JPH10308406A

JPH10308406A - 半導体装置の製造方法及びこれに用いる低温熱処理装置

Info

Publication number: JPH10308406A
Application number: JP10041589A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田; Kazuo Nishiyama; 和夫西山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、デバイス・チップの実装不良を回
避すると共に、電気的検査の測定精度の向上やメンテナ
ンス時間の短縮をも可能と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】Ａｌ系電極パッド２にＢＬＭ膜５を介し
て接続するハンダ膜パターン７ａを形成し、これらＢＬ
Ｍ膜５とハンダ膜パターン７ａとをオーミック接続させ
るための低温短時間熱処理を行った後、先端部の径１０
μｍφ、針圧（オーバードライブ量）２０μｍの条件で
ハンダ膜パターン７ａに測定プローブＰ１を接触させて
電気的検査を行う。ハンダ・ボール形成のためのウェッ
トバックは電気的検査後に行うため、最終的なハンダ・
ボール７ｃの仕上がり形状にプローブ痕８ａの影響は何
ら認められず、その高さの均一性は良好になる。従っ
て、プリント配線基板上へのフリップチップ実装の際の
実装不良が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハンダ・ボールを
用いて実装基板上に実装されるデバイス・チップに対し
てその実装前に電気的検査を行う半導体装置の製造方法
に関し、特にその電気的検査時の測定プローブとの接触
によるハンダ・ボールの形状不良や測定精度の低下を防
止する技術に関する。

【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、部品実装密度を如何に向上させるかが重要な
ポイントとなる。半導体ＩＣ（集積回路）に関しても、
ボンディング・ワイヤとリード・フレームとを用いた従
来のパッケージ実装に代わり、ＬＳＩ（大規模集積回
路）のベア・チップを直接に実装基板上の導体パターン
に接続するワイヤレス・ボンディングが提案されてい
る。特に、デバイス・チップの素子形成面側に全ての電
極部とこれに接続するハンダ・ボール（バンプ）やビー
ム・リードを実装端子として形成しておき、この素子形
成面を下向きにして実装端子とプリント配線基板上の導
体パターンとを直接的に接続する方法は、フリップ・チ
ップ・ボンディング法と呼ばれており、アセンブリ工程
が合理化できることからハイブリッドＩＣの実装や大型
コンピュータ用途に広く利用されている。

【０００３】中でもハンダ・ボールは、今後の多ピン数
パッケージとして有望なＢＧＡ（ボール・グリッド・ア
レイ）パッケージ用の実装端子として、ますます重要な
地位を占めるものと期待されている。ここでＢＧＡと
は、通常、デバイス・チップの周辺部に集中しているＡ
ｌ電極パッドの配列パターンを絶縁性の仲介層（インタ
ポーザ）を介してより広範囲に分散された規則的な電気
接点の配列パターンに変換し、この電気接点にハンダ・
ボールを配する技術である。そして、このＢＧＡによれ
ば、隣接するハンダ・ボール間の配列ピッチを大きく確
保することができるため、ハンダ・ボール間の短絡のお
それがなく、従ってボール径を縮小せずに十分な接合強
度をもってデバイス・チップをプリント配線基板上にフ
リップチップ実装することが可能となる。

【０００４】近年においては、パッケージ１個に２００
個以上ものハンダ・ボールが形成される場合もあり、こ
れら多数のハンダ・ボールをいかに均一な高さに形成で
きるかが、実装の信頼性を左右する。更に、ＬＳＩチッ
プにおいては、前述したインタポーザのハンダ・ボール
に比べて、より小さいハンダ・ボールを狭ピッチで均一
に形成する必要があり、より高い精度が要求される。

【０００５】従来、ＬＳＩチップにおけるハンダ・ボー
ルの形成は一般に電解メッキにより行われてきたが、こ
の方法には下地材料層の表面状態や電気抵抗のわずかな
バラツキによって成膜されるハンダの厚みが変動すると
いう問題があった。この問題を解決するため、本出願人
は先に特開平７−２８８２５５号公報において、真空薄
膜形成技術とレジスト・パターンのリフトオフ技術とを
組み合わせたハンダ・ボールの形成方法を提案した。こ
の方法を、図１４及び図１５を参照しながら説明する。

【０００６】図１４は、半導体基板３１のパッシベーシ
ョンを経てＡｌ（アルミニウム）電極パッド３２上にＢ
ＬＭ（Ball Limiting Metal ）膜３５を形成し、更に有
機保護膜によるパッシベーションを経てハンダ膜パター
ン３７ａを形成したウェハＷの状態を示している。ここ
でＢＬＭ膜とは、下地のＡｌ電極パッド３２と後に形成
される上層金属膜との間の密着性向上や両者の間の相互
拡散防止を目的として形成されるバリヤメタル膜の一種
であり、そのＢＬＭという名称は特に上層金属膜がハン
ダ膜である場合にこのバリヤメタル膜がハンダ・ボール
の仕上がり形状を左右することに由来する。

【０００７】ここまでの工程を簡単に述べると、先ず、
全ての素子形成が終了した半導体基板３１上にＡｌ電極
パッド３２を所定の形状にパターニングする。続いて、
ウェハＷの全面をＳｉＮパッシベーション膜３３で被覆
した後、このＳｉＮパッシベーション膜３３をパターニ
ングして、Ａｌ電極パッド３２に臨む開口３３ａを形成
する。続いて、ウェハＷの全面を有機パッシベーション
膜であるポリイミド膜３４で被覆し、Ａｌ電極パッド３
２に臨む開口３４ａを上記の開口３３ａの更に内側に形
成する。

【０００８】次いで、この開口３４ａを覆うようにＢＬ
Ｍ膜３５を形成する。このＢＬＭ膜３５は、下層側から
順にＣｒ（クロム）膜、Ｃｕ（銅）膜、Ａｕ（金）膜が
スパッタリングによって積層された多層膜であり、リフ
トオフ法により形成する。即ち、上記のポリイミド膜３
４の上に、十分な厚さを有するレジスト・パターン（図
示せず）を開口３４ａを露出させるように形成する。続
いて、Ａｌ電極パッド３２の表面に成長している自然酸
化膜を除去するための前処理を行った後、ウェハＷの全
面にＢＬＭ膜３５を被着させる。このとき、レジスト・
パターン上に被着されるＢＬＭ膜３５とＡｌ電極パッド
１２に被着されるＢＬＭ膜３５とは分断される。この
後、ウェハＷをレジスト剥離液に浸して加熱揺動処理を
行うと、レジスト・パターンと共にその上のＢＬＭ膜３
５は不要部として除去され、Ａｌ電極パッド３２に接続
するＢＬＭ膜３５のみを残すことができる。

【０００９】次いで、このＢＬＭ膜３５を完全に被覆す
るハンダ膜パターン３７ａを形成する。このハンダ膜パ
ターン３７ａも、典型的にはＢＬＭ膜３５の形成時と同
様のリフトオフ法を用いて形成することができる。即
ち、ウェハＷの全面に成膜されるハンダ膜を予めＢＬＭ
膜３５を露出させるように形成された十分な厚さを有す
るレジスト・パターン（図示せず）によって分断し、こ
のレジスト・パターンと共にその上に被着された不要な
ハンダ膜を除去するのである。

【００１０】これ以降は、いわゆるウェットバックと呼
ばれる加熱溶融処理を行う。即ち、ハンダ膜パターン３
７ａの表面にフラックスを塗布した後、Ｎ₂（窒素）雰
囲気下において段階的に昇温すると、ハンダ膜パターン
３７ａはそれ自身の表面張力により収縮し、図１５に示
されるように、ＢＬＭ膜３５上で自己整合的にハンダ・
ボール３７ｃとなる。この後、図示はしないが、ウェハ
Ｗをダイシングし、このウェハＷから分割された個々の
デバイス・チップのハンダ・ボール形成面を下向きにし
てプリント配線基板に対向させ、このプリント配線基板
上の予備ハンダ付けされた導体パターンとハンダ・ボー
ル３７ｃとを位置合わせした上で加熱溶着させると、デ
バイス・チップのプリント配線基板へのフリップチップ
実装が完了する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、デバイス・
チップの実装前には、その電気特性を診断するための電
気的検査が行われる。この電気的検査は、ウェハＷのダ
イシング前に行われる場合とダイシング後に行われる場
合とがあるが、いずれにしても従来は図１６に示される
ように、仕上がり後のハンダ・ボール３７ｃの頂頭部に
検査装置の測定プローブＰを接触させて行われている。
この測定プローブＰの接触に際しては、微細なハンダ・
ボール３７ｃをデバイス・チップあるいはＢＧＡパッケ
ージから脱落させることのないように細心の注意を払う
必要があるが、このような球形の接点に対する接触抵抗
を低下させて電気的導通を確保し、正確な電気特性を測
定するためには、ある程度以上の針圧を加えることは止
むを得ない。

【００１２】しかし、必要最小限の針圧によっても、測
定後のハンダ・ボール３７ｃの表面に図１６に示される
ようなプローブ痕３８が生じたり、場合によっては図１
７に示されるようにハンダ・ボール３７ｄが潰れること
もある。そして、これらの変形によりハンダ・ボール３
７ｃ、３７ｄの高さがばらつくと、デバイス・チップと
プリント配線基板との間の密着性の低下、接続抵抗の上
昇等の実装不良を招く原因となり、製造上不利益であ
る。

【００１３】また、これらのハンダ・ボール３７ｃ、３
７ｄの変形は、一旦生じてしまうと、再び熱処理を施し
て回復させることは事実上不可能である。これは、ウェ
ットバック工程における熱処理が、通常、ＢＬＭ膜３５
とハンダ膜パターン３７ａとの間の相互拡散を抑制し得
るかなり臨界的な条件で行われているため、この熱処理
を再度施すと上記の相互拡散が抑制できなくなるおそれ
が大きい上、最悪の場合にはハンダの成分がＡｌ電極パ
ッド３２にまで拡散して電気接点の信頼性を損なうおそ
れもあるからである。

【００１４】更に、従来の電気的検査においては、上述
のような実装不良の他、測定そのものにも影響が現れて
いる。先ず、球形のハンダ・ボール３７ｃに測定プロー
ブＰを接触させなければならないため、接触具合のわず
かな変化が測定結果に影響を及ぽすおそれが大きい。ま
た、ハンダ・ボール３７ｃの変形が避けられないほどの
針圧を加えながら使用される測定プローブＰの先端部に
は、測定回数が重なるにつれてハンダかすが付着する。
従って、導通不良を回避するためには測定プローブＰの
クリーニングを頻繁に行う必要が生ずるが、このことが
検査装置のメンテナンスの所要時間を増大させて、電気
的検査の作業効率、延いては半導体装置の生産効率を劣
化させる原因となっている。このように、ハンダ・ボー
ルに測定プローブを接触させて電気的検査を行った後に
デバイス・チップを実装する従来の方法は、実装の信頼
性やデバイス・チップの歩留まりのみならず、測定精度
や生産効率にも好ましくない影響を与えているという問
題があった。

【００１５】そこで本発明は、これらの問題に鑑みてな
されたものであり、デバイス・チップの実装不良を回避
すると共に、電気的検査の測定精度の向上やメンテナン
ス時間の短縮をも可能と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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】ハンダ・ボールに測定プ
ローブを接触させて電気的検査を行う場合、一方におい
て、プローブをハンダ・ボールに接触させてから更にあ
る程度の針圧を加えないと接触抵抗が低下せず、電気的
特性の正確かつ安定した測定が行えない。他方、針圧を
余り加え過ぎてしまうと、ハンダ・ボールに形成される
プローブ痕やハンダ・ボールの潰れの程度が大きくな
り、後の実装基板上への実装時に密着性の低下や接続抵
抗の上昇等の種々の不良を発生させてしまう。

【００１７】本発明者らは、こうした二律背反を解決
し、ハンダ・ボールの電気特性検査を正確かつ安定して
行うべく鋭意実験と検討を重ねた結果、以下に述べる本
発明に想到した。即ち、請求項１に係る半導体装置の製
造方法は、ハンダ・ボールを用いて実装基板上に実装さ
れるデバイス・チップに対し、実装前に測定プローブの
接触を伴う電気的検査を行う半導体装置の製造方法であ
って、デバイス・チップの電極パッド部に電気的に接続
するハンダ膜パターンを選択的に形成する第１工程と、
このハンダ膜パターンに測定プローブを接触させて電気
的検査を行う第２工程と、加熱溶融処理によりハンダ膜
パターンを収縮させてハンダ・ボールを形成する第３工
程とを有することを特微とする。

【００１８】このように請求項１に係る半導体装置の製
造方法においては、第１工程で電極パッド部に電気的に
接続するハンダ膜パターンを選択的に形成し、第２工程
でこのハンダ膜パターンに測定プローブを接触させて電
気的検査を行い、第３工程で例えばウェットバックによ
る加熱溶融処理を行ってハンダ・ボールを形成するた
め、仮に第２工程においてハンダ膜パターンにプローブ
痕が残っても、これに続く第３工程における加熱溶融処
理によってそのプローブ痕は消滅し、ハンダ・ボールの
仕上がり形状には何ら影響を及ぼさない。従って、ハン
ダ・ボールの高さが均一となり、デバイス・チップと実
装基板との間の密着性不足や接続抵抗の上昇等の実装不
良が防止される。また、電気的検査を行う際の測定プロ
ーブの接触対象が、従来のような球形のハンダ・ボール
ではなく、ほぼ平坦なハンダ膜パターンであるため、従
来よりも小さい針圧であっても十分な電気的導通を確保
することができる。従って、測定プローブの先端に転写
されるハンダかすの量が減少し、測定プローブのクリー
ニングの頻度も減少するため、電気的検査の作業効率、
延いては半導体装置の生産効率が向上する。

【００１９】また、請求項２に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項１に係る半導体装置の製造方法におい
て、前記電気的検査を行う際に、測定プローブのハンダ
膜パターンに対する針圧をオーバードライブ量にして１
０μｍ以上１００μｍ以下に設定する構成とすることに
より、従来よりも広い針圧範囲において正確かつ安定し
た電気的特性が測定される。

【００２０】即ち、測定プローブの接触対象がほぼ平坦
なハンダ膜パターンであるため、従来よりも小さい針圧
であっても十分な電気的導通を確保することが可能にな
り、測定プローブの先端に転写されるハンダかすの量が
減少して、測定プローブのクリーニングの頻度も減少す
る。その一方、ハンダ膜パターンに測定プローブを接触
させて電気的検査を行う際に多少のプローブ痕が付いた
としても、その後の溶融処理を経ることにより、仕上が
り後のハンダ・ボールには測定プローブによる影響がほ
とんど残らなくなることを考慮して、測定プローブのハ
ンダ膜パターンに対する針圧を従来よりも大きくするこ
とも可能になるため、十分に接触抵抗を低下させて、正
確かつ安定した電気的特性が測定される。こうして、従
来よりも広い針圧範囲において、測定後のハンダ・ボー
ルへのプローブ痕やハンダ・ボール潰れの発生を防止す
ると共に、また測定処理数を重ねた場合であっても導通
不良を回避するための測定器のメンテナンスとして必要
な針先のクリーングもその頻度を最小限に抑制すること
が可能になり、安定したデバイス特性検査が効率よく、
高い生産性で実現される。そして、本発明者らが鋭意実
験と検討を重ねた結果、この従来よりも広い針圧範囲と
しては、プローブ針のハンダ薄膜パターンへの接触後の
オーバードライブ量にして１０μｍ以上１００μｍ以下
の範囲が好適であることを見い出した。

【００２１】また、請求項３に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項２に係る半導体装置の製造方法におい
て、前記電気的検査を行う際に、測定プローブの先端部
の径を５μｍ以上１００μｍ以下に加工したものを使用
する構成とすることにより、測定プローブの先端部の径
が従来よりも広い範囲において正確かつ安定した電気的
特性が測定される。

【００２２】即ち、測定プローブの先端部は、ハンダ膜
パターンの表面の自然酸化膜を突き破って純粋なハンダ
と接触するに必要な鋭さが要求される一方で、ハンダと
の接触面積が大きいことが望ましいが、測定プローブの
接触対象がほぼ平坦なハンダ膜パターンであり、球状の
ハンダ・ボールの場合に比べて接触面積が比較的大きく
採れることから、測定プローブの先端部の径が従来より
も小さい場合であっても所定の接触面積を確保すること
が可能になる。その一方、前述のように測定プローブの
針圧を大きくすることも可能であるため、ハンダとの接
触面積を大きくするために先端部の径を従来よりも大き
くした場合であっても、ハンダ膜パターンのの表面の自
然酸化膜を容易に突き破って純粋なハンダと接触させる
ことが可能になる。こうして、測定プローブの先端部の
径が従来よりも広い範囲において、ハンダ膜パターンの
表面の自然酸化膜を突き破ると共に、純粋なハンダとの
接触面積を大きく採ることが可能になるため、接触抵抗
を低下させて、正確かつ安定した電気的特性が測定され
る。そして、本発明者らが鋭意実験と検討を重ねた結
果、この測定プローブの先端部の径の従来よりも広い範
囲としては、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲が好適で
あることを見い出した。従って、実際の製造プロセスに
おいては、測定プローブの取り扱いの容易さ、耐久性、
メンテナンス性等を総合的に勘案して、請求項２、３に
係る範囲内から測定プローブの先端部の径及びその針圧
を選択して、ハンダ膜パターンを対象とする電気的検査
を行えばよい。

【００２３】また、請求項４に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項１に係る半導体装置の製造方法におい
て、前記電気的検査を行う際に、デバイス・チップを加
熱した状態にする構成とすることにより、温度バイアス
を加えた時の電気特性が得られるため、室温測定のみで
電気的検査を行う場合よりも、厳しい検査基準で良品チ
ェックが行われることになる。従って、厳しく良品選別
されたハンダ・ボール形成チップのみを実装基板に実装
して組み立てられた最終的な製品デバイスの信頼性及び
耐久性は、従来製造工程のものに比べてより一層向上す
る。なお、電気的検査の際のデバイス・チップの加熱条
件としては、本発明者らの実験と検討の結果、５０℃以
上１５０℃以下の範囲であることが好適であることを見
い出した。

【００２４】また、請求項６に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項１に係る半導体装置の製造方法におい
て、ハンダ膜パターン形成工程でハンダ膜パターンの下
層側に下地金属膜を形成し、このハンダ膜パターン形成
工程と次の検査工程との間でハンダ膜パターンと下地金
属膜とをオーミック接続させるための低温熱処理をデバ
イス・チップに対して施す構成とすることにより、下地
の電極パッド部と上層のハンダ膜パターンとの間の密着
性向上やこれら両者間の相互拡散防止を目的として形成
されるバリヤメタル膜ような下地金属膜がハンダ膜パタ
ーンの下層側に存在する場合に、電気的検査に先立って
低温熱処理が行われるため、下地金属膜とハンダ膜パタ
ーンとの間の異種金属界面がシンタリング効果によって
安定化される。なお、この低温熱処理は、デバイス・チ
ップ内にすでに形成されている回路に影響を与えない条
件で行う。また、ここで述べる「低温」とは、後の工程
のウェットバックによる加熱溶融処理の温度域よりも低
いという意昧であり、この熱処理が行われる雰囲気にも
よるが、おおよそ１５０〜３００℃とすることが望まし
い。また、この低温熱処理の処理時間は、３０〜６０秒
と比較的短い範囲で選択することが望ましい。

【００２５】また、請求項７に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項６に係る半導体装置の製造方法におい
て、前記低温熱処理におけるデバイス・チップの昇温／
降温を段階的な温度設定にしたがって行う構成とするこ
とにより、ウェハに加わる熱応力が緩和されるため、結
晶欠陥やクラックの発生が防止され、信頼性の高いデバ
イス・チップが歩留りよく製造される。

【００２６】また、請求項８に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項６に係る半導体装置の製造方法におい
て、前記低温熱処理を低酸化性雰囲気下において行う構
成とすることにより、ハンダ膜パターンの表面における
酸化の進行や膜中への酸素の取込みが抑制される。そし
て、表面酸化が抑制されることで、電気的検査時のハン
ダ膜パターンと測定プローブ間の接触抵抗が低減し、少
ない針圧であっても精度の高い測定を行うことが可能と
なる。また、膜中への酸素取込みが抑制されることで、
ウェットバックによる加熱溶融処理後に得られるハンダ
・ボールの内部における局所的な酸素の偏析や空孔の発
生が抑制され、ハンダ・ボール自身の低抵抗化も図られ
る。なお、ここで述べる「低酸化性」とは、大気に比べ
て酸化性が低いという意昧である。

【００２７】そして、この低酸化性雰囲気としては、残
留酸素濃度をおおよそ５００ｐｐｍ以下に調整できる雰
囲気であれば、圧力は高真空、常圧のいずれでも構わな
いが、圧力を常圧とする場合には雰囲気を非酸化性のガ
スで置換する必要があるため、非酸化性の不活性ガスで
あるＮ₂（窒素）雰囲気を用いることが容易かつ好適で
ある。但し、Ｎ₂ガスに限定されるものではなく、例え
ば非酸化性のガスとして希ガス等の不活性ガス、或いは
Ｈ₂（水素）やＨＦ（フッ化水素）等の還元性ガスを用
いてもよい。

【００２８】これまでの請求項１〜９に係る半導体装置
の製造方法においては、いずれもの場合も、ハンダ・ボ
ールを形成する前のハンダ膜パターンの段階で電気的検
査を行うものであったが、現行の製造方法においてはハ
ンダ・ボールに測定プローブを接触させて電気的検査が
行われている。このことから、現行の製造方法を前提に
したハンダ・ボールの正確かつ安定した電気特性検査の
改善についても本発明者らは鋭意実験と検討を行い、そ
の結果、以下に述べる半導体装置の製造方法を想到し
た。

【００２９】即ち、請求項１０に係る半導体装置の製造
方法は、ハンダ・ボールを用いて実装基板上に実装され
るデバイス・チップに対し、実装前に測定プローブの接
触を伴う電気的検査を行う半導体装置の製造方法であっ
て、デバイス・チップの電極パッド部に電気的に接続す
るハンダ膜パターンを選択的に形成する第１工程と、加
熱溶融処理によりハンダ膜パターンを収縮させてハンダ
・ボールを形成する第２工程と、ハンダ・ボールに測定
プローブを接触させて電気的検査を行う第３工程とを有
し、この第３工程において、測定プローブのハンダ・ボ
ールに対する針圧をオーバードライブ量にして２０μｍ
以上４０μｍ以下に設定して電気的検査を行うことによ
り、正確かつ安定した電気的特性が測定される。

【００３０】即ち、測定プローブの接触対象が球形のハ
ンダ・ボールであることから、接触抵抗を低下させて十
分な電気的導通を確保するためには、ある程度大きい針
圧を加える必要がある。その一方において、針圧が余り
に大きくなると、ハンダ・ボールへのプローブ痕やハン
ダ・ボール潰れの程度が大きくなって、後の実装基板上
への実装時に密着性の低下や接続抵抗の上昇等の種々の
不良を発生させてしまう。そのため、上記請求項１に係
る平坦なハンダ膜パターンの場合よりも狭い針圧範囲に
おいて、測定後のハンダ・ボールへのプローブ痕やハン
ダ・ボール潰れの発生を許容範囲内に抑制すると共に、
正確かつ安定した電気的特性が測定される針圧範囲を探
す必要がある。そして、本発明者らが鋭意実験と検討を
重ねた結果、この針圧範囲としては、プローブ針のハン
ダ・ボールへの接触後のオーバードライブ量にして２０
μｍ以上４０μｍ以下の範囲が好適であることを見い出
した。

【００３１】また、請求項１１に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項１０に係る半導体装置の製造方法に
おいて、前記電気的検査を行う際に、測定プローブの先
端部の径を１０μｍ以上６０μｍ以下に加工したものを
使用する構成とすることにより、正確かつ安定した電気
的特性が測定される。

【００３２】即ち、測定プローブの接触対象が球状のハ
ンダ・ボールであることから、上記請求項１に係る平坦
なハンダ膜パターンの場合に比べて接触面積が比較的小
さくなるため、測定プローブの先端部の径が余り小さく
なると、所定の接触面積を確保することができなくな
る。その一方、測定プローブの先端部の径が余り大きく
なると、測定プローブの先端部がハンダ・ボールの表面
の自然酸化膜を十分には突き破れなくなり、接触抵抗が
増大して正確かつ安定した測定ができなくなる。そのた
め、測定プローブの先端部の径が上記請求項１に係る平
坦なハンダ膜パターンの場合よりも狭い範囲において、
ハンダ膜パターンの表面の自然酸化膜を突き破ると共
に、純粋なハンダとの接触面積を大きくして接触抵抗を
低下させ、正確かつ安定した電気的特性が測定される範
囲を探す必要がある。そして、本発明者らが鋭意実験と
検討を重ねた結果、測定プローブの先端部の径が１０μ
ｍ以上６０μｍ以下の範囲が好適であることを見い出し
た。

【００３３】従って、実際の製造プロセスにおいては、
測定プローブの取り扱いの容易さ、耐久性、メンテナン
ス性等を総合的に勘案して、請求項１０、１１に係る範
囲内から測定プローブの先端部の径及びその針圧を選択
して、ハンダ・ボールを対象とする電気的検査を行えば
よい。

【００３４】また、請求項１２に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項１１に係る半導体装置の製造方法に
おいて、前記電気的検査を行う際に、デバイス・チップ
を加熱した状態にする構成とすることにより、温度バイ
アスを加えた時の電気特性が得られるため、室温測定の
みで電気的検査を行う場合よりも、厳しい検査基準で良
品チェックが行われることになる。従って、厳しく良品
選別されたハンダ・ボール形成チップのみを実装基板に
実装して組み立てられた最終的な製品デバイスの信頼性
及び耐久性は、従来製造工程のものに比べてより一層向
上する。なお、この場合も、電気的検査の際のデバイス
・チップの加熱条件としては、本発明者らの実験と検討
の結果、５０℃以上１５０℃以下の範囲であることが好
適であることを見い出した。

【００３５】また、請求項１〜１３において、測定プロ
ーブを接触させる対象となるハンダ膜パターン又はハン
ダ・ボールは、デバイス・チップの電極パッド部に電気
的に接続していれば、この電極パッド部の直上領域に形
成されるものであっても、或いはそれ以外の領域に再配
置されるものであってもよい。そして、このハンダ膜パ
ターン又はハンダ・ボールの再配置は、本出願人が以前
に提案しているように、前述のバリヤメタル膜ような下
地金属膜を用いて行うことが可能である。即ち、電極パ
ッド部に接続する下地金属膜の一端を例えばポリイミド
等からなる耐熱性保護膜上へも延在させ、この延在部の
先端にハンダ膜パターン又はハンダ・ボールを配するこ
とも可能である。

【００３６】また、請求項１４に係る低温熱処理装置
は、デバイス・チップの電極パッド部に下地金属膜を介
して被着されたハンダ膜パターンを前記下地金属膜とオ
ーミック接続させるために、デバイス・チップが切り出
される前のウェハに対して低温熱処理を施す低温熱処理
装置であって、単一の加熱チャンバ内における設定温度
が異なる複数の熱処理部と、これらの熱処理部間におい
てウェハを移送するための移送手段とが配され、低温熱
処理を段階的な温度設定にしたがって行うことを特徴と
する。このように請求項１４に係る低温熱処理装置にお
いては、単一の加熱チャンバ内に設定温度が異なる複数
の熱処理部が配されていることにより、電気的検査に先
立って上記請求項６に係る低温熱処理を段階的な温度設
定にしたがって行うことが可能になるため、低温熱処理
によってハンダ膜パターンの下層側に存在する下地金属
膜とハンダ膜パターンとの間の異種金属界面をシンタリ
ング効果によって安定化させると共に、その際にウェハ
に加わる熱応力を緩和して結晶欠陥やクラックの発生を
防止するための処理装置として有効に使用される。

【００３７】また、請求項１５に係る低温熱処理装置
は、上記請求項１４に係る低温熱処理装置において、前
記熱処理部の各々が、ウェハを載置するためのウェハ・
ステージと、このウェハ・ステージに対向配置されてい
る加熱ランプとを備えてなる構成とすることにより、各
熱処理部の設定温度が加熱ランプによって制御されるた
め、上記請求項７に係る段階的な低温熱処理が容易かつ
適切に行われる。

【００３８】また、請求項１６に係る低温熱処理装置
は、上記請求項１５に係る低温熱処理装置において、前
記ウェハ・ステージにヒータが内蔵されている構成とす
ることにより、各熱処理部の設定温度が加熱ランプとヒ
ータとの２系統の加熱手段を併用して制御されるため、
上記請求項７に係る段階的な低温熱処理が更に容易かつ
適切に行われる。なお、このヒータとしては、埋込み型
の抵抗加熱素子、シース・ヒータ、熱媒体の循環装置、
又はペルチェ素子等がある。

【００３９】また、請求項１７に係る低温熱処理装置
は、上記請求項１４に係る低温熱処理装置において、前
記加熱チャンバに、その加熱チャンバ内部を低酸化性雰
囲気に維持するための雰囲気制御手段が接続されている
構成とすることにより、上記請求項８に係る低酸化性雰
囲気下における低温熱処理を行うことが可能になるた
め、ハンダ膜パターンの表面における酸化の進行や膜中
への酸素の取込みを抑制して、電気的検査時のハンダ膜
パターンと測定プローブ間の接触抵抗を低減すると共
に、ハンダ・ボール自身の低抵抗化を図るための処理装
置として有効に使用される。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。（第１の実施形態）本発明の第１の実施形態は、ＢＬＭ
膜の上にハンダ膜パターンを形成した段階で低温短時間
熱処理を行い、続いてこのハンダ膜パターンに測定プロ
ーブを接触させて電気的検査を行い、その後にウェット
バックを行ってハンダ・ボールを形成するハンダ・ボー
ルの製造方法である。

【００４１】図１〜図５はそれぞれ本実施形態に係るハ
ンダ・ボールの製造方法を説明するための工程断面図で
ある。先ず、図１に示されるように、半導体基板１表面
に例えばフリップチップＩＣ（図示せず）の形成が終了
したウェハＷにおいて、Ａｌ電極パッド２のパターニン
グを行い、続いて例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition ）法によりウェハＷの全面をＳｉＮパッ
シベーション膜３で被覆し、更にこのＳｉＮパッシベー
ション膜３をパターニングしてＡｌ電極パッド２を露出
させるように開口３ａを形成する。なお、Ａｌ電極パッ
ド２の代わりに、Ａ１−０．５％Ｃｕ合金等からなる電
極パッドを形成してもよい。

【００４２】続いて、ウェハＷの全面に感光性のポリイ
ミド膜（東レ社製：商品名ＵＲ−３１００、比誘電率ε
＝３．２）４を約５μｍの厚さに塗布し、ｇ線リソグラ
フィと現像処理とを経てこのポリイミド膜４をパターニ
ングする。これにより、Ａｌ電極パッド２を露出させる
ための開口４ａを開口３ａの内側に形成する。続いて、
リフトオフ法によりＢＬＭ膜をＡｌ電極パッド２上にの
み選択的に被着させるためのレジスト・パターン（図示
せず）を形成する。

【００４３】続いて、Ａｌ電極パッド２の表面に成長し
ている自然酸化膜を除去するための前処理として、平行
平板型プラズマ処理装置とＡｒガスを用いたスパッタ・
エッチングを行う。このスパッタ・エッチング前処理
は、通常、ＤＣ（直流）スパッタリング装置の成膜前処
理室において行う。続いて、ウェハＷを成膜前処理室と
高真空下で連結されたメタル成膜室に搬送し、その全面
にＢＬＭ膜をスパッタ成膜する。即ち、スパッタ・エッ
チング前処理を行ったウェハＷを大気に曝すことなく、
連続してＢＬＭ膜を被着させる。このとき、この成膜後
のＢＬＭ膜は、レジスト・パターン上に被着される部分
とＡｌ電極パッド２上に被着される部分との間で分断さ
れる。なお、このＢＬＭ膜は、Ｃｒ膜（厚さ約０．１μ
ｍ）、Ｃｕ膜（厚さ約１．０μｍ）、Ａｕ膜（厚さ約
０．１μｍ）をこの順に積層したものである。ここで、
最下層のＣｒ膜はＡｌ系金電極パッド２に対する密着層
として、中間層のＣｕ膜はハンダ・ボール構成金属の拡
散防止層として、最上層のＡｕ膜はＣｕ膜の酸化防止膜
として、各々機能するものである。

【００４４】その後、このウェハＷをレジスト剥離液に
浸して加熱揺動処理を行う。このレジスト剥離液として
は、例えばジメチルスルフォキシド（（ＣＨ₃）₂Ｓ
Ｏ）とＮ−メチル−２−２−ピロリドン（ＣＨ₃ＮＣ₄
Ｈ₆Ｏ）とを混合したものを用いる。その結果、レジス
ト・パターンの剥離に伴ってその上に堆積した不要なＢ
ＬＭ膜を一緒に除去して、Ａｌ電極パッド２に接続する
ＢＬＭ膜５のみを残存させる。図１は、ここまでの工程
を終了した状態を示している。

【００４５】次いで、図２に示されるように、ウェハＷ
の全面にレジスト膜を形成し、ハンダ膜の被着部位を規
定するためのレジスト・パターン６を形成する。このレ
ジスト・パターン６の開口６ａは、ＢＬＭ膜５とその周
辺を含む領域を露出させるように形成し、またこのレジ
スト・パターン６の厚さは後工程で被着されるハンダ膜
を分断させるに十分な厚さとする。

【００４６】続いて、ウェハＷ全面に厚さ約３６μｍの
ハンダ膜（９７％Ｐｂ−３％Ｓｎ）を蒸着する。このと
き、このハンダ膜は、開口６ａの内部においてＢＬＭ膜
５に接続するハンダ膜パターン７ａとレジスト・パター
ン６上に被着された不要なハンダ膜７ｂとに分断され
る。

【００４７】続いて、このウェハＷを再びレジスト剥離
液に浸して加熱揺動処理を行い、レジスト・パターン６
とその上の不要なハンダ膜７ｂを除去する。この結果、
図３に示されるように、ＢＬＭ膜５に接続するハンダ膜
パターン７ａのみが残存される状態となる。

【００４８】次いで、この状態のウェハＷに対して、電
気的検査の前段における測定安定化のためのプレアニー
ル処理を行う。具体的には、このウェハＷを大気中にお
いてホット・プレート型の加熱装置上に置き、以下のよ
うな条件における低温短時間熱処理を行う。即ち、処理雰囲気：大気処理温度：２２０℃ 処理時間：３０秒間このようなプレアニール処理における低温短時間熱処理
により、ハンダ膜パターン７ａとＢＬＭ膜５との間の電
気的接続のオーミック性が向上する。なお、図３におけ
る熱エネルギーΔの入射状態の表現は模式的なものであ
って、必ずしもウェハＷの上方から加熱が行われること
を示すものではない。

【００４９】次いで、本発明の特色をなす工程として、
ハンダ膜パターン７ａを電気接点として用いる電気的検
査を行う。図４は、ハンダ膜パターン７ａに測定プロー
ブＰ１を接触させて所定の電気的検査を行った後、測定
プローブＰ１を離間させた直後の状態を示している。

【００５０】この電気的検査において使用する測定プロ
ーブＰ１の先端部の径及びそのハンダ膜パターン７ａに
対する針圧（オーバードライブ量により表す）は、以下
の条件とする。測定プローブＰ１の先端部の径：１０μｍφ 針圧（オーバードライブ量）：２０μｍこのとき、測定プローブＰ１の接触対象であるハンダ膜
パターン７ａはほぼ平坦な電気接点であることから、測
定プローブＰ１の針圧が球形のハンダ・ボールを電気接
点とする従来法に比べて遥かに小さくとも、ハンダ膜パ
ターン７ａの表面の自然酸化膜を容易に突き破ると共に
純粋なハンダとの接触面積も比較的大きく採れるため、
測定プローブＰ１の針先の接触抵抗を低減させて、正確
な測定を行うことができる。しかも、このときハンダ膜
パターン７ａの表面に若干のプローブ痕８ａが形成され
るものの、その規模は前掲の図１６に示した従来のプロ
ーブ痕３８に比べて軽微である。

【００５１】この後、ウェットバック工程を経て、ハン
ダ・ボールを形成する。即ち、先ず、ハンダ膜パターン
７ａにフラックスを塗布する。このフラックスは、アミ
ン系活性剤、アルコール系溶媒、ロジン、及びポリグリ
コール等の樹脂を主成分とし、ハンダ膜９ａ、９ｂの還
元及び表面活性化作用を有するものである。そして、こ
の状態のウェハＷをＮ₂雰囲気下で段階的に昇温／降温
させる。このときの加熱には高温対応の熱処理装置を用
い、例えば１５０℃→２６０℃→３４０℃→１５０℃の
温度設定で各々３０秒間ずつといった条件でウェットバ
ックを行う。この高温熱処理の結果、ハンダ膜パターン
７ａは溶融しながらそれ自身の表面張力で球状に収縮
し、図５に示されるようなハンダ・ボール７ｃに変化す
る。

【００５２】本発明者らの実験においては、こうして形
成したハンダ・ボール７ｃの形状には、プローブ痕８ａ
の影響は何ら認められなかった。また、同時形成される
多数個のハンダ・ボール７ｃの高さは平均６５±４μｍ
であり、高さのバラツキは些少であった。

【００５３】その後、図示はしないが、ウェハＷをダイ
シングして個々のデバイス・チップに分割し、上記のハ
ンダ・ボール７ｃと予め予備ハンダ付けされたプリント
配線基板上の導体パターンとを位置合わせしながら加熱
溶着させることにより、デバイス・チップのフリップチ
ップ実装を完了する。

【００５４】本発明者らの実験においては、このように
して完成された半導体装置の組立製品はハンダ接合部に
十分な密着強度と良好な接合特性が保証されているた
め、その信頼性や耐久性が従来品に比べて大幅に改善さ
れていることが確認された。以上のように本実施形態に
よれば、電気的検査を行う際の測定プローブＰ１の接触
対象をほぼ平坦なハンダ膜パターン７ａにすることによ
り、従来の球形のボールバンプの場合に比べると、測定
プローブＰ１の先端部の径がも小さくても所定の接触面
積が確保され、その針圧が小さくても十分な電気的導通
が確保されるため、接触抵抗を低下させて、正確かつ安
定した電気的特性の測定を行うことができる。

【００５５】また、この場合、測定プローブＰ１の先端
に転写されるハンダかすの量も減少して、測定処理数を
重ねた場合の導通不良を回避するためのメンテナンスと
して必要な測定プローブＰ１のクリーニングの頻度を最
小限に抑制することが可能になるため、安定したデバイ
ス特性検査を効率よく行い、高い生産性を実現すること
ができる。

【００５６】また、測定プローブＰ１を接触させて電気
的検査を行う際にハンダ膜パターン７ａの表面に形成さ
れるプローブ痕８ａの規模は、従来の場合と比べて軽微
になり、しかも、たとえ多少のプローブ痕８ａが形成さ
れたとしても、その後のウェットバックにおける高温熱
処理によって仕上がり後のハンダ・ボール７ｃの形状に
はプローブ痕８ａの影響は何ら認められなくなるため、
従来のようなハンダ・ボールの潰れやその高さのバラツ
キの発生を防止することができる。従って、ハンダ接合
部に十分な密着強度と良好な接合特性が保証されている
バンプ形成チップのみが厳しく選別されてプリント配線
基板にフリップチップ実装されることになるため、その
組立て後の最終的な製品デバイスの信頼性及び耐久性を
従来品に比べて大幅に改善することができる。

【００５７】更に、Ａｌ電極パッド２上にＢＬＭ膜５を
介してたハンダ膜パターン７ａを形成した後、このパタ
ーン７ａに対する電気的検査の前段におけるプレアニー
ル処理、即ち大気中における２２０℃、３０秒間の低温
短時間熱処理を行うことにより、ＢＬＭ膜５とハンダ膜
パターン７ａとの間の異種金属界面におけるシンタリン
グ効果によって両者の間の電気的接続のオーミック性を
向上させるため、正確かつ安定した電気的特性の測定を
行うことができる。

【００５８】なお、本実施形態においては、電気的検査
の際のハンダ膜パターン７ａに接触させる測定プローブ
Ｐ１の先端部の径を１０μｍφに、その針圧をオーバー
ドライブ量にして２０μｍに設定しているが、この条件
に限定されるものではない。例えば測定プローブＰ１の
先端部の径を更に小さくしてその下限が５μｍφとなる
範囲内に、その針圧を更に小さくしてオーバードライブ
量にしてその下限が１０μｍとなる範囲内に設定して
も、ほぼ同様の効果を奏することができる。

【００５９】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態は、ＢＬＭ膜の上にハンダ膜パターンを形成した後、
電気的検査の前段におけるプレアニール処理を行う際、
このハンダ膜パターンに対する低温熱処理をＮ₂雰囲気
中における段階的な昇温／降温を通じて行うハンダ・ボ
ールの製造方法である。

【００６０】図６は本実施形態に係るハンダ・ボールの
製造方法におけるプレアニール処理に用いる低温熱処理
装置を示す模式的断面図である。なお、本実施形態に係
るハンダ・ボールの製造方法を説明するための工程断面
図は上記第１の実施形態における図１〜図５と同様であ
るため、その図示を省略することとし、半導体装置の各
構成要素を示す符号はそのまま使用する。

【００６１】最初に、本実施形態におけるプレアニール
処理に用いる低温熱処理装置に付いて説明する。図６に
示されるように、この低温熱処理装置１００は、ステン
レス鋼からなる３０ｃｍ角、長さ１００ｃｍの細長い加
熱チャンバ１１内でその軸方向に沿って複数の設定温度
の異なる熱処理部が配列され、加熱チャンバ１１の一端
に設けられたウェハ搬入口１８から搬入されたウェハＷ
がこれら熱処理部における所定の熱処理を順次経た後
に、他端に設けられたウェハ搬出口１９から搬出される
ように構成されたものである。なお、図６においては、
熱処理部を４つ直列に配しているが、配列数や配列様式
はこれに限られるものではない。

【００６２】また、各熱処理部は、加熱チャンバ１４の
底面側に設置された６インチ・ウェハ対応のウェハ・ス
テージ１４ａ〜１４ｄと、天井側に設置された赤外練ラ
ンプ１６ａ〜１６ｄとを有し、各ウェハ・ステージ１４
ａ〜１４ｄの内部にはそれぞれヒータ１５ａ〜１５ｄが
内蔵されている。そして、各熱処理部の設定温度は、こ
れらのヒータ１５ａ〜１５ｄと赤外線ランプ１６ａ〜１
６ｄとの２系統の加熱手段を併用してＰＩＤ（Proporti
onal, Integral, and Differential）制御を行うことに
より、精密かつ迅速に調整・維持されるようになってい
る。ここで、ヒータ１５ａ〜１５ｄとしては、埋込み型
の抵抗加熱素子、シース・ヒータ、熱媒体の循環装置、
ペルチェ素子のいずれを用いてもよい。

【００６３】また、ウェハ搬入口１８とウェハ・ステー
ジ１４ａとの間、隣接する熱処理部の中間、及びウェハ
・ステージ１４ｄとウェハ搬出口１９との間には、ウェ
ハＷを移送するためのハンドラ１７ａ、１７ｂ〜１７
ｄ、１７ｅがそれぞれ設けられている。各ハンドラ１７
ａ〜１７ｅは、図示されない駆動手段に接続されること
により、ウェハ・ステージ１４ａ〜１４ｄと平行な面内
で回転可能となり、かつウェハ・ステージ１４ａ〜１４
ｄに垂直な方向に上下動可能となっている。そして、こ
れらのハンドラ１７ａ〜１７ｅを順次用いることによ
り、ウェハ・カセット２０ａからウェハＷを取り出して
ウェハ搬入口１８から加熱チャンバ１１内へ搬入し、各
熱処理部における所定の熱処理を順次経た後、ウェハ搬
出口１９からウェハＷを搬出してウェハ・カセット２０
ｂへ収容するという一連の操作が可能となっている。

【００６４】また、加熱チャンバ１１の両端部付近の天
井側に、図中矢印Ａ方向に雰囲気ガスを導入するための
雰囲気ガス導入ポート１２が設けられ、中央部の底面側
に、矢印Ｂ方向に雰囲気ガスを排気するための排気ポー
ト１３が設けられ、これら雰囲気ガス導入ポート１２と
排気ポート１３とによって雰囲気制御が行われるように
なっている。そして、加熱チャンバ１１内の圧力も、こ
れら両方のポート１２、１３を通じたガスの供給速度と
排気速度とのバランスに応じて決定されるようになって
いる。

【００６５】なお、雰囲気ガス導入ポート１２及び排気
ポート１３の位置関係や配設数は、図６に示されるもの
に限られず、加熱チャンバ１１内の相対的に高温の部分
で残留Ｏ₂濃度が減少し、相対的に低温の部分で残留Ｏ
₂濃度が増大するようにして、各ウェハに対する熱処理
ができるだけ均一化されるように設置されることが望ま
しい。

【００６６】ところで、上述の低温熱処理装置１００
は、ハンダ膜パターンを最終的にウェットバックさせる
ための高温熱処理装置として流用することも不可能では
ない。但し、シンタリング用の低温短時間熱処理とウェ
ットバック用の高温熱処理とでは処理温度域がメイン・
ヒータ部で１２０〜１５０℃も異なるため、装置を共用
とするとウェハＷの温度制御に長時間が費やされ、半導
体装置の生産性を低下させるおそれがある。また、上述
の低温熱処理装置１００をウェットバックに用いると、
加熱チャンバの内壁面がハンダ膜パターンの表面に塗布
されているフラックスの飛散により汚染され易く、汚染
を拡大させる原因となる。従って、シンタリング用の熱
処理装置とウェットバック用の熱処理装置とは分けた方
がよい。

【００６７】次に、本実施形態に係るハンダ・ボールの
製造方法を説明する。上記第１の実施形態における図１
〜図３に示される工程と同様にして、半導体基板１表面
に例えばフリップチップＩＣ（図示せず）の形成が終了
したウェハＷにおいて、Ａｌ電極パッド２のパターニン
グを行い、ウェハＷの全面をＳｉＮパッシベーション膜
３で被覆し、更にこのＳｉＮパッシベーション膜３をパ
ターニングしてＡｌ電極パッド２を露出させるように開
口３ａを形成する。

【００６８】続いて、ウェハＷの全面に塗布したポリイ
ミド膜４をパターニングして、Ａｌ電極パッド２を露出
させるための開口４ａを開口３ａの内側に形成し、更に
Ａｌ電極パッド２の表面に成長している自然酸化膜を除
去した後、リフトオフ法により、Ａｌ電極パッド２に接
続するＢＬＭ膜５を形成する。

【００６９】次いで、十分な厚さのレジスト・パターン
６を形成し、そのレジスト・パターン６の開口６ａに、
ＢＬＭ膜５とその周辺を含む領域を露出させた後、ウェ
ハＷ全面に厚さ約３６μｍのハンダ膜（９７％Ｐｂ−３
％Ｓｎ）を蒸着する。このとき、このハンダ膜は、開口
６ａの内部においてＢＬＭ膜５に接続するハンダ膜パタ
ーン７ａとレジスト・パターン６上に被着された不要な
ハンダ膜７ｂとに分断される。続いて、リフトオフ法に
より、レジスト・パターン６とその上の不要なハンダ膜
７ｂを除去して、ＢＬＭ膜５に接続するハンダ膜パター
ン７ａを残存させる。

【００７０】次いで、電気的検査の前段における測定安
定化のためのプレアニール処理を、上記第１の実施形態
の場合と異なる条件により行う。具体的には、このハン
ダ膜パターン７ａが形成された状態のウェハＷを前掲の
図６に示した低温熱処理装置１００に搬入し、以下のよ
うな条件における段階的な昇温／降温による低温短時間
熱処理を行う。即ち、処理チャンバ１１内の雰囲気：Ｎ₂（残留Ｏ₂濃度２０
０ｐｐｍ以下）処理チャンバ１１内の圧力：常圧ウェハ・ステージ１４ａ上におけるウェハ温度：１５０
℃ ウェハ・ステージ１４ｂ上におけるウェハ温度：２００
℃ ウェハ・ステージ１４ｃ上におけるウェハ温度：１００
℃ ウェハ・ステージ１４ｄ上におけるウェハ温度：５０
℃

【００７１】また、各ウェハ・ステージ１４ａ〜１４ｄ
上におけるウェハＷの保持時間はそれぞれ２０秒間とす
る。ここで、各ウェハ・ステージ１４ａ〜１４ｄ上にお
けるウェハ温度とは、ヒータ１５ａ〜１５ｄと赤外線ラ
ンプ１６ａ〜１６ｄとを併用したＰＩＤ制御により違成
されるべきウェハ温度の目標値である。

【００７２】このようなプレアニール処理における徐熱
徐冷プロセスを経ることにより、ハンダ膜パターン７ａ
とＢＬＭ膜５との間の電気的接続のオーミック性が向上
すると共に、熱ストレスによるウェハＷへのダメージ発
生が防止される。また、熱処理雰囲気中の残留Ｏ₂濃度
が低く制御されているため、ハンダ膜パターン７ａの表
面酸化や膜中への酸素の取込みが抑制される。

【００７３】次いで、上記第１の実施形態における図４
及び図５に示される工程と同様にして、ハンダ膜パター
ン７ａに測定プローブＰ１を接触させ、この測定プロー
ブＰ１の先端部の径１０μｍφ、その針圧（オーバード
ライブ量）２０μｍの条件により所定の電気的検査を行
う。続いて、ウェットバック工程を経て、ハンダ・ボー
ル７ｃを形成する。

【００７４】本発明者らの実験においては、ハンダ膜パ
ターン７ａに測定プローブＰ１を接触させて電気的検査
を行った際の測定プローブＰ１先端の接触抵抗は、上記
第１の実施形態の場合に比べて更に一層低下し、感度の
高い測定を再現性よく行うことができた。

【００７５】その後、上記第１の実施形態の場合と同様
にして、ウェハＷをダイシングして個々のデバイス・チ
ップに分割し、上記のハンダ・ボール７ｃと予め予備ハ
ンダ付けされたプリント配線基板上の導体パターンとを
位置合わせしながら加熱溶着させることにより、デバイ
ス・チップのフリップチップ実装を完了する。

【００７６】本発明者らの実験においては、プリント配
線基板との密着性が向上すると共にハンダ・ボール７ｃ
自身の抵抗も減少し、上記第１の実施形態の場合に比べ
てデバイス性能が更に向上することが確認された。

【００７７】以上のように本実施形態によれば、上記第
１の実施形態の場合と同様の効果を奏することに加え、
電気的検査の前段における測定安定化のためのプレアニ
ール処理として、上記図６の低温熱処理装置１００を使
用し、ハンダ膜パターン７ａとＢＬＭ膜５との間の電気
的接続のオーミック性を向上させるための低温短時間熱
処理を１５０℃→２００℃→１００℃→５０℃という段
階的な温度設定にしたがう徐熱徐冷プロセスによって行
うことにより、ＢＬＭ膜５とハンダ膜パターン７ａとの
間の電気的接続のオーミック性を向上させて、正確かつ
安定した電気的特性の測定を行うと共に、ウェハＷに加
わる熱応力を緩和して結晶欠陥やクラックの発生を防止
し、信頼性の高いデバイス・チップを歩留りよく作製す
ることができる。

【００７８】また、このプレアニール処理としての段階
的な低温短時間熱処理を残留Ｏ₂濃度２００ｐｐｍ以下
のＮ₂雰囲気中において行うため、ハンダ膜パターン７
ａの表面酸化や膜中への酸素の取込みを抑制することが
可能になる。そして、このハンダ膜パターン７ａの表面
酸化の抑制により、電気的検査時のハンダ膜パターン７
ａと測定プローブＰ１間の接触抵抗を低減させて、小さ
い針圧であっても精度の高い測定を行うことができると
共に、膜中への酸素取込みの抑制により、ウェットバッ
ク後に得られるハンダ・ボール７ｃ内部における局所的
な酸素の偏析や空孔の発生を抑制して、ハンダ・ボール
７ｃ自身の低抵抗化も実現することができる。従って、
上記第１の実施形態の場合よりも更にデバイス性能を向
上することができる。

【００７９】（第３の実施形態）本発明の第３の実施形
態は、上記第１の実施形態における電気的検査の際の測
定条件を変更したものである。図７〜図９はそれぞれ本
実施形態に係るハンダ・ボールの製造方法を説明するた
めの工程断面図である。なお、上記第１の実施形態にお
ける図１〜図５に示される半導体装置の各構成要素と同
一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【００８０】上記第１の実施形態における図１〜図３に
示される工程と同様にして、半導体基板１表面に例えば
フリップチップＩＣ（図示せず）の形成が終了したウェ
ハＷにおいて、Ａｌ電極パッド２のパターニングを行
い、ウェハＷの全面をＳｉＮパッシベーション膜３で被
覆し、更にこのＳｉＮパッシベーション膜３をパターニ
ングしてＡｌ電極パッド２を露出させるように開口３ａ
を形成する。

【００８１】続いて、ウェハＷの全面に塗布したポリイ
ミド膜４をパターニングして、Ａｌ電極パッド２を露出
させるための開口４ａを開口３ａの内側に形成し、更に
Ａｌ電極パッド２の表面に成長している自然酸化膜を除
去した後、リフトオフ法により、Ａｌ電極パッド２に接
続するＢＬＭ膜５を形成する。

【００８２】次いで、十分な厚さのレジスト・パターン
６を形成し、そのレジスト・パターン６の開口６ａに、
ＢＬＭ膜５とその周辺を含む領域が露出させた後、ウェ
ハＷ全面に厚さ約３６μｍのハンダ膜（９７％Ｐｂ−３
％Ｓｎ）を蒸着する。このとき、このハンダ膜は、開口
６ａの内部においてＢＬＭ膜６ａに接続するハンダ膜パ
ターン７ａとレジスト・パターン８上に被着された不要
なハンダ膜７ｂとに分断される。続いて、リフトオフ法
により、ＢＬＭ膜５に接続するハンダ膜パターン７ａを
残存させる。こうして、図７に示されるように、半導体
基板１上のＡｌ電極パッド２にＢＬＭ膜５を介して接続
するハンダ膜パターン７ａを形成する。

【００８３】次いで、電気的検査の前段における測定安
定化のためのプレアニール処理を、上記第１の実施形態
の場合と異なる条件により行う。具体的には、このハン
ダ膜パターン７ａが形成された状態のウェハＷに対し、
以下のような条件の低温短時間熱処理を行う。即ち、処理雰囲気：Ｎ₂（残留Ｏ₂濃度２００ｐｐｍ以下）処理温度：２２０℃ 処理時間：３０秒間このようなプレアニール処理における低温短時間熱処理
により、ハンダ膜パターン７ａとＢＬＭ膜５との間の電
気的接続のオーミック性が向上すると共に、熱処理雰囲
気中の残留Ｏ₂濃度が低く制御されているために、ハン
ダ膜パターン７ａの表面酸化や膜中への酸素の取込みが
抑制される。

【００８４】次いで、ハンダ膜パターン７ａを電気接点
として用いる電気的検査を行う。図８は、ハンダ膜パタ
ーン７ａに測定プローブＰ２を接触させて所定の電気的
検査を行った後、測定プローブＰ２を離間させた直後の
状態を示している。この電気的検査において使用する測
定プローブＰ２の先端部の径及びそのハンダ膜パターン
７ａに対する針圧（オーバードライブ量により表す）
は、以下の条件とする。測定プローブＰ２の先端部の径：７０μｍφ 針圧（オーバードライブ量）：７０μｍウェハＷの加熱温度：１０５℃

【００８５】このとき、測定プローブＰ２の接触対象で
あるハンダ膜パターン７ａはほぼ平坦な電気接点である
ことに加え、測定プローブＰ２の針圧が上記第１の実施
形態の場合よりも十分に大きいため、測定プローブＰ２
の先端部の径が十分に大きくても、ハンダ膜パターン７
ａの表面の自然酸化膜を容易に突き破って純粋なハンダ
と接触する。また、測定プローブＰ２の先端部の径が上
記第１の実施形態の場合よりも十分に大きいため、純粋
なハンダとの接触面積を比較的大きく採れる。従って、
測定プローブＰ２の針先の接触抵抗を一層低減させて、
より正確かつ安定した測定を行うことができる。但し、
このときにハンダ膜パターン７ａの表面に形成されたプ
ローブ痕８ｂは上記第１の実施形態の図４に示されるプ
ローブ痕８ａよりも大きなものとなる。

【００８６】また、ウェハＷを１０５℃に加熱した状態
にして電気的検査を行うことにより、温度バイアスを加
えた時の電気特性が得られるため、上記第１の実施形態
の場合の室温測定のみで電気的検査を行う場合よりも、
厳しい検査基準で良品チェックが行われることになる。

【００８７】次いで、図９に示されるように、上記第１
の実施形態の場合と同様にして、ハンダ膜パターン７ａ
にフラックスを塗布した後、この状態のウェハＷをＮ₂
雰囲気下で段階的に昇温／降温させる。即ち、高温対応
の熱処理装置を用い、例えば１５０℃→２６０℃→３４
０℃→１５０℃の温度設定で各々３０秒間ずつといった
条件でウェットバックを行う。この高温熱処理の結果、
ハンダ膜パターン７ａは溶融しながらそれ自身の表面張
力で球状に収縮して、ハンダ・ボール７ｃに変化する。
本発明者らの実験においては、こうして形成したハンダ
・ボール７ｃの形状には、上記第１の実施形態の場合の
プローブ痕８ａよりも大きいものであったプローブ痕８
ｂの影響は殆ど認められなかった。また、同時形成され
る多数個のハンダ・ボール７ｃの高さのバラツキも上記
第１の実施形態の場合と同様に些少であった。

【００８８】その後、ウェハＷをダイシングして個々の
デバイス・チップに分割し、上記のハンダ・ボール７ｃ
と予め予備ハンダ付けされたプリント配線基板上の導体
パターンとを位置合わせしながら加熱溶着させることに
より、デバイス・チップのフリップチップ実装を完了す
る。本発明者らの実験においては、このようにして完成
された半導体装置の組立製品はハンダ接合部に十分な密
着強度と良好な接合特性が保証されているため、その信
頼性や耐久性が従来品に比べて大幅に改善されているこ
とが確認された。

【００８９】以上のように本実施形態によれば、電気的
検査を行う際の測定プローブの接触対象をほぼ平坦なハ
ンダ膜パターン７ａにすることに加え、測定プローブＰ
２の先端部の径を７０μｍφに、その針圧をオーバード
ライブ量にして７０μｍに設定して、それぞれ上記第１
の実施形態の場合よりも十分に大きくすることにより、
上記第１の実施形態の場合よりも接触抵抗をより一層低
減させて、十分な電気的導通が確保されるため、より正
確かつ安定した電気的特性の測定を行うことができる。
また、この場合、測定プローブＰ２の先端部の径が大き
いため、電気的検査やクリーニング等における取り扱い
が容易になると共に、破損等に対する耐久性も大きなも
のとなる。

【００９０】また、測定プローブＰ２を接触させて電気
的検査を行う際にハンダ膜パターン７ａの表面に形成さ
れるプローブ痕８ｂの規模は、上記第１の実施形態の場
合のプローブ痕８ａよりも大きなものとなるものの、そ
の後のウェットバックにおける高温熱処理によって仕上
がり後のハンダ・ボール７ｃの形状にはプローブ痕８ｂ
の影響は殆ど認められなくなるため、上記第１の実施形
態の場合と同様に、従来のようなハンダ・ボールの潰れ
やその高さのバラツキの発生を防止することができる。
従って、ハンダ接合部に十分な密着強度と良好な接合特
性が保証されているハンダ・ボール形成チップのみが厳
しく選別されてプリント配線基板にフリップチップ実装
されることになるため、その組立て後の最終的な製品デ
バイスの信頼性及び耐久性を従来品に比べて大幅に改善
することができる。

【００９１】また、電気的検査を行う際に、ウェハＷを
１０５℃に加熱した状態にすることにより、温度バイア
スを加えた時の電気特性が得られるため、上記第１の実
施形態のように室温測定のみで電気的検査を行う場合よ
りも、厳しい検査基準で良品チェックが行われることに
なる。従って、より厳しく良品選別されたハンダ・ボー
ル形成チップのみをプリント配線基板にフリップチップ
実装して組み立てられた最終的な製品デバイスの信頼性
及び耐久性を、上記第１の実施形態の場合よりも更に一
層向上させることができる。

【００９２】更に、Ａｌ電極パッド２上にＢＬＭ膜５を
介してたハンダ膜パターン７ａを形成した後、このハン
ダ膜パターン７ａに対する電気的検査の前段におけるプ
レアニール処理として、Ｎ₂雰囲気中における２２０
℃、３０秒間の低温短時間熱処理を行うことにより、上
記第１の実施形態の場合と同様に、ＢＬＭ膜５とハンダ
膜パターン７ａとの間の電気的接続のオーミック性を向
上させて正確かつ安定した電気的特性の測定を行うこと
ができると共に、ハンダ膜パターン７ａの表面酸化や膜
中への酸素の取込みを抑制して接触抵抗の低減とハンダ
・ボール７ｃの低抵抗化を実現し、上記第１の実施形態
の場合よりも更にデバイス性能を向上することができ
る。

【００９３】なお、本実施形態においては、電気的検査
の際のハンダ膜パターン７ａに接触させる測定プローブ
Ｐ２の先端部の径を７０μｍφに、その針圧をオーバー
ドライブ量にして７０μｍに設定しているが、この条件
に限定されるものではない。例えば測定プローブＰ２の
先端部の径を更に大きくしてその上限が１００μｍφと
なる範囲内に、その針圧を更に大きくしてオーバードラ
イブ量にしてその上限が１００μｍとなる範囲内に設定
しても、ほぼ同様の効果を奏することが可能である。ま
た、この電気的検査の際のウェハＷの加熱温度を１０５
℃に設定しているが、この条件に限定されるものではな
く、所望の検査基準に応じてウェハＷの加熱温度を例え
ば５０℃〜１０５℃の範囲内に設定してもよい。

【００９４】更に、電気的検査の前段における測定安定
化のためのプレアニール処理としては、上記第２の実施
形態の場合のように、上記図６の低温熱処理装置１００
を使用して１５０℃→２００℃→１００℃→５０℃とい
う段階的な温度設定にしたがう徐熱徐冷プロセスを採用
してもよい。この場合、ＢＬＭ膜５とハンダ膜パターン
７ａとの間の電気的接続のオーミック性を向上させて正
確かつ安定した電気的特性の測定を行うことができるこ
とに加え、ウェハＷに加わる熱応力を緩和して結晶欠陥
やクラックの発生を防止し、更に信頼性の高いデバイス
・チップを歩留りよく作製することができる。

【００９５】（第４の実施形態）本発明の第４の実施形
態は、フリップチップ実装前にハンダ・ボールに測定プ
ローブを接触させて電気的検査を行う現行の製造方法を
前提として、ハンダ・ボールを電気接点として用いる電
気的検査であっても、正確かつ安定した電気的特性を測
定することができるようにしたハンダ・ボールの製造方
法である。図１０〜図１３はそれぞれ本実施形態に係る
ハンダ・ボールの製造方法を説明するための工程断面図
である。なお、上記第１の実施形態における図１〜図５
に示される半導体装置の各構成要素と同一の要素には同
一の符号を付して説明を省略する。

【００９６】上記第１の実施形態における図１〜図３に
示される工程と同様にして、半導体基板１表面に例えば
フリップチップＩＣ（図示せず）の形成が終了したウェ
ハＷにおいて、Ａｌ電極パッド２のパターニングを行
い、ウェハＷの全面をＳｉＮパッシベーション膜３で被
覆し、更にこのＳｉＮパッシベーション膜３をパターニ
ングしてＡｌ電極パッド２を露出させるように開口３ａ
を形成する。

【００９７】続いて、ウェハＷの全面に塗布したポリイ
ミド膜４をパターニングして、Ａｌ電極パッド２を露出
させるための開口４ａを開口３ａの内側に形成し、更に
Ａｌ電極パッド２の表面に成長している自然酸化膜を除
去した後、リフトオフ法により、Ａｌ電極パッド２に接
続するＢＬＭ膜５を形成する。

【００９８】次いで、十分な厚さのレジスト・パターン
６を形成し、そのレジスト・パターン６の開口６ａに、
ＢＬＭ膜５とその周辺を含む領域が露出させた後、ウェ
ハＷ全面に厚さ約３６μｍのハンダ膜（９７％Ｐｂ−３
％Ｓｎ）を蒸着する。このとき、このハンダ膜は、開口
６ａの内部においてＢＬＭ膜６ａに接続するハンダ膜パ
ターン７ａとレジスト・パターン８上に被着された不要
なハンダ膜７ｂとに分断される。続いて、リフトオフ法
により、ＢＬＭ膜５に接続するハンダ膜パターン７ａを
残存させる。こうして、図１０に示されるように、半導
体基板１上のＡｌ電極パッド２にＢＬＭ膜５を介して接
続するハンダ膜パターン７ａを形成する。

【００９９】次いで、図１１に示されるように、ハンダ
膜パターン７ａにフラックスを塗布し、続いてこの状態
のウェハＷをＮ₂雰囲気下において段階的に昇温／降温
させる。即ち、高温対応の熱処理装置を用い、例えば１
５０℃→２６０℃→３４０℃→１５０℃の温度設定で各
々３０秒間ずつといった条件でウェットバックを行う。
この高温熱処理の結果、ハンダ膜パターン７ａは溶融し
ながらそれ自身の表面張力で球状に収縮して、ハンダ・
ボール７ｄに変化する。

【０１００】次いで、図１２に示されるように、ハンダ
・ボール７ｄを電気接点として用いる電気的検査を行
う。そして、この電気的検査において使用する測定プロ
ーブＰ３の先端部の径及びそのハンダ・ボール７ｄに対
する針圧（オーバードライブ量により表す）は、以下の
条件とする。測定プローブＰ３の先端部の径：３０μｍφ 針圧（オーバードライブ量）：３０μｍウェハＷの加熱温度：１０５℃ このとき、測定プローブＰ３の接触対象は従来の場合と
同様のハンダ・ボール７ｄであるが、その測定プローブ
Ｐ３の先端部の径が３０μｍφであり、その針圧（オー
バードライブ量）が３０μｍであることにより、ハンダ
・ボール７ｄの表面の自然酸化膜を突き破って測定プロ
ーブＰ３の先端周辺部を純粋なハンダと面接触すること
が可能になるため、測定プローブＰ３の針先の接触抵抗
を所定の範囲内に抑制して正確かつ安定した測定が行わ
れると共に、ハンダ・ボール７ｄの表面に形成されるプ
ローブ痕８ｃも比較的小さなものに抑制される。

【０１０１】また、ウェハＷを１０５℃に加熱した状態
にして電気的検査を行うことにより、温度バイアスを加
えた時の電気特性が得られるため、上記第３の実施形態
の場合と同様に、室温測定のみで電気的検査を行う場合
よりも厳しい検査基準で良品チェックが行われることに
なる。

【０１０２】なお、上記第１〜第３の実施形態における
電気的検査の前段のプレアニール処理は、既にウェット
バック工程において高温熱処理が行われているため、こ
こでは不要となる。

【０１０３】本発明者らの実験においては、ハンダ・ボ
ール７ｄの形状にプローブ痕８ｃが残るものの、その規
模は比較的小さなものに抑制されて、従来のようなハン
ダ・ボール潰れの発生は認められなかった。従って、同
時形成される多数個のハンダ・ボール７ｄの高さのバラ
ツキも些少であった。

【０１０４】その後、ウェハＷをダイシングして個々の
デバイス・チップに分割し、上記のハンダ・ボール７ｄ
と予め予備ハンダ付けされたプリント配線基板上の導体
パターンとを位置合わせしながら加熱溶着させることに
より、デバイス・チップのフリップチップ実装を完了す
る。

【０１０５】本発明者らの実験においては、このように
して完成された半導体装置の組立製品はハンダ接合部に
十分な密着強度と良好な接合特性が保証されているた
め、その信頼性や耐久性が従来品に比べて大幅に改善さ
れていることが確認された。

【０１０６】以上のように本実施形態によれば、電気的
検査を行う際の測定プローブの接触対象を従来通りハン
ダ・ボール７ｄとしているものの、測定プローブＰ３の
先端部の径を３０μｍφ、その針圧をオーバードライブ
量にして３０μｍに設定することにより、接触抵抗を所
定の範囲内に抑制して十分な電気的導通が確保されるた
め、より正確かつ安定した電気的特性の測定を行うこと
ができる。

【０１０７】また、測定プローブＰ３を接触させて電気
的検査を行う際にハンダ・ボール７ｄの表面に形成され
るプローブ痕８ｃの規模は比較的小さなものに抑制され
るため、従来のようなハンダ・ボールの潰れやその高さ
のバラツキの発生を防止することができる。従って、ハ
ンダ接合部に十分な密着強度と良好な接合特性が保証さ
れているハンダ・ボール形成チップのみが厳しく選別さ
れてプリント配線基板にフリップチップ実装されるた
め、その組立て後の最終的な製品デバイスの信頼性及び
耐久性を従来品に比べて改善することができる。

【０１０８】また、電気的検査を行う際に、ウェハＷを
１０５℃に加熱した状態にすることにより、温度バイア
スを加えた時の電気特性が得られることから、室温測定
のみで電気的検査を行う場合よりも厳しい検査基準で良
品チェックが行われることになるため、より厳しく良品
選別されたハンダ・ボール形成チップのみをプリント配
線基板にフリップチップ実装して組み立てられた最終的
な製品デバイスの信頼性及び耐久性を一層向上させるこ
とができる。

【０１０９】なお、本実施形態においては、電気的検査
の際のハンダ・ボール７ｄに接触させる測定プローブＰ
３の先端部の径を３０μｍφに、その針圧をオーバード
ライブ量にして３０μｍに設定しているが、この条件に
限定されるものではない。例えば測定プローブＰ３の先
端部の径を２０μｍφ〜６０μｍφの範囲内に、その針
圧をオーバードライブ量にして２０μｍ〜４０μｍの範
囲内に設定しても、ほぼ同様の効果を奏することができ
る。また、この電気的検査の際のウェハＷの加熱温度を
１０５℃に設定しているが、この条件に限定されるもの
ではなく、所望の検査基準に応じてウェハＷの加熱温度
を例えば５０℃〜１０５℃の範囲内に設定してもよい。

【０１１０】以上、本発明を４つの実施形態に基づいて
説明したが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定され
るものではない。例えば、上述の実施形態においてはハ
ンダ・ボールをＡｌ電極パッドの直上領域に形成する場
合について説明したが、このハンダ・ボールの少なくと
も一部は上記の領域外に再配置されるものであってもよ
い。この他、サンプルとして用いたウェハの構成、各材
料膜の種類や膜厚、低温熱処理装置の構成、低温短時間
熱処理の条件等の細部については、適宜変更、選択、組
合せが可能である。

【０１１１】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る半導体装置の製造方法によれば、次のような効果を奏
することができる。即ち、請求項１に係る半導体装置の
製造方法によれば、電極パッド部に電気的に接続するハ
ンダ膜パターンを選択的に形成した後、ウェットバック
による加熱溶融処理を行ってハンダ・ボールを形成する
前に、ハンダ膜パターンに測定プローブを接触させて電
気的検査を行うことにより、電気的検査の際にハンダ膜
パターンにプローブ痕が残っても、これに続く加熱溶融
処理によってそのプローブ痕は消滅し、ハンダ・ボール
の仕上がり形状には何ら影響を及ぼさないため、ハンダ
・ボールの高さが均一となり、デバイス・チップと実装
基板との間の密着性不足や接続抵抗の上昇等の実装不良
を防止することができる。

【０１１２】また、電気的検査を行う際の測定プローブ
の接触対象がほぼ平坦なハンダ膜パターンであることに
より、測定プローブの接点確保が容易となるため、電気
的検査の精度や再現性が向上する他、測定装置のメンテ
ナンス時間を短縮することが可能となる。従って、ハン
ダ接合部に十分な密着強度と良好な接合特性が保証され
ているハンダ・ボール形成チップのみが厳しく選別され
て実装基板に実装されるため、その組立て後の最終的な
製品デバイスの性能、信頼性及び耐久性、歩留り、生産
性を従来品に比べて大幅に改善することができる。

【０１１３】また、請求項２に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記請求項１に係る半導体装置の製造方法
において、電気的検査を行う際に測定プローブのハンダ
膜パターンに対する針圧をオーバードライブ量にして１
０μｍ以上１００μｍ以下に設定することにより、この
範囲内であれば、従来よりも小さい針圧であっても、測
定プローブの接触対象がほぼ平坦なハンダ膜パターンで
あるために十分な電気的導通を確保することが可能にな
る一方、針圧を従来よりも大きくしても、電気的検査の
際に形成されるプローブ痕はその後の溶融処理によって
その影響を殆ど残らないようにすることが可能になるた
め、従来よりも広い針圧範囲において、接触抵抗を低下
させ、正確かつ安定した電気的特性を測定することがで
きる。

【０１１４】また、請求項３に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記請求項２に係る半導体装置の製造方法
において、電気的検査を行う際に測定プローブの先端部
の径を５μｍ以上１００μｍ以下に加工したものを使用
することにより、この範囲内であれば、ハンダ膜パター
ン表面の自然酸化膜を突き破ると共に、純粋なハンダと
の接触面積を大きく採ることが可能になるため、測定プ
ローブの先端部の径が従来よりも広い範囲において、接
触抵抗を低下させ、正確かつ安定した電気的特性を測定
することができる。

【０１１５】また、請求項４に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記請求項１に係る半導体装置の製造方法
において、電気的検査を行う際に、デバイス・チップを
加熱した状態にすることにより、温度バイアスを加えた
時の電気特性が得られるため、室温測定のみで電気的検
査を行う場合よりも厳しい検査基準で良品チェックが行
われることになる。従って、厳しく良品選別されたハン
ダ・ボール形成チップのみを実装基板に実装して組み立
てられた最終的な製品デバイスの信頼性及び耐久性を従
来よりも一層向上させることができる。

【０１１６】また、請求項６に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記請求項１に係る半導体装置の製造方法
において、ハンダ膜パターン形成工程でハンダ膜パター
ンの下層側に下地金属膜を形成し、このハンダ膜パター
ン形成工程と次の検査工程との間でハンダ膜パターンと
下地金属膜とをオーミック接続させるための低温熱処理
を施すことにより、電極パッド部とハンダ膜パターンと
の間の密着性向上や相互拡散防止を達成すると共に、電
気的検査に先立つ低温熱処理により下地金属膜とハンダ
膜パターンとの間の異種金属界面を安定化させて両者の
電気的接続のオーミック性を向上させることが可能にな
るため、正確かつ安定した電気的特性の測定を行うこと
ができる。

【０１１７】また、請求項７に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記請求項６に係る半導体装置の製造方法
において、低温熱処理におけるデバイス・チップの昇温
／降温を段階的な温度設定にしたがって行うことによ
り、ウェハに加わる熱応力が緩和されるため、結晶欠陥
やクラックの発生を防止して、信頼性の高いデバイス・
チップを歩留りよく製造することができる。

【０１１８】また、請求項８に係る半導体装置の製造方
法によれば、上記請求項６に係る半導体装置の製造方法
において、低温熱処理を低酸化性雰囲気下において行う
ことにより、ハンダ膜パターンの表面における酸化の進
行や膜中への酸素の取込みが抑制されるため、接触抵抗
を低減して精度の高い測定を行うことが可能となると共
に、ハンダ・ボールの内部における局所的な酸素の偏析
や空孔の発生を抑制してハンダ・ボール自身の低抵抗化
を実現し、デバイス性能を向上することができる。

【０１１９】また、請求項１０に係る半導体装置の製造
方法によれば、ハンダ・ボールを形成した後にこのハン
ダ・ボールに測定プローブを接触させて電気的検査を行
うものの、その際の測定プローブのハンダ・ボールに対
する針圧をオーバードライブ量にして２０μｍ以上４０
μｍ以下に設定することにより、この範囲内であれば、
測定後のハンダ・ボールへのプローブ痕を許容範囲内に
抑制することが可能になると共に、接触抵抗を低下させ
て十分な電気的導通を確保することが可能になるため、
ハンダ・ボール潰れを発生させることなく、正確かつ安
定した電気的特性を測定することができる。従って、ハ
ンダ接合部に十分な密着強度と良好な接合特性が保証さ
れているハンダ・ボール形成チップのみが選別されて実
装基板に実装されるため、その組立て後の最終的な製品
デバイスの性能、信頼性及び耐久性、歩留り、生産性を
従来品に比べて改善することができる。

【０１２０】また、請求項１１に係る半導体装置の製造
方法によれば、上記請求項１０に係る半導体装置の製造
方法において、電気的検査を行う際に、測定プローブの
先端部の径を１０μｍ以上６０μｍ以下に加工したもの
を使用することにより、この範囲内であれば、ハンダ膜
パターン表面の自然酸化膜を突き破ると共に、純粋なハ
ンダとの所定の接触面積を確保することが可能になるた
め、接触抵抗を低下させて、正確かつ安定した電気的特
性を測定することができる。

【０１２１】また、請求項１２に係る半導体装置の製造
方法によれば、上記請求項１１に係る半導体装置の製造
方法において、電気的検査を行う際にデバイス・チップ
を加熱した状態にすることにより、温度バイアスを加え
た時の電気特性が得られるため、室温測定のみで電気的
検査を行う場合よりも厳しい検査基準で良品チェックが
行われることになる。従って、厳しく良品選別されたハ
ンダ・ボール形成チップのみを実装基板に実装して組み
立てられた最終的な製品デバイスの信頼性及び耐久性を
従来よりも一層向上することができる。

【０１２２】また、請求項１４に係る低温熱処理装置に
よれば、単一の加熱チャンバ内に設定温度が異なる複数
の熱処理部が配されていることにより、電気的検査に先
立って上記請求項６に係る低温熱処理を段階的な温度設
定にしたがって行うことが可能になるため、この低温熱
処理によって下地金属膜とハンダ膜パターンとの間の異
種金属界面を安定化すると共に、その際にウェハに加わ
る熱応力を緩和して結晶欠陥やクラックの発生を防止す
るための処理装置として有効に使用することができる。

【０１２３】また、請求項１５に係る低温熱処理装置に
よれば、上記請求項１４に係る低温熱処理装置におい
て、熱処理部の各々が、ウェハを載置するためのウェハ
・ステージと、このウェハ・ステージに対向配置されて
いる加熱ランプとを備えてなることにより、各熱処理部
の設定温度が加熱ランプによって制御されるため、上記
請求項７に係る段階的な低温熱処理を容易かつ適切に行
うことができる。

【０１２４】また、請求項１６に係る低温熱処理装置に
よれば、上記請求項１５に係る低温熱処理装置におい
て、ウェハ・ステージにヒータが内蔵されていることに
より、各熱処理部の設定温度が加熱ランプとヒータとの
２系統の加熱手段を併用して制御することが可能になる
ため、上記請求項７に係る段階的な低温熱処理を更に容
易かつ適切に行うことができる。

【０１２５】また、請求項１７に係る低温熱処理装置に
よれば、上記請求項１４に係る低温熱処理装置におい
て、加熱チャンバに、その内部を低酸化性雰囲気に維持
するための雰囲気制御手段が接続されていることによ
り、上記請求項８に係る低酸化性雰囲気下における低温
熱処理を行うことが可能になるため、ハンダ膜パターン
の表面における酸化の進行や膜中への酸素の取込みを抑
制して、電気的検査時のハンダ膜パターンと測定プロー
ブ間の接触抵抗を低減すると共に、ハンダ・ボール自身
の低抵抗化を図るための処理装置として有効に使用する
ことができる。

【０１２６】以上の説明からも明らかなように、本発明
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将来の半導体装置の
製造方法を実現することに極めて有効に寄与することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その１）であ
って、Ａｌ電極パッド上にＢＬＭ膜を形成したウェハの
状態を示す模式的断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その２）であ
って、開口部内のＢＬＭ膜及びその周囲のパッシベーシ
ョン膜上とフォトレジスト膜上とに分断してハンダ膜を
被着させた状態を示す模式的断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その３）であ
って、リフトオフによりＢＬＭ膜及びその周囲のパッシ
ベーション膜上にハンダ膜パターンを形成し、低温熱処
理を施している状態を示す模式的断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その４）であ
って、ハンダ膜パターンに測定ブローブを接触させて電
気的検査を行っている状態を示す模式的断面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その５）であ
って、ハンダ膜パターンをウェットバックによりハンダ
・ボールに変化させた状態を示す模式的断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法において使用する低温熱処理装置の構成例を
示す模式的断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その１）であ
って、リフトオフによりＢＬＭ膜及びその周囲のパッシ
ベーション膜上にハンダ膜パターンを形成した状態を示
す模式的断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その２）であ
って、ハンダ膜パターンに測定ブローブを接触させて電
気的検査を行っている状態を示す模式的断面図である。

【図９】本発明の第３の実施形態に係るハンダ・ボール
の製造方法を説明するための工程断面図（その３）であ
って、ハンダ膜パターンをウェットバックによりハンダ
・ボールに変化させた状態を示す模式的断面図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態に係るハンダ・ボー
ルの製造方法を説明するための工程断面図（その１）で
あって、リフトオフによりＢＬＭ膜及びその周囲のパッ
シベーション膜上にハンダ膜パターンを形成した状態を
示す模式的断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施形態に係るハンダ・ボー
ルの製造方法を説明するための工程断面図（その２）で
あって、ハンダ膜パターンをウェットバックによりハン
ダ・ボールに変化させた状態を示す模式的断面図であ
る。

【図１２】本発明の第４の実施形態に係るハンダ・ボー
ルの製造方法を説明するための工程断面図（その３）で
あって、ハンダ・ボールに測定ブローブを接触させて電
気的検査を行っている状態を示す模式的断面図である。

【図１３】本発明の第４の実施形態に係るハンダ・ボー
ルの製造方法を説明するための工程断面図（その４）で
あって、電気的検査が終了した段階のウェハの状態を示
す模式的断面図である。

【図１４】従来のハンダ・ボールの製造方法を説明する
ための工程断面図（その１）であって、Ａｌ電極パッド
上にＢＬＭ膜とハンダ膜パターンとを形成したウェハの
状態を示す模式的断面図である。

【図１５】従来のハンダ・ボールの製造方法を説明する
ための工程断面図（その２）であって、ハンダ膜パター
ンをウェットバックによりハンダ・ボールに変化させた
状態を示す模式的断面図である。

【図１６】従来のハンダ・ボールの製造方法を説明する
ための工程断面図（その３）であって、ハンダ・ポール
に測定ブローブを接触させて電気的検査を行っている状
態を示す模式的断面図である。

【図１７】従来のハンダ・ボールの製造方法において、
電気的検査を行った結果、ハンダ・ポールが潰れた状態
を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…Ａｌ電極パッド、３…ＳｉＮパッ
シペーション膜、４…ポリイミド膜、５…ＢＬＭ膜、６
…レジスト・パターン、７ａ…ハンダ膜パターン、７ｂ
…ハンダ膜、７ｃ、７ｄ…ハンダ・ボール、８ａ、８
ｂ、８ｃ…プローブ痕、１１…加熱チャンバ、１４ａ〜
１４ｄ…ウエハ・ステージ、１５ａ〜１５ｄ…ヒータ、
１６ａ〜１６ｄ…赤外線ヒータ、Ｗ…ウェハ、Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３…測定プローブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンダ・ボールを用いて実装基板上に実
装されるデバイス・チップに対し、実装前に測定プロー
ブの接触を伴う電気的検査を行う半導体装置の製造方法
であって、前記デバイス・チップの電極パッド部に電気的に接続す
るハンダ膜パターンを選択的に形成する第１工程と、前記ハンダ膜パターンに前記測定プローブを接触させて
前記電気的検査を行う第２工程と、加熱溶融処理により前記ハンダ膜パターンを収縮させ
て、前記ハンダ・ボールを形成する第３工程とを有する
ことを特微とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第２工程において、前記測定プロー
ブの前記ハンダ膜パターンに対する針圧をオーバードラ
イブ量にして１０μｍ以上１００μｍ以下に設定して前
記電気的検査を行う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。
【請求項３】前記第２工程において、前記測定プロー
ブの先端部の径を５μｍ以上１００μｍ以下に加工した
ものを使用して前記電気的検査を行うことを特徴とする
請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記第２工程において、前記デバイス・
チップを加熱した状態で前記電気的検査を行うことを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記デバイス・チップの加熱条件が５０
℃以上１５０℃以下であることを特徴とする請求項４記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記第１工程において、前記ハンダ膜パ
ターンの下層側に下地金属膜を形成し、前記第１工程と前記第２工程との間において、前記ハン
ダ膜パターンと前記下地金属膜とをオーミック接続させ
るための低温熱処理を、前記デバイス・チップに対して
施す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。
【請求項７】前記低温熱処理において、前記デバイス
・チップの昇温／降温を段階的な温度設定にしたがって
行うことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項８】前記低温熱処理を低酸化性雰囲気下にお
いて行うことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項９】前記低酸化性雰囲気が窒素雰囲気である
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１０】ハンダ・ボールを用いて実装基板上に
実装されるデバイス・チップに対し、実装前に測定プロ
ーブの接触を伴う電気的検査を行う半導体装置の製造方
法であって、前記デバイス・チップの電極パッド部に電気的に接続す
るハンダ膜パターンを選択的に形成する第１工程と、加
熱溶融処理により前記ハンダ膜パターンを収縮させて前
記ハンダ・ボールを形成する第２工程と、前記ハンダ・
ボールに前記測定プローブを接触させて前記電気的検査
を行う第３工程とを有し、前記第３工程において、前記測定プローブの前記ハンダ
・ボールに対する針圧をオーバードライブ量にして２０
μｍ以上４０μｍ以下に設定して前記電気的検査を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記第３工程において、前記測定プロ
ーブの先端部の径を１０μｍ以上６０μｍ以下に加工し
たものを使用して前記電気的検査を行うことを特徴とす
る請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記第３工程において、前記デバイス
・チップを加熱した状態で前記電気的検査を行うことを
特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記デバイス・チップの加熱条件が５
０℃以上１５０℃以下であることを特徴とする請求項１
２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】デバイス・チップの電極パッド部に下
地金属膜を介して被着されたハンダ膜パターンを前記下
地金属膜とオーミック接続させるために、前記デバイス
・チップが切り出される前のウェハに対して低温熱処理
を施す低温熱処理装置であって、単一の加熱チャンバ内における設定温度が異なる複数の
熱処理部と、前記熱処理部間において前記ウェハを移送
するための移送手段とが配され、前記低温熱処理を段階的な温度設定にしたがって行うこ
とを特徴とする低温熱処理装置。
【請求項１５】前記熱処理部の各々は、前記ウェハを
載置するためのウェハ・ステージと、前記ウェハ・ステ
ージに対向配置されている加熱ランプとを備えてなるこ
とを特徴とする請求項１４記載の低温熱処理装置。
【請求項１６】前記ウェハ・ステージにヒータが内蔵
されていることを特徴とする請求項１５記載の低温熱処
理装置。
【請求項１７】前記加熱チャンバに、前記加熱チャン
バの内部を低酸化性雰囲気に維持するための雰囲気制御
手段が接続されていることを特徴とする請求項１４記載
の低温熱処理装置。