JPH0562982A - バンプ電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】最外殻保護膜として樹脂膜を用いる集積回路装
置に対しバンプ電極を組み込んだ後の樹脂膜の表面を清
浄化する。 【構成】樹脂膜５に接する金属の下地膜６をめっき電極
としてバンプ電極用金属８を電解めっきにより成長さ
せ、かつ樹脂膜５上から下地膜をエッチングにより除去
した後、樹脂膜５に浅くドライエッチングを施してその
表面を清浄化するとともにその前の除去時に取り切れな
かった下地膜のエッチング残渣６ａを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常の窒化シリコン等
の保護膜の他に最外殻用の保護膜としてポリイミド樹脂
等の樹脂膜が用いられる集積回路装置に外部接続用の突
起電極であるバンプ電極を組み込むための製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、バンプ電極は集積回路装
置のチップから外部接続のために突設される金属の突起
電極であって、これが組み込まれたいわゆるフリップチ
ップはパッケージに収納することなくチップ状態のまま
で配線基板等に実装することにより集積回路装置自身の
コストを下げ、かつその実装に要するスペースや手間を
大幅に節約できる利点があるので、集積回路装置を多数
用いる電子装置，とくに量産品に広く採用されるに至っ
ている。

【０００３】このようにチップ実装される集積回路装置
は、パッケージに一旦収納した上で実装する場合より使
用中に外気に直接曝されて特性が劣化する危険が高いの
で、チップの集積回路を作り込んだ方の表面に外気遮断
性に優れた窒化シリコン等の保護膜を厳重に施して、そ
の要所に開口した窓の個所にバンプ電極を実装相手方と
の接続に適する高さに突設する。この突設高さには最低
でも数十μｍを要するので、バンプ電極用の金属を電解
めっき法により必要な個所にだけ選択的に成長させるの
が通例であるが、電解めっきにはめっき電極が必要なの
で保護膜の上に金属の薄い下地膜を被着し、これをめっ
き電極膜としてバンプ電極用金属を電解めっきした後に
下地膜中のバンプ電極の相互間部分をエッチングにより
除去するのがふつうである。以下、この要領を図２を参
照して簡単に説明する。

【０００４】図２は集積回路装置用ウエハ10のバンプ電
極20が組み込まれた部分の拡大断面を示す。ウエハ10の
半導体基板やその上のエピタキシャル層である半導体領
域１を覆う酸化シリコン等の絶縁膜２の上に集積回路と
接続されたアルミの配線膜３を配設し、それを覆う上述
の窒化シリコン等の保護膜４に明けた窓内で配線膜３と
接続されたバンプ電極20を突設する。このバンプ電極20
の金属８を電解めっきにより成長させるため、チタン等
の下側下地膜６と銅等の上側下地膜７からなるふつうは
２層構成の下地膜を全面被着し、上側下地膜７を保護膜
４の窓よりやや大きなサイズにパターンニングする。

【０００５】次に、図では細線で示したフォトレジスト
のマスク膜Ｍを付けて上側下地膜７のみを露出させる窓
を開口し、下側下地膜６をめっき電極膜としてマスク膜
Ｍの窓内の上側下地膜７の上に金属８を電解めっきによ
り所望の高さに成長させる。さらに、マスク膜Ｍをまず
除去した後に下側下地膜６の図で細線で示した部分を金
属８と上側下地膜７をマスクとする化学エッチング等で
除去することにより、金属８を相互間接続のない独立し
たバンプ電極20とする。なお、下側下地膜６のエッチン
グ後にその残渣6aが残りやすいが、超音波浴に浸漬する
等の手段により除去して保護膜４の表面を清浄化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来方法
によりバンプ電極を組み込んだ集積回路装置は実装後の
長期の使用期間に亘って安定な特性を維持できるのがふ
つうであるが、実装時や使用中の条件によっては上述の
窒化シリコンの保護膜のほか最外殻の保護膜用に樹脂膜
を被覆して外気に対する遮断性を強化する必要がある。
ところが、樹脂膜は窒化シリコン膜とは性状がかなり異
なるので、上述の従来方法ではその表面の清浄化が不充
分になりやすい問題がある。

【０００７】すなわち、保護膜としての窒化シリコン膜
は組織が緻密で透気性が非常に低い特長があるが硬くて
やや脆い欠点があるため、フリップチップの実装時に掛
かる圧力や温度ないしは使用中に掛かる熱サイクルによ
り微細なクラック等の欠陥が発生して外気遮断性が低下
するおそれがある。一方、ポリイミド樹脂等を用いる樹
脂膜は実装時や使用中の温度，圧力条件下でずっと強靱
で、窒化シリコン膜と組み合わせれば外気遮断性を低下
させる欠陥の発生防止上非常に有利であるが、バンプ電
極の突設後にめっき電極用下地膜をエッチングで除去す
る際に微小残渣の除去や表面の清浄化が不完全になりや
すく、このため集積回路装置の漏洩電流が増加したり耐
圧が低下したりする問題が発生する。

【０００８】本発明の目的はかかる問題点を解決して、
最外殻保護膜として樹脂膜を用いる集積回路装置にバン
プ電極を組み込んだ後の樹脂膜表面を高清浄化できるバ
ンプ電極の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、樹脂膜に接する金属の下地膜をめっき電極として電
解めっきによりバンプ電極の金属を成長させる工程と、
下地膜をバンプ電極の金属をエッチングマスクとするエ
ッチングにより樹脂膜上から除去する工程と、酸素を含
むプラズマふん囲気内で樹脂膜の表面をドライエッチン
グする工程とを経由してバンプ電極を集積回路装置に組
み込むことにより達成される。

【００１０】なお、集積回路装置が 300℃以上の温度下
で実装される場合は、樹脂膜としてポリイミド樹脂膜を
用いるのがよく、それに対するドライエッチングは純酸
素のプラズマふん囲気内で施すのが好適である。また、
めっき電極用の下地膜の除去はドライエッチング法によ
っても可能であるが、この下地膜にチタン膜を用いる場
合は希ふっ酸液やアンモニウム系のエッチング液を用い
るウエットエッチングによりこれを樹脂膜上から除去す
るのが最も簡単でかつ処理時間を短縮する上で有利であ
る。

【００１１】

【作用】上述のように従来はめっき電極用下地膜の除去
と集積回路装置の表面の清浄化とを同じ化学エッチング
により行なっていたが、本発明はエッチングによりまず
下地膜をほぼ除去した後にその下側の樹脂膜に浅くドラ
イエッチングを施すことにより、樹脂膜の表面を清浄化
すると同時に前のエッチングで取り切れなかった下地膜
の微小な残渣をも除去して、集積回路装置の表面を従来
の化学エッチングによるより高清浄化することに成功し
たものである。

【００１２】従って、本発明方法ではめっき電極用下地
膜をエッチングにより従来のようにほぼ完全に除去しな
くても、次のドライエッチングにより下地膜の残渣をふ
つう数分以下の短時間内に容易に除去することができ、
下地膜のバンプ電極の付け根の下側部分へのいわゆるサ
イドエッチングの発生をなくしてそれによる付け根部の
強度低下を防止することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図１は同図(a) 〜(d) に本発明による集積回路
装置用バンプ電極の製造方法における主な工程を集積回
路装置のウエハ10の図２にほぼ対応する部分の拡大断面
で示すもので、図２と同じ部分には同じ符号が付けられ
ているので以下の説明中の前と重複する部分は適宜省略
することとする。

【００１４】図１(a) はバンプ電極を突設する前のウエ
ハ10の状態を示す。半導体領域１の表面を覆う絶縁膜２
の上にアルミ等の配線膜３を配設した後、窒化シリコン
等の保護膜４をＣＶＤ法等により１〜1.5 μｍの膜厚で
成膜してその配線膜３の端部の上側部分に窓をプラズマ
エッチング法等により開口するのは図２と同じである
が、その上にポリイミド樹脂等を例えばスピンコートし
て焼き付けることにより樹脂膜５を 1.5〜２μｍ程度の
膜厚で成膜しかつ同様に窓を開口して配線膜３を露出さ
せる。もちろん、両膜４と５とを順次成膜した上でそれ
らに対して同時に窓を開口してもよい。

【００１５】この窓の開口部にバンプ電極を電解めっき
により突設するため、図２と同様に下側下地膜６と上側
下地膜７をこの実施例でも２層構成の下地膜として被着
し、上側下地膜７の方を窓の開口よりやや大なバンプ電
極用サイズにパターンニングする。例えば、下側下地膜
６は 0.2μｍ程度の膜厚のチタン膜, 上側下地膜７は0.
5μｍ程度の膜厚の銅膜とされる。なお、チタンやクロ
ームの下側下地膜６はめっき電極としての役目のほか、
配線膜３のアルミとバンプ電極用金属との相互拡散を防
止するバリア膜としての役目を兼ね、上側下地膜７はこ
の下側下地膜６をバンプ電極用金属と低抵抗で接続する
役目を果たし、場合により下側下地膜６と上側下地膜７
の双方がめっき電極として利用される。

【００１６】図１(b) はバンプ電極用金属８の電解めっ
き工程を示す。まず、電解めっき用のマスク膜Ｍとして
フォトレジストをウエハ10の全面にスピンコートし、フ
ォトプロセスにより上側下地膜７のみを露出させる窓を
数十〜百μｍ角ないしは径のサイズに開口する。電解め
っきに際しては、通例のようにめっき治具にウエハ10を
セットしてめっき電極用の下側下地膜６を図示しない個
所でめっき電源に接続した状態で、バンプ電極用金属８
として例えば金を図のようにマスク膜Ｍの窓内の上側下
地膜７上にふつう数十〜百μｍの所望の高さに成長させ
る。もちろん、金属８はウエハ10の面内のバンプ電極を
設けるべき個所に一斉に成長され、この電解めっきの終
了後にマスク膜Ｍが剥離液を用いて除去される。

【００１７】図１(c) は下地膜, この実施例では下側下
地膜６の除去工程を示す。この工程では、下側下地膜６
がチタンの場合ふっ酸を50〜100 倍に希釈したエッチン
グ液にウエハ10を30〜60秒程度の短時間内浸漬すること
により、バンプ電極用金属８と上側下地膜７をマスクと
する化学エッチングにより下側下地膜６を除去する。樹
脂膜５に接する下側下地膜６を除去する場合は従来より
もその残渣6aが図示のように残りやすいが、本発明方法
では次の図１(d) の工程で容易に除去できる。なお、上
側下地膜７もめっき電極として利用する場合は、例えば
その銅を過硫酸アンモニウム等のエッチング液により除
去した後に下側下地膜６を除去することでよい。また、
この図１(c) の工程での下地膜の除去は化学エッチング
に限らずドライエッチングによっても同様にバンプ電極
用金属８等をマスクとして行なうことができる。

【００１８】図１(d) は本発明方法に特有な樹脂膜に対
するドライエッチング工程を示す。有機物である樹脂の
ドライエッチングには酸素を含むガス，この実施例のよ
うにポリイミド樹脂の場合は純粋な酸素をエッチングガ
スとするプラズマふん囲気内で施すのがよく、例えば 3
00〜500Wのプラズマ発生用高周波電力で２〜５分程度の
短時間処理により樹脂膜５の表面に浅くドライエッチン
グを施す。これにより樹脂膜５の下側下地膜６に接して
いた表面が清浄化され、かつ図１(b) の残渣6aが除去さ
れないし表面から遊離して容易に除去可能な状態にな
る。これでバンプ電極20の組み込みが完了するので、以
後はウエハ10をスクライブしてチップ実装用のフリップ
チップに単離することでよい。

【００１９】なお、下地膜の残渣6aの除去に関しては、
上述のドライエッチング工程によるのが従来の超音波浴
への浸漬法より完全で、事後のブラッシングの手間を省
けるので簡単であり、かつ樹脂膜５の表面の無用な汚染
を避け得る点で有利である。もちろん、ドライエッチン
グの最大の利点は樹脂膜５の表面の目に見えない汚染を
除去して清浄化できる点にあるので、この工程後は表面
に清浄な窒素ガス等を吹き付けて樹脂の灰分等を飛散さ
せるだけにするのがよい。

【００２０】以上説明した本発明方法によりバンプ電極
を組み込んだフリップチップでは、漏洩電流は通常の数
mm角のチップの１個あたり数十pAで、従来の数十〜百数
十nAと比べて約３桁改善され、従来のような下地膜の残
渣によるチップ耐圧の低下はほぼ皆無になる。また、従
来の窒化シリコン等の保護膜４を樹脂膜５により補強す
ることにより、フリップチップの実装時にバンプ電極あ
たり数十〜百ｇ程度の圧力や 400〜500 ℃の高温が掛か
った場合にも保護膜等の内部微細欠陥の発生を有効に防
止して、実装後の長期の使用期間中に外気に対する高い
遮断性を安定に維持することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明方法では、最
外殻保護膜として樹脂膜を用いる集積回路装置に対し
て、樹脂膜に接する金属の下地膜をめっき電極とする電
解めっきによりバンプ電極用金属を成長させる工程と、
下地膜をエッチングにより樹脂膜の上からほぼ除去する
工程と、酸素を含むプラズマふん囲気内で樹脂膜の表面
をドライエッチングする工程とを経由してバンプ電極を
組み込むことにより、次の効果を得ることができる。

【００２２】(a) 下地膜を除去した後の樹脂膜の表面に
ドライエッチングを施して、樹脂膜の表面を清浄化する
と同時に下地膜の微小な残渣をも除去することにより、
集積回路装置の漏洩電流を従来と比べて約３桁減少さ
せ、下地膜の残渣によるチップ耐圧の低下をほぼ皆無に
することができる。 (b) 絶縁膜上の下地膜の残渣をドライエッチングにより
数分以下の短時間内に従来の超音波浴への浸漬法より完
全に除去することができ、従来のブラッシング等の余分
な手間を省き、かつ樹脂膜の表面の無用な汚染を防止で
きる。 (c) 従来のように下地膜を化学エッチングによりほぼ完
全に取り切らなくてもその残渣をドライエッチング工程
で容易に除去できるので、化学エッチング時間を短縮し
て下地膜のバンプ電極の付け根の下側部分へのサイドエ
ッチングの発生をなくし、付け根部の強度低下を防止す
ることができる。

【００２３】さらに、本発明方法が対象とする集積回路
装置では窒化シリコン等の保護膜が樹脂膜により補強さ
れるので、実装時にかなりの圧力や高温が掛かった場合
にも保護膜等に微細な欠陥が発生するおそれが少なく、
実装後の使用期間を通じ高い外気遮断性を長期に亘って
安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバンプ電極の製造方法の実施例を
同図(a) 〜(d) にそれぞれその主な工程ごとの状態で示
す集積回路装置用ウエハのバンプ電極が設けられる部分
の拡大断面図である。

【図２】従来技術によるバンプ電極が組み込まれた集積
回路装置用ウエハの一部の拡大断面図である。

【符号の説明】

４ 窒化シリコン等の保護膜 ５ 集積回路装置の最外殻保護膜としての樹脂膜 ６ めっき電極用の下地膜ないしは下側下地膜 ７ 上側下地膜 ８ バンプ電極用金属 10 集積回路装置用ウエハ 20 バンプ電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】最外殻保護膜として樹脂膜を用いる集積回
   路装置にバンプ電極を組み込む方法であって、樹脂膜に
   接する金属の下地膜をめっき電極として電解めっきによ
   りバンプ電極の金属を成長させる工程と、下地膜をバン
   プ電極の金属をエッチングマスクとするエッチングによ
   り樹脂膜上から除去する工程と、酸素を含むプラズマふ
   ん囲気内で樹脂膜の表面をドライエッチングする工程と
   を含むことを特徴とするバンプ電極の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、樹脂膜と
   してポリイミド樹脂膜が用いられ、その表面に対するド
   ライエッチングが純酸素のプラズマふん囲気内でなされ
   ることを特徴とするバンプ電極の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、めっき電
   極として用いられる下地膜がチタン膜であり、その樹脂
   膜上からの除去がウエットエッチングによりなされるこ
   とを特徴とするバンプ電極の製造方法。