JPH04217323A - 半導体装置用バンプ電極の製造方法 - 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】本発明は集積回路装置等の半導体
装置のチップを外部と接続するためのバンプ電極の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】よく知られているように、集積回路装置
等の半導体装置を種々の配線基板等に実装するための手
段ないし構造として、そのチップを一旦パッケージに収
納した上で実装する場合と、バンプ電極を備えるフリッ
プチップの形で実装する場合とがあり、量産される電子
回路や電子装置には後者の方が実装スペースを縮小して
全体のサイズを小形化でき、かつ実装の手間を省ける点
で優れている。フリップチップのバンプ電極にははんだ
，Ｃｕ，Ａｕ等の金属が用いられ、そのサイズも色々で
あるが、いずれの場合もバンプ電極用の金属はフリップ
チップに単離する前のウエハの状態で電解めっき法によ
り成長される。本発明はＣｕやＡｕを用いる場合に適す
るバンプ電極に関し、以下にその従来の代表的な製造方
法を図２を参照して簡単に説明する。

【０００３】図２は半導体ウエハないし基板１内のごく
一部のバンプ電極が設けられる部分の主な工程ごとの状
態を断面で示すものである。同図（ａ）　に示す状態で
は基板１の表面が燐シリケートガラス等の酸化膜２で覆
われ、その上に接続ないしは配線用のアルミ等の金属膜
３が所定のパターンで配設され、さらにその上を覆う窒
化シリコン等のいわゆる保護膜である絶縁膜４に小さな
窓５が明けられ、この窓５を介して金属膜３に接続され
るバンプ電極を設けるために薄い下地膜１０がウエハの
全面に被着されている。この下地膜１０はもちろん金属
膜であり、バンプ電極をその上に電解めっき法で成長さ
せる都合上からＴｉ等の下側下地膜１１とＣｕやＰｄ等
の上側下地膜１２からなる複合膜とされる。

【０００４】同図（ｂ）　の工程では、この内の上側下
地膜１２がフォトレジスト膜１３をマスクとしてバンプ
電極用の方形や円形のパターンにエッチングされる。次
の同図（ｃ）　がバンプ電極の成長工程であって、上の
ようにパターンニングされた上側下地膜１２のみを露出
させるよう別のフォトレジスト膜２１をフォトプロセス
で形成し、これをマスクとする電解めっき法によってバ
ンプ電極用のＣｕやＡｕ等の金属２０を例えば数十μｍ
程度の高さに成長させる。この際、下側下地膜１１をウ
エハ全面に対するめっき電極に用い、これをめっき電源
の陰極に接続した状態で電解めっきを施すことによりウ
エハ内の多数個所にバンプ電極用金属２０を同時成長さ
せる。

【０００５】最後の同図（ｄ）　の工程では、フォトレ
ジスト膜２１を除去した後にバンプ電極用金属２０をマ
スクとする化学エッチング法によって下側下地膜１１を
除去して図示の完成状態とする。なお、下地膜１０中の
下側下地膜１１は上述のめっき電極膜として利用される
ほか、金属膜３のアルミ等がバンプ電極の方に拡散する
のを防止するバリア膜の役目を兼ね、上側下地膜１２は
バンプ電極用金属２０をこの下側下地膜１１に対してバ
ンプ電極の比較的細い付け根の個所で低い抵抗値および
高い機械強度で接続する役目を果たす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】周知のように、半導体
装置の製造コストはウエハに対するフォトプロセス回数
により大きく左右されるが、図２の従来のバンプ電極の
製造方法では同図（ｂ）　の上側下地膜１２のエッチン
グ用と同図（ｃ）　の電解めっきのマスク用のパターン
形成のため計２回のフォトプロセスが必要なので、フリ
ップチップの製造合理化にはこの回数をできるだけ１回
に減らしたい要求がある。従来技術がもつもう一つの問
題点はバンプ電極の付け根の個所でトラブルが発生しや
すいことであり、これを図２（ｄ）　の完成状態の一部
拡大断面図である図３を参照して説明する。

【０００７】図３（ａ）　に示すように、トラブルの一
つは上側下地膜１２がとくにＣｕの場合その周面が露出
しているため高温多湿条件下で腐食を生じやすいことで
あって、図のＣ１のように腐食のため膨れて脱落しやす
くなったり、Ｃ２のように腐食個所が欠落してバンプ電
極の付け根の機械強度が低下したりする問題点がある。 もう一つのトラブルは同図（ｂ）　に示すように下側下
地膜１１にオーバエッチングＥが発生してバンプ電極の
付け根の機械強度が低下し、あるいは金属膜３との接続
抵抗が増加することがある点であって、図のように金属
膜３を介し基板１に接続されているバンプ電極でこのオ
ーバエッチングＥが発生しやすい。これは、化学エッチ
ングの際にエッチング液が基板１に当然触れるので、下
側下地膜１２と基板１との間の抵抗の大小により電気化
学的な条件が異なり、この抵抗が小さな下側下地膜１２
に対するエッチングが促進されるものと考えられる。換
言すれば、下側下地膜１２に対するエッチング速度には
ウエハ面内でばらつきが出るため、エッチング速度の遅
い個所の下側下地膜１２を取り切ろうとすると、早い個
所ではオーバエッチングが発生してしまうのである。

【０００８】本発明の主な目的はかかる問題点を解決し
て、フリップチップの製造コストを低減でき、かつバン
プ電極の付け根個所における下側下地膜のオーバエッチ
ングを防止できる半導体装置用バンプ電極の製造方法を
提供することにある。また、本発明の従たる目的はバン
プ電極の付け根個所における上側下地膜の腐食を防止す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明方法によればこの
目的は、バンプ電極を接続すべき金属膜部分が絶縁膜に
明けられた窓内に露出されたウエハに対して、少なくと
も２種の金属の複合膜としてなる下地膜を全面被着する
工程と、下地膜をめっき電極としてバンプ電極用金属を
電解めっきにより絶縁膜の窓部上に選択的に成長させる
工程と、バンプ電極用金属をマスクとするエッチングに
より上側下地膜を除去する工程と、下側下地膜をドライ
エッチング法により除去する工程とを順次経由してバン
プ電極を設けることにより達成される。

【００１０】なお、本発明方法によるバンプ電極用金属
には前述のようにＡｕとＣｕのいずれかを用いるのが好
適である。

【００１１】また、上側下地膜の除去工程には化学エッ
チング法を用いるのが好適であり、バンプ電極用金属が
Ｃｕ等の腐食されやすい金属の場合はこの化学エッチン
グ時の腐食を防止するため、それを電解めっきにより成
長させた表面にＡｕ等の耐食性の高い金属のめっき膜に
より２μｍ程度以上の膜厚で覆って置くのが望ましい。

【００１２】さらに、バンプ電極の付け根個所における
上側下地膜の腐食を防止するには、上側下地膜の除去工
程の後に残る下側下地膜をめっき電極としてＡｕ等の耐
食性の高い金属をバンプ電極用金属と上側下地膜の被エ
ッチング面とに電解めっきする工程を挿入するのが非常
に有効であり、このＡｕめっきの厚みは２μｍ以上とす
るのが望ましい。

【００１３】なお、下側下地膜用金属にはＴｉとＣｒの
いずれかを用い、上側下地膜用金属にはＣｕ，　Ｐｄ，
　ＮｉおよびＡｕのいずれかを単独にないしはそれらを
組み合わせて用いるのがよく、場合によっては両側下地
膜の相互間にＷ等からなる中間膜を介在させるのが望ま
しい。

【００１４】

【作用】従来方法では、前述のように下地膜中の上側下
地膜に対するエッチング工程後に電解めっきによるバン
プ電極の成長工程に入れていたので、両工程にそれぞれ
フォトプロセスが必要であったが、本発明方法は前項の
構成にいうように下地膜を被着した後すぐバンプ電極を
成長させ、上側下地膜をこのバンプ電極をマスクとする
エッチングにより除去することによって、フォトプロセ
スをバンプ電極の電解めっき用マスクをパターンニング
するための１回だけで済ませることに成功したものであ
る。さらに、従来方法では下側下地膜をバンプ電極をマ
スクとする化学エッチング法で除去していたが、本発明
方法はバンプ電極をマスクとする点は同じであるがそれ
をドライエッチング法で除去することにより、従来のバ
ンプ電極によるエッチング速度のばらつきをなくしてオ
ーバエッチングの発生を防止するものである。

【００１５】さらには、本発明では上側下地膜の除去工
程の次の工程として、その時にまだ残っている下側下地
膜をめっき電極として上側下地膜の被エッチング面に例
えばＡｕを電解めっきする工程を挿入することにより、
使用中に上側下地膜が腐食するおそれを大幅に減少させ
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図１を参照しながら本発明によるバン
プ電極の製造方法の実施例を説明する。図１は前に説明
した図２と同じ要領で主な工程ごとの状態を一部拡大断
面で示すもので、同じ部分には同じ符号が付けられてい
る。図１（ａ）　はバンプ電極を作り込む前のウエハの
状態を示し、前述のようにウエハの主体であるシリコン
の基板１を覆う酸化膜２ないし燐シリケートガラス膜の
上に配設されたふつうは若干の珪素を含むアルミからな
る１〜１．５　μｍの厚みの金属膜３の一部が１〜２μ
ｍの膜厚の窒化シリコン等の絶縁膜４に所定の方形ない
し円形パターンで開口された窓５内に露出している。

【００１７】図１（ｂ）　からがバンプ電極の製造工程
であり、この図１（ｂ）　の下地膜被着工程ではウエハ
の表面上に絶縁膜４の窓５内で金属膜３に導電接触する
下側下地膜１１と上側下地膜１２との複合膜としてなる
下地膜１０が例えばスパッタ法により全面に被着される
。この内の下側下地膜１１の金属には金属膜３のアルミ
の拡散に対してバリア効果をもつＴｉやＣｒが用いられ
、上側下地膜１２の金属にはこの下側下地膜１１用およ
びバンプ電極用金属となじみのよいＣｕ，　Ｐｄ，　Ｎ
ｉ，　Ａｕ等のいずれかが単独にないしはＮｉとＡｕ，
　ＰｄとＡｕ，　ＷとＣｕ等のそれらを組み合わせた形
で用いられるが、この実施例では下側下地膜１１にＴｉ
が，　上側下地膜１２にＣｕがそれぞれ用いられるもの
とする。なお、下側下地膜１１の膜厚はふつう　０．１
〜０．３　μｍ，　上側下地膜１２の膜厚は　０．２〜
０．６　μｍ程度とされる。

【００１８】図１（ｃ）　は電解めっきによるバンプ電
極の成長工程であって、このためにまずフォトレジスト
膜２１を全面にスピンコートし、フォトプロセスによっ
て絶縁膜５の窓５よりは大きいめのパターンでめっき用
の窓を明け、これをマスクとしかつ下地膜１０をめっき
電極としてバンプ電極用金属２０を電解めっき法によっ
て例えば３０〜５０μｍの厚みに成長させる。この金属
２０としては前述のようにＣｕやＡｕが用いられるが、
この実施例ではＡｕを用いるものとする。なお、バンプ
電極用金属２０にＣｕを用いる場合には、その上に例え
ばＡｕを電解めっきによって薄くただし２μｍ以上の膜
厚で付けて置くのが望ましい。

【００１９】次の図１（ｄ）　は上側下地膜の除去工程
である。このため、まず図１（ｃ）　の状態からフォト
レジスト膜２１を取り除いた上で、バンプ電極用金属２
０をマスクとして上側下地膜１２をこの実施例では化学
エッチング法により除去する。この際のエッチング液に
は上側下地膜１２を溶解して下側下地膜１１を溶解しな
い選択性を有するものを用い、この実施例のように下側
下地膜１１がＴｉで上側下地膜１２がＣｕの場合は薄い
王水を用いることにより短時間内に上側下地膜１２を選
択的にエッチングして下側下地膜１１を残すことができ
る。

【００２０】この実施例では上側下地膜１２にＣｕが用
いられて使用中に腐食が発生するおそれがあるので、図
１（ｅ）　に示すＡｕめっき工程が挿入される。この工
程では残っている下側下地膜１１をめっき電極としてＡ
ｕ等の高耐食性の金属を電解めっきすることにより上側
下地膜１２の前工程でエッチングされた周面にＡｕめっ
き３０を２μｍ以上の例えば２〜５μｍの膜厚で施す。 このＡｕめっき３０はこの例ではＡｕのバンプ電極用金
属２０の表面にも図のようにもちろん付くが、めっき電
圧の選定によりＡｕとはイオン化傾向がかなり異なるＴ
ｉの下側下地膜１１にほとんど付かない良好なめっき選
択性を持たせることができる。

【００２１】最後の図１（ｆ）　の下側下地膜の除去工
程では、バンプ電極用金属２０ないしは前の工程で付け
られたＡｕめっきをマスクとして残存している下側下地
膜１１をドライエッチング法によって除去して図示の完
成状態とする。このドライエッチングは例えば４％程度
の酸素を含む４ふっ化炭素や４塩化炭素を反応ガスとし
て２Ｔｏｒｒ程度のふん囲気圧力下で行なうことでよく
、この条件でＡｕやＣｕをエッチングすることなく下側
下地膜１１のＴｉを高速でエッチングできる良好な選択
性が得られる。また、このドライエッチングの速度は化
学エッチングの場合とは異なり基板１と金属膜５の間の
接続抵抗と実質上無関係なので、ウエハ内のすべてのバ
ンプ電極付近の下側下地膜１１を均一な速度でエッチン
グでき、オーバエッチングの発生をほぼ完全に防止する
ことができる。

【００２２】この実施例によるバンプ電極を備えるフリ
ップチップは、いわゆるＣＯＧ方式（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　
Ｇｌａｓｓ）の実装用にとくに適し、セラミックの配線
基板上に導電性樹脂等を用いてその配線導体にバンプ電
極を接続することにより実装される。ＣＯＧ方式の実装
用フリップチップではバンプ電極のサイズは例えば　１
００μｍ角ないし径程度とされ、その高さは５０μｍ程
度とされる。

【００２３】本発明方法により製造されたバンプ電極は
その付け根の機械強度のばらつきが従来より格段に減少
し、実装前のフリップチップの保管期間および実装後の
使用期間を通じて上側下地膜に腐食のトラブル発生がな
いことが確認されている。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり本発明方法では、ウエハの
表面に少なくとも２種の金属の複合膜としてなる下地膜
を全面被着する工程と、下地膜をめっき電極としてバン
プ電極用金属を電解めっきにより絶縁膜の窓部上に選択
的に成長させる工程と、バンプ電極用金属をマスクとす
るエッチングにより上側下地膜を除去する工程と、残る
下側下地膜をドライエッチング法により除去する工程と
を経てバンプ電極を製造するようにしたので、次の効果
を得ることができる。

【００２５】 （ａ）　下側下地膜と上側下地膜の被着に引き続いてバ
ンプ電極を電解めっき法で成長させ、バンプ電極をマス
クとするエッチングで上側下地膜を除去することによっ
て、上側下地膜のパターンニングのために従来必要であ
ったフォトプロセスを省略し、バンプ電極の電解めっき
用マスクをパターンニングするための１回のフォトプロ
セスだけで済ませて、フリップチップの製造コストを低
減することができる。

【００２６】 （ｂ）　下側下地膜をバンプ電極をマスクとするドライ
エッチング法によって除去するので、そのエッチング速
度がウエハ内のすべてのバンプ電極について均一になり
、従来のように特定のバンプ電極下の下側下地膜がオー
バエッチングされるおそれが格段に減少し、バンプ電極
の付け根の機械強度の低下や接続抵抗の増大のトラブル
をほぼ皆無にしてフリップチップの製造歩留まりを向上
できる。

【００２７】 （ｃ）　バンプ電極用金属の電解めっきを下側下地膜と
上側下地膜とをめっき電極として行なうので、従来の下
側下地膜だけをめっき電極として電解めっきをしていた
場合と比べてめっき電極の電気抵抗が数分の１に減少し
、これによりバンプ電極の成長高さのウエハ内のばらつ
きを減少させてフリップチップの歩留まりを上げ、その
配線基板等への実装を容易にし、かつ配線導体との接続
を確実にすることができる。

【００２８】 （ｄ）　Ｃｕ等の腐食されやすい金属を上側下地膜に用
いる場合、その側面に対するＡｕめっき工程を挿入する
ことにより、その耐腐食性を向上してフリップチップの
保管中や実装後の上側下地膜の腐食のトラブルを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置用バンプ電極の製造方
法の実施例を同図（ａ）　〜（ｆ）　により主な工程ご
との状態で示すウエハ中のバンプ電極を設ける要部の拡
大断面図である。

【図２】従来技術によるバンプ電極の製造方法を図１に
対応する要領で同図（ａ）　〜（ｄ）に示すウエハの要
部拡大断面図である。

【図３】従来方法によるバンプ電極の問題点を同図（ａ
）　と（ｂ）　により示すウエハの要部拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　ウエハの基板 ３　　　　金属膜 ４　　　　絶縁膜 ５　　　　窓 １０　　　　下地膜 １１　　　　下側下地膜 １２　　　　上側下地膜 ２０　　　　バンプ電極ないしバンプ電極用金属３０　
　　　Ａｕめっき

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バンプ電極を接続すべき金属膜部分が絶縁
   膜に明けられた窓内に露出されたウエハの表面に少なく
   とも２種の金属の複合膜としてなる下地膜を全面被着す
   る工程と、下地膜をめっき電極としてバンプ電極用金属
   を電解めっきにより絶縁膜の窓部上に選択的に成長させ
   る工程と、バンプ電極用金属をマスクとするエッチング
   により上側下地膜を除去する工程と、残る下側下地膜を
   ドライエッチング法により除去する工程とを含むことを
   特徴とする半導体装置用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、バンプ電
   極用金属にＡｕとＣｕのいずれかが用いられることを特
   徴とする半導体装置用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、上側下地
   膜をバンプ電極用金属をマスクとする化学エッチング法
   により除去することを特徴とする半導体装置用バンプ電
   極の製造方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の方法において、バンプ電
   極用金属としてＣｕが用いられ、その電解めっき後の表
   面にＡｕがめっきされることを特徴とする半導体装置用
   バンプ電極の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の方法において、上側下地
   膜の除去工程の後に残る下側下地膜をめっき電極として
   Ａｕをバンプ電極用金属と上側下地膜の被エッチング面
   に電解めっきする工程を挿入することを特徴とする半導
   体装置用バンプ電極の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の製造方法において、下側
   下地膜用金属としてＴｉとＣｒのいずれかが用いられる
   ことを特徴とする半導体装置用バンプ電極の製造方法。
7. 【請求項７】請求項１に記載の製造方法において、上側
   下地膜用金属としてＣｕ，　Ｐｄ，　Ｎｉ，　Ａｕおよ
   びＷの少なくとも１種が用いられることを特徴とする半
   導体装置用バンプ電極の製造方法。