JPH11340268A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフトオフ法でハンダ膜パターンを形成する
半導体装置の製造において、ウェハ裏面の傷に起因する
クラックや電流リークを未然に防ぐ。 【解決手段】 ＢＬＭ膜６上を選択的に露出させる開口
７ａを有するレジスト・パターン７と、これを被覆する
ハンダ膜８とが形成されたウェハＷの表面に粘着テープ
１０を貼付し、この状態でウェハＷの裏面から基板１を
削り代ｄだけ除去する。この削り代ｄは、傷５を除去し
てウェハＷの裏面を平滑化できる量に設定する。この除
去に用いられる平滑化手段２１は、研削装置の砥石や、
化学機械研磨装置の研磨布である。この後、粘着テープ
１０の剥離、レジスト・パターン７の剥離、ウェットバ
ックを行ってハンダ・ボールを形成し、ウェハＷをダイ
シングする。応力の集中する傷が消失するので、ダイシ
ングや実装の際のデバイス不良を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハンダ膜パターンが
リフトオフ法で形成される半導体装置の製造方法に関
し、特にダイシング前にウェハの裏面を平滑化すること
により、デバイス不良を未然に回避する方法に関する。

【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対応する接続端子を
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利用拡大が期待されている。

【０００３】上記デバイス・チップの接続端子の代表例
にハンダ・ボールがある。近年では、ＬＳＩチップの片
面に０．４〜１．０ｍｍ程度のピッチで数十個から数百
個のハンダ・ボールを二次元的にマトリクス配列させた
ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）型のＬＳＩチップ
も実用化されている。ハンダ・ボールは一般に、ダイシ
ングされる前の半導体基板（ウェハ）上で個々のＬＳＩ
の電極パッドに接続されるハンダ膜パターンを形成し、
これを熱処理によって電極パッド上で球形に収縮させる
ことで一括形成される。

【０００４】図１１に、ハンダ膜パターンが形成された
ウェハＷの概略断面図を示す。この状態に至るまでの工
程を簡単に説明すると、まず、すべての素子形成が終了
した基板３１上でＡｌ電極パッド３２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ＳｉＮ
パッシベーション膜３３で被覆し、この膜をパターニン
グしてＡｌ電極パッド３２に臨む開口３３ａを形成す
る。続いて、ウェハの全面を１層目ポリイミド膜３４で
被覆し、Ａｌ電極パッド３２に臨む開口３４ａを上記開
口３３ａのさらに内側に形成する。次に、上記開口３４
ａを覆うごとくＢＬＭ(Ball Limiting Metal) 膜３６を
形成する。このＢＬＭ膜３６ａ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
多層下地金属膜であり、上記Ａｌ電極パッド３２ａと後
で形成されるハンダ・ボール（図１２の符号３９を参
照。）との間の密着性向上や相互拡散防止を目的とする
ものである。上記ＢＬＭ膜３６の上には、ハンダ膜パタ
ーン３８が形成されている。

【０００５】続いて加熱リフローを行うと、ハンダ膜パ
ターン３８は自身の表面張力により上記ＢＬＭ膜３６上
で自己整合的に収縮し、図１２に示されるようなハンダ
・ボール３９となる。この後、ウェハＷをダイシングし
て個々のＬＳＩチップに分割し、これらＬＳＩ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。

【０００６】上記ハンダ膜パターン３８をＡｌ電極パッ
ド３２上に接続されるＢＬＭ膜３６の上に選択的に形成
する方法としては、従来より電解メッキ法が知られてい
るが、下地材料層の表面状態や電気抵抗のわずかなバラ
ツキによってハンダ膜の厚みが変動しやすい問題があ
る。ひとつのＬＳＩチップに相当する領域内でのハンダ
膜の厚みのバラツキは、ハンダ・ボールの高さのバラツ
キに直結してしまうので、実装不良の発生頻度が増大
し、特に端子数の多いＢＧＡパッケージでは深刻な歩留
りの低下を招くおそれがある。

【０００７】このようなハンダ膜の膜厚のバラツキを効
果的に抑制できる方法に、リフトオフ法がある。この方
法ではまず、通常のフォトリソグフィと現像処理により
レジスト・パターンを形成する。このレジスト・パター
ンは、ハンダ・ボールの形成予定部位を選択的に露出さ
せる開口を有し、前掲の図１１の例ではＢＬＭ膜３６を
露出させるものである。この状態で、ウェハの全面にス
パッタリング法または真空蒸着法により、ハンダ膜を成
膜する。このハンダ膜は物理的な手法により形成され、
ウェハ側の諸特性の影響をほとんど受けることがないの
で、膜厚均一性に優れている。しかも、このハンダ膜の
垂直面上の膜厚は水平面上の膜厚よりも薄い。ここで、
レジスト・パターンの上面に被着される部分は不要部、
開口の内部に被着される部分は後工程でハンダ・ボール
となる必要部である。次に、ウェハの全面に粘着テープ
を略平坦に貼付し、不要部のみを粘着テープを用いて除
去し、続いてレジスト・パターンを剥離すると、ハンダ
膜パターンを必要部にのみ残すことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の製造プロセスでは、極めて多くの工程を経てウェハＷ
にＬＳＩが作り込まれている上、ハンダ・ボールが形成
されるまでの間にも上述のように幾つもの工程を経る。
このため、ウェハＷの裏面には図１１にも示されるよう
に細かい傷３５が無数に形成される。これら傷３５のう
ち、基板３１の厚み方向に深いものは、後のダイシング
工程やプリント配線基板上への実装時に応力の集中によ
りＬＳＩチップにクラックを発生させたり、あるいはデ
バイス動作時に電流リークを誘起させる等、深刻な不良
を招く原因となることがある。

【０００９】特に、ＢＧＡ型のＬＳＩチップのごとくフ
リップ・チップ・ボンディング式にプリント配線基板や
インターポーザ（中継基板）上に実装されるチップにと
って、ウェハＷの裏面は実装後にはチップの上面とな
り、様々な外力を直接に受けやすい状態となる。このＬ
ＳＩチップがベアチップとして実装される場合には、な
おさらである。また、熱硬化性樹脂を用いた封止が行わ
れる場合には、熱応力により傷３５の部分からクラック
が生じやすくなる。そこで本発明は、リフトオフ法でハ
ンダ膜パターンを形成する半導体装置の製造方法におい
て、ウェハの裏面の傷に起因するデバイス不良を未然に
回避できるような半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、リフトオフ
法で使用される粘着テープが一時的なウェハの表面保護
に利用できることに着目し、ウェハの全面に粘着テープ
を貼付した状態でダイシング前にウェハの裏面側を平滑
化すれば、表面側に既に形成されている素子やハンダ膜
に何ら悪影響を与えることなく裏面側から傷を除去可能
であること、そして傷が除去されればダイシング時やチ
ップ実装時にも応力の集中する場所が無くなり、クラッ
クやリーク電流の問題が解決できることを見出し、本発
明を提案するに至ったものである。

【００１１】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、基体（以下、ウェハと称することもある。）の一主
面上、つまり表面側で通常のリフトオフ法と同じくレジ
スト・パターンの形成、ハンダ膜の全面被着、粘着テー
プの貼付を行った後、反対側主面、つまり裏面側から該
基体の厚み方向の一部を除去して該裏面を平滑化し、し
かる後に粘着テープを剥離してハンダ膜の中でレジスト
・パターンの上面に被着された不要部を除去するもので
ある。なお、本発明における「基体」とは、ベアの半導
体基板に限られず、その上に素子、電極パッド、パッシ
ベーション膜、レジスト・パターン等のあらゆる構造部
が形成されたものと定義する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、基体（ウェハ）
の裏面側の平滑化は無数に形成された傷を除去すること
が目的である。通常の半導体プロセスにおいてウェハの
裏面に発生し得る傷の深さは大きいもので１〜５０μｍ
程度であるから、裏面側から除去すべき厚みはおおよそ
５０〜１００μｍとすれば十分である。上記平滑化は、
たとえば砥石等の研削手段を備えた研削装置、あるいは
研磨布を備えた化学機械研磨装置を用いて行うことがで
きる。以下、それぞれの装置を用いる実施例について、
具体的に説明する。

【００１３】

【実施例】実施例１ 本実施例では、研削装置を用いてウェハ裏面を平滑化し
た例について、図１ないし図６、および図８ないし図１
０を参照しながら説明する。図１は、ＢＬＭ膜のパター
ニングが終了したウェハＷの概略断面図を示す。この状
態に至るまでの工程を簡単に説明すると、まず、すべて
の素子形成が終了した基板１上でＡｌ電極パッド２を所
定の形状にパターニングした。次に、ウェハＷ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、この膜をパターニングして
Ａｌ電極パッド２に臨む開口３ａを形成した。

【００１４】続いて、ウェハの全面に感光性のポリイミ
ド膜４（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、得られた塗膜に
対してｇ線リソグラフィと現像処理とを行うことによ
り、Ａｌ電極パッド２を露出させる開口４ａを形成し
た。次に、上記開口４ａを選択的に覆うＢＬＭ(Ball Li
miting Metal) 膜６を、たとえばＤＣスパッタリングに
より形成した。このＢＬＭ膜６は、下層側から順に厚さ
０．１μｍのＣｒ膜，厚さ１．０μｍのＣｕ膜，および
厚さ０．１μｍのＡｕ膜がスパッタリングにより積層さ
れたものであり、リフトオフ法によって最終的にＡｌ電
極パッド２に接続する部分のみが残されたものである。
なお、ここまでの時点でウェハＷの裏面、すなわち基板
１の裏面には傷５が不可避的に発生している。

【００１５】次に、図２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、厚さ
約３０μｍのレジスト・パターン７を形成した。このレ
ジスト・パターン７には、ハンダ・ボールの形成予定部
位、すなわちＢＬＭ膜６を露出させる開口７ａを有して
いる。次に、図３に示されるように、ウェハＷの全面に
厚さ約３０μｍのハンダ膜８（９７％Ｐｂ−３％Ｓｎ）
を蒸着により形成した。このハンダ膜８は、レジスト・
パターン７の上面と開口７ａの内部には厚く堆積するも
のの、開口７ａの側壁面上における膜厚は相対的に薄
い。この時点で、ウェハＷの裏面の傷５の数はさらに増
大していた。

【００１６】次に、この状態のウェハＷをテープ貼り機
にセットし、図４に示されるように、ウェハＷの全面に
粘着テープ１０を略平坦に貼付した。この粘着テープ１
０は、シート状の基材１１の上に粘着剤層１２が形成さ
れたものであり、該粘着剤層１２がレジスト・パターン
７の上面に堆積したハンダ膜８と接触するように貼付し
た。

【００１７】次に、図５に示されるように、このウェハ
Ｗの裏面、すなわち基板１の裏面を平滑化手段２１と摺
接させることにより、削り代ｄだけ除去した。この削り
代ｄを傷５の深さを上回る大きさに設定することで、裏
面を平滑化することができる。本実施例では、上記平滑
化に際し、たとえば図６に示されるような研削装置を使
用した。この研削装置は、ウェハＷを載置するためのウ
ェハ・ステージ２２と、これと対向配置されウェハ対向
面の外周部に複数個の砥石２４を装着した研削ヘッド２
３とを主な構成要素とするものである。上記砥石２４
が、前掲の図５の平滑化手段２１に相当する。ウェハＷ
は、被研削面を上向きにしてたとえば図示されない真空
吸着機構によりウェハ・ステージ２２に保持される。こ
こでは、粘着テープ１０がウェハ・ステージ２２の表面
と接触する形でウェハＷが保持されている。ウェハ・ス
テージ２２が矢印Ｂ方向に回転される一方で、研削ヘッ
ド２３は矢印Ａ方向に回転されるので、被研削面と砥石
２４の相対位置が連続的に変化しながら均一な研削が行
われる。

【００１８】研削条件は、一例として下記のとおりとし
た。 砥石送り速度： １５０ μｍ／分 砥石回転数 ： ２５００ ｒｐｍ 削り代（ｄ）： １００ μｍ この研削により、ウェハＷの裏面は傷５が除去されて平
滑な状態となった。

【００１９】次に、この状態のウェハＷをテープ剥離機
にセットし、粘着テープ１０を剥離した。この剥離に伴
って、レジスト・パターン７の上面に被着されていたハ
ンダ膜８の不要部が除去され、開口７ａ内にハンダ膜パ
ターン８ａが残存した状態となった。なお、粘着テープ
１０やウェハＷ上の各部の構造には何ら研削による悪影
響は認められず、研削中は上記粘着テープ１０がウェハ
Ｗの表面保護効果を発揮していたことが確認された。

【００２０】次に、レジスト剥離洗浄を行うことによ
り、図９に示されるようにレジスト・パターン７を除去
した。これにより、ＢＬＭ膜６を選択的に被覆するハン
ダ膜パターン８ａが残される状態となった。この後、上
記ハンダ膜パターン８ａの表面にフラックスを塗布し、
Ｎ₂ 雰囲気下で段階的に昇温することによりハンダ膜パ
ターン８ａを収縮させ、図１０に示されるようなハンダ
・ボール９を形成した。この後、上記ウェハＷをダイシ
ングして個々のＬＳＩチップに分割したが、従来プロセ
スとは異なり、ダイシング中にウェハ裏面の傷に起因す
るクラックが発生することはなかった。したがって、Ｌ
ＳＩチップの歩留りが従来プロセスに比べて大幅に向上
した。

【００２１】さらに、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上記ハンダ・ボール９とを位置合
わせして加熱溶着させることにより、上記のＬＳＩチッ
プを実装し、さらに必要な実装および組み立てを経て最
終製品を製造した。この最終製品の耐リーク電流性を含
めた信頼性および耐久性は、従来製造されたものに比べ
て大幅に改善されていることが確認された。

【００２２】実施例２ 本実施例では、粘着テープ１０を貼付した後のウェハ裏
面の平滑化を、化学機械研磨により行った。本実施例に
おいて粘着テープ１０を貼付するまでのプロセスは、実
施例１と同じである。ウェハ裏面の平滑化には、図７に
示されるような化学機械研磨装置を使用した。この装置
は、表面に研磨布２６が張設される定盤２５と、該定盤
２５との対向面上にウェハＷを保持する研磨ヘッド２７
と、上記研磨布２６の表面に研磨スラリーＳを吐出する
ためのノズル２８とを主な構成要素とするものである。
上記研磨布２６が、前掲の図５の平滑化手段２１に相当
する。ウェハＷは、被研磨面を下向きにしてたとえば図
示されない真空吸着機構により研磨ヘッド２７に保持さ
れる。ここでは、粘着テープ１０が研磨ヘッド２７の表
面と接触する形でウェハＷが保持されている。定盤２５
が矢印Ｄ方向に回転される一方で、研磨ヘッド２７が矢
印Ｃ方向に回転されることにより、研磨布２６とウェハ
Ｗの被研磨面との相対位置が連続的に変化しながら均一
な研磨が行われる。

【００２３】研磨条件は、一例として下記のとおりとし
た。 研磨ヘッド回転速度： ８０ ｒｐｍ 定盤回転速度 ： ８０ ｒｐｍ 研磨圧力 ： ４００ ｇ／ｃｍ² 揺動速度 ： ２ ｍｍ／秒 スラリー供給速度 ： ４０ ｍｌ／分 削り代（ｄ） ： １００ μｍ この研磨により、ウェハＷの裏面は傷５が除去されて平
滑な状態となった。

【００２４】これ以降の粘着テープ１０の剥離、レジス
ト・パターン７の剥離、ウェットバック、ダイシング、
チップ実装の各工程は実施例１と同様に行った。本実施
例によっても、ＬＳＩチップの歩留りを向上させ、また
最終製品の信頼性や耐久性う大幅に改善することができ
た。

【００２５】以上、本発明を２例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、図示したウェハの構造、ウェ
ハの各構造部分の構成材料や寸法や形成方法、ウェハ裏
面の研削条件や研磨条件、研削装置や化学機械研磨装置
の構成等の細部については、適宜変更、選択、組合せが
可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればハンダ膜パターンをリフトオフ法により形成
する際に用いられる粘着テープを一時的な基体の表面保
護膜としても活用し、該粘着テープを貼付した状態で基
体の裏面の傷を除去して平滑化するため、ダイシングや
ＬＳＩチップの実装をほぼ無傷の状態で行うことができ
る。したがって、クラックや電流リーク等のデバイス不
良を未然に効果的に防止し、最終製品の歩留りや信頼性
を著しく改善することができる。本発明により既存プロ
セスに平滑化工程が加わることになるが、平滑化そのも
のは既存の研削装置または化学機械研磨装置を用いて容
易に行うことが可能であり、何ら特殊な設備を要するも
のではない。

【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、ＢＬＭ
膜のパターニングを行ったウェハの状態を示す模式的断
面図である。

【図２】図１のウェハ上でレジスト・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３】図２のウェハの全面にハンダ膜を被着させた状
態を示す模式的断面図である。

【図４】図３のウェハの凸部に略平坦に粘着テープを貼
付した状態を示す模式的断面図である。

【図５】粘着テープを貼付した状態でウェハの裏面を平
滑化して傷を除去した状態を示す模式的断面図である。

【図６】研削装置を用いてウェハの裏面研削を行ってい
る状態を示す模式的断面図である。

【図７】化学機械研磨装置を用いてウェハの裏面研磨を
行っている状態を示す模式的断面図である。

【図８】粘着テープを剥離してレジスト・パターンの上
面のハンダ膜を除去している状態を示す模式的断面図で
ある。

【図９】図８のウェハからレジスト・パターンを剥離し
た状態を示す模式的断面図である。

【図１０】ウェハ加熱によりハンダ・ボールを形成した
状態を示す模式的断面図である。

【図１１】従来プロセスにおいて、ハンダ膜パターンが
選択的に形成されたウェハの状態を示す模式的断面図で
ある。

【図１２】図１１のハンダ膜パターンを収縮させてハン
ダ・ボールを形成した状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…基板 ２…Ａｌ電極パッド ３…ＳｉＮパッシベー
ション膜 ４…ポリイミド膜 ５…傷 ６…ＢＬＭ膜
７…レジスト・パターン ７ａ…開口 ８…ハンダ膜
８ａ…ハンダ膜パターン ９…ハンダ・ボール １０…
粘着テープ １１…基材 １２…粘着剤層 ２１…平滑
化手段 ２３…研削ヘッド ２４…砥石 ２５…定盤 ２６…研磨布 ２７…研磨ヘッド Ｗ…ウ
ェハ ｄ…削り代

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子が形成された基体の一主面上にハン
   ダ・ボールの形成予定部位を選択的に露出させるための
   レジスト・パターンを形成する第１工程と、 前記基体の全面に、ハンダ膜を被着させる第２工程と、 前記基体の全面に該基体上の凸部と接触させるごとく略
   平坦に粘着テープを貼付する第３工程と、 前記基体の反対側主面の側から該基体の厚み方向の一部
   を除去することにより該反対側主面を平滑化する第４工
   程と 前記粘着テープを剥離することにより、前記ハンダ膜の
   うち前記レジスト・パターンの上面に被着された不要部
   を除去する第５工程とを有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】 前記第４工程では、前記基体の反対側主
   面を研削手段と摺接させて平滑化することを特徴とする
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第４工程では、前記基体の反対側主
   面を化学機械研磨により平滑化する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。