(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に、絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、絶縁膜と保護膜とを貫通する第１の開口部を形成する工程と、第１の開口部に沿った面と保護膜を覆うように、金属膜を形成する工程と、金属膜を覆うとともに、金属膜の一部が露出した第２の開口部を有する第１のレジスト膜を形成する工程と、第２の開口部に、バンプ下金属膜を形成する工程と、バンプ下金属膜を覆うように、第２のレジスト膜を形成する工程と、第２のレジスト膜をマスクとして、第１のレジスト膜および金属膜を除去する工程と、を含み、第１のレジスト膜および金属膜を除去する工程が、第１のレジスト膜をウエットエッチングして、第１のレジスト膜を除去する工程と、金属膜を、酸素存在下でプラズマ処理した後、酸性溶液を用いて処理することにより、金属膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。【選択図】図２
2011113992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、
前記絶縁膜と前記保護膜とを貫通する第１の開口部を設ける工程と、
前記第１の開口部に沿った面と前記保護膜を覆うように、金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を覆うとともに、前記金属膜の一部が露出した第２の開口部を有する第１のレジスト膜を形成する工程と、
前記第２の開口部に、バンプ下金属膜を形成する工程と、
前記バンプ下金属膜を覆うように、第２のレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のレジスト膜をマスクとして、前記第１のレジスト膜および前記金属膜を除去する工程と、
を含み、
前記第１のレジスト膜および前記金属膜を除去する前記工程が、
前記第１のレジスト膜をウエットエッチングして、前記第１のレジスト膜を除去する工程と、
前記金属膜を、酸素存在下でプラズマ処理した後、酸性溶液を用いて処理することにより、前記金属膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のレジスト膜および前記金属膜をエッチングする前記工程が、前記金属膜を酸性溶液を用いて処理する前記工程の後、前記金属膜を過酸化水素水またはＤＨＦを用いて処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属膜を形成する前記工程が、
前記保護膜を覆うようにチタン（Ｔｉ）膜またはチタン・タングステン合金（ＴｉＷ）膜を形成する工程、および
前記チタン（Ｔｉ）膜または前記チタン・タングステン合金（Ｔｉｗ）膜を覆うように、銅（Ｃｕ）膜を形成する工程を含む、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜がポリイミド膜である、請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記バンプ下金属膜は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル・バナジウム合金（ＮｉＶ）からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、半導体装置の製造方法に関する。より詳細には、本願発明は、フリップチップ実装用の半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ実装は、バンプと呼ばれる突起状の端子によってチップ表面と基板とを電気的に接続する方法である。フリップチップ実装法は、ワイヤボンディング法に比べてチップ面積を小さくできる。バンプを形成する方法としては、半導体基板上に保護膜（例えば、ポリイミド膜）を介して、バンプ下金属（ＵＢＭ）をメッキ法により形成し、その後、印刷法により、バンプ下金属上にハンダを形成する方法が用いられる。このバンプ下金属の下には、メッキ時のシード層として働く第１の金属膜（例えば、Ｃｕ）と、この第１の金属膜の下に設けられ、保護膜との密着性が良好である第２の金属膜（例えば、チタンまたはチタン／タングステン合金）を形成する必要がある。バンプ下金属の形成後、このバンプ下金属の下以外の領域に存在する第１および第２の金属膜は、ウエットエッチングにより除去され、半導体装置が形成される。この半導体装置がフリップチップ実装される場合、アンダーフィル密着性の観点から、保護層の表面には金属膜の残留がなく、清浄度が高いことが求められる。
【０００３】
従来の半導体装置としては、特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載された半導体装置の製造方法を図１に示す。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、所定の集積回路（図示せず）が形成された半導体基板１１を準備する。この半導体基板１１には、外部との電気的接続のために、コンタクトパッド１３が形成されており、さらに半導体基板１１とコンタクトパッド１３の間には電気的絶縁のために絶縁膜１５が設けられている。この集積回路を保護するために保護膜１７が設けられている。保護膜１７は、コンタクトパッド１３が露出するように開口してある。
【０００５】
次に、図１（ｂ）に示すように、バンプ下金属膜２７を形成する。ここでは、スパッタリング法によって、半導体基板１１の表面の全面に、チタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）との合金膜であるＴｉＷ膜２３を成膜し、続いて、このＴｉＷ膜２３上にＣｕ膜２５を連続的に形成する。
【０００６】
次いで、図１（ｃ）に示すように、感光性有機液体を用いて、有機膜開口部３１を有する有機膜２９を形成する。ここでは、半導体基板１１上に感光性有機液体をスピンコート法によりコーティングした後、熱処理を行う。次いで、コンタクトパッド１３上部のバンプ下金属膜２７が露出するように、フォトマスクを用いて露光を行った後、現像液を用いて現像し、有機膜開口部３１を形成する。
【０００７】
次いで、図１（ｄ）に示すように、メッキ法でＣｕコア３３およびはんだメッキ膜３５を形成する。Ｃｕメッキ膜３３は、有機膜開口部３１において露出しているバンプ下金属膜２７をカソード電極として、電界Ｃｕメッキを行うことにより、有機膜開口部３１に露出しているバンプ下金属膜２７表面に選択的に形成される。はんだメッキ膜３５は、電界はんだメッキにより、Ｃｕコア３３の表面に形成される。
【０００８】
次いで、図１（ｅ）に示すように、はんだメッキ膜３５を球状にして球状はんだ３７を形成する。ここでは、はんだメッキ膜３５を加熱により溶融する。溶融したはんだは、有機膜２９の表面には濡れ広がらないため、はんだの表面張力によって球状になる。以下、Ｃｕコア３３と球状はんだ３７を、はんだバンプ３９と称する。
【０００９】
次いで、図１（ｆ）に示すように、有機膜２９と、はんだバンプ３９形成領域以外の露出したバンプ下金属膜２７をエッチング除去する。ここではまず、有機膜２９が有機膜剥離剤を用いて剥離除去される。次に、はんだバンプ３９をマスクとして、はんだバンプ３９形成領域以外に露出したバンプ下金属膜２７のＣｕ膜２５を、Ｃｕエッチャントを用いてエッチング除去する。Ｃｕエッチャントとしては、エンストリップＣの水溶液とアンモニア水の混合液が用いられる。Ｃｕ膜２５をエッチング除去した後、はんだバンプ３９をマスクとして、過酸化水素水とアンモニアを混合したエッチング液で、ＴｉＷ膜２３がエッチング除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−７６０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に例示するような従来の半導体装置の製造方法において、バンプ下金属を、ポリイミド膜のような保護膜上に成膜する際、下層配線とのコンタクト抵抗を抑制するために、ＲＦスパッタ法により、下層配線表面に存在する酸化膜が除去される。この場合、ポリイミド膜表面にも凹凸が形成される。ポリイミド膜上の凹みは、酸化膜のエッチング量の約５倍程度であるが、この凹凸はポリイミド膜と金属膜の密着性を向上させるために有効であるため、十分な密着性を得るためには、ポリイミド膜表面の凹凸の高さは１０００Å以上であることが望ましい。しかしながら、この凹みには、バンプ下金属が入り込む。特許文献１に記載の方法のように、ウエットエッチングのみによりバンプ下金属を除去した場合には、ポリイミド膜の凹みに金属が残留する場合がある。ウエットエッチングの処理時間をより長くすることにより、ポリイミド膜の凹みに残留する金属の除去が可能であるが、この場合、バンプ下金属膜の下に存在する金属へサイドスリットが入り、最終的にバンプの密着強度の低下が生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、
半導体基板上に、絶縁膜と保護膜とを順に形成する工程と、
前記絶縁膜と前記保護膜とを貫通する第１の開口部を設ける工程と、
前記第１の開口部に沿った面と前記保護膜を覆うように、金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を覆うとともに、前記金属膜の一部が露出した第２の開口部を有する第１のレジスト膜を形成する工程と、
前記第２の開口部に、バンプ下金属膜を形成する工程と、
前記バンプ下金属膜を覆うように、第２のレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のレジスト膜をマスクとして、前記第１のレジスト膜および前記金属膜を除去する工程と、
を含み、
前記第１のレジスト膜および前記金属膜を除去する前記工程が、
前記第１のレジスト膜をウエットエッチングして、前記第１のレジスト膜を除去する工程と、
前記金属膜を、酸素存在下でプラズマ処理した後、酸性溶液を用いて処理することにより、前記金属膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
この半導体装置の製造方法においては、金属膜を除去する工程が、酸素存在下でプラズマ処理した後、酸性溶液を用いて処理する工程を含む。金属膜は、酸素存在下でプラズマ処理されることにより酸化され、生じた酸化金属膜は酸性溶液による処理により除去される。これにより、保護膜上に金属が残留することなく、金属膜を除去することができ、保護膜表面が高い清浄度である半導体装置が得られる。したがって、実装工程において信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置の製造方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の半導体装置の製造工程を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照しつつ、本発明の半導体装置の製造方法について以下に詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図２および図３に、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す。
【００１８】
まず、半導体基板（不図示）上に、例えば、アルミニウムなどからなる金属層をスパッタリング法などを用いて形成し、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングによって金属配線層１０１を形成する。次に、ＣＶＤ法およびフォトリソグラフィー技術を用いて、半導体基板（不図示）上に、絶縁膜１０３および保護膜１０５を順に形成する。次いで、絶縁膜１０３と保護膜１０５とを貫通する第１の開口部１２０を設けて、金属配線層１０１を露出する。
【００１９】
次いで、第１の開口部１２０の内壁に沿った面と保護膜１０５とを覆うように、金属膜を形成する。本実施形態においては、まず、チタン（Ｔｉ）膜１０７を、例えば、スパッタリング法により、厚み２００〜３００Åで成膜する。次いで、このＴｉ膜１０７を覆うように、銅（Ｃｕ）膜１０９を、例えば、スパッタリング法により、厚み１０００〜４０００Åで成膜する（図２（ａ））。Ｔｉ膜１０７の他に、チタン・タングステン合金（ＴｉＷ）膜を使用することができる。
【００２０】
保護膜１０５としては、ポリイミド膜を用いることができる。保護膜１０５の表面には、その上に形成される金属膜との密着性を向上させるために粗化処理され、凹凸が設けられている。この粗化処理は、例えば、ＲＦスパッタ法により実施される。
【００２１】
次いで、上記のようにして形成した金属膜（銅（Ｃｕ）膜１０９）の上に、所定のパターンを有するレジスト膜１１１（第１のレジスト膜）を形成する（図２（ｂ））。このレジスト膜１１１は、金属配線層１０１の上部の金属膜が露出した第２の開口部１３０を有する。
【００２２】
次いで、レジスト膜１１１の第２の開口部１３０内に、バンプ下金属膜１１３を形成する（図２（ｃ））。本実施形態において、バンプ下金属膜１１３として、ニッケル（Ｎｉ）を使用する。他の利用可能なバンプ下金属膜材料としては、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、またはニッケル・バナジウム合金（ＮｉＶ）が挙げられる。Ｎｉ膜１１３は、Ｃｕ膜１０９をシード層として、電界めっき法を用いて形成される。Ｎｉ膜１１３は、例えば、１〜４μｍの厚みで形成される。
【００２３】
次いで、Ｎｉ膜１１３をレジスト膜１１５（第２のレジスト膜）で覆い、レジスト膜１１５をマスクとして、レジスト膜１１１を除去するとともに（図２（ｄ））、レジスト膜１１１の下に存在する金属膜（Ｔｉ膜１０７およびＣｕ膜１０９）を除去する（図２（ｅ））。本実施形態において、まず、Ｎｉ膜１１３をレジスト膜１１５で覆った後、ウエットエッチングによりレジスト膜１１１を除去し、レジスト膜１１１の下に存在するＣｕ膜１０９を露出させる。次いで、このＣｕ膜１０９の表面を酸素存在下でプラズマ処理した後、酸性溶液を用いて処理することにより、Ｃｕ膜１０９を除去する。
【００２４】
Ｃｕ膜１０９のプラズマ処理は、酸素の存在下で、例えば、オゾン、ＮＯ、ＮＯ２を用いて実施される。酸性溶液としては、例えば、シュウ酸、酢酸を用いることができる。
【００２５】
次いで、Ｔｉ膜１０７を除去するために、ＤＨＦまたは過酸化水素水を用いて処理する。
【００２６】
レジスト膜１１１の下に存在するＣｕ膜１０９およびＴｉ膜１０７を除去する工程について、図３を参照して以下により詳細に説明する。
【００２７】
図３（ａ）は、ウエットエッチングによりレジスト膜１１１が除去された後（図２（ｄ））の、保護膜１５０の表面の状態を拡大して示した図である。上記のように、保護膜１０５はその表面が粗化されているため、保護膜１０５の表面には、図３（ａ）に示すように、凹みが存在する。金属膜は、この凹みに入り込んだ状態で成膜されている。レジスト膜１１１は、まず、ＳＰＭ洗浄法により除去される。しかし、凹みに入り込んだ銅は除去されずに残留する（図３（ｂ））。次いで、この凹みに残留したＣｕ膜１０９を除去するため、酸素存在下におけるプラズマ処理を行う。酸素プラズマ処理により、銅は酸化されて酸化銅（ＣｕＯ）１１７となる（図３（ｃ））。次いで、この酸化銅１１７は、酸性溶液による処理により完全に除去される（図３（ｄ））。次いで、ＤＨＦまたは過酸化水素水を用いる処理により、Ｔｉ膜１０７が完全に除去される（図３（ｅ））。
【００２８】
本実施形態の方法により、酸化金属（酸素プラズマ処理により、残留したＣｕ膜１０９が酸化した酸化銅１１７）を酸性溶液により選択的に除去することができるため、保護膜表面の凹みに存在する金属膜を完全に除去できるとともに、バンプ下金属膜へのサイドスリットを抑制することができる。
このように、バンプ下金属膜（ＵＢＭ）下以外の領域の金属膜除去後に、ポリイミド表面の凹みに残留した金属成分をＯ２プラズマ処理により酸化させ、この状態で、選択的に除去することで、上記特許文献１記載の技術のようにウエットエッチング時間を長くせずに、バンプ下金属へのサイドスリットを抑えつつ、ポリイミド表面の金属成分（酸化金属）を十分に除去することができる。Ｏ２プラズマ処理による酸化と、この酸化による酸化金属の選択的に除去を、連続のステップで行うことができる。このＯ２プラズマ処理のタイミングは、例えば、図２（ｅ）に示す工程中でＣｕ膜１０９が露出した後とすることができ、また、残留したＣｕ膜１０９を除去する直前とすることができる。
【００２９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１１  半導体基板
１３  コンタクトパッド
１５  絶縁膜
１７  保護膜
２３  ＴｉＷ膜
２５  Ｃｕ膜
２７  バンプ下金属膜
２９  有機膜
３１  有機膜開口部
３３  Ｃｕコア
３５  はんだメッキ膜
３７  球状はんだ
３９  はんだバンプ
１０１  金属配線層
１０３  絶縁膜
１０５  保護膜
１０７  Ｔｉ膜
１０９  Ｃｕ膜
１１１  レジスト膜
１１３  バンプ下金属膜（Ｎｉ膜）
１１５  レジスト膜
１１７  酸化銅
１２０  第１の開口部
１３０  第２の開口部
【図１】
2011113992.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011113992.tif 000005