JP4279786B2 - バンプの形成方法、半導体装置の製造方法、及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の表面に外部と電気的接続を行うための微細なバンプを形成する方法、半導体装置及びその製造方法、並びに基板処理装置及び半導体製造装置に関する。

従来、半導体基板の表面で外部と電気的接続を行うため微細な金属端子には、金（Ａｕ）バンプ等が用いられている。このＡｕバンプはメッキで形成されており、表面の粗さが大きい。このような金属端子を平坦化するためには、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法が用いられている。この方法は、被加工面となる金属及び樹脂を予め比較的平坦に形成し、平坦な研磨パッドを押し当て、スラリー（化学的研磨材）を用いて化学的・機械的に表面を精緻に平坦加工するものである。予め設けられた硬い樹脂や金属面がストップ層となり、ＣＭＰは完了する。ＣＭＰ法は、半導体基板の厚みのばらつきや半導体基板の最大厚みと最小厚みとの差で定義されるＴＴＶ（Total Thickness Variation）には依存しない方法である。

また、従来の表面の粗さが大きいＡｕバンプ等の接合には、その粗さが無くなるまで、荷重、熱、あるいは超音波等によりバンプへ負荷を与える実装方法が必要である。

ＣＭＰ以外でも、例えば切削工具を用いた平坦化方法がいくつか案出されている（例えば特許文献１〜４参照）。しかしながら、いずれもＬＳＩ上における部分領域のＳＯＧ膜の平坦化を対象としたものであり、ＣＭＰと同様、被切削面を基準として切削する方法であって半導体基板のＴＴＶには依存しない。また、バンプを切削して表面を露出させる方法（特許文献４参照）もあるが、これはＬＳＩ上に形成されたバンプ部分の平坦化を対象としており、被切削面を基準として切削する方法であって、半導体基板のＴＴＶには依存しない。

特開平７−３２６６１４号公報 特開平８−１１０４９号公報 特開平９−８２６１６号公報 特開２０００−１７３９５４号公報

上述のように、微細な接続にはＡｕバンプが用いられているが、バンプ表面の粗さが大きいことで、それらのバンプ同士を接合するのは困難である。また、Ａｕなどの金属と樹脂を同時にＣＭＰを用いて平坦化する場合、金属と樹脂の研磨速度の違いに起因してディッシングと呼ばれる窪みが現れる。このディッシングにより、確実なバンプ接合を得るために、荷重、熱、あるいは超音波等の大きな負荷をバンプに与えることを要する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＣＭＰに替わり、基板上に形成された微細なバンプの表面を安価に高速で平坦化し、バンプ同士の接続を、ディッシング等の不都合を発生させることなく容易且つ確実に行うことを可能とするバンプの形成方法及び高信頼性の半導体装置、その製造方法並びに半導体製造装置を提供することを目的とする。

本発明のバンプの形成方法は、基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプを形成する方法であって、前記基板の表面に、複数の前記バンプ及び前記バンプ間に絶縁膜を形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記各バンプの表面及び前記絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、前記絶縁膜を除去する工程とを含み、前記基板の表面を基準として、前記基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記基板の前記裏面を基準として、前記バンプの表面及び前記絶縁膜の表面の前記平坦化処理を行う。
本発明の半導体装置の製造方法は、一対の半導体基板の各表面に、絶縁膜内に埋め込まれるように各バンプを形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記各バンプの表面及び前記絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、前記絶縁膜を除去する工程と、前記各半導体基板を、前記各バンプの平坦化された前記表面同士を対向させて接続し、一体化する工程とを含み、前記半導体基板の表面を基準として、前記半導体基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記各半導体基板の前記裏面を基準として、前記バンプの表面及び前記絶縁膜の表面の前記平坦化処理を行う。
本発明のバンプの形成方法は、基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプを形成する方法であって、前記基板の表面に、複数の前記バンプを形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記複数のバンプの表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程とを含み、前記基板の表面を基準として、前記基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記基板の前記裏面を基準として、前記バンプの表面の前記平坦化処理を行う。
本発明の半導体装置の製造方法は、一対の半導体チップの各表面に、それぞれ複数の前記バンプを形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記複数のバンプの表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、前記複数のバンプの表面が平坦化された前記一対の半導体チップを、前記各バンプ同士が対向するように接続して一体化する工程とを含み、前記一対の半導体チップの各表面を基準として、各裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記裏面を基準として、前記切削加工により前記バンプの表面の前記平坦化処理を行う。
本発明のバンプの形成方法は、半導体基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプであり、ワイヤボンディング法を用いたスタッドバンプを形成する方法であって、前記半導体基板の表面の電気的接続箇所にボンディングワイヤを用いて複数の突起部を形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記複数の突起部の上面が連続して平坦となるように平坦化処理し、前記スタッドバンプを形成する工程とを含み、前記半導体基板の表面を基準として、前記半導体基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記半導体基板の前記裏面を基準として、前記複数の突起部の上面の前記平坦化処理を行う。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に複数のバンプを形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記複数のバンプの表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、前記複数のバンプの表面が平坦化された前記半導体基板から、各半導体チップを切り出す工程と、前記半導体チップの前記バンプとリード端子の一端部とを接続する工程とを含み、前記半導体基板の表面を基準として、裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記裏面を基準として、前記切削加工により前記バンプの表面の前記平坦化処理を行う。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面の電気的接続箇所にワイヤボンディング法を用いた複数の突起部を形成する工程と、バイトを用いた切削加工により、前記複数の突起部の上面が連続して平坦となるように平坦化処理し、スタッドバンプを形成する工程と、複数のスタッドバンプの形成された前記半導体基板から、各半導体チップを切り出す工程と、前記半導体チップの前記スタッドバンプとリード端子の一端部とを接続する工程とを含み、前記半導体基板の表面を基準として、裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、前記裏面を基準として、前記切削加工により前記バンプの表面の前記平坦化処理を行う。
本発明の基板処理装置は、基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプを形成する際の基板処理装置であって、平坦な支持面を有しており、基板をその一面で前記支持面に吸着させ、前記一面を強制的に平坦な基準面として支持固定する基板支持台と、前記基板の他面を切削加工するバイトとを含み、表面に複数の前記バンプ及び前記バンプ間に絶縁膜が形成されてなる基板を前記基板支持台に支持固定し、前記バイトを用いた切削加工により、前記各バンプの表面及び前記絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理するものであって、前記基板支持台により前記基板の表面を基準面として、前記バイトにより前記基板の裏面を切削加工した後、前記基板支持台により前記基板の前記裏面を基準面として、前記バイトにより前記基板の前記表面を切削加工し、前記各バンプの表面及び絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する。

本発明によれば、ＣＭＰに替わり、基板上に形成された微細なバンプの表面を安価に高速で平坦化し、バンプ同士の接続を、ディッシング等の不都合を発生させることなく容易且つ確実に行うことが可能となる。

−本発明の基本骨子−
初めに、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者は、ＣＭＰ法に替わり、基板上に形成された多数の微細バンプの表面を安価に高速で一斉に平坦化する手法として、バイトを用いた切削加工を適用することに想到した。この切削加工によれば、半導体基板上で絶縁膜内にバンプが埋め込み形成されているような場合でも、ＣＭＰ法のように金属と絶縁物の研磨速度等に依存することなく、基板上で一斉に金属と絶縁物を連続して切削し、ディッシング等を発生せしめることなく全体的に両者を均一に平坦化することができる。銅、アルミニウム、ニッケル等の金属やポリイミド等の絶縁材料は、容易にバイトで切削可能な材料である。本発明では、バンプの金属材料及び絶縁材料としては、前者が延性金属であり、後者が例えば２００ＧＰａ以上の剛性率を有する樹脂等であれば、好適である。

この場合、上述の切削加工をバンプ表面の平坦化に利用するためには、切削を基板の背面（裏面）基準で行うことが好適である。一般的に、シリコン基板のＴＴＶは、１μｍ〜５μｍの範囲内にあり、ＬＳＩのプロセスでは５μｍ程度のＴＴＶはフォトリソグラフィーに影響を与えることはなく、通常では考慮の対象外となる。しかしながら、切削加工の場合ではＴＴＶの値に大きく影響される。切削による平坦精度はＴＴＶの値以下にはならない。従って、切削加工を半導体基板の平坦化に用いる場合には、基板のＴＴＶを目標の切削精度以下に制御することが先ず必要になる。

本発明者は、上記の事情を勘案し、上述の切削加工をバンプ表面の平坦化に利用するに際して、当該平坦化を確実に行う具体的手法として、基板表面を基準にその裏面を研削し、半導体基板のＴＴＶを目的とする切削精度以下に小さく抑えることに想到した。この場合、ＴＴＶを小さくして且つ個々の半導体基板の厚みばらつきも切削精度以下に抑えることが理想的である。しかしながら、ＴＴＶさえ小さくできれば、個々の半導体基板の厚みについては切削時に検出可能である。切削量は、この個々の半導体基板の厚みを検出することにより制御可能である。

バンプとしては、メッキ法により形成されるものの他、ワイヤボンディング法、即ちボンディングワイヤの先端を溶融して形成したボール状の塊を電極パッド上に圧着し、当該ワイヤを引きちぎることにより形成されたバンプ（以下、スタッドバンプと称する。） がある。

スタッドバンプを形成する場合、ボンディングワイヤの引きちぎりにより、ピン状の突起が形成されるため、かかる突起を平坦化する必要がある。本発明では、上述の切削加工による平坦化法をスタッドバンプにも適用する。この場合、ワイヤの引きちぎり（プレカット）時には各突起部の高さが異なり、最も低いバンプに揃えて平坦化することになるが、スタッドバンプの高さは高いほどデバイスへの応力を緩和し、デバイス寿命を延ばすことが可能であるため、各突起部の高さを規定することが必要である。本発明では、プレカット時の突起部の電極パッドからの高さをワイヤ径の２倍以上に規定し、切削加工の終点として、全てのスタッドバンプについて、切削面の径がワイヤ径と同等以上になった時点とする。これにより、切削平坦化後におけるスタッドバンプの高さを、ワイヤ径を規定しない場合に比べて１．５倍以上とすることができ、半導体素子への応力を緩和することが可能となり、デバイス寿命を延ばすことが可能となる。

そして、上述のようにＴＴＶを制御し、切削加工により微細なバンプの表面を平坦化した後、半導体基板（ウェーハ）から半導体部品となる個々の半導体チップを切り出す。しかる後、平坦化された表面を有する半導体基板と半導体チップ、又は半導体チップ同士を、バンプを対向させて電気的に接続して接合する。このとき、対向するバンプの上面が共に高精度に平坦化されているため、従来のように高温・高圧等を要することなく容易に接合される。

ここで、本発明者は更に、対向するバンプ同士の接合を確実に実現するための具体的条件・状態を模索した。上述の接合時にもバンプを切削加工直後の平坦化状態に保つことが理想的であることに鑑み、切削加工直後の平坦化状態を可及的に保持するため、平坦化工程と接合工程を共に清浄化雰囲気、具体的には不活性雰囲気内で行うことに想到した。この点、接合工程の直前にＡｒプラズマ等を用いた清浄化工程を付加することで対処することもできるが、工程数の増加を招くという欠点がある。本発明では、工程数の増加を招くことなく比較的容易に理想に極めて近い平坦化状態を維持することができ、バンプの確実な接合が可能となる。

本発明者は、本発明の他の態様として、この半導体チップの状態に着目する。即ち、ウェーハレベルでは、上述のように当該半導体基板のＴＴＶが問題となるが、半導体チップなどの個片化されたものについては、そのサイズが小さいためにチップエリア内におけるＴＴＶは、切削時には殆ど無視できる程度の影響しか受けない。

そこで本発明者は、先ず半導体基板から各半導体チップを切り出した後、この半導体チップの状態で上述のバンプを用いた切削加工により微細なバンプの表面を平坦化することに想到した。そして、半導体チップ同士を、バンプを対向させて電気的に接続して接合する。これにより、ＴＴＶを制御する工程を省略できるとともに、容易にバンプ接合を行うことが可能となる。

また本発明では、上述した切削加工技術を、いわゆるＴＡＢボンディング法による半導体装置にも適用する。
通常、ＴＡＢ接続は、メッキバンプ法による場合では、金メッキバンプに直接に金の表面処理を施された短冊状の銅箔リードを位置合わせして３００℃以上に加熱し、１つのバンプ当たり３０ｇ以上の加圧圧着を必要とする。他方、スタッドバンプ法にいる場合では、予めスタッドバンプの形成された半導体チップを、ガラス板又は金属板に押し当て加熱し、スタッドバンプ先端を平坦に加工して用いることが必要である。

メッキ終端面には、凹凸や表面に特有の金属的及び有機的汚染がある。また、チップ内でのメッキ高さのばらつきも数ミクロンのレベルで発生している。これらのメッキ終端面にＴＡＢボンディングする場合、高温と高荷重が必要になる。ボンディング時に高温になると微細なピッチのリードの接続では、銅とシリコンの熱膨張率の差が大きくなるため位置ずれが発生し易い。他方、スタッドバンプにおいては、高さにバラツキが大きく、形状も一定でないことから更に高温及び高荷重が必要であり、同様に微細ピッチの接続は難しい。

ＴＡＢボンディング時の位置ずれを小さくするためには、温度を下げるとともに、銅のリード端子が同時にバンプに接触することが必要である。本発明では、バイトによる切削技術を用いメッキバンプ及びスタッドバンプの表面を切削加工により平坦化して清浄化を図り、これによりＴＡＢボンディング時の温度及び荷重を低減させ、微細ピッチのリードを位置ずれなく接続することが可能となる。

−本発明の具体的な実施形態−
以下、上述した基本骨子を踏まえ、本発明の具体的な諸実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

［第１の実施形態］
ここでは、基板としてシリコン半導体基板を例示し、この半導体基板上に外部と電気的接続を行うために設けられてなるバンプを形成する方法及びこの方法を用いた半導体装置及びその製造方法について開示する。

（バンプの形成方法）
図１Ａ〜図１Ｄ，図２Ａ，図２Ｂは、本実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、シリコン半導体基板１を用意し、基板表面１ａの素子形成部位に所望のＬＳＩ半導体素子（不図示）を形成する。このように、素子形成部位にＬＳＩ半導体素子等の形成された半導体基板１について、以下で各工程を説明する。

図１Ａに示すように、通常、シリコン半導体基板は、図示の如く厚みが一様ではなく、しかもうねりを伴う状態にある。そこで、半導体基板１の表面１ａに後述するバイトを用いた切削加工を施すための前工程として、その裏面１ｂを平坦化する。

具体的には、支持面が平坦とされた基板支持台（不図示）を用意し、この支持面に吸着、例えば真空吸着により表面１ａを吸着させて半導体基板１を基板支持台に固定する。このとき、表面１ａは支持面への吸着により強制的に平坦とされており、これにより表面１ａが裏面１ｂの平坦化の基準面となる。この状態で、裏面１ｂを機械加工、ここでは機械研削し、裏面１ｂの凸部１ｃを研削除去して平坦化処理する。この場合、裏面１ｂの切削量を表面１ａからの距離により制御することが好ましい。これにより、図１Ｂに示すように、半導体基板１の厚みが一定、具体的にはＴＴＶ（基板の最大厚みと最小厚みとの差）が所定値以下となるように、具体的にはＴＴＶが１μｍ以下に制御されることになる。

続いて、図１Ｃに示すように、半導体基板１を基板支持台から外し、半導体基板１の表面１ａ上に感光性樹脂、例えばフォトレジストを塗布し、このフォトレジストをフォトリソグラフィーにより加工して、所定のバンプパターン１２ａを有するレジストマスク１２を形成する。

続いて、レジストマスク１２をマスクとして用い、例えば蒸着法により金属、例えば銅膜を形成し、メッキ電極（不図示）を形成した後、図１Ｄに示すように、メッキ電極をシードとしてメッキ法によりレジストマスク１２の各バンプパターン１２ａを埋め込むように金（Ａｕ）を堆積させ、Ａｕ突起２を形成する。なお、Ａｕ以外にもＣｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｓｎ又はこれらの合金等を用いて突起を形成しても良い。

続いて、半導体基板１の表面１ａにバイトを用いた切削加工を施し、平坦化する。
具体的には、図２Ａに示すように、基板支持台１１の支持面１１ａに例えば真空吸着により裏面１ｂを吸着させ、半導体基板１を基板支持台１１に固定する。このとき、裏面１ｂへの図１Ｂの平坦化処理により半導体基板１の厚みが一定の状態とされており、更に裏面１ｂが支持面１１ａへの吸着により強制的にうねり等もない状態となり、これにより裏面１ｂが表面１ａの平坦化の基準面となる。この状態で、表面１ａにおける各Ａｕ突起２及びフォトレジスト１２の表層を機械加工、ここではダイヤモンド等からなるバイト１０を用いて切削加工し、各Ａｕ突起２及びレジストマスク１２の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する。これにより、Ａｕ突起２の上面が鏡面状に平坦化される。

この切削加工による平坦化の結果を図３Ａ，図３Ｂの顕微鏡写真の図及び模式図に示す。
切削加工前には、図３ＡのようにＡｕ突起の表面は凹凸状であったのに対して、切削加工後には、図３Ｂに示すように、Ａｕ突起の表面が高精度に平坦化されていることが判る。

続いて、図２Ｂに示すように、レジストマスク１２を灰化処理等により除去する。このとき、半導体基板１の表面１ａ上には、高さが均一であり、各Ａｕ突起２が切削加工されて上面３ａが一様に平坦化されてなるバンプ３が形成される。この半導体基板１を用い、例えばこれをチップ化した後、他の半導体基板４とバンプ３により電気的に接続する。

なお、本実施形態では、１枚の半導体基板について説明したが、ロットを構成する複数の半導体基板について本実施形態の各工程を実行し、各半導体基板の厚みを同一に均一化することが好適である。

また、図２Ａの平坦化工程において、図４Ａ，図４Ｂに示すように、裏面１ｂを基準に半導体基板１の平行出しを行うとともに、表面１ａの位置を検出し、検出された表面１ａから削り量を算出して制御する。

具体的には、図４Ａに示すように、表面１ａの位置を検出する際に、半導体基板１の表面１ａの周辺部位の複数箇所、ここでは例えば図４Ｂに示す３箇所Ａ，Ｂ，Ｃにおけるレジストマスク１２にレーザ光１３を照射し、これらを加熱飛散させ、表面１ａの一部を露出させることが好適である。

またこの場合、図５に示すように、表面１ａの位置を検出する際に、半導体基板１を開口１１ｂの形成された基板支持台１１に吸着固定し、開口１１ｂから裏面１ｂに赤外レーザ光を照射して、表面１ａからの反射光を例えば赤外レーザ測定器１４により測定するようにしても良い。

（切削加工装置の構成）
ここで、上述した切削加工工程を実行するための具体的な装置構成を説明する。
図６は切削加工装置の構成を表したブロック図、図７は同様の概略構成図である。この切削加工装置は、半導体基板を収納する収納部１０１、半導体基板１を各処理部へ搬送するためのハンド部１０２、半導体基板１の位置決めを行うセンシング部１０３、切削時の半導体基板１をチャックするチャックテーブル部１０４、半導体基板１の平坦化切削を行う切削部１０５、切削後の洗浄を行う洗浄部１０６、そしてこれらをコントロールする制御部１０７を有して構成されている。チャックテーブル部１０４は、上述したように半導体基板１を載置固定する基板支持台（チャックテーブル）１１を構成しており、切削部１０５はダイヤモンド等からなる切削工具である硬質のバイト１０を有している。

次に、切削加工工程のフローについて、図７及び図８を用いて説明する。
先ず、半導体基板１が収納された収納部１０１の収納カセット１１１から、ハンド部１０２の搬送ハンドが半導体基板１を取り出す。収納部１０１にはエレベータ機構があり、搬送ハンドの半導体基板１の取り出し高さまで昇降する。次に搬送ハンドが半導体基板をバキューム吸着し、センシング部１０３へ搬送する。搬送ハンドは、Θ３軸とＺ軸のスカラー型ロボットになっており、各処理部へ容易にハンドリングすることができる。ロボットの機構はこの限りではなく、ＸＹ軸直行型でも良い。

センシング部１０３では、回転テーブル１１２により半導体基板１を３６０°回転させ、その半導体基板１の外周をＣＣＤカメラ１１１で撮像し、その結果を制御部１０７の演算部で処理して半導体基板１のセンター位置を算出する。

次に、搬送ハンドは、その結果を元に、位置を補正して半導体基板１をチャックテーブル部１０４へ搬送し、チャックテーブル１１はバキュームによってこれを固定する。このチャックテーブル１１が加工の基準面となる。従って固定時及び加工時の平面精度を保つため、チャック面は多穴質の材料を使用して半導体基板１を全面チャックする構造が好ましい。材質は金属系、セラミック系、樹脂系などを用いる。チャックされた半導体基板１と対向して投光部１１４である光センサ部が配置され、受光部１１５であるカメラ部と共に半導体基板１の寸法を測定及び演算し、その結果を切削部１０５のＸ軸駆動部へフィードバックし、切削するための移動量を指令する。

切削面が配線形成面の場合、具体的には図４に示すように、レーザ光を照射し、レジストマスクを加熱飛散させ、表面を露出させることが好ましい。そして図５に示すように、赤外レーザ光を利用した透過型センサを利用して位置を計測する。そして、そこで演算された結果を元に、実際に切削を行うバイト１０が搭載されたテーブルがＸ方向に移動し、切削を開始する。ここで使用するバイト１０は、ダイヤモンド等からなる。このようにして設定寸法までの切削を完了する。

次に、搬送ハンドがチャックテーブル１１から半導体基板１を取り出し、洗浄部へと搬送する。洗浄部１０５では半導体基板１をバキューム固定して回転させながら、洗浄水により加工後の表面残留異物を洗い流す。その後、エアブローしながら高速回転させ、洗浄水を吹き飛ばしながら乾燥させる。乾燥が完了したら、再び搬送ハンドが半導体基板１を取り出し、最後に収納部１０１の収納カセット１１１に収納する。

以上の各工程を、先ずバンプ及びバンプ間に絶縁膜が形成されている面を基準として裏面を切削し、その後、裏面を基準として各バンプの表面及び絶縁膜の表面を切削という処理を行い、平坦化処理を完了する。

（半導体装置及びその製造方法）
次に、上述したバンプの形成方法を実行する半導体製造装置を用いて、半導体装置を製造する方法について説明する。なおここでは、半導体装置の構成をその製造方法と共に述べる。
図９Ａ〜図９Ｃは、本実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略平面図である。

先ず、図１及び図２で説明した各工程を経て、ＬＳＩ素子等が搭載され、バイトを用いた切削加工により上面３ａの平坦化されたバンプ３を有する半導体基板１から、図９Ａに示すように、各半導体チップ２１を切り出す。

続いて、図９Ｂに示すように、バイトを用いた切削加工により上面の平坦化されたバンプ３を有する半導体基板２２を用意し、この半導体基板２２上に、各半導体チップ２１をバンプ３の平坦化された上面３ａ同士で電気的に接続する。具体的には、半導体基板２２と半導体チップ２１ａとを上面３ａ同士で対向するように配置し、室温〜３５０℃、ここでは１７０℃程度で圧着させ、接続する。各上面３ａは共に高精度に平坦化されているため、従来のように高温・高圧等を要することなく、半導体基板２２と半導体チップ２１とを容易に接続することができる。

そして、図９Ｃに示すように、半導体チップ２１の接続された半導体基板２２から半導体チップ２３毎に切り出し、ワイヤボンディング法（ワイヤ２５を用いた接続）等の工程を経て、基板２４上に半導体チップ２３を搭載し、半導体装置を完成させる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＭＰに替わり、半導体基板１上に形成された微細なバンプ３の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、バンプ３の接続を容易且つ確実に行うことが可能となる。これにより、バンプ３同士の高温・高圧等の条件を要しない接続が可能となり、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く製造することができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、バンプ材料としてＡｕを例示したが、本実施形態ではニッケル（Ｎｉ）を用いる場合を例示する。
図１０Ａ〜図１０Ｆは、本実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、第１の実施形態の図１Ａ，Ｂと同様の工程を経て、半導体基板１を裏面研削し、ＴＴＬを所定値以下、具体的には１μｍ以下に制御する。
この半導体基板１を用い、図１０Ａに示すように、半導体基板１の表面アルミニウム系金属からなる電極３１をパターン形成した後、この電極３１に無電解メッキ法によりニッケルリンメッキ膜３２を膜厚５μｍ〜１０μｍ程度に形成する。

ニッケルリンメッキ膜３２は、汎用の無電解メッキ法によって、ニッケル−リン、ニッケル−リン−ホウ素、ニッケル−ホウ素などを用いて形成する。例えば、ニッケル−リン合金は次亜リン酸浴(次亜リン酸ナトリウムまたは次亜リン酸カリウム)で形成し、ニッケル−ホウ素合金は水素化ホウ素ナトリウム浴またはジメチルアミノボランを用い弱酸性浴または中性浴で形成し、ニッケル−リン−ホウ素合金は中性浴で形成する。

ここで、ニッケルリン系無電解メッキでは、上述した如何なる合金系を選択しても、ニッケルリンメッキ膜３２の表層に機械的な脆弱層であるリン濃縮層３３が形成される。半田バンプ形成後、このリン濃縮層が原因となりメッキと半田バンプとの界面強度が低下する。このリン濃縮層の厚みは、２０ｎｍ〜４０ｎｍ程度であり、メッキ浴中のリン含有率が高くなるほど厚くなる。

また、このリン濃縮層は下地の材料(ガラス基板、鉄基板、アルミニウム基板)によらず、またメッキの厚みに依らず生成される。また、例えば特許文献６で記載されているようなニッケル系無電解メッキを半田融点以上のアニール処理をしても、表層には必ずリン濃縮層が生成される。リン濃縮層を除去しなければ、高信頼性のあるメッキ被膜と半田バンプの形成は困難である。

これらの問題について、半田材料に銅を添加することにより、銅−ニッケル−錫系の化合物層が形成され、そのバリア効果によりリン濃縮層の形成を抑制する方法がある。ところが、Ａｕメッキ厚が５００ｎｍ以上ではリン濃縮層が形成されるなど、Ａｕメッキ厚の制約や、半田材料の選択性が狭まるという問題点がある。

そこで本例では、ニッケルリンメッキ膜３２の切削加工による平坦化時に、同時にこのリン濃縮層３３を除去する。
具体的には、先ず図１０Ｂに示すように、基板表面を覆うように保護膜３４として液状レジストを被覆し、後述の切削加工による物理的衝撃の緩和層とする。保護膜３４は、回転塗布等で１０μｍ〜１５μｍ程度の厚みに塗布し、キュアすることにより形成する。

その後、図２Ａと同様、基板支持台の支持面に例えば真空吸着により裏面を吸着させ、半導体基板１を基板支持台に固定する。このとき、裏面１ｂへの図１Ｂの平坦化処理により半導体基板１の厚みが一定の状態とされており、更に裏面１ｂが支持面１１ａへの吸着により強制的にうねり等もない状態となり、これにより裏面１ｂが表面１ａの平坦化の基準面となる。この状態で、図１０Ｃに示すように、表面１ａにおける各ニッケルリンメッキ膜３２及び保護膜３４の表層を機械加工、ここではダイヤモンド等からなるバイトを用いて切削加工し、ニッケルリンメッキ膜３２のリン濃縮層３３を除去するとともに、ニッケルリンメッキ膜３２及び保護膜３４の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する。切削量は、リン濃縮層３３を確実に除去できる１μｍ〜２μm程度とする。

続いて、必要に応じて、図１０Ｄに示すように、無電解メッキ法により、ニッケルリンメッキ膜３２上に金メッキ膜３５を形成する。金メッキ膜３５の厚みは３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度が好ましい。

続いて、図１０Ｅに示すように、保護膜３４を灰化処理等により除去する。このとき、半導体基板１の表面１ａ上には、高さが均一であり、切削加工により上面が一様に平坦化され、金メッキ膜３５が形成されてなるバンプ３６が形成される。

そして、必要に応じて、図１０Ｆに示すように、バンプ３６上に半田バンプ３７を形成する。この半田バンプ３７は、スクリーン印刷、半田ボール法、溶融等により形成する。半田の材質としては、鉛を含まない、スズ−銀系、スズ−亜鉛系、等の半田を用いることが望ましい。

その後、フルカットダイシングにより半導体基板１を分割して半導体チップを切り出し、第１の実施形態と同様に半導体装置を完成させる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＭＰに替わり、半導体基板１上に形成されたニッケルのバンプ３６の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、これにより、バンプ３６同士の高温・高圧等の条件を要しない接続が可能となり、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く製造することができる。しかも、バンプ３６と半田バンプ３７との接合部位における信頼性を低下させるリン濃縮層３４を低コストで完全に除去できるため、上面が平坦化されたバンプ３６上に半田バンプ３７を確実に形成することが可能となる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。第１の実施形態では、半導体基板に多数の半導体チップを接合する場合について例示したが、本実施形態では半導体チップの状態で上述の平坦化処理を実行し、この半導体チップ同士を接合する場合について開示する。
図１１Ａ，図１１Ｂは、本実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、図１１Ａに示すように、第１の実施形態の裏面研削をすることなく、ＬＳＩ素子等が搭載され、高さの異なる（未だ高さにバラツキのある）複数のバンプ、ここではＡｕバンプ４２が形成されてなる半導体基板から、個々の半導体チップ４１を切り出す。

続いて、半導体チップ４１の表層を機械加工、ここでは第１の実施形態と同様にダイヤモンド等からなるバイトを用いて切削加工し、各Ａｕバンプ４２の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する。これにより、各Ａｕバンプ４２の高さが均一化されるとともに、上面が鏡面状に平坦化される。

続いて、図１１Ｂに示すように、一対の半導体チップ４１を対向させ、Ａｕバンプ４２の平坦化された上面同士で両者を電気的に接続する。具体的には、一対の半導体チップ４１を上面同士で対向するように配置し、室温〜３５０℃、ここでは１７０℃程度で圧着させ、接続する。各上面は共に高精度に平坦化されているため、従来のように高温・高圧等を要することなく、一対の半導体チップ４１を容易に接続することができる。

このように、本実施形態によれば、ＣＭＰに替わり、半導体チップ４１上に形成された微細なＡｕバンプ４２の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、一対の半導体チップ４１におけるＡｕバンプ４２の接続を容易且つ確実に行うことが可能となる。これにより、Ａｕバンプ４２同士の高温・高圧等の条件を要しない接続が可能となり、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く製造することができる。しかも、半導体基板から個々の半導体チップ４１に切り出した後に上述の切削加工を実行するため、ＴＴＶを制御する工程を省略することができ、工程数削減に寄与する。

［変形例１］
ここで、本実施形態の変形例１について説明する。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、変形例１による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、図１２Ａに示すように、第１の実施形態の裏面研削をすることなく、ＬＳＩ素子等が搭載され、高さの異なる（未だ高さにバラツキのある）複数のバンプ、ここではＡｕバンプ４２が形成されてなる半導体基板から、個々の半導体チップ４１を切り出す。

続いて、半導体チップ４１の表面にＡｕバンプ４２を埋め込むように絶縁材からなる樹脂層４３を形成する。なお、半導体基板の状態でＡｕバンプ４２を埋め込むように樹脂層４３を形成した後、個々の半導体チップ４１を切り出すようにしても良い。

続いて、図１２Ｂに示すように、半導体チップ４１の表層を機械加工、ここでは第１の実施形態と同様にダイヤモンド等からなるバイトを用いて切削加工し、各Ａｕバンプ４２の表面及び樹脂層４３の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する。これにより、各Ａｕバンプ４２の高さが均一化されるとともに、上面が鏡面状に平坦化される。

続いて、一対の半導体チップ４１を対向させ、Ａｕバンプ４２及び樹脂層４３の平坦化された上面同士で両者を電気的に接続する。具体的には、一対の半導体チップ４１を上面同士で対向するように配置し、室温〜３５０℃、ここでは１７０℃程度で圧着させ、接続する。各上面は共に高精度に平坦化されているため、従来のように高温・高圧等を要することなく、一対の半導体チップ４１を容易に接続することができる。更に、樹脂膜４３が一対の半導体チップ４１の接合を確実にするとともに、電極４２等を保護するアンダーフィルとして寄与する。

このように、本変形例１によれば、ＣＭＰに替わり、半導体チップ４１上に形成された微細なＡｕバンプ４２の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、一対の半導体チップ４１におけるＡｕバンプ４２の接続を容易且つ確実に行うことが可能となる。これにより、Ａｕバンプ４２同士の高温・高圧等の条件を要しない接続が可能となり、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く製造することができる。しかも、半導体基板から個々の半導体チップ４１に切り出した後に上述の切削加工を実行するため、ＴＴＶを制御する工程を省略することができ、工程数削減に寄与する。

［変形例２］
次いで、本実施形態の変形例２について説明する。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、変形例２による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、図１３Ａに示すように、第１の実施形態の裏面研削をすることなく、ＬＳＩ素子等が搭載され、高さの異なる（未だ高さにバラツキのある）複数のバンプ、ここではＡｕバンプ４２が形成されてなる半導体基板から、個々の半導体チップ４１を切り出す。

続いて、半導体チップ４１の表層を機械加工、ここでは第１の実施形態と同様にダイヤモンド等からなるバイトを用いて切削加工し、各Ａｕバンプ４２の表面表面が連続して平坦となるように平坦化処理する。これにより、各Ａｕバンプ４２の高さが均一化されるとともに、上面が鏡面状に平坦化される。

続いて、図１３Ｂに示すように、平坦化処理された半導体チップ４１を２つ一組で一対の半導体チップ４１とし、一方の半導体チップ４１の表面にＡｕバンプ４２を完全に埋め込む厚みに、絶縁性の樹脂に導電性微粒子４５を含有する樹脂層４４を形成する。

続いて、一対の半導体チップ４１を対向させ、Ａｕバンプ４２の平坦化された上面同士で両者を電気的に接続する。具体的には、一対の半導体チップ４１を上面同士で対向するように配置し、室温〜３５０℃、ここでは１７０℃程度で圧着させる。ここで、熱圧着により対向するＡｕバンプ４２同士が導電性微粒子４５を介して接触し、電気的に接続される。各上面は共に高精度に平坦化されているため、従来のように高温・高圧等を要することなく、一対の半導体チップ４１を容易に接続することができる。更に、樹脂層４４の樹脂が一対の半導体チップ４１の密着性及び電気的接続を確実にするとともに、電極４２等を保護するアンダーフィルとして寄与する。

このように、本変形例２によれば、ＣＭＰに替わり、半導体チップ４１上に形成された微細なＡｕバンプ４２の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、一対の半導体チップ４１におけるＡｕバンプ４２の接続を容易且つ確実に行うことが可能となる。これにより、Ａｕバンプ４２同士の高温・高圧等の条件を要しない接続が可能となり、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く製造することができる。しかも、半導体基板から個々の半導体チップ４１に切り出した後に上述の切削加工を実行するため、ＴＴＶを制御する工程を省略することができ、工程数削減に寄与する。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。第１の実施形態では、半導体基板に外部接続用のバンプを形成する場合について例示したが、本実施形態ではワイヤボンディング法を用いたスタッドバンプを形成する場合について開示する。
図１４Ａ〜図１４Ｆは、本実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

先ず、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、図１Ａと同様に素子形成部位にＬＳＩ半導体素子と電極パッド等の形成された半導体基板５１の裏面を研削し、半導体基板５１の厚みを一定、具体的にはＴＴＶ（基板の最大厚みと最小厚みとの差）を１μｍ以下に制御する。

ここで、前記研削工程においては、半導体基板５１の裏面を研削した後に、スパッタ法等により半導体基板５１上に金属膜、例えばＡｌ膜を形成し、これをパターニングすることにより、電気的接続箇所となる部位に電極パッド５２を形成しても良い。

続いて、図１４Ｃに示すように、金属としてＡｕを用いたワイヤボンディング法により、例えば２０μｍ径のＡｕボンディングワイヤの先端を溶融して形成したボール状の塊を電極パッド５２上に圧着した後、当該ワイヤを引きちぎり（プレカット）、電極パッド５２上にＡｕ突起５３を形成する。このとき、各Ａｕ突起５３の電極パッド５２からの高さをボンディングワイヤ径の２倍以上、ここでは６０μｍ程度となるように規定する。この場合、実際にはＡｕ突起５３の高さにはバラツキがあり、５０μｍ〜６０μｍ程度であれば良い。

続いて、図１４Ｄに示すように、ダイヤモンド等からなるバイト１０を用いて切削加工し、各Ａｕ突起５３の上面が連続して平坦となるように平坦化処理し、スタッドバンプ５４を形成する。ここでは、切削位置を電極パッド５２から例えば５０μｍ程度の高さとする。切削条件は切削速度１０ｍ／ｓ、１回当たりの送りを２０μｍ程度とし、最初の切削位置から２μｍずつ追い込んでゆく。これにより、図１４Ｅに示すように、Ａｕ突起５３の上面が鏡面状に平坦化され、スタッドバンプ５４が形成される。

この切削加工による平坦化方法はＣＭＰと比べてスラリーなどが必要なく、切削工具であるバイトはたとえ摩耗を起こして研磨して繰り返し使用できるので、コストが安い。チャックテーブルにチャッキングした半導体基板を高速回転させ、その上でバイトを所定の速度で移動させて、任意の切り込み量を一度に切削するため、半導体基板１枚当たり１〜２分間で終了可能であり、非常にスループットの高い方法である。バイトによる切削加工では、切削条件を適切にすることにより、Ａｕのボンディングワイヤを用いたスタッドバンプの突起なども、突起の先端部で切削した場合でも、突起の傾きや折れなどのない平面出しが可能である。しかしながら、３０Ｈｖ以下の硬度であると、切削時に突起の傾きが生じる恐れがあるため、ワイヤの硬度は３０Ｈｖ以上であることが望ましい。

本実施形態では、切削加工の終点として、全てのスタッドバンプについて、切削面の径がワイヤ径と同等以上になった時点とする。通常、スタッドバンプはプレカット後の高さにばらつきが大きく、全てのスタッドバンプで切削面の径がワイヤ径と同等以上になった点を確認するのは困難である。切削方法としては、バイトが最も高いバンプに接触した点から１〜３μm位ずつ追い込んでゆき、全てのバイトの切削面を出すことが適当であるが、毎回拡大されたカメラ画像等で確認するのは非効率的である。

そこで本実施形態では、図１５Ａに示すように、終点検出方法として、レーザ発信器６１及び検出器６２を備える検出装置を用いて、切削加工後のスタッドバンプ５４の上面にレーザビームを操引し、当該上面にて反射したレーザを検出器６２で検出する方法を採用する。

そして、図１５Ｂに示すように、検出されたレーザ強度が全てのＡｕ突起５３にて所定の強度に達するまで加工を繰り返す。この検出装置は切削工具の進行方向後方に設置され、切削工具と同期して進行することが望ましい。スタッドバンプ５４の上面（切削面）はほぼ鏡面とされているため、レーザ光などは全反射する。切削工具と同期している場合、切削工具の進行速度に比例して遅延が生ずるため、厳密には全ての反射光が検出されるとは限らないが、切削速度は速くとも１０数ｍ／ｓであるため、ほぼ検出されると見なして良い。

本実施形態では、バイトの後部からバイトの進行と同期して動くレーザ発信器６１及び検出器６２により、平坦化されたＡｕ突起５３の上面から反射されたレーザ光強度を測定しながら追い込んでゆき、例えば４６μｍの高さで全てのＡｕ突起５３の上面が露出されたことを感知し、切削を終了とした。

ここで、図１５Ｃに示すように、切削加工が不充分である場合や、切削面の径がワイヤ径以下である場合には、切削面以外の箇所に当たったレーザ光は乱反射し、検出器に検出されない。そのため、図１５Ｄに示すように、検出されたレーザ光強度はボンディングワイヤと同径まで切削された面よりも弱くなる。このようなスタッドバンプが一箇所でも確認された場合には、自動的に更に１μｍ〜２μｍ程度追い込み、最終的に全バンプで一定量以上のレーザ光強度が検出されるまで切削する。これにより、未切削又は切削不足による接続不良を防止することができるとともに、加工時間の大幅な短縮が可能となる。

そして、図１４Ｆに示すように、半導体基板５１から各半導体チップ５５を切り出し、例えばフリップチップ法により、半導体チップ５５と回路基板５６とを接続する。具体的には、半導体チップ５５の上面平坦化されたスタッドバンプ５４と、回路基板５６の表面に形成された電極５７とを対向させて接触させ、加圧及び加熱により両者を接合する。なおこの場合、回路基板５６の電極５７もスタッドバンプ５４と同様に、上述した切削加工により平坦化した後、フリップチップ接続するようにしても好適である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＭＰに替わり、半導体基板５１上に形成された微細なスタッドバンプ５４の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、スタッドバンプ５４の接続を容易且つ確実に行うことが可能となる。これにより、バンプ同士の高温・高圧等の条件を要しない接続が可能となり、信頼性の高い半導体装置を歩留まり良く製造することができる。しかも、切削平坦化後におけるスタッドバンプ５４の高さを、ワイヤ径を規定しない場合に比べて１．５倍以上とすることができ、半導体素子への応力を緩和することが可能となり、デバイス寿命を延ばすことが可能となる。更に、切削における平坦面はワイヤ径と同等以上であるため、同じワイヤ径でも２倍以上の接合強度を得ることができる。また、従来と同程度の接合強度で充分な場合には、ワイヤ径を細くすることができるため、バンプピッチを狭めることが可能なうえ、ボンディングワイヤにかかるコストを下げることが可能となる。

［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態について説明する。ここでは、いわゆるＴＡＢボンディング法による半導体装置を例示する。
図１６及び図１７は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。

この半導体装置を製造するには、先ず第１の実施形態と同様に、図１及び図２に示す諸工程を経て、素子形成部位にＬＳＩ半導体素子等の形成された半導体基板１の電極７１上に下地金属膜７２を介して、高さが均一であり、各Ａｕ突起２が切削加工されて上面３ａが一様に平坦化されてなるバンプ３を形成する。ここで、半導体基板１のバンプ３の周囲には絶縁性の保護膜７３が形成されている。

続いて、バンプ３の上面にプローブを接触させることにより、半導体基板１の半導体素子等の電気的特性を検査する。ここで、従来では、当該検査の際にはバンプの凹凸や汚染の存するメッキ終端面にプローブを接触させていたため、安定した接触が得られず、プローブの先端が当該凹凸部位で引っ掛り破損するというトラブルもあった。これに対して本実施形態では、上述の切削加工により高度に平坦化及び清浄化されたバンプ３の表面にプローブを接触させるため、極めて安定な状態で検査を行うことができる。

続いて、この半導体基板１から個々の半導体チップ２１を切り出した後、図１６に示すように、ＴＡＢボンディング法により半導体チップ２１の接続を行う。
具体的には、銅箔７５からなりＡｕの表面処理が施されてＡｕ膜７６が形成されており、一端に位置する箇所が接続部位に該り、他端に樹脂層７７が設けられてなるＴＡＢリード７４を用意する。そして、半導体チップ２１をボンディングステージ８０上に載置固定して、半導体チップ２１の平坦化及び清浄化されたバンプ３の上面にＴＡＢリード７４の接続部位のＡｕ膜７６を接触させ、ヒータ７８により加熱しながら加圧し、両者を接合する。ここで、加熱温度は２００℃程度の比較的低温で良く、接着荷重も約２０ｇと従来の２／３程度に低減が可能となる。結果として４０μｍピッチ以下の微細ピッチのＴＡＢリードを位置ずれなく接続することが可能となる。

しかる後、図１７に示すように、半導体チップ２１をボンディングステージ８０から外し、バンプ３とＴＡＢリード７４との接続部位を含む半導体チップ２１の表面を覆うように封止樹脂７９を形成し、半導体装置を完成させる。

なお、本実施形態では、バンプとしてメッキバンプを形成する場合を例示したが、ワイヤボンディング法によるスタッドバンプを形成するようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＭＰに替わり、半導体基板１上に形成された微細なバンプ３の表面を、ディッシング等の不都合を発生させることなく安価に高速で平坦化し、バンプ３の接続を容易且つ確実に行うことが可能となる。これにより、バンプとリード端子との高温・高圧等の条件を要しない確実な接続が可能となり、信頼性の高いＴＡＢボンディングタイプの半導体装置を歩留まり良く製造することができる。

［第６の実施形態］
次に、第６の実施形態について説明する。ここでは、上述した諸実施形態を実行するに際して、一対の基体（ここでは、フリップチップ法による半導体チップ及び回路基板を例示する。）について、上述の切削加工工程及び接合工程を実行するための装置構成を開示する。

図１８は、本実施形態による半導体製造装置を示す模式図である。
この半導体製造装置は、表面にバンプの形成された半導体チップを導入するためのチップ導入部８１と、表面に電極の形成された回路基板を導入するための回路基板導入部８２と、上述したバイトを用いた切削加工により半導体チップのバンプ表面を平坦化する工程を実行する切削部８３と、半導体チップと回路基板とを平坦化されたバンプと電極とで接合する工程を実行する接合部８４と、接合され一体化されてなる半導体装置を搬出するための搬出部８５とを備えており、更に、切削部８３及び接合部８４を不活性雰囲気で包含する清浄化保持部８６を有して構成されている。ここで、切削部８３では、半導体チップのみならず回路基板の電極表面も同様に切削加工により平坦化するようにしても良い。

清浄化保持部８６は、平坦化工程と接合工程を共に清浄化雰囲気、具体的には不活性雰囲気内、例えばＡｒやＮ₂等の酸素を含まない気相中、又は酸素を含む１ａｔｍ以下の雰囲気中に保持する機能を有している。これにより、接合工程の直前にＡｒプラズマ等を用いた清浄化工程を付加することなく、比較的容易に理想に極めて近い平坦化状態を維持することができ、バンプと電極の確実な接合が可能となる。

なお、本実施形態では、フリップチップ実装を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、半導体チップと半導体ウェーハ、半導体チップ同士等の接合に利用しても好適である。

本発明によれば、ＣＭＰに替わり、基板上に形成された微細なバンプの表面を安価に高速で平坦化し、バンプ同士の接続を、ディッシング等の不都合を発生させることなく容易且つ確実に行うことが可能となる。

図１Ａは、第１の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１Ｂは、第１の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１Ｃは、第１の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１Ｄは、第１の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図２Ａは、第１の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図２Ｂは、第１の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図３Ａは、切削加工による平坦化の結果を示す図である。 図３Ｂは、切削加工による平坦化の結果を示す図である。 図４Ａは、切削加工による平坦化の具体例を示す概略断面図である。 図４Ｂは、切削加工による平坦化の具体例を示す概略断面図である。 図５は、切削加工による平坦化の具体例を示す概略断面図である。 図６は、切削加工装置の構成を表したブロック図である。 図７は、切削加工装置の概略構成図である。 図８は、切削加工工程のフロー図である。 図９Ａは、第２の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略平面図である。 図９Ｂは、第２の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略平面図である。 図９Ｃは、第２の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略平面図である。 図１０Ａは、第２の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｂは、第２の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｃは、第２の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｄは、第２の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｅは、第２の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｆは、第２の実施形態によるバンプの形成方法を工程順に示す概略断面図である。 図１１Ａは、第３の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１１Ｂは、第３の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１２Ａは、第３の実施形態の変形例１による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１２Ｂは、第３の実施形態の変形例１による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１２Ｃは、第３の実施形態の変形例１による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１３Ａは、第３の実施形態の変形例２による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１３Ｂは、第３の実施形態の変形例２による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１３Ｃは、第３の実施形態の変形例２による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ａは、第４の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｂは、第４の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｃは、第４の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｄは、第４の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｅは、第４の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｆは、第４の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１５Ａは、第４の実施形態による切削終点検出方法を示す図である。 図１５Ｂは、第４の実施形態による切削終点検出方法を示す図である。 図１５Ｃは、第４の実施形態による切削終点検出方法を示す図である。 図１５Ｄは、第４の実施形態による切削終点検出方法を示す図である。 図１６は、第５の実施形態半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。 図１７は、第５の実施形態半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。 図１８は、第６の実施形態による半導体製造装置を示す模式図である。

Claims (27)

1. 基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプを形成する方法であって、
   前記基板の表面に、複数の前記バンプ及び前記バンプ間に絶縁膜を形成する工程と、
   バイトを用いた切削加工により、前記各バンプの表面及び前記絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、
   前記絶縁膜を除去する工程と
   を含み、
   前記基板の表面を基準として、前記基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
   前記基板の前記裏面を基準として、前記バンプの表面及び前記絶縁膜の表面の前記平坦化処理を行うことを特徴とするバンプの形成方法。
2. 前記バンプを形成するに際して、
   前記絶縁膜を加工して電極形状の複数の開口を有するマスクを形成した後、前記マスクの前記各開口を導電材料で埋め込むことを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
3. メッキ法により、前記マスクの前記各開口を前記導電材料で埋め込むことを特徴とする請求項２に記載のバンプの形成方法。
4. 前記バンプをニッケル系無電解メッキ法により形成し、
   前記バンプの表面を前記切削加工する際に、前記ニッケル系無電解メッキ法により前記バンプに表層に生成された高リン濃度の層を除去することを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
5. 前記バンプをニッケル系無電解メッキ法により形成した後、前記バンプを覆うように前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項４に記載のバンプの形成方法。
6. 前記基板にはＬＳＩ素子が設けられており、前記バンプが前記ＬＳＩ素子と接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
7. 前記基板上で同一の高さとなるように、前記バンプの表面を前記切削加工することを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
8. 複数の前記基板に前記各工程を実行し、前記各基板の厚みを同一に均一化することを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
9. 前記バンプの表面及び前記絶縁膜の表面を平坦化処理するに際して、
   前記裏面を基準に前記半導体基板の平行出しを行うとともに、前記表面の位置を検出し、検出された前記表面から削り量を算出して制御することを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
10. 前記基板の前記表面の位置を検出する際に、前記表面の周辺部位の複数箇所における絶縁膜にレーザ光を照射して絶縁物を加熱飛散させ、前記表面の一部を露出させることを特徴とする請求項９に記載のバンプの形成方法。
11. 前記基板の前記表面の位置を検出する際に、前記裏面に赤外レーザ光を照射し、前記表面からの反射光を測定することを特徴とする請求項９に記載のバンプの形成方法。
12. 一対の半導体基板の各表面に、絶縁膜内に埋め込まれるように各バンプを形成する工程と、
    バイトを用いた切削加工により、前記各バンプの表面及び前記絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、
    前記絶縁膜を除去する工程と、
    前記各半導体基板を、前記各バンプの平坦化された前記表面同士を対向させて接続し、一体化する工程と
    を含み、
    前記半導体基板の表面を基準として、前記半導体基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
    前記各半導体基板の前記裏面を基準として、前記バンプの表面及び前記絶縁膜の表面の前記平坦化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 前記各半導体基板にはそれぞれＬＳＩ素子が設けられており、前記各半導体基板上で前記各バンプが前記各ＬＳＩ素子と接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプを形成する方法であって、
    前記基板の表面に、複数の前記バンプを形成する工程と、
    バイトを用いた切削加工により、前記複数のバンプの表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と
    を含み、
    前記基板の表面を基準として、前記基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
    前記基板の前記裏面を基準として、前記バンプの表面の前記平坦化処理を行うことを特徴とするバンプの形成方法。
15. 一対の半導体チップの各表面に、それぞれ複数の前記バンプを形成する工程と、
    バイトを用いた切削加工により、前記複数のバンプの表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、
    前記複数のバンプの表面が平坦化された前記一対の半導体チップを、前記各バンプ同士が対向するように接続して一体化する工程と
    を含み、
    前記一対の半導体チップの各表面を基準として、各裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
    前記裏面を基準として、前記切削加工により前記バンプの表面の前記平坦化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 前記バンプを形成した後、前記バンプを覆うように樹脂膜を形成し、前記切削加工により、前記各バンプの表面及び前記樹脂膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理することを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 半導体基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプであり、ワイヤボンディング法を用いたスタッドバンプを形成する方法であって、
    前記半導体基板の表面の電気的接続箇所にボンディングワイヤを用いて複数の突起部を形成する工程と、
    バイトを用いた切削加工により、前記複数の突起部の上面が連続して平坦となるように平坦化処理し、前記スタッドバンプを形成する工程と
    を含み、
    前記半導体基板の表面を基準として、前記半導体基板の裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
    前記半導体基板の前記裏面を基準として、前記複数の突起部の上面の前記平坦化処理を行うことを特徴とするバンプの形成方法。
18. レーザ発信器及び検出器を備えた検出装置を用い、前記切削加工後の前記突起部の前記上面にレーザビームを操引し、前記上面にて反射したレーザ光を前記検出器により検出する方法により、検出されたレーザ光の強度が全ての前記突起部について所定値に達するまで、前記切削加工を繰り返し実行することを特徴とする請求項１７に記載のバンプの形成方法。
19. 前記検出器を前記バイトの進行方向の後方に設置し、前記バイトの動作と同期するように前記検出器を移動させることを特徴とする請求項１８に記載のバンプの形成方法。
20. 前記複数の突起部を覆うように保護膜を形成する工程と、
    前記切削加工により、前記複数の突起部の上面及び前記保護膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理した後、前記保護膜を除去する工程と
    を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載のバンプの形成方法。
21. 半導体基板の表面に複数のバンプを形成する工程と、
    バイトを用いた切削加工により、前記複数のバンプの表面が連続して平坦となるように平坦化処理する工程と、
    前記複数のバンプの表面が平坦化された前記半導体基板から、各半導体チップを切り出す工程と、
    前記半導体チップの前記バンプとリード端子の一端部とを接続する工程と
    を含み、
    前記半導体基板の表面を基準として、裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
    前記裏面を基準として、前記切削加工により前記バンプの表面の前記平坦化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
22. 半導体基板の表面の電気的接続箇所にワイヤボンディング法を用いた複数の突起部を形成する工程と、
    バイトを用いた切削加工により、前記複数の突起部の上面が連続して平坦となるように平坦化処理し、スタッドバンプを形成する工程と、
    複数のスタッドバンプの形成された前記半導体基板から、各半導体チップを切り出す工程と、
    前記半導体チップの前記スタッドバンプとリード端子の一端部とを接続する工程と
    を含み、
    前記半導体基板の表面を基準として、裏面を機械加工により平坦化処理する工程を更に含み、
    前記裏面を基準として、前記切削加工により前記バンプの表面の前記平坦化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
23. 前記バンプの表面を平坦化した後、前記リード端子と接続する前に、前記バンプの表面に試験用針を接触させて検査を行う工程を更に有することを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
24. 基板の表面に外部と電気的接続を行うためのバンプを形成する際の基板処理装置であって、
    平坦な支持面を有しており、基板をその一面で前記支持面に吸着させ、前記一面を強制的に平坦な基準面として支持固定する基板支持台と、
    前記基板の他面を切削加工するバイトと
    を含み、
    表面に複数の前記バンプ及び前記バンプ間に絶縁膜が形成されてなる基板を前記基板支持台に支持固定し、前記バイトを用いた切削加工により、前記各バンプの表面及び前記絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理するものであって、
    前記基板支持台により前記基板の表面を基準面として、前記バイトにより前記基板の裏面を切削加工した後、前記基板支持台により前記基板の前記裏面を基準面として、前記バイトにより前記基板の前記表面を切削加工し、前記各バンプの表面及び絶縁膜の表面が連続して平坦となるように平坦化処理することを特徴とする基板処理装置。
25. 前記裏面を基準に前記半導体基板の平行出しを行うとともに、前記配線形成面の位置を検出し、検出された前記配線形成面から削り量を算出して制御することを特徴とする請求項２４に記載の基板処理装置。
26. 前記配線形成面の位置を検出する際に、前記配線形成面の周辺部位の複数箇所における絶縁膜にレーザ光を照射して絶縁物を加熱飛散させ、前記配線形成面の一部を露出させることを特徴とする請求項２５に記載の基板処理装置。
27. 前記配線形成面の位置を検出する際に、前記裏面に赤外レーザ光を照射し、前記配線形成面からの反射光を測定することを特徴とする請求項２５に記載の基板処理装置。

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