電極パッド上の第１の有機保護膜の残渣および電極パッドの表面に形成される自然酸化膜を除去するための第１のスパッタ・エッチング工程を行う。次いで、第３工程では、第１の有機保護膜の残渣および自然酸化膜が除去された各電極パッド上に、下地金属膜を形成するとともに、一部の電極パッド上から延在させた状態で、直上領域外の第１の有機保護膜上に下地金属膜を形成する工程を行う。続いて、第４工程では、下地金属膜を覆う状態で、第１の有機保護膜上に第２の有機保護膜を形成し、電極パッドの直上領域およびこの直上領域外に、下地金属膜に達する複数の第２の開口部を形成する工程を行う。次に、第５工程では、フッ素系化学種を含有するプラズマを用いて、各第２の開口部内に露出された下地金属膜上の第２の有機保護膜の残渣を除去するとともに、第２の有機保護膜にフッ素系化学種を取り込み、第２の有機保護膜の誘電率を低減する第２のスパッタ・エッチングを行う工程を行い、その後の第６工程では、第２の有機保護膜の残渣が除去された下地金属膜上に、ハンダ・ボールを形成する工程を行うことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、ハンダ・ボールの形成位置を規定するための開口を有機保護膜に形成するに際し、該有機保護膜の残渣をスパッタ・エッチングで物理的に除去するので、開口の底面に常に清浄な下地金属膜の表面を露出させることができる。したがって、この下地金属膜とその上に被着させるハンダ・ボールとの間のコンタクト品質や接着品質を著しく改善することができる。また、このことにより、フリップ・チップ・ボンディング法を適用してデバイス・チップの基板実装を行った場合の組立製品のハンダ接合部の強度が十分に高くなり、製品の信頼性や耐久性が向上する。
【００１８】
上記の残渣は、特に上記有機保護膜が感光性を有し、そのパターニングがフォトリソグラフィと現像処理により行われる場合に多発するため、本発明はこのような場合のコンタクト品質や接着品質の改善策として極めて有用である。
本発明はまた、下地金属膜の一部を電極パッドの直上領域外へも延在させ、この延在部でハンダ・ボールの再配置を行うプロセスに適用すると、特に有効である。このプロセスにおいて、本発明のスパッタ・エッチングの主な対象となる膜は、従来の技術の欄で説明した２層目ポリイミド膜に相当する。ただし、電極パッドを最初に被覆する１層目ポリイミド膜に対しても、このスパッタ・エッチングを行って良い。
【００１９】
なお、上記有機保護膜としては、たとえばポリイミド系樹脂，ポリテトラフルオロエチレン誘導体、フッ化ポリアリルエーテル誘導体、ポリ−ｐ−フッ化キシレン等、層間絶縁膜材料として近年提案されている低誘電率の材料膜を用いることができる。中でもポリイミド系樹脂膜は、耐熱性が４００℃以上と高いことから目下のところ最も広く用いられている材料であるが、耐熱性、耐湿性、耐クラック性、平坦化性に優れ、熱膨張係数が小さく、さらに好ましくは不純物ゲッタリング特性も備えた有機材料を適宜選択して用いることができる。
【００２０】
上記スパッタ・エッチングは、有機保護膜の残渣を除去するに十分なイオン入射エネルギーを得ることができ、かつイオン入射面の形状や性質に悪影響を与えないプラズマを用いて行われる。このプラズマとは、典型的にはＡｒプラズマである。
【００２１】
ここで、上記有機保護膜のパターニングがフォトリソグラフィと現像処理により行われる場合、この膜のパターニング用のマスクはステッパに搭載されるフォトマスクのみであり、ウェハ上にはエッチング・マスクが形成されないので、有機保護膜は全面的にプラズマに曝されることになる。
そこで本発明では、このプラズマとの接触を膜の改質に積極的に利用することもできる。たとえば、上述のような有機保護膜の比誘電率εはフッ素原子含有量の増大と共に低下することが知られている。そこで、たとえば２層目ポリイミド膜のスパッタ・エッチングをフッ素系化学種を含むプラズマを用いて行えば、この膜の比誘電率εを低下させることができる。
かかる比誘電率εの低下は、配線間容量を低減させ、ＬＳＩの動作速度を向上させる上で有効である。特に、ハンダ・ボールの再配置を行う場合には再配置のための下地金属膜パターンが新たな配線間容量を発生させる原因となるので、かかる比誘電率εの低減策は極めて有効である。
【００２２】
なお、上述のようにフッ素系化学種を利用する場合、有機保護膜の残渣の除去に伴って開口の底面に露出する下地金属膜が、フッ素系化学種に曝されても絶縁性のフッ化物を生成しないものである必要がある。この点、下地金属膜がＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａｕ膜がこの順に積層された積層膜であれば、露出表面はＡｕ膜となるので、フッ素プラズマによって変化を受ける虞れはない。
【００２３】
ところで、上記スパッタ・エッチングを行うためのプラズマ装置は特に限定されるものではなく、たとえば従来から用いられている平行平板型ＲＦプラズマ装置やマグネトロンＲＩＥ装置を用いることができる。ただし、これらの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が一定の相関関係を保ちながら調整されるので、プラズマ密度を上げると基板バイアスも上昇する。したがって、有機保護膜へのダメージを抑えながら残渣除去を迅速化することには限度がある。
【００２４】
これに対し、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では、より低圧でも高密度のプラズマを生成できるため、有機保護膜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に残渣を除去することが可能となる。この種の装置としては、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。上記のトライオード型ＲＦプラズマ装置では、１０¹⁰／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。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００２６】
実施例１
ここでは、ハンダ・ボール再配置用のＢＬＭ膜を被覆する２層目ポリイミド膜に開口を形成し、この開口内に発生した残渣を平行平板型ＲＦプラズマ装置とＡｒガスを用いたスパッタ・エッチングにより除去するプロセスについて、図１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１６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。
【００２７】
まず、図１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３ａ，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領域（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は直上領域外にハンダ・ボールが形成されるパッドである。
【００２８】
次に、図２に示されるように、基体（ウェハ）の全面に感光性のポリイミド膜（東レ社製：商品名ＵＲ−３１００，比誘電率ε≒３．２）を約５μｍの厚さに塗布し、１層目ポリイミド膜４を形成した。次に、Ｇ線によるフォトリソグラフィと現像処理とを経て該１層目ポリイミド膜４をパターニングし、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。
なおこのとき、上記開口４ａ，４ｂの内部には、ポリイミド膜の残渣が４ｓが残存した。この残渣４ｓは実際には数１０から数１００ｎｍ程度の厚さに残存するものであり、露光・現像後のキュアにより最終的に約２μｍの厚さとなった１層目ポリイミド膜４と比較すると、図２では誇張して図示されている。
【００２９】
次に、図３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を形成した。このレジスト・パターン５には、定位置用のＢＬＭ膜（図５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５の符号６ｂ）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。
【００３０】
次に、上記のウェハを平行平板型プラズマＲＩＥ装置に搬入し、Ａｒスパッタ・エッチングによる前処理を行った。この前処理は本来、Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂの表面の自然酸化膜を除去する目的で行われるものであるが、図４に示されるように、上記残渣４ｓの除去も兼ねている。前処理条件は、たとえば下記のとおりとした。
装置 平行平板型ＲＦプラズマ装置
Ａｒ流量 ２５ ＳＣＣＭ
圧力 １．０ Ｐａ
ＲＦパワー ３００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
ウェハ温度 室温
処理時間 １８０ 秒
【００３１】
次に、上記Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂの表面に自然酸化膜を再成長させないようにウェハを真空下でＤＣスパッタリング装置に搬送し、ここで直ちにＣｒ膜（厚さ約０．１μｍ），Ｃｕ膜（厚さ約１．０μｍ），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、たとえば以下のとおりとした。

【００３２】
このスパッタリングにより、図５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、レジスト・パターン５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２ｂには再配置用のＢＬＭ膜６ｂがそれぞれ被着されるが、これらはいずれもレジスト・パターン５上の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。
【００３３】
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６に示されるように、レジスト・パターン５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。
【００３４】
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７に示されるように、ウェハの全面に厚さ約５μｍの２層目ポリイミド膜７を成膜した。この２層目ポリイミド膜７を前述の１層目ポリイミド膜４の場合と同様にフォトリソグラフィと現像処理を経てパターニングし、ハンダ・ボールの形成部位を規定するための開口７ａ，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の直上領域で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の直上領域外においてＢＬＭ膜６ｂを露出させるごとく形成される。
ただし、２層目ポリイミド膜７のフォトリソグラフィは前述の１層目ポリイミド膜４の場合よりもウェハの表面段差が大きい条件で行われるため、その解像特性の局所変動も大きく、残渣７ｓが発生しやすくなる。
【００３５】
そこで、一例として下記の条件でスパッタ・エッチングを行った。
装置 平行平板型ＲＦプラズマ装置
Ａｒ流量 ２５ ＳＣＣＭ
圧力 １．０ Ｐａ
ＲＦパワー ３００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
ウェハ温度 室温
処理時間 １２０ 秒
この結果、図８に示されるように、残渣７ｓが除去され、ＢＬＭ膜６ａ，６ｂの清浄な表面が露出した。
【００３６】
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、図９に示されるように、上記開口７ａ，７ｂを含み、これらより十分に大きい開口８ａ，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（９７％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。
なお、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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，９ｂｒ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、ＬＳＩ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。
【００３９】
実施例２
本実施例では、２層目ポリイミド膜７に開口７ａ，７ｂを形成した後の残渣７ｓの除去を、トライオード型ＲＦプラズマ装置およびＡｒ／ＮＦ₃ 混合ガスを用いたスパッタ・エッチングにより行った。
ここでトライオード型ＲＦプラズマ装置とは、プラズマ・チャンバ内に上部電極（アノード）とウェハ・ステージを兼ねた下部電極（カソード）とが対向配置され、これら両電極の中間に格子電極が配置された３極構成をとるものである。上部電極にはプラズマ励起用のＲＦ電源、下部電極には基板バイアス印加用のＲＦ電源がそれぞれ接続されており、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。プラズマは上部電極と接地電位に設定された格子電極との間でグロー放電により生成され、格子電極を通過した正イオンが下部電極側へ引き出される。
【００４０】
本実施例において、開口７ａ，７ｂを形成するまでの工程は、実施例１で述べたとおりであるが、残渣７ｓの除去は、下記のような条件で行った。
装置 トライオード型ＲＦプラズマ装置
Ａｒ流量 ２５ ＳＣＣＭ
ＮＦ₃ 流量 ５ ＳＣＣＭ
ソース・パワー ７００ Ｗ（２ ＭＨｚ）
ＲＦバイアス電圧 ３５０ Ｖ（１３．５６ ＭＨｚ）
圧力 １ Ｐａ
ヒータ設定温度 ５０ ℃
処理時間 ９０ 秒
【００４１】
本実施例では、上記プラズマ装置で生成される大量のＡｒ⁺ により残渣７ｓが速やかに除去されると共に、ＮＦ₃ からプラズマ中に解離生成したフッ素系化学種が２層目ポリイミド膜７に取り込まれた。これにより、この膜の比誘電率εは当初の３．２から約２．７へと低下した。
以降のハンダ・ボール９ａｒ，９ｂｒの形成およびＬＳＩチップの実装は、実施例１と同様に行った。本実施例では、ハンダ接合部に十分な強度が確保されることによる実装製品の信頼性や耐久性の向上に加え、２層目ポリイミド膜７の低誘電率化による配線間寄生容量の低減と、これによるＬＳＩチップの動作速度の向上が確認された。
なお、１層目ポリイミド膜４に開口４ａ，４ｂを形成した後の残渣４ｓの除去にも、上述のようなフッ素系化学種を含むプラズマを用いれば、１層目ポリイミド膜４も低誘電率化させることができ、配線間寄生容量の低減効果は一層向上する。
【００４２】
実施例３
本実施例では、２層目ポリイミド膜７に開口７ａ，７ｂを形成した後の残渣７ｓの除去を、誘導結合プラズマ装置およびＡｒ／ＮＦ₃ 混合ガスを用いたスパッタ・エッチングにより行った。
ここで誘導結合プラズマ装置とは、プラズマ・チャンバ内の上蓋を兼ねる上部電極（アノード）とウェハ・ステージを兼ねた下部電極（カソード）とが対向配置され、プラズマ・チャンバの側壁面の一部を構成する絶縁壁の外周をマルチターン・アンテナで周回したものである。上記マルチターン・アンテナにプラズマ励起用のＲＦ電源、下部電極に基板バイアス印加用のＲＦ電源がそれぞれ接続され、プラズマ密度と基板バイアスとが独立に制御可能となされている。
【００４３】
本実施例において、開口７ａ，７ｂを形成するまでの工程は、実施例１で述べたとおりであるが、残渣７ｓの除去は、下記のような条件で行った。
装置 誘導結合プラズマ装置
Ａｒ流量 ２５ ＳＣＣＭ
ＮＦ₃ 流量 ５ ＳＣＣＭ
ソース・パワー １０００ Ｗ（４５０ ｋＨｚ）
ＲＦバイアス電圧 ３５０ Ｖ（１３．５６ ＭＨｚ）
圧力 ０．６ Ｐａ
ヒータ設定温度 １００ ℃
処理時間 ３０ 秒
とした。
【００４４】
上記誘導結合プラズマ装置では、１０¹²／ｃｍ³ のオーダーのプラズマ密度を達成することができ、しかもこれを１Ｐａ未満の低圧下で得られるので、イオンの平均自由行程が長くなり、基板への垂直入射成分が増加する。このため、基板バイアスを低く設定した条件下でも処理速度が大きく低下することはなく、低ダメージで効率良く残渣７ｓが除去された。
また、実施例２と同様、２層目ポリイミド膜７へのフッ素取込みによりこの膜の比誘電率εが当初の３．２から約２．７へと低下し、デバイス・チップの動作高速化が確認された。
【００４５】
以上、本発明を３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、使用するサンプル・ウェハの構成、成膜条件、各材料膜の種類や膜厚、スパッタ・エッチング条件等の細部は適宜変更、選択、組合せが可能である。
【００４６】
【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・ボンディング法による実装用にＢＬＭ膜を用いてハンダ・ボールの再配置を行う場合にも、ＢＬＭ膜とハンダ・ボールとの間の良好なコンタクト特性および接着性を確保し、また有機保護膜の低誘電率化も図ることができる。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】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２】図１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３】スパッタ・エッチングにより図２の残渣を除去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】図４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６】図５のレジスト・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７】図６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い、残渣が生じた状態を示す模式的断面図である。
【図８】スパッタ・エッチングにより図７の残渣を除去し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】ハンダ・ボールの再配置を行わない従来プロセスにおいて、Ａｌ電極パッド、ＳｉＮパッシベーション膜および１層目ポリイミド膜をパターニングした状態を示す模式的断面図である。
【図１３】図１２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１４】図１３のＢＬＭ膜上でハンダ膜をパターニングした状態を示す模式的断面図である。
【図１５】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１６】ＬＳＩチップ上でハンダ・ボールを再配置した状態を示す斜視図である。
【図１７】ハンダ・ボールの再配置を行う従来プロセスにおいて、２層目ポリイミド膜のパターニング後に残渣が発生した状態を示す模式的断面図である。
【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 ４ｓ…残渣 ６ａ…ＢＬＭ膜（定位置用） ６ｂ…ＢＬＭ膜（再配置用） ７…２層目ポリイミド膜 ７ａ，７ｂ…開口 ７ｓ…残渣
９ａ，９ｂ…ハンダ膜（ハンダ・ボール形成用） ９ａｒ…ハンダ・ボール（定位置） ９ｂｒ…ハンダ・ボール（再配置）

Claims (1)

1. 基体の表面に設けられた複数の電極パッドの直上領域と、当該直上領域外とに、下地金属膜を介してハンダ・ボールを形成する半導体装置の製造方法であって、
   前記各電極パッド上を含む前記基体上に、第１の有機保護膜を形成した後、前記第１の有機保護膜に前記各電極パッドに達する複数の第１の開口部を形成する第１工程と、
   前記各第１の開口部内に露出された前記電極パッド上の前記第１の有機保護膜の残渣、および前記電極パッドの表面に形成される自然酸化膜を除去するための第１のスパッタ・エッチングを行う第２工程と、
   前記第１の有機保護膜の残渣および前記自然酸化膜が除去された前記各電極パッド上に、前記下地金属膜を形成するとともに、一部の前記電極パッド上から延在させた状態で、前記直上領域外の前記第１の有機保護膜上に前記下地金属膜を形成する第３工程と、
   前記下地金属膜を覆う状態で、第１の有機保護膜上に第２の有機保護膜を形成し、前記電極パッドの前記直上領域および当該直上領域外に、前記下地金属膜に達する複数の第２の開口部を形成する第４工程と、
   フッ素系化学種を含有するプラズマを用いて、前記各第２の開口部内に露出された前記下地金属膜上の前記第２の有機保護膜の残渣を除去するとともに、前記第２の有機保護膜に前記フッ素系化学種を取り込み、当該第２の有機保護膜の誘電率を低減する第２のスパッタ・エッチングを行う第５工程と、
   前記第２の有機保護膜の残渣が除去された前記下地金属膜上に、前記ハンダ・ボールを形成する第６工程とを有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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