JPH0439930A - 集積回路装置チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路装置チップの製造方法、とくにフリッ
プチップとして知られている外部接続用にハンプ電極を
備える集積回路装置チップに適する製造方法に関する。

〔従来の技術］ 近年における集積回路の高集積化技術の進展二二は著し
いものがあり、最近では小面積のチップに単に多数の回
路要素を作り込むだけでなく、外部負荷を直接駆動する
出力回路をも組み込んだ集積回路装置が製作され、例え
ばプリンタの印字素子や表示装置の画素の駆動に用いら
れている。集積回路装置の集積度向上にはその各回路要
素用拡散パターンの微細化はもちろん、回路要素間を接
続する配線膜も微細化や多層化をして薄膜積層構造内で
絶縁する必要があるが、各膜厚を薄く積層数を増やすに
つれ内部応力が高まりクランクが発生しやすくなり、上
述の負荷の直接駆動用では内部発熱によりこれが一層促
進されやすい。

また、集積度が高くとくに外部接続点数が多い小形の集
積回路装置では、実装に要するスペースと手間を節約す
るため接続点としてバンブ電極を備える上述のフリップ
チップとするのが有利であるが、その実装時やその後の
温度変化時の熱応力により薄膜積層構造内にクラックが
発生することがある。かかる原因のいずれによるにせよ
、集積回路装置チップの配線膜を含む薄膜積層構造内に
クラックが発生すると、遅速の差はあれ動作特性が低下
し最終的には破壊のおそれがある。

さて、この薄膜積層構造内の最外層には、よく知られて
いるように気密性の高い窒化シリコン膜を用いるのがふ
つうであるが、その硬度が高くてチップをウェハから単
離する際のスクライプ作業に不利なため、ウェハ内の各
チップ領域の相互間に置かれるスクライプゾーンは窒化
シリコン膜で覆わないのが通常である。しかし、窒化シ
リコンの膜端からクランクが発生し進行しやすいため、
最近ではスクライプゾーンもこの窒化シリコン膜で覆う
第５図の構造のものが知られている。

第５図は多数個の集積回路が相互間にスクライプゾーン
Ｓｚを置いて作り込まれたウエノ＼１０の要部拡大断面
で、このウェハ１０をスクライプラインＳＬに沿って割
ることによりチップ６０が単離される。

また、この従来例ではチップ６０はバンブ電極５０を外
部接続用に備えるＣＭＯ３集積回路のフリップチップで
、図にはその回路要素を代表してトランジスタＴが示さ
れている。

図示のようにこの例ではｎ形の基板１ないしはエピタキ
シャル層の表面に回路要素間の分離用に厚い酸化膜２が
付けられている。トランジスタＴはこの例ではｎチャネ
ル電界効果トランジスタであって、通例のようにｐ形の
ウェル３と、ゲート酸化膜４と、ゲート５と、ｐ形のサ
ブストレート接続層６と、１対のｎ形のソース・ドレイ
ン層７からなる。そのゲート５上を含めていわゆる層間
絶縁膜用に例えば燐シリケートガラス膜２０が付けられ
、その上にドレイン層７と接続する配線１ｌ１３１とサ
ブストレート接続層６とソース層７に接続する配線膜３
２が配設されている。

もちろん、多層配線の場合かかる配線膜は相互間に眉間
絶縁膜としての酸化シリコン膜や燐シリケートガラス膜
を挟み２層以上に配設されるが、図には簡略化のため１
層配線の場合を示す、前述のように、かかる薄膜積層構
造の最外層の保護膜としては窒化シリコン膜４０がふつ
う用いられ、燐シリケートガラス膜２０および配線膜３
１と３２をこれにより覆うが、この第５図の従来例では
図のようにスクライブゾーンＳＺの上もこれで覆い、窓
明けはバンブ電極５０を設ける個所のみとする。

第４図にスクライプラインＳＬに沿って単離されたチア
プロ０の端部をバンブ電極５０を含めた拡大図で示す、
バンブ電極５０は薄い下地膜５１とその上に電解めっき
法により成長されるバンプ金属５２からなる。なお、下
地膜５１を例えばチタン膜と銅膜からなる２層構成とし
、この内の下側のチタン膜をウェハ全面を覆うめっき電
極膜としてその上側の個別パターンの銅膜上にバンプ金
属５２を成長させた後に、チタン膜をエツチングにより
取り除いて図示の状態とするのがふつうである。

かかるバンブ電極５０を備えるフリップチップの場合、
スクライプゾーンＳＺを上のように窒化シリコン膜４０
で覆うことによってバンプ金属５２の成長高さを均一化
できる利点が得られる。そうでない場合、スクライブゾ
ーンＳＺで下地膜５１のチタン膜が基板１に導電接触し
、第５図のバンブ電極５０から接続膜３２を経てウェル
６と基板１の間のｐｎ接合を順方向に通りスクライブゾ
ーンＳｚ上のチタン膜に至るめっき電流に対する異常な
側路ができるので、バンブ電極５０ごとにめっき電流が
ばらついてバンプ金属５２の成長高さが不揃いになりや
すいからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のようにスクライプゾーン上をも窒化シリコン膜で
覆うことにより、スクライプ作業は若干むつかしくなる
が、膜端がなくなるので薄膜積層構造内にクラックが発
生するおそれを減少させ、かつ上のようにフリップチッ
プではバンブ電極の高さを均一化できるが、なおりラン
ク発生のトラブルを根絶できなかった。

これは、第４図に示すように窒化シリコン膜４０自体に
クランクＣ１が発生することがあるためで、かかるクラ
ンクはいわゆる段差部１例えば図のようにスクライブゾ
ーンＳＺに隣接する燐シリケートガラス膜２０の膜端に
基づく段差部で発生することが多い、また、フリップチ
ップの場合、段差部にかかるクランクＣ１があると、図
示のようにバンプ電極５０の付は根の下地膜５１の端の
下側の窒化シリコン膜４０にクラックＣ２が誘発されや
すい、かかるクラックＣ１やＣ２はさらに内部にまでは
進行しないものの、そこから外気とくに水分が侵入しや
すくなるので、長期間使用後の特性低下や破壊発生のト
ラブルの原因となる。このクランク発生の原因は窒化シ
リコンが緻密であるが固くて若干脆い点にあると考えら
れるが、気密性の点でこれに替わり得るものはないのが
現状である。

このため本発明の目的は、窒化シリコン膜による優れた
気密性を保ち得るよう、クラック発生を有効に防止でき
る集積回路装置チップの製造方法を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明方法によれば、ウェハに複数個作り込
みウェハをスクライブラインに沿い割ることにより各チ
ップに単離する集積回路装置を、ウェハの全面に燐シリ
ケートガラス膜を配線膜に対する下側膜として被着する
工程と、ドライエツチング法によって燐シリケートガラ
ス膜に各集積回路に対する配線窓と、スクライブゾーン
の中央部に対するエツチングの終了点検出用のモニタ窓
とを同時に開口する工程と、燐シリケートガラス膜上に
各集積回路装置に対して配線膜を配設する工程と、ウェ
ハ全面に保護膜用に窒化シリコン膜を被着する工程と、
配線膜の所定個所の上の窒化シリコン膜に集積回路の外
部との接続用に接続窓を開口する工程と、スクライブゾ
ーン内でウェハをスクライブしかつ割ってチップ状態に
単離する工程とを経て製造することにより達成される。

なお本発明の有利な態様として、窒化シリコン膜を成長
温度を切り変えながら２層に成長させるのがさらに望ま
しい。

〔作用〕

本発明方法では上記構成からもわかるように、（ａ）ま
ず燐シリケートガラス膜をウェハ全面に被着した後、こ
れに対する窓明は工程では集積回路に対する配線窓とス
クライブゾーンの中央部に対するモニタ窓を開口するだ
けとして、窒化シリコン膜にクラックが発生しゃすいス
クライブゾーンの両側の段差部に対しては燐シリケート
ガラス膜をそのまま残して置き、その比較的柔らかな性
質を利用してその上に被着される窒化シリコン膜に掛か
りやすい応力を緩和してクラックの発生を有効に防止す
るとともに、 （ｂ）この燐シリケートガラス膜に対するドライエツチ
ング法による窓明は工程において、スクライブゾーンの
中央部に開口するモニタ窓を後述のようにエツチングの
終了点検出に利用しながら、集積回路に対する配線窓を
オーバエツチングすることなくかつドライエツチングが
もつ優れた異方性を利用しながら正確に開口するように
したものである。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は第５図に対応するウェハ断面について本発明による
集積回路装置子ノブの製造方法をその主な工程ごとの状
態で示すもので、第５図と同じ部分には同じ符号が付け
られている。

第１図（ａ）は燐ソリケートガラス膜の被着工程であっ
て、集積回路用にｎチャネル電界効果トランジスタＴ等
を作り込んだウェハ１０の全面に燐シリケートガラス膜
２０をプラズマＣＶＤ法により１層程度の厚みに被着す
る。この成膜は通例のようにフォスフインを７％程度添
加したシランと酸素の混合ガス中のＩ　Ｔｏｒｒ、　４
００℃前後の条件でＣＶＤ成長させ所定の熱処理を施す
ことでよい。

第１図（ｂ）は燐シリケートガラス膜２０への窓明は工
程であって、ドライエツチング法、望ましくは５〜１０
％の酸素を含むＣＨＦ５ガス中のりアクティブイオンエ
ツチング法による異方性エツチング条件で集積回路用の
配線窓２１とスクライブゾーン内ｚ内のモニタ窓２２を
開口する。

第２図にスクライプラインＳｚ内のモニタ窓２２の開ロ
バターン例を示す。この例では多数のモニタ窓２２がス
クライプゾーンＳｚの中央部付近に２列に配列されてお
り、本発明ではこれらモニタ窓２２の総面積をスクライ
ブゾーンＳＺの面積の５０％程度にするのが有利である
。

すなわち、リアクティブイオンエツチング中は通例のよ
うに例えば燐シリケートガラス２０の分解ガスに含まれ
るＣＯが発する　３９６ｎ−のスペクトル線を検出し、
その消失をもってエツチング終了点とするのがふつうで
あるが、モニタ窓２２の総面積を上述のように選ぶこと
により特性スペクトル線の消失時期、従ってエツチング
終了点を正確に検出して、集積回路の配線窓２１内のソ
ース・ドレイン層７等の浅い拡散層に対するオーバエツ
チングを防止することができる。

またこの窓明は工程では、ドライエツチングないしりア
クティブイオンエツチングが特質とする異方性エツチン
グを利用することにより配線窓２１を正確な形状と寸法
で開口できる。

第１図（Ｃ）は配線工程であって、ウェハ１０の全面に
１層程度のシリコンを含むアルミ等の金属を例えば０．
５〜１ｎの厚みに被着し、そのフォトエツチングにより
各集積回路に対して上述の配線窓２１内で導電接触する
配線膜３１と３２を形成する０図示の例ではソース層７
に接続された配線膜３】は集積回路の内部配線用で、サ
ブストレート接続層６とドレイン層７とに接続された配
線膜３２はその外部接続用である。

第１図（ロ）は窒化シリコン膜の被着工程であり、ウェ
ハｌＯの全面に窒化シリコン膜４０を通常のようにプラ
ズマＣＶＤ法によりシランとアンモニアとを含む反応ガ
スを用いて例えば０．５■Ｔｏｒｒ、　３００°Ｃの条
件で１〜１．５　ｎ程度の厚みに成長させ、スクライブ
ゾーンＳＺもこれで覆う。

次の同図（ｅ）はこの窒化シリコン膜４０に対する窓明
は工程であって、通例のようにふっ素糸ガスを用いるド
ライエツチング法によって各集積回路の外部接続用の配
線膜３２の端部に接続窓４１をこの例ではバンプ電極用
に開口する。

第１図（ｆ）はバンプ電極の成長工程であって、まず前
述のようにバンプ電極５０用の下地膜５１として例えば
０．２ｎ程度のチタン膜と０．４ｎ程度の銅膜をウェハ
１０の全面にスパッタ法等により被着し、銅膜をフォト
エツチングにより各ハンプ電極５０のサイズにパターン
ニングし、ウェハ１０の全面上に銅膜のみを露出させる
ようにフォトレジスト膜で覆った後に、チタン膜をめっ
き電極膜としフォトレジスト膜をめっき用マスクとして
、金や銅等のバンプ金属５２を電解めっき法により所定
の高さにまで成長させる。

第２図はこの状態におけるウェハ１０の上面図であって
、バンプ電極５０は例えば図示のパターンで配列される
。なお、第１図は第２図のＹ−Ｙ矢視断面に相当する。

第１図（ｇ）はチップの単離工程であって、同図（ｆ）
のウェハ１０をスクライプラインＳＬに沿って通例のよ
うにカッタでスクライプした後に僅かに圧力を掛けて割
ることによって、ごく簡単に各集積回路装置のチップ６
０に単離することができる。

第３図はこのように単離された状態のチップ６０の端部
を第４図と対応する拡大断面で示すものである。本発明
では、スクライブゾーンＳＺに隣接する段差部の窒化シ
リコン膜４０の下に燐シリケートガラス膜２０が配置さ
れており、その応力緩和作用により窒化シリコン膜４０
に第４図の場合のようなりランクＣ１やＣ２の発生が防
止される。

以上説明した実施例により、窒化ンリコン膜のクラック
発生問題がほぼ根絶されるが、本発明のさらに有利な第
２の実施例として第１図（（１）の工程で被着する窒化
シリコン膜４０を成長温度を切り換えながら内部応力が
互いに異なる２層複合構造に成長させることによって、
その対クラック強度を上げることができる。

かかる２層の成膜には、上述と同様なプラズマＣＶＤ法
によりまず１層目を２５０”Ｃ程度の温度で例えば０．
７ｎの厚みに成長させ、その表面をスクラバ等によって
清浄化しかつ充分に乾燥させた上で、２層目を３５０　
’Ｃ程度の温度で例えば１．４ｎの厚みに成長させる。

このように２層の成長温度を互いに変えることにより、
内部応力はいずれについても圧縮性ではあるが低温成長
された１層目が５　ｘ　１０”　ｄｙｎｅ／　ｃｊ程度
、高温成長された２層目が１０”　ｄｙｎｅ／ｃｊ程度
となり、いわば合わせガラスの原理によりががる複合窒
化シリコン膜４０の対クランク強度を著しく向上できる
。経験的には、かかる複合構造の窒化シリコン膜は第４
図のハンプ電極５０の付は根付近のクラックＣ２に対す
る防止効果がとくに高いことが認められている。

以上のいずれの実施例によっても、最も条件が不利とさ
れているフリップチップの窒化シリコン膜のクランク発
生をほぼ根絶することができ、これが加速熱サイクル試
験や高温下の実装試験により実証されている。

以上説明した実施例に限らず、本発明は種々の１１様で
実施をすることができる０例えば、通常の接続バンドを
備える集積回路装置チップに対しても本発明を適用でき
る。また、実施例中の具体的な数値はあくまで一例であ
る。

〔発明の効果］ 本発明方法では、ウェハの全面に燐シリケートガラス膜
を配線膜の下側膜用に被着する工程と、燐シリケートガ
ラス膜にドライエツチング法により各集積回路装置に対
する配線窓と、スクライプゾーンの中央付近に対しエツ
チング終了点検出用モニタ窓を同時に開口する工程と、
燐シリケートガラス膜上に集積回路装置に対する配線膜
を配設する工程と、ウェハの全面に保護膜用に窒化シリ
コン膜を被着する工程と、配線膜の所定個所上の窒化シ
リコン膜に集積回路の外部接続用に接続窓を開口する工
程と、ウェハをスクライプゾーン内でスクライプしかつ
割ってチップの状態に単離する工程とを経て集積回路装
置チップを製造することにより、次の効果を得ることが
できる。

（萄最もクラックが発生しやすいスクライプゾーンの隣
接段差部の窒化シリコン膜下に燐シリケートガラス膜を
置いて、その柔らかな性質を利用して窒化シリコン膜に
掛かる過大な応力を有効に緩和してクランクの発生をほ
ぼ根絶できる。

（５）スクライプゾーン中央部の燐シリケートガラス膜
にモニタ窓を開口することにより、窓明は中のドライエ
ツチングの終了点を正確に検出でき、これと同時に窓明
けする集積回路の配線窓内の浅い拡散層のオーバエツチ
ングを防止し、かつドライエツチングがもつ優れた異方
性を利用して配線窓を正確な形状と寸法で開口できる。

かかる特長をもつ本発明方法は、集積度が高く小形の集
積回路装置チップやバンプ電極を備えるフリップチップ
の製造にとくに適し、実施に際して製造コストを掛ける
ことなく、集積回路の長期信顛性を大幅に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図までが本発明に関し、第１図は本発明
による集積回路装置チップの製造方法を主な工程ごとの
状態で例示するウェハの一部拡大断面図、第２図はチッ
プに分離する前のウェハの一部拡大上面図、第３図は集
積回路装置チップの端部の拡大断面図である。第４図以
鋒は従来技術に関し、第４図は第３図に対応するチップ
端部の拡大断面図、第５図は第１図に対応するウェハの
一部拡大断面図である０図において、 ｌ二基板、２：＃化膜、３：ウェル、４：ゲート酸化膜
、５：ゲート、６：サブストレート接続層、７：ソース
・ドレイン層、ｌｏ：ウェハ、２ｏ：燐ソリケートガラ
ス膜、２１：配線窓、２２：モニタ窓、３０〜３２：配
側Ｌ４ｏ：窒化シリコン膜、４１：接続窓、５０：バン
プ電極、５１：下地膜、５２：バンプ金属、６０：チッ
プ、Ｃ１，Ｃ２：　’）　ランク、ＳＬニスクライブラ
イン、ＳＺニスクライブゾーン、Ｔ：トランジスタ、で
ある。 第２胆 第３肥 第４記 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ウェハ内に複数個作り込みウェハをスクライブライン
   に沿って割ることによりチップに単離する集積回路装置
   の製造方法であって、ウェハの全面に燐シリケートガラ
   ス膜を配線膜に対する下側膜として被着する工程と、燐
   シリケートガラス膜にドライエッチング法により各集積
   回路装置に対する配線窓と、スクライブゾーンの中央付
   近に対してエッチングの終了点検出用のモニタ窓を同時
   に開口する工程と、燐シリケートガラス膜の上に各集積
   回路装置に対する配線膜を配設する工程と、ウェハの全
   面に保護膜用に窒化シリコン膜を被着する工程と、配線
   膜の所定個所上の窒化シリコン膜に集積回路装置の外部
   接続用に接続窓を開口する工程と、ウェハをスクライブ
   ゾーン内でスクライブしかつ割ってチップの状態に単離
   する工程とを少なくとも含むことを特徴とする集積回路
   装置チップの製造方法。