JPH09260386A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、電気的特性の良好なバンプを有
する半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 この発明の半導体装置の製造方法は、ま
ずフォトレジスト８を用いたエッチングにより金属膜パ
ターン４を形成し、この上に低融点金属層６を載置す
る。次に、低融点金属層６を加熱溶融して金属膜パター
ン４に固着させバンプ７を形成し、従来のようにバンプ
７を形成するのに電解めっき法を用いないので、バンプ
７に欠落部が生じたり、濡れ性を阻害するような被膜の
生成は無くなる。また、この発明では、低融点金属層６
を加熱溶融により固着させるので、バンプ７の形成と低
融点金属層６を金属膜パターン４への固着とがほぼ同時
に、また多数箇所の同時操作が可能となり、製造工程の
短縮を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体チップの
電極パッド上に、低融点を有する金属層を備えた半導体
装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電極パット上に共晶はんだ等の低融点の
金属層を備えた従来の半導体装置は、フリップチップ実
装時に半導体チップに対する熱的損傷を軽減できるこ
と、またリワーク（半導体チップの交換作業）を行いや
すいという特徴を有し、次のような工程を経て製造され
ていた。

【０００３】即ち、図４（ａ）に示すように、まずウェ
ハー状の半導体チップ１上面に、複数のアルミ製電極パ
ッド２と半導体チップ１表面保護用のパッシベーション
膜３形成され、更にこれら電極パッド２及びパッシベー
ション膜３上には、スパッタリングによりチタン等から
なる接着金属膜４ａ、及びバリア金属膜４ｂが順次積層
形成される。パッシベーション膜３は酸化シリコンを主
成分として形成され、バリア金属膜４ｂはニッケル等か
ら構成される。

【０００４】次に、図４（ｂ）に示すように、バリア金
属膜４ｂの上に、電極パッド２及びこの電極パッド２近
くのパッシベーション膜３の上方が開口部５ａとなるよ
うなパターンのフォトレジスト５を載置し、共晶はんだ
等の低融点の金属層６がバリア金属膜４ｂ上に選択的に
形成される。

【０００５】上記金属層６の形成には、接着金属膜４ａ
及びバリア金属膜４ｂをめっき電極とした電解メッキ法
が使用される。なお、バリア金属膜４ｂは共晶はんだが
拡散し電極パッド２を侵蝕するのを防止する。

【０００６】次に、図４（ｃ）に示したように、前記フ
ォトレジスト５を除去した後、前記金属層６をマスクと
して接着金属膜４ａ及びバリア金属膜４ｂのエッチング
を行うことにより、電極パッド２と金属層６との間に接
着金属膜４ａ及びバリア金属膜４ｂからなる金属膜パタ
ーン４が形成される。次に、図４（ｄ）に示したよう
に、窒素等の還元性雰囲気下でリフロー処理を行い、金
属層６を溶融し、図示のような形状のバンプ７を形成し
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体装置の製造方法では、まず第一に、図４
（ｃ）に示した金属膜パターン４を形成する工程では、
接着金属膜４ａ及びバリア金属４ｂがエッチング液にさ
らされ除去されるが、このとき低融点の金属層６もその
エッチング液にさらされることから、金属層６から構成
成分の鉛あるいは錫が溶け出し金属層６に欠落部が生じ
形状が変形したり、あるいは金属層６自体の組成比率が
変動し溶融温度が変化したりする。金属層６の形状変化
や溶融温度の変化は、半導体チップをフリップチップ実
装するときの接続操作に障害となり、良好な電気的接続
が得られないという問題があった。

【０００８】また、同じく図４（ｃ）に示した工程で
は、エッチング液と低融点の金属層６との間の化学反応
により、金属層６の表面に被覆が形成されることが多
い。金属層６表面の被覆は、製造された半導体装置をフ
ェースダウン接続により回路基板に搭載しようとした場
合、半導体装置のバンプと基板上の電極パッドとの間で
の濡れ性を阻害し、電気的に良好な接続が得られないと
いう問題もあった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明による半導体装
置の製造方法は、上記従来の課題を解決するためになさ
れたもので、複数の電極パッドを形成した半導体チップ
上に金属膜を形成しフォトレジストを用いたエッチング
により各金属パッドに対応した金属膜パターンを形成す
る第一の工程と、この第一の工程の後に半導体チップ上
に金属層を載置する第二の工程と、この第二の工程の後
に前記金属膜パターンに対応した位置の金属層を加熱溶
融しこの金属層を前記金属膜パターンに固着させる第三
の工程と、この第三の工程の後に複数の前記金属膜パタ
ーンの間に位置する金属層を除去する第四の工程とから
なることを特徴とする。

【００１０】この発明は上記のように、金属膜パターン
形成をフォトレジストを用いたエッチングにより行い、
従来のような電解めっき法を使用しないので、金属層に
欠落部が生じたり、接続時の濡れ性を阻害するような被
膜の生成は回避される。

【００１１】また、この発明では、金属層を金属膜パタ
ーンに固着させるのに、加熱溶融により行うので、バン
プの形成と金属膜パターンへの固着とがほぼ同時に行わ
れる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明による半導体装置
の製造方法の一実施の形態を図１乃至図３を参照し、詳
細に説明する。なお、従来と同一構成には同一符号を付
して、詳細な説明は省略する。

【００１３】図１及び図２は、この発明の一実施の形態
の工程を示す断面図である。即ち図１（ａ）に示すよう
に、半導体チップ１上に複数の電極パッド２及びパッシ
ベーション膜３が予め形成され、これらの上には従来と
同様にスパッタリング法等により順次接着金属膜４ａ及
びバリア金属膜４ｂが形成される。ここで、電極パッド
２は１００〜２００μｍ程度のピッチ間隔で配列され厚
さは約０．５μｍ程度である。なお、パッシベーション
膜３の膜厚はおよそ０．５〜１．０μｍ、接着金属膜４
ａ及びバリア金属膜４ｂは夫々０．０５〜０．１μｍ及
び０．５〜１．０μｍ程度の厚さに形成される。

【００１４】また、バリア金属膜４ｂの上には厚さが２
０〜５０μｍ程度のフォトレジスト８が形成され、ウェ
ットエッチングされる。フォトレジスト８は、電極パッ
ド２上部でかつパッシベーション膜３の開口部となる部
分をマスクするパターンであり、これにより図１（ｂ）
に示すように電極パッド２上に、接着金属膜４ａ及びバ
リア金属膜４ｂからなる金属膜パターン４が形成され
る。

【００１５】次に、図１（ｃ）に示すように、金属パタ
ーン４が形成された半導体チップ１上に、共晶はんだ等
からなるシート状の低融点の金属層６を載置する。な
お、共晶はんだとはＳｎ／Ｐｂ２元系のものを称する
が、これに微量の添加元素を加え適宜融点を変えて使用
することができる。

【００１６】シート状の金属層６は、粘着テープにより
仮付けをするか、治具により機械的に半導体チップに固
定する。次に、図２（ａ）に示すように、一辺が金属パ
ターン４の径とほぼ同じ大きさの突起部９ａを有し、内
部にヒータを備えた加熱ツール９を各金属パターン４に
対応した低融点の金属層６上に順次押し当てる。このと
き、加熱ツール９の先端の突起部９ａの温度は金属層６
の融点よりも高い温度に保持し、かつおよそ５ｇ重程度
の押圧力をその金属層６に加える。

【００１７】その結果、金属層６は順次局部的に溶融さ
れるので、図２（ｂ）に示すように、金属層６は表面張
力により球面形状となって金属パターン４に選択的に固
着し、周囲から離脱したバンプ７が形成される。なお、
金属層６を低融点の共晶はんだで構成した場合、加熱ツ
ール９の保持温度は、共晶はんだの融点とされる１８３
℃よりも１００℃程度高い温度が望ましい。また、加熱
ツール９の突起部９ａは金属またはセラミックで構成さ
れる。

【００１８】このように、加熱ツール９でバンプ７を形
成した後の金属層６ａは、図２（ｂ）に示すように、多
数の穴が開いたシートの状態となるから、シートを上方
に剥がす操作で容易に除去でき、図２（ｃ）に示すよう
な、バンプ７を備えた所期の半導体装置を得ることがで
きる。

【００１９】なお、上記実施の形態では、加熱ツール９
は１個の溶融突起部９ａを備え、これを順次移動しつつ
金属層６を押圧・加熱するように説明したが、予め加熱
ツール９に電極パッド２の配列に対応する複数の溶融突
起部９ａを並設させたものを使用することができる。こ
の場合、複数の電極パッド２に対応した位置の金属層６
を同時に加熱溶融するので、製造工程の著しい短縮改善
が可能となる。

【００２０】なお、上記のようにして製造される半導体
装置では、例えば図３に示すように縦５０ｍｍ×横２０
０ｍｍ程度の大きさのウエハーシート１０上に、１０×
１０ｍｍ程度の半導体チップ１が多数配列されて構成さ
れるている。ウエハーシート１０上に配列された半導体
チップ１相互の間隔は２００μｍ程度であるが、これに
はウエハーシート１０上に半導体チップ１を２００μｍ
間隔に載置しても良く、あるいはウェハーを小さく切り
離す前にウエハーシート１０を張り付け、切り離した
後、ウエハーシート１０を引き延ばして２００μｍ程度
の間隔が形成されるようにしても良い。

【００２１】以上のように、この発明の半導体装置の製
造方法は、フォトレジストを用いたエッチングにより金
属膜パターンを形成する第一の工程と、この第一の工程
の後に半導体チップの上に金属層を載置する第二の工程
と、この第二の工程の後に金属層を加熱溶融し金属膜パ
ターンに固着させる第三の工程と、この第三の工程の後
に前記金属膜パターンの間に位置する前記金属層を除去
する第四の工程とからなり、従来のように電解めっき法
を使用しないので、めっき電極用下地金属、即ち金属膜
パターン除去用のエッチング液による金属層の欠落部の
発生や、濡れ性を阻害するような被膜の生成は回避さ
れ、実装時の品質向上が図れる。

【００２２】また、従来はバンプ形成工程とリフロー工
程とが夫々別個に行われていたが、この発明では、金属
膜パターンの固着を加熱溶融により行うので、バンプの
形成と固着とがほぼ同時に行われ、また溶融突起部の複
数並設とともに製造工程の大幅短縮が可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明のように、この発明は、電気的
特性の良好なバンプを形成できるとともに、製造工程の
大幅短縮がはかれるものであり、実用上の効果大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による半導体装置の製造方法の一実施
の形態を示す工程の一部を示す断面図である。

【図２】同じく図１に示す工程に続く製造工程を示す断
面図である。

【図３】図１に示した半導体装置がウエハーシート上に
配置された状態を示す平面図である。

【図４】従来の半導体装置の製造方法の工程を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ ２ 電極パッド ３ パッシベーション膜 ４ 金属膜パターン ４ａ 接着金属膜 ４ｂ バリア金属膜 ５、８ フォトレジスト ６ 金属層 ７ バンプ ９ 加熱ツール ９ａ 溶融突起部 １０ ウエハーシート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 俊夫 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電極パッドを形成した半導体チッ
   プ上に金属膜を形成しフォトレジストを用いたエッチン
   グにより各電極パッドに対応した金属膜パターンを形成
   する第一の工程と、この第一の工程の後に半導体チップ
   上に金属層を載置する第二の工程と、この第二の工程の
   後に前記金属膜パターンに対応した位置の金属層を加熱
   溶融しこの金属層を前記金属膜パターンに固着させる第
   三の工程と、この第三の工程の後に複数の前記金属膜パ
   ターンの間に位置する金属層を除去する第四の工程とを
   有する半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記金属層は共晶はんだ等の低融点金属
   でシート状に形成されてい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。
3. 【請求項３】 前記第三の工程で金属層を溶融するため
   の溶融突起部を複数個備えた加熱ツールを使用すること
   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】 前記第三の工程で、前記複数個の溶融突
   起部を有する加熱ツールを操作して金属膜パターンに対
   応した複数箇所の金属層を同時に加熱溶融することを特
   徴とした請求項３記載の半導体装置の製造方法。