JPH10214841A

JPH10214841A - はんだバンプの形成方法及びその装置

Info

Publication number: JPH10214841A
Application number: JP28977597A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】バンプ形成領域を有する金属膜とその下地膜
との接合強度の高いはんだバンプ形成方法及びその装置
を提供する。【解決手段】本方法は、チップの電極パッドの各々に
下地膜の開口部を介して接続し、かつ電極パッド上とは
別にバンプ形成領域を有する金属膜を下地膜上にレジス
ト・パターンのリフトオフ法によって形成し、金属膜の
バンプ形成領域上にはんだボールバンプを形成する方法
である。本方法では、レジスト・パターンを形成した後
に、下地膜に加熱処理を施し、次いで、レジスト・パタ
ーンの開口縁を縮径し、更に、下地膜上に金属膜をスパ
ッタ成膜する。本スパッタ成膜装置１０は、基板にプラ
ズマ処理を施してレジスト・パターンの開口部の開口縁
を縮径するプラズマ処理装置１２と、金属膜を成膜する
スパッタ成膜装置本体１４とを備える。プラズマ処理装
置が、基板加熱手段として、少なくともランプ式加熱ヒ
ータ２２を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において好適に適用できるものであって、ＢＬＭ膜
等のバリアメタルを用いて、電極パッド上とは別の領域
に、はんだバンプ例えばはんだボールバンプの再配置を
行うようにしたはんだバンプの形成方法に関するもので
ある。更に詳細には、本発明は、ポリイミド膜等の有機
化合物からなる下地膜上の金属膜、例えばバリアメタル
に再配置したはんだバンプを介して、半導体デバイス・
チップを実装基板上にフリップチップ実装する際、バン
プの接合強度及びフリップチップ実装した製品デバイス
の機械的強度及び電気的特性について信頼性を向上させ
ることのできるはんだバンプの形成方法及びその方法の
実施装置に関するものである。

【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、部品実装密度を高めることが、重要なポイン
トであって、こと半導体ＩＣチップに関しても、従来の
パッケージ実装に代えて、ＬＳＩベアチップを直接プリ
ント配線基板にマウントするフリップチップ実装法等の
高密度実装技術が、現在、盛んに開発されている。フリ
ップチップ実装法として、Ａｕスタッドパンプ法やはん
だボールバンプ法等のいくつかの手法が使用されている
が、いずれの手法でも、電極パッドとバンプとの密着性
を向上させ、かつ金属成分の相互拡散を防止するため
に、半導体ＩＣのＡｌ電極パッドとバンプ材料との間に
バリアメタルを介在させている。

【０００３】はんだボールバンプ法の場合、バリアメタ
ルが、バンプの仕上がり形状を左右することから、通
常、ＢＬＭ（Ball Limitting Metal）膜と呼ばれてい
る。はんだバンプ法におけるＢＬＭ膜の構造には、Ｃｒ
／Ｃｕ／Ａｕの３層構造が最も一般的に使用されてい
て、主として、下層のＣｒ膜がＡｌ電極パッドとの密着
層として、中間層のＣｕ膜がはんだ金属成分の拡散防止
層として、そして上層のＡｕ膜がＣｕ膜の酸化防止膜と
して、それぞれ機能している。はんだボールバンプの形
成に当たっては、従来、ＬＳＩチップのＡｌ電極パッド
上にＢＬＭ膜を堆積し、パターニングし、次いで、Ｐ
ｂ、Ｓｎ等からなるはんだ金属膜をＢＬＭ膜上に堆積
し、更に、熱処理によりはんだ金属膜を溶融してボール
状に変形させることにより、はんだボールバンプを電極
パッド上に形成している。

【０００４】ここで、フォトレジスト膜のリフトオフ法
とはんだ金属の真空蒸着法とを用いて、はんだボールバ
ンプをフリップチップＩＣの接合部として電極パッド上
に形成する従来の方法を、図４を参照しつつ、以下に説
明する。先ず、図４（ａ）に示すように、シリコン等の
半導体基体８１上にＡｌ−Ｃｕ合金等からなるＡｌ電極
パッド８２をスパッタやエッチングにより形成し、次い
でポリイミドやシリコン窒化膜等の表面保護膜８３を基
板全面に被覆する。Ａｌ電極パッド８２上に表面保護膜
８３を貫通する第１開口部８４を開口し、第１開口部８
４の側壁を含めてＡｌ電極パッド８２上にＣｒ、Ｃｕ及
びＡｕ等から成る多層金属膜をＢＬＭ膜８５として形成
する。次いで、図４（ｂ）に示すように、ＢＬＭ膜８５
の上に、第１開口部８４より大きな第２開口部８６を有
するレジスト・パターン８７を形成する。更に、図４
（ｃ）に示すように、真空蒸着法により基板全面にはん
だ蒸着膜８８を堆積する。続いて、フォトレジスト膜の
リフトオフにより、レジスト・パターン８７上のはんだ
蒸着膜８８をレジスト・パターン８７と共に除去し、図
４（ｄ）に示すように、はんだ蒸着膜８８をＡｌ電極パ
ッド８２上に形成する。次いで、はんだ蒸着膜８８を熱
処理によって溶融させて、図４（ｅ）に示すように、ボ
ール形状のはんだボールバンプ８９をＢＬＭ膜８５を介
してＡｌ電極パッド８２上に形成する。

【０００５】更にここで、図４（ａ）に示したＢＬＭ膜
８５のパターン形成までのプロセスフローの詳細を、フ
ォトレジスト膜のリフトオフを用いた場合を例にして、
図５を参照しつつ説明する。先ず、図５（ａ）に示すよ
うに、半導体基体８１のＡｌ電極パッド８２上に表面保
護膜（パッシベーション膜）８３を成膜し、所定寸法の
第１開口部９０を接続孔として開口する。次いで、基板
上にフォトレジスト膜９１を成膜し、続いて、フォトレ
ジスト膜９１をパターニングして、パッシベーション膜
８３に設けた第１開口部９０よりも大きな開口径の第２
開口部９２を開口する。次いで、図５（ａ）に示す層構
造を備えたウエハをプラズマ処理装置にセットし、ＲＦ
プラズマによる成膜前処理（通称、逆スパッタ処理と言
う）を行うことにより、図５（ｂ）に示すように、フォ
トレジスト膜９１のパターンに設けた第２開口部９２の
側壁をオーバーハング状に変形させ、第２開口部９２の
開口縁９３を縮径する。次に、Ｃｒ膜、Ｃｕ膜及びＡｕ
膜等から成る多層金属膜をＢＬＭ膜８５として基板上に
スパッタ成膜する。ＢＬＭ膜８５は、図５（ｃ）に示す
ように、ＲＦプラズマによる成膜前処理によってオーバ
ーハング状に形状制御された下地レジスト・パターンの
側壁面９４には成膜されないので、Ａｌ電極パッド８２
上とフォトレジスト膜９１上とに分断される。続いて、
図５（ｃ）に示す層構造を有するウエハをレジスト剥離
液に浸して加熱揺動処理を行うと、図５（ｄ）に示すよ
うに、フォトレジスト膜９１上に成膜されたＢＬＭ膜８
５は、フォトレジスト膜９１の剥離と同時にリフトオフ
される。これにより、接続孔として設けられた第１開口
部９０（図４（ａ）の第１開口部８４に相当）を介して
Ａｌ電極パッド８２に接続するＢＬＭ膜８５のパターン
が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のはんだボールバ
ンプ法によるバンプ形成では、殆どの場合、上述したよ
うに、ＬＳＩチップの周辺部に配置された電極パッド上
にのみはんだボールバンプを形成していた。ところで、
半導体デバイス・チップの微細化が進み、電極パッドの
隣接距離（ピッチ）が益々縮小化されつつある今後のＬ
ＳＩチップでは、従来のように電極パッド上にのみバン
プを形成していると、はんだボールが隣の電極パッド上
のはんだボールに接触して電気的短絡が生じるおそれが
ある。と言って、はんだボール同士の接触を避けるため
に、バンプ径を縮小すると、ＬＳＩチップとプリント配
線基板との接合強度を保持することが難しくなり、機械
的結合及び電気的接続の信頼性が低下する。

【０００７】そこで、電極パッド上での隣接バンプ同士
の接触を避けるために、電極パッド以外のＬＳＩチップ
領域上にバンプを再配置する方法が採用されている。こ
の方法では、例えば、図６に示すように、電極パッドＡ
とは別の場所に新たなバンプ形成場所Ｂを設け、その場
所にはんだボールＣを形成し、電極パッドＡと新たなバ
ンプ形成場所Ｂの間に何らかの配線Ｄを形成する。とこ
ろで、このバンプ再配置のためのバンプ形成場所Ｂ及び
配線ＤをＢＬＭ膜により形成できれば、リフトオフのフ
ォトレジスト膜のマスクパターンを変更するだけで、工
程数を増加させることなく、しかも従来プロセスをその
まま利用できるので、新たに処理装置を設ける必要がな
く、コストや生産性の点で非常に都合が良い。

【０００８】そのために、次に説明するようなプロセス
フローが開発されている。図７を参照しつつ、その概略
を説明する。先ず、図７（ａ）に示すように、半導体基
体１０２上にＡｌ電極パッド１０４を設け、表面保護膜
としてシリコン窒化膜１０６を成膜し、接続孔としてＡ
ｌ電極パッド１０４上のシリコン窒化膜１０６に第１開
口部１０８を開口する。次いで、図７（ｂ）に示すよう
に、基板全面に第１ポリイミド膜１１０を成膜し、パタ
ーニングして、シリコン窒化膜１０６に設けた第１開口
部１０８よりも小さい開口径の第２開口部１１２をＡｌ
電極パッド１０４上に開口する。次いで、基板全面にフ
ォトレジスト膜１１４を成膜し、パターニングして、Ａ
ｌ電極パッド１０４、はんだボール形成領域及びその間
を結ぶ配線形成領域を含む領域を開口した第３開口部１
１６を形成する。続いて、基板全面にＢＬＭ膜１１８を
スパッタ成膜する。ＢＬＭ膜１１８の成膜前に、フォト
レジスト膜１１４に逆スパッタ処理を施すことにより、
開口縁が縮径し、ＢＬＭ膜１１８は、図７（ｃ）に示す
ように、第３開口部１１６の部分と、フォトレジスト膜
１１４上の部分とに分断されて形成される。更に、フォ
トレジスト膜１４のリフトオフによりフォトレジスト膜
１１４と共にフォトレジスト膜１１４上のＢＬＭ膜１１
８を除去し、図７（ｄ）に示すように、Ａｌ電極パッド
１０４に接続し、Ａｌ電極パッド１０４とは別の領域に
はんだボールバンプ形成領域を有し、かつＡｌ電極パッ
ド１０４とはんだボールバンプ形成領域との間の配線領
域を有するＢＬＭ再配線部１２０を形成する。

【０００９】次に、図８（ｅ）に示すように、基板全面
に第２ポリイミド膜１２２を成膜し、パターニングし
て、はんだボール形成領域に第４開口部１２４を形成す
る。更に、図４（ｂ）から（ｄ）に示した従来の方法と
同様にして、フォトレジスト膜のリフトオフにより、図
８（ｆ）に示すように、第４開口部１２４にＰｂ、Ｓｎ
等からなるはんだ蒸着膜１２６を形成する。次いで、同
じく従来と同様にして、熱処理してはんだ蒸着膜１２６
を溶融させ、図８（ｇ）に示すように、ボール形状のは
んだボールバンプ１２８をＢＬＭ膜１１８上に形成す
る。

【００１０】しかしながら、上述したプロセスフローに
従って実施した実際のはんだボールバンプ形成工程で
は、はんだボールバンプの接合強度が低いという新たな
問題が発生した。これは、ＢＬＭ膜１１８の下地の大部
分が有機化合物の第１ポリイミド膜１１０であるため
に、ＢＬＭ膜と下地のポリイミド膜との界面での密着性
が、ＢＬＭ膜の下地が金属のＡｌ電極パッドである従来
のものに比べて弱いということから生じる問題である。
その結果、はんだボールバンプを介して、プリント配線
基板に半導体デバイス・チップをフリップチップ実装し
て組み立てた製品のバンプ接合部の強度が弱く、製品セ
ットの機械的強度及び電気的接続について信頼性が低下
し、耐久性にも悪影響が及ぶという問題が生じた。

【００１１】よって、本発明の目的は、再配置はんだバ
ンプの形成において、バリアメタル等の金属膜と下地材
料層、例えば絶縁膜との密着強度を高め、機械的結合及
び電気的接続について高い信頼性を有するはんだボール
バンプの形成方法及びその方法を実施する装置を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の方法
によりはんだボールバンプを形成すると、金属膜と下地
材料層、例えば絶縁膜との密着強度が低くなる原因を研
究した結果、それは下地材料層のキュアが不足してお
り、そのために金属膜のスパッタ成膜の際にガスが下地
材料層から放出され、その結果、金属膜と下地材料層と
の密着性が低くなることを見い出した。

【００１３】以上の知見に基づき、本発明のはんだバン
プ形成方法は、半導体デバイス・チップ上に形成された
電極パッドの各々に絶縁膜の開口部を介して接続し、か
つ電極パッド上とは別にはんだバンプ形成領域を有する
金属膜を絶縁膜上にレジスト・パターンのリフトオフ法
によって形成し、次いで、金属膜のはんだバンプ形成領
域上にはんだバンプを形成するはんだバンプの形成方法
において、電極パッド上、並びに絶縁膜上のはんだバン
プ形成領域及び電極パッドとはんだバンプ形成領域とを
結ぶ配線形成領域を開口したレジスト・パターンを基板
上に形成した後に、絶縁膜に加熱処理を施す工程を実施
し、次いで、プラズマ処理により、絶縁膜上のレジスト
・パターンの開口部の側壁をオーバーハング状に変形し
て開口縁を縮径する工程、更に、基板上に金属膜をスパ
ッタ成膜する工程を実施することを特徴としている。

【００１４】本発明方法は、好適には、絶縁膜に加熱処
理を施す工程を高真空下で実施する。これにより、絶縁
膜のキュアを一層効果的に行うことができる。はんだバ
ンプの形態は問わないが、例えばはんだボールバンプの
形成に好適である。絶縁膜の種類は問わないが、例えば
ポリイミド膜である。また、金属膜の種類は問わない
が、バリアメタル層を含む積層金属層でもよく、また積
層金属層が、ＢＬＭ層であっても良い。

【００１５】本発明に係るはんだバンプの形成方法で
は、金属膜、例えばＢＬＭ膜等のスパッタ成膜の前に、
通常の加熱手段に加えて例えばランプ式加熱ヒータを具
備した、後述するプラズマ処理装置又は予備真空室を用
いて、絶縁膜の加熱処理を十分に行う。これにより、絶
縁膜に十分なキュアを施すことができるので、金属膜の
スパッタ成膜の際に、絶縁膜からガスが放出するような
現象を抑制することができ、よって、絶縁膜、例えば、
ポリイミド膜等に対するバリアメタル等の金属膜の膜密
着性を向上させることができる。

【００１６】本発明に係るスパッタ成膜装置（以下、第
１発明のスパッタ成膜装置と言う）は、基板上に金属膜
を成膜するスパッタ成膜装置であって、電極パッド上、
並びに絶縁膜上のはんだバンプ形成領域及び電極パッド
とはんだバンプ形成領域とを結ぶ配線形成領域を開口し
たレジスト・パターンを有する基板にプラズマ処理を施
して、レジスト・パターンの開口部の側壁をオーバーハ
ング状に変形して開口縁を縮径するプラズマ処理装置
と、露出した絶縁膜及び電極パッド並びにレジスト膜を
含む基板上に金属膜を成膜するスパッタ成膜装置本体と
を備え、プラズマ処理装置が、基板加熱手段として、少
なくともランプ式加熱ヒータを具備していることを特徴
としている。また、好適には、プラズマ処理装置が、ウ
エハを保持するウエハステージに加熱手段を内蔵してい
る。

【００１７】第１発明のスパッタ成膜装置は、はんだバ
ンプの形成のための金属膜、例えばバリアメタルの堆積
に好適に適用される。本発明では、はんだバンプの形態
は問わず、例えば、はんだボールバンプの形成にも適用
できる。第１発明のスパッタ成膜装置を使用することに
より、金属膜、例えばＢＬＭ膜のスパッタ成膜直前の前
処理工程として、温調加熱されたウエハステージからの
伝熱に加えて、ランプ式加熱ヒータ、例えば赤外光ラン
プによるウエハ表面からの真空加熱を絶縁膜、例えばポ
リイミド膜に施すことができる。よって、本スパッタ成
膜装置は、従来のプラズマからの輻射熱とイオン照射の
みを利用する場合に比べて、ＢＬＭ膜の下地となるポリ
イミド膜中に含まれている水分（キュア処理後の工程中
に再吸湿したものが主）をウエハからより効果的に脱離
除去できる。以下、絶縁膜としてはポリイミド膜、金属
膜としてはＢＬＭ膜を例にとって説明する。本装置で
は、予め十分なキュアを施すことができるので、逆スパ
ッタ処理では、リフトオフに必要なレジスト・パターン
の変形、縮径処理を効果的に進行させることができる。
また、ＢＬＭ膜のスパッタ成膜中、下地のポリイミド膜
からのガスの放出が抑制されるので、ポリイミド膜とＢ
ＬＭ膜との間の膜密着力が向上する。よって、ポリイミ
ド膜の絶縁膜にＢＬＭ膜を用いてはんだバンプを再配置
する場合に、従来問題となっていたバンプの接合強度が
改善される。また、従来のように、不純物ガスによって
ＢＬＭ膜の成膜プロセスが悪影響を受けることなく、純
度の高いＢＬＭ膜をスパッタ成膜できる。よって、本発
明装置を使用して、はんだバンプ、例えばはんだボール
バンプを形成することにより、半導体デバイス・チップ
をフリップチップ実装した電子部品の機械的強度及び電
気的特性について信頼性が向上する。

【００１８】また、本発明に係る別のスパッタ成膜装置
（以下、第２発明のスパッタ成膜装置と言う）は、基板
上に金属膜を成膜するスパッタ成膜装置であって、加熱
手段を備えた予備真空室と、電極パッド上、並びに絶縁
膜上のはんだバンプ形成領域及び電極パッドとはんだバ
ンプ形成領域とを結ぶ配線形成領域を開口したレジスト
・パターンを有する基板にプラズマ処理を施して、レジ
スト・パターンの開口部の側壁をオーバーハング状に変
形して開口縁を縮径する、予備真空室に連結されたプラ
ズマ処理装置と、露出した絶縁膜及び電極パッド並びに
レジスト膜を含む基板上に金属膜を成膜するスパッタ成
膜装置本体とを備えていることを特徴としている。ま
た、予備真空室には、ウエハステージに内蔵させた電熱
型加熱ヒータ及びランプ式加熱ヒータの少なくともいず
れかが加熱手段として設けられている。

【００１９】第２発明のスパッタ成膜装置は、はんだバ
ンプの形成のための金属膜、例えばバリアメタルの堆積
に好適に適用される。本発明では、はんだバンプの形態
は問わず、例えば、はんだボールバンプの形成にも適用
できる。第２発明のスパッタ成膜装置は、逆スパッタ処
理するプラズマ処理装置とは別の予備真空室で絶縁膜を
キュアしているので、第１発明のスパッタ成膜装置のよ
うに、プラズマチャンバが、ウエハの加熱処理中にレジ
スト・パターンや絶縁膜から蒸発する水分のために汚れ
るようなことがない。よって、より一層効果的にリフト
オフ法に最適な逆スパッタ処理を施すことができる。第
２発明のスパッタ成膜装置を使用することにより、予備
真空室、例えば加熱手段を備えたロードロック室におい
て、ＢＬＭ膜のスパッタ成膜直前の前処理工程として、
温調加熱されたウエハステージからの伝熱に加えて、ラ
ンプ式加熱ヒータ、例えば赤外光ランプによるウエハ表
面からの真空加熱をポリイミド膜に施すことができる。
よって、従来のプラズマからの輻射熱とイオン照射のみ
を利用する場合に比べて、ＢＬＭ膜の下地となるポリイ
ミド膜中に含まれている水分（キュア処理後の工程中に
再吸湿したものが主）をウエハからより効果的に脱離除
去できる。これにより、本スパッタ成膜装置も第１発明
のスパッタ成膜装置と同じ作用及び効果を奏することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。スパッタ成膜装置の実施例１本実施例は、第１発明のスパッタ成膜装置の実施例であ
って、図１は本実施例のスパッタ成膜置の構成を示す模
式図である。本スパッタ成膜装置１０は、逆スパッタ処
理を施す成膜前処理装置として設けられ、かつランプ式
加熱ヒータを備えて加熱処理を施すことのできるＩＣＰ
（Inductively Coupled Plasma）処理装置１２（以下、
プラズマ処理装置１２と言う）と、プラズマ処理装置１
２に連続して設けられたスパッタ成膜装置本体１４とか
ら構成されている。

【００２１】プラズマ処理装置１２は、プラズマを発生
させるチャンバ１６、チャンバ１６の上部に設けられた
誘導結合コイル１８、及び誘導結合コイル１８に電圧を
印加するプラズマ生成電源２０を備え、チャンバ１６内
にプラズマを発生させてプラズマ処理を行う装置であ
る。加えて、プラズマ処理装置１２は、チャンバ１６内
に赤外光を放射する赤外光ランプ２２をウエハステージ
２４に対向させるようにチャンバ１６の天井上に備えて
いる。また、プラズマ処理装置１２は、ウエハＷを配置
するウエハステージ２４をチャンバ１６内に、及びウエ
ハステージ２４にバイアス電圧を印加する基板バイアス
電源２６を備えている。ウエハステージ２４内には、ウ
エハＷを加熱する電熱式加熱ヒータ２８が設けてあり、
また、ロードロック室（図示せず）からチャンバ１６に
入る入口３０及びチャンバ１６からスパッタ成膜装置本
体１４に出る出口３２には、それぞれゲートバルブ３４
Ａ、Ｂが設けてある。プラズマ処理装置１２は、真空ポ
ンプ（図示せず）によりチャンバ１６を吸引排気しつつ
Ａｒガスを導入し、高真空下でウエハステージ２４上の
ウエハＷに加熱処理を施し、また誘導結合コイル１８か
らの電磁波によりプラズマを発生させ、ウエハＷに逆ス
パッタ処理を施すことができる。

【００２２】スパッタ成膜装置本体１４は、直流スパッ
タ成膜装置であって、陰極となるメタルターゲット３６
を上部に、ウエハＷを配置し、陽極となるウエハステー
ジ３８を下部に有するスパッタ成膜室４０と、メタルタ
ーゲット３６とウエハステージ３８の間に直流電圧を印
加する直流電源４２とを備えている。また、スパッタ成
膜室４０から搬出室に出る出口にはゲートバルブ３４Ｃ
が設けてある。スパッタ成膜装置本体１４は、真空ポン
プ（図示せず）によりスパッタ成膜室４０を吸引排気し
つつＡｒガスを導入し、ウエハステージ３８とメタルタ
ーゲット３６との間に電圧を印加してグロー放電を発生
させる。これにより、高エネルギーのイオンがメタルタ
ーゲット３６に衝突し、メタルターゲット３６から飛び
出したメタルターゲット４０の構成原子が、ウエハステ
ージ３８上のウエハに堆積してＢＬＭ膜を形成する。

【００２３】本スパッタ成膜装置１０では、本プラズマ
処理装置１２が赤外光ランプ２２を備えているので、ウ
エハステージ２４内の加熱ヒータ２８による加熱、プラ
ズマからの輻射熱による加熱に加えて、赤外光ランプ２
２からの赤外光による加熱をウエハに行うことができ
る。よって、本スパッタ成膜装置は、従来のプラズマか
らの輻射熱とイオン照射のみを利用する場合に比べて、
ＢＬＭ膜の下地となるポリイミド膜中に含まれている水
分（キュア処理後の工程中に再吸湿したものが主）をウ
エハからより効果的に脱離除去できる。予め、十分なキ
ュアをポリイミド膜に施すことができるので、逆スパッ
タ処理では、リフトオフに必要なレジスト・パターンの
変形、縮径処理を効果的に進行させることができる。ま
た、ＢＬＭ膜のスパッタ成膜中、下地のポリイミド膜か
らのガスの放出が抑制されるので、ポリイミド膜とＢＬ
Ｍ膜との間の膜密着力が向上する。更には、従来のよう
に、不純物ガスによって成膜プロセスが悪影響を受ける
ことがないので、純度の高いＢＬＭ膜をスパッタ成膜で
きる。

【００２４】スパッタ成膜装置の実施例２本実施例は、第２発明のスパッタ成膜装置の実施例であ
って、図２は本実施例のスパッタ成膜置の構成を示す模
式図である。本スパッタ成膜装置５０は、ランプ式加熱
ヒータを有して、ウエハに加熱処理を施すことのできる
ロードロック室５２と、ロードロック室５２に連続して
設けられ、逆スパッタ処理を行うプラズマ処理装置５４
と、実施例１で説明したスパッタ成膜装置本体１４と同
じ構成を備え、ＢＬＭ膜等の金属膜をスパッタ成膜する
スパッタ成膜装置本体（図示せず）とから構成されてい
る。

【００２５】ロードロック室５２は、ウエハＷを配置す
るウエハステージ５６を室内に有し、室内に赤外光を放
射してウエハＷを加熱する赤外光ランプ５８をウエハス
テージ５６に対向して天井上に備えている。また、ウエ
ハステージ５６にはウエハＷを加熱する電熱式加熱ヒー
タ６０が設けてある。搬入室からロードロック室５２に
入る入口６２及びプラズマ処理装置５４に入るロードロ
ック室５２の出口６４にはそれぞれゲートバルブ６６
Ａ、Ｂが設けてある。ロードロック室５２は、真空ポン
プ（図示せず）により吸引されて高真空に維持され、逆
スパッタ装置５４に入る前室の機能を果たすと共に赤外
光ランプ５８から放射される赤外光及び加熱ヒータ６０
によりウエハステージ５６上のウエハＷを加熱する。

【００２６】プラズマ処理装置５４は、平行平板型プラ
ズマ装置であって、対向する対の平行平板状の電極板、
即ち接地された陰極板６８と、ＲＦ電圧が印加される陽
極板７０とを有するチャンバ７２と、結合コンデンサ７
４を有し陽極板７０に高周波電圧を印加するＲＦ電源７
６とを備える。また、チャンバ７２からスパッタ成膜装
置本体に行く出口にはゲートバルブ６６Ｃが設けてあ
る。プラズマ処理装置５４は、真空ポンプ（図示せず）
によりチャンバ７２を吸引排気しつつＡｒガスを導入
し、対向する対の平行平板状の電極板６８、７０の間に
印加された高周波電圧により電極板間にプラズマを発生
させ、陽極板７０上のウエハＷに逆スパッタ処理を施
す。

【００２７】本スパッタ成膜装置５０では、逆スパッタ
処理の前に、ロードロック室５２において温調加熱され
たウエハステージ５６上にウエハＷを保持しながら赤外
光によるランプ加熱を行い、高真空下でウエハに加熱処
理を施すことができる。よって、本スパッタ成膜装置
は、従来のプラズマからの輻射熱とイオン照射のみを利
用する場合に比べて、ＢＬＭ膜の下地となるポリイミド
膜中に含まれている水分（キュア処理後の工程中に再吸
湿したものが主）をウエハからより効果的に脱離除去で
きる。従って、本スパッタ成膜装置は、実施例１のスパ
ッタ成膜装置で説明した効果と同様の効果を奏すること
ができる。

【００２８】はんだボールバンプ形成方法の実施例１本実施例は、本発明に係るはんだボールバンプ形成方法
の実施例であって、図１に示した実施例１のスパッタ成
膜装置を使用してＢＬＭ膜のパターン形成を行った例で
ある。尚、本実施例及び次の実施例２で挙げた処理条件
は、本発明方法の理解のための例示であって、これに限
るものではない。先ず、従来の方法と同様にして、図７
（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体基体１０２上に
シリコン窒化膜１０６及び第１ポリイミド膜１１０を成
膜し、Ａｌ電極パッド１０４上に、それぞれ第１開口部
１０８及び第２開口部１１２を開口する。次いで、図３
（ａ）に示すように、基板上にフォトレジスト膜１１４
を成膜し、Ａｌ電極パッド１０４、はんだボールバンプ
形成領域１１３及びＡｌ電極パッド１０４とはんだボー
ルバンプ形成領域１１３とを結ぶ配線形成領域１１５を
含む領域を開口した第３開口部１１６を形成する。

【００２９】ＢＬＭ膜成膜の第１段前処理として、図１
に示すスパッタ成膜装置１０のプラズマ処理装置１２を
使用して、図３（ａ）に示した層構造を備えるウエハＷ
に以下の条件で真空加熱処理を施した。真空加熱は、チ
ャンバ１６を真空吸引して高真空に維持し、ウエハステ
ージ２４に内蔵した電熱式加熱ヒーター２８による加熱
及びチャンバ１６の天井上の赤外光ランプ２２の照射に
よって行い、これにより、ウエハの温度を迅速に昇温さ
せ、かつ均一で高精度な温度制御を行って、第１ポリイ
ミド膜１１０に十分なキュアを施すことができた。（１）真空加熱処理Ａｒの流量：１００sccm チャンバ内の圧力：２Ｐａウエハステージの温度：９５℃ ＩＣＰソース電力：印加せず基板バイアス電圧：印加せず赤外光ランプ：ＯＮ処理時間：１２０秒

【００３０】次いで、同じくプラズマ処理装置１２を使
用して、第２段前処理として以下の条件で逆スパッタ処
理をウエハＷに施した。（２）逆スパッタ処理Ａｒの流量：２５sccm チャンバ内の圧力：０．７Ｐａウエハステージの温度：９５℃ ＩＣＰソース電力：１ｋＷ（４５０ｋＨｚ）基板バイアス電圧：７５Ｖ（１３．５６ＭＨｚ）赤外光ランプ：ＯＦＦ処理時間：１２０秒

【００３１】逆スパッタ処理により、ウエハは、図３
（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１１４の表面層
が放電プラズマからのＡｒ⁺イオン照射を受け、レジス
ト・パターンに設けられた第３開口部１１６の側壁は、
オーバーハング状に変形され、その開口縁１３０は縮径
した。また、真空加熱処理により、ＢＬＭ膜の下地とな
るポリイミド膜中に含まれている水分が、ウエハから効
果的に脱離除去される。よって、逆スパッタ処理では、
ウエハがプラズマ輻射熱やイオン入射エネルギーを受け
ながら、低基板バイアス条件下で徐々にレジスト・パタ
ーンの開口部の変形、縮径処理が進行するので、リフト
オフ法の適用に最適な処理を行うことができる。

【００３２】続いて、高真空下のスパッタ成膜装置本体
１４にウエハＷを送入し、以下の条件で、Ａｌ電極パッ
ド１０４、はんだボールバンプ形成領域１１３及びＡｌ
電極パッド１０４とはんだボールバンプ形成領域１１３
とを結ぶ配線形成領域１１５を含む領域並びにフォトレ
ジスト膜１１４上に、ＢＬＭ膜１１８を成膜した。ＢＬ
Ｍ膜１１８は、Ａｌ電極パッドとの密着層として機能す
る厚さ０．１μｍのＣｒ膜、はんだのバリアメタルとし
て機能する厚さ１．０μｍのＣｕ膜、及びバリアメタル
の酸化防止膜として機能する厚さ０．１μｍのＡｕ膜か
らなる、３層の積層金属膜として構成されている。（３）Ｃｒ膜の成膜ＤＣ電力：３．０ｋＷＡｒの流量：７５sccm チャンバ内の圧力：１．０Ｐａウエハステージの温度：５０℃ （４）Ｃｕ膜の成膜ＤＣ電力：９．０ｋＷＡｒの流量：１００sccm チャンバ内の圧力：１．０Ｐａウエハステージの温度：５０℃ （５）Ａｕの成膜ＤＣ電力：３．０ｋＷＡｒの流量：７５sccm チャンバ内の圧力：１．５Ｐａウエハステージの温度：５０℃

【００３３】前述の成膜前処理によって、図３（ｃ）に
示すように、オーバーハング状に形状制御されたレジス
ト・パターンの第３開口部１１６の側壁面には、ＢＬＭ
膜１１８が成膜されないので、ＢＬＭ膜１１８は、第１
開口部１０８の底部領域とフォトレジスト膜１１４上の
領域とに分断されて形成される。本実施例では、ＢＬＭ
のスパッタ成膜中、先の真空加熱処理の効果によって、
下地のポリイミド膜からのガスの放出が抑制されるの
で、ポリイミド膜とＢＬＭ膜との間の膜密着力が向上す
る。また、下地の第１ポリイミド膜１１０及びレジスト
・パターンからのガスの放出が効果的に抑制されてお
り、従来のようにプロセス雰囲気が不純物ガスの悪影響
を受けることがないので、高い純度のＢＬＭ膜１１８を
スパッタ成膜することができる。

【００３４】次に、（ＣＨ₃）₂ＳＯ（Dimethyl sulfoxi
de）とＣＨ₃ＮＣ₄Ｈ₆Ｏ（N-methyl-2-pyrrolidone）と
から構成されるレジスト剥離液に浸して加熱揺動処理し
た結果、図３（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜１
１４上の不要なＢＬＭ膜１１８は、レジスト・パターン
と共にリフトオフ（剥離除去）され、Ａｌ電極パッド１
０４、はんだボールバンプ形成領域１１３及び配線形成
領域１１５上にＢＬＭ膜再配線部１２０が形成された。
更に、従来の方法と同様にして、図８（ｅ）及び（ｆ）
に示すように、高融点はんだ（Ｐｂ：Ｓｎ＝９７：３）
を真空蒸着し、パターニングし、ウェットバック工程で
フラックス塗布とはんだの加熱溶融処理を行い、図８
（ｇ）に示すように、はんだボールバンプ１２８を形成
した。

【００３５】本実施例では、ＢＬＭ膜のスパッタ成膜中
に、ウエハ、特に下地ポリイミド膜からの不純物ガスの
放出が抑制されるため、ポリイミド／ＢＬＭ界面におけ
るメタルの膜密着力が向上すると共にコンタクト抵抗及
び配線抵抗の低減を図ることができた。そして、このよ
うにして形成された再配置はんだボールバンプを介し
て、ＬＳＩチップをプリント配線基板上にフリップチッ
プ実装して組み立てることにより、半導体デバイスのバ
ンプ接合部での密着強度及び電気特性が向上し、最終的
な製品セットの信頼性及び耐久性が従来製造プロセスの
ものに比べて大きく改善されることが確認できた。

【００３６】はんだボールバンプ形成方法の実施例２本実施例は、本発明に係るはんだボールバンプ形成方法
の別の実施例であって、図２に示した実施例２のスパッ
タ成膜装置を使用してＢＬＭ膜のパターン形成を行った
例である。ランプ式加熱ヒータを備えたロードロック室
５２で予めウエハに真空加熱処理を施した後に、平行平
板型のプラズマ処理装置５４にウエハを搬送し、逆スパ
ッタ処理を施している。

【００３７】実施例１と同様にして、図３（ａ）に示す
層構造のウエハＷを作製し、次いでウエハＷをスパッタ
成膜装置５０のロードロック室５２に配置し、以下の条
件で、ＢＬＭ膜成膜の第１段前処理として真空加熱処理
を施した。真空加熱は、ロードロック室５２を真空に維
持し、ウエハステージ５６に内蔵した電熱式加熱ヒータ
ー６０による加熱及びロードロック室５２上の赤外光ラ
ンプ５８の照射によって行い、これにより、ウエハの温
度を迅速に昇温させ、かつ均一で高精度な温度制御を行
って、第１ポリイミド膜１１０に十分なキュアを施すこ
とができた。（１）真空加熱処理ロードロック室の圧力：１×１０^-3Ｐａ以下ウエハステージの温度：１１０℃ 赤外光ランプ：ＯＮ処理時間：１２０秒

【００３８】次に、ウエハＷをプラズマ処理装置５４内
に搬送し、以下の条件で、ＢＬＭ膜成膜の第２前処理、
即ち逆スパッタ処理を行った。（２）逆スパッタ処理Ａｒの流量：２５sccm チャンバの圧力：０．７Ｐａウエハステージの温度：５０℃ ＲＦ印加電力：３００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）処理時間：５分

【００３９】逆スパッタ処理により、ウエハは、図３
（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１１４の表面層
が放電プラズマからのＡｒ⁺イオン照射を受け、レジス
ト・パターンに設けられた第３開口部１１６の側壁は、
オーバーハング状に変形され、その開口縁１３０は縮径
した。また、プラズマ処理を行うチャンバ１６とは独立
したロードロック室５２での真空加熱処理により、ＢＬ
Ｍ膜の下地となるポリイミド膜中に含まれている水分
が、被処理ウエハから効果的に脱離除去される。また、
プラズマ輻射熱やイオン入射エネルギーをウエハが受け
ながら、低基板バイアス条件下で徐々にレジスト・パタ
ーンの縮径処理が進行するので、リフトオフ法の適用に
最適な処理を行うことができる。従って、本実施例で
は、事前のキュア効果により、従来のようにウエハから
脱離した水分が、逆スパッタ処理するプラズマ処理装置
のプラズマチャンバを汚染するようなことが無い。ま
た、逆スパッタ処理において下地からの放出ガス量を低
減できるため、ウエハの処理数が増加した場合であって
も、成膜前処理がリフトオフ性に対して最適化され、か
つプロセスの安定性が大きく向上する。

【００４０】このようにして成膜前処理を行ったウエハ
Ｗをスパッタ成膜装置本体１４に搬送し、実施例１と同
様にして、ＢＬＭ膜１１８を形成した。前述の成膜前処
理によって、図３（ｃ）に示すように、オーバーハング
状に形状制御された下地レジスト・パターンの第３開口
部１１６の側壁面には、メタル層が成膜されることな
く、ＢＬＭ膜１１８は、第１開口部１０８の底部領域と
フォトレジスト膜１１４上の領域とに分断された状態と
なった。このＢＬＭ膜の成膜中、先の加熱処理の効果に
よって、下地のポリイミド膜やレジスト・パターンから
のガスの放出が効果的に抑制されるので、プロセス雰囲
気が不純物ガスの悪影響を受けることなく、高純度のＢ
ＬＭ膜１１８をスパッタ成膜できる。

【００４１】この後、前述の実施例１と同様に、フォト
レジストのリフトオフによってＢＬＭ膜の再配線パター
ンを形成し（図３（ｄ））、引き続き、実施例１と同様
にして、はんだボールバンプ１２８を形成した。

【００４２】本実施例では、ＢＬＭ膜の成膜中に、ウエ
ハ、特に下地ポリイミド膜からの放出ガス量が、実施例
１と同様に効果的に抑制されるため、ポリイミド／ＢＬ
Ｍ界面におけるメタルの膜密着力がより一層向上すると
共にコンタクト抵抗及び配線抵抗の更なる低減を図るこ
とができた。そして、このようにして形成された再配置
はんだボールバンプを介して、ＬＳＩチップをプリント
配線基板上にフリップチップ実装して組み立てることに
より、実施例１と同様に、又はそれ以上に半導体デバイ
スのバンプ接合部での密着強度及び電気特性が向上し、
最終的な製品セットの信頼性及び耐久性が従来製造プロ
セスのものに比べて大きく改善されることが確認でき
た。

【００４３】以上、本発明に係るはんだボールバンプの
形成方法を実施例１及び２に基づいて説明したが、本発
明方法はこれらの実施例に何ら限定されるものではな
く、発明の主旨を逸脱しない範囲でウエハの層構造、プ
ロセス装置、プロセス条件等の条件を適宜選択可能であ
ることは言うまでもない。例えば、本実施例では、はん
だバンプのパターン形成法として、真空蒸着による成膜
とフォトレジストのリフトオフを用いた場合を示した
が、それ以外の電解メッキ等を用いた製法への適用も可
能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明の構成によれば、電極パッド上以
外の金属膜のはんだボールバンプ形成領域上にはんだボ
ールバンプを形成するはんだボールバンプの形成方法に
おいて、電極パッド上、並びに下地膜のはんだボールバ
ンプ形成領域及び電極パッドとはんだボールバンプ形成
領域とを結ぶ配線領域上を開口したレジスト・パターン
を形成した後に、下地膜に加熱処理を施す工程を実施
し、次いで、下地膜上のレジスト・パターンの開口縁を
縮径する工程、更に、下地膜上に金属膜をスパッタ成膜
する工程を実施することにより、下地膜と金属膜との間
の膜密着力を大きくし、従来問題となっていた再配置さ
れたバンプの接合強度及び電気的接続性を改善させるこ
とができる。また、高純度の金属膜を堆積させることが
できるので、半導体デバイスの電気的特性を改善するこ
とができる。本はんだボールバンプの形成方法を適用す
ることにより、フリップチップ実装して組み立てた製品
セットのチップと実装基板との間の機械的接合強度及び
電気的接続について高い信頼性及び耐久性を得ることが
できる。よって、本発明方法は、微細なデザインルール
に基づいて設計され、高集積度、高性能、高信頼性を要
求される今後の微細な半導体装置の製造に極めて有効で
ある。また、本発明に係るスパッタ成膜装置は、ランプ
式加熱ヒータを備えたロードロック室又はチャンバを備
えたプラズマ処理装置を備えることにより、本発明に係
るはんだボールバンプの形成方法を実施する装置として
最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスパッタ成膜装置の実施例１の構
成を示す模式図である。

【図２】本発明に係るスパッタ成膜装置の実施例２の構
成を示す模式図である。

【図３】図３（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、本発明に
係るはんだボールバンプの形成方法の要部工程毎の基板
断面を示す図である。

【図４】図４（ａ）から（ｅ）は、それぞれ、従来のは
んだボールバンプの形成方法の工程毎の基板断面を示す
図である。

【図５】図５（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、従来のは
んだボールバンプの形成方法の図４（ａ）に示す工程を
更に詳細にした工程毎の基板断面を示す図である。

【図６】電極パッド上とは別の領域に設けたはんだボー
ルバンプを示す斜視図である。

【図７】図７（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、図６に示
すようにはんだボールバンプを電極パッドとは別の領域
に設ける従来のはんだボールバンプの形成方法の工程毎
の基板断面を示す図である。

【図８】図８（ｅ）から（ｇ）は、それぞれ、図７
（ｄ）に続く、従来のはんだボールバンプの形成方法の
工程毎の基板断面を示す図である。

【符号の説明】

１０……本発明に係るスパッタ成膜装置の実施例１、１
２……プラズマ処理装置、１４……スパッタ成膜装置本
体、１６……チャンバ、１８……誘導結合コイル、２０
……プラズマ生成電源、２２……赤外光ランプ、２４…
…ウエハステージ、２６……基板バイアス電源、２８…
…電熱式加熱ヒータ、３０……入口、３２……出口、３
４……ゲートバルブ、３６……メタルターゲット、３８
……ウエハステージ、４０……スパッタ成膜室、４２…
…直流電源、５０……本発明に係るスパッタ成膜装置の
実施例２、５２……ロードロック室、５４……逆スパッ
タ装置、５６……ウエハステージ、５８……赤外光ラン
プ、６０……電熱式加熱ヒータ、６２……入口、６４…
…出口、６６……ゲートバルブ、６８……陰極板、７０
……陽極板、７２……チャンバ、７４……結合コンデン
サ、７６……ＲＦ電源、８１……半導体基体、８２……
Ａｌ電極パッド、８３……表面保護膜、８４……開口
部、８５……ＢＬＭ膜、８６……開口部、８７……レジ
スト・パターン、８８……はんだ蒸着膜、８９……はん
だボールバンプ、９０……第１開口部、９１……フォト
レジスト膜、９２……第２開口部、９３……開口縁、９
４……側壁面、１０２……半導体基体１０２、１０４…
…Ａｌ電極パッド１０４、１０６……シリコン窒化膜、
１０８……第１開口部、１１０……第１ポリイミド膜、
１１２……第２開口部、１１３……はんだボールバンプ
形成領域、１１４……フォトレジスト膜、１１５……配
線形成領域、１１６……第３開口部、１１８……ＢＬＭ
膜、１２０……ＢＬＭ再配線部、１２２……第２ポリイ
ミド膜、１２４……第４開口部、１２６……はんだ蒸着
膜、１２８……はんだボールバンプ、１３０……開口
縁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体デバイス・チップ上に形成された
電極パッドの各々に絶縁膜の開口部を介して接続し、か
つ電極パッド上とは別にはんだバンプ形成領域を有する
金属膜を絶縁膜上にレジスト・パターンのリフトオフ法
によって形成し、次いで、金属膜のはんだバンプ形成領
域上にはんだバンプを形成するはんだバンプの形成方法
において、電極パッド上、並びに絶縁膜上のはんだバンプ形成領域
及び電極パッドとはんだバンプ形成領域とを結ぶ配線形
成領域を開口したレジスト・パターンを基板上に形成し
た後に、絶縁膜に加熱処理を施す工程を実施し、次いで、プラズマ処理により、絶縁膜上のレジスト・パ
ターンの開口部の側壁をオーバーハング状に変形して開
口縁を縮径する工程、更に、基板上に金属膜をスパッタ
成膜する工程を実施することを特徴とするはんだバンプ
の形成方法。
【請求項２】絶縁膜に加熱処理を施す工程を高真空下
で実施することを特徴とする請求項１に記載のはんだバ
ンプの形成方法。
【請求項３】絶縁膜が有機化合物膜であることを特徴
とする請求項１又は２に記載のはんだバンプの形成方
法。
【請求項４】有機化合物膜がポリイミド膜であること
を特徴とする請求項３に記載のはんだバンプの形成方
法。
【請求項５】金属膜がバリアメタル層を含む積層金属
層であることを特徴とする請求項１から４のうちのいず
れか１項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項６】積層金属層が、ＢＬＭ（Ball Limitting
Metal）層であることを特徴とする請求項５に記載のは
んだバンプの形成方法。
【請求項７】請求項１から６のいずれか１項に記載し
たはんだバンプの形成方法を実施する際に、基板上に金
属膜を成膜するスパッタ成膜装置であって、電極パッド上、並びに絶縁膜上のはんだバンプ形成領域
及び電極パッドとはんだバンプ形成領域とを結ぶ配線形
成領域を開口したレジスト・パターンを有する基板にプ
ラズマ処理を施して、レジスト・パターンの開口部の側
壁をオーバーハング状に変形して開口縁を縮径するプラ
ズマ処理装置と、露出した絶縁膜及び電極パッド並びにレジスト膜を含む
基板上に金属膜を成膜するスパッタ成膜装置本体とを備
え、プラズマ処理装置が、基板加熱手段として、少なくとも
ランプ式加熱ヒータを具備していることを特徴とするス
パッタ成膜装置。
【請求項８】プラズマ処理装置が、ウエハを保持する
ウエハステージに加熱手段を内蔵していることを特徴と
する請求項７に記載のスパッタ成膜装置。
【請求項９】請求項１から６のいずれか１項に記載し
たはんだバンプの形成方法を実施する際に、基板上に金
属膜を成膜するスパッタ成膜装置であって、加熱手段を備えた予備真空室と、電極パッド上、並びに絶縁膜上のはんだバンプ形成領域
及び電極パッドとはんだバンプ形成領域とを結ぶ配線形
成領域を開口したレジスト・パターンを有する基板にプ
ラズマ処理を施して、レジスト・パターンの開口部の側
壁をオーバーハング状に変形して開口縁を縮径する、予
備真空室に連結されたプラズマ処理装置と、露出した絶縁膜及び電極パッド並びにレジスト膜を含む
基板上に金属膜を成膜するスパッタ成膜装置本体とを備
えていることを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項１０】予備真空室には、ウエハステージに内
蔵させた電熱型加熱ヒータ及びランプ式加熱ヒータの少
なくともいずれかが、加熱手段として設けられているこ
とを特徴とする請求項９に記載のスパッタ成膜装置。