JP2000243773A

JP2000243773A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2000243773A
Application number: JP11045214A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hikita; 純一疋田; Kazutaka Shibata; 和孝柴田; Shigeyuki Ueda; 茂幸上田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: US20040152236A1; JP3798569B2; US7009294B2; US6696347B1

Abstract

(57)【要約】【課題】金属電極部（バンプ）の形成工程を簡単にする
ことにより、コストの削減を実現した半導体装置の製造
方法を提供する。【解決手段】電極転写用基板２０は、ガラス基板２１と
その表面にパターン形成されたシード膜部Ｓとを有す
る。シード膜部Ｓに選択的に金属をめっきしてバンプＢ
を形成する。この電極転写用基板２０と半導体チップ１
０とを圧接することにより、バンプＢは、電極転写用基
板２０から、半導体チップ１０のパッド部Ｐへと転写さ
れる。【効果】半導体基板１上での複雑な工程を要することな
くバンプＢを形成できる。

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、表面にバンプな
どの金属電極部を有する半導体装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線基板上にフリップチップボ
ンディングで半導体チップを実装する場合や、半導体チ
ップ上に別の半導体チップを重ねて接合することにより
チップ・オン・チップ構造の半導体装置を構成する場合
には、半導体チップの表面に、バンプと呼ばれる金属電
極部が隆起して形成される。

【０００３】半導体チップの基体をなす半導体基板の表
面上には絶縁膜やアルミ配線膜が積層されて形成されて
おり、適当な位置において、外部との電気接続のための
接続パッドが設けられている。半導体基板の最表面を覆
う保護膜には、接続パッドを露出させる開口が形成され
ている。バンプの形成工程は、上記保護膜が形成された
状態のウエハの全面にシード膜を形成する工程と、接続
パッドの直上に開口を有するレジスト膜をシード膜上に
パターン形成する工程と、電解めっきによって、当該レ
ジスト膜の開口部にバンプを構成する金属材料の厚膜を
選択的に成長させる工程とを含む。この後、レジスト膜
を除去し、さらに、バンプ部以外のシード膜を除去する
ことにより、接続パッドに電気的に接続された島状のバ
ンプが得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、バンプの
形成には、ウエハごとにレジスト膜の形成などの複雑な
工程が必要とされ、そのため、工程数が多くなり、半導
体チップの生産コスト削減の妨げとなっている。そこ
で、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、金
属電極部の形成工程を簡単にすることにより、コストの
削減を実現した半導体装置の製造方法を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基
板上に金属電極部を有する半導体装置の製造方法であっ
て、上記半導体基板とは別の電極転写用基板の表面に、
金属電極部をパターン形成する工程と、この電極転写用
基板と上記半導体基板とを圧接することにより、上記金
属電極部を、上記電極転写用基板から上記半導体基板上
へと転写させる転写工程とを含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法である。

【０００６】上記の構成によれば、電極転写用基板にお
いて金属電極部が作製され、この金属電極部が、電極転
写用基板から半導体基板へと転写される。したがって、
半導体基板の表面にレジスト膜を形成したり、半導体基
板の表面のシード膜をパターニングしたりする工程を省
くことができる。電極転写用基板は、金属電極部を繰り
返し形成することにより、複数枚の半導体基板に対して
繰り返し使用することができる。したがって、半導体装
置の製造工程は、全体として、簡単になり、これによ
り、コストの削減に寄与することができる。

【０００７】請求項２記載の発明は、上記電極転写用基
板は、表面にシード膜が形成してあり、上記電極転写用
基板に金属電極部を形成する工程は、上記シード膜上に
上記金属電極部の材料をめっきする工程を含むことを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法である。
この構成によれば、電極転写用基板上のシード膜上に金
属材料をめっき（電解めっきまたは無電解めっき）によ
り成長させることによって、金属電極部が形成される。
この場合に、金属電極部を半導体基板に転写した後に
は、シード膜付きの電極転写用基板は、ただちに、次の
半導体装置のための金属電極部の作製のために使用する
ことができる。このようにして、金属電極部の形成は、
電極転写用基板上での金属電極部のめっき成長と、この
金属電極部の半導体基板への転写とによって達成される
ので、その工程を従来に比較して格段に簡単にすること
ができる。

【０００８】なお、電極転写用基板の表面は、電極形成
位置に対応する位置においてシード膜を露出させるパタ
ーニング膜で被覆されていることが好ましい。これによ
り、適切な位置において露出するシード膜上にのみ金属
電極を成長させることができるから、金属電極部をパタ
ーン形成するためのパターニング膜を形成したり、これ
を剥離したりする必要がない。これにより、工程をさら
に簡単にすることができる。

【０００９】請求項３記載の発明は、上記電極転写用基
板は、金属電極部の形成位置以外の領域の上記シード膜
の表面を覆う絶縁膜を表面に有していることを特徴とす
る請求項２記載の半導体装置の製造方法である。この構
成によれば、シード膜を電極形成位置において露出させ
るパターニング膜としての絶縁膜が電極転写用基板に形
成されているので、電解めっき法によって、金属電極部
を選択的に成長させることができる。この際に、電極転
写用基板上をパターニング膜で覆ったりする必要はな
い。

【００１０】請求項４記載の発明は、上記シード膜は、
上記半導体基板上において金属電極部が転写される部位
と金属電極部との密着性よりも、当該金属電極部との密
着性が弱い材料を用いて形成されることを特徴とする請
求項２または３記載の半導体装置の製造方法である。こ
の構成によれば、金属電極部と半導体基板側との密着性
が、金属電極部とシード膜との密着性よりも優っている
ので、半導体基板と電極転写用基板とを圧接し、その
後、両者を引き離すと、金属電極部は、確実に、半導体
基板へと転写される。これにより、半導体基板上への金
属電極部の形成を良好に行うことができる。

【００１１】請求項５記載の発明は、上記電極転写用基
板は、透光性の材料からなっており、上記シード膜は、
金属電極部を形成すべき領域に選択的に形成されている
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法である。

【００１２】この構成によれば、電極転写用基板を半導
体基板に重ね合わせる際に、電極転写用基板の背面（金
属電極部が形成される面とは反対の面）から、半導体基
板およびシード電極を透視することができる。そして、
シード電極は、金属電極の形成位置に選択的に形成され
ているので、電極転写用基板の背後から、適当な撮像手
段によって、シード電極の位置と半導体基板上の電極形
成位置とをモニタして、電極転写用基板と半導体基板と
の相互の位置合わせを行うことができる。これにより、
金属電極部の転写を正確に行うことができる。

【００１３】請求項６記載の発明は、上記半導体基板上
には、電気接続部を露出させる開口を有する保護膜が形
成されており、上記金属電極部を上記電極転写用基板上
に形成する工程では、上記電気接続部の配置に対応した
配置で上記金属電極部が形成され、上記金属電極部を転
写する転写工程では、上記金属電極部が上記電気接続部
へと転写されることを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法である。

【００１４】この構成により、半導体基板上の保護膜か
ら露出した電気接続部上に金属電極部を設けることがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る方法によって製造されるべき半
導体チップの構成を示す断面図である。この半導体チッ
プ１０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面に形成
された絶縁膜２と、この絶縁膜２上に形成されたアルミ
配線３と、このアルミ配線３上を覆う保護膜４とを有し
ている。保護膜４には、アルミ配線３の一部であるパッ
ド部Ｐ（電気接続部）の上方において開口４ａが形成さ
れている。そして、この開口４ａにおいて露出するアル
ミ配線３の表面を覆うようにＴｉＷなどからなるバリア
メタル層５が形成されており、このバリアメタル層５上
に、金、パラジウム、チタン、銀、イリジウムなどの耐
酸化性の金属からなるバンプＢが隆起して形成されてい
る。

【００１６】半導体基板１の表面とは、内部回路を形成
するトランジスタや抵抗器などの機能素子（図示せず）
が形成された活性表層領域側の表面であり、アルミ配線
３は、この活性表層領域に形成された機能素子に接続さ
れている。ただし、２層以上の立体配線構造が採用され
る場合には、上層の配線層を構成するアルミ配線は、そ
れよりも下層の配線層を形成する他のアルミ配線と接続
される場合もある。

【００１７】この構成の半導体チップ１０は、バンプＢ
が形成されている側の面である表面をプリント基板に向
けて、いわゆるフリップチップボンディングによって当
該プリント基板に実装されたり、別の半導体チップに対
して、表面同士を対向させて接合され、いわゆるチップ
・オン・チップ構造の半導体装置を構成したりすること
になる。その際に、バンプＢは、当該半導体チップ１０
の内部回路と、プリント基板や別の半導体チップなどの
固体装置との間を電気的に接続するとともに、当該半導
体チップ１０の機械的接合を達成する役割をも果たす。

【００１８】図２は、上記の半導体チップ１０の表面に
バンプＢを形成するために用いられる電極転写用基板２
０の構成を示す斜視図であり、図３は、その断面図であ
る。この実施形態では、バンプＢは、電極転写用基板２
０上に形成され、その後に、この電極転写用基板２０と
半導体チップ１０とを対向させて圧接することにより、
電極転写用基板２０から半導体チップ１０へとバンプＢ
が転写される。

【００１９】電極転写用基板２０は、たとえば、半導体
チップ１０よりも大面積に形成された矩形のガラス基板
２１からなる。このガラス基板２１の一方の表面には、
半導体チップ１０のパッド部Ｐの配置に対応したパター
ンで絶縁膜２２から露出した複数のシード膜部Ｓ（斜線
を付して示す。）が形成されている。図４は、絶縁膜２
２を除いた状態を示す電極転写用基板２０の平面図であ
る。シード膜部Ｓは、シード膜部Ｓと同じ材料からなる
配線膜部Ｗにより、近傍のもの同士が接続されている。
ガラス基板２１の一辺付近には、電極接続部Ｃが帯状に
形成されており、この電極接続部Ｃには、その近傍のシ
ード膜部Ｓが、配線膜部Ｗを介して接続されている。こ
のようにして、全てのシード膜部Ｓは、電極接続部Ｃに
対して電気的に接続されている。この電極接続部Ｃは、
図２に示すように、絶縁膜２２から露出した状態となっ
ている。

【００２０】絶縁膜２２は、シード膜部Ｓの周縁部およ
び配線膜部Ｗを選択的に覆っており、シード膜部Ｓの周
縁部以外の領域（中央領域）を露出させる開口２２ａを
有している。この絶縁膜２２は、たとえば、酸化シリコ
ンや窒化シリコンなどで構成されている。図５は、電極
転写用基板２０を作成するための工程を工程順に概説す
るための断面図である。まず、ガラス基板２１の表面
に、公知のフォトリソグラフィ工程によって、シード膜
部Ｓ、配線膜部Ｗおよび電極接続部Ｃ（図５では、配線
膜部Ｗおよび電極接続部Ｃの図示を省略した。）がパタ
ーン形成される（図５(a)）。すなわち、たとえば、ガ
ラス基板２１の表面に、たとえば、スパッタ法により、
めっきのシードとして適した金属薄膜が付着させられ
る。その後、シード膜部Ｓ、配線膜部Ｗおよび電極接続
部Ｃに対応した開口を有するレジストをパターン形成し
て、エッチングを行うことより、上記金属薄膜がパター
ニングされて、ガラス基板２１の表面に、シート膜部
Ｓ、配線膜部Ｗおよび電極接続部Ｃのパターンが残され
る。

【００２１】次いで、ガラス基板２１の全面を覆う絶縁
膜２２が、たとえば、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）に
よって形成される。そして、シード膜部Ｓに対応した開
口３０ａを有するレジスト膜３０が絶縁膜２２上に形成
される（図５(b)）。この状態で、レジスト膜３０をマ
スクとしてエッチングを行うことにより、シード膜部Ｓ
の中央領域を露出させる開口２２ａが形成され、その後
に、レジスト膜３０を除去することによって、図２〜図
４に示す構造の電極転写用基板２０が得られる。

【００２２】図６は、電極転写用基板２０を用いて半導
体チップ１０上にバンプＢを形成するための工程を説明
するための断面図である。まず、図６(a)に示すよう
に、電極転写用基板２０のシード膜部Ｓ上に、電解めっ
きによって、バンプＢが形成される。シード膜部Ｓへの
通電は、電極接続部Ｃを利用して行われる。次に、図６
(b)に示すように、電極転写用基板２０のバンプＢ側の
表面を半導体チップ１０の表面に対向させ、さらに、各
バンプＢが、対応するパッド部Ｐに対向するように、電
極転写用基板２０と半導体チップ１０とを位置合わせす
る。

【００２３】次いで、図６(c)に示すように、電極転写
用基板２０と半導体チップ１０を圧接させ、バンプＢを
パッド部Ｐに圧接させる。その後、図６(d)に示すよう
に、電極転写用基板２０と半導体基板１とを離間させる
と、バンプＢは、電極転写用基板２０から離れ、半導体
チップ１０のパッド部Ｐへと転写される。このようにし
て、半導体チップ１０の表面にバンプＢを設けることが
できる。

【００２４】電極転写用基板２０から半導体チップ１０
へのバンプＢの転写を良好に行うためには、シード膜部
Ｓの材料を、バリアメタル層５に比較して、バンプＢの
材料との付着性が弱いものとしておけばよい。たとえ
ば、バンプＢを金により形成する場合であって、バリア
メタル層５がＴｉＷからなっている場合には、シード膜
部Ｓは、たとえば、Ｃｒ（クロム）により形成すればよ
い。

【００２５】図７は、電極転写用基板２０から半導体チ
ップ１０にバンプＢを転写するための装置の構成を説明
するための図解図である。この装置は、半導体チップ１
０を保持するための保持面５１ａを有するチップホルダ
５１と、このチップホルダ５１の上方において電極転写
用基板２０を、保持面５１ａと平行な状態で保持する電
極転写用基板ホルダ５２とを有している。電極転写用基
板ホルダ５２は、電極転写用基板２０の縁部を把持する
ようになっており、駆動機構５４の働きによって、水平
面に沿う方向（保持面５１ａに沿う方向）に水平移動さ
れ、上下方向（保持面５１ａに対して垂直な方向）に沿
って昇降移動されるようになっている。

【００２６】電極転写用基板２０の基体をなすガラス基
板２１は、透光性を有しているので、この電極転写用基
板２０の上方（チップホルダ５１とは反対側）からは、
シード膜部Ｓ以外の領域において、チップホルダ５１に
保持された半導体チップ１０を透視することができる。
そこで、電極転写用基板ホルダ５２によって保持された
電極転写用基板２０の上方には、撮像装置としてのＣＣ
Ｄカメラ５３が配置されている。このＣＣＤカメラ５３
は、電極転写用基板２０上のシード膜部Ｓを撮像し、さ
らに、この電極転写用基板２０を透視して、その下方の
半導体チップ１０の表面を撮像する。

【００２７】ＣＣＤカメラ５３が出力する画像信号は、
制御装置５５に入力されるようになっている。制御装置
５５は、駆動機構５４を制御して、電極転写用基板ホル
ダ５２を水平移動および昇降移動させる。チップホルダ
５１に、バンプＢが形成されていない状態の半導体チッ
プ１０がセットされ、電極転写用基板ホルダ５２にバン
プＢを担持した電極転写用基板２０が保持された状態
で、制御装置５５は、駆動機構５４の動作を制御する。
すなわち、ＣＣＤカメラ５３からの画像信号を参照する
ことにより、電極転写用基板ホルダ５２を水平移動さ
せ、平面視において、バンプＢとパッド部Ｐの位置を整
合させる。すなわち、半導体チップ１０のパッドＰ上に
バンプＢ（またはシード膜部Ｓ）が正確に投影される状
態となるように、電極転写用基板２０と半導体チップ１
０との位置合わせを行う。

【００２８】そして、さらに、制御装置５５は、駆動機
構５４を制御して、電極転写用基板ホルダ５２を下降さ
せてチップホルダ５１に接近させていき、電極転写用基
板ホルダ５２上のバンプＢを、半導体チップ１０のパッ
ド部Ｐに圧接させる。この電極転写用基板ホルダ５２の
下降動作は、電極転写用基板２０と半導体チップ１０と
の位置合わせのための水平移動動作と同時に行われても
よいし、水平移動による位置合わせの後に、電極転写用
基板ホルダ５２を下降させるようにしてもよい。

【００２９】この後、制御装置５５は、駆動機構５４を
制御して、電極転写用基板ホルダ５２を上昇させ、電極
転写用基板２０を半導体チップ１０から離間させる。こ
れにより、バンプＢは、電極転写用基板２０から半導体
チップ１０へと転写されることになる。この後、電極転
写用基板２０は、別の半導体チップへのバンプの形成の
ために再利用される。すなわち、電極転写用基板２０の
表面には、再び、めっきによってバンプが形成され、こ
のバンプが別の半導体チップのパッド部に転写される。
このようにして、電極転写用基板２０は、複数の半導体
チップ上へのバンプの形成のために、繰り返し用いるこ
とができる。

【００３０】以上のようにこの実施形態によれば、電極
転写用基板２０上でバンプＢを形成し、このバンプＢを
半導体チップ１０に転写するようにしている。そのた
め、半導体基板１に対して、バンプＢをパターン形成す
るための複雑なプロセスを施す必要がない。しかも、電
極転写用基板２０は、繰り返し用いることができ、その
際に、レジストをパターン形成したりする必要はなく、
単に電解めっきを行うのみで、所要のパターンのバンプ
Ｂを形成できる。したがって、適切な電極転写用基板２
０を用意しておくことによって、極めて簡単な工程で、
バンプＢを半導体チップ１０上に形成することができる
ようになる。

【００３１】しかも、パッド部Ｐの位置が共通であれ
ば、異なる機種の半導体チップに対しても、同じ電極転
写用基板２０を共通に用いることも可能である。この発
明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の
形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実
施形態では、半導体チップ１０と電極転写用基板２０を
圧接させて、バンプＢを転写させるようにしているが、
半導体ウエハから半導体チップを切り出す前の段階で、
半導体ウエハに対して、バンプを転写するようにすれ
ば、生産効率が飛躍的に向上されることは明らかであろ
う。この場合には、半導体ウエハ上に形成された切り出
し前の複数の半導体チップに対応したシード膜部のパタ
ーンを有する電極転写用基板が用意されることになる。
この場合に、この電極転写用基板は、半導体ウエハより
も大きめのサイズとしておけば、半導体ウエハに対して
近接させる際などにおける取り扱いが容易になる。

【００３２】また、上述の実施形態では、電解めっきに
よって、電極転写用基板上にバンプを成長させる構成と
したが、バンプの成長は、無電解めっきによって行うこ
ともできる。この場合には、配線膜部Ｗおよび電極接続
部Ｃはいずれも不要である。なお、半導体基板１を構成
する半導体材料には、シリコン半導体、ゲルマニウム半
導体または化合物半導体（ガリウム砒素半導体など）を
含む任意の半導体材料を適用することができる。

【００３３】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る方法によって製造
されるべき半導体チップの構成を示す断面図である。

【図２】上記半導体チップの表面にバンプを形成するた
めに用いられる電極転写用基板の構成を示す斜視図であ
る。

【図３】上記電極転写用基板の断面図である。

【図４】表面の絶縁膜を除いた状態の電極転写用基板の
構成を示す平面図である。

【図５】電極転写用基板を作成するための工程を工程順
に概説するための断面図である。

【図６】電極転写用基板を用いて半導体チップ上にバン
プを形成するための工程を説明するための断面図であ
る。

【図７】電極転写用基板から半導体チップにバンプを転
写するための装置の構成を説明するための図解図であ
る。

【符号の説明】

１半導体基板３アルミ配線４保護膜５バリアメタル層１０半導体チップ２０電極転写用基板２１ガラス基板２２ａ開口２２絶縁膜５１チップホルダ５２電極転写用基板ホルダ５３ＣＣＤカメラ５４駆動機構５５制御装置ＢバンプＰパッド部Ｓシード膜部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に金属電極部を有する半導体
装置の製造方法であって、上記半導体基板とは別の電極転写用基板の表面に、金属
電極部をパターン形成する工程と、この電極転写用基板と上記半導体基板とを圧接すること
により、上記金属電極部を、上記電極転写用基板から上
記半導体基板上へと転写させる転写工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】上記電極転写用基板は、表面にシード膜が
形成してあり、上記電極転写用基板に金属電極部を形成する工程は、上
記シード膜上に上記金属電極部の材料をめっきする工程
を含む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】上記電極転写用基板は、金属電極部の形成
位置以外の領域の上記シード膜の表面を覆う絶縁膜を表
面に有している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】上記シード膜は、上記半導体基板上におい
て金属電極部が転写される部位と金属電極部との密着性
よりも、当該金属電極部との密着性が弱い材料を用いて
形成されることを特徴とする請求項２または３記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項５】上記電極転写用基板は、透光性の材料から
なっており、上記シード膜は、金属電極部を形成すべき領域に選択的
に形成されていることを特徴とする請求項２ないし４の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】上記半導体基板上には、電気接続部を露出
させる開口を有する保護膜が形成されており、上記金属電極部を上記電極転写用基板上に形成する工程
では、上記電気接続部の配置に対応した配置で上記金属
電極部が形成され、上記金属電極部を転写する転写工程では、上記金属電極
部が上記電気接続部へと転写されることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。