JPH0821585B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体パッケージの絶縁シートに形成した配線膜と、
半導体チップに設けたバップ金属膜とを電気的に接続す
る半導体装置において、この半導体チップに設けたこの
バンプ金属膜と、アルミニウム配線膜との間にバリア層
となる窒化チタン膜を介在させる。

即ち、この窒化チタン膜の表面にバンプ金属膜を形成
し、このバンプ金属膜を溶融して半導体パッケージの絶
縁シートに形成した配線層と接続するためにこのバンプ
金属膜を加熱した場合に、このバンプ金属膜内に半導体
チップの配線膜を構成するアルミニウム原子が拡散浸透
するのを防止する半導体装置の製造方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に係り、特に半導体チップに設け
たバップとこの半導体チップを収容する半導体パッケー
ジの絶縁シートに形成した配線膜とを接続する際に、半
導体チップに設けたバンプと半導体チップのアルミニウ
ム配線膜（以下、Al配線膜と略称する）との間に窒化チ
タン膜を形成して、バンプを加熱した場合に半導体チッ
プのAl配線膜のアルミニウム原子がバンプ金属膜に拡散
浸透しないような構造の半導体装置の製造方法に関する
ものである。

IC、LSI等の半導体装置に対しては、益々高密度化、
高集積化が要望されるようになっており、このため半導
体チップとこの半導体チップを収容する半導体パッケー
ジとの間を電気的に接続する接続配線の密度も益々高密
度化を要求されるようになっている。

このため、従来の半導体装置においては半導体チップ
の周辺に配線用のボンディングパッドを設け、このボン
ディングパッドと半導体パッケージに設けられた配線膜
とを金線等を用いてワイヤボンディングによって接続す
る代わりに、半導体チップと半導体パッケージに設置す
る絶縁シート上に形成した配線膜と接続するように、半
導体チップに設けた電極上に低融点の半田からなるバン
プ金属膜を設けている。そしてバンプ金属膜と絶縁シー
ト上に形成した配線膜とを接触させてバンプ金属膜を加
熱溶融して絶縁シート上に形成した配線膜とバンプ金属
膜とを接続した後、この絶縁シートを半導体パッケージ
に固着して半導体チップと外部回路との配線接続を形成
している。

〔従来の技術〕

従来の半導体装置の製造方法について第４図により詳
細に説明する。

第４図は従来の半導体装置の要部を示す断面図であ
る。

図に示すように、まずシリコンからなるチップ１の表
面に第１層のアルミニウムからなるAl配線膜２を形成
し、その表面に保護膜となる燐珪酸ガラス膜３（PSG膜
３）を形成し、このPSG膜３に配線接続用の開口窓を形
成し、この開口窓内及びPSG膜３の表面に延在するアル
ミニウム膜を形成して第１層のAl配線膜２と接続させ、
アルミニウム膜をパターニングして第２層のAl配線膜４
を形成する。

次に、このAl配線膜４とPSG膜３の表面に第２の燐珪
酸ガラス膜５（PSG膜５）を形成した後、バンプ形成領
域に配線接続用の開口窓を形成する。

ついで、この開口窓内のAl配線膜４の表面及びこのPS
G膜５の表面に延在するチタン膜６（以下、Ti膜６と略
称する）をスパッタ法等を用いて形成し、このTi膜６の
表面にCu膜７およびNi膜８をスパッタ法により順次積層
して形成する。

更に、このNi膜８の表面にホトレジスト膜（図示せ
ず）を形成し、リソグラフィー技術によりバンプ形成領
域に開口窓を形成する。

ここで、この開口窓内のTi膜６の表面及びこのホトレ
ジスト膜の表面に延在する鉛と錫とから構成される半田
層をメッキ法により形成した後、この半田層をリソグラ
フィー技術によりパターニングし、所定のパターンのバ
ンプ金属膜９を形成する。

その後、ホトレジスト膜を除去し、このバンプ金属膜
９をマスクとしてNi膜８、Cu膜７、Ni膜６を順次エッチ
ングにより除去する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の半導体装置の製造方法により製造した半導体装
置においては、バンプ金属膜を加熱溶融して半導体パッ
ケージに固着した絶縁シートに設けた配線膜と電気的に
接続する場合に、このバンプ金属膜に下のAl配線膜から
アルミニウムの原子が拡散浸透するのを防ぐためにバリ
ア膜としてTi膜が用いられているが、このTi膜はこのア
ルミニウムの原子の拡散浸透を防ぐのには十分でないた
め、このTi膜を通過してバンプ金属膜に配線膜からアル
ミニウム原子が拡散浸透するようになるので、このアル
ミニウム原子の拡散浸透を防止しようとしてバンプ金属
膜を低温で加熱溶融すると、バンプ金属膜と絶縁シート
の配線膜が確実に接続されないという問題点が生じてい
る。

本発明は、バンプ金属膜を加熱溶融する際、ボンプ金
属膜の下のAl配線膜中のアルミニウム原子がバンプ金属
膜内に拡散浸透するのを確実に防止して上記の問題点を
解決する半導体装置の製造方法の提供を目的とする。

〔問題点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、半導体チップに形
成した配線膜上に窒化チタン膜を被着した後、この窒化
チタン膜をエッチングして所定のパターンに形成する工
程と、このパターンに形成した窒化チタン膜の表面に、
バンプ金属膜との密着性が良好な金属膜を積層して被着
形成する工程と、このバンプ金属膜との密着性が良好な
金属膜の表面にレジスト膜を形成し、このレジスト膜を
パターニングして開口窓を形成する工程と、この開口窓
内及びレジスト膜表面に延在するバンプを形成する金属
膜を被着形成し、パターニングしてバンプ金属膜を形成
する工程と、このレジスト膜を除去し、このバンプ金属
膜をマスクにして、このバンプ金属膜との密着性が良好
な金属膜をエッチングして除去する工程とを含むように
構成する。

〔作 用〕

即ち、本発明においては、従来の半導体装置において
バリア金属膜として用いていたTi膜の代わりに窒化チタ
ン膜を用いるので、Al配線膜のアルミニウム原子のバン
プ金属膜への拡散浸透を確実に防止するとともに、バン
プ金属膜を所定のパターンにエッチングして形成する前
に、予めこの窒化チタン膜をエッチングによりパターン
形成するので、窒化チタン膜のエッチングの際にバンプ
金属膜の表面が強烈に酸化されるのを防止することが可
能となり、バンプ金属膜の溶融に際して障害となるバン
プ金属膜の酸化膜の形成を防止することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第３図により詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例の半導体装置の要部を示す
断面図である。

図に示すように、シリコンからなるチップ１には、第
１層のAl配線膜２が所定のパターンにエッチングにより
形成され、その表面には保護膜としてPSG膜３が配線接
続領域を窓開けした状態で形成されている。

更に第１層のAl配線膜２の表面の配線接続領域上には
第２層のAl配線膜４が所定のパターンに積層して形成さ
れ、その上にはバンプ金属膜９の接続領域を窓開けした
PSG膜５が形成されている。

更に、第２層のAl配線膜４のバンプ金属膜接続領域に
は、スパッタ法を用いて成膜し、リソグラフィー技術を
用いて硝酸を主体とするエッチング液を用いて所定のパ
ターンにエッチングしたTiN膜11がバリア膜とし形成さ
れている。

更にTiN膜11の表面にはCu膜７およびNi膜８がスパッ
タ法により形成されている。

このようにCu膜７およびNi膜８を二層構造に積層して
形成しているので、Cu膜７によりチップに流れる電流容
量が増加し、Ni膜８により鉛と錫の合金からなるバンプ
金属膜９とTiN膜11とのなじみが良くなり、熱膨張係数
が異なる両金属膜がバンプ金属膜の加熱溶融時に剥がれ
易くなるのを防止することが可能となる。

更に、上記の二層構造の金属膜の表面に鉛と錫の合金
からなるバンプ金属膜９がメッキ法とリソグラフィー技
術を用いて所定のパターンに形成されている。

このような半導体装置は、バンプ金属膜９を加熱溶融
する場合に、Al配線膜４からのアルミニウム原子のバン
プ金属膜９への拡散浸透を充分に防止することができ、
バンプ金属膜９を低温で溶融しても、半導体パッケージ
に固着する絶縁シートに形成した配線層と充分接続でき
るので、配線が外れる事故がなくなり、信頼度の高い半
導体装置を得ることが可能となる。

このような半導体装置を製造する半導体装置の製造方
法について第２図により詳細に説明する。

シリコンからなるチップ１に蒸着およびリソグラフィ
ー技術により所定のパターンの第１層のAl配線膜２を形
成する。次いでこのAl配線膜２の表面にPSG膜３をCVD法
により形成し、リソグラフィー技術を用いて所定の開口
窓を形成する。

次に、アルミニウム膜を蒸着により形成し、第２層の
Al配線膜４を所定のパターンにリソグラフィー技術を用
いて形成する。

ついで、このAl配線膜４の表面に第２層のPSG膜５をC
VD法により形成し、リソグラフィー技術を用いて所定の
開口窓を形成する。

更にこのPSG膜５の表面に、チタンをターゲットと
し、窒素ガスをスパッタ用ガスとして用いるスパッタ法
により、TiN膜11を成膜後、TiN膜11をリソグラフィー技
術により硝酸を主体とするエッチング液を用いるエッチ
ングにより、予め所定のパターンに形成する。

このTiN膜11の表面に、Cu膜７及びNi膜８をスパッタ
法により積層して形成した後、ホトレジスト膜12を形成
し、このホトレジスト膜12に所定の開口窓を形成した
後、このホトレジスト膜12をマスクとしてメッキ法によ
り鉛と錫の合金の半田膜を形成し、この半田膜をリソグ
ラフィー技術を用いて硝酸を主体とするエッチング液を
用いるエッチングによりパターニングしてパンプ金属膜
９を形成する。

このような本発明の半導体装置の製造方法において
は、予めTiN膜11をバンプ金属膜９と同じ大きさにパタ
ーニングして形成しているから、このホトレジスト膜12
をホトレジスト膜除去液にて除去した後、バンプ金属膜
９をマスクとして稀塩酸を用いてNi膜８をエッチングし
て除去した後、Cu膜７を稀硝酸を用いるエッチングによ
り除去するので、バンプ金属膜９が酸化するという障害
を生じないで、信頼度の高い半導体装置を製造すること
が可能となる。

なお、その他の実施例として第３図に示すようにTiN
膜11の表面に、このTiN膜11と密着性の良いパラジウム
膜（Pd膜）或いはクロム膜（Cr膜）を蒸着或いはスパッ
タ法により形成した後、その表面にメッキ法を用いて金
（Au）からなるバンプ金属膜14を形成することも可能で
ある。

〔発明の効果〕

上記の説明から明らかなように、本発明の半導体装置
の製造方法によればTiN膜をAl配線層とバンプ金属膜と
の間に介在させて形成しているから、バンプ金属膜を加
熱溶融した場合に、Al配線層からアルミニウム原子がバ
ンプ金属膜に拡散浸透するのを防止することができるの
で、バンプ金属膜を充分溶解させることができ、半導体
パッケージの配線膜と半導体チップのバンプ金属膜とを
確実に接続して信頼度の高い半導体装置を製造すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体装置の要部を示す断
面図、 第２図は本発明の一実施例の半導体装置の製造方法を説
明する断面図、 第３図は本発明の他の実施例の半導体装置の要部を示す
断面図、 第４図は従来の半導体装置の要部を示す断面図、 である。 図において、 １はチップ、 2,4はAl配線膜、 3,5はPSG膜、 ７はCu膜、 ８はNi膜、 ９はバンプ金属膜、 11はTiN膜、 12はホトレジスト膜、 13はPd膜或いはCr膜、 14は金のバンプ金属膜、 を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌田 順夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−225839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−119755（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップに形成した配線膜上に窒化チ
   タン膜を被着した後、該窒化チタン膜をエッチングして
   所定のパターンに形成する工程と、 該パターンに形成した窒化チタン膜の表面に、バンプ金
   属膜との密着性が良好な金属膜を積層して被着形成する
   工程と、 該バンプ金属膜との密着性が良好な金属膜の表面にレジ
   スト膜を形成し、該レジスト膜をパターニングして開口
   窓を形成する工程と、 該開口窓内及びレジスト膜表面に延在するバンプを形成
   する金属膜を被着形成し、パターニングしてバンプ金属
   膜を形成する工程と、 該レジスト膜を除去し、該バンプ金属膜をマスクにし
   て、前記バンプ金属膜との密着性が良好な金属膜をエッ
   チングして除去する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。