JPS6381951A - 半導体装置の製造方法 - 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、半導体装置に関し、特に、フリップチップ方
式半導体装置の突起電極の形成技術に適用して有効な技
術に関するものである。

〔従来技術〕

大型コンピュータ等に使用される半導体装置として、例
えば、内層配線を有するセラミックベースの上にＬＳＩ
等の半導体チップを塔載する際、この半導体チップとセ
ラミックベースの内層配線とを半田等の突起電極を介し
て、電気的に接続するフリップチップ方式半導体装置が
ある。

このようなフリップチップ方式半導体装置における突起
電極の形成方法は、半導体のウェハ上に配線を施し、そ
の配線の電極部にＣｒ／　Ｃｕ／　Ａ　ｕ等のバリアメ
タルを施し、その上に金属製マスクを押え板で押えて半
田を蒸着して突起電極（以下、バンプという）を形成し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記のようなバンプ形成方法を゛検討し
た結果、次に示す問題点があることを見い出した。

（１）前記金属製マスクの加工精度の限界が低いためバ
ンプピッチの微細化に限界がある。

（２）前記金属製マスクの位置合せが困難である。

（３）前記金／ｊｃｍマスクの浮き上りを防止するため
の押え板が必要であり、その押え板のため半導体チップ
全面にバンプを形成することができない。

本発明の目的は、半導体チップ全面にバンプを形成する
ことができる技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、半導体チップ上のバンプ密度を向
上することができる技術を提供するごとにある。

本発明の他の目的は、逆台形状断面部を有するレジスト
マスクを形成することができる技術を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は２本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、リフトオフ法を用いるフリップチップ方式半
導体装置の製造方法であって、半導体チップ上にレジス
トマスクを形成し、該レジストマスクを介してバンプ用
金属を蒸着し、前記レジストマスクを除去し、該レジス
トマスクを除去した後にウェットバック処理（前記バン
プ用半田を溶融させてボール形状バンプを形成する処理
）を行うフリップチップ方式半導体装置の製造方法であ
る。

前記レジストマスクは、逆台形状断面部を有するレジス
トマスクであり、その逆台形状断面部の形成は、一回感
光法又は一回感光法による逆テーパ断面形状作成法で行
うものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、リフトオフ法を用いるフリップ
チップ方式半導体装置の製造方法において、半導体チッ
プ上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを介
してバンプ用半田を蒸着し。

前記レジストマスクを除去し、該レジストマスクを除去
した後にウェットバック処理を行うことにより、金属マ
スク及び押え板を用いることなく半田ボール形状電極を
形成することができるので。

半導体チップ全面にバンプを形成することができる。

また、前記レジストマスクを一回感光法又は先ず強くて
細い光ビームを照射し、その照射部位の上からさらに弱
くて太い光ビームを照射する一回感光法による逆テーパ
断面形状作成法で形成することにより、逆台形状断面部
を有する１ノジストマスクを形成することができるので
、バンプ密度を向上することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

なお、実施例を説明するための全図において。

同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返し
の説明は省略する。

〔実施例〕

第１図は、本発明の実施例に係るフリップチップ方式半
導体装置の外観構成を示す斜視図、第２図は、第１図に
示す■−■切断線で切った断面図、 第３図は、第１図に示す半導体チップの概略構成を示す
裏側から見た斜視図、 第４図は、第１図に示す半導体チップのバンプ部分の概
略構成を示す断面図、 第５図乃至第９図は、本発明の一実施例の第３図に示す
フリップチップ方式半導体チップの製造方法を説明する
ための各工程における断面図である。

本実施例に係るフリップチップ方式半導体装置における
半導体チップ１は、回路素子が形成された一生面側に、
第３図に示すように、バンプ２及び封止部材としての結
合部材３が設けられている。

結合部材３は、半導体チップ１の表面の回路素子形成部
分を囲むように構成される。特に制限されないが、第３
図の場合、結合部材３は、半導体チップ１の一生面の周
辺部に設けられている。

配線基板４は、多層配線層と、その配線層に結合され、
かつ半導体チップ１のバンプと対応される電極及び半導
体チップ１の前記結合部材３と実質的に同じパターンに
された結合層とを持つ。

結合層は、特に制限されないが、配線基板４の前記電極
と同じ構成にされる。配線基板４において、特に制限さ
れないが、その配線層は、貫通配線技術によって、配線
基板４の下面にまで延長されている。配線基板４の下面
には、必要に応じて、外部端子としての半田から成るバ
ンプ５が設けられている。

半導体チップ１は、配線基板４上に置かれ、かつそれに
おけるバンプ２及び結合部材３がその後加熱溶融される
ことによって、配線基板４に固定もしくは塔載されてい
る。

この構成に従うと、半導体チップ１と結合部材３と配線
基板４とによって、１つの密閉空間が構成される。半導
体チップ１は、それ自体が、一種の封止キャップとして
機能される。半導体チップ１を構成する単結晶シリコン
のような半導体材料それ自体は、半導体素子の特性に影
響を与える汚染物に対し、良好な遮へい体を構成する。

それ故に、半導体チップ１の主面の回路素子形成部分は
、半導体チップ１それ自体、結合部材３及び配線基板４
によって、実質的にハーメチックシールされることにな
る。

前記配線基板４の材料は、例えば、アルミナセラミック
から成る。配線基板の配線層及び結合層は、モリブデン
からなるようなメタライズ層から構成され、その電極部
分及び結合層の表面には、半田のようなろう材に対する
ぬれ性の確保のために、例えば、金メッキ層が形成され
ている。

特に制限されないが、結合部材３は、前記へ−メチック
封止のための構造体の一部とされるとともに１例えば、
半導体チップ１に形成された回路のための接地端子とさ
れる。この構成は、低い配線インピーダンスをもって半
導体チップ１に接地電位を与えることを可能とする。バ
ンプ２と結合部材３とは、同じ構成にされる。

半導体チップ１は、第４図に示すように、シリコン単結
晶から成るような半導体チップ本体ＩＡと、その表面に
フィールド絶縁膜（図示しない）を介して形成された蒸
着アルミニウムから成るような配線層もしくは導体層Ｉ
Ｂと、パッシベーション膜に形成されたコンタクトホー
ル部において、前記導体層に形成されたアンダーバリア
メタル層ＩＣと、かかるアンダーバリアメタル層ＩＣに
結合された半田（Ｐｂ／Ｓｎ）からなるバンプ２及び結
合部材とを持つ、アンダーバリアメタル層ＩＣは例えば
、クロム層とその上に形成されたニッケル層とかかるニ
ッケル層上に形成された金層とから構成される。

半導体チップ１は、それにおけるバンプ２及び結合部材
が一旦加熱溶融され、その結果としてバンプ２及び結合
部材と配線基板４の金層のような金属層４Ｃとが結合さ
れることによって、配線基板４に固定される。

次に、本発明の一実施例のフリップチップ方式半導体チ
ップの製造方法の各工程における半導体チップのバンプ
の望ましい製造方法を第５図乃至第８図を用いて説明す
る。

なお、以下の製造工程は、半導体チップに分割される前
の半導体ウェハに対して適用される。第５図乃至第８図
は、１つの半導体チップのみを示している。

まず、その表面に１回路素子、導体層、アンダーバリア
メタル層等が形成された半導体チップを用意し、次に、
第５図に示すように、半導体チップ本体ＩＡ上にホトレ
ジスト膜１１を形成する。このホトレジスト膜１１は、
テープ状のドライフィルムレジスト又は液状レジストを
用いる。

次に、第６図に示すように、ホトレジスト膜１１を選択
露光、現像することにより、逆台形状断面部を有するレ
ジストマスク（逆テーパ断面形状のレジストマスク）１
２となす。次に、第７図に示すように、前記レジストマ
スク１２の上から、バンプとするための半田（Ｐｂ／Ｓ
ｎ）のようなバンブ用金属工３を蒸着法、スパッタ法等
によって付着する。

その後、第８図に示すように、レジストマスク１２を除
去し、その後ウェットバック処理を行って第９図に示す
ように、半田ボール形状のバンプ２を形成することがで
きるので、半導体チップ全面にバンプを形成することが
できる。

前記その断面が台形となるような穴を有するレジストマ
スク（逆テーパ断面形状のレジストマスク）１２は、第
】０図に示すように、前記ホトレジスト膜１１に光マス
ク２１を介して光ビームｎを一回照射して逆台形状断面
の感光部１ｉＡを形成した後、現像することにより、第
１】−図に示すようなレジストマスク１２の逆テーパ断
面形状部１２Ａが形成される（このレジストマスク形成
法を以下一回感光法という）。

前記ホトレジスト膜１１は、特に制限されないが、例え
ば、厚さ４０μ扉のネガフィルムレジストを用いるいこ
の一回感光法の原理は、ネガ１ノジスト１１内での光の
吸収によりネガホトレジスト１１の上部は、はぼ完全に
感光し６下部は感光度が低い（例えば、上部の感光度を
３−００％とすると、下部の感光部は２５％程度である
）ので、光ビームηを一回照射しただけで逆台形状断面
の感光部１１Ａが形成される。ネガレジストは感光部分
が現像後に残るので、前記ネガホトレジスト１１を現像
した時、感光部１１Ａは逆台形状断面がそのまま残って
、レジストマスク１２の逆テーパ断面形状部１２Ａが形
成される。そして、そのテーパ角度θはネガレジストの
厚さと光ビームの強度に依存する。

また、第１２図に示すように、−回目は強くて細い光ビ
ーム２２Ａを照射してネガホトレジスト１１に帯状の感
光部１１Ｂを形成し、その帯状の感光部１１Ｂの上から
弱くて太い光ビーム２２Ｂを照射して（二回目照射）第
１３図に示すような感光部１１Ｇを形成した後、現像す
ると、第１４図に示すような逆テーパ断面形状部１２Ａ
′が形成される。

このように、二回感光法を用いると、狭照射野でオーバ
露光してネガホトレジスト１１の下部まで感光させ、広
照射野でアンダ露光してネガホトレジスト１１の途中ま
で感光するので、逆台形状断面の感光部１１Ａ′が形成
される。ネガレジストは感光部分が現像後に残るので、
前記ネガホトレジスト１１を現像した時、感光部１１Ａ
′は逆台形状断面がそのまま残って、第１，４図に示す
ようなレジストマスク１２の逆テーパ断面形状部１２Ａ
′が形成される。この逆テーパ断面形状部１２Ａの上部
の幅ａと下部の幅すの寸法は、それぞれ−回目及び二回
目の照射野幅を調整することよって制御することができ
る。

以上の説明かられかるように、本実施例によれば、リフ
トオフ法を用いるフリップチップ方式半導体装置の製造
方法において、半島体チップ１上にレジストマスク１２
を形成し、該レジストマスク１２を介してバンプ用金属
１３を蒸着し、前記レジストマスク１２を除去し、該レ
ジストマスク１２を除去した後にウェットバック処理を
行うことにより、金属マスク及び押え板を用いることな
く半田ボール形状バンプ２を形成することができるので
、半導体チップ全面にバンプ２を形成することができる
。

また、前記レジストマスク１２を一回感光法又は二回感
光法による逆テーパ断面形状作成法で形晟することによ
り、その断面が逆台形状部（台形状断面の穴が形成され
るような形状）を有するレジストマスク１２を形成する
ことができるので、バンプ２の密度を向上することがで
きる・ 前記バンプ２は、半田バンプ以外に、次のような共晶金
属を用いてもよい６例えば、金（Ａｕ）バンプとその表
面にメッキされた錫（Ｓｎ）メッキ層とから構成するこ
とができる。この場合、共晶温度以上の加熱により、共
晶反応によって形成される金・錫合金が一定のろう材と
なるので、半導体チップ１と配線基板４とを結合するこ
とができる。

以上、本発明を実施例にもとずき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

半導体チップは、例えばマザーチップに形成される回路
素子等に対する単なる配線構造体として利用されても良
い。

〔発明の効果〕

以上、説明したように１本発明によれば、以下に述べる
ような効果を得ることができる。

（１）リフトオフ法を用いるフリップチップ方式半導体
装置の製造方法において、半導体チップ上にレジストマ
スクを形成し、該レジストマスクを介してバンプ形成用
半田を蒸着し、前記レジストマスクを除去し、該レジス
トマスクを除去した後にウェットバック処理を行うこと
により、金属マスク及び押え板を用いることなく半田ボ
ール形状バンプを形成することができるので、半導体チ
ップ全面にバンプを形成することができる。

（２）前記レジストマスクを一回感光法又は二回感光法
による逆テーパ断面形状作成法で形成することにより、
その断面が逆台形状部（台形状断面の穴が形成されるよ
うな形状）を有するレジストマスクを形成することがで
きるので、バンプの密度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るフリップチップ方式半
導体装置の外観構成を示す斜視図、第２図は、第１図に
示す■−■切断線で切った断面図、 第３図は、第１図に示す半導体チップの概略構成を示す
裏側から見た斜視図、 第４図は、第１図に示す半導体チップのバンプ部分の概
略構成を示す断面図、 第５図乃至第９図は１本発明の一実施例の第３図に示す
フリップチップ方式半導体チップの製造方法を説明する
ための各工程における断面図である。 第１０図及び第１１図は、本発明のレジストマスクの製
造法の一実施例を説明するための断面図、第１２図乃至
第１４図は、本発明のレジストマスクの製造法の他の実
施例を説明するための断面図である。 図中、１・・・半導体チップ、２，５・・・バンプ、３
・・・結合部材、４・・・配線基板、１１・・・ホトレ
ジスト膜、１２・・・レジストマスク、１３・・・バン
プ用金属、２１・・・光第　　１　　図 第２図 ５ハ゛〉フ゛ 第　　３　　図 ■ 第　　４　　図 ／Ｃハ゛リアＩのし 第　　５　　図 第　　６　　図 第　　７　　図 第　　８　　図 第　　９　　図 第１ｏ図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リフトオフ法を用いるフリップチップ方式半導体装
   置の製造方法であって、半導体チップ上にレジストマス
   クを形成する工程と、該レジストマスクを介して突起電
   極用金属を蒸着する工程と、前記レジストマスクを除去
   する工程と、該レジストマスクを除去した後にボール形
   状突起電極を形成する工程を具備してなることを特徴と
   するフリップチップ方式半導体装置の製造方法。 ２、前記半導体チップ上にレジストマスクを形成する工
   程は、リフトオフ法を用いるフリップチップ方式半導体
   装置の製造方法におけるメタライズ形成後、そのメタラ
   イズ膜の上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜を感
   光、現像処理するプロセスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のフリップチップ方式半導体装
   置の製造方法。 ３、前記レジストマスクは、逆台形状断面部を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   のフリップチップ方式半導体装置の製造方法。 ４、前記逆台形状断面部を有するレジストマスクを形成
   する工程は、一回感光法による逆テーパ断面形状作成法
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   フリップチップ方式半導体装置の製造方法。 ５、前記逆台形状断面部を有するレジストマスクを形成
   する工程は、先ず強くて細い光ビームを照射し、その照
   射部位の上からさらに弱くて太い光ビームを照射する二
   回感光法による逆テーパ断面形状作成法であることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載のフリップチップ
   方式半導体装置の製造方法。 ６、前記ボール形状電極を形成する工程は、ウェットバ
   ック処理法を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第５項の各項に記載のフリップチップ方式半導
   体装置の製造方法。