(57)【要約】【課題】従来のフォトリソグラフィよりも工程を簡略できて安価であり、薄い基板を用いた半導体装置でも割れ等の破損不良を少なくでき、レーザーアブレーション後の開口面に残る残さをいっそう良好に除去できてＡｌワイヤの剥離等の発生を少なくする半導体装置の製造方法の提供。【解決手段】半導体基板の金属配線電極膜上に樹脂を主成分とする表面保護膜を被覆した後、レーザーアブレーションにより前記金属配線電極膜上の前記表面保護膜に開口部を形成してなる半導体装置の製造方法において、前記開口部に対応するパターンマスクを介して、減圧雰囲気下でのレーザーアブレーションにより前記開口部を形成した後、プラズマ灰化処理を含むクリーニング処理を施す半導体装置の製造方法とする【選択図】          図１
2004273771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子または電気機能要素と、該機能要素を接続する金属配線電極膜とを備える基板上に、樹脂を主成分とする表面保護膜を被覆した後、レーザーアブレーションにより前記金属配線電極膜上の前記表面保護膜に開口部を形成してなる半導体装置の製造方法において、前記開口部に対応するパターンマスクを介して、減圧雰囲気下でレーザーアブレーションにより前記開口部を形成した後、前記開口面にプラズマ灰化処理を含むクリーニング処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板がシリコン半導体基板またはフェライト基板であ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。
【請求項３】
シリコン半導体基板の厚さが２００μｍ以下であ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】
クリーニング処理が受光面で０．２Ｊ／ｃｍ２未満のレーザーエネルギー密度のレーザー光ビームによる照射、酸素系プラズマ処理と水素系プラズマ処理を含むプラズマ灰化処理およびアルゴンスパッタリング処理を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
表面保護膜がポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
減圧雰囲気が１．３３乃至０．１３３Ｐａ（１０―２乃至１０―３ｔｏｒｒ）の範囲内のいずれかの値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
レーザーアブレーションのレーザー光ビームのレーザーエネルギー密度が受光面で０．２乃至１．０Ｊ／ｃｍ２の範囲のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板や多層配線基板上に形成される各種半導体素子、各種抵抗素子、各種コイル素子等の電子電気機能要素を接続するように形成されたアルミニウム（Ａｌ）等の配線電極膜を保護するために被覆される樹脂を主成分とした保護膜にレーザー光ビームのアブレーションにより、直接、開口部をパターン形成して良好な電極端子取り出し部を形成するように改良された半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記各種電子電気機能要素の形成された半導体装置基板の表面は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の有機樹脂を主成分とする表面保護膜により覆われた後、電極端子取り出し部を形成するために、当該部に対応する金属電極膜上の表面保護膜を除去して開口部（電極露出部）を形成する必要がある。
従来、このような開口部の形成は前記表面保護膜にフォトリソグラフィ加工や印刷応用加工等のパターン形成技術を用いて行っている。さらにはレーザーアブレーション法によりポリイミド（保護）膜に直接開口部を形成することも知られている（下記特許文献１参照）。この開口部は外部と接続するためのＡｌ線をワイヤボンディングする必要があるので、樹脂膜除去後の開口部表面のＡｌ面に樹脂膜の残さ等があると、ボンディング強度に及ぼす悪影響が大きい。
【０００３】
ポリイミド樹脂を用いた表面保護膜の場合にフォトリソグラフィ加工により前記開口部を形成する場合、感光性のポリイミド樹脂を保護膜として用いる場合と、非感光性のポリイミド（保護）膜上にさらに感光性樹脂膜を被覆して開口する二つの方法がある。
前者では、ポリイミド（保護）膜にフォトマスクパターンを露光機で投影して、保護膜上に所定のパターンの潜像を形成し、アルカリ性現像液（ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの２．３８％）で現像エッチングして開口部を形成する。このような感光性ポリイミド樹脂にはネガ現像型、ポジ現像型の２種類がある。前者の有機溶剤可溶性のネガ現像型より、後者のアルカリ可溶性でポジ現像型である感光性樹脂（フォトレジスト）の方が利便性、パターン精度共に良好なので、実施例も多い。
【０００４】
後者では、非感光性ポリイミド（保護）膜上にポジ型フォトレジスト膜を被覆し、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクにしてポリイミド（保護）膜をエッチングして開口部を形成する。この際、前記フォトレジストの現像液はポリイミド（保護）膜のエッチング液も兼ねるので、連続して処理可能である。
前記印刷応用加工では、スクリーン印刷機を用いて、パターニングされたＳＵＳメッシュあるいはＳＵＳ箔をマスクにして、エポキシ系樹脂保護膜やポリイミド系樹脂保護膜に所定のパターンを印刷した後、エッチングして保護膜の開口部を形成する。
【０００５】
前記レーザーアブレーション法によるポリイミド（保護）膜の直接開口技術は、高エネルギー密度のレーザー光をポリイミド（保護）膜の所定の開口部に直接照射し、照射部分を瞬間的に蒸発させて開口する方法である。レーザーアブレーション法はレーザービーム径が数十μｍ位以下と小さいので、それに見合った高精度が得られるという利点がある。しかも、開口すべきポリイミド（保護）膜の下側にあるＡｌ等のレーザー光に対する高反射率の金属電極膜が、レーザー光エネルギーによる発生熱の下部への伝達を阻止するので、半導体装置の機能低下や破損を確実に防止することができる点も優れている（特許文献１の０００３項〜０００７項、００３３項、特許文献３参照）。フェライト基板を用いた多層配線基板上のポリイミド（保護）膜のレーザーアブレーション法についても公知であり、さらにアブレーション後、開口部に残りやすいとされるすす（煤）等の残さについてもプラズマ処理により除去することも知られている（特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６４５９１号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５２２５８号公報
【特許文献３】
特開２０００−１１７４６５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記いずれのパターン形成方法においても、次に述べるような問題がある。
感光性ポリイミド樹脂は感光性を良くするために、増感剤が多量に添加されているので、樹脂をキュアする際にガスが発生し易く、下地との密着性が不充分になり易いという問題がある。また、感光性ポリイミド樹脂自体が高価格という問題もある。
非感光性ポリイミド樹脂では、前記問題点等は少なくなる傾向にあるが、感光性樹脂に比べて、フォトレジストを追加して形成するので、工程が増えるという問題がある。
【０００８】
印刷応用加工法では、印刷マスクにより、比較的廉価な装置で簡単に所定部位に開口を形成した樹脂パターン膜を得ることができるので、低コスト化のためにはよい方法であるが、１００ミクロン以下の微細パターン形成の困難さ、気泡の巻き込み易さ、印刷終了直後の基板離れの悪さ、かすれパターンの発生し易さあるいは印刷時の圧力により破損し易い薄い基板（例えばシリコン基板の場合、厚さ２００μｍ以下）では使いにくいこと等の問題点がある。
また、レーザーアブレーション法の問題点はアブレーション後の開口面に残るすす（煤）等の残さの除去が必ずしも充分とは言えないことである。すす（煤）等の残さの除去が充分でないと、この開口面に超音波ボンディング等により接続されたＡｌワイヤあるいはバンプメッキ等の剥離が起き易くなるという致命的な欠陥に至りやすい。
【０００９】
本発明は、以上述べた問題点に鑑みてなされたものであり、従来のフォトリソグラフィよりも工程を簡略できて安価であり、薄い基板を用いた半導体装置でも割れ等の破損不良を少なくでき、レーザーアブレーション後の開口面に残る残さをいっそう良好に除去でき、この開口面に結合されるＡｌワイヤあるいはバンプメッキ等の外部取り出し電極端子の剥離の発生を少なくする半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によれば、前記目的は、電子または電気機能要素と、該機能要素を接続する金属配線電極膜とを備える基板上に、樹脂を主成分とする表面保護膜を形成した後、レーザーアブレーションにより前記金属配線電極膜上の前記表面保護膜に開口部を形成してなる半導体装置の製造方法において、前記開口部に対応するパターンマスクを介して、減圧雰囲気下でのレーザーアブレーションにより前記開口部を形成した後、前記開口面にプラズマ灰化処理を含むクリーニング処理を施す半導体装置の製造方法とすることにより、達成される。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、基板が半導体基板またはフェライト基板である請求項１記載の半導体装置の製造方法とすることが好ましい。
請求項３記載の発明によれば、半導体基板の厚さが２００μｍ以下であ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とすることが好ましい。
請求項４記載の発明によれば、クリーニング処理が受光面で０．２Ｊ／ｃｍ２未満のレーザーエネルギー密度のレーザー光ビームによる照射、酸素系プラズマ処理と水素系プラズマ処理を含むプラズマ灰化処理およびアルゴンスパッタリング処理を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることも好ましい。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、表面保護膜がポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることが望ましい。
請求項６記載の発明によれば、減圧雰囲気が１．３３乃至０．１３３Ｐａ（１０―２乃至１０―３ｔｏｒｒ）の範囲内のいずれかの値である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることも望ましい。
請求項７記載の発明によれば、レーザーアブレーションのレーザー光ビームのレーザーエネルギー密度が受光面で０．２乃至１．０Ｊ／ｃｍ２の範囲のいずれかである請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とすることが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置の製造方法に関し、図を用いて詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
図１は本発明にかかる半導体装置の製造方法をＩＣで示すＩＣ基板のプロセス断面図、
図２は本発明にかかる半導体装置の製造方法をＩＧＢＴで示すＩＧＢＴ基板のプロセス断面図、
図３は本発明にかかる半導体装置の製造方法を複合ＩＣで示す複合ＩＣ基板のプロセス断面図、
図４は本発明に使用されるレーザービーム加工装置の概略図、
図５は図４の装置に用いられるレーザー光のエネルギー密度とレーザーショット（パルス）数との関係図、
図６はＥＳＣＡ解析によるレーザー光エネルギー密度と開口面の炭素原子濃度の関係図、
図７は本発明にかかる効果を示すレーザー光エネルギー密度と開口面の炭素原子濃度の関係図、
図８は本発明にかかるＡｌワイヤ剥離率とＡｌワイヤのボンディング用超音波出力との関係図、
図９は本発明にかかる半導体装置の実験ユニットＡの上面図、
図１０は超音波ボンディングしたＡｌワイヤの剥離強度を調べる実験ユニットＢの断面図である。
【００１４】
ここで、本発明にかかるレーザーアブレーションについて、簡単に説明しておく。レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ  ａｂｕｌａｔｉｏｎ）とはレーザー光を固体に照射した場合、レーザー光の照射強度がしきい値以上になると、固体表面で電子的、熱的、光化学的および力学（機械）的エネルギーに変換され、その結果、中性原子、分子、正負イオンラジカル、クラスタ、電子、光（光子）が爆発的に放出され、固体表面がエッチングされるプロセス技術である。
レーザーアブレーションによる樹脂膜のパターン加工は、高エネルギー密度を有し、スポット径が数十μｍ以下の紫外線領域のレーザー光を用い、所定のパターンを有する開口部のみに照射露光して、瞬間的に高精度にエッチング加工するので、照射部以外にはほとんど熱が及ばないという特長がある。この際、レーザー光としては光分解反応が主であり、熱の影響の少ないエキシマレーザーが好ましい。エキシマレーザーにはＡｒＦ波長１９２ｎｍ、ＫｒＦ波長２４８ｎｍ、ＸｅＣｌ波長３０８ｎｍがあり、いずれのレーザー光でも本発明に用いることができる。本発明ではＫｒＦ波長２４８ｎｍを用いた。
【００１５】
図４に本発明にかかるレーザーアブレーションのために使用したレーザーアブレーション装置４００を示す。レーザー発振器４０１として、ＫｒＦ波長２４８ｎｍのエキシマレーザーを用い、バリュアブルアッテネータ４０２、ビームエクスパンダ４０３、ビームホモジナイザ４０４等のビーム伝送光学系を経て、マスク４０５として３倍の拡大パターンを有するＳＵＳメタルマスクを使用した。
このＳＵＳメタルマスク４０５と下地パターンとを高精度にパターン合わせをする必要のある時はダイクロイックミラー４０６でスプリットフィールドされた視界をＣＣＤカメラ４０８で、ＸＹＺθステージ４１２をステージコントローラ４１３により微移動させて加工すべき基板４１１上のパターンを、転写レンズ４０９により実寸に縮尺投影されたマスク４０５のパターンにモニタ４０７により合わせ、一パターンづつ順に表面保護膜４１０を開口する。一パターン内の表面保護膜をレーザー光スポットがすべて走査するようにＸＹＺθステージ４１２が微移動する。このＸＹＺθステージ４１２はステージコントローラ４１３によりＸＹＺθ方向の自由な微移動ができるように制御される。
【００１６】
本発明ではレーザーアブレーションを減圧環境下で行う必要があるため、転写レンズ４０９と加工すべき基板４１１とＸＹＺθステージ４１２とのグループが減圧室４１４に置かれている。このレーザーアブレーション加工装置で用いられるレーザー光ビームの加工面におけるスポットの大きさはおおよそ１２μｍ×２５μｍの楕円形である。
加工する樹脂膜としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができるが、レーザー光の波長に対する吸収効率がよく、加工精度が高く、保護膜としての強靭性、熱膨張係数、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性等の観点から、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂が特に好ましい。
【００１７】
本発明にかかるレーザーアブレーションでは、加工される部位の前記樹脂膜が金属配線電極膜上に形成される必要がある。このような構成とした場合、たとえレーザーエネルギーが樹脂膜にすべて吸収されずに金属配線電極膜に達したとしても、前述のような条件下では前記電極膜によりほとんど反射されるかまたは吸収されるので、特にシリコン半導体基板では電極膜下の酸化膜や機能領域の劣化を防止できる。
このような電極膜としては、前記レーザー光に対する高反射率を有するＡｌ電極膜が好ましいが、Ｎｉ膜やその他の合金膜であってもよい。
【００１８】
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法について、レーザーアブレーションの適切な条件および開口後のクリーニング条件について行った実験例を示す。
（実験例）
従来のレーザーアブレーションでは、アブレーション後の開口部に残る煤状の残さの除去が充分とはいえない場合があったので、残さの除去が充分にできるアブレーション方法を見つけ出すことを目的として、アブレーション条件によって煤状の残さの程度がどのように変わるか、およびＡｌワイヤの接合強度との関係を見るためにＡｌワイヤの引っ張り試験を行なった。。
【００１９】
図９に示す実験ユニットＡは開口部にＡｌワイヤを接続する前の半導体基板の上面図であり、アブレーション後の前記開口部の表面状態を調べるためのユニットサンプルである。図１０に示す実験ユニットＢは銅基板にＮｉ―Ａｌ膜とその上にポリイミド膜を形成し、開口部の形成後、Ａｌワイヤをボンディング接続した状態の断面図であり、前記開口部にボンディング接続されたＡｌワイヤの剥離試験を行うためのユニットサンプルである。これらの各実験ユニットの作成方法を以下に示す。前記実験ユニットＡでは表面保護膜として、ポリイミド樹脂膜を用いたが、エポキシ樹脂を用いても、ほぼ同様の結果が得られる。
【００２０】
実験ユニットＡ（図９）−厚さ５５０μｍのＳｉ基板（ベア）９０１上にＡｌ／Ｓｉ膜を厚さ５μｍにスパッタリングにより被覆し、この上にポリイミド膜９０３を１０μｍの厚さに塗布する。前記ポリイミド膜９０３に図４のアブレーション加工装置を用いて、図９に示す所定のパターンで開口部（ワイヤボンディング部）９０４を形成した。このパターン加工で用いるためのマスクとして、一辺７ｍｍ角のユニット基板表面に５×２ｍｍの矩形状のポリイミド膜除去部９０４を２箇所形成するためのパターンが３倍拡大されたＳＵＳマスクを使用した。前記実験ユニットＡでは開口面の清浄度を見るための物なので、厚い基板を用いたが、薄い基板を用いてもよい。
【００２１】
実験ユニットＢ（図１０）−銅板にＮｉメッキ後Ａｌ―Ｓｉ（１％）をスパッタリング被着（１００２）した基板１００１として、その上にエポキシ系接着剤によりポリイミド膜１００３を接着して載置し、前記の各パターニング方法により開口部１００４を形成した後、径３００μｍのＡｌワイヤ１００５を超音波ボンダー（図示せず）によりボンディングした。Ａｌワイヤ１００５は一箇所の開口部（ボンディング部）１００４につき５本ボンディングし、引っ張り試験を行えるように他端を直接基板上にボンディングした。前記超音波ボンディングの条件は、周波数１１０ＫＨｚ、荷重６００グラム、ボンディング時間１５０ｍｓｅｃ、振幅１〜３ｍｍの条件とした。
【００２２】
まず、前記レーザーアブレーション加工装置により、ある基準寸法を有する直接ポリイミド膜の開口部を形成する際に必要な全レーザーエネルギーに対するレーザーエネルギー密度とレーザーショット（パルス）数との関係を調べた。その関係を図５に示す。図５からレーザーエネルギー密度が高い場合はショット（パルス）数は少なく、低い場合はショット（パルス）が多いことがわかる。ただし、図５の横軸に示すレーザーエネルギー密度を１．０Ｊ／ｃｍ２より高くしすぎると開口面のＡｌ電極や場合によってはその下層の酸化膜等に悪影響を及ぼすことがあるので、好ましくない。また０．１Ｊ／ｃｍ２より低いとショット（パルス）数を増やしても開口が充分に行えなくなることがわかった。以降の説明において、レーザーエネルギー密度の値はすべて受光面において測定された値である。
【００２３】
この条件下で、図６に示すレーザーエネルギー密度と開口面の炭素原子濃度（ａｔｍ％）との関係をＥＳＣＡ分析により求めた。図６のプロット線６０１は、縦軸に示すレーザーアブレーション直後（クリーニング無し）の開口面の炭素原子濃度と、横軸に示すレーザーアブレーション時のレーザーエネルギー密度との関係を示す。同様にプロット線６０２は前記同条件のレーザーアブレーション後に市販のフォトレジスト剥離液（東京応化（株）の５０２Ａ）を用いてウェット処理により開口面をクリーニングした後の開口面の炭素原子濃度とレーザーエネルギー密度との関係を示す。
【００２４】
図６において、０．１Ｊ／ｃｍ２を縦軸方向に見ると、レーザーアブレーション加工直後の開口面（Ａｌ−Ｓｉ電極面）は、約９０ａｔｍ％（原子％）の炭素が存在することを示すが（プロット線６０１）、前記アブレーション加工後にウェットクリーニングを追加した場合には炭素原子濃度が約６０ａｔｍ％に減少する（プロット線６０２）ことから、一応前記ウェットクリーニング追加が有効なことがわかる。
しかし、高倍率のＳＥＭにより前記開口面を観察すると、いずれも炭素が微小島状の薄膜状態または粒子状態で点在することが判明した。レーザーエネルギー密度をさらに順次大きくした場合（０．２Ｊ／ｃｍ２、０．４Ｊ／ｃｍ２、０．６Ｊ／ｃｍ２、０．８Ｊ／ｃｍ２、１．０Ｊ／ｃｍ２）における開口面の炭素原子濃度について、０．１Ｊ／ｃｍ２から０．２Ｊ／ｃｍ２へエネルギー密度を上げた場合は炭素原子濃度にそれぞれ変化（減少）が認められるが、ウェットクリーニング後でも、炭素原子濃度は約６０ａｔｍ％からせいぜい約４０ａｔｍ％に減少する程度にすぎない。さらにそれ以上レーザーのエネルギー密度を高くしても開口面の炭層濃度の減少にはあまり影響しないことがわかる。
【００２５】
前記約４０ａｔｍ％程度の炭素原子濃度レベルは、純水に対する濡れ角度が１００度と大きく、Ａｌワイヤの剥離問題を解決するにはまだ不充分であった。すなわち、ウェットクリーニングの追加だけでも炭素原子濃度の減少には一応有効ではあるが、前記剥離問題の解決に対しては限界のあることがわかった。
一方、レーザーアブレーション加工によらないフォトリソグラフィのみによるパターン加工後の開口面の炭素原子濃度は、約２０ａｔｍ％以下の低レベルであり、純水に対する濡れ角度は１０〜２０度と小さく、Ａｌワイヤの剥離についても問題のないこともわかっている（図示せず）。ただし、フォトリソグラフィ加工は高コストという問題がある。レーザーアブレーション加工の場合にも前記Ａｌワイヤの剥離問題を解決するには、レーザーアブレーション加工後の開口面の炭素原子濃度を前記フォトリソグラフィ加工の場合の約２０ａｔｍ％と同レベルにする必要があると思われた。
【００２６】
前述のように炭素原子濃度を約２０ａｔｍ％と同レベルにするために種々の開口部クリーニングの実験を繰り返した結果、レーザーアブレーション加工時に一旦ポリイミド樹脂膜の分解された粒子が吹き飛ばされた後、再付着する煤状の残さが多いことが判明した。この煤状残さが多いと従来のプラズマ処理だけでは充分に除去しきれないことがわかり、プラズマ処理前の段階で煤状残さをできる限り少なくしておくことが重要と考えた。下記に示すように公知のプラズマクリーニング処理を改良した開口部クリーニング方法がレーザーアブレーション後の開口部に残る煤等の残さ除去にきわめて有効であることがわかり、本発明にかかる半導体装置の製造方法に至った。
【００２７】
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法にかかるレーザーアブレーション加工と、その後の、開口部のクリーニング処理を具体的に説明する。
前記図９に示す半導体装置の実験ユニットＡを用い、そのポリイミド保護膜に前記レーザーアブレーション加工を１ｔｏｒｒ＝１３３．３Ｐａ（１０−２〜１０−３ｔｏｒｒ）の減圧下でレーザーエネルギー密度０．１Ｊ／ｃｍ２、０．４Ｊ／ｃｍ２、１．０Ｊ／ｃｍ２でそれぞれ行って開口した後、０．１Ｊ／ｃｍ２の弱いレーザーアブレーション加工を一パターンに対して３回繰り返し行い、その後プラズマ処理を施した。
【００２８】
このように減圧下でのレーザーアブレーション開口処理を行うことが重要であり、必要に応じてさらに、その後に弱いレーザーアブレーションを加えることにより、プラズマ処理の前に前記開口部における残さを少なくしておくことは極めて重要である。減圧条件については、前述の範囲で充分であり、それ以上の減圧にしても、装置が高価になるだけで、効果はそれほど大きくはならない。その後のプラズマ処理の条件を以下に示す。
平行平板型プラズマ装置
周波数    １３．５６ＭＨＺ−最大バイアス出力１０００ワットの装置
処理出力  ５００ワット
雰囲気    Ｏ２：Ｎ２＝４：１（Ｏ２１００ｍｌ／分＋Ｎ２２５ｍｌ／分）
ガス圧    ２０Ｐａ
電極温度  ８０〜８５℃
処理時間  １２０秒
の条件で酸素系プラズマ処理を行い、続いて、同装置で下記のように還元系雰囲気に条件を変えて、処理を加えた。
処理出力  ７５０ワット
雰囲気    Ｈ２：Ｎ２＝４：１（Ｈ２１００ｍｌ／分＋Ｎ２２５ｍｌ／分）
ガス圧    ２０Ｐａ
電極温度  ８０℃
処理時間  ２４０秒
Ａｒ（アルゴン）スパッタリングによるクリーニング
周波数    １３．５６ＭＨＺ
処理出力  ４００ワット
Ａｒ      １０ｍｌ／分
ガス圧    １０Ｐａ
処理時間  ３０秒
以上の条件で作製した実験ユニットＡについて、レーザーアブレーション加工直後の場合と、さらに本発明にかかる前記クリーニング処理を追加した場合とのそれぞれについて、開口部の炭素原子濃度をＥＳＣＡ分析により調べた。その結果を図７に示す。
【００２９】
図７のプロット線７０１はレーザーアブレーション加工直後の炭素原子濃度を示し、プロット線７０２は前記レーザーアブレーション加工後、さらに本発明にかかる前記プラズマ装置によるクリーニング処理をした後の炭素原子濃度を示す。前記プロット線７０２はクリーニング処理前のプロット線７０１と比べると開口面に存在する炭素原子濃度が極めて減少していることがわかる。前記図６のプロット線６０２と比較してもさらに炭素原子濃度レベルが低いことがわかる。プロット線７０２の炭素原子濃度レベルはレーザーアブレーションによらない従来のフォトリソグラフィ処理のみの炭素原子濃度レベルに近いか、または、ほぼ同等のレベルであることがわかる。
【００３０】
また、前記図１０に示す実験ユニットＢを用いて、従来のフォトリソグラフィ加工による開口部の形成をしたユニットサンプルと、レーザーエネルギー密度０．２Ｊ／ｃｍ２と、１．０Ｊ／ｃｍ２の各レーザーアブレーション加工＋本発明にかかる前記クリーニング処理により開口部（ワイヤボンディング部）を形成したユニットサンプルをそれぞれ作成し、それぞれ開口部に５本づつＡｌワイヤボンディングをし、他端を直接基板上にボンディングして一本づつ切断するまで引っ張り、切断個所を調べることにより剥離強度を調べた。その結果を図８に示す。
【００３１】
図８は横軸にＡｌワイヤのボンディング時の超音波出力を最大出力１００％に対する出力比率％で示す。縦軸は前記引っ張り試験方法によりワイヤを引っ張ったときのＡｌワイヤの接合界面からの剥離率を示す。Ａｌワイヤの剥離率は図１０におけるＡｌワイヤ１００５が開口面１００４の電極膜１００２との接合界面１００６から剥離したものの割合をいう。Ａｌワイヤ１００５がネック部１００７やワイヤの途中１００８で切断したものは良品とする。
図８のプロット線８０１はフォトリソグラフィのみで開口部を形成した実験ユニットＢの場合の引っ張り試験結果を示し、Ａｌワイヤの超音波ボンディング出力が７０％以上で、剥離率が０％、言い換えれば、すべてＡｌワイヤの接合界面ではなくワイヤの途中で切断することを表している。
【００３２】
本発明にかかるプロット線８０２と８０３は、前記図７においてプロット線７０２で示したように、レーザーアブレーションをそれぞれ０．４Ｊ／ｃｍ２と１．０Ｊ／ｃｍ２のレーザー光エネルギー密度で開口を行い、開口面のクリーニング処理として、０．１Ｊ／ｃｍ２の弱いレーザーアブレーションを３回行った後、前記プラズマ処理と同条件の酸素系プラズマ処理と還元系プラズマ処理をそれぞれ行った実験ユニットＢの場合の引っ張り試験結果を示す。
前記プロット線８０２と８０３では剥離率を０％にするのに超音波出力をそれぞれ７５％、８０％にすればよいことを示している。この超音波出力はプロット線８０１で示すようになるべく低い出力でＡｌワイヤの剥離率が０％となることが好ましく、プロット線８０１の場合の出力７０％が開口面の清浄度を見る一つの目安となる。
【００３３】
例えば前記図６に関して説明したプロット線６０２で示される４０〜６０ａｔｍ％の清浄度を持った開口面では、図示しないが前記超音波出力を１００％にしても前記剥離率は３０％以上となり、剥離問題を解決できないことがわかっている。さらに超音波出力が９０％を超えるとＡｌ電極面やＡｌの下の絶縁膜にクラックが入る等の悪影響が特に顕著になり、耐圧劣化に繋がるので、好ましくない。
前記０．１Ｊ／ｃｍ２の弱いレーザーアブレーションの繰り返し回数は１〜３までは煤等の残さの除去度は上がったが、４回以上ではあまり除去度は上昇しないこともわかった。この弱いレーザーアブレーションが除去する対象の煤は前記開口時に残った残さというよりも、開口時に高熱により吹き飛ばされて舞い上がった煤が開口面に再付着したものと思われる。意外にも、この弱いレーザーアブレーションが開口部の煤の除去に大きな効果があることがわかった。
【００３４】
この後に行われるプラズマ処理によるクリーニングだけでは十分に除去できない場合でも、この弱いレーザーアブレーションと組み合わせると煤の除去効果が大きくなる。この弱いレーザーアブレーションは、繰り返して照射しても開口面に及ぼす悪影響の少ない０．２Ｊ／ｃｍ２以下のレーザーエネルギー密度が好ましく、０．０１Ｊ／ｃｍ２以下では除去効果が小さくなるので、０．０５〜０．２Ｊ／ｃｍ２が最適であることがわかった。
本発明にかかるレーザーアブレーション加工とその後のプラズマクリーニング処理によれば、従来のフォトリソグラフィのみによる加工よりも工程を簡略にすることができて安価でありながら、開口面の煤等の残さが従来のフォトリソグラフィのみによる加工と同程度に少ない製造方法とすることができることがわかる。
【００３５】
前記Ａｒスパッタリングについては、必要に応じて省略することもできる。前述のクリーニング処理では一回おこなっただけであるが、繰り返し行ってもよい。
前記実験ユニットではなく、実際のシリコン半導体基板やフェライト基板の場合は、同一基板内に開口すべきパターンの数が非常に多いので、このような場合は、先に全パターンを開口した後に、前述の弱いレーザーアブレーションを含むクリーニング処理が行われる。
以下、前記実験結果から得られたレーザーアブレーション条件とその後のクリーニング条件を用いて作製した半導体装置の製造方法の実施例について、具体的に図を用いて説明する。
【００３６】
（実施例１）
図１は一般的なＭＯＳ型半導体装置１００を有するＩＣの製造方法を示すプロセス断面図である。ｐ型、比抵抗１０〜１５Ωｃｍで６２５μｍ厚の６インチ半導体基板１０１の一方の面に公知のプロセスにより、８０００オングストローム膜厚のＬＯＣＯＳ絶縁分離膜１０２を形成し、１μｍのゲート長１０５となるように、２５０オングストローム厚のゲート酸化膜１０４を形成し、続いてポリシリコンゲート電極１０３を０．３μｍ厚程度形成し、フォトリソグラフィにより、所定パターンのポリシリコンゲート電極およびゲート膜に加工する。コンタクト層としてｎ＋層１０６を、表面濃度１．０×１０１９ｃｍ−３で、０．２μｍ深さに形成する。
【００３７】
この時、前記ポリシリコン電極にも同時に３１ｐ＋イオンを注入して１０〜２０Ωｃｍの比抵抗に調整することによりゲート電極としての機能を有効にする。次に、層間絶縁膜として酸化膜１０７を形成する。この酸化膜１０７は高温熱酸化膜（ＨＴＯ）１２００オングストロームとＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ  Ｐｈｏｓｐｈｏ
Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）の６０００〜８０００オングストロームからなる。この酸化膜１０７にフォトリソグラフィによりコンタクト部位（１０９、１１０、１１１）を開口して、ポリシリコン電極に接するＡｌ電極１０８を形成する。Ａｌ電極１０８はＡｌ：Ｓｉ：Ｃｕ＝９８．９％：１％：０．１％組成の合金からなり、厚みを１μｍとなるように形成した（図１（ａ））。
【００３８】
図１（ｂ）の断面図に示すように、表面保護膜１１２としてポリイミド膜を１０μｍ厚程度に形成する。続いて、図１（ｃ）に示すように、ポリイミド膜１１２の各部位（ソース、ゲート、ドレイン電極の各パッド部位）１１３、１１４、１１５を前述の本発明にかかるレーザーアブレーションにより、Ａｌ電極１０８が露出するように全パターンについて順次開口する。
前記レーザーアブレーションの条件を次に示す。図４のアブレーション装置を用い、ＫｒＦ波長２４８ｎｍのエキシマレーザーをポリイミド膜の開口面で１．０Ｊ／ｃｍ２のレーザーエネルギー密度となるように照射した。全パターンの開口後、直ちに０．１Ｊ／ｃｍ２の弱いレーザーエネルギー密度のレーザーアブレーション照射を３回行い、その後プラズマ処理による開口部のクリーニングを行った。
【００３９】
プラズマ処理条件は図９に示す実験ユニットＡにおけるプラズマ処理条件（Ａｒスパッタリングを含む）と同じにした。実施例１では、ポリイミド保護膜へのボンデイングパッド用開口部の形成に対してレーザーアブレーションを用いて行なったので、Ａｌボンデイングワイヤの剥離問題を解決でき、また工程を簡略化でき、安価になった。
（実施例２）
図２はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）素子基板２００の製造方法を示すプロセス断面図である。このＩＧＢＴ素子基板は裏面からドレイン側ｐ＋層２０８、ｎ＋バッファ層２１２、エピタキシャル成長により形成されたｎ−伝導度変調層２０１、このｎ−層２０１の表面に形成されたｐウェル層２０６、前記ｎ−層２０１の表面にゲート酸化膜２０３を介して形成されたポリシリコンからなるゲート電極２０４を備え、前記ｐウェル層（エミッタ）２０６内には浅いｎ＋ソース領域２０７が形成され、前記ゲート酸化膜２０３下でｎ＋ソース領域２０７とｎ−層２０１とに挟まれたｐウェル層２０６の表面にチャネル領域２０９を形成する。前記エミッタ２０６とｎ＋ソース領域２０７とに跨ってエミッタ電極２０５−１、ドレイン側ｐ＋層２０８にはドレイン電極層２０５−２、ポリシリコンゲート電極２０４上にはゲート電極２０５−３がそれぞれＡｌ膜により形成される。
【００４０】
定格電圧と定格電流がそれぞれ６００ボルト、１００〜２００アンペアのＩＧＢＴのシリコン基板は、０．０２Ωｃｍのドレイン側ｐ＋層２０８に０．１Ωｃｍのｎ＋バッファ層２１２を１０μｍ深さに形成し、ドレインｐ＋層２０８を３０μｍにしたシリコン基板に、４０Ωｃｍのｎ−層２０１を７０μｍ厚にエピタキシャル成長したもの（全１１０μｍ）を用いる。
このシリコン基板に厚い初期酸化膜２０２を形成し、この酸化膜２０２にｐウェル層２０６形成のために所定のパターンで窓明けを行い、ボロンイオンをイオン注入し、ドープ、ドライブを経てｐウェル層２０６を形成する。ゲート用酸化膜２０３を８００〜１０００オングストローム厚に形成後、このゲート用酸化膜２０３上にポリシリコン膜を５０００オングストローム厚に形成する。
【００４１】
これらの膜を図２（ａ）に示すようにフォトリソグラフィによりパターンエッチングしてゲート酸化膜２０３、ポリシリコンゲート電極２０４とする。形成したゲート酸化膜２０３とポリシリコンゲート電極２０４とをマスクにして、ボロンイオンをイオン注入し、加熱してボロン濃度１×１０１４ｃｍ−３のｐウェル層２０６を３〜４μｍの深さに形成する。続いて、フォトレジスト膜をマスクとしてｎ＋ソース領域２０７をリン濃度５×１０１５ｃｍ−３で１μｍ深さに形成する。
層間絶縁膜として形成した酸化膜２０２をフォトリソグラフィでパターンエッチングし、Ａｌ電極２０５−１（Ａｌ−Ｓｉ（１％））を５μｍの厚さにスパッタで形成し、フォトリソグラフィで所定のパターンに形成する（図２（ａ））。図２（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂を表面保護膜２１０として１０μｍの厚さに被覆する。
【００４２】
その後、図２（ｃ）に示すように、Ａｌ電極膜２０５上の電極端子取り出し部となる電極パッド部２１１上のポリイミド樹脂膜を本発明にかかる前記レーザーアブレーションにより、全パターンについて順次開口する。レーザーアブレーション条件およびその後の開口面のクリーニング処理については前記実施例１と同じとした。
実施例２では１１０μｍの薄いシリコン基板を用いたが、本発明ではポリイミド保護膜へのボンデイングパッド用開口部の形成に対してレーザーアブレーションを用いたので、Ａｌボンデイングワイヤの剥離問題を解決でき、また、非接触で行なったので、シリコン基板の割れの発生が少なく、また、フォトリソグラフィ加工に比べて工程が簡略化され、安価に作製できた。一般的に２００μｍ以下、特に１５０μｍ以下の厚さのシリコン半導体基板を用いると、基板の割れが「発生しやすくなるが、本発明によれば、基板の割れの発生を少なくできる。
【００４３】
（実施例３）
図３（ａ）は複合ＩＣ３００の断面図である。この複合ＩＣは特定用途向けの専用ＩＣチップ（ＩＣ基板）３０１とインダクタ機能を有する薄膜インダクタ３２０とを積層させたものを回路基板３１０上の所定の電極パッド３１８上に接合メタル３１７を介して載置した構成を有する。
図３（ｄ）は前記図３（ａ）の複合ＩＣの電気回路を示し、点線の枠内で示す前記特定用途向けの専用ＩＣチップ３０１と前記薄膜インダクタ３２０とが図示のように接続されていることを示す。図３（ｂ）、図３（ｃ）はそれぞれ前記薄膜インダクタ３２０の上面図、下面図を示す。前記薄膜インダクタ３２０はフェライト基板３０５に形成されたスルーホール３１３を介して基板の両面を使って金属配線３０６、３０７をコイル状にしてインダクタ機能を保有させている。
【００４４】
フェライト基板３０５は、必要な透磁率となるようにＭｎ−Ｚｎ、Ｃｕ−ＺｎあるいはＮｉ−Ｚｎ等の粉末を適正な成分組成で混合し、所定の形状に成形して、１１００℃〜１２００℃の高温で焼結させることにより作られている。このようにして得られた厚さ約５００μｍのＭｎ−Ｚｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系フェライト基板３０５の透磁率は１０００程度であった。
このフェライト基板３０５に、直径０．２ｍｍφのスルーホール３１３を図３（ｂ）、（ｃ）に示す配置で、メタルあるいは樹脂等をマスクとして、サンドブラスト、レーザー光、イオンビーム、高圧ジェット水などにより形成し、このスルーホールを介して両面に跨る金属配線３０６、３０７を形成してインダクタを構成した。スルーホール内の導通は両面にＴｉ（０．１μｍ）／Ｃｕ（０．２μｍ）をスパッタリングし、続いて無電解Ｃｕメッキを０．２〜０．４μｍ厚に付けることにより、前記スルーホール３１３内を金属メッキ膜で被覆することにより形成した。
【００４５】
インダクタのコイル部分の形成は図３（ｂ）の上部コイル配線３０６、図３（ｃ）の下部コイル配線３０７、上下接続電極３０９に相当する各部位が露出するように、ドライフィルムで所定パターンを露出、現像して形成した後、ドライフィルムをマスクに電解銅メッキを４０μｍ、Ｎｉメッキ５μｍ、Ａｕメッキ１μｍのように積層して、コイル部分の前記金属配線３０６、３０７を形成した。その後、ポリイミド膜などからなる表面保護膜３０８を５０〜６０μｍの厚さに塗布し、熱処理によりポリイミド膜を乾燥させた後、本発明にかかるレーザーアブレーションにより上下接続電極３０９の開口部３１６を開口する。レーザーアブレーション条件およびその後の開口面のクリーニング処理については前述の実施例１と同じにした。
【００４６】
一方、ＩＣチップ３０１についても、前記実施例１で説明したように、本発明にかかるレーザーアブレーション処理が施され、Ａｌ電極パッド部３０３が開口される。ＩＣチップ３０１と薄膜インダクタ３２０とは前記電極パッド３０３、３１６とで接合メタル３１７を介して接合される。
接合メタル３１７はＩＣチップのＡｌ電極パッド３０３にＺｎ活性化処理を施した後、無電解Ｎｉメッキ２０〜３０μｍ、０．０５μｍ厚のＡｕバンプ電極あるいはＡｕワイヤボンディングによるスタッドバンプまたはＴｉ／Ｃｕシード層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）のスパッタリングによるＮｉ厚さ５μｍなどとハンダ３０〜５０μｍ電解メッキ法のバンプ等により、凸型バンプ電極を形成する。フェライト基板３０５の裏面側（図３（ｃ））には回路基板３１０上の電極パッド３１８に予めはんだクリームをスクリーン印刷により、５０〜６０μｍ厚に形成しておき、はんだリフロー法により接続する。実施例３ではポリイミド保護膜のバンプ電極用パッドの開口形成を本発明にかかるレーザーアブレーションにより行なったので、従来のスクリーン印刷等による開口よりも高精度にできると共に、コスト的にも同程度の安価にすることができた。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、電子または電気機能要素と、該機能要素を接続する金属配線電極膜とを備える基板上に、樹脂を主成分とする表面保護膜を形成した後、レーザーアブレーションにより前記金属配線電極膜上の前記表面保護膜に開口部を形成してなる半導体装置の製造方法において、前記開口部に対応するパターンマスクを介して、減圧雰囲気下でのレーザーアブレーションにより前記開口部を形成した後、前記開口面にプラズマ灰化処理を含むクリーニング処理を施す半導体装置の製造方法としたので、フォトリソグラフィよりも工程が簡略で安価であり、薄い基板を用いた半導体装置でも割れ等の破損不良を少なくでき、レーザーアブレーション後の開口面に残る残さをいっそう良好に除去でき、この開口面に結合されるＡｌワイヤあるいはバンプメッキ等よりなる外部取り出し電極端子の剥離の発生を少なくする半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法をＩＣで示すＩＣ基板のプロセス断面図
【図２】本発明にかかる半導体装置の製造方法をＩＧＢＴで示すＩＧＢＴ基板のプロセス断面図
【図３】本発明にかかる半導体装置の製造方法を複合ＩＣで示す複合ＩＣ基板のプロセス断面図
【図４】本発明に使用されるレーザーアブレーション加工装置の概略図
【図５】図４の装置に用いられるレーザー光のエネルギー密度とレーザーショット（パルス）数との関係図
【図６】本発明にかかるレーザー光エネルギー密度と開口面の炭素原子濃度の関係図
【図７】本発明にかかるレーザー光エネルギー密度と開口面の炭素原子濃度の関係図
【図８】本発明にかかるＡｌワイヤ剥離率とＡｌワイヤのボンディング用超音波出力との関係図
【図９】本発明にかかる半導体装置の実験ユニットＡの上面図
【図１０】Ａｌワイヤの剥離強度を調べる実験ユニットＢの断面図
【符号の説明】
１００  ＭＯＳ型半導体装置
１０８  Ａｌ電極
１１２  表面保護膜
１１３  ソース電極パッド（開口部）
１１４  ゲート電極パッド（開口部）
１１５  ドレイン電極パッド（開口部）
２００  ＩＧＢＴ半導体装置
２０５−１  エミッタＡｌ電極
２０５−２  ドレインＡｌ電極
２０５−３  ゲートＡｌ電極
２１０  表面保護膜
２１１  電極パッド（開口部）
３００  複合ＩＣ装置
３０３  ＩＣチップの電極パッド（開口部）
３０８  表面保護膜
３１６  フェライト基板の電極パッド（開口部）
４００  レーザーアブレーション装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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