(57)【要約】【課題】他の電極と良好に接合できるバンプが形成された半導体チップを有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】先ず、半導体基板１表面の所定位置にバンプ４が形成される（図１（ａ））。次に、ヒータ１８が結合された型１３がバンプ４に押し当てられる。型１３の先端は、ほぼ平坦なプレス部１１となっており、プレス部１１の中央にはほぼ円形の開口を有する凹所１２が形成されている。型１３は、凹所１２がバンプ４の先端中央部に対向するように、バンプ４に押し当てられる。続いて、この状態で、ヒータ１８により型１３を介してバンプ４が加熱される。これにより、バンプ４は軟化して変形しやすくなり、型１３に沿った形状となる（図１（ｂ））。次に、ヒータ１８の出力が徐々に下げられて、バンプ４が室温まで徐冷される。その後、型１３がバンプ４から離される（図１（ｃ））。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面にバンプを構成する金属材料を供給する金属材料供給工程と、
この金属材料供給工程により形成されたバンプに、このバンプを所定の形状に成型するための型を押し当てる工程と、
上記型が押し当てられたバンプを加熱する加熱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】
上記加熱工程による上記バンプの加熱が、上記バンプに上記型が押し当てられると同時に開始され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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプが形成された半導体チップを有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置には、半導体チップが、他の半導体チップと積層されて接合された、いわゆる、チップ・オン・チップ構造を有するものがある。このような半導体装置において、それぞれの半導体チップには、活性面にバンプ（突起電極）が形成されており、一方の半導体チップのバンプと、他方の半導体チップのバンプとが接合されている。
【０００３】
このような半導体装置は、半導体チップがボンディングワイヤを介して他の電極に接続されたものと比べて、配線長を短くできるので、信号の高速伝送に適している。
図５は、従来の半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、半導体基板（たとえば、半導体ウエハ）６１において、機能素子や配線が形成された活性面６１ａ上に、活性面６１ａを保護するためのパッシベーション膜６２が形成される。パッシベーション膜６２には、活性面６１ａに形成された配線と電気接続するための開口６２ａが形成される。
【０００４】
続いて、開口６２ａ内を含む半導体基板６１表面の全面に、金属元素の拡散を阻止するためのバリアメタル層６３が形成される。その後、開口６２ａおよびその周縁部に対応する領域に開口を有するレジスト膜が、半導体基板６１の上に形成される。
そして、レジスト膜の開口に露出しているバリアメタル層６３に金メッキすることにより、バンプ６４が形成される。メッキによる膜は、レジスト膜の開口内にのみ成長するので、バンプ６４は柱状（たとえば、円柱状）に形成される。この際、バンプ６４は、開口６２ａによるパッシベーション膜６２の段差を反映した断面形状を有して成長するので、得られたバンプ６４は、先端部の周縁に突起６４ａを有する形状となる。その後、レジスト膜が除去され、さらに、バリアメタル層６２のうち、バンプ６４に覆われていない部分が除去される。
【０００５】
次に、バンプ６４が形成された半導体基板６１が加熱される。これにより、バンプ６４はアニールされて硬度が増す。その後、半導体基板６１が切断されて、半導体チップの個片にされる。
このような半導体チップは、たとえば、同様の構造を有する他の半導体チップとチップ・オン・チップ接続されて半導体装置が製造される。
図６は、チップ・オン・チップ接続された２つの半導体チップ６５，６６の接続部近傍を示す図解的な断面図である。
【０００６】
半導体チップ６５，６６の活性面６５ａ，６６ａには、それぞれ、バンプ６４が形成されている。半導体チップ６５，６６は、活性面６５ａ，６６ａが対向され、活性面６５ａに形成されたバンプ６４と、活性面６６ａに形成されたバンプ６４とが接合されている。このようにして、半導体チップ６５と半導体チップ６６とが短い配線長で電気的に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体チップ６５のバンプ６４と、半導体チップ６６のバンプ６４とが接合される際、これらのバンプ６４は互いに押しつけられるように加圧される。このため、バンプ６４は、突起６４ａが側方に開いた形状に変形し、極端な場合、隣接する他のバンプと短絡されてしまう。
このような不具合は、バンプ６４同士を接合する場合に限られず、バンプ６４と配線基板に形成された平坦な電極パッドなどとを接合する場合、たとえば、半導体チップをパッケージングせずに配線基板に接合する、いわゆるフリップチップ接続においても生ずる。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、他の電極と良好に接合できるバンプが形成された半導体チップを有する半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、半導体基板（１）の表面にバンプを構成する金属材料を供給する金属材料供給工程と、この金属材料供給工程により形成されたバンプ（４）に、このバンプを所定の形状に成型するための型（１３）を押し当てる工程と、上記型が押し当てられたバンプを加熱する加熱工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１０】
なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、金属材料供給工程により、半導体基板にバンプが形成される。バンプ形成工程は、メッキによりバンプを形成するものであってもよく、この場合、活性面の所定位置に、たとえば、金原子が被着されてバンプが形成される。このようにして形成されたバンプは、所望の形状を有しておらず、たとえば、下地の形状を反映した凹凸を有している。
【００１１】
その後、バンプを所定の形状に成型するための型を、このようなバンプに押し当て、熱をかけることにより、バンプを所望の形状にすることができる。型は、たとえば、バンプに形成された不所望の突出部をなくし、バンプの先端部を先細り形状にするためのものであってもよい。この場合、バンプは、他の半導体チップのバンプや配線基板に形成された電極パッドに接合する際、先細りにされた先端部のみが変形する。このため、接合部が側方に突出しないようにバンプと電極とを良好に接合できる。
【００１２】
型は、先細り形状以外の任意の形状にバンプを成型するためのものとすることができる。
また、加熱工程により、バンプをアニールすることができ、バンプの硬度を高くすることができる。
加熱工程は、たとえば、３００℃以上４００℃以下の温度にバンプを加熱する工程を含んでいてもよい。たとえば、バンプが金からなる場合、このような温度でバンプを加熱することにより、バンプを変形しやすくし良好に成型することができる。また、このような温度で金からなるバンプをアニールすることにより、バンプの硬度を常温で３０〜６０Ｈｖにすることができる。
【００１３】
バンプはこのような温度で、たとえば、３〜６時間加熱するものとすることができる。
上記バンプに型を押し当てる工程と上記加熱工程とは、時間的に重なる（オーバーラップする）ように実施されればよく、先にバンプの加熱が開始されてからバンプに型が押し当てられてもよく、先にバンプに型が押し当てられてからバンプの加熱が開始されてもよい。
【００１４】
また、請求項２記載のように、上記加熱工程による上記バンプの加熱は、上記バンプに上記型が押し当てられると同時に開始されてもよい。たとえば、予め加熱された型をバンプに押し当てることにより、バンプの加熱を、型が押し当てられると同時に開始することができる。このような製造方法により、バンプに型を押し当ててから加熱する場合と比べて、製造に要する時間を短縮できる。加熱されていない型がバンプに押し当てられているときは、バンプは変形したり硬度が増したりすることはほとんどないからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
先ず、半導体基板（たとえば、半導体ウエハ）１において、機能素子や配線が形成された活性面１ａ上に、活性面１ａを保護するためのパッシベーション膜２が形成される。パッシベーション膜２には、活性面１ａに形成された配線と電気接続するための開口２ａが形成される。
【００１６】
続いて、開口２ａ内を含む半導体基板１表面の全面に、金属元素の拡散を阻止するためのバリアメタル層３が形成される。その後、開口２ａおよびその周縁部に対応する領域に、平面視においてほぼ円形の開口を有するレジスト膜が、半導体基板１の上に形成される。そして、レジスト膜の開口に露出しているバリアメタル層３に金メッキすることにより、バンプ（突起電極）４が形成される。メッキによる膜は、レジスト膜の開口内にのみ成長するので、バンプ４は円柱状に形成される。
【００１７】
この際、バンプ４は、開口２ａによるパッシベーション膜２の段差を反映した断面形状を有して成長するので、得られたバンプ４は、先端部周縁に環状の突起４ａを有する形状となる。その後、レジスト膜が除去され、さらに、バリアメタル層２のうち、バンプ４に覆われていない部分が除去される。この状態が、図１（ａ）に示されている。
次に、ヒータ１８が結合された型１３がバンプ４に押し当てられる。型１３の先端は、ほぼ平坦なプレス部１１となっており、プレス部１１の中央にはほぼ円形の開口を有する凹所１２が形成されている。凹所１２の径は、バンプ４の径より小さい。凹所１２の内側面は傾斜しており、凹所１２の径は凹所１２の底に向かって小さくなっている。凹所１２は、平坦な底部を有している。型１３は、凹所１２がバンプ４の先端中央部に対向するように、バンプ４に押し当てられる。
【００１８】
続いて、この状態で、ヒータ１８により型１３を介してバンプ４が加熱される。これにより、バンプ４は軟化して変形し、型１３に沿った形状となる。すなわち、突起４ａは型１３のプレス部１１に押し潰されてほぼ平坦になり、バンプ４の先端中央部には、型１３の凹所１２と相補的な円錐台状（先細り形状）の突出部４ｂが形成される。この状態が、図１（ｂ）に示されている。
加熱温度は、たとえば、３００℃以上４００℃以下とすることができる。また、加熱時間は、たとえば、３時間以上６時間以下とすることができる。これにより、金からなるバンプ４を型１３に沿った形状に良好に変形させることができるとともに、バンプ４をアニールしてバンプ４の硬度を高くすることができる。
【００１９】
次に、ヒータ１８の出力が徐々に下げられて、バンプ４が室温まで徐冷される。その後、型１３がバンプ４から離される（図１（ｃ））。バンプ４の室温における硬度は、３０Ｈｖないし６０Ｈｖ程度となる。
一つの半導体基板１に複数のバンプ４があるときは、型１３を押し当てて加熱する工程（以下、「成型工程」という。）は、複数の型１３または複数の凹所１２を有する一つの型１３により、複数のバンプ４に対して同時に行ってもよい。この場合、半導体基板１上のすべてのバンプ４に対して同時に成型工程を実施してもよく、複数のバンプ４をいくつかのグループに分けて順次成型工程を実施してもよい。
【００２０】
半導体基板１が複数の半導体チップに対応する領域を含む場合は、この後、半導体基板１が半導体チップの個片に切断される。このような半導体チップは、たとえば、同様の構造を有する他の半導体チップとチップ・オン・チップ接続されて半導体装置が製造される。
図２は、突出部４ｂを有するバンプ４が形成された２つの半導体チップ２１，２２の接合部を示す図解的な断面図である。
【００２１】
半導体チップ２１および半導体チップ２２は、それぞれの活性面２１ａ，２２ａにバンプ４が形成されている。半導体チップ２１と半導体チップ２２とは、活性面２１ａと活性面２２ａとが対向されて、それぞれのバンプ４が接合されている。
半導体チップ２１のバンプ４と半導体チップ２２のバンプ４とは、突出部４ｂ同士が押しつけられることによって接合される。これにより、突出部４ｂは側方に膨らむように変形するが、突出部４ｂの幅（径）は、バンプ４の下部（半導体チップ２１，２２側）の幅（径）より大きくなることはない。したがって、活性面２１ａまたは活性面２２ａに沿う方向に関して、隣接したバンプ４同士が短絡する等の不具合を生じることなく、バンプ４同士を良好に接合できる。
【００２２】
この発明の一実施形態の説明は、以上の通りであるが、この発明は他の形態でも実施することができる。たとえば、型１３の形状は、上記の実施形態におけるものに限られず、たとえば、円錐状、四角錐状、四角錐台状などの先細り形状の突出部を有するバンプ４が得られるようなものであってもよい。いずれの場合でも、バンプ４同士を押しつけて接合する際、バンプ４の突出部以外が側方に膨らむように変形することはない。
【００２３】
以上のような先細り形状を有するバンプ４は、バンプ４同士の接合以外に、バンプ４と配線基板に形成された平坦な電極パッドとの接合においても、同様の効果を奏する。バンプ４と電極パッドとの接合としては、たとえば、半導体チップをパッケージングせずに配線基板の電極パッドに直接接合するフリップチップ接続や、いわゆるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）において多層配線基板（インタポーザ）上に形成された電極パッドに、半導体チップを接合する場合がある。
【００２４】
さらに、成型工程は、たとえば、図３に示すように、先端に凹所を有さず、先端のほぼ全体がほぼ平坦なプレス部２４である型２６を用いて行ってもよい。図３には、図１に示す実施形態と同一構成である部分は同一符号を付しており、これらの部分の説明は省略する。
型２６の先端には、プレス部２４の周縁部に立設された規制部材２６ａが設けられていてもよい。このような型２６を、突起４ａ（図１（ａ）参照）を有するバンプ４に押し当てて加熱することにより、突起４ａが押し潰されて、平坦な先端を有するバンプ２８が得られる。この際、規制部材２６ａにより、突起４ａが側方へ開くように変形することを防止できる。
【００２５】
このようにして得られたバンプ２８を、他の電極に押しつけて接合すると、接合部は側方へ膨らむように変形する。しかし、突起４ａを有するバンプが他の電極に押しつけられた場合と比べて、接合部が側方へ膨らむ量はわずかである。したがって、隣接したバンプ同士が短絡することはない。
さらに、成型工程は、たとえば、図４に示すように、先端の平坦部３４に環状の凹所３５を有する型３６を用いて行ってもよい。図４には、図１に示す実施形態と同一構成である部分は同一符号を付しており、これらの部分の説明は省略する。
【００２６】
この場合は、先端部の中央に凹所３７を有するバンプ３８が得られる。このようなバンプ３８は、たとえば、円錐台状の突出部４ｂを有するバンプ４と接合する場合、凹所３７で突出部４ｂを受けることができるので、バンプ３８とバンプ４とを所定の位置関係で接合しやすい。この際、凹所３７が十分大きくされていれば、突出部４ｂが凹所３７の周囲の突出部に接触することはない。このため、接合により、バンプ４の突出部４ｂ以外が側方に膨らむことはほとんどない。
【００２７】
上記の実施形態における加熱温度および加熱時間は一例であり、バンプを構成する材料、バンプの大きさ、型の形状などにより任意に設定することができる。型１３，２６，３６は、バンプ４，２８，３８に押し当てる前に、予め所定の温度に加熱しておいてもよい。このような製造方法により、バンプ４，２８，３８に型１３，２６，３６を押し当ててから加熱する場合と比べて、製造に要する時間を短縮できる。加熱されていない型１３，２６，３６がバンプ４，２８，３８に押し当てられているときは、バンプ４，２８，３８は変形したり硬度が増したりすることはほとんどないからである。
【００２８】
バンプ４，２８，３８を徐冷する必要がない場合は、型１３，２６，３６を介したヒータ１８による加熱終了後、すぐに、型１３，２６，３６をバンプ４，２８，３８から離すようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図２】突出部を有するバンプが形成された２つの半導体チップの接合部を示す図解的な断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図５】従来の半導体装置の製造方法を説明するための図解的な断面図である。
【図６】チップ・オン・チップ接続された２つの半導体チップの接続部近傍を示す図解的な断面図である。
【符号の説明】
１　　半導体基板
４，２８，３８　　バンプ
１３，２６，３６　　型
１８　　ヒータ
【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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