半導体デバイスパッケージング用のパッシベーション層
【課題】本発明の目的は、半導体デバイスにおける銅表面との電気的接続の信頼性を向上させることである。
【解決手段】本発明は、半導体デバイス上の銅層又は銅ボンディングパッドの表面を酸化に対して保護する方法を提供する。層又はボンディングパッドの表面が、プラズマで酸化層を除去することによって洗浄される。プラズマ強化堆積プロセスを用いて層の洗浄された表面上にポリマー層が形成され、酸化ガスへの曝露に対し層の洗浄された表面が保護される。
【解決手段】本発明は、半導体デバイス上の銅層又は銅ボンディングパッドの表面を酸化に対して保護する方法を提供する。層又はボンディングパッドの表面が、プラズマで酸化層を除去することによって洗浄される。プラズマ強化堆積プロセスを用いて層の洗浄された表面上にポリマー層が形成され、酸化ガスへの曝露に対し層の洗浄された表面が保護される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には半導体デバイスの製造に関し、特に、半導体チップ、パッケージキャリア及び／又ははんだバンプの表面から酸化物を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「ＩＣ」又はマイクロチップとしても知られる集積回路は、今日構築される実質的に全ての電子デバイスで使用される小型化電子回路である。ＩＣは、通常シリコンから製造されるウェハーに対して描画プロセス、堆積プロセス及び／又はエッチングプロセスによりさまざまな材料（導体及び絶縁体）を積層することによって構築される。ＩＣの素子はフロントエンドオブライン（front−end−of−line）処理によって形成され、バックエンドオブライン（back−end−of−line）処理を用いて、相互接続レベル及び相互接続レベルにおける受動素子が形成される。
【０００３】
ウェハーから切断されたダイは、一般にパッケージキャリア（基板、回路基板又はリードフレーム等）の上に実装され、パッケージキャリアは、ダイからパッケージキャリアの外部への電気的接続を提供する。フリップチップ実装と呼ばれるこうしたパッケージング構成の１つでは、ダイは、はんだボール又ははんだバンプによってパッケージキャリア等の基板上のボンドパッドの対応するアレイに電気的に接続することができる、ボンディングパッドとして知られる導電接点のアレイを含む。通常、はんだバンプは、ダイ及び／又は基板上のボンドパッドに位置合せされ、リフロープロセスを適用することにより、ダイと基板との間にはんだ接合の形態での電気的接続が形成される。フリップチップ実装のプロセスにより、ダイと基板との間に空間又は間隙がもたらされる。
【０００４】
これらの従来のプロセスの多くでは、ボンドパッドを形成するためにアルミニウム又は金が使用されてきた。しかしながら、現在、銅の方が普及しており、それは金に関連したコストが高いため、かつ銅がアルミニウムより優れた導体であるためである。そうは言っても、銅は標準温度及び標準圧力で容易に酸化するため、その使用には困難が伴わなかった訳ではない。酸化した銅の領域は、電流の流れを妨害することにより電気的接続の信頼性を大幅に低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、半導体デバイスの銅表面との電気的接続の信頼性を向上させる製造方法が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の代表的な実施の形態では、半導体デバイスの銅層を保護する方法が提供される。前記層の表面は、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄される。ポリマー層が、プラズマ強化堆積（Plasma−enhanced deposition）プロセスを用いて前記層の前記洗浄された表面上に形成され、酸化ガスへの曝露に対して該層の該洗浄された表面を保護する。
【０００７】
本発明の別の代表的な実施の形態では、ボンディングパッドを有する半導体デバイスを処理する方法であって、前記ボンディングパッドは銅で構成される表面を有する、方法が提供される。前記ボンディングパッドの表面が、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄される。ポリマー層が、プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面上に形成され、酸化ガスへの曝露に対して該ボンディングパッドの該洗浄された表面を保護する。前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面との電気的接続が、形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の原理により半導体デバイスをプラズマ処理するプラズマ処理システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態により半導体デバイスをプラズマ処理する手順プロセスフローを示す概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態により半導体デバイスをプラズマ処理する手順プロセスフローを示す概略図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態により半導体デバイスをプラズマ処理する手順プロセスフローを示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による半導体デバイスのプラズマ処理及びプラズマ処理された半導体デバイスとの電気的接続の確立を示すフローチャートである。
【図４】湿潤剤層が堆積されている図２Ｃのプラズマ処理された半導体デバイスの概略図である。
【図５Ａ】リフロープロセスが施されている半導体デバイスの概略図である。
【図５Ｂ】リフロープロセスが施されている半導体デバイスの概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態により銅ベースのはんだバンプにパッシベーション膜が形成された、図５Ｂのリフロープロセスの後の半導体デバイスの概略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態により洗浄されパッシベーション膜が形成された異なるタイプの銅層を備えた半導体デバイスを示す、図２Ａに類似する概略図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態により洗浄されパッシベーション膜が形成された異なるタイプの銅層を備えた半導体デバイスを示す、図２Ｂに類似する概略図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態により洗浄されパッシベーション膜が形成された異なるタイプの銅層を備えた半導体デバイスを示す、図２Ｃに類似する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明のさまざまな実施形態を例示し、上述した本発明の概略的な説明及び後述する実施形態の詳細な説明とともに、本発明の実施形態を説明する役割を果たす。
【００１０】
図面、特に図１を参照すると、プラズマ処理システム１０が示されており、該プラズマ処理システム１０は、処理空間１４を囲む壁によって構成された処理チャンバー１２を有している。プラズマプロセス中、処理チャンバー１２は、包囲している周囲環境から流体密封封止され、適切な部分真空になるように排気され、処理チャンバー１２には、意図されたプラズマ処理に適切な少なくとも１種のプロセスガスが供給される。真空ポンプ１６を用いて、バルブ付き真空ポート１８を介して処理チャンバー１２の処理空間１４が排気される。真空ポンプ１６は、真空技術の分野における当業者によって理解されるように、排気速度が制御可能な１つ又は複数の真空排気装置を備えることができる。
【００１１】
１種又は複数種のプロセスガスが、プロセスガス源２０から注入口ガスポート２２を通って処理空間１４に、調節された流量で注入される。プロセスガス源２０から処理空間１４へのプロセスガスの流れは、通常、マスフローコントローラー（図示せず）によって計測される。プロセスガス源２０からのガス流量及び真空ポンプ１６のポンプ流量は、必要に応じて、プラズマ発生及び意図された処理プロセスに対して適したプラズマ処理圧力を生成するように調整される。このように、新鮮なプロセスガスが、プラズマが存在するときに処理空間１４に連続的に供給され、基板支持体２６上の基板２４から取り除かれるいかなる使用済みプロセスガス及び／又は揮発性種も除去される。
【００１２】
電源２８が、チャンバー１２の内部にある電極（本明細書では「アンテナ」３０と呼ぶ）に電気的に結合され、かつそれに電力を移送する。電源２８からアンテナ３０に移送される電力は、処理空間１４内に閉じ込められたプロセスガスからプラズマ３２を形成するために有効である。電源２８はまた、基板支持体２６に関連する電極（本明細書では「バイアス電極」３４と呼ぶ）に通電することも可能である。電源２８からバイアス電極３４に移送される電力は、プラズマ３２に対して基板２４に電気的にバイアスを印加し、基板２４のプラズマ処理を促進するために有効である。電源２８は、直流（ＤＣ）バイアス印加を制御する１つ若しくは複数の電源、及び／又は高周波（ＲＦ）電源とすることができ、該高周波（ＲＦ）電源は約４０ｋＨｚと約１３．５６ＭＨｚとの間の周波数で動作し、４０ｋＨｚでは約４０００ワットと約８０００ワットとの間の電力レベル範囲、又は１３．５６ＭＨｚでは３００ワットから２５００ワットとの間の電力レベル範囲で動作する。他の適切な周波数及び電力範囲を使用することも可能である。当業者は、異なる処理チャンバー設計が異なるバイアス電力を可能にするか又は必要とする可能性があることを理解するであろう。プラズマプロセスの制御を容易にするために、プラズマ処理システム１０のさまざまな構成要素にコントローラー（図示せず）が結合されている。
【００１３】
プラズマ処理システム１０は、当業者によって理解される種々の構成を前提とすることができ、したがって、本明細書に記載される例示的な構成に限定されない。例えば、プラズマ３２を、処理チャンバー１２から遠くで発生させ、処理空間１４に送り出すことができる。プラズマ処理システム１０は、図１に示さず、かつ、処理空間１４と真空ポンプ１６との間に配置されたゲートバルブ等、システム１０の動作に必要である可能性のある構成要素を含むことが更に理解される。
【００１４】
図２Ａは、代表的なボンディングパッド４２ａ、４２ｂ等の１つ又は複数のボンディングパッドを有する、シリコンダイ等の基板４０で構成される半導体デバイス３８を示す。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂ又はボンディングパッド４２ａ、４２ｂの最上層は、酸素に曝露されると容易に酸化する銅等の材料の層で構成される。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂのそれぞれの表面４３ａ、４３ｂは、集積回路及び半導体デバイス３８の他の素子との電気的接続を確立するために露出している。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの表面４３ａ、４３ｂを、パッシベーション層４４で部分的に覆うことができる。パッシベーション層４４は、ポリイミド等の電気的絶縁体で構成することができる。
【００１５】
電気的接続を確立するために用いられるボンディングパッド４２ａ、４２ｂの表面４３ａ、４３ｂは、パッシベーション後に部分的に露出したままであるため、半導体デバイス３８が、層４４を形成するために用いられる環境（特に示さないが、図１のプラズマ処理システム１０に類似している場合がある）から取り出され、大気条件に晒されると、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂのそれぞれの表面４３ａ、４３ｂは、露出することで酸化する可能性がある。酸化物４６は、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの上の層として形成され、除去されない場合、ワイヤーボンディング処理又はリフロー処理を妨げる可能性があり、デバイスの信頼性を低下させるように作用する可能性もある。酸化物４６は、酸化した銅の領域を含む場合もあり、その領域は、除去されない場合、電流の流れを妨げることによりボンディングパッド４２ａ、４２ｂとの電気的接続の信頼性を低下させる。
【００１６】
ここで図１及び図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本発明の一実施形態によれば、半導体デバイス３８は、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂから酸化物４６を除去し、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂの再酸化を防止するように処理される。このプロセスを用いて、半導体デバイス３８の他のタイプの銅層を洗浄し保護することができる。
【００１７】
図３Ａは、半導体デバイス３８をプラズマ処理するプロセスフローを示すフローチャート４８である。半導体デバイス３８を処理チャンバー１４の基板支持体２６上に設置することにより、半導体デバイス３８をプラズマ処理システム１０内に装填する（ブロック５０）。半導体デバイス３８のボンディングパッド４２ａ、４２ｂは、図２Ａに示すように酸化物４６で覆われている銅層を構成している。半導体デバイス３８が装填されると、真空ポンプ１６がチャンバー１２を排気し、プロセスガス源２０からプロセスガスが処理空間１４内に導入され、その間、コントローラーが、所望の処理圧力を維持するために真空ポンプ１６の動作及びガス導入を調整する。約０．０２Ｗ／ｃｍ２から約０．６５Ｗ／ｃｍ２の範囲のＲＦ電力が電源２８からアンテナ３０に供給され、それにより、処理空間１４内のプロセスガスが励起されてプラズマ３２になる。
【００１８】
プラズマ３２が着火している間、電源２８は、バイアス電極３４にもＤＣ電力を供給して、プラズマ３２からのイオンの１つ又は複数の種に対し、その時点でバイアスが印可されている半導体デバイス３８に向かうようにバイアスを印加する。プラズマ３２は、酸化物４６を除去することにより、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの表面４３ａ、４３ｂを洗浄する（ブロック５８）。一実施形態では、プロセスガスを、アルゴン（Ａｒ）及び水素（Ｈ２）の混合物とすることができ、そこでは、Ａｒは、スパッタリングによって表面４３ａ、４３ｂ上の酸化物４６を物理的にエッチングし、Ｈは、表面４３ａ、４３ｂ上の酸化物４６を化学的に還元する。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂ、及び酸化層４６がないことを、図２Ｂに示す。
【００１９】
デバイス１０がチャンバー１２内部にある間、チャンバー１２の酸素欠乏環境が、洗浄された表面４３ａ、４３ｂを再酸化から保護する。デバイス１０がチャンバー１２から取り出され、酸素を含む周囲雰囲気環境に曝露されたとき、再酸化に対する保護として、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂ上にポリマー層６１（図４）を形成する（ブロック６２）。ポリマー層６１は、パッシベーション層４４の上にも形成される。
【００２０】
そのために、プラズマに対するプロセスガス流を調整しかつ／又は変更する。例えば、Ｈ２ガスの導入を停止することができ、ポリマー層６１を形成するのに適しているプロセスガスを導入することができる。プロセスガスを、シロキサン、又は一実施形態ではテトラメチルジシロキサン（「ＴＭＤＳＯ」）等のモノマーガスとすることができる。ＴＭＤＳＯを、処理空間１４に流体結合されている別個の蒸発チャンバー（特に示さないが、ガス源２０内に含まれる）に液体ＴＭＤＳＯを供給することによって導入することができる。ＴＭＤＳＯの蒸気圧は２０℃で１１２．５ｍＴｏｒｒであるため、チャンバー１２内部で適切なプロセス圧力が確立されると、ＴＭＤＳＯは、容易に気化し、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で処理空間１４に入る。代替実施形態では、当業者には既知であるようにモノマー蒸気を処理空間１４に搬送するためにキャリアガスを用いることができ、それは、本発明の実施形態と一致しているものと考えられる。チャンバー１２内のプロセス圧力を、ＴＭＤＳＯが導入される際に約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲で維持することができる。
【００２１】
プラズマ３２におけるＴＭＤＳＯは、半導体デバイス３８の表面４３ａ、４３ｂ上にポリマー層６１を形成する。ポリマー層６１の堆積が完了すると（約１０ｎｍから約５００ｎｍの範囲の膜厚）、プロセスガスの導入を停止し、プラズマ処理が終了し、半導体デバイス３８をプラズマ処理システム１０から取り出す（ブロック６４）。ポリマー層６１を構成する材料の厚さ及び／又は組成は、周囲雰囲気環境からの酸素等の酸化ガスの洗浄された表面４３ａ、４３ｂへの拡散を低減するように、かつ好ましくは防止するバリアとして機能するように選択される。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂのそれぞれの露出した表面４３ａ、４３ｂが、この時点で汚染されておらず酸化銅がなく、かつポリマー層６１によってパッシベーション膜が形成されているため、洗浄された表面４３ａ、４３ｂが再酸化に対して保護されているならば、酸化した銅による妨害なしにボンディングを行うことができる。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂを覆っているポリマー層６１は図２Ｃで明らかである。
【００２２】
ここで図４を参照するとともに依然として図３Ａを参照すると、別の処理ステップに備えてポリマー層６１の表面上に湿潤剤７０を堆積させることができる（ブロック６６）。しかしながら、ポリマー層６１の表面の接触角が、特定の湿潤剤層の半導体デバイス３８上への均一な堆積をもたらすのには大きすぎる場合がある。したがって、フラックス等の湿潤剤が望まれる場合（ブロック６６の「はい」分岐）、ポリマー層６１の表面を、接触角を（約８０°〜約９０°の範囲まで）低減し、湿潤剤７０に対して表面を準備するように改質することができる。特に示さないが、この改質を、ポリマー層の表面が酸化するプラズマ強化プロセスによって行うことができる。一実施形態によれば、プロセスガス流を再度調整しかつ／又は変更する。特に、プロセスガス流の調整又は変更は、ＴＭＤＳＯモノマーの導入を停止させることと、ポリマー層６１を除去するか又は表面４３ａ、４３ｂを露出させることなく、少なくとも部分的にポリマー層６１の露出した表面を酸化させ接触角度を低減するプラズマを発生させる目的で、酸素（Ｏ２）を導入することとを含むことができる。そして、ポリマー層６１の表面上に湿潤剤７０を堆積させることができる（ブロック６８）。湿潤剤７０を、参照により開示内容が全て本明細書に援用される、２００８年１０月２８日に発行され「Rechargeable Dispensing Head」と題する米国特許第７，４４１，５６８号に記載されているもののような液体分配装置によって堆積させることができる。湿潤剤７０が必要とされないか又は望まれない場合、プロセスは堆積ステップなしに続行することができる（ブロック６６の「いいえ」分岐）。
【００２３】
次いで、半導体デバイス３８は、要求に応じて、ポリマー層６１を通って洗浄された表面４３ａ、４３ｂまで延在する電気的接続を提供する取付プロセスの用意ができている。したがって、取付プロセスのタイプを決定する（図３Ａのブロック７２）。単に例示の目的で、図５Ａ及び図５Ｂに関連して、フリップチップタイプの取付プロセスについて説明しかつ図示する（図３Ａのブロック７２の「Ａ」分岐）。フリップチップ取付プロセスは、限定されないが、熱圧着接合プロセス又は熱接合プロセスを含む。いずれの場合も、図示するように、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを支持しているモールドトレイ（図示せず）が、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂそれぞれに位置合せされる。はんだバンプ７６ａ、７６ｂは、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂと位置合せされ、図５Ａに示すように半導体デバイス３８上に送られる。湿潤剤組成によって決まるが、通常約２００℃から約３００℃の範囲である、十分な圧力及び温度により、図５Ｂに示すように、湿潤剤７０は、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの領域において消散し、ポリマー層６１は分解し、はんだバンプ７６ａ、７６ｂは、リフローしてそれぞれのボンディングパッド４２ａ、４２ｂと接触する（ブロック７４）。層がないため、はんだバンプ７６ａ、７６ｂとボンディングパッド４２ａ、４２ｂとの間の電気的接続の信頼性が大幅に向上する。
【００２４】
代替的に、はんだバンプ７６ａ、７６ｂの使用に依存しないワイヤボンディングプロセスに進むことができる（図３Ａのブロック７２の「Ｂ」分岐）。特に図示しないが、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂ上へのワイヤのボンディングを、一般に当業者に既知である方法で、かつ上記説明に一致する方法で行うことができる（図３Ａのブロック８０）。特に、はんだ付けプロセス又は溶接プロセスに関連する熱及び圧力により、ポリマー層６１は、接点形成領域において分解する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを、銅又は銅合金から構成することができる。したがって、はんだバンプ７６ａ、７６ｂの露出した表面７７ａ、７７ｂが、上述したボンディングパッド４２ａ、４２ｂ（図２Ａ）の酸化と同様に酸化する可能性がある。したがって、図５Ｂの半導体デバイス３８を、本発明の１つ又は複数の実施形態に一致する方法で、酸化物を除去しポリマー層を施すようにプラズマ処理することができる。例えば、半導体デバイス３８を、プラズマ処理システム１０（図１）内に装填し、図５Ｃに示すように、酸化物を除去しはんだバンプ７６ａ、７６ｂの表面７７ａ、７７ｂを洗浄し、はんだバンプ７６ａ、７６ｂの表面７７ａ、７７ｂ上に第２のポリマー層８２を堆積させるように、プラズマ処理することができる。第２のポリマー層８２は、プラズマ処理システム１０からの取り除いた後のはんだバンプ７６ａ、７６ｂのそれぞれの表面７７ａ、７７ｂの再酸化を防止し、更なる処理が望まれるまではんだバンプ７６ａ、７６ｂの完全性を維持する。
【００２６】
代表的な実施形態は、半導体デバイス３８としてフロントエンドオブライン処理及びバックエンドオブライン処理後のダイに関するが、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂとは異なる構成の銅層又は銅ボンディングパッドを洗浄しそれにパッシベーション膜を形成するか、又は図２Ａ〜図２Ｃに示す半導体デバイス３８とは異なるタイプの半導体デバイス上の銅層又は銅ボンディングパッドを洗浄しそれにパッシベージョン膜を形成する、洗浄及びパッシベーションプロセスを用いることができる。
【００２７】
半導体デバイス３８を構成するダイは、通常、リードフレーム又はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）等の基板に接合され、それもまた、ダイのボンディングパッド４２ａ、４２ｂと相補的なボンディングパッドの上に銅層を有する可能性がある。デバイス３８に対して上述した洗浄及びパッシベーションプロセスを用いて、その基板上の銅層又は銅ボンディングパッドを洗浄しそれにパッシベーション膜を形成することも可能である。代替的に、デバイス３８に対して上述したように、基板上の銅層又は銅ボンディングパッドのみを洗浄しそれにパッシベージョン膜を形成することができる。
【００２８】
はんだバンプ７６ａ、７６ｂを、ダイ上の銅層又はボンディングパッドのみに、基板上の銅層又はボンディングパッドのみに、又はダイ上の銅層又はボンディングパッドと基板上の銅層又はボンディングパッドとの両方に施すことができる。各場合において、本明細書に記載したように、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを、ダイ及び／又は基板へ施した後に洗浄しそれらに対しパッシベーション膜を形成することができる。
【００２９】
構成の変形の一例として、かつ図６Ａを参照して、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂを、本明細書に記載したように洗浄される表面４３ａ、４３ｂを有するピラーとして成形することができる。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂとしての役割を果たす洗浄されたピラーを、これも本明細書に記載したように、ポリマー層６１によって被覆することができる。洗浄されパッシベーション膜が形成されたボンディングパッド４２ａ、４２ｂを使用することにより、相補的な半導体デバイス（例えばリードフレーム）がはんだバンプを支持する組立体を形成することができる。代替的に、図６Ｂに示すように、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを洗浄されパッシベーション膜が形成されたボンディングパッド４２ａ、４２ｂに施すことができる。はんだバンプ７６ａ、７６ｂの表面７７ａ、７７ｂも、本明細書に記載したようにかつ図６Ｃに示すように洗浄しそれらにパッシベーション膜を形成することができる。
【００３０】
本明細書で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明する目的のものであり、本発明を限定するようには意図されていない。本明細書で用いる数を特定しない表記（"ａ","ａn" and "the"）は、文脈が明らかに示さない限り、複数も同様に含むように意図されている。用語「具備する、備える（comprises）」及び／又は「具備している、備えている（comprising）」は、本明細書で用いられる場合、述べられている特徴、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ若しくは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの群の存在若しくは追加を排除するものではないことが更に理解されよう。更に、詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかにおいて用語「含む（include）」、「有している（having）」、「有する（has）」、「備える（with）」、「から構成される（composed of）」又はそれらの変形が使用される限りでは、こうした用語は、「具備している、備えている（comprising）」と同様に包括的であることが意図されている。
【００３１】
要素が、別の要素に「接続され」ているか又は別の要素と「結合され」ていると述べられている場合、その要素を、他方の要素に直接接続又は結合することができ、又は、代りに、１つ又は複数の介在する要素が存在する可能性があることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続され」ているか又は「直接結合され」ていると述べられている場合、介在する要素は存在しない。要素が別の要素に「間接的に接続され」ているか又は「間接的に結合され」ていると述べられている場合、少なくとも１つの介在する要素が存在する。
【００３２】
本明細書における「垂直の」、「水平の」等という用語は、例として言及するものであり、限定としてではなく、準拠枠を確立するために言及している。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなくさまざまな他の準拠枠を採用することができることが理解される。
【００３３】
本発明をさまざまな実施形態の説明によって例示し、これらの実施形態をかなり詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をこうした詳細に制限し又は多少なりとも限定することは本出願人の意図するところではない。当業者には、追加の利点及び変更が容易に明らかとなろう。したがって、本発明は、そのより広い態様において、特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに図示し説明した例示的な例に限定されない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には半導体デバイスの製造に関し、特に、半導体チップ、パッケージキャリア及び／又ははんだバンプの表面から酸化物を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「ＩＣ」又はマイクロチップとしても知られる集積回路は、今日構築される実質的に全ての電子デバイスで使用される小型化電子回路である。ＩＣは、通常シリコンから製造されるウェハーに対して描画プロセス、堆積プロセス及び／又はエッチングプロセスによりさまざまな材料（導体及び絶縁体）を積層することによって構築される。ＩＣの素子はフロントエンドオブライン（front−end−of−line）処理によって形成され、バックエンドオブライン（back−end−of−line）処理を用いて、相互接続レベル及び相互接続レベルにおける受動素子が形成される。
【０００３】
ウェハーから切断されたダイは、一般にパッケージキャリア（基板、回路基板又はリードフレーム等）の上に実装され、パッケージキャリアは、ダイからパッケージキャリアの外部への電気的接続を提供する。フリップチップ実装と呼ばれるこうしたパッケージング構成の１つでは、ダイは、はんだボール又ははんだバンプによってパッケージキャリア等の基板上のボンドパッドの対応するアレイに電気的に接続することができる、ボンディングパッドとして知られる導電接点のアレイを含む。通常、はんだバンプは、ダイ及び／又は基板上のボンドパッドに位置合せされ、リフロープロセスを適用することにより、ダイと基板との間にはんだ接合の形態での電気的接続が形成される。フリップチップ実装のプロセスにより、ダイと基板との間に空間又は間隙がもたらされる。
【０００４】
これらの従来のプロセスの多くでは、ボンドパッドを形成するためにアルミニウム又は金が使用されてきた。しかしながら、現在、銅の方が普及しており、それは金に関連したコストが高いため、かつ銅がアルミニウムより優れた導体であるためである。そうは言っても、銅は標準温度及び標準圧力で容易に酸化するため、その使用には困難が伴わなかった訳ではない。酸化した銅の領域は、電流の流れを妨害することにより電気的接続の信頼性を大幅に低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、半導体デバイスの銅表面との電気的接続の信頼性を向上させる製造方法が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の代表的な実施の形態では、半導体デバイスの銅層を保護する方法が提供される。前記層の表面は、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄される。ポリマー層が、プラズマ強化堆積（Plasma−enhanced deposition）プロセスを用いて前記層の前記洗浄された表面上に形成され、酸化ガスへの曝露に対して該層の該洗浄された表面を保護する。
【０００７】
本発明の別の代表的な実施の形態では、ボンディングパッドを有する半導体デバイスを処理する方法であって、前記ボンディングパッドは銅で構成される表面を有する、方法が提供される。前記ボンディングパッドの表面が、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄される。ポリマー層が、プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面上に形成され、酸化ガスへの曝露に対して該ボンディングパッドの該洗浄された表面を保護する。前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面との電気的接続が、形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の原理により半導体デバイスをプラズマ処理するプラズマ処理システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態により半導体デバイスをプラズマ処理する手順プロセスフローを示す概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態により半導体デバイスをプラズマ処理する手順プロセスフローを示す概略図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態により半導体デバイスをプラズマ処理する手順プロセスフローを示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による半導体デバイスのプラズマ処理及びプラズマ処理された半導体デバイスとの電気的接続の確立を示すフローチャートである。
【図４】湿潤剤層が堆積されている図２Ｃのプラズマ処理された半導体デバイスの概略図である。
【図５Ａ】リフロープロセスが施されている半導体デバイスの概略図である。
【図５Ｂ】リフロープロセスが施されている半導体デバイスの概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態により銅ベースのはんだバンプにパッシベーション膜が形成された、図５Ｂのリフロープロセスの後の半導体デバイスの概略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態により洗浄されパッシベーション膜が形成された異なるタイプの銅層を備えた半導体デバイスを示す、図２Ａに類似する概略図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態により洗浄されパッシベーション膜が形成された異なるタイプの銅層を備えた半導体デバイスを示す、図２Ｂに類似する概略図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態により洗浄されパッシベーション膜が形成された異なるタイプの銅層を備えた半導体デバイスを示す、図２Ｃに類似する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に組み込まれるとともに本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明のさまざまな実施形態を例示し、上述した本発明の概略的な説明及び後述する実施形態の詳細な説明とともに、本発明の実施形態を説明する役割を果たす。
【００１０】
図面、特に図１を参照すると、プラズマ処理システム１０が示されており、該プラズマ処理システム１０は、処理空間１４を囲む壁によって構成された処理チャンバー１２を有している。プラズマプロセス中、処理チャンバー１２は、包囲している周囲環境から流体密封封止され、適切な部分真空になるように排気され、処理チャンバー１２には、意図されたプラズマ処理に適切な少なくとも１種のプロセスガスが供給される。真空ポンプ１６を用いて、バルブ付き真空ポート１８を介して処理チャンバー１２の処理空間１４が排気される。真空ポンプ１６は、真空技術の分野における当業者によって理解されるように、排気速度が制御可能な１つ又は複数の真空排気装置を備えることができる。
【００１１】
１種又は複数種のプロセスガスが、プロセスガス源２０から注入口ガスポート２２を通って処理空間１４に、調節された流量で注入される。プロセスガス源２０から処理空間１４へのプロセスガスの流れは、通常、マスフローコントローラー（図示せず）によって計測される。プロセスガス源２０からのガス流量及び真空ポンプ１６のポンプ流量は、必要に応じて、プラズマ発生及び意図された処理プロセスに対して適したプラズマ処理圧力を生成するように調整される。このように、新鮮なプロセスガスが、プラズマが存在するときに処理空間１４に連続的に供給され、基板支持体２６上の基板２４から取り除かれるいかなる使用済みプロセスガス及び／又は揮発性種も除去される。
【００１２】
電源２８が、チャンバー１２の内部にある電極（本明細書では「アンテナ」３０と呼ぶ）に電気的に結合され、かつそれに電力を移送する。電源２８からアンテナ３０に移送される電力は、処理空間１４内に閉じ込められたプロセスガスからプラズマ３２を形成するために有効である。電源２８はまた、基板支持体２６に関連する電極（本明細書では「バイアス電極」３４と呼ぶ）に通電することも可能である。電源２８からバイアス電極３４に移送される電力は、プラズマ３２に対して基板２４に電気的にバイアスを印加し、基板２４のプラズマ処理を促進するために有効である。電源２８は、直流（ＤＣ）バイアス印加を制御する１つ若しくは複数の電源、及び／又は高周波（ＲＦ）電源とすることができ、該高周波（ＲＦ）電源は約４０ｋＨｚと約１３．５６ＭＨｚとの間の周波数で動作し、４０ｋＨｚでは約４０００ワットと約８０００ワットとの間の電力レベル範囲、又は１３．５６ＭＨｚでは３００ワットから２５００ワットとの間の電力レベル範囲で動作する。他の適切な周波数及び電力範囲を使用することも可能である。当業者は、異なる処理チャンバー設計が異なるバイアス電力を可能にするか又は必要とする可能性があることを理解するであろう。プラズマプロセスの制御を容易にするために、プラズマ処理システム１０のさまざまな構成要素にコントローラー（図示せず）が結合されている。
【００１３】
プラズマ処理システム１０は、当業者によって理解される種々の構成を前提とすることができ、したがって、本明細書に記載される例示的な構成に限定されない。例えば、プラズマ３２を、処理チャンバー１２から遠くで発生させ、処理空間１４に送り出すことができる。プラズマ処理システム１０は、図１に示さず、かつ、処理空間１４と真空ポンプ１６との間に配置されたゲートバルブ等、システム１０の動作に必要である可能性のある構成要素を含むことが更に理解される。
【００１４】
図２Ａは、代表的なボンディングパッド４２ａ、４２ｂ等の１つ又は複数のボンディングパッドを有する、シリコンダイ等の基板４０で構成される半導体デバイス３８を示す。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂ又はボンディングパッド４２ａ、４２ｂの最上層は、酸素に曝露されると容易に酸化する銅等の材料の層で構成される。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂのそれぞれの表面４３ａ、４３ｂは、集積回路及び半導体デバイス３８の他の素子との電気的接続を確立するために露出している。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの表面４３ａ、４３ｂを、パッシベーション層４４で部分的に覆うことができる。パッシベーション層４４は、ポリイミド等の電気的絶縁体で構成することができる。
【００１５】
電気的接続を確立するために用いられるボンディングパッド４２ａ、４２ｂの表面４３ａ、４３ｂは、パッシベーション後に部分的に露出したままであるため、半導体デバイス３８が、層４４を形成するために用いられる環境（特に示さないが、図１のプラズマ処理システム１０に類似している場合がある）から取り出され、大気条件に晒されると、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂのそれぞれの表面４３ａ、４３ｂは、露出することで酸化する可能性がある。酸化物４６は、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの上の層として形成され、除去されない場合、ワイヤーボンディング処理又はリフロー処理を妨げる可能性があり、デバイスの信頼性を低下させるように作用する可能性もある。酸化物４６は、酸化した銅の領域を含む場合もあり、その領域は、除去されない場合、電流の流れを妨げることによりボンディングパッド４２ａ、４２ｂとの電気的接続の信頼性を低下させる。
【００１６】
ここで図１及び図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本発明の一実施形態によれば、半導体デバイス３８は、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂから酸化物４６を除去し、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂの再酸化を防止するように処理される。このプロセスを用いて、半導体デバイス３８の他のタイプの銅層を洗浄し保護することができる。
【００１７】
図３Ａは、半導体デバイス３８をプラズマ処理するプロセスフローを示すフローチャート４８である。半導体デバイス３８を処理チャンバー１４の基板支持体２６上に設置することにより、半導体デバイス３８をプラズマ処理システム１０内に装填する（ブロック５０）。半導体デバイス３８のボンディングパッド４２ａ、４２ｂは、図２Ａに示すように酸化物４６で覆われている銅層を構成している。半導体デバイス３８が装填されると、真空ポンプ１６がチャンバー１２を排気し、プロセスガス源２０からプロセスガスが処理空間１４内に導入され、その間、コントローラーが、所望の処理圧力を維持するために真空ポンプ１６の動作及びガス導入を調整する。約０．０２Ｗ／ｃｍ２から約０．６５Ｗ／ｃｍ２の範囲のＲＦ電力が電源２８からアンテナ３０に供給され、それにより、処理空間１４内のプロセスガスが励起されてプラズマ３２になる。
【００１８】
プラズマ３２が着火している間、電源２８は、バイアス電極３４にもＤＣ電力を供給して、プラズマ３２からのイオンの１つ又は複数の種に対し、その時点でバイアスが印可されている半導体デバイス３８に向かうようにバイアスを印加する。プラズマ３２は、酸化物４６を除去することにより、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの表面４３ａ、４３ｂを洗浄する（ブロック５８）。一実施形態では、プロセスガスを、アルゴン（Ａｒ）及び水素（Ｈ２）の混合物とすることができ、そこでは、Ａｒは、スパッタリングによって表面４３ａ、４３ｂ上の酸化物４６を物理的にエッチングし、Ｈは、表面４３ａ、４３ｂ上の酸化物４６を化学的に還元する。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂ、及び酸化層４６がないことを、図２Ｂに示す。
【００１９】
デバイス１０がチャンバー１２内部にある間、チャンバー１２の酸素欠乏環境が、洗浄された表面４３ａ、４３ｂを再酸化から保護する。デバイス１０がチャンバー１２から取り出され、酸素を含む周囲雰囲気環境に曝露されたとき、再酸化に対する保護として、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂ上にポリマー層６１（図４）を形成する（ブロック６２）。ポリマー層６１は、パッシベーション層４４の上にも形成される。
【００２０】
そのために、プラズマに対するプロセスガス流を調整しかつ／又は変更する。例えば、Ｈ２ガスの導入を停止することができ、ポリマー層６１を形成するのに適しているプロセスガスを導入することができる。プロセスガスを、シロキサン、又は一実施形態ではテトラメチルジシロキサン（「ＴＭＤＳＯ」）等のモノマーガスとすることができる。ＴＭＤＳＯを、処理空間１４に流体結合されている別個の蒸発チャンバー（特に示さないが、ガス源２０内に含まれる）に液体ＴＭＤＳＯを供給することによって導入することができる。ＴＭＤＳＯの蒸気圧は２０℃で１１２．５ｍＴｏｒｒであるため、チャンバー１２内部で適切なプロセス圧力が確立されると、ＴＭＤＳＯは、容易に気化し、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で処理空間１４に入る。代替実施形態では、当業者には既知であるようにモノマー蒸気を処理空間１４に搬送するためにキャリアガスを用いることができ、それは、本発明の実施形態と一致しているものと考えられる。チャンバー１２内のプロセス圧力を、ＴＭＤＳＯが導入される際に約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲で維持することができる。
【００２１】
プラズマ３２におけるＴＭＤＳＯは、半導体デバイス３８の表面４３ａ、４３ｂ上にポリマー層６１を形成する。ポリマー層６１の堆積が完了すると（約１０ｎｍから約５００ｎｍの範囲の膜厚）、プロセスガスの導入を停止し、プラズマ処理が終了し、半導体デバイス３８をプラズマ処理システム１０から取り出す（ブロック６４）。ポリマー層６１を構成する材料の厚さ及び／又は組成は、周囲雰囲気環境からの酸素等の酸化ガスの洗浄された表面４３ａ、４３ｂへの拡散を低減するように、かつ好ましくは防止するバリアとして機能するように選択される。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂのそれぞれの露出した表面４３ａ、４３ｂが、この時点で汚染されておらず酸化銅がなく、かつポリマー層６１によってパッシベーション膜が形成されているため、洗浄された表面４３ａ、４３ｂが再酸化に対して保護されているならば、酸化した銅による妨害なしにボンディングを行うことができる。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの洗浄された表面４３ａ、４３ｂを覆っているポリマー層６１は図２Ｃで明らかである。
【００２２】
ここで図４を参照するとともに依然として図３Ａを参照すると、別の処理ステップに備えてポリマー層６１の表面上に湿潤剤７０を堆積させることができる（ブロック６６）。しかしながら、ポリマー層６１の表面の接触角が、特定の湿潤剤層の半導体デバイス３８上への均一な堆積をもたらすのには大きすぎる場合がある。したがって、フラックス等の湿潤剤が望まれる場合（ブロック６６の「はい」分岐）、ポリマー層６１の表面を、接触角を（約８０°〜約９０°の範囲まで）低減し、湿潤剤７０に対して表面を準備するように改質することができる。特に示さないが、この改質を、ポリマー層の表面が酸化するプラズマ強化プロセスによって行うことができる。一実施形態によれば、プロセスガス流を再度調整しかつ／又は変更する。特に、プロセスガス流の調整又は変更は、ＴＭＤＳＯモノマーの導入を停止させることと、ポリマー層６１を除去するか又は表面４３ａ、４３ｂを露出させることなく、少なくとも部分的にポリマー層６１の露出した表面を酸化させ接触角度を低減するプラズマを発生させる目的で、酸素（Ｏ２）を導入することとを含むことができる。そして、ポリマー層６１の表面上に湿潤剤７０を堆積させることができる（ブロック６８）。湿潤剤７０を、参照により開示内容が全て本明細書に援用される、２００８年１０月２８日に発行され「Rechargeable Dispensing Head」と題する米国特許第７，４４１，５６８号に記載されているもののような液体分配装置によって堆積させることができる。湿潤剤７０が必要とされないか又は望まれない場合、プロセスは堆積ステップなしに続行することができる（ブロック６６の「いいえ」分岐）。
【００２３】
次いで、半導体デバイス３８は、要求に応じて、ポリマー層６１を通って洗浄された表面４３ａ、４３ｂまで延在する電気的接続を提供する取付プロセスの用意ができている。したがって、取付プロセスのタイプを決定する（図３Ａのブロック７２）。単に例示の目的で、図５Ａ及び図５Ｂに関連して、フリップチップタイプの取付プロセスについて説明しかつ図示する（図３Ａのブロック７２の「Ａ」分岐）。フリップチップ取付プロセスは、限定されないが、熱圧着接合プロセス又は熱接合プロセスを含む。いずれの場合も、図示するように、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを支持しているモールドトレイ（図示せず）が、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂそれぞれに位置合せされる。はんだバンプ７６ａ、７６ｂは、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂと位置合せされ、図５Ａに示すように半導体デバイス３８上に送られる。湿潤剤組成によって決まるが、通常約２００℃から約３００℃の範囲である、十分な圧力及び温度により、図５Ｂに示すように、湿潤剤７０は、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂの領域において消散し、ポリマー層６１は分解し、はんだバンプ７６ａ、７６ｂは、リフローしてそれぞれのボンディングパッド４２ａ、４２ｂと接触する（ブロック７４）。層がないため、はんだバンプ７６ａ、７６ｂとボンディングパッド４２ａ、４２ｂとの間の電気的接続の信頼性が大幅に向上する。
【００２４】
代替的に、はんだバンプ７６ａ、７６ｂの使用に依存しないワイヤボンディングプロセスに進むことができる（図３Ａのブロック７２の「Ｂ」分岐）。特に図示しないが、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂ上へのワイヤのボンディングを、一般に当業者に既知である方法で、かつ上記説明に一致する方法で行うことができる（図３Ａのブロック８０）。特に、はんだ付けプロセス又は溶接プロセスに関連する熱及び圧力により、ポリマー層６１は、接点形成領域において分解する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを、銅又は銅合金から構成することができる。したがって、はんだバンプ７６ａ、７６ｂの露出した表面７７ａ、７７ｂが、上述したボンディングパッド４２ａ、４２ｂ（図２Ａ）の酸化と同様に酸化する可能性がある。したがって、図５Ｂの半導体デバイス３８を、本発明の１つ又は複数の実施形態に一致する方法で、酸化物を除去しポリマー層を施すようにプラズマ処理することができる。例えば、半導体デバイス３８を、プラズマ処理システム１０（図１）内に装填し、図５Ｃに示すように、酸化物を除去しはんだバンプ７６ａ、７６ｂの表面７７ａ、７７ｂを洗浄し、はんだバンプ７６ａ、７６ｂの表面７７ａ、７７ｂ上に第２のポリマー層８２を堆積させるように、プラズマ処理することができる。第２のポリマー層８２は、プラズマ処理システム１０からの取り除いた後のはんだバンプ７６ａ、７６ｂのそれぞれの表面７７ａ、７７ｂの再酸化を防止し、更なる処理が望まれるまではんだバンプ７６ａ、７６ｂの完全性を維持する。
【００２６】
代表的な実施形態は、半導体デバイス３８としてフロントエンドオブライン処理及びバックエンドオブライン処理後のダイに関するが、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂとは異なる構成の銅層又は銅ボンディングパッドを洗浄しそれにパッシベーション膜を形成するか、又は図２Ａ〜図２Ｃに示す半導体デバイス３８とは異なるタイプの半導体デバイス上の銅層又は銅ボンディングパッドを洗浄しそれにパッシベージョン膜を形成する、洗浄及びパッシベーションプロセスを用いることができる。
【００２７】
半導体デバイス３８を構成するダイは、通常、リードフレーム又はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）等の基板に接合され、それもまた、ダイのボンディングパッド４２ａ、４２ｂと相補的なボンディングパッドの上に銅層を有する可能性がある。デバイス３８に対して上述した洗浄及びパッシベーションプロセスを用いて、その基板上の銅層又は銅ボンディングパッドを洗浄しそれにパッシベーション膜を形成することも可能である。代替的に、デバイス３８に対して上述したように、基板上の銅層又は銅ボンディングパッドのみを洗浄しそれにパッシベージョン膜を形成することができる。
【００２８】
はんだバンプ７６ａ、７６ｂを、ダイ上の銅層又はボンディングパッドのみに、基板上の銅層又はボンディングパッドのみに、又はダイ上の銅層又はボンディングパッドと基板上の銅層又はボンディングパッドとの両方に施すことができる。各場合において、本明細書に記載したように、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを、ダイ及び／又は基板へ施した後に洗浄しそれらに対しパッシベーション膜を形成することができる。
【００２９】
構成の変形の一例として、かつ図６Ａを参照して、ボンディングパッド４２ａ、４２ｂを、本明細書に記載したように洗浄される表面４３ａ、４３ｂを有するピラーとして成形することができる。ボンディングパッド４２ａ、４２ｂとしての役割を果たす洗浄されたピラーを、これも本明細書に記載したように、ポリマー層６１によって被覆することができる。洗浄されパッシベーション膜が形成されたボンディングパッド４２ａ、４２ｂを使用することにより、相補的な半導体デバイス（例えばリードフレーム）がはんだバンプを支持する組立体を形成することができる。代替的に、図６Ｂに示すように、はんだバンプ７６ａ、７６ｂを洗浄されパッシベーション膜が形成されたボンディングパッド４２ａ、４２ｂに施すことができる。はんだバンプ７６ａ、７６ｂの表面７７ａ、７７ｂも、本明細書に記載したようにかつ図６Ｃに示すように洗浄しそれらにパッシベーション膜を形成することができる。
【００３０】
本明細書で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明する目的のものであり、本発明を限定するようには意図されていない。本明細書で用いる数を特定しない表記（"ａ","ａn" and "the"）は、文脈が明らかに示さない限り、複数も同様に含むように意図されている。用語「具備する、備える（comprises）」及び／又は「具備している、備えている（comprising）」は、本明細書で用いられる場合、述べられている特徴、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ若しくは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの群の存在若しくは追加を排除するものではないことが更に理解されよう。更に、詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかにおいて用語「含む（include）」、「有している（having）」、「有する（has）」、「備える（with）」、「から構成される（composed of）」又はそれらの変形が使用される限りでは、こうした用語は、「具備している、備えている（comprising）」と同様に包括的であることが意図されている。
【００３１】
要素が、別の要素に「接続され」ているか又は別の要素と「結合され」ていると述べられている場合、その要素を、他方の要素に直接接続又は結合することができ、又は、代りに、１つ又は複数の介在する要素が存在する可能性があることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続され」ているか又は「直接結合され」ていると述べられている場合、介在する要素は存在しない。要素が別の要素に「間接的に接続され」ているか又は「間接的に結合され」ていると述べられている場合、少なくとも１つの介在する要素が存在する。
【００３２】
本明細書における「垂直の」、「水平の」等という用語は、例として言及するものであり、限定としてではなく、準拠枠を確立するために言及している。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなくさまざまな他の準拠枠を採用することができることが理解される。
【００３３】
本発明をさまざまな実施形態の説明によって例示し、これらの実施形態をかなり詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をこうした詳細に制限し又は多少なりとも限定することは本出願人の意図するところではない。当業者には、追加の利点及び変更が容易に明らかとなろう。したがって、本発明は、そのより広い態様において、特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに図示し説明した例示的な例に限定されない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの銅層を保護する方法であって、
前記層の表面を、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄することと、
プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記層の前記洗浄された表面上にポリマー層を形成することであって、酸化ガスへの曝露に対して該層の該洗浄された表面を保護する、形成することと、
を含む、半導体デバイスの銅層を保護する方法。
【請求項２】
前記表面が洗浄された後であって、前記ポリマー層が形成される前に、前記洗浄された表面の酸化を防止するように、該洗浄された表面を酸素欠乏環境で維持すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマー層は、前記プラズマ強化堆積プロセスにおいてシロキサンモノマーを用いて形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記シロキサンモノマーはテトラメチルジシロキサンである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シロキサンモノマーは、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され、前記プラズマ強化堆積用のプロセス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ボンディングパッドを有する半導体デバイスを処理する方法であって、前記ボンディングパッドは銅で構成される表面を有し、
前記ボンディングパッドの表面を、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄することと、
プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面上にポリマー層を形成することであって、酸化ガスへの曝露に対して該ボンディングパッドの該洗浄された表面を保護する、形成することと、
前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面との電気的接続を形成することと、
を含む、ボンディングパッドを有する半導体デバイスを処理する方法。
【請求項７】
前記ボンディングパッドの前記表面が洗浄された後であって、前記ポリマー層が形成される前に、前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面の酸化を防止するように、該洗浄された表面を酸素欠乏環境で維持すること、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリマー層は、前記プラズマ強化堆積プロセスにおいてシロキサンモノマーを用いて形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シロキサンモノマーはテトラメチルジシロキサンである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シロキサンモノマーは、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され、前記プラズマ強化堆積用のプロセス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記銅含有ボンディングパッドとの前記電気的接続を形成することは、
前記ボンディングパッドに銅を含むはんだバンプを付着させることと、
前記はんだバンプの外面を、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄することと、
プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記はんだバンプの洗浄された外面上にポリマー層を形成することであって、酸化ガスへの曝露に対して前記はんだバンプの前記洗浄された外面を保護する、形成することと、
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記はんだバンプの前記外面が洗浄された後であって、前記はんだバンプの前記洗浄された外面上に前記ポリマー層が形成される前に、該はんだバンプの該洗浄された外面の酸化を防止するように、該洗浄された外面を酸素欠乏環境で維持すること、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマー層は、前記プラズマ強化堆積プロセスにおいて前記はんだバンプの前記洗浄された外面上にシロキサンモノマーを用いて形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シロキサンモノマーはテトラメチルジシロキサンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記シロキサンモノマーは、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され、前記プラズマ強化堆積用のプロセス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気的接続は、前記ポリマー層を通って前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面まで延在する、請求項６に記載の方法。
【請求項１】
半導体デバイスの銅層を保護する方法であって、
前記層の表面を、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄することと、
プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記層の前記洗浄された表面上にポリマー層を形成することであって、酸化ガスへの曝露に対して該層の該洗浄された表面を保護する、形成することと、
を含む、半導体デバイスの銅層を保護する方法。
【請求項２】
前記表面が洗浄された後であって、前記ポリマー層が形成される前に、前記洗浄された表面の酸化を防止するように、該洗浄された表面を酸素欠乏環境で維持すること、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマー層は、前記プラズマ強化堆積プロセスにおいてシロキサンモノマーを用いて形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記シロキサンモノマーはテトラメチルジシロキサンである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シロキサンモノマーは、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され、前記プラズマ強化堆積用のプロセス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ボンディングパッドを有する半導体デバイスを処理する方法であって、前記ボンディングパッドは銅で構成される表面を有し、
前記ボンディングパッドの表面を、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄することと、
プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面上にポリマー層を形成することであって、酸化ガスへの曝露に対して該ボンディングパッドの該洗浄された表面を保護する、形成することと、
前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面との電気的接続を形成することと、
を含む、ボンディングパッドを有する半導体デバイスを処理する方法。
【請求項７】
前記ボンディングパッドの前記表面が洗浄された後であって、前記ポリマー層が形成される前に、前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面の酸化を防止するように、該洗浄された表面を酸素欠乏環境で維持すること、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリマー層は、前記プラズマ強化堆積プロセスにおいてシロキサンモノマーを用いて形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シロキサンモノマーはテトラメチルジシロキサンである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シロキサンモノマーは、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され、前記プラズマ強化堆積用のプロセス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記銅含有ボンディングパッドとの前記電気的接続を形成することは、
前記ボンディングパッドに銅を含むはんだバンプを付着させることと、
前記はんだバンプの外面を、酸化層をプラズマで除去することにより洗浄することと、
プラズマ強化堆積プロセスを用いて前記はんだバンプの洗浄された外面上にポリマー層を形成することであって、酸化ガスへの曝露に対して前記はんだバンプの前記洗浄された外面を保護する、形成することと、
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記はんだバンプの前記外面が洗浄された後であって、前記はんだバンプの前記洗浄された外面上に前記ポリマー層が形成される前に、該はんだバンプの該洗浄された外面の酸化を防止するように、該洗浄された外面を酸素欠乏環境で維持すること、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマー層は、前記プラズマ強化堆積プロセスにおいて前記はんだバンプの前記洗浄された外面上にシロキサンモノマーを用いて形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記シロキサンモノマーはテトラメチルジシロキサンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記シロキサンモノマーは、約１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され、前記プラズマ強化堆積用のプロセス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの範囲である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気的接続は、前記ポリマー層を通って前記ボンディングパッドの前記洗浄された表面まで延在する、請求項６に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【公開番号】特開２０１２−１６９６２３（Ｐ２０１２−１６９６２３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２７０１３（Ｐ２０１２−２７０１３）
【出願日】平成２４年２月１０日（２０１２．２．１０）
【出願人】（３９１０１９１２０）ノードソン コーポレーション (150)
【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＤＳＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２７０１３（Ｐ２０１２−２７０１３）
【出願日】平成２４年２月１０日（２０１２．２．１０）
【出願人】（３９１０１９１２０）ノードソン コーポレーション (150)
【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＤＳＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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