JPH10209165A

JPH10209165A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH10209165A
Application number: JP9012283A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yanagida; 敏治柳田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-27
Also published as: JP3721687B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フリップ・チップ・ボンディングを前提とし
たハンダ・ボールの再配置を行う際の、下地金属膜（Ｂ
ＬＭ膜）とハンダ・ボールとの間のコンクタト特性と密
着性を改善する。【解決手段】Ａｌ電極パッド２ａの直上領域にハンダ
・ボールを配置させるためのＢＬＭ膜６ａと、Ａｌ電極
パッド２ｂの直上領域外にハンダ・ボールを再配置させ
るためのＢＬＭ膜６ｂとをそれぞれ露出させるために、
感光性を有する２層目ポリイミド膜７に対してフォトリ
ソグラフィと現像処理を行い開口７ａ，７ｂを形成する
と、開口内部にポリイミド膜の残渣７ｓがしばしば発生
する。この残差７ｓをＡｒガスのプラズマを用いたスパ
ッタ・エッチングで除去してから、ハンダ・ボールを形
成する。Ａｒ／ＮＦ₃混合ガスを用いれば、膜中へのフ
ッ素取込みにより２層目ポリイミド膜７の低誘電率化も
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【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、部品実装密度をいかに向上させるかが重要な
ポイントとなる。半導体ＩＣ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。中でも、デバイス・チップの素子
形成面側にすべての電極部とこれに接続するバンプやビ
ーム・リードを形成しておき、この素子形成面を下向き
にして実装基板上の導体パターンに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】フリップ・チップ・ボンディング法には、
Ａｕビーム・リード法や、ハンダ・ボール（バンプ）法
等いくつかの手法があるが、いずれの場合もＩＣのＡｌ
電極パッドとバンプ材料との間には、密着性向上や相互
拡散防止等を目的に下地金属膜が形成される。特にハン
ダ・ボール法では、この下地金属膜はハンダ・ボールの
仕上り形状を左右することから、ＢＬＭ(Ball Limiting
Metal) 膜と呼ばれている。

【０００４】上記ＢＬＭ膜の構成としては、Ｃｒ膜, Ｃ
ｕ膜，Ａｕ膜をこの順に積層した３層構成が最も一般的
である。このうち、最下層のＣｒ膜は通常Ａｌ系金属膜
を用いて形成される電極パッド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、さらに最上層のＡｕ膜は前記Ｃｕ膜の酸化防止
膜として、各々機能するものである。

【０００５】ここで、Ａｌ電極パッドにＢＬＭ膜を介し
てハンダ・ボールを被着させる従来の一般的なプロセス
を、図１２ないし図１５を参照しながら説明する。図１
２は、基板１１のパッシベーションを行い、さらにＢＬ
Ｍ膜の被着範囲を規定するための１層目ポリイミド膜１
４のパターニングを行った状態を示している。ここまで
の工程を簡単に述べると、まず、すべての素子形成が終
了した基板１１上でＡｌ電極パッド１２ａを所定の形状
にパターニングする。次に、基体（ウェハ）の全面をＳ
ｉＮパッシベーション膜１３で被覆し、この膜をパター
ニングしてＡｌ電極パッド１２ａに臨む開口１３ａを形
成する。続いて、ウェハの全面を１層目ポリイミド膜１
４で被覆し、Ａｌ電極パッド１２ａに臨む開口１４ａを
上記開口１３ａのさらに内側に形成する。

【０００６】次に、図１３に示されるように、上記開口
１４ａを覆うごとくＢＬＭ膜１６ａを形成する。このＢ
ＬＭ膜１６ａは、下層側から順にＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａｕ
膜がスパッタリングにより積層された多層膜であり、通
常はリフトオフ法により形成される。すなわち、まず前
掲の図１３に示した１層目ポリイミド膜１４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
上記開口１４ａを露出させるごとく形成する。次に、Ａ
ｌ電極パッド１２ａ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、ウェハの全面にＢＬ
Ｍ膜を被着させる。このとき、レジスト・パターン上に
被着されるＢＬＭ膜とＡｌ電極パッド１２に被着される
ＢＬＭ膜とは分断されている。この後、ウェハをレジス
ト剥離液に浸して加熱揺動処理を行うと、レジスト・パ
ターン上のＢＬＭ膜は除去され、Ａｌ電極パッド１２ａ
に接続するＢＬＭ膜１６ａのみを残すことができる。

【０００７】次に、図１４に示されるように、上記ＢＬ
Ｍ膜１６ａを完全に被覆するハンダ膜１９ａをたとえば
リフトオフ法により形成する。続いて加熱リフローを行
うと、ハンダ膜１９ａは表面張力により上記ＢＬＭ膜１
６ａ上で自己整合的に収縮し、図１５に示されるような
ハンダ・ボール１９ａｒとなる。この後、ウェハをダイ
シングしてデバイス・チップを分割し、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実装基
板と対向させ、該実装基板上の予備ハンダ付けされた導
体パターンと上記ハンダ・ボールとを位置合わせした上
で加熱溶着させると、チップの実装が完了する。

【０００８】ところで、上記Ａｌ電極パッドは通常、デ
バイス・チップの周辺部に配置される。しかし、チップ
に作り込まれる素子が微細化され、Ａｌ電極パッドの配
置間隔が縮小されてくると、従来どおりにハンダ・ボー
ルを形成することが困難となってくる。これは、隣接す
るハンダ・ボール同士の接触により短絡の虞れが生ずる
からである。

【０００９】ただし、ハンダ・ボール同士の接触を避け
ようとして該ハンダ・ボールの直径を小さくすると、実
装基板とデバイス・チップとの間の接合強度が低下し、
信頼性を損なう原因となる。このため、ハンダ・ボール
径は従来どおりとしながらそのレイアウトを変更し、Ａ
ｌ電極パッドの直上領域（以下、定位置と称する。）に
位置するハンダ・ボールと直上領域外（以下、再配置と
称する。）に位置するハンダ・ボールとを交互に配置す
る技術が提案されている。この技術では、該Ａｌ電極パ
ッドと再配置の場所までの配線パターンが新たに必要と
なるが、本願出願人はこの配線パターンをＢＬＭ膜を用
いて形成する技術を提案している。再配置をＢＬＭ膜を
用いて行えば、従来のフォトマスク・パターンの変更の
みで対応できるので工程数が増加せず、コストや製造効
率の面で非常に都合が良い。

【００１０】図１６に、ハンダ・ボールが再配置された
ＬＳＩチップの一部を示す。なお、この図に示すＬＳＩ
チップを構成する各材料膜の積層関係は、前掲の図１５
における積層関係とほぼ同じである。ただし、図中の符
号には必要に応じ、定位置に関連する構造には添字ａ、
再配置に関連する構造には添字ｂを付す。このデバイス
・チップ上では、ある１辺に沿ってＡｌ電極パッド１２
ａ，１２ｂが配列されている。これらＡｌ電極パッド１
２ａ，１２ｂは、この上に開口１３ａを有するＳｉＮパ
ッシベーション膜１３、および上記開口１３ａのさらに
内部に開口１４ａを有する１層目ポリイミド膜１４に順
次被覆され、該開口１４ａの内部でＢＬＭ膜１６に接続
されている。ただし、このＢＬＭ膜には２種類ある。す
なわち、Ａｌ電極パッド１２ａの直上領域のみにパター
ニングされている定位置用のＢＬＭ膜１６ａと、Ａｌ電
極パッド１２ｂの直上領域外にまで延在されている再配
置用のＢＬＭ膜６ｂである。

【００１１】かかるウェハの全面はさらに、図中破線で
示す２層目ポリイミド膜１７で被覆され、この２層目ポ
リイミド膜１７には定位置用の開口１７ａと再配置用の
開口１７ｂとが形成される。これら開口１７ａ，１７ｂ
の内部で定位置用のハンダ・ボール１９ａｒと再配置用
のハンダ・ボール１９ｂｒとがそれぞれＢＬＭ膜１６
ａ，１６ｂを介してＡｌ電極パッド１２ａ，１２ｂに接
続される。このようなレイアウトによれば、加熱溶着を
行った際にもハンダ・ボール同士が接触することがな
い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
再配置を実際に行うプロセスでは、ＢＬＭ膜１６ａ，１
６ｂとハンダ・ボール１９ａ，１９ｂとの間のコンタク
ト不良および接着不良が、新たな問題として浮上してき
た。この問題は、２層目ポリイミド膜１７の開口不良に
起因するものである。上記２層目ポリイミド膜１７の構
成材料としては、一般に感光性ポリイミド樹脂が用いら
れており、そのパターニングは通常のレジスト・プロセ
スと同様、フォトリソグラフィと現像処理を経て行われ
ている。しかし、２層目ポリイミド膜１７はＬＳＩの内
部に形成される絶縁膜とは異なり数μｍオーダーの厚み
を有しているため、作業環境や処理条件のわずかな変動
でも解像不良や現像不良を生ずることがある。

【００１３】図１７に、かかる解像不良や現像不良に起
因して開口１７ａ，１７ｂの内部に残渣１７ｓが発生し
た状態を示す。この図は、図１６のＡ−Ａ線断面図であ
る。このような残渣１７ｓを残した状態では、開口１７
ａ，１７ｂの内部でＢＬＭ膜１６ａ，１６ｂとハンダ・
ボール１９ａｒ，１９ｂｒとが全面的に接触することが
できず、電気的コンタクトが劣化する。また、ＢＬＭ膜
１６ａ，１６ｂとハンダ・ボール１９ａｒ，１９ｂｒと
の間の接着強度も低下するため、フリップ・チップ・ボ
ンディング法による組立製品のハンダ接合部の強度が確
保できず、製品の信頼性や耐久性に悪影響が及ぼされ
る。

【００１４】上述のようなコンタクト不良および接着不
良の問題は、ハンダ・ボールの再配置を行わない従来プ
ロセスでは生じていなかった。これは、ＢＬＭ膜の上で
ポリイミド膜のパターニングが行われることがなかった
からである。なお、再配置を行わない従来プロセスにお
いても、１層目ポリイミド膜１４に開口１４ａ，１４ｂ
を形成する際には同様に残渣が発生していた可能性はあ
る。しかし、前述したように、通常はＢＬＭ膜を被着さ
せる直前にＡｌ電極パッド１２ａの表面の自然酸化膜を
除去するための前処理が行われるので、１層目ポリイミ
ド膜１４の残渣が仮に発生していたとしても、この時一
緒に除去されていた。したがって、この残渣に起因する
Ａｌ電極パッド１２ａとＢＬＭ膜１６ａとの間のコンタ
クト不良や接着不良の問題も、顕在化していなかったの
である。

【００１５】そこで本発明は、有機保護膜に設けられる
開口を通じてその底面に表出する下地金属膜にハンダ・
ボールとを被着させる場合、特にハンダ・ボールの再配
置を行う際にも、良好なコンタクト特性および接着性を
達成することが可能な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】本発明の半導体装置の製
造方法は、デバイス・チップを被覆する有機保護膜をパ
ターニングしてハンダ・ボールの形成位置を規定するた
めの開口を形成した後、この開口内に残存する有機保護
膜の残渣をスパッタ・エッチングにより除去してから、
該開口の底面に表出した下地金属膜にハンダ・ボールを
被着させることにより、上述の目的を達成しようとする
ものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明では、ハンダ・ボールの形
成位置を規定するための開口を有機保護膜に形成するに
際し、該有機保護膜の残渣をスパッタ・エッチングで物
理的に除去するので、開口の底面に常に清浄な下地金属
膜の表面を露出させることができる。したがって、この
下地金属膜とその上に被着させるハンダ・ボールとの間
のコンタクト品質や接着品質を著しく改善することがで
きる。また、このことにより、フリップ・チップ・ボン
ディング法を適用してデバイス・チップの基板実装を行
った場合の組立製品のハンダ接合部の強度が十分に高く
なり、製品の信頼性や耐久性が向上する。

【００１８】上記の残渣は、特に上記有機保護膜が感光
性を有し、そのパターニングがフォトリソグラフィと現
像処理により行われる場合に多発するため、本発明はこ
のような場合のコンタクト品質や接着品質の改善策とし
て極めて有用である。本発明はまた、下地金属膜の一部
を電極パッドの直上領域外へも延在させ、この延在部で
ハンダ・ボールの再配置を行うプロセスに適用すると、
特に有効である。このプロセスにおいて、本発明のスパ
ッタ・エッチングの主な対象となる膜は、従来の技術の
欄で説明した２層目ポリイミド膜に相当する。ただし、
電極パッドを最初に被覆する１層目ポリイミド膜に対し
ても、このスパッタ・エッチングを行って良い。

【００１９】なお、上記有機保護膜としては、たとえば
ポリイミド系樹脂，ポリテトラフルオロエチレン誘導
体、フッ化ポリアリルエーテル誘導体、ポリ−ｐ−フッ
化キシレン等、層間絶縁膜材料として近年提案されてい
る低誘電率の材料膜を用いることができる。中でもポリ
イミド系樹脂膜は、耐熱性が４００℃以上と高いことか
ら目下のところ最も広く用いられている材料であるが、
耐熱性、耐湿性、耐クラック性、平坦化性に優れ、熱膨
張係数が小さく、さらに好ましくは不純物ゲッタリング
特性も備えた有機材料を適宜選択して用いることができ
る。

【００２０】上記スパッタ・エッチングは、有機保護膜
の残渣を除去するに十分なイオン入射エネルギーを得る
ことができ、かつイオン入射面の形状や性質に悪影響を
与えないプラズマを用いて行われる。このプラズマと
は、典型的にはＡｒプラズマである。

【００２１】ここで、上記有機保護膜のパターニングが
フォトリソグラフィと現像処理により行われる場合、こ
の膜のパターニング用のマスクはステッパに搭載される
フォトマスクのみであり、ウェハ上にはエッチング・マ
スクが形成されないので、有機保護膜は全面的にプラズ
マに曝されることになる。そこで本発明では、このプラ
ズマとの接触を膜の改質に積極的に利用することもでき
る。たとえば、上述のような有機保護膜の比誘電率εは
フッ素原子含有量の増大と共に低下することが知られて
いる。そこで、たとえば２層目ポリイミド膜のスパッタ
・エッチングをフッ素系化学種を含むプラズマを用いて
行えば、この膜の比誘電率εを低下させることができ
る。かかる比誘電率εの低下は、配線間容量を低減さ
せ、ＬＳＩの動作速度を向上させる上で有効である。特
に、ハンダ・ボールの再配置を行う場合には再配置のた
めの下地金属膜パターンが新たな配線間容量を発生させ
る原因となるので、かかる比誘電率εの低減策は極めて
有効である。

【００２２】なお、上述のようにフッ素系化学種を利用
する場合、有機保護膜の残渣の除去に伴って開口の底面
に露出する下地金属膜が、フッ素系化学種に曝されても
絶縁性のフッ化物を生成しないものである必要がある。
この点、下地金属膜がＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａｕ膜がこの順
に積層された積層膜であれば、露出表面はＡｕ膜となる
ので、フッ素プラズマによって変化を受ける虞れはな
い。

【００２３】ところで、上記スパッタ・エッチングを行
うためのプラズマ装置は特に限定されるものではなく、
たとえば従来から用いられている平行平板型ＲＦプラズ
マ装置やマグネトロンＲＩＥ装置を用いることができ
る。ただし、これらの装置ではプラズマ密度を決定する
高周波電力と入射イオン・エネルギーを決定するバイア
ス電圧とが一定の相関関係を保ちながら調整されるの
で、プラズマ密度を上げると基板バイアスも上昇する。
したがって、有機保護膜へのダメージを抑えながら残渣
除去を迅速化することには限度がある。

【００２４】これに対し、プラズマ励起と基板バイアス
とを独立に制御可能なプラズマ装置では、より低圧でも
高密度のプラズマを生成できるため、有機保護膜表面に
入射するイオンの運動エネルギーを適度な値に保ちつ
つ、大量のイオンを用いて迅速に残渣を除去することが
可能となる。この種の装置としては、たとえばトライオ
ード型ＲＦプラズマ装置、有磁場マイクロ波プラズマ装
置、誘導結合プラズマ装置、ヘリコン波プラズマ装置を
例示することができる。上記のトライオード型ＲＦプラ
ズマ装置では、１０¹⁰／ｃｍ³のオーダーのプラズマ密
度を達成することができる。また、１×１０¹¹／ｃｍ³
以上のオーダーのプラズマ密度を達成できる装置は、近
年では特に高密度プラズマ（ＨＤＰ）装置と総称されて
おり、有磁場マイクロ波プラズマ装置では１０¹¹／ｃｍ
³、誘導結合プラズマ装置では１０¹²／ｃｍ³、ヘリコ
ン波プラズマ装置では１０¹³／ｃｍ³の各オーダーのプ
ラズマ密度をそれぞれ励起可能である。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２６】実施例１ここでは、ハンダ・ボール再配置用のＢＬＭ膜を被覆す
る２層目ポリイミド膜に開口を形成し、この開口内に発
生した残渣を平行平板型ＲＦプラズマ装置とＡｒガスを
用いたスパッタ・エッチングにより除去するプロセスに
ついて、図１ないし図１１を参照しながら説明する。な
お、これらの図面はいずれも、前掲の図１６のＡ−Ａ線
断面に相当する部分を表している。また、符号の添字ａ
は定位置に関連する部分、添字ｂは再配置に関連する部
分にそれぞれ付した。

【００２７】まず、図１に示されるように、すべての素
子形成が終了した基板１上でＡｌ電極パッド２ａ，２ｂ
のパターニングを行い、続いて基体の全面をたとえばプ
ラズマＣＶＤ法により成膜されるＳｉＮパッシベーショ
ン膜３で被覆し、さらにこの膜をパターニングして上記
Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂを露出させるように開口３
ａ，３ｂをそれぞれ形成した。この状態が、通常のデバ
イス・チップの完成状態である。なお、上記Ａｌ電極パ
ッド２ａは前掲の図１にも示したごとく、後工程におい
てその直上領域（定位置）にハンダ・ボールが形成され
るパッドであるが、Ａｌ電極パッド２ｂは直上領域外に
ハンダ・ボールが形成されるパッドである。

【００２８】次に、図２に示されるように、基体（ウェ
ハ）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）を約５μｍの厚
さに塗布し、１層目ポリイミド膜４を形成した。次に、
Ｇ線によるフォトリソグラフィと現像処理とを経て該１
層目ポリイミド膜４をパターニングし、上記Ａｌ電極パ
ッド２ａ，２ｂを露出させるための開口４ａ，４ｂをそ
れぞれ形成した。これら開口４ａ，４ｂは、先に形成さ
れたＳｉＮパッシベーション膜３の開口３ａ，３ｂの内
部に開口されており、Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂと後工
程において形成されるＢＬＭ膜とのコンタクト面積を規
定するものである。なおこのとき、上記開口４ａ，４ｂ
の内部には、ポリイミド膜の残渣が４ｓが残存した。こ
の残渣４ｓは実際には数１０から数１００ｎｍ程度の厚
さに残存するものであり、露光・現像後のキュアにより
最終的に約２μｍの厚さとなった１層目ポリイミド膜４
と比較すると、図２では誇張して図示されている。

【００２９】次に、図３に示されるように、通常のレジ
スト塗布、フォトリソグラフィおよび現像を行い、レジ
スト・パターン５を形成した。このレジスト・パターン
５には、定位置用のＢＬＭ膜（図５の符号６ａ）の被着
部位を規定するためにＡｌ電極パッド２ａに臨んで形成
される開口５ａと、再配置用のＢＬＭ膜（図５の符号６
ｂ）の被着部位を規定するためにＡｌ電極パッド２ｂに
臨んで形成される開口５ｂとを有している。

【００３０】次に、上記のウェハを平行平板型プラズマ
ＲＩＥ装置に搬入し、Ａｒスパッタ・エッチングによる
前処理を行った。この前処理は本来、Ａｌ電極パッド２
ａ，２ｂの表面の自然酸化膜を除去する目的で行われる
ものであるが、図４に示されるように、上記残渣４ｓの
除去も兼ねている。前処理条件は、たとえば下記のとお
りとした。装置平行平板型ＲＦプラズマ装置Ａｒ流量２５ＳＣＣＭ圧力１．０ＰａＲＦパワー３００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度室温処理時間１８０秒

【００３１】次に、上記Ａｌ電極パッド２ａ，２ｂの表
面に自然酸化膜を再成長させないようにウェハを真空下
でＤＣスパッタリング装置に搬送し、ここで直ちにＣｒ
膜（厚さ約０．１μｍ），Ｃｕ膜（厚さ約１．０μ
ｍ），Ａｕ膜（厚さ約０．１μｍ）を順次スパッタリン
グ成膜した。このときの成膜条件は、たとえば以下のと
おりとした。

【００３２】このスパッタリングにより、図５に示され
るように、ＢＬＭ膜が形成された。ただし、スパッタリ
ングではスパッタ粒子の入射方向が基板面に対して狭い
範囲に規定されているために、レジスト・パターン５の
側壁面にはＢＬＭ膜が付着しない。したがって、Ａｌ電
極パッド２ａには定位置用のＢＬＭ膜６ａ、Ａｌ電極パ
ッド２ｂには再配置用のＢＬＭ膜６ｂがそれぞれ被着さ
れるが、これらはいずれもレジスト・パターン５上のＢ
ＬＭ膜６ｃとは自己整合的に分断された。なお、ＢＬＭ
膜６ｃは不要部である。

【００３３】次に、このウェハをレジスト剥離液に浸し
て加熱揺動処理を行った。このレジスト剥離液は、たと
えばジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）とＮ−メチル
−２−２−ピロリドン（ＣＨ₃ＮＣ₄Ｈ₆Ｏ）とを混合
したものである。この結果、図６に示されるように、レ
ジスト・パターン５の剥離に伴ってその上に堆積した不
要なＢＬＭ膜６ｃが一緒に除去され、Ａｌ電極パッド２
ａ，２ｂに接続するＢＬＭ膜６ａ，６ｂのみが残った。

【００３４】この後は、ハンダ・ボールの形成工程に入
る。すなわち、まず図７に示されるように、ウェハの全
面に厚さ約５μｍの２層目ポリイミド膜７を成膜した。
この２層目ポリイミド膜７を前述の１層目ポリイミド膜
４の場合と同様にフォトリソグラフィと現像処理を経て
パターニングし、ハンダ・ボールの形成部位を規定する
ための開口７ａ，７ｂを形成した。ここで、上記開口７
ａは定位置用に形成されるものであり、Ａｌ電極パッド
２ａの直上領域でＢＬＭ膜６ａを露出させるごとく形成
される。これに対し、開口７ｂは、Ａｌ電極パッド２ｂ
の直上領域外においてＢＬＭ膜６ｂを露出させるごとく
形成される。ただし、２層目ポリイミド膜７のフォトリ
ソグラフィは前述の１層目ポリイミド膜４の場合よりも
ウェハの表面段差が大きい条件で行われるため、その解
像特性の局所変動も大きく、残渣７ｓが発生しやすくな
る。

【００３５】そこで、一例として下記の条件でスパッタ
・エッチングを行った。装置平行平板型ＲＦプラズマ装置Ａｒ流量２５ＳＣＣＭ圧力１．０ＰａＲＦパワー３００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度室温処理時間１２０秒この結果、図８に示されるように、残渣７ｓが除去さ
れ、ＢＬＭ膜６ａ，６ｂの清浄な表面が露出した。

【００３６】次に、上記ウェハ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・
パターニングを行った。このパターニングにより、図９
に示されるように、上記開口７ａ，７ｂを含み、これら
より十分に大きい開口８ａ，８ｂを有するレジスト・パ
ターン８を形成した。なお、このレジスト・パターン８
の膜厚は、次工程においてハンダ膜を分断させるに十分
な厚さとした。続いて、ウェハの全面にハンダ膜（９７
％Ｐｂ−３％Ｓｎ）を蒸着させた。これにより、開口８
ａの内部にてＢＬＭ膜６ａに接続するハンダ膜９ａ、開
口８ｂの内部にてＢＬＭ膜６ｂに接続するハンダ膜９ｂ
が形成されたが、この両者はレジスト・パターン８上に
被着された不要なハンダ膜９ｃとは自己整合的に分断さ
れていた。なお、ハンダ膜の成膜は上述のような蒸着に
限られず、電界メッキにより行っても良い。

【００３７】このウェハ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８と不要なハ
ンダ膜９ｃを除去すると、図１０に示されるように、定
位置用のハンダ膜９ａと再配置用のハンダ膜９ｂのみが
残された状態となった。この後、いわゆるウェットバッ
ク工程を経てハンダ・ボールを形成した。すなわち、ま
ずパターニングされたハンダ膜９ａ，９ｂにフラックス
を塗布した。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，およびポリグリコール等の樹脂
を主成分とし、ハンダ膜９ａ，９ｂの還元および表面活
性化作用を有するものである。この状態のウェハをＮ₂
雰囲気下で段階的に昇温すると、ハンダ膜９ａ，９ｂは
溶融しながら自身の表面張力で球状に収縮した。この結
果、図１１に示されるように、ＢＬＭ膜６ａ上には定位
置のハンダ・ボール９ａｒ、ＢＬＭ膜６ｂ上には再配置
されたハンダ・ボール９ｂｒとが形成された。

【００３８】この後、上記ウェハをダイシングして個々
のチップに分割し、上記のハンダ・ボール９ａｒ，９ｂ
ｒと、予め予備ハンダ付けされた実装基板上の導体パタ
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、ＬＳＩチップの実装を完了した。このようにして完
成された組立製品は、ハンダ接合部に十分な強度が確保
されているため、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。

【００３９】実施例２本実施例では、２層目ポリイミド膜７に開口７ａ，７ｂ
を形成した後の残渣７ｓの除去を、トライオード型ＲＦ
プラズマ装置およびＡｒ／ＮＦ₃混合ガスを用いたスパ
ッタ・エッチングにより行った。ここでトライオード型
ＲＦプラズマ装置とは、プラズマ・チャンバ内に上部電
極（アノード）とウェハ・ステージを兼ねた下部電極
（カソード）とが対向配置され、これら両電極の中間に
格子電極が配置された３極構成をとるものである。上部
電極にはプラズマ励起用のＲＦ電源、下部電極には基板
バイアス印加用のＲＦ電源がそれぞれ接続されており、
プラズマ密度と基板バイアスとが独立に制御可能とされ
ている。プラズマは上部電極と接地電位に設定された格
子電極との間でグロー放電により生成され、格子電極を
通過した正イオンが下部電極側へ引き出される。

【００４０】本実施例において、開口７ａ，７ｂを形成
するまでの工程は、実施例１で述べたとおりであるが、
残渣７ｓの除去は、下記のような条件で行った。装置トライオード型ＲＦプラズマ装置Ａｒ流量２５ＳＣＣＭＮＦ₃流量５ＳＣＣＭソース・パワー７００Ｗ（２ＭＨｚ）ＲＦバイアス電圧３５０Ｖ（１３．５６ＭＨｚ）圧力１Ｐａヒータ設定温度５０ ℃ 処理時間９０秒

【００４１】本実施例では、上記プラズマ装置で生成さ
れる大量のＡｒ⁺により残渣７ｓが速やかに除去される
と共に、ＮＦ₃からプラズマ中に解離生成したフッ素系
化学種が２層目ポリイミド膜７に取り込まれた。これに
より、この膜の比誘電率εは当初の３．２から約２．７
へと低下した。以降のハンダ・ボール９ａｒ，９ｂｒの
形成およびＬＳＩチップの実装は、実施例１と同様に行
った。本実施例では、ハンダ接合部に十分な強度が確保
されることによる実装製品の信頼性や耐久性の向上に加
え、２層目ポリイミド膜７の低誘電率化による配線間寄
生容量の低減と、これによるＬＳＩチップの動作速度の
向上が確認された。なお、１層目ポリイミド膜４に開口
４ａ，４ｂを形成した後の残渣４ｓの除去にも、上述の
ようなフッ素系化学種を含むプラズマを用いれば、１層
目ポリイミド膜４も低誘電率化させることができ、配線
間寄生容量の低減効果は一層向上する。

【００４２】実施例３本実施例では、２層目ポリイミド膜７に開口７ａ，７ｂ
を形成した後の残渣７ｓの除去を、誘導結合プラズマ装
置およびＡｒ／ＮＦ₃混合ガスを用いたスパッタ・エッ
チングにより行った。ここで誘導結合プラズマ装置と
は、プラズマ・チャンバ内の上蓋を兼ねる上部電極（ア
ノード）とウェハ・ステージを兼ねた下部電極（カソー
ド）とが対向配置され、プラズマ・チャンバの側壁面の
一部を構成する絶縁壁の外周をマルチターン・アンテナ
で周回したものである。上記マルチターン・アンテナに
プラズマ励起用のＲＦ電源、下部電極に基板バイアス印
加用のＲＦ電源がそれぞれ接続され、プラズマ密度と基
板バイアスとが独立に制御可能となされている。

【００４３】本実施例において、開口７ａ，７ｂを形成
するまでの工程は、実施例１で述べたとおりであるが、
残渣７ｓの除去は、下記のような条件で行った。装置誘導結合プラズマ装置Ａｒ流量２５ＳＣＣＭＮＦ₃流量５ＳＣＣＭソース・パワー１０００Ｗ（４５０ｋＨｚ）ＲＦバイアス電圧３５０Ｖ（１３．５６ＭＨｚ）圧力０．６Ｐａヒータ設定温度１００ ℃ 処理時間３０秒とした。

【００４４】上記誘導結合プラズマ装置では、１０¹²／
ｃｍ³のオーダーのプラズマ密度を達成することがで
き、しかもこれを１Ｐａ未満の低圧下で得られるので、
イオンの平均自由行程が長くなり、基板への垂直入射成
分が増加する。このため、基板バイアスを低く設定した
条件下でも処理速度が大きく低下することはなく、低ダ
メージで効率良く残渣７ｓが除去された。また、実施例
２と同様、２層目ポリイミド膜７へのフッ素取込みによ
りこの膜の比誘電率εが当初の３．２から約２．７へと
低下し、デバイス・チップの動作高速化が確認された。

【００４５】以上、本発明を３種類の実施例にもとづい
て説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定され
るものではない。たとえば、使用するサンプル・ウェハ
の構成、成膜条件、各材料膜の種類や膜厚、スパッタ・
エッチング条件等の細部は適宜変更、選択、組合せが可
能である。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればフリップ・チップ・ボンディング法による実
装用にＢＬＭ膜を用いてハンダ・ボールの再配置を行う
場合にも、ＢＬＭ膜とハンダ・ボールとの間の良好なコ
ンタクト特性および接着性を確保し、また有機保護膜の
低誘電率化も図ることができる。したがって、高速動作
が可能で信頼性と耐久性に優れるデバイス・チップを高
密度に実装した半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロセス例において、基板上
でＡｌ電極パッドとＳｉＮパッシベーション膜とをパタ
ーニングした状態を示す模式的断面図である。

【図２】図１の基体上で１層目ポリイミド膜をパターニ
ングし、Ａｌ電極パッドに臨む開口を形成した状態を示
す模式的断面図である。

【図３】スパッタ・エッチングにより図２の残渣を除去
した状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３の基体上でＢＬＭ膜の被着部位を規定する
ためのレジスト・パターニングを行った状態を示す模式
的断面図である。

【図５】図４の基体上にＢＬＭ膜を被着させた状態を示
す模式的断面図である。

【図６】図５のレジスト・パターンをリフトオフし、Ｂ
ＬＭ膜の不要部を除去した状態を示す模式的断面図であ
る。

【図７】図６の基体上でハンダ・ボールの形成部位を規
定するための２層目ポリイミド膜のパターニングを行
い、残渣が生じた状態を示す模式的断面図である。

【図８】スパッタ・エッチングにより図７の残渣を除去
した状態を示す模式的断面図である。

【図９】図８の基体上でハンダ膜の被着部位を規定する
ためのレジスト・パターニングを行い、さらにハンダ膜
を蒸着した状態を示す模式的断面図である。

【図１０】図９のレジスト・パターンをリフトオフし、
ハンダ膜の不要部を除去した状態を示す模式的断面図で
ある。

【図１１】基板加熱によりハンダ・ボールを形成した状
態を示す模式的断面図である。

【図１２】ハンダ・ボールの再配置を行わない従来プロ
セスにおいて、Ａｌ電極パッド、ＳｉＮパッシベーショ
ン膜および１層目ポリイミド膜をパターニングした状態
を示す模式的断面図である。

【図１３】図１２の基体上にＢＬＭ膜を被着させた状態
を示す模式的断面図である。

【図１４】図１３のＢＬＭ膜上でハンダ膜をパターニン
グした状態を示す模式的断面図である。

【図１５】基板加熱によりハンダ・ボールを形成した状
態を示す模式的断面図である。

【図１６】ＬＳＩチップ上でハンダ・ボールを再配置し
た状態を示す斜視図である。

【図１７】ハンダ・ボールの再配置を行う従来プロセス
において、２層目ポリイミド膜のパターニング後に残渣
が発生した状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…基板２ａ，２ｂ…Ａｌ電極パッド３…ＳｉＮパ
ッシベーション膜４…１層目ポリイミド膜４ｓ…残
渣６ａ…ＢＬＭ膜（定位置用）６ｂ…ＢＬＭ膜（再
配置用）７…２層目ポリイミド膜７ａ，７ｂ…開口
７ｓ…残渣９ａ，９ｂ…ハンダ膜（ハンダ・ボール形成用）９ａ
ｒ…ハンダ・ボール（定位置）９ｂｒ…ハンダ・ボー
ル（再配置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デバイス・チップを被覆する有機保護膜
をパターニングしてハンダ・ボールの形成位置を規定す
るための開口を形成し、該開口内に表出する下地金属膜
にハンダ・ボールを被着させる半導体装置の製造方法で
あって、前記開口の内部に残存する前記有機保護膜の残渣を、前
記ハンダ・ボールの被着に先立ってスパッタ・エッチン
グにより除去することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】前記有機保護膜が感光性を有し、そのパ
ターニングをフォトリソグラフィおよび現像処理により
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】前記下地金属膜は、デバイス・チップ上
に形成された複数のパッド電極の各々に絶縁膜の開口窓
を介して接続されると共に、その一部は該パッド電極の
直上領域外へも延在され、前記有機保護膜は、該下地金属膜をさらに被覆するごと
く形成され、かつその開口が該パッド電極の直上領域お
よび直上領域外に複数形成され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】前記有機保護膜がポリイミド系樹脂膜か
らな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５】前記スパッタ・エッチングは、フッ素系
化学種を含有するプラズマを用いて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６】前記下地金属膜はＣｒ膜，Ｃｕ膜，Ａｕ
膜がこの順に積層された積層膜からなることを特徴とす
る請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記スパッタ・エッチングは、プラズマ
励起と基板バイアスとを独立に制御可能なプラズマ装置
を用いて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８】前記スパッタ・エッチングは、１×１０
¹⁰／ｃｍ³以上、１×１０¹⁴／ｃｍ³以下のプラズマ密
度を達成可能なプラズマ装置を用いて行うことを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。