JPH04349630A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バンプ電極を有する半
導体装置の製造方法、特にそのバンプ電極の形成方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体装置の製造方法と
しては、例えば特開昭６３−１４６４５２号公報に記載
されるものがあった。以下、その製造方法を図を用いて
説明する。

【０００３】図２（１）〜（３）は、従来の半導体装置
の製造方法を示す製造工程図である。この半導体装置は
、次のような工程（ａ）〜（ｃ）を経て製造される。

【０００４】（ａ）　　図２（１）の工程半導体素子が
形成された半導体基板１の主表面の全面に、フィールド
酸化膜２を形成する。フィールド酸化膜２上の所定箇所
に、電極パッド３を形成した後、該半導体基板１の主表
面全体をパッシベーション膜４で被覆し、該パッシベー
ション膜４を選択的に除去して電極パッド３を露出させ
る。

【０００５】半導体基板１の主表面全体に、アルミニウ
ム等からなる電流導通層５を被着し、該電流導通層５上
に、密着金属層６及び拡散バリヤめっき層７を形成する
。その後、これらの密着金属層６及び及び拡散バリヤめ
っき層７におけるバンプ電極形成箇所以外の部分を除去
する。

【０００６】密着金属層６及び拡散バリヤめっき層７の
外縁部付近の電流導通層５上を、めっき用のレジスト膜
８で覆った後、バンプめっき装置にセットする。そして
、電気めっき法により、電流導通層５に通電して拡散バ
リヤめっき層７上に拡散バリヤめっき層９を形成する。

【０００７】拡散バリヤめっき層９及びレジスト膜８上
に、疑似電極層１０を選択的に形成する。この疑似電極
層１０は、錫または金等で形成され、その形成面積が、
拡散バリヤめっき層９の面積に対して十分広くなるよう
に形成する。

【０００８】バンプめっき装置を用いた電気めっき法に
より、疑似電極層１０を電気めっき用電極として電流導
通層５に通電し、該疑似電極層１０上に鉛めっき層１１
及び錫メッキ層３２を順次形成する。このとき、疑似電
極層１０の面積が十分広いため、その上に形成される鉛
めっき層１１及び錫めっき層１２の形成面積も、十分広
くなる （ｂ）　　図２（２）の工程 めっき用のレジスト膜８をアセトン等の溶剤で除去した
後、電流導通層５の外縁部を、エッチング液を用いて除
去する。

【０００９】（ｃ）　　図２（３）の工程疑似電極層１
０、鉛めっき層１１及び錫めっき層１２を、温度３４０
〜３５０℃程度に加熱する。すると、鉛めっき層１１と
錫めっき層１２との鉛と錫が溶融し、合金化されて半田
になると共に、その表面張力によって拡散バリヤめっき
層９上に集まり、高さ２５〜１００μｍ程度の円丘状（
半球状）のバンプ電極１３が形成される。このとき、疑
似電極層１０も同時に溶融または拡散し、鉛めっき層１
１及び錫めっき層１２に融合されて消滅する。

【００１０】このようにしてバンプ電極１３が形成され
るが、疑似電極層１０の面積を拡散バリヤ層９に対して
十分広くした分だけ、鉛めっき層１１及び錫めっき層１
２の膜厚を薄くすることができる。そのため、これらを
形成するためのめっき時間が大幅に短縮され、めっき工
程の作業効率が向上して半導体装置の全体的な製造工程
の合理化が図れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法では、次のような課題があった。

【００１２】（１）　　半導体基板１上に複数のバンプ
電極１３を形成する場合、該半導体基板１の主表面に複
数の電極パッド３を形成し、それらの上に密着金属層６
及び拡散バリヤめっき層７をそれぞれ形成する。そして
、各拡散バリヤめっき層７の上に、所定の平面積を有す
る拡散バリヤめっき層９、疑似電極層１０、鉛めっき層
１１及び錫めっき層１２をそれぞれ形成した後、加熱処
理によってバンプ電極１３をそれぞれ形成するため、該
バンプ電極１３の形成工程が多く、製造効率が低いとい
う問題がある。しかも、各拡散バリヤめっき層７上に、
それぞれ別個に拡散バリヤめっき層９及び疑似電極層１
０等を形成するため、各バンプ電極１３間において高さ
のばらつきが発生しやすいという問題がある。

【００１３】（２）　　各拡散バリヤめっき層７上に、
拡散バリヤめっき層９、疑似電極層１０、鉛めっき層１
１及び錫めっき層１２を形成するには、半導体基板１を
バンプめっき層にセットし、該装置の電気的接触端子と
電流導通層５とを接触し、該電流導通層５に通電して電
気めっき法によって拡散バリヤめっき層９及び疑似電極
層１０等を形成する。この際、電流導通層５はめっき用
のレジスト膜８で覆われているため、装置の電気的接触
端子と該電流導通層５との接触不良が起きやすく、それ
によって設計した所定の高さのバンプ電極１３を形成す
ることが困難である。

【００１４】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、バンプ電極の形成工程が多いので製造効率が低
い点、バンプ電極の高さのばらつきが発生しやすい点、
及び電気めっきの際の接触不良によって所定の高さのバ
ンプ電極を形成することが困難な点について解決した半
導体装置の製造方法を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、半導体基板の主表面に電極パッドを
形成した後に該半導体基板の主表面全体をパッシベーシ
ョン膜で被覆し、前記パッシベーション膜を選択的に除
去して前記電極パッドを露出させ、前記露出した電極パ
ッド上にバンプ電極を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、次のような手段を講じている。

【００１６】即ち、前記電極パッド上に密着及び拡散バ
リヤ用の金属層を選択的に形成した後、前記半導体基板
の主表面全体にバンプ金属層を被着する。そして、加熱
処理により前記バンプ金属層を溶融させて前記密着及び
拡散バリヤ用の金属層上にバンプ電極を形成し、その後
、前記パッシベーション膜上に残った前記バンプ金属層
の溶融金属残渣を除去する。

【００１７】第２の発明は、第１の発明における密着及
び拡散バリヤ用の金属層を形成した後、次のような処理
を行っている。即ち、前記半導体基板の主表面の要部全
面に電流導通層を形成し、前記電流導通層に通電して電
気めっき法で該電流導通層上に前記バンプ金属層を被着
する。そして、加熱処理により前記電流導通層及びバン
プ金属層を溶融させて前記密着及び拡散バリヤ用の金属
層上にバンプ電極を形成した後、前記パッシベーション
膜上に残った前記電流導通層及びバンプ金属層の溶融金
属残渣を除去する。

【００１８】

【作用】第１の発明によれば、以上のように半導体装置
の製造方法を構成したので、電極パッド上に密着及び拡
散バリヤ用の金属層を選択的に形成した後、半導体基板
の主表面全体に所定膜厚のバンプ金属層を形成する。こ
れにより、加熱処理を施したバンプ金属層の溶融時に、
その表面張力によって高さのばらつきがない均一な高さ
のほぼ半球状のバンプ電極が、密着及び拡散バリヤ用の
金属層上に形成される。

【００１９】しかも、主表面全体に形成したバンプ金属
層は、加熱処理による溶融時に、各電極パッド毎に分離
されるので、製造工程の簡略化を図る働きがある。さら
に、バンプ金属層の膜厚を所望の値に設定することによ
り、所定の高さのバンプ電極の形成が行える。

【００２０】第２の発明によれば、半導体基板の主表面
の要部全面に形成される電流導通層は、電気めっき法を
用いてバンプ金属層を形成す際に、電気めっき用の電極
として使用され、所定膜厚のバンプ金属層を比較的簡単
に該電流導通層上に被着させる働きがある。加熱処理よ
って電流導通層及びバンプ金属層を溶融させると、該電
流導通層が、溶融したバンプ金属層中に溶融して消滅し
、それらの表面張力によってバンプ電極を形成させる働
きがある。

【００２１】しかも、電流導通層は従来のようなめっき
用レジスト膜で覆われていないので、電気めっき時にお
ける電極端子との接触不良の問題を除去し、適確な電気
めっきを行わせる働きがある。従って、前記課題を解決
できるのである。

【００２２】

【実施例】図１（１）〜（３）は、本発明の第１の実施
例を示す半導体装置の製造工程図である。この半導体装
置は、例えば次のような工程（Ａ）〜（Ｃ）を経て製造
される。

【００２３】（Ａ）　　図１（１）の工程半導体素子が
形成されたシリコン基板等の半導体基板２１の主表面全
体に、フィールド酸化膜２２を形成する。 フィールド酸化膜２２上の所定位置に、アルミニウム等
の電極パッド２３を選択的に形成する。さらに、化学的
気相成長法（ＣＶＤ法）等でパッシベーション膜２４を
成長させた後、ホトリソグラフィ技術等により、電極パ
ッド２３上にバンプ形成エリアを開孔する。

【００２４】次に、半導体基板２１の主表面全体に、チ
タン等の密着金属層２５、及び白金等の拡散バリヤ層２
６からなる金属層を形成する。その後、密着金属層２５
及び拡散バリヤ層２６におけるバンプ電極形成箇所以外
の部分を、ホトリソグラフィ技術等によって除去する。 密着金属層２５は、フィールド酸化膜２２及び電極パッ
ド２３への密着機能を有している。

【００２５】（Ｂ）　　図１（２）の工程蒸着法等の薄
膜形成技術により、半導体基板２１の主表面全体に、膜
厚数μｍ程度の銅、金等の電流導通層２７を形成する。 この電流導通層２７の電極パッド２３の位置に、ホトリ
ソグラフィ技術等により、開孔する。これにより、電流
導通層２７の端部が、拡散バリヤ層２６の端部上に接触
して重ね合わさった状態になる。

【００２６】半導体基板２１を例えばバンプめっき装置
にセットし、電気めっき法により、電流導通層２７に通
電し、全面にバンプ金属層２８を形成する。このバンプ
金属層２８は、半田、インジウム、錫、金等、所望のバ
ンプ電極に対応した種々の素材を用いることができる。 但し、後工程で溶融処理が行われるので、比較的低融点
金属が望ましい。このバンプ金属層２８のめっき厚さは
、例えば１０〜２０μｍ程度に形成される。

【００２７】（Ｃ）　　図１（３）の工程窒素ガス雰囲
気下等において、バンプ金属層２８を例えば温度３４０
〜３５０℃程度に加熱する。すると、バンプ金属層２８
が溶融し、その溶融金属の表面張力により、拡散バリヤ
層２６上に集まって半球状のバンプ電極２９が形成され
る。このとき、電流導通層２７も同時に溶融または拡散
し、バンプ金属層２８に融合れさて消滅する。

【００２８】即ち、バンプ金属層２８及び電流導通層２
７を加熱により溶融すると、該バンプ金属層２８及び電
流導通層２７が、電極パッド２３の周辺に形成されたパ
ッシベーション膜２４によってはじかれ、表面張力によ
って電極パッド２３上に集まって半球状のバンプ電極２
９が形成される。

【００２９】この際、半球状のバンプ電極２９に吸収さ
れなかったバンプ金属層２８及び電流導通層２７の溶融
金属残渣２９ａが、パッシベーション膜２４上に残る。 そこで、溶融金属残渣２９ａを次のようにして除去する
。

【００３０】例えば、冷却固化後、超音波洗浄機や、あ
るいは空気、窒素ガス等の不活性ガスを用いたエアーブ
ロー等により、溶融金属残渣２９ａを吹きとばしてパッ
シベーション膜２４上から除去する。他の方法としては
、溶融金属残渣２９ａの溶融中に、エアーブロー等によ
って吹きとばすか、あるいは半導体基板２１を傾斜させ
て衝撃を与えて除去する等、作業性や除去効率等を考慮
して適宜選定すればよい。

【００３１】このように溶融金属残渣２９ａを除去すれ
ば、所望のバンプ電極２９を有する半導体装置が得られ
る。

【００３２】この第１の実施例では。次のような利点を
有している。

【００３３】（ｉ）　　半導体基板２１の主表面の要部
全面に電流導通層２７を形成し、該電流導通層２７に電
気めっき法を用いて通電することにより、所定膜厚のバ
ンプ金属層２８をめっきする。このとき、電流導通層２
７は従来のようにめっき用レジスト膜で被覆されていな
いので、バンプめっき装置との電気的接触不良を防止で
き、所定膜厚のバンプ金属層２８を形成できる。従って
、このバンプ金属層２８の溶融によって形成されるバン
プ電極２９の高さを、設計値通りの所定の高さに精度よ
く形成できる。

【００３４】（ｉｉ）　　半導体基板２１の主表面の要
部全面に電流導通層２７とバンプ金属層２８を形成した
後、加熱処理によって該バンプ金属層２８及び電流導通
層２７を溶融させ、その表面張力によって半球状のバン
プ電極２９を形成するようにしている。そのため、従来
に比べてバンプ電極２９の形成工程が少なくなり、製造
効率が著しく向上する。しかも、要部全面に形成した電
流導通層２７及びバンプ金属層２８を溶融することによ
り、複数のバンプ電極２９を同時に形成するので、各バ
ンプ電極２９の高さのばらつきを防止でき、それによっ
て均一な高さのバンプ電極２９が製造できる。

【００３５】（ｉｉｉ）　　バンプ電極２９の形成後、
パッシベーション膜２４上には、溶融金属残渣２９ａが
残る。 しかし、これは、パッシベーション膜２４にはじかれて
、各バンプ電極２９とはおおむね分離した状態で残るの
で、それを簡単に除去することが可能である。この際、
半田、錫等の素材の溶融金属残渣２９ａは比較的安価な
ので、該溶融金属残渣２９ａの除去によるコストアップ
はそれほど問題とはならない。

【００３６】図３は、本発明の第２の実施例の半導体装
置の製造方法を示すもので、その製造工程中の半導体装
置の断面図である。この図３は、図１（２）の部分断面
図に相当する。

【００３７】この実施例が第１の実施例と異なる点は、
図１（２）の工程において電流導通層２７の電極パッド
２３箇所を開孔する工程を省略したことである。

【００３８】即ち、電極パッド２３上に密着金属層２５
及び拡散バリヤ層２６を選択的に形成した後、蒸着法等
で全面に電流導通層２７Ａを形成する。その後、電気め
っき法により、電流導通層２７Ａに通電し、該電流導通
層２７Ａの全面にバンプ金属層２８を被着する。その後
、加熱処理により、バンプ金属層２８及び電流導通層２
７Ａを溶融し、その表面張力によって半球状のバンプ電
極２９を形成する。

【００３９】この第２の実施例では、拡散バリヤ層２６
上に電流導通層２７Ａが存在するので、加熱工程におい
て、溶融したバンプ金属層２８が第１の実施例のように
、ただちに拡散バリヤ層２６上に集合して半球状のバン
プ電極２９が形成されない。つまり、加熱処理により、
バンプ金属層２８が溶融すると、膜厚の薄い電流導通層
２７Ａが拡散または溶融して該バンプ金属層２８内に吸
収される。

【００４０】そして、第１の実施例とほぼ同様に、溶融
したバンプ金属層２８がパッシベーション膜２４によっ
てはじかれ、表面張力によって拡散バリヤ層２６上に集
合し、半球状のバンプ電極２９が形成される。

【００４１】この第２の実施例では、第１の実施例とほ
ぼ同様の利点を有する他に、電流導通層２７Ａを開孔し
ないので、開孔処理工程が省略でき、それによってバン
プ電極２９の形成工程をより簡単化でき、より低コスト
化が図れる。

【００４２】図４は本発明の第３の実施例の半導体装置
の製造方法を示すもので、その製造工程中の半導体装置
の断面図である。この図４は、図１（２）中の部分断面
図に相当する。

【００４３】この実施例が第１及び第２の実施例と異な
る点は、電流導通層２７または２７Ａを省略したことで
ある。

【００４４】即ち、本実施例では、電極パッド２３上に
、密着金属層２５及び拡散バリヤ層２６からなる金属層
を選択的に形成した後、半導体基板２１の主表面全体に
、電気めっき法以外の蒸着法やスパッタ法等といった他
の手段により、バンプ金属層２８を形成する。その後、
第１及び第２の実施例と同様に、加熱処理によってバン
プ金属層２８を溶融し、その表面張力によって拡散バリ
ヤ層２６上にバンプ電極２９を形成する。

【００４５】この第３の実施例では、第１及び第２の実
施例とほぼ同様の利点が得られる他に、電気めっき法以
外の方法を用いてバンプ金属層２８を形成するようにし
たので、電流導通層２７，２７Ａを省略でき、それによ
って製造工程の簡略化が図れる。しかも、電気めっき法
を用いないので、バンプめっき装置の電気的接触端子と
の接触不良といった問題を根本的に解決することができ
、バンプ電極高さの安定した信頼性の高い、低コストな
半導体装置が得られる。

【００４６】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。

【００４７】例えば、バンプ金属層２８は一層で形成し
たが、これを鉛層や錫層等といった異なる材質の複数層
で形成したり、あるいは同一の材質の複数層で形成して
もよい。このように、上記実施例における半導体基板２
１上の各層の材質、形状、構造等を、図示以外のものに
変形することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、電極パッド上に金属層を選択的に形成した後
、半導体基板の主表面全体にバンプ金属層を被着し、加
熱処理によってバンプ金属層を溶融させてバンプ電極を
形成するようにしたので、従来のように各電極パッド毎
に個別にバンプ金属層を形成する方法に比べ、バンプ電
極の形成工程が簡略化され、それによって半導体装置の
製造効率が著しく向上する。

【００４９】しかも、全面にバンプ金属層を形成し、そ
のバンプ金属層を加熱処理によって溶融させ、個々のバ
ンプ電極を形成するようにしているので、高さのばらつ
きがない、複数の均一なバンプ電極を簡単に製造できる
。さらに、半導体基板の主表面全体に、電気めっき法以
外の蒸着法やスパッタ法等の方法で、バンプ金属層を形
成すれば、電気めっき法を用いたときの通電時の電気的
接触不良という問題を根本的に解決でき、所定の高さの
バンプ電極を簡単かつ適確に形成できる。

【００５０】第２の発明によれば、半導体基板主表面の
要部全面に電流導通層を形成し、該電流導通層に通電し
て電気めっき法でバンプ金属層を形成するようにしたの
で、第１の発明とほぼ同様に、バンプ電極の形成工程が
少なくなって製造効率が向上すると共に、複数のバンプ
電極の高さのばらつきがなくなって、高さの均一なバン
プ電極を形成できる。

【００５１】さらに、電気めっき法を用いて電流導通層
上にバンプ金属層を形成するようにしているので、所望
の膜厚のバンプ金属層を比較的簡単に形成できる。この
際、電流導通層が従来のようにめっき用レジスト膜で覆
われていないため、バンプめっき装置の電気的接触端子
と電流導通層との接触不良を防止でき、所定の高さのバ
ンプ電極を精度よく形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体装置の製造
工程図である。

【図２】従来の半導体装置の製造工程図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す半導体装置の製造
工程中の断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す半導体装置の製造
工程中の断面図である。

【符号の説明】

２１　　　　　　　　　　半導体基板 ２２　　　　　　　　　　フィールド酸化膜２３　　　
　　　　　　　電極パッド ２４　　　　　　　　　　パッシベーション膜２５　　
　　　　　　　　密着金属層 ２６　　　　　　　　　　拡散バリヤ層２７，２７Ａ　
　電流導通層 ２８　　　　　　　　　　バンプ金属層２９　　　　　
　　　　　バンプ電極 ２９ａ　　　　　　　　溶融金属残渣

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板の主表面に電極パッドを形
   成した後に該半導体基板の主表面全体をパッシベーショ
   ン膜で被覆し、前記パッシベーション膜を選択的に除去
   して前記電極パッドを露出させ、前記露出した電極パッ
   ド上にバンプ電極を形成する半導体装置の製造方法にお
   いて、前記電極パッド上に密着及び拡散バリヤ用の金属
   層を選択的に形成した後、前記半導体基板の主表面全体
   にバンプ金属層を被着し、加熱処理により前記バンプ金
   属層を溶融させて前記密着及び拡散バリヤ用の金属層上
   にバンプ電極を形成し、前記パッシベーション膜上に残
   った前記バンプ金属層の溶融金属残渣を除去することを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の半導体装置の製造方法
   において、前記密着及び拡散バリヤ用の金属層を形成し
   た後、前記半導体基板の主表面の要部全面に電流導通層
   を形成し、前記電流導通層に通電して電気めっき法で該
   電流導通層上に前記バンプ金属層を被着し、加熱処理に
   より前記電流導通層及びバンプ金属層を溶融させて前記
   密着及び拡散バリヤ用の金属層上にバンプ電極を形成し
   、前記パッシベーション膜上に残った前記電流導通層及
   びバンプ金属層の溶融金属残渣を除去することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。